施氮量对不同夏玉米品种籽粒灌浆特性、产量和品质的影响

乔江方，何佳雯，侯传伟，张美微，杨铭波，韩琳琳，张盼盼，李 川，牛 军，郭涵潇，穆蔚林

（1.河南省农业科学院 粮食作物研究所，河南 郑州450002；2.郑州大学 农学院，河南 郑州450001；3.河南秋乐种业科技股份有限公司，河南 郑州450003）

施氮是农作物生产中重要的管理措施之一，合理增施氮肥具有提高作物产量、改善品质的作用[1]。在玉米的生长过程中，灌浆阶段是决定籽粒产量和品质的关键时期。氮肥通过延长玉米籽粒灌浆持续期和增加灌浆速率，促进开花后营养器官贮存的光合产物向籽粒运转，增加籽粒干物质积累量，进而实现增产[2-13]。研究发现，合理增施氮肥可以促进玉米植株营养物质转运，增加籽粒粗蛋白和粗淀粉含量[14-16]。有学者认为，施氮量对玉米籽粒脂肪的影响较小甚至为负[17]；另有学者认为，玉米籽粒脂肪含量随着施氮量的增加而增加[18]。施氮量过低会导致玉米籽粒灌浆速率下降，营养物质向籽粒转运减少，产量降低，籽粒品质下降[19]。目前，氮肥对玉米籽粒灌浆的影响研究主要集中于氮肥比例[20]、施肥方式[8]、施肥时期[21]等方面，关于氮肥对不同脱水类型玉米品种籽粒灌浆特性、品质等的影响研究还未见报道。为此，探究施氮量对2 个脱水速率不同玉米品种籽粒灌浆特性、含水量、脱水速率、产量和品质的影响，以期为黄淮海夏玉米优质高效生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2022 年6—9 月在河南省农业科学院试验基地西华县农业科学研究所试验田（33°45′44″N、114°26′49″E）进行。耕层0～30 cm 土壤含有机质14.34 g/kg、全氮0.67 g/kg、全磷0.67 g/kg、碱解氮95.90 mg/kg、速 效 磷10.93 mg/kg、速 效 钾158.96 mg/kg。试验田地势平坦，肥力均一，排灌方便，前茬作物为小麦。

供试夏玉米品种为籽粒脱水速率差异明显的2个品种迪卡517（DK 517，脱水速率较快）和郑单1002（ZD 1002，脱水速率较慢）[22]。氮肥为尿素（N含量为46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5含量为12%），钾肥为硫酸钾（K2O含量为52%）。

1.2 试验设计

试验采用双因素裂区设计，主因素为施氮量，折纯后分别为0、180、300 kg/hm2，设定为N0、N1、N2；副因素为不同脱水类型夏玉米品种，分别为DK 517 和ZD 1002。共6 个处理，每个处理重复3次，小区面积为18 m2，6 行区，行长为5 m，行间距为0.6 m。氮肥分别在小喇叭口期和大喇叭口期以1∶1的比例施用；磷肥和钾肥均在小喇叭口期施用，施用量（折纯）均为120 kg/hm2。6 月9 日播种，种植密度为75 000株/hm2。田间其他管理同一般高产田管理，夏玉米生长期内，保证充足的水分供应，及时防治病虫草害。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 籽粒灌浆特性 授粉后15、24、32、41、58 d，选取各处理长势一致的夏玉米植株3 株，取中部籽粒100 粒，称鲜质量；105 ℃下杀青30 min，80 ℃下烘干至恒质量，称干质量；计算籽粒含水量和脱水速率。用Richards 方程模拟籽粒灌浆曲线，计算籽粒灌浆特征参数[23]。

籽粒含水量（%）=（籽粒鲜质量-籽粒干质量）/籽粒鲜质量×100%；

籽粒脱水速率（%/d）=（前一次测定的籽粒含水量-后一次测定的籽粒含水量）/间隔时间。

1.3.2 籽粒品质 成熟期，选取各处理长势一致的夏玉米植株3 株，取中部籽粒100 粒，105 ℃下杀青30 min，80 ℃下烘干至恒质量，测定粗淀粉含量、粗蛋白含量、粗脂肪含量。其中，粗蛋白含量参照何范照[24]的方法测定；粗淀粉含量采用旋光法使用WZZ-2S 旋光仪（仪电物光）测定[25]；粗脂肪含量采用索氏抽提法测定[25]。

