張盼盼，李志源，劉京寶，黃 璐，喬江方，李 川，張美微，劉 鋒

（1. 河南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所，河南鄭州 450002；2. 河南省禹州市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)中心，河南禹州461670；3. 安徽省固鎮(zhèn)縣湖溝鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)綜合服務中心，安徽蚌埠 233700）

黃淮海地區(qū)是我國重要的玉米生產(chǎn)區(qū)，該區(qū)玉米產(chǎn)量約占全國玉米總產(chǎn)量的1/3，維持該區(qū)的玉米高產(chǎn)對于我國糧食安全有重要作用。增施氮肥可以有效提高玉米產(chǎn)量，而我國氮肥的當季利用率僅為30%～40%，遠低于發(fā)達國家[1?3]。我國氮肥施用量居世界第一，氮肥過量施用，導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加，不僅未能顯著增加產(chǎn)量，還造成水體富營養(yǎng)化、溫室效應和土壤肥力下降等一系列環(huán)境問題[4?5]。提高氮肥利用率對我國玉米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。提高玉米對氮素的吸收利用能力是提高氮素利用效率的最佳途徑[6?10]。

研究發(fā)現(xiàn)，不同類型玉米品種對氮素的吸收利用存在顯著差異，高產(chǎn)氮高效玉米品種在高氮和低氮條件下的氮肥利用效率均較高[11?14]。因此，選育和推廣高產(chǎn)氮高效玉米品種是提高我國氮肥利用率、保障糧食安全和維護生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的一項重要措施。前人研究發(fā)現(xiàn)，鄭單958、金山27、鄭單17、偉科702 為氮高效品種[15]。隨著玉米育種產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，國內(nèi)玉米品種不斷交替更新，黃淮海地區(qū)玉米品種較多，對氮素的利用效率存在較大差異，篩選新的更多的高產(chǎn)氮高效玉米品種具有重要的現(xiàn)實意義。為此，以主推或有望在未來生產(chǎn)中大面積推廣種植的玉米品種為研究對象，分析其在正常氮和減施氮肥下的產(chǎn)量變化，篩選出適合黃淮海夏玉米生產(chǎn)區(qū)的高產(chǎn)氮高效玉米品種，以期為提高黃淮海地區(qū)高產(chǎn)氮高效玉米品種的推廣使用、保障該區(qū)的糧食安全和維護生態(tài)環(huán)境奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

大田試驗在河南省農(nóng)業(yè)科學院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗示范基地（新鄉(xiāng)市原陽縣，113°42′4″E、35°0′17″N）進行。供試土壤為黃褐土，玉米播種前，0～30 cm 土層土壤含全氮0.74 g/kg、堿解氮60.1 mg/kg、有效磷42.9 mg/kg、速效鉀163.0 mg/kg、有機質(zhì)33.0 g/kg，pH值為8.83。

供試玉米品種共41個，是從黃淮海地區(qū)征集的已主推的審定品種先玉335（XY335）、中玉303（ZY303）、鄭單958（ZD958）、京農(nóng)科728（JNK728）、京科968（JK968）、京科999（JK999）、京單58（JD58）、豫單188（YD188）、豫單132（YD132）、鄭單309（ZD309）、鄭單326（ZD326）、吉單83（JD83）、遼單575（LD575）、德單1104（DD1104）、晉單73 號（JD73）、德單1403（DD1403）、登海111（DH111）、登海1717（DH1717）、京科9683（JK9683）、九玉J03（JY03）、金海13 號（JH13）、國禾918（GH918）、潞玉1403（LY1403）、偉玉178（WY178）、優(yōu)迪919（YD919）以及有望在未來生產(chǎn)中大面積推廣種植的品種中農(nóng)大675（ZND675）、中玉749（ZY749）、中玉4688（ZY4688）、丹玉631（DY631）、丹玉439（DY439）、新單88（XD88）、隴單639（LD639）、吉單436（JD436）、吉單817（JD817）、谷神玉66（GSY66）、省原96（SY96）、京華830（JH830）、松玉432（SY432）、松玉435（SY435）、圣泰808（ST808）、吉單868（JD868）。

