种植密度和施肥方式对春播鲜食糯玉米产量、品质及氮素吸收利用的影响

姚霄宇，邱 纹，陆虎华，郭 剑，陆大雷*

（1 江苏省作物遗传生理重点实验室 / 江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心 / 扬州大学农学院，江苏扬州 225009；2 江苏沿江地区农业科学研究所，江苏南通 226541）

糯玉米(ZeamaysL.var.certainKulesh)又称蜡质玉米，起源于我国西南地区[1]。鲜食糯玉米在乳熟期采收，是集“蔬、果、粮”一体的一类特用玉米[2]，具有口感独特、营养丰富、生产周期短、种植效益高等优点[3]，是助力我国乡村振兴、农业提质增效的重要作物[4]。鲜食糯玉米种植面积将会稳步增加，采用合理的栽培措施，实现高产优质高效协同，对鲜食糯玉米绿色高质量可持续发展具有重要意义。

密度和肥料是玉米生产中最重要的两个栽培因子[5]。适宜的种植密度可优化玉米群体结构，实现足群体和壮个体协同，进而提高产量[6]。玉米种植密度过低时，群体穗数不足，产量较低；种植密度过高时，个体间争水争肥，植株生长瘦弱、空秆增多，产量下降[7]。氮肥合理施用能够调节土壤氮素平衡，利于提高植株光合性能，从而促进植株生长发育、物质转运和产量形成[8]。玉米不同生长时期需肥规律不同，常规化学肥料需要分次施用才能满足玉米全生育期内养分需求，且存在成本高、肥料浪费和环境污染等问题[9]。与常规化学肥料相比，缓释肥释放缓慢，一次性施用就能够满足玉米不同生长阶段氮素需求，肥料损失少，可实现氮素高效利用和玉米产量同步提升[10-11]。优化种植密度与肥料施用，利于物质转化效率提高和产量提升[5]。梁永贤等[12]研究认为，密肥互作显著影响玉米光合能力、氮肥利用效率及产量形成，且二者对玉米籽粒品质均有不同程度影响[13-14]。然而，不同地区[12,15]、不同类型[16-17]、不同播期[18-19]玉米的适宜种植密度和肥料需求存在明显差异。

江苏省鲜食糯玉米生产中存在种植密度低(一般情况下为5.25×104株/hm2)、化学肥料施用不当、种植成本大(劳动力成本较高)等问题[2]，严重制约着产业绿色高质量发展。近年来，随着鲜食糯玉米种植面积的不断扩大和生产中轻简高效施肥的需求，探索高效、适宜的栽培模式将为鲜食糯玉米高质量发展提供技术支持。为此，本试验以江苏省主推品种苏玉糯11 号为材料，研究不同种植密度和施肥方式对鲜食糯玉米产量、品质和氮素吸收利用的影响，以期为春播鲜食糯玉米高产优质高效栽培提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

供试品种苏玉糯11 号为中小穗型、半紧凑型鲜食糯玉米品种，在江苏和浙江省推广面积较大。供试肥料包括缓释型复合肥(N∶P2O5∶K2O 为27∶9∶9，肥料名称为“绿聚能”)、普通复合肥(N∶P2O5∶K2O 为15∶15∶15)和尿素(N=46%)，购自江苏中东化肥股份有限公司。本研究中缓释型复合肥为氨基酸缓释肥，肥料中添加了氨基酸高聚物生物制剂及控失因子等助剂，生物制剂带有强吸附性的负电荷，通过减少铵态氮的损失和减缓肥料释放速度达到缓释效果。同时该生物制剂代谢后能形成氨基酸，具有生物刺激素的功能[20-21]。

试验于2021—2022 年在江苏省南通市海门区江心沙农场进行，试验地土壤为沙壤土，采用五点取样法对耕作层0—20 cm 土壤基础养分进行测定(表1)。本试验2021 年于4 月6 日播种，7 月13 日收获，生育期共计99 天；2022 年于4 月23 日播种，7 月18 日收获，生育期共计87 天，生育期内的气候状况如图1 所示。

图1 2021、2022 年试验地玉米生育期气候条件Fig.1 Climate conditions during maize growing season of the experimetal field in 2021 and 2022

表1 试验地耕层土壤基础地力Table 1 Basic nutrient contents in 0-20 cm layer of the tested soil

