曹玉軍，姚凡云，王丹，呂艷杰，劉小丹，王立春，王永軍,，李從鋒

不同栽培技術(shù)因子對(duì)雨養(yǎng)春玉米產(chǎn)量與氮素效率差異的影響

曹玉軍1，姚凡云1，王丹2，呂艷杰1，劉小丹1，王立春1，王永軍1,2，李從鋒3

（1吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/玉米國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130033；2吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)春 130030；3中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081）

【】探明不同產(chǎn)量水平模式中增（減）技術(shù)因子對(duì)玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分效率的影響并明確其優(yōu)先序，以期為不同生產(chǎn)水平玉米產(chǎn)量及氮素效率縮差增效提供理論依據(jù)。通過(guò)調(diào)研農(nóng)戶、高產(chǎn)高效和超高產(chǎn)3個(gè)產(chǎn)量水平的生產(chǎn)模式，確定了種植密度、耕作方式、氮素管理、品種是不同生產(chǎn)模式玉米產(chǎn)量與氮素效率提升的主要技術(shù)因子，在此基礎(chǔ)上設(shè)置了超高產(chǎn)（SH）、高產(chǎn)高效（HH）和農(nóng)戶（FP）3個(gè)不同產(chǎn)量水平的綜合管理技術(shù)模式，針對(duì)不同模式中的技術(shù)因子設(shè)計(jì)了裂區(qū)試驗(yàn)，以耕作方式為主區(qū)、品種為副區(qū)，氮肥管理為副副區(qū)、密度為副副副區(qū)，分析增（減）技術(shù)因子對(duì)不同生產(chǎn)模式玉米產(chǎn)量及氮素效率的技術(shù)貢獻(xiàn)率。FP模式中技術(shù)因子對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)率的大小依次為氮素管理、種植密度、土壤耕作、品種，貢獻(xiàn)率分別為9.9%、6.0%、4.4%和2.5%；HH模式中栽培措施對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)率的大小依次為種植密度、氮素管理、土壤耕作、品種，貢獻(xiàn)率分別為7.7%、5.2%、4.5%和3.5%；SH模式中栽培措施對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)率大小依次為種植密度、土壤耕作、氮素管理、品種，貢獻(xiàn)率分別為8.9%、7.3%、6.5%和4.3%。而3種模式中，栽培技術(shù)因子對(duì)氮素效率貢獻(xiàn)率從高到低依次均為氮素管理、種植密度、土壤耕作、品種。其中，F(xiàn)P模式的氮素管理、種植密度、土壤耕作、品種對(duì)氮素效率的貢獻(xiàn)率分別為30.5%、6.0%、4.4%和2.5%，HH模式分別為19.7%、7.7%、4.7%和4.5%，SH模式分別為25.4%、8.3%、6.5%和4.5%。技術(shù)因子對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)在不同模式中的優(yōu)先序不同，不同管理水平下產(chǎn)量差由多因素共同作用形成，技術(shù)因子間具有協(xié)同效應(yīng)。當(dāng)前農(nóng)戶水平下氮素管理方式對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率居首位，高產(chǎn)水平下種植密度和土壤耕作對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)較大，而不同產(chǎn)量水平下氮素效率差異主要取決于氮肥管理方式。