供試肥料為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗設計

試驗采用兩因素隨機區(qū)組設計，主因素為施氮（純N）水平，分別是225 kg/hm2（正常施氮量)和180 kg/hm2（減氮20%），設定為N1 和N2 處理；副因素為41 個玉米品種。共82 個處理，每個處理重復3 次，6行區(qū)，行長5 m，行間距0.6 m。氮肥按照2∶1 進行基施、大喇叭口期追施，磷、鉀肥全部基施（P2O5、K2O均為100 kg/hm2）。玉米播種方式為人工播種，種植密度為75 000 株/hm2。播種后及時封閉除草，玉米生育期內(nèi)適時中耕除草和噴灑農(nóng)藥防治病蟲害，其他田間管理措施與當?shù)卮筇锷a(chǎn)管理保持一致。

1.3 測定項目及方法

在玉米成熟期，收獲每小區(qū)中間2行玉米，曬干脫粒，測定含水量和籽粒質(zhì)量，并折合含水率（14%）計算產(chǎn)量。

依據(jù)目前比較認可的MOLL 等[16]的氮效率理論，計算各小區(qū)的氮效率。氮效率=產(chǎn)量/供氮量（土壤有效氮量和施氮量之和）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010 和SPSS 22 進行統(tǒng)計與分析，用LSD法和Duncan’s 新復極差法進行多重比較；采用組連接的系統(tǒng)聚類法對各品種的產(chǎn)量進行聚類分析；按照劉建安等[17]的方法，以正常氮和低氮下的平均氮效率為標準，將各品種劃分為不同的氮效率類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對不同玉米品種產(chǎn)量的影響

表1顯示了施氮量和品種及其交互作用對不同玉米品種產(chǎn)量的影響，施氮量對玉米產(chǎn)量的影響達顯著水平，品種對玉米產(chǎn)量的影響達極顯著水平，而二者交互作用對玉米產(chǎn)量的影響不顯著。本試驗中，玉米產(chǎn)量平均為10.69 t/hm2，具體來說，N1 處理玉米產(chǎn)量平均為10.83 t/hm2，N2 處理玉米產(chǎn)量降低，平均為10.54 t/hm2。N1處理下，以JK999的產(chǎn)量最高，為13.38 t/hm2；YD132、ZY303、DY631、DH111、DH1717、WY178 和JD83 產(chǎn)量較高，平均為12.27 t/hm2，與JK999 無顯著差異；隨后是SY432、LY1403、DD1403 和YD919；SY96 產(chǎn)量最低，僅為8.74 t/hm2；除JK999、YD132、ZY303 外，其他品種與ZD958 均無顯著差異。N2 處理下，以JK999 產(chǎn)量最高，為13.29 t/hm2；ZY303、ZY4688、DD1403、DD1104、SY432、LY1403、LD575、YD188 和JH830 產(chǎn)量較高，平均為11.88 t/hm2，與JK999 無顯著差異；LD639 產(chǎn)量最低，為7.68 t/hm2；除JK999、ZY303、LD639 外，其他品種與ZD958之間均無顯著差異（圖1）。

表1 施氮量對玉米產(chǎn)量影響的方差分析Tab.1 ANOVA’s analysis of effect of nitrogen rate on maize yield

圖1 不同施氮量處理下41個玉米品種產(chǎn)量Fig.1 The yields of 41 maize varieties under different nitrogen rates

2.2 不同玉米品種平均產(chǎn)量分析

對41 個玉米品種在2 個施氮量下的平均產(chǎn)量進行聚類分析，將其劃分為高產(chǎn)品種、中產(chǎn)品種和低產(chǎn)品種3種類型，結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，JK999 和ZY303 屬于高產(chǎn)品種，產(chǎn)量都超過12.86 t/hm2；XY335、ZND675、ZY749、ZD958、ZY4688、JNK728、JK968、JD58、YD188、YD132、ZD309、ZD326、JD83、DY631、DY439、LD575、XD88、DD11404、JD73、DD1403、DH111、DH1717、JK9683、JD436、JD817、JY03、JH13、GH918、GSY66、LY1403、WY178、JH830、YD919、SY432、SY435、ST808 和JD868 屬于中產(chǎn)品種，產(chǎn)量在9.24～12.13 t/hm2；LD639 和SY96 為低產(chǎn)品種，產(chǎn)量均低于9.14 t/hm2。與其他品種的平均產(chǎn)量相比，JK999 和ZY303 的產(chǎn)量分別提高了26.3%和24.3%。