1.2 试验设计

试验为大田试验，采用裂区试验设计，密度为主区，设置5 个种植密度： 4.5×104株/hm2(D1)、5.25×104株/hm2(D2)、6.0×104株/hm2(D3)、6.75×104株/hm2(D4)、7.5×104株/hm2(D5)。施肥方式为副区，在总N 量225 kg/hm2下，设置3 个施肥方式：基施普通复合肥N 75 kg/hm2，6 叶期追施尿素N 150 kg/hm2(常规施肥，CF)；缓释型复合肥一次性基施(SF-b)；缓释型复合肥6 叶期一次性追施(SF-t)；不施氮肥对照(CK)。

试验采用宽窄行种植，宽行距0.8 m，窄行距0.4 m，小区面积36 m2，每个处理3 次重复。施肥方式为开沟覆土施用，在窄行中间开沟施肥(沟深0.1 m)。试验大田参照高产田标准进行管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 干物重与全氮含量测定 在吐丝期和鲜食期(即乳熟期，约吐丝后23 天，籽粒含水率60% 左右)，选取3 株长势一致的植株，吐丝期将样品分为茎秆+茎鞘、叶片，鲜食期将样品分为茎秆+茎鞘、叶片、苞叶+穗轴及籽粒，105℃杀青30 min后80℃烘干至恒重，称重后计算干物质积累量。随后将各部位粉碎，采用全自动凯氏定氮仪(FOSSKjeltectm8400)测定氮素含量。

1.3.2 产量及籽粒组分含量测定 在鲜食期，收获各小区中间完整的两行果穗，去除苞叶后称重，计算鲜果穗产量(kg/hm2)；取其中具有代表性的10 个果穗，脱下籽粒并称重计算出籽率，根据出籽率计算鲜籽粒产量(kg/hm2)。籽粒中可溶性糖和淀粉含量采用蒽酮-硫酸比色法测定[22]。籽粒中蛋白质含量=籽粒氮素含量×6.25[23]。

1.4 相关参数计算

营养器官干物质(氮素)转运量(kg/hm2)=吐丝期营养器官干物质(氮素)积累量-鲜食期营养器官干物质(氮素)积累量

营养器官干物质(氮素)转运率(%)=营养器官干物质(氮素)转运量/吐丝期干物质(氮素)积累量×100

营养器官干物质(氮素)贡献率(%)=营养器官干物质(氮素) 转运量/鲜食期籽粒干物质(氮素) 积累量×100

收获指数(%)=籽粒干重/地上部植株干重×100

不同器官氮素分配比例(%)=各器官氮素积累量/植株氮素积累总量×100

参照Moll 等[24]报道的方法计算氮素利用效率相关指标：

氮肥偏生产力(NPFP, kg/kg)=施氮区产量/施氮量

氮肥农学效率(NAE, kg/kg)=(施氮区产量-未施氮区产量)/施氮量

氮素回收率(NRE, %)=(施氮区植株氮素累积量-未施氮区植株氮素累积量)/施氮量×100。

1.5 数据处理与分析

数据利用Excel 2021 进行处理，用Origin 2021作图，用DPS 7.05 进行方差分析，处理间差异显著性用最小差异显著法(LSD 法)进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 种植密度和施肥方式对鲜食糯玉米产量与籽粒组分含量的影响

由图2 和表2 可知，年份、种植密度和施肥方式对糯玉米鲜果穗和鲜籽粒产量有显著影响(P＜0.01)。同一施肥条件下，随着种植密度增加，鲜果穗和鲜籽粒产量先升后降。与D1 相比，D2、D3、D4、D5 密度下鲜果穗两年平均产量分别增加了4.14%、7.68%、11.68% 和7.17%，鲜籽粒产量分别增加6.09%、7.48%、12.19% 和7.08%，其中D4 下最高。同一密度条件下，与CF 相比，鲜果穗和鲜籽粒产量在SF-b 处理下分别提高2.00% 和2.00%，在SF-t 处理下分别提高5.92%和5.95%。不同年份间，2022 年产量显著高于2021 年。不同密肥组合间，鲜果穗和鲜籽粒产量均在D4-SF-t 处理下最大，2021年分别为12369.7 和9116.7 kg/hm2，2022 年分别为13248.3 和9834.7 kg/hm2。适度增加种植密度和缓释肥延后施用相结合可显著增加产量。