栽培技術(shù)因子；雨養(yǎng)；春玉米；產(chǎn)量差；氮素效率差

0 引言

【研究意義】玉米是我國(guó)第一大糧食作物，在保障國(guó)家糧食安全中占有重要地位。隨著人口持續(xù)增加和人民生活水平不斷提高，糧食需求量日趨增大。據(jù)預(yù)測(cè)，2050年全球谷物需增加約56%才能滿足基本糧食需求，其中對(duì)玉米的需求占到45%[1]。由于耕地資源限制及種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，玉米種植面積大幅度增加的可能性不大，未來(lái)玉米總產(chǎn)進(jìn)一步增加將主要依靠單產(chǎn)水平提高。然而，由于生產(chǎn)管理技術(shù)措施的不同，同一區(qū)域內(nèi)農(nóng)戶實(shí)際產(chǎn)量與田間試驗(yàn)邊際產(chǎn)量及高產(chǎn)紀(jì)錄產(chǎn)量間存在較大差距。MENG等[2]對(duì)中國(guó)玉米產(chǎn)量差的研究表明，農(nóng)戶產(chǎn)量與田間試驗(yàn)產(chǎn)量差達(dá)4.5 t·hm-2，為試驗(yàn)產(chǎn)量的64%。基于試驗(yàn)產(chǎn)量和高產(chǎn)紀(jì)錄產(chǎn)量，內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)戶玉米實(shí)際產(chǎn)量分別實(shí)現(xiàn)了66%和51%[3]。近10年，山東省玉米高產(chǎn)田塊產(chǎn)量多地已突破20 t·hm-2，但目前山東省平均產(chǎn)量只有6.4 t·hm-2，不到紀(jì)錄產(chǎn)量的1/3[4-5]。吉林省作為全國(guó)玉米單產(chǎn)較高的省份，單產(chǎn)達(dá)7.8 t·hm-2，而與吉林省高產(chǎn)紀(jì)錄相比仍有10.4 t·hm-2的產(chǎn)量差距[6]。與此同時(shí)，為保持糧食生產(chǎn)的快速增長(zhǎng)，中國(guó)近年來(lái)氮肥用量達(dá)3 100×104t，占全球消費(fèi)量的29%，位居世界第一[7]，但實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中由于氮肥的過(guò)量不合理施用致使我國(guó)玉米氮肥利用率不足35%，遠(yuǎn)低于美國(guó)50%—60%的水平，而生育前期的氮肥利用率僅為10%左右，通過(guò)氨揮發(fā)、反硝化和淋洗損失的氮肥超過(guò)270 kg·hm-2，造成了嚴(yán)重的大氣和水污染以及土壤酸化[8-10]。大量田間試驗(yàn)表明，在不損失水稻、小麥和玉米產(chǎn)量的情況下，氮肥用量可減少30%—60%[11]。因此，明確玉米產(chǎn)量提升的主要限制因素和技術(shù)因子優(yōu)先順序?qū)μ岣咦魑锂a(chǎn)量，縮小產(chǎn)量和養(yǎng)分效率差距具有重要意義[12]。【前人研究進(jìn)展】近年來(lái)，許多學(xué)者通過(guò)不同方法對(duì)作物產(chǎn)量差距開(kāi)展了較多研究。如劉?；ǖ萚12]通過(guò)對(duì)近年發(fā)表的文獻(xiàn)總結(jié)得出，當(dāng)前全世界小麥、水稻、玉米的平均產(chǎn)量潛力分別為6.7、8.1、11.2 t·hm-2，農(nóng)戶產(chǎn)量分別實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量潛力的60%、60%、53%。李雅劍等[3]采用密度聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)和模型模擬相結(jié)合的方法得到內(nèi)蒙古農(nóng)戶玉米產(chǎn)量與模型模擬、高產(chǎn)紀(jì)錄和試驗(yàn)產(chǎn)量的差距分別為7.5、7.0和3.8 t·hm-2。CHEN等[13]基于多年農(nóng)戶調(diào)研和田間試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)農(nóng)戶平均產(chǎn)量與可實(shí)現(xiàn)最高產(chǎn)量的差距為3.7 t·hm-2，農(nóng)戶氮肥偏生產(chǎn)力平均為49.1 kg·kg-1，與可實(shí)現(xiàn)氮肥偏生產(chǎn)力的差距高達(dá)47.0 kg·kg-1。而王洪章等[14]則通過(guò)生產(chǎn)調(diào)研和高產(chǎn)攻關(guān)，定量分析了山東夏玉米超高產(chǎn)、高產(chǎn)高效和農(nóng)戶3個(gè)產(chǎn)量層次的綜合管理模式之間的產(chǎn)量肥料利用效率差距特征。【本研究切入點(diǎn)】玉米生產(chǎn)是一個(gè)綜合管理的系統(tǒng)過(guò)程，受氣候、社會(huì)、栽培管理措施、遺傳潛力等多因素影響。前人采用開(kāi)放式問(wèn)卷和參與式評(píng)估等方法，將栽培管理措施及技術(shù)到位率列為當(dāng)前東北春玉米產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量提升的第一制約因素[15-17]。但限制東北春玉米產(chǎn)量和效率提升的主要栽培技術(shù)因子有哪些？主要栽培技術(shù)因子對(duì)產(chǎn)量、養(yǎng)分效率的貢獻(xiàn)率及優(yōu)先序目前尚不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)生產(chǎn)調(diào)研、問(wèn)卷調(diào)查和春玉米高產(chǎn)攻關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析，確定了種植密度、耕作措施、氮素管理和品種選擇為4個(gè)最主要的技術(shù)要素，為進(jìn)一步明確上述因子對(duì)東北春玉米產(chǎn)量和氮素效率提升的技術(shù)貢獻(xiàn)，在農(nóng)戶（FP）、高產(chǎn)高效（HH）和超高產(chǎn)（SH）3種不同產(chǎn)量水平的綜合管理模式之間，分析了種植密度、耕作措施、氮肥管理和品種對(duì)產(chǎn)量和氮素效率差形成的技術(shù)因子貢獻(xiàn)率，并明確了對(duì)應(yīng)管理模式的技術(shù)因子優(yōu)先順序，以期為東北春玉米生產(chǎn)過(guò)程中縮差增效技術(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017—2018年，在吉林省農(nóng)安縣吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈拉海綜合試驗(yàn)站（44°05′N，124°51′E）進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)位于吉林省中部的半濕潤(rùn)區(qū)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，玉米生長(zhǎng)季平均降雨量480 mm左右，為典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。土壤類型為黑土，0—20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)27.4 g·kg-1，全氮1.7 g·kg-1，速效磷26.8 mg·kg-1，速效鉀201.4 mg·kg-1。生育期氣象數(shù)據(jù)（平均溫度、輻射量、降雨量）如圖1所示。

