劉佳敏 汪洋 牛金璨 張志如 劉志彬 朱秋會 葉優(yōu)良 黃玉芳

摘要：本文旨在探究不同施氮水平下增密對玉米產量及抗倒伏性狀的影響，為制定大田玉米的種植密度和施氮量提供理論依據(jù)。試驗結合兩種玉米品種、兩種密度、三種施氮水平，分析比較不同處理對玉米產量、抗倒伏性狀及經濟效益的影響。結果表明，本試驗條件下品種之間相比，‘北青340’在產量、莖粗及抗折力方面均處于較高水平，故‘北青340’在產量和抗倒伏方面都要強于‘登海605’。干物質量出現(xiàn)差異后，各生育階段干物質均表現(xiàn)為N180>N360>N0；株高、穗位高不能單獨作為判斷倒伏性能的標準，基部節(jié)間莖稈抗折力的提高可以降低作物長高帶來的倒伏風險。增密提高了經濟效益，同時也增加了倒伏風險；相同密度條件下，抗倒伏性狀在N180水平下表現(xiàn)最好，不施或者過量施肥反而會提高玉米的倒伏風險。

關鍵詞：玉米；倒伏；氮肥；種植密度；產量

中圖分類號：S513文獻標志碼：A論文編號：cjas20191200296

Effects of Densification on Corn Yield and Lodging Resistance Under Different Nitrogen Levels Liu Jiamin， Wang Yang， Niu Jincan， Zhang Zhiru， Liu Zhibin， Zhu Qiuhui， Ye Youliang， Huang Yufang

（Henan Agricultural University， Zhengzhou 450002， Henan， China）

Abstract： The paper aims at exploring the effect of density increasing on corn yield and lodging resistance under different nitrogen application levels， so as to provide a basis for establishing planting density and nitrogen application amount of corn in field. With two corn varieties， two densities and three nitrogen levels， we studied the effects of different treatments on yield， lodging resistance and economic benefits. The results showed that the yield， stem diameter and bending resistance of‘Beiqing 340’were higher than those of‘Denghai 605’. Under the condition of high density， the yield of‘Denghai 605’was significantly reduced by applying excessive nitrogen fertilizer. The dry matter of each growth stage was N180> N360 > N0； plant height and ear height could not be used as the standard for judging lodging performance alone， and the improvement of basal internode stem bending resistance could reduce the lodging risk that increased with the crop growth. To increase the planting density would raise the economic benefits as well as the lodging risk. Under the same density， the lodging resistance was the best at N180 level， no or excessive fertilization would both increase the lodging risk.

Keywords： Maize； Lodging； Nitrogen Fertilizer； Planting Density； Yield 0引言

在中國玉米的種植面積僅次于水稻和小麥，位于雜糧之首。近些年玉米平均產量為5578 kg/hm2[1]，是我國產量最高的糧食作物，在糧食生產中具有重要地位。玉米種植的品種、密度以及施氮量都是玉米生長發(fā)育的限制因子，對玉米高產高效調控具有重要意義[2]。

種植密度通過影響水、肥、氣、熱等環(huán)境因子而對玉米的生長發(fā)育產生影響[3]，密度會對玉米的莖稈性狀、根系發(fā)育、株高、穗位高、空稈率等各方面造成影響[4-5]。過高的種植密度會導致玉米莖稈柔弱，根系發(fā)育不良，易產生倒伏[6]，倒伏率每增加1%，玉米產量大約減少108 kg/hm2[7]，難以達到玉米高產的目的。當種植密度過低時，單株玉米的穗重會達到較高水平，但單位面積的穗數(shù)較少，成為限制玉米高產的主要因素。因此合適的種植密度可以調節(jié)作物對水、肥、氣、熱的吸收與利用，達到增產的效果。

氮素是玉米生長過程中所必需的營養(yǎng)元素，對玉米的生長代謝和增產有重要作用[8]，是農業(yè)生產上施用量最多的肥料，易鎮(zhèn)邪等[9]研究表明：增施氮肥可以提高玉米營養(yǎng)器官的氮素運轉率、干物質積累量，并且增加施氮量提高玉米營養(yǎng)器官氮素轉運量及其對籽粒氮的貢獻率。但當施肥量超過一定范圍時會使玉米的產量降低，同時氮肥的過量使用造成肥料的利用率降低[10]（有前人指出，我國玉米的氮素利用效率僅僅是26.1%，遠低于國際平均水平33%[11]）、肥料大量流失、環(huán)境嚴重污染，加劇了環(huán)境問題[12-13]。因此合理施用氮肥對玉米高產高效和環(huán)境保護具有重要意義。