2.3 不同玉米品種氮效率分析

本試驗條件下，41 個玉米品種的氮效率平均為27.9 kg/kg（表2）。施氮量對玉米氮效率的影響達顯著水平，N1 處理下各玉米品種的平均氮效率為26.6 kg/kg；N2 處理下各玉米品種的平均氮效率提高，為29.2 kg/kg。具體來看，2 個施氮量處理下各玉米品種間的變化趨勢與產(chǎn)量結(jié)果基本一致，N1和N2 處理下均以JK999 氮效率最高，分別是32.9 kg/kg 和36.8 kg/kg。N1 處理下，SY96 的氮效率最低，為21.5 kg/kg；N2 處理下，LD639 的氮效率最低，為21.3 kg/kg。

表2 不同施氮量處理下41個玉米品種的氮效率Tab.2 Nitrogen efficiencies of 41 maize varieties under different nitrogen rates

續(xù)表2 不同施氮量處理下41個玉米品種的氮效率Tab.2（Continued） Nitrogen efficiencies of 41 maize varieties under different nitrogen rates

根據(jù)各玉米品種在2個施氮量下的氮效率平均值，把41 個玉米品種劃分為4 種類型，如圖3 所示。雙高效型，即高氮低氮高效型，此類玉米品種在2個施氮量下的氮效率均高于平均值，位于圖3的Ⅰ區(qū)，包括JK999、ZY303、ZY4688、DD1403、DD1104、SY432、LY1403、LD575、YD188、XY335、YD132、WY178、JD73、DY631、XD88、JD83和DH111等17個品種。低氮高效型，此類玉米品種在N1 處理下的氮效率低于平均值，在N2 處理下的氮效率高于平均值，位于圖3 的Ⅱ區(qū)，包括ZD958、JNK728、JK968、JH13 和JH830 等5 個品種。雙低效型，即高氮低氮低效型，此類玉米品種在2 個施氮量下的氮效率均低于平均值，位于圖3 的Ⅲ區(qū)，包括LD639、ZY749、DY439、SY96、ZD326、JK9683、JY03、JD868、JD436、GH918、GSY66、JD58、JD817和ZND675等14個品種。高氮高效型，此類玉米品種在N1 處理下的氮效率高于平均值，在N2 處理下的氮效率低于平均值，位于圖3 的Ⅳ區(qū)，包括DH1717、YD919、SY435、ST808和ZD309等5個品種。

圖3 41個玉米品種的氮效率類型Fig.3 Nitrogen efficiency types of 41 maize varieties

2.4 不同氮效率類型玉米品種的產(chǎn)量變化

依據(jù)不同玉米品種的氮效率類型劃分結(jié)果，對各類型玉米品種的產(chǎn)量進行分析，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，正常氮處理下雙高效型、高氮高效型玉米品種的產(chǎn)量分別為11.71、11.18 t/hm2，二者之間無顯著差異，均顯著高于雙低效型和低氮高效型玉米品種，前兩者產(chǎn)量較后兩者平均提高了13.6%。低氮處理下雙高效型、低氮高效型玉米品種的產(chǎn)量分別為11.5、10.8 t/hm2，均顯著高于高氮高效型和雙低效型玉米品種，前兩者產(chǎn)量較后兩者平均提高了15.2%。

圖4 不同施氮量處理下不同氮效率類型玉米品種的產(chǎn)量Fig.4 Yield of different nitrogen efficiency types of maize varieties under different nitrogen rates