圖1 玉米生育期氣象條件

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)研農(nóng)戶、高產(chǎn)高效和超高產(chǎn)紀(jì)錄田塊的技術(shù)模式，明確限制玉米產(chǎn)量、效率提升的主要技術(shù)因子（包括種植密度、耕作措施、氮素管理、品種），設(shè)置了超高產(chǎn)（SH）、高產(chǎn)高效（HH）和農(nóng)戶（FP）3個(gè)不同產(chǎn)量水平的技術(shù)模式，不同技術(shù)模式具體措施詳見(jiàn)表1。針對(duì)不同技術(shù)模式中的技術(shù)因子設(shè)計(jì)裂區(qū)試驗(yàn)，其中以耕作方式為主區(qū)、品種為副區(qū)，氮肥管理為副副區(qū)、密度為副副副區(qū)。2種耕作方式：（1）播前進(jìn)行淺旋滅茬處理，淺旋深度15 cm，（2）采用夏季深松，秋季收獲后深翻+有機(jī)肥15 000 kg·hm-2，深松深度30 cm；2個(gè)供試品種：先玉335（對(duì)照品種）和翔玉998（生產(chǎn)主推品種）；3個(gè)氮肥處理：（1）總施氮量為270 kg·hm-2，采用播前一次性施肥，（2）總施氮量為225 kg·hm-2，分別于播前、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期按2﹕3﹕3﹕2比例施入，（3）總施氮量為360 kg·hm-2，分別于播前、拔節(jié)期、大喇叭口期、按4﹕3﹕3比例施入；3個(gè)種植密度：6.0×104、7.5×104、9.0×104株/hm2。

表1 不同模式的種植密度、耕作方式與肥料運(yùn)籌

（1）農(nóng)戶模式（FP），+土壤耕作表示耕作方式為夏季深松，秋季收獲后深翻；+氮肥管理表示總施氮量為225 kg·hm-2，分別于播前、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期按2﹕3﹕3﹕2比例施入，+密度表示種植密度為7.5×104株/hm2，+品種代表品種為翔玉998。

（2）高產(chǎn)高效模式（HH），-土壤耕作表示耕作方式為滅茬淺旋，-氮肥管理表示總施氮量為270 kg·hm-2，采用“一炮轟”施肥方式，-密度表示種植密度為6.0×104株/hm2，++密度表示種植密度為9.0×104株/hm2，+品種代表供試品種為翔玉998。

（3）超高產(chǎn)模式（SH），-土壤耕作表示耕作方式為滅茬淺旋，-氮肥管理表示總施氮量為270 kg·hm-2，采用“一炮轟”施肥方式，+氮肥管理表示總施氮量為225 kg·hm-2，分別于播前、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期按2﹕3﹕3﹕2比例施入，-密度表示種植密度為7.5×104株/hm2，+品種代表供試品種為翔玉998。

磷肥（P2O5）與鉀肥（K2O）不同產(chǎn)量水平均施120 kg·hm-2，作底肥一次施入。小區(qū)為6行區(qū)，8 m行長(zhǎng)，行距65 cm，小區(qū)面積31.2 m2，重復(fù)2次。其他管理措施按正常田間管理進(jìn)行，及時(shí)防治病蟲(chóng)害。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 在生理成熟期，每個(gè)小區(qū)選取中間2行進(jìn)行人工收獲，統(tǒng)計(jì)有效穗數(shù)，用均值法選取10穗，自然風(fēng)干后進(jìn)行考種，測(cè)定穗粒重、穗粒數(shù)、百粒重及含水量，籽粒產(chǎn)量按含水量14%進(jìn)行折算。