1.3.3 植株性状 成熟期，测量夏玉米株高、穗位高、叶夹角、穗长、穗粗、秃尖长、雄穗分枝数、苞叶层数、苞叶长及穗柄长。

1.3.4 产量及其构成因素 成熟期，每个小区选取2行长势一致的夏玉米植株果穗，测定穗行数、行粒数和百粒质量，根据产量构成三要素穗数、穗粒数、百粒质量计算产量。

1.4 数据处理

采用Excel 2016 和SPSS 20 软件对数据进行处理与统计分析，用CurveExpert 1.3 软件中Richard 模型模拟籽粒灌浆过程。

2 结果与分析

2.1 施氮量对夏玉米籽粒干质量及灌浆特性的影响

2.1.1 籽粒干质量 夏玉米品种所有处理籽粒干质量变化均呈S型增长曲线（图1—图2）。2 个夏玉米品种施氮处理籽粒干质量总体上均高于不施氮处理。授粉后59 d，DK 517 籽粒干质量表现为N2＞N1＞N0，N2 处理籽粒干质量分别较N1 和N0 处理增加6.11%和6.68%；ZD 1002 籽粒干质量表现为N1＞N2＞N0，N1 处理籽粒干质量分别较N2 和N0 处理增加7.16%和26.60%。

图1 施氮量对DK 517籽粒干质量的影响Fig.1 Effect of nitrogen application rate on dry grain weight of DK 517

图2 施氮量对ZD 1002籽粒干质量的影响Fig.2 Effect of nitrogen application rate on dry grain weight of ZD 1002

2.1.2 籽粒灌浆特性 由表1 可见，DK 517 籽粒灌浆速率最大时的生长量随着施氮量的增加先增加后趋于稳定，最大灌浆速率、平均灌浆速率、活跃灌浆期随着施氮量的增加均呈先增加后降低的趋势。N1处理到达最大灌浆速率的时间最早，最大灌浆速率、平均灌浆速率和活跃灌浆期最大，说明DK 517在施氮量180 g/hm2时有利于缩短到达最大灌浆速率的时间，延长籽粒活跃灌浆期。对于ZD 1002，施氮会降低籽粒平均灌浆速率和最大灌浆速率；灌浆速率最大时的生长量和活跃灌浆期随着施氮量的增加均呈先增加后降低的趋势。N1 处理灌浆速率最大时的生长量最高，活跃灌浆期最长。不同施氮量处理间籽粒灌浆特征值无显著差异。

表1 施氮量对不同夏玉米品种籽粒灌浆特征值的影响Tab.1 Effect of nitrogen application rate on grain filling characteristic values of different summer maize varieties

与脱水速率较慢品种ZD 1002相比（表1），脱水速率较快品种DK 517 到达最大灌浆速率的时间均值提前0.98 d，灌浆速率最大时的生长量、最大灌浆速率和平均灌浆速率均值均增加，活跃灌浆期均值缩短7.31 d。

2.2 施氮量对夏玉米籽粒含水量及脱水速率的影响

2.2.1 籽粒含水量 随着籽粒灌浆进程的推进，不同夏玉米品种籽粒含水量均逐渐下降（表2）。授粉后15～24 d，不同处理之间籽粒含水量存在显著差异。DK 517 在授粉后58 d 籽粒含水量表现为N2＞N1＞N0，N2 处理籽粒含水量最高，分别较N1 和N0处理增加4.70%和7.07%；ZD 1002 在授粉后58 d 籽粒含水量表现为N1＞N0＞N2，N1 处理籽粒含水量最高，分别较N0 和N2 处理增加1.91%和2.12%。不同脱水速率类型夏玉米品种相比，DK 517籽粒含水量总体上低于ZD 1002。授粉后58 d，DK 517 和ZD 1002 籽粒含水量均值分别为21.01%和29.95%，DK 517籽粒含水量较ZD 1002降低29.85%。

表2 施氮量对不同夏玉米品种籽粒含水量的影响Tab.2 Effect of nitrogen application rate on grain moisture content of different summer maize varieties %

2.2.2 籽粒脱水速率 由表3 可知，2 个夏玉米品种籽粒脱水速率随着授粉后时间的推进而降低，不同处理在授粉后32 d 内均保持较高水平，但不同授粉后时间不同处理间籽粒脱水速率大小排序不同。DK 517 在授粉后49～58 d 籽粒脱水速率表现为N0＞N1＞N2，N2 和N1 处理籽粒脱水速率分别较N0 处理降低17.12%和13.51%。ZD 1002 在授粉后49～58 d籽粒脱水速率表现为N0＞N2＞N1，N2 和N1 处理籽粒脱水速率分别较N0 处理降低6.58%和47.37%，且N1处理与N0、N2处理间差异显著。