選擇耐密抗倒伏的玉米品種是玉米高產的重要措施之一。在生產中，人們通過增加密度和施氮量來提高產量，但隨著種植密度和施氮量的增加，玉米抗倒伏性能顯著降低，倒伏率顯著提高。玉米倒伏問題隨著農業(yè)生產力的發(fā)展和玉米產量水平上升導致的矛盾越來越突出，很大程度上制約著玉米的生產。增加種植密度可顯著提高產量，但是隨著種植密度的提高，玉米莖稈形態(tài)性狀發(fā)生改變，比如株高上升，穗位上升即重心上移；細胞結構也發(fā)生變化，如表皮細胞體積變大、延長，導致細胞壁變薄，從而削弱機械組織的強度及韌性。這些變化最終導致莖稈的抗倒能力下降[14-15]。張麗瓊[16]研究發(fā)現(xiàn)密植導致的抗倒伏能力的下降可以通過降低施氮量來補償，低氮高密種植可以提高產量同時提高小麥抗倒伏能力。這一點也值得在玉米上參考借鑒，加以研究。張倩等[17]的研究試驗結果顯示一定施氮范圍內，施氮量與倒伏率的相關系數(shù)為-0.88。其原因可能是適量的增施氮肥增加單個維管束面積，降低維管束密度，提高玉米表皮厚度，增加玉米含氮量，提高莖稈質量，是莖稈抗折強度增加，從而降低倒伏率。

本研究選擇不同耐密型玉米品種，結合不同種植密度和施氮水平，研究了不同玉米品種干物質積累、氮素利用效率和抗倒伏性狀的差異形成。深入研究玉米倒伏規(guī)律和抗倒性機制，以期在保證不倒伏的前提下，選用適合的密度和氮肥達到產量最大化，同時為選育抗倒伏新品種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2018年6—9月在河南省禹州市順店鎮(zhèn)康城村（113°34′E， 34°26′N）進行，當?shù)貙儆谂瘻貛О霛駶櫺图撅L氣候，玉米生育期內日均氣溫和降雨量分別為26.4℃、314.3 mm，僅靠降雨無法滿足玉米生長，本試驗分別于7月中旬和8月中旬進行了澆灌。試驗田塊土壤類型為潮土，質地為粘壤，播前耕層（0～30 cm）土壤pH 8.2、有機質含量為16.3 g/kg，全氮為1.04 g/kg、速效磷為20.0 mg/kg，速效鉀為113.7 mg/kg，土壤容重為1.43 g/cm3。前茬作物為小麥，秸稈全部還田。

1.2試驗設計

本研究以適宜密度為52500～67500株/hm2的普通品種‘登海605’和適宜密度為67500～75000株/hm2的耐密品種‘北青340’為供試材料，試驗設置兩個不同密度：52500、75000株/hm（2分別用LD、HD表示），3個不同的氮水平：0、180、360 kg N/hm2（分別用N0、N180、N360表示）。氮肥為尿素（含N 46%），1/2在五葉期施，1/2在大喇叭口期追施。磷肥為過磷酸鈣（含P2O5 12%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），磷、鉀肥用量均為90 kg/hm2，均作基肥一次性施用。試驗共有12個處理，每個處理3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積30 m2。試驗于6月7日進行人工玉米擺播，不同種植密度播種時行距均為0.6 m，株距則依據(jù)密度換算獲得（分別為32 cm和22 cm），9月25日收獲。田間管理與當?shù)乇３忠恢拢?～5葉期進行化學除草，拔節(jié)期防治病蟲害。

1.3測定項目及方法

1.3.1土壤的理化性狀玉米播種前取0～30 cm的耕層土壤，測定土壤基礎理化性狀。用電位法測定土壤pH（水土比2.5：1）；用重鉻酸鉀容量法測定有機質；用凱氏定氮法測定土壤全氮；用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷；用1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定速效鉀。

1.3.2植株樣的采集與測定成熟期選取各處理中間4行人工連續(xù)收獲40株玉米，曬干后脫粒稱重，籽粒含水量均以國家商品糧貯藏標準含水量13%折算。

于灌漿期各小區(qū)選擇有代表性的玉米5株，選取第3節(jié)間，采用植物莖稈強度測定儀（YYD-1B）測定植株抗折力。

于拔節(jié)期（播種后30天）、大喇叭口期（播種后45天）、抽雄期（播種后60天）、灌漿期（播種后75天）、成熟期（播種后105天）選取具有代表性的玉米3株，采集地上部植株樣，分為莖、葉、穗（成熟期分為籽粒和穗軸）三部分，105℃殺青30 min后，于70℃烘干至恒重后計重，植株樣品粉碎后過1 mm篩備用待測養(yǎng)分。采用H2SO4-H2O2法消煮，定容后過濾得到待測液，用AA3流動注射分析儀測定植株全氮含量。相關公式見公式（1）～（4）。