1.3.2 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式

氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）=籽粒產(chǎn)量/施氮量；

產(chǎn)量（效率）差=增（減）技術(shù)因子產(chǎn)量（效率）-對(duì)應(yīng)模式的產(chǎn)量（效率）；

措施貢獻(xiàn)率=產(chǎn)量（效率）差/對(duì)應(yīng)模式的產(chǎn)量（效率）×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，使用最小差異（LSD）法檢驗(yàn)差異顯著性，并將顯著性水平設(shè)定為0.05；利用SigmaPlot 14.0軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同技術(shù)模式及增（減）栽培因子對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由圖2可知，不同技術(shù)模式間產(chǎn)量2年均表現(xiàn)為超高產(chǎn)模式＞高產(chǎn)高效模式＞農(nóng)戶模式，其中2017年超高產(chǎn)模式產(chǎn)量分別比高產(chǎn)高效、農(nóng)戶模式產(chǎn)量提高10.3%和35.5%，2018年超高產(chǎn)模式產(chǎn)量分別比高產(chǎn)高效、農(nóng)戶模式產(chǎn)量提高9.4%和17.9%，而產(chǎn)量在不同年份間表現(xiàn)為2017年要高于2018年。

A、B、C分別代表2017年農(nóng)戶模式、高產(chǎn)高效模式、超高產(chǎn)模式及增（減）技術(shù)因子處理的產(chǎn)量；D、E、F分別代表2018年農(nóng)戶模式、高產(chǎn)高效模式、超高產(chǎn)模式及增（減）技術(shù)因子處理的產(chǎn)量

2.2 增（減）技術(shù)因子形成的產(chǎn)量差及對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率

農(nóng)戶模式中（FP），優(yōu)化各技術(shù)因子2年的試驗(yàn)結(jié)果均表現(xiàn)為較FP模式增產(chǎn)，其中優(yōu)化氮素管理2017和2018年分別增產(chǎn)1 050.5、960.0 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為10.3%和9.5%，增產(chǎn)效果均達(dá)顯著水平，優(yōu)化種植密度（密度提高至7.5×104株/hm2）產(chǎn)量分別增加770.8、449.0 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為7.6%、4.4%；優(yōu)化耕作措施（深松、深翻）2年分別較對(duì)照模式增產(chǎn)361.9和523.6 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)率分別為3.5%和5.2%；而優(yōu)化品種（新品種翔玉998）增產(chǎn)效果差異不大，2年平均增產(chǎn)212.5 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均僅為2.5%。高產(chǎn)高效模式中（HH），未經(jīng)優(yōu)化土壤耕作、氮素管理、種植密度等技術(shù)措施均表現(xiàn)為減產(chǎn)，其中降低種植密度（密度降至6.0×104株/hm2）減產(chǎn)幅度最大，2年分別減產(chǎn)1 209.3和1 279.0 kg·hm-2，相應(yīng)的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率分別達(dá)9.6%和10.8%；未經(jīng)優(yōu)化耕作措施（淺旋滅茬）2年分別減產(chǎn)594.0、678.1 kg·hm-2，相應(yīng)的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率分別為4.7%和5.7%；未經(jīng)優(yōu)化氮素管理（采用“一炮轟”施肥方式）2年分別減產(chǎn)556.2和513.8 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為4.4%和4.3%；而在高產(chǎn)高效模式中密度增加至9.0×104株/hm2時(shí)，產(chǎn)量則分別增加760.6、483.8 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為6.0%、4.1%?？梢?jiàn)，在HH模式中繼續(xù)增密的技術(shù)效應(yīng)低于減密技術(shù)效應(yīng)，將HH模式中密度增（減）后形成的產(chǎn)量差絕對(duì)值平均，由密度形成的產(chǎn)量差為933.2 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為7.7%；優(yōu)化品種（采用高產(chǎn)新品種）同樣表現(xiàn)為增產(chǎn)，2年分別增產(chǎn)434.5和649.8 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為3.5%和5.1%。在超高產(chǎn)模式中（SH），采用未經(jīng)優(yōu)化技術(shù)因子同樣表現(xiàn)為減產(chǎn)，其中常規(guī)耕作措施（淺旋滅茬）2017年減產(chǎn)498.5 kg·hm-2，而2018年產(chǎn)量降低 1 182.7 kg·hm-2，減產(chǎn)幅度顯著高于2017年，相應(yīng)的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率2年分別為3.6%、9.3%；未經(jīng)優(yōu)化氮素管理2年分別減產(chǎn)1 114.1、833.1 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為8.0%和6.6%；而降低種植密度（密度降至7.5×104株/hm2）2年產(chǎn)量分別降低1 507.0和808.3 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為10.9%和6.9%；而優(yōu)化品種同樣表現(xiàn)為增產(chǎn)，2年分別增產(chǎn)557.4和799.2 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為4.0%和6.2%（表2）。由上述可知，不同技術(shù)模式中不同技術(shù)因子對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率不同，而同一技術(shù)因子在不同年份間也存在差異。