3 結(jié)論與討論

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)的玉米綠色品種指標體系中，關(guān)于玉米資源節(jié)約型綠色品種的一個指標就是“在減氮20%試驗條件下，其產(chǎn)量水平與現(xiàn)有施氮水平條件下主推品種產(chǎn)量相當”[18]。因此，氮肥減施20%后的產(chǎn)量變化是玉米綠色品種評價的一個重要指標。本研究發(fā)現(xiàn)，41個玉米品種在正常施氮量處理下，玉米產(chǎn)量平均為10.83 t/hm2，減施氮肥20%時，玉米平均產(chǎn)量降至10.54 t/hm2，施氮量對產(chǎn)量的影響達到顯著水平。孫曉等[19]在黃土臺塬區(qū)的研究也發(fā)現(xiàn)，與施氮量225 kg/hm2相比，180 kg/hm2氮肥水平下，春玉米產(chǎn)量顯著降低了19.1%。本研究還發(fā)現(xiàn)，在正常施氮量和減氮20%兩個處理下，吉單868、鄭單958、九玉J03、京科999 和中玉303 的產(chǎn)量變化幅度均較小，即它們在減施氮肥20%時產(chǎn)量均沒有明顯下降。因此，它們屬于低氮不敏感品種，是潛在的綠色品種，可結(jié)合其他性狀如根系、葉綠素含量、光合作用和氮素代謝等指標[20?22]，進一步做多年多點的大田驗證。2015 年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出并開展了“化肥農(nóng)藥使用量零增長行動”[23]，在化肥施用量不增加甚至減施的基礎上，推廣使用氮不敏感品種，是玉米取得高產(chǎn)的關(guān)鍵措施。從本研究結(jié)果來看，吉單868、鄭單958、九玉J03、京科999 和中玉303可作為首選品種。

本研究還發(fā)現(xiàn)，與其他玉米品種的平均產(chǎn)量相比，京科999 和中玉303 產(chǎn)量分別提高了26.3%和24.3%，屬于高產(chǎn)品種，2 個品種在正常氮和減施氮肥20%兩個處理下均獲得較高的產(chǎn)量，表明在高、低地力水平下均可進一步推廣使用京科999和中玉303兩個高產(chǎn)品種，同時結(jié)合相應的栽培管理措施，以達到高產(chǎn)的目的。

在不同肥力條件的土壤上，選擇適宜的玉米品種，有可能實現(xiàn)玉米高產(chǎn)和高效[24]。本研究中，對41 個玉米品種的氮效率進行分析，將41 個品種劃分為不同的氮效率類型，京科999 和中玉303 等17個品種屬于雙高效型，登海1717 和優(yōu)迪919 等5 個品種為高氮高效型，鄭單958和京農(nóng)科728等5個品種為低氮高效型。這些結(jié)果表明，在中高肥力土壤上，可以推廣使用京科999、中玉303、登海1717 和優(yōu)迪919 等雙高效型和高氮高效型品種；在低肥力土壤上，可以推廣使用京科999、中玉303、鄭單958和京農(nóng)科728等雙高效型和低氮高效型品種。王亞卿[25]根據(jù)2 a 玉米氮效率結(jié)果將20 個玉米品種劃分為4種類型，得到浚單20和浚單29兩個雙高效型品種、偉科702 一個高氮高效型品種。王玲敏等[26]以15個玉米品種為研究對象，根據(jù)氮效率將各品種劃分為不同類型，鄭單958、浚單20、蠡玉13、浚單18和漯單9 號是雙高效型品種，農(nóng)大108、NE8、豫禾988、豫豐335 和洛玉4 號為雙低效型品種。造成品種類型劃分結(jié)果不一致的原因，可能與所采用供試玉米品種、試驗區(qū)氣候條件和大田土壤養(yǎng)分狀況有關(guān)。一般來說，與玉米氮低效型品種相比，氮高效型品種具有較發(fā)達的根系以吸收氮素和較充足的庫容以儲存氮素進而提高穗結(jié)實能力[27?30]。本研究發(fā)現(xiàn)的京科999 和中玉303 等氮高效品種，其對氮素的吸收和利用生理機制需進一步深入研究。

綜合考慮產(chǎn)量和氮效率，京科999 和中玉303為高產(chǎn)氮高效品種，可以在黃淮海夏玉米生產(chǎn)區(qū)進行大面積推廣使用，結(jié)合實施相應的栽培管理措施，達到玉米高產(chǎn)、高效和環(huán)境友好的目的。