1.4數(shù)據(jù)處理及分析

數(shù)據(jù)進行方差分析（ANOVA），不同處理之間數(shù)據(jù)多重比較采用Duncan新復極差法檢驗（P<0.05）。采用Data Processing System（DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）、Origin Pro （2016）軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖。

2結果與分析

2.1不同施氮水平下增密對玉米產量構成因素及產量的影響

由表1可知，兩個玉米品種的產量在增密后均增加，對于‘北青340’百粒重與穗粒數(shù)在不同密度下無顯著差異，對于‘登海605’在不同密度下百粒重無顯著差異，但是穗粒數(shù)低密高于高密差異顯著。在同為低密處理下，隨著施氮量的增加品種‘北青340’的百粒重和產量呈先增后減的趨勢且百粒重差異顯著，產量差異不顯著；穗粒數(shù)呈遞增的趨勢差異不顯著。而對于‘登海605’隨著施氮量的增加百粒重、穗粒數(shù)和產量均呈現(xiàn)先增后減的趨勢，百粒重差異顯著，而穗粒數(shù)和產量差異不顯著。在同為高密度處理時，‘北青 340’隨著施氮量的增加百粒重、穗粒數(shù)、產量都呈先增后減的趨勢且差異均不顯著?！呛?05’隨著施氮量的增加百粒重、穗粒數(shù)和產量均呈先增后減的趨勢，但百粒重和產量差異顯著而穗粒數(shù)差異不顯著。說明投入過高的施氮量反而會使玉米的減產。

2.2不同施氮水平下增密對玉米干物質積累的影響

玉米干物質量隨生育期生長表現(xiàn)為拔節(jié)-灌漿階段快速上升，灌漿-成熟階段干物質緩慢上升（圖2）。增加播種量提高了各生育期玉米的干物質量，同一品種于灌漿期密度間干物質量差異達最高。兩個品種，成熟期干物質均表現(xiàn)為N180>N360>N0。低密種植條件下，于抽雄期始‘北青340’在N0處理下的干物質顯著低于施氮處理；高密種植條件下，施氮處理間的干物質量差異在大喇叭口期已經呈現(xiàn)顯著差異。與‘北青340’不同，‘登海605’氮水平間干物質差異在灌漿期表現(xiàn)出明顯差異。

2.3不同施氮水平下增密對玉米氮素利用效率的影響

氮肥農學利用率、氮肥偏生產力反映了氮肥吸收對作物產量的影響，二者呈現(xiàn)趨勢相近。同一品種，施氮降低了玉米氮肥農學利用率、氮肥偏生產力。N180水平下，增加種植密度可以提升其氮肥農學利用和氮肥偏生產力。氮素收獲指數(shù)表征了氮素在植株體內被生殖器官吸收利用的能力，隨施氮量增加，玉米氮素收獲指數(shù)降低，更多的氮素滯留在秸稈中難以轉運至籽粒，提高密度則進一步降低了作物的氮素收獲指數(shù)。

2.4不同施氮水平下增密對玉米經濟效益的影響

由于養(yǎng)分管理的不同導致不同處理間產值和經濟效益不同（表3）。兩個品種均在高種植密度條件下N180水平時產值達到最大，且‘北青340’最大產值要高于‘登海605’。通過增施肥料或者播種量提高產值的同時也提高了肥料和種子的成本?？鄢杀竞螅衩鬃罡呓洕找嫣幚砗妥畲螽a值處理一致，均發(fā)生在高密條件下N180水平。‘北青340’的平均經濟效益相比‘登海605’提升了22.4%；增密后，‘北青340’、‘登海605’的經濟效益分別提升了39.0%、39.0%

2.5不同施氮水平下增密對玉米抗倒伏性能的影響

‘北青340’平均株高相比‘登海605’增長9.8%，這是由遺傳因素決定的（表4）。低氮條件下，‘北青340’在株高上隨施氮量提高而上升；高密條件下，‘北青340’株高不受施氮量影響。‘登海605’在低密條件下受氮肥用量影響較小，高密條件下施氮則顯著提高了株高。基部第四節(jié)莖粗在不同處理間均表現(xiàn)為N180> N360>N0，相同氮水平下品種‘北青340’的莖粗隨密度增加而降低。莖粗直接影響了莖稈的抗折力，處理間抗折力變異系數(shù)為29.7%，遠高于莖粗變異系數(shù)11.7%，說明莖粗的細微變化對提升抗折拉力非常有效。