表2 增（減）技術(shù)因子形成的產(chǎn)量差及技術(shù)因子對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率

2.3 不同技術(shù)模式及增（減）技術(shù)因子對(duì)玉米氮素偏生產(chǎn)力（PFPN）的影響

由圖3可知，不同技術(shù)模式氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）2年均表現(xiàn)為HH模式顯著高于FP和SH模式，而FP和SH模式間差異不明顯，其中2017年HH模式PFPN分別比FP、SH提高47.9%和45.5%，2018年HH模式PFPN分別比FP、SH提高40.9%和46.2%。

2.4 增（減）技術(shù)因子形成的氮素效率差及對(duì)氮效率的貢獻(xiàn)率

表3所示，在FP模式基礎(chǔ)上優(yōu)化各技術(shù)因子，PFPN均有不同程度增加，其中優(yōu)化氮素管理PFPN最大，2年平均達(dá)49.6 kg·kg-1，與FP模式的效率差為12.0 kg·kg-1，對(duì)PFPN貢獻(xiàn)率達(dá)30.5%；優(yōu)化種植密度PFPN差距2年分別為1.7和2.9 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)分別為3.3%和5.8%；優(yōu)化耕作措施2年與對(duì)照模式的效率差分別為1.3和1.9 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)分別為3.5%和5.2%；而優(yōu)化品種增效差異不大，2年平均增效0.9 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率平均僅為2.5%。在HH模式中，采用常規(guī)耕作措施PFPN2年分別降低2.6和3.0 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)分別為4.7%和5.7%；未經(jīng)優(yōu)化氮素管理PFPN則大幅降低，2年分別降低了10.66和10.69 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率分別達(dá)19.0% 和20.3%；在HH模式中降低種植密度，PFPN2年分別降低5.4和5.7 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率分別為9.6%和10.2%，而提高種植密度，PFPN則分別提高了3.6、2.2 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率分別為6.0%、4.1%。將HH模式中密度增（減）后形成的PFPN差絕對(duì)值平均，由密度形成的PFPN差為4.2 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率為7.7%；優(yōu)化品種PFPN提高，2年分別提高1.9和2.9 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率分別為3.5%和5.5%。在SH模式基礎(chǔ)上采用常規(guī)耕作措施，PFPN降低，與對(duì)照模式相比2年分別降低1.4和3.3 kg·kg-1，相應(yīng)PFPN貢獻(xiàn)率為3.6%和9.1%；而未經(jīng)優(yōu)化氮素管理PFPN則較對(duì)照模式提高，2年分別提高了8.7和8.9 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率達(dá)23.5%和27.3%；在SH模式基礎(chǔ)上降低種植密度（7.5×104株/hm2），PFPN2年分別降低4.2和2.5 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)分別為10.9%和6.9%；優(yōu)化品種PFPN同樣提高，2年分別提高1.5和2.2 kg·kg-1，對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率分別為4.0%和6.2%。由上述分析可知，同產(chǎn)量結(jié)果相似，不同技術(shù)模式中不同技術(shù)因子對(duì)PFPN的貢獻(xiàn)率不同，而同一技術(shù)因子對(duì)PFPN的影響在不同年份間也存在著差異。

A、B、C分別代表2017年農(nóng)戶模式、高產(chǎn)高效模式、超高產(chǎn)模式及增（減）技術(shù)因子的PFPN；D、E、F分別代表2018年農(nóng)戶模式、高產(chǎn)高效模式、超高產(chǎn)模式及增（減）技術(shù)因子的PFPN