图2 不同种植密度和施肥方式下春播鲜食糯玉米产量Fig.2 Yield of spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

表2 种植密度和施肥方式对春播鲜食糯玉米产量的作用及其交互作用Table 2 Effects of planting density and fertilization and the interaction on spring-sown fresh waxy maize yield

由表3 可知，相同施肥条件下，籽粒淀粉和可溶性糖含量随密度增加总体上呈下降趋势，两年均在D5 密度下最低；蛋白质含量在2021 年表现为随密度增加而降低，在2022 年表现为D1≈D3＞D2≈D4＞D5。相同密度条件下，3 种施肥方式间籽粒淀粉和可溶性糖含量总体表现为差异不显著，而籽粒蛋白质含量在2021 年SF-t 处理下最高，在2022 年各处理间无显著差异。不同年份间，2022 年的淀粉和蛋白质含量最高，2021 年的可溶性糖含量最多。方差分析表明，种植密度与施肥方式互作显著影响了籽粒中蛋白质含量。

表3 种植密度和施肥方式下春播鲜食糯玉米籽粒品质 (mg/g)Table 3 The grain quality of spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

2.2 种植密度和施肥方式对鲜食糯玉米干物质积累与转运的影响

春玉米干物质积累变化趋势两年基本一致(图3)，年份、种植密度和施肥方式均显著影响着吐丝前、吐丝后和总干物质积累量(表4)。相同施肥条件下，随密度增加，吐丝期和鲜食期玉米群体干物质积累量先升后降，与D1 相比，D2、D3、D4、D5 密度下吐丝期的干物质积累量平均分别增加14.11%、25.06%、35.70%和34.87%，鲜食期分别增加11.52%、17.92%、24.75%和21.32%，两时期均在D4 达到最大。种植密度相同时，与CF 相比，SF-b 和SF-t 处理下的干物质积累量在吐丝期、鲜食期分别提升了1.02%、4.30%和1.98%、7.25%，两时期均表现为SF-t 影响最大。

图3 不同种植密度和施肥方式下春播鲜食糯玉米干物质积累量Fig.3 Dry matter accumulation in spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

表4 种植密度和施肥方式对春播鲜食糯玉米干物质积累的影响Table 4 Effects of planting density and fertilization mode and the interactions on dry matter accumulation of spring-sown fresh waxy maize

由表5 可见，相同施肥方式下，随种植密度增加，干物质转运量、转运率和贡献率总体呈增加趋势，其中2021 年D5 最大，2022 年D4 最大。相同密度下，不同施肥方式间干物质转运量、转运率和贡献率总体表现为CF＞SF-b＞SF-t。收获指数随密度增加而下降，在各施肥方式间无显著差异。与2021年相比，2022 年干物质转运量、转运率和贡献率均较低，收获指数较高。

2.3 种植密度和施肥方式对鲜食糯玉米氮素积累、转运与分配的影响

植株吐丝前氮素积累量显著高于吐丝后氮素积累量，吐丝前氮素积累占比随种植密度增加而增大(图4)。相同施肥条件下，与D1 相比，D2、D3、D4和D5 密度下的吐丝期氮素积累量分别增加12.80%、22.3%、30.37%和26.64%，鲜食期氮素积累量分别增加9.62%、15.61%、20.36%和13.92%。相同种植密度下，与CF 相比，SF-b 和SF-t 处理下吐丝期氮素积累量分别增加2.85%和9.75%，鲜食期分别增加2.65%、10.23%。方差分析表明，种植密度与施肥方式显著影响了鲜食糯玉米吐丝前、吐丝后以及总氮素积累(表6)。

图4 不同种植密度和施肥方式下春播鲜食糯玉米氮素积累量Fig.4 The N accumulation in spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

表6 种植密度和施肥方式对春播鲜食糯玉米氮素积累量的交互作用Table 6 The interactions of planting density and fertilization mode on N accumulation of spring-sown waxy maize combinations