兩個玉米品種的最大穗位高均在高密N0處理上表現(xiàn)最大。莖粗系數(shù)、穗位高系數(shù)是決定玉米抗倒伏能力的關鍵參數(shù)，莖粗系數(shù)越大，穗位高系數(shù)越低則表明抗倒伏性能越佳。綜合來看，兩個品種均在低密條件下施氮達180 kg/hm2時抗倒伏性能最好，而高密條件下不施氮處理的抗倒伏性能最差。相比‘登海605’，‘北青340’莖粗系數(shù)提高3.3%，而穗位高系數(shù)下降了9.7%。重心高度由穗位高和棒重有關，重心高度越大則倒伏風險越大。‘北青340’重心高度在低密條件下隨施氮量增加而上升，這與其在高密度條件下的表現(xiàn)是相反的；‘登海605’在低密、高密條件下重心高度均表現(xiàn)出隨施氮量增加而降低。

抗倒性狀與籽粒產量間相關性分析顯示產量與株高、莖粗、抗折力密切相關，這三項指標是產量提升的關鍵，并且株高與莖粗、抗折力間呈顯著正相關關系，與穗位高系數(shù)呈顯著負相關，說明一定范圍內提升株高，可以改善作物抗倒性同時提升產量。抗折力是反映莖稈拉伸強度的重要指標，它與株高、莖粗、莖粗系數(shù)、重心高度呈顯著正相關關系，與穗位高系數(shù)呈顯著負相關，說明株高、重心高度上升帶來的倒伏風險，可以通過莖稈抗折力的改良進行彌補，從而保證作物高產且具高抗倒性能。

3討論

3.1種植密度、施氮量對不同玉米品種干物質量及產量因子的影響

玉米生產是一個種群過程[18]，增加一定的種植密度則玉米群體的干物質積累量和產量會相應地有所增加[19-20]，而增施一定量的氮肥能促進玉米的生長，從而獲得更高的干物質積累量和產量。在本試驗中，施氮量和密度的相互作用能有效提高玉米干物質積累和玉米的產量，其中高密度情況下玉米的干物質、氮素積累以及玉米產量都高于低密度，與尤艷華[21]等研究一致。而在同一密度水平下，玉米的干物質積累量總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，即N180>N360>N0。產量隨著施氮量的增加也呈先增后減的趨勢[22]，說明施氮量過高時反而會抑制玉米的生長，不利于玉米增產，這與曹勝彪[23]等人的研究結果一致。另外兩品種的氮肥農學利用效率和偏生產力隨密度的增加而有所提高，但隨著施氮量的增加而降低，因此增密減氮能有效提高玉米氮肥農學利用率和偏生產力，這與魏淑麗[24]等人的研究結果一致。

曹玉軍[25]等人認為玉米的百粒重、穗粒數(shù)、穗數(shù)都是影響玉米產量的重要因素。對于耐密品種，高密度處理下的玉米百粒重和穗粒數(shù)均低于低密度處理，百粒重差異較顯著，這與蔡紅光[26]等研究一致，而穗粒數(shù)差異不顯著；對于不耐密品種，高密度處理下的玉米百粒重低于低密度，差異不顯著，而穗粒數(shù)則是低密度高于高密度，并且差異顯著，說明密度對耐密品種的影響主要表現(xiàn)在百粒重。

3.2種植密度、施氮量對不同玉米品種抗倒伏性狀的影響

增密、增施氮肥可以帶來更多的經濟效益，但同時也增加了玉米倒伏的風險[27]。兩個品種均在高種植密度條件下N180水平時產值達到最大，且‘北青340’最大產值要高于‘登海605’。‘北青340’的平均經濟效益相比‘登海605’提升了22.4%；增密后，‘北青340’、‘登海605’的經濟效益分別提升了39.0%、39.0%。玉米莖稈的抗折力和重心高度對玉米的倒伏性能有直接影響[28]，重心高度越低莖稈的抗折力越大玉米的抗倒伏性能越強[29-30]。‘北青340’玉米的重心高度在低密條件下隨施氮量的增加而增大，在高密條件下隨施氮量的增加而降低，而‘登海605’在高密、低密條件下重心高度均隨施氮量的增加而降低；兩種玉米品種的莖稈抗折力在施氮處理下低密顯著高于高密，并隨施氮量的增加而降低。綜合來看，兩個品種均在低密條件下施氮量為180 kg/hm2時抗倒伏性能最好，而高密條件下不施氮處理的抗倒伏性能最差。

4結論

品種之間相比，‘北青340’在產量、莖粗及抗折力方面均處于較高水平，故‘北青340’在產量和抗倒伏方面都要強于‘登海605’。籽粒產量及抗倒伏性狀與株高、莖粗、抗折力緊密相關，同時株高與莖粗、抗折力間呈顯著正相關關系，與穗位高系數(shù)呈顯著負相關，說明一定范圍內提升株高，可以改善作物抗倒性同時提升產量；相同密度條件下，抗倒伏性狀在N180水平下表現(xiàn)最好，不施或者過量的氮肥投入反而存在較高的倒伏風險。

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