2.5 栽培技術(shù)因子對(duì)玉米產(chǎn)量及效率貢獻(xiàn)的優(yōu)先序

如圖4所示，不同產(chǎn)量水平下不同技術(shù)因子對(duì)玉米產(chǎn)量和效率的貢獻(xiàn)率存在著較大差異。將2年技術(shù)措施貢獻(xiàn)率的研究結(jié)果平均，F(xiàn)P模式中，栽培措施對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)的優(yōu)先序?yàn)榈毓芾?、種植密度、土壤耕作、品種，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為9.9%、6.0%、4.4%和2.5%；HH模式中，栽培措施對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)的優(yōu)先序?yàn)榉N植密度、氮素管理、土壤耕作、品種，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為7.7%、5.2%、4.5%和3.5%；SH模式中栽培措施對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)的優(yōu)先序是：種植密度、土壤耕作、氮素管理、品種，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為8.9%、7.3%、6.5%和4.%。FP模式中，栽培措施對(duì)氮效率貢獻(xiàn)的優(yōu)先序?yàn)榈毓芾?、種植密度、土壤耕作、品種，貢獻(xiàn)率分別為30.5%、6.0%、4.4%和2.5%；HH模式中，栽培措施對(duì)氮效率貢獻(xiàn)的優(yōu)先序?yàn)榈毓芾?、種植密度、土壤耕作、品種，貢獻(xiàn)率分別為19.7%、7.7%、4.7%和4.5%；SH模式中栽培措施對(duì)氮效率貢獻(xiàn)的優(yōu)先序是氮素管理、種植密度、土壤耕作、品種，貢獻(xiàn)率分別為25.4%、8.3%、6.5%和4.5%。

表3 增（減）技術(shù)因子形成的養(yǎng)分效率差及技術(shù)因子對(duì)氮素效率的貢獻(xiàn)率

圖4 技術(shù)因子對(duì)玉米產(chǎn)量及效率貢獻(xiàn)的優(yōu)先序

3 討論

綜合農(nóng)藝管理措施被定義為一個(gè)綜合管理框架，包括種植密度、養(yǎng)分管理、耕作方式、播種日期等[11,18]，通過(guò)這些技術(shù)因子間的優(yōu)化整合，交互作用使作物產(chǎn)量和氮素效率得到了極大提高[19]。然而，同一技術(shù)因子在不同管理模式下的技術(shù)效果不同，原因是制約產(chǎn)量水平逐級(jí)提高的主要矛盾會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。所以，明確不同管理模式下技術(shù)因子對(duì)縮小產(chǎn)量差距的貢獻(xiàn)率及優(yōu)先序，為采取更具針對(duì)性措施，進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)模式提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)縮差增效具有重要意義。

種植密度是影響玉米產(chǎn)量的重要因素。密植群體通過(guò)冠層葉片截獲太陽(yáng)輻射，而后通過(guò)光合作用影響玉米的生長(zhǎng)發(fā)育、光合物質(zhì)生產(chǎn)和分配，并最終決定群體產(chǎn)量的高低[20-21]。提高種植密度，獲得足夠的收獲穗數(shù)，是實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵措施[22]，而增密增產(chǎn)的同時(shí)顯著提高了肥料效率[23-24]，在不調(diào)整農(nóng)戶現(xiàn)有體系其他技術(shù)因子情況下增加種植密度會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量顯著下降[25]。本研究結(jié)果表明，在FP模式中增加種植密度，玉米產(chǎn)量顯著增加，2年平均比對(duì)照模式增產(chǎn)770.8 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為6.0%，與此同時(shí)PFPN提高2.3 kg·kg-1，效率貢獻(xiàn)率與產(chǎn)量一致。而將HH模式中的密度降至FP模式水平、SH模式中的密度降至HH模式水平，產(chǎn)量均大幅度下降，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為10.2%和8.9%，效率貢獻(xiàn)率同產(chǎn)量一致?？梢?jiàn)，在FP模式中密度對(duì)產(chǎn)量的影響要低于在HH和SH模式中的影響，說(shuō)明在一般管理水平下增密的增產(chǎn)效應(yīng)受其他因子如養(yǎng)分供應(yīng)、土壤質(zhì)量等因素限制[26]。