施肥方式相同时，氮素转运量、转运率和贡献率总体表现为随密度增加而增加，2021 年D4 最大，2022 年D5 最大。同一密度下，氮素转运量在各施肥方式间无显著差异，而氮素转运率和贡献率在SF-t 下最低。不同年份间，2021 年的氮素转运量、转运率和贡献率均高于2022 年。同时，种植密度和施肥方式互作对氮素转运率和贡献率影响显著(表7)。

表7 不同种植密度和施肥方式下春播鲜食糯玉米的氮素转运及其对籽粒的贡献率Table 7 N translocation and contribution to grains of spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

由图5 可看出，茎秆+茎鞘氮素占比随密度增加而逐渐降低，而叶片氮素占比呈相反的趋势。相同施肥方式下，籽粒氮素占比(即氮素收获指数)在2021年的各密度间无显著差异，在2022 年中随密度增加显著降低；苞叶+穗轴氮素占比均在两年的D5 下最低。相同密度下，茎秆+茎鞘氮素占比均在两年的SF-t 下最大；叶片、苞叶+穗轴和籽粒氮素占比在2021 年各施肥处理间无显著差异，叶片氮素占比在2022 年的SF-t 下最大，而籽粒氮素占比在2022 年的SF-t 下最低。与2021 年相比，2022 年氮素积累量和籽粒氮素收获指数较高，氮素分配至叶片、苞叶+穗轴的比例较低。

图5 不同种植密度和施肥方式下春播鲜食糯玉米氮素的分配Fig.5 N distribution in spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

2.4 种植密度和施肥方式对鲜食糯玉米氮素利用的影响

相同施肥方式下，鲜果穗和鲜籽粒的氮素偏生产力随密度增加先升后降，D4 下最高；鲜果穗和鲜籽粒的农学效率在2021 年各密度间无显著差异，在2022 年总体表现为随密度增加而降低，其中鲜果穗D5 下最低，鲜籽粒D4 下最低；氮素回收率在D3和D4 下显著高于其他密度。同一密度下，鲜果穗和鲜籽粒的氮素偏生产力、农学效率和回收率在各施肥方式间的变化趋势一致，均表现为SF-t＞SF-b＞CF。与2021 年相比，2022 年的鲜果穗氮素偏生产力和回收率均较高 (表8)。

表8 不同种植密度和施肥方式组合春播鲜食糯玉米的氮素利用率Table 8 N utilization efficiency of spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

3 讨论

3.1 种植密度和施肥方式对鲜食糯玉米产量和籽粒组分含量的影响

合理增密与适量施肥是提高玉米产量的重要栽培措施[25]。适度增密能够增加叶面积和光合有效辐射，提高干物质积累和植株生产力[26]。本研究发现，一定范围内(D2～D4)随密度增加鲜果穗和鲜籽粒产量增幅逐渐增加，但密度达到D5 时产量反而下降。适宜密植充分发挥了群体优势，优化了叶片光合能力和养分利用效率，并实现了个体群体协调[27]。但密度过高时，群体内资源竞争加剧，营养器官代谢旺盛，光合产物大量消耗，进而造成产量降低[28]。同时，当种植密度高于6.75×104株/hm2时，中小穗型糯玉米外观、营养和食味品质均显著降低，不利于鲜食糯玉米销售[29]。本研究中，施肥条件下籽粒淀粉含量总体表现为D1＞D2＞D3=D4＞D5，可溶性糖含量表现为D1＞D2=D3=D4＞D5，蛋白质含量表现为D1=D3＞D2=D4＞D5。结果表明中等密度(D3、D4)确保产量大幅提高的同时，维持了较高的籽粒组分含量，实现了高产优质协同。前人研究发现，施用缓释肥有利于提高玉米氮素利用率，增加产量和经济效益[21]。但是，不同播期间玉米生长期不同，且生育期内环境差异较大，因而其对肥料的需求存在较大差异[30-31]。春玉米播种时温度较低，玉米前期生长慢，需肥量少，土壤本身所具有的养分即能满足植株生长所需[32]，因而缓释肥延后施用可能更有利于满足植株生育中后期对氮素的需求。Li 等[31]研究发现，春玉米缓释肥延后到6 叶期一次性施用，通过提高土壤根际氮含量和根系活性而提高玉米产量。王思阳等[32]研究发现，缓释肥适当延后施用有利于提高春播糯玉米鲜果穗和鲜籽粒产量，其中6 叶期一次性施用促进了籽粒蛋白质的积累。本研究同样证明，等量施肥条件下，缓释肥基施对鲜食糯玉米果穗和籽粒增产效果略大于常规施肥方式，而缓释肥后移施用(SF-t 处理)更有利于产量和籽粒蛋白质含量的提高。因而，适宜种植密度(D4)和6 叶期一次性施用缓释肥的栽培模式，可实现春播鲜食糯玉米高产高效和优质。