表3 施氮量对不同夏玉米品种籽粒脱水速率的影响Tab.3 Effect of nitrogen application rate on grain dehydration rate of different summer maize varieties %

2.3 施氮量对夏玉米籽粒品质的影响

由表4 可知，夏玉米籽粒粗脂肪含量表现为N1和N2 处理高于N0 处理，但是差异不显著。随着施氮量的增加，DK 517 和ZD 1002 籽粒粗蛋白含量均增加，DK 517 N2 和N1 处理粗蛋白含量分别较N0处理显著增加12.08%和8.69%；ZD 1002 N2 和N1处理粗蛋白含量分别较N0 处理增加33.40%和14.51%，不同处理间差异显著。粗淀粉含量随着施氮量的增加而降低，DK 517 N2 和N1 处理粗淀粉含量分别较N0 处理显著降低1.50% 和0.92%；ZD 1002 N2和N1处理粗淀粉含量分别较N0处理显著降低2.12%和1.62%。

表4 施氮量对不同夏玉米品种籽粒品质的影响Tab.4 Effect of nitrogen application rate on grain quality of different summer maize varieties %

2.4 施氮量对夏玉米产量及其构成因素的影响

由表5 可知，随着施氮量的增加，DK 517 和ZD 1002 产量均呈现先增加后降低的趋势，DK 517产量表现为N1＞N2＞N0，N1 处理产量分别较N2 和N0 处理提高10.85%和25.40%，其中N1 处理与N0处理差异显著；ZD 1002 产量表现为N1＞N2＞N0，N1处理产量分别较N2 和N0 处理提高22.91% 和28.06%，不同处理间差异不显著。2 个夏玉米品种N1处理行粒数均最高，且显著高于N0处理，穗行数和百粒质量在不同处理间差异不显著，可见N1 处理产量的提高主要得益于其行粒数的提高。综上，适当增施氮肥可以增加夏玉米行粒数，进而提高产量。相同处理下，ZD 1002 行粒数和百粒质量均高于DK 517，而穗行数低于DK 517，产量也高于DK 517，这与ZD 1002 具有较高的行粒数和百粒质量有关。

表5 施氮量对不同夏玉米品种产量及其构成因素的影响Tab.5 Effect of nitrogen application rate on yield and its components of different summer maize varieties

2.5 施氮量对夏玉米植株性状的影响

由表6 可知，随着施氮量的增加，2 个夏玉米品种穗位高均逐渐降低，N2 处理与N0 处理间存在显著差异；DK 517穗柄长表现为N0和N1处理高于N2处理，其中N1 处理达到显著水平；株高、叶夹角、穗长、穗粗、秃尖长、雄穗分枝数、苞叶层数、苞叶长在不同处理间均无显著差异。ZD 1002 株高、穗位高、穗粗、叶夹角、雄穗分枝数、苞叶长、苞叶层数均值均高于DK 517，其他指标均低于DK 517。

表6 施氮量对不同夏玉米品种植株性状的影响Tab.6 Effect of nitrogen application rate on plant characters of different summer maize varieties

2.6 夏玉米产量与籽粒灌浆特征值、品质指标、含水量、脱水速率及植株性状的相关性分析

2.6.1 产量与籽粒灌浆特征值 对夏玉米籽粒灌浆特征值与产量的相关性进行分析（表7）发现，灌浆速率最大时的生长量与最大灌浆速率呈显著正相关，最大灌浆速率与活跃灌浆期呈极显著负相关，产量与百粒质量呈显著正相关。

表7 夏玉米产量与籽粒灌浆特征值的相关性分析Tab.7 Correlation analysis between grain filling characteristic values and yield of summer maize

2.6.2 籽粒品质指标与含水量、脱水速率 通过对夏玉米籽粒品质指标与籽粒含水量、脱水速率的相关性进行分析（表8）发现，籽粒脱水速率与粗淀粉含量呈极显著正相关，籽粒含水量与粗淀粉含量、粗蛋白含量呈显著或极显著负相关。

表8 夏玉米籽粒品质与籽粒含水量、脱水速率的相关性分析Tab.8 Correlation analysis between grain quality and moisture content and dehydration rate of summer maize