我國(guó)目前大多數(shù)農(nóng)戶常常過(guò)量施用氮肥且施肥時(shí)期不合理[27-28]。本研究前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，為了節(jié)省勞動(dòng)力，近50%的農(nóng)戶為一次性基施氮肥，即便追肥的農(nóng)戶大部分也選在拔節(jié)期前進(jìn)行撒施追肥，由于玉米生長(zhǎng)初期對(duì)氮素的需求相對(duì)較低，前期氮肥投入過(guò)大可導(dǎo)致生育期間養(yǎng)分大量淋洗，造成玉米后期脫肥而嚴(yán)重影響產(chǎn)量[29]。根據(jù)玉米氮素需求規(guī)律，科學(xué)的追肥時(shí)期應(yīng)該是大喇叭口期[30]。優(yōu)化氮素管理，采用總量平衡、分期調(diào)控的養(yǎng)分管理方式在玉米增產(chǎn)增效方面已得到了廣泛認(rèn)可。袁靜超等[31]研究表明，與農(nóng)民“一炮轟”傳統(tǒng)施肥方式相比，氮肥減量、分期調(diào)控顯著提高了玉米產(chǎn)量和氮肥利用率，同時(shí)降低了肥料氮在土壤中殘留，減少氮損失[32]。本研究結(jié)果表明，在FP模式基礎(chǔ)上優(yōu)化氮素管理，玉米平均增產(chǎn)1 005 kg·hm-2，對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)9.9%，與此同時(shí)PFPN提高了12.0 kg·kg-1，效率貢獻(xiàn)率高達(dá)30.5%，產(chǎn)量和效率貢獻(xiàn)率均居于首位。而將HH和SH模式中施肥方式改為農(nóng)戶模式的“一炮轟”方式，與對(duì)應(yīng)技術(shù)模式相比產(chǎn)量分別降低435.0和973.6 kg·hm-2。FP模式中氮素管理對(duì)產(chǎn)量的影響要高于在HH和SH模式中的影響，說(shuō)明在FP模式中優(yōu)化養(yǎng)分管理，產(chǎn)量仍有很大提升空間，而在HH和SH模式中可能由于其他措施的優(yōu)化，在一定程度上降低了養(yǎng)分管理對(duì)產(chǎn)量的影響。SH模式中劣化氮素管理產(chǎn)量雖然降低，但由于施氮量減少，氮效率反而顯著增加，如何實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和養(yǎng)分效率協(xié)同提高是我國(guó)玉米生產(chǎn)中必須解決的重要課題。

良好的土壤耕層是實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)和資源高效的重要保障。東北春玉米區(qū)多年來(lái)長(zhǎng)期采用土壤淺層旋耕和連續(xù)多次作業(yè)，使耕層厚度逐漸降低，犁底層逐漸加厚[33-34]，東北地區(qū)有效耕層厚度只有15.1 cm，低于全國(guó)平均的16.5 cm[4,35]。高的土壤容重和犁底層阻礙了根系生長(zhǎng)和延伸，限制了水分和養(yǎng)分的吸收，嚴(yán)重制約著玉米產(chǎn)量的提高[36]。而深松可以打破犁底層，增加耕層厚度，改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松通氣，提高耕地質(zhì)量，從而提高產(chǎn)量[37]。本研究表明，在FP模式基礎(chǔ)上優(yōu)化耕作措施（深松改土），玉米產(chǎn)量提高，而將HH和SH模式中的深松耕作方式替換為淺旋耕作方式、玉米產(chǎn)量降低，但不同技術(shù)模式中耕作措施的技術(shù)貢獻(xiàn)率年份間有所差異，表現(xiàn)為2018年高于2017年，這可能與2018年生育期降水量比2017年少有關(guān)，試驗(yàn)生育期平均降雨量為450 mm，2017年降雨量為480 mm，而2018年不足370 mm，前人研究結(jié)果也表明干旱年份深松處理對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)更大[38]。此外，隨種植密度提高，耕作措施對(duì)產(chǎn)量及氮素效率的貢獻(xiàn)率也隨之增大，在FP、HH和SH模式中，2018年耕作措施對(duì)產(chǎn)量及相應(yīng)氮素效率的貢獻(xiàn)率均為5.1%、5.7%和9.1%，而2017年耕作措施對(duì)產(chǎn)量及相應(yīng)氮素效率的貢獻(xiàn)率均為3.5%、4.7%、3.6%，可見(jiàn)干旱年份優(yōu)化耕作措施對(duì)高密度群體的正向調(diào)控作用更顯著。

不同生產(chǎn)技術(shù)模式中品種的產(chǎn)量差異較大。本研究發(fā)現(xiàn)，不同技術(shù)模式中耐密植品種翔玉998與對(duì)照品種先玉335相比產(chǎn)量均有所增加，且在高密度條件下增產(chǎn)效應(yīng)明顯提高，但增產(chǎn)效果同其他措施相比沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，品種選擇對(duì)產(chǎn)量及氮素效率貢獻(xiàn)率在FP、HH和SH模式中分別為2.5%、4.3%和5.1%，在所有技術(shù)因子中貢獻(xiàn)率最小。這與前人的研究結(jié)果不同，ZHAO等[26]在夏玉米上的研究表明限制玉米產(chǎn)量提升的主要因素中品種選擇要優(yōu)先于種植密度和養(yǎng)分管理，究其原因可能與本研究選用的對(duì)照品種先玉335在試驗(yàn)中表現(xiàn)出的較高產(chǎn)量水平有關(guān)，該品種曾多年雄踞東北春玉米區(qū)標(biāo)桿性品種地位，密植高產(chǎn)潛力大、適應(yīng)性強(qiáng)。先玉335作為本區(qū)域玉米育種的對(duì)照種，與之相比，近年新品種的產(chǎn)量遺傳增益的提高較慢，因此本研究所選擇的2個(gè)品種（先玉335和翔玉998）雖審定時(shí)間相差較遠(yuǎn)，但在綜合農(nóng)藝措施管理系統(tǒng)中，品種更新?lián)Q代對(duì)增產(chǎn)增效貢獻(xiàn)相對(duì)較小，這也說(shuō)明通過(guò)栽培技術(shù)多因子的進(jìn)一步優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)東北春玉米縮差增效的重要技術(shù)途徑。