3.2 种植密度和施肥方式对鲜食糯玉米物质积累、转运与分配的影响

高效的物质积累、转运与分配是玉米产量提升的基础[33]。前人研究发现，一定密度范围内玉米群体干物质和氮素积累量与转运量随密度增加而提高[12]，本研究结论相似。然而，较高的氮素转运量意味着茎秆和叶片营养物质的减少，反而会增加玉米生育后期叶片早衰、植株倒伏风险，对产量形成造成不良影响[34]。Liu 等[35]研究表明，与营养器官的物质转运相比，玉米吐丝后叶片光合作用产生物质积累对籽粒产量的影响更大。本研究中，较等量常规施肥和缓释肥基施，6 叶期一次性施用缓释肥显著增加了干物质与氮素积累量以及吐丝后干物质与氮素占比，降低了氮素转运量，表明缓释肥延后施用提高了吐丝后植株光合同化能力，进而缓解了增密造成的不良效应[36-37]。吐丝后营养器官中氮素的分配反映了植株氮素向籽粒转移情况，直接影响作物氮素利用效率[38]。本研究中，随种植密度增加，糯玉米籽粒收获指数逐渐降低，但氮素分配到叶片的比例逐渐提高。叶片氮素占比增加提升了群体的光合性能[39-40]，从而发挥密植优势，这可能是适宜密度下收获指数较低而氮素利用率较高的原因。此外，氮密互作对玉米光能利用率的调控受年际间气候条件的影响较大，尤其是吐丝至成熟期间太阳辐射量的改变[27]。作物产量和生物量的积累主要取决于光能资源质量和作物对光能的利用效率[41]。本研究中两年间干物质与氮素积累量差异较大，这主要是由于2022 年气温较高、日照时数较长与降水适宜，适宜玉米生长，促进了物质积累；而2021 年生育后期持续降水引起渍害并造成寡照，导致物质积累较少、引起营养器官中养分提前转运[42]。

3.3 种植密度和施肥方式对鲜食糯玉米氮素利用效率的影响

优化种植密度与施肥方式是实现玉米高产高效的重要栽培措施[43]。隋阳辉等[44]研究发现，中等密度下适度减氮能较好地协调玉米个体与群体的关系，并通过调控株型、维持光合性能等构建合理群体，从而获得较高的群体产量和氮素利用效率。程前等[45]研究表明，夏玉米中高密度与缓释肥基施互作充分发挥了密植增产与缓释肥后期供氮的优势，从而提高氮素利用效率。本研究结果表明，玉米氮素利用率随种植密度增加先增后降，在施肥方式间以6 叶期一次性施用缓释肥表现更佳。同时，两年间最高产量和最高氮素利用率均出现在中高密度(D4)和缓释肥6 叶期施用的组合下。因此，适当增加种植密度并结合缓释肥后移能够充分保证糯玉米生育期内氮素供应，促进玉米氮素吸收，在增产同时提高了氮素利用率，实现了江苏省春播鲜食糯玉米的高产高效。

4 结论

适度增加种植密度与缓释肥6 叶期一次性追施相结合的栽培方式提高了吐丝前、后干物质和氮素积累量，增加了吐丝后干物质积累占比，充分发挥了密植群体的产量潜力，维持了较高的籽粒组分含量和鲜果穗(鲜籽粒) 产量，并提高了氮素利用率。综合分析表明，在江苏省春播鲜食糯玉米实际生产中，应用6.75×104株/hm2的种植密度，在适宜施肥量条件下将常规普通复合肥+6 叶期追施尿素的两次施肥方式优化为6 叶期一次性施用N 225 kg/hm2缓释肥，提高了鲜食糯玉米的产量和品质，在提高氮素利用率的同时减少了施肥用工，实现了高产优质高效轻简协同。