2.6.3 植株性状与籽粒含水量、脱水速率 通过对夏玉米植株性状与籽粒含水量、脱水率的相关性进行分析（表9）发现，籽粒脱水速率与穗粗、秃尖长呈显著或极显著负相关，与穗长呈显著正相关；籽粒含水量与穗位高、穗粗均呈极显著正相关，与穗长呈显著负相关。

表9 夏玉米植株性状与籽粒含水量、脱水速率的相关性分析Tab.9 Correlation analysis between plant characters and grain moisture content and dehydration rate of summer maize

3 结论与讨论

籽粒灌浆是作物产量形成的关键过程[26-27]。籽粒灌浆受施氮量影响，适量施氮可以改善籽粒灌浆特性，提高籽粒脱水速率[28]。适量施氮较不施氮处理增加最大灌浆速率时的生长量和最大灌浆速率，使籽粒活跃期延长，增加粒质量，进而增加产量[29]。本研究发现，增施氮肥总体上使粒质量在一定程度上增加，随着施氮量的增加，DK 517 籽粒最大灌浆速率先增加后降低，与刘笑鸣等[30]研究结果一致；但ZD 1002 籽粒最大灌浆速率和平均灌浆速率均随着施氮量的增加呈先降低后增加的趋势。可见，施氮量对籽粒灌浆速率的影响可能存在品种效应。与N0 处理相比，随着施氮量的增加，总体上，N1 处理灌浆速率最大时的生长量、最大灌浆速率增加，活跃灌浆期延长，行粒数和产量增加。施氮量为180 kg/hm2条件下，与脱水速率较慢品种ZD 1002 相比，脱水速率较快品种DK 517 到达最大灌浆速率的时间提前3.54 d，灌浆速率最大时的生长量和最大灌浆速率均增加，活跃灌浆期缩短13.78 d；在该条件下，2个品种产量均最高。

研究发现，施氮量对籽粒脱水速率的影响不显著，在农业生产中可以忽略施氮量对籽粒水分的影响[31]。本研究发现，授粉后15～24 d，不同处理之间籽粒含水量差异显著；授粉后41～58 d，不同处理之间籽粒含水量无显著差异；ZD 1002 籽粒含水量总是高于DK 517。灌浆中后期，不同施氮量处理下DK 517籽粒脱水速率均值高于ZD 1002。

施用氮肥显著提高籽粒中蛋白质含量[32]。本研究发现，随着施氮量的增加，夏玉米籽粒粗蛋白含量增加，其中DK 517 N0与N1处理之间存在显著差异，ZD 1002 不同处理间均存在显著差异；粗淀粉含量随着施氮量的增加而降低，其中N0 与N1、N2 处理间差异显著，N1与N2处理间无显著差异。

籽粒品质性状与籽粒脱水速率之间存在一定的相关性，比如含油率高的籽粒往往含水量也高[33]；蛋白质含量、淀粉含量、支链淀粉含量等都与籽粒脱水速率相关[34]。本研究发现，脱水速率较快类型品种DK 517 粗脂肪含量均值较脱水速率较慢类型品种ZD 1002 低，DK 517 粗蛋白和粗淀粉含量均值均较ZD 1002 高，且籽粒脱水速率与粗脂肪含量呈负相关，与粗淀粉、粗蛋白含量均呈正相关，这与前人的研究结果一致[34]。

植株性状也会对籽粒脱水速率产生影响[35]。本研究发现，夏玉米籽粒脱水速率与株高、穗位高、叶夹角、穗粗、秃尖长、穗柄长、苞叶长均呈负相关，即株高较低、叶夹角较小、穗粗较小、秃尖长较短、穗柄长较短、苞叶长较短、穗位高较低更有利于籽粒脱水，与前人的研究结果一致[36-38]。DK 517 与ZD 1002 相比株型更紧凑，即株型紧凑的植株能实现较低的籽粒含水量[39]。籽粒含水量与穗位高呈极显著正相关，与穗长呈显著负相关，这与吕香玲等[40]、付畅等[41]的研究结果不一致，这可能与品种、环境等有关。本研究还发现，籽粒含水量与雄穗分枝数呈正相关，这与黄岩等[42]的研究结果一致。

本研究结果表明，施氮180 kg/hm2总体上能够增加夏玉米籽粒灌浆速率最大时的生长量和最大灌浆速率，延长活跃灌浆期，增加籽粒干质量，进而提高产量，且提高籽粒粗蛋白含量。与ZD 1002 相比，DK 517 籽粒粗脂肪含量较低，粗蛋白和粗淀粉含量较高。