4 結(jié)論

不同產(chǎn)量水平的生產(chǎn)模式中，不同技術(shù)因子對(duì)產(chǎn)量差及效率差的影響存在著較大差異，技術(shù)因子對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)并不存在完全一致的優(yōu)先序，不同管理水平下產(chǎn)量差的形成是由多因素共同作用的，技術(shù)因子間具有協(xié)同作用。當(dāng)前農(nóng)戶生產(chǎn)模式中氮素管理對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率居于首位，而在高產(chǎn)生產(chǎn)模式中種植密度與土壤耕作對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)較大，且不同產(chǎn)量水平模式間PFPN效率差異主要是由氮素管理方式所致。

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Effects of Different Agronomy Factors on Yield Gap and Nitrogen Efficiency Gap of Spring Maize under Rain-Fed Conditions

CAO YuJun1, YAO FanYun1, WANG Dan2, Lü YanJie1, LIU XiaoDan1, WANG LiChun1, WANG YongJun1, 2, LI CongFeng3

(1Institute of Agricultural Resources and Environment, Jilin Academy of Agriculture Sciences/State Engineering Laboratory of Maize, Changchun 130033;2College of Agronomy, Jilin Agricultural University, Changchun 130030;3Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081)

【】In order to provide a theoretical basis for the further improvement of the yield and nutrient efficiency of different maize production levels, the effects of the increasing and decreasing measures on the yield and nutrient efficiency of maize under different technical modes were explored, and the technical priorities were clarified. 【】By investigating the yield level and technical mode of farmers, high-yield and high-efficiency, as well as super high yield, it was clear that planting density, cultivation measures, nitrogen management and varieties were the main measures to limit the yield and efficiency improvement of maize at different production levels. On the basis, three technical models of super high yield (SH), high-yield and high-efficiency (HH) and farmer household (FP) were set up. According to the measure factors under different technical modes, the split area experiment was carried out, in which the tillage method was the main plot, the variety was sub-plot, the nitrogen fertilizer management was sub-sub-plot, and the density was sub-sub-sub-plot.【】Under the FP model, the priority order of technical measures to yield contribution was nitrogen management, planting density, soil tillage, and variety, while the contribution rate to yield was 9.9%, 6.0%, 4.4% and 2.5%, respectively. Under the HH model, the priority order of cultivation measures to yield contribution was planting density, nitrogen management, soil tillage, and variety, with the contribution rate of 7.7%, 5.2%, 4.5% and 3.5%, respectively. Under SH mode, the priority order of cultivation measures to yield contribution was planting density, soil tillage, nitrogen management, and variety, with the contribution rate of 8.9%, 7.3%, 6.5% and 4.3%, respectively. Among the three models, the contribution rate of cultivation technical factors to nitrogen efficiency from high to low was nitrogen management, planting density, soil cultivation and variety. Among them, the contribution rate of nitrogen management, planting density, soil tillage and variety to nitrogen efficiency was 30.5%, 6.0%, 4.4% and 2.5% in FP mode, 19.7%, 7.7%, 4.7% and 4.5% in HH mode, 25.4%, 8.3%, 6.5% and 4.5% in SH mode, respectively.【】There was no fixed priority order for the contribution of technical factors to the yield. The formation of yield gap under different management levels was affected by multiple factors, and the technical factors had synergistic effect. Under the management of farmer’s level, the contribution rate of nitrogen management to the yield ranked first, while the contribution of planting density and soil tillage to the yield was greater under the higher management level. However, the nutrient efficiency gap was mainly caused by nitrogen management, and the contribution rate of nitrogen management to nutrient efficiency ranked the first at different yield levels.

agronomy factor; rain-fed; spring maize; yield gap; nitrogen efficiency gap

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.15.005

2020-05-09；

2020-06-15

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0300103）、國(guó)家自然科學(xué)基金（31701349）、國(guó)家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-02-16）

曹玉軍，E-mail：caoyujun828@163.com。

王永軍，E-mail：yjwang2004@126.com。通信作者李從鋒，E-mail：licongfeng@caas.cn

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）