蒙彥宇，景艷杰，周印富

（1河北科技師范學(xué)院，河北秦皇島 066600；2玉田縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河北唐山 064100）

0 引言

玉米是中國(guó)主要的糧食作物，同時(shí)也是重要的經(jīng)濟(jì)作物和能源作物。因此，保證玉米產(chǎn)量對(duì)保障國(guó)家糧食安全和促進(jìn)國(guó)家工業(yè)發(fā)展具有重要意義[1]。氮素是影響玉米產(chǎn)量的重要礦質(zhì)元素[2-3]，合理施用氮肥，有利于提高玉米氮肥的利用效率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[4-6]。挖掘玉米自身生長(zhǎng)特性，培育氮高效品種在提高玉米產(chǎn)量潛力、氮肥利用效率的研究中具有重要作用，而不同類(lèi)型玉米品種的氮素利用狀況分析對(duì)品種的高產(chǎn)高效至關(guān)重要[7]。曹冰等[8]研究表明，在一定條件下增施氮肥可改善玉米的光合作用，有利于干物質(zhì)積累，達(dá)到增產(chǎn)的效果。玉米是高光效C4作物，其干物質(zhì)的形成主要通過(guò)光合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，研究玉米在不同氮處理下的光合特性，也有助于玉米產(chǎn)量的提升[9]。于寧寧等[10]研究表明，合理施氮可顯著提高玉米籽粒灌漿速率，增加產(chǎn)量。徐田軍等[11]研究表明玉米產(chǎn)量與花后干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率極顯著正相關(guān)，與凈光合速率顯著正相關(guān)。因此氮肥的利用是玉米生長(zhǎng)的重要因素之一。

目前，關(guān)于施氮量對(duì)玉米生長(zhǎng)影響的研究已經(jīng)較多[12-14]，大量研究表明，不同的品種、種植密度、氮肥用量、施肥時(shí)期、施肥管理方式、耕作方式等都會(huì)對(duì)玉米干物質(zhì)積累與分配構(gòu)成顯著影響[15-17]。但是針對(duì)冀東地區(qū)優(yōu)勢(shì)品種進(jìn)行減氮處理的研究較少。因此本試驗(yàn)結(jié)合冀東地區(qū)的生產(chǎn)實(shí)際做減氮處理，測(cè)定不同施氮處理下2 個(gè)玉米品種的光合和灌漿特性，旨在為冀東地區(qū)氮肥的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019 年在河北省秦皇島市昌黎縣龍家店試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)前測(cè)定0～20 cm 耕層土壤理化性質(zhì)如下：pH 7.73、有機(jī)質(zhì)19.08 g/kg、全氮1.68 g/kg、堿解氮102.35 mg/kg、速效磷23.59 mg/kg、速效鉀74.10 mg/kg。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。設(shè)置5個(gè)氮肥處理分別為N1(120 kg/hm2)，N2(180 kg/hm2)，N3(240 kg/hm2)，N4(300 kg/hm2)，NCK（360 kg/hm2，本地大田生產(chǎn)施氮量）。供試品種為低氮高效型玉米品種‘京農(nóng)科728’和高氮高效型玉米品種‘先玉335’。小區(qū)行長(zhǎng)10 m，8 行區(qū)，行距0.6 m，面積48 m2。試驗(yàn)選用氮肥為普通尿素(N 46%)，磷肥為重過(guò)磷酸鈣(P2O546%，120 kg/hm2)，鉀肥為氯化鉀(kCl 60%，45 kg/hm2)。其中磷肥、鉀肥與各處理氮肥作為底肥于播前一次性施入。田間管理同本地生產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 光合特性測(cè)定 選擇晴朗少云無(wú)風(fēng)的天氣，每天9:00—11:00，采用GFS-3000 光合儀測(cè)定玉米拔節(jié)期、大喇叭口、抽雄吐絲期和灌漿期測(cè)定玉米光合速率(Pn)，蒸騰速率(Tr)，氣孔導(dǎo)度(Cs)，細(xì)胞間隙CO2濃度(Ci)。每個(gè)處理測(cè)3株，取平均值，隨機(jī)取樣。

1.3.2 灌漿參數(shù)的測(cè)定 在玉米抽雄吐絲期選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記。自吐絲5 天后開(kāi)始取樣，每隔7 天從掛牌植株中選取有代表性的植株進(jìn)行取樣直至成熟。每個(gè)處理各取3 個(gè)果穗，并從中部取100粒，測(cè)定籽粒鮮質(zhì)量。在105℃烘箱中殺青30 min后，80℃烘干至恒重。以開(kāi)花后天數(shù)(d)為自變量，每隔7 天測(cè)得的百粒質(zhì)量為因變量(W)，用Logistic 方程（見(jiàn)公式(1)）擬合籽粒灌漿過(guò)程[16-17]，計(jì)算相應(yīng)的灌漿參數(shù)。最大灌漿速率出現(xiàn)的時(shí)間(Tmax)、灌漿速率最大時(shí)的生長(zhǎng)量(Wmax)、最大灌漿速率(Rmax)和平均灌漿速率(R)[18-19]的計(jì)算分別見(jiàn)公式(2)、(3)、(4)和(5)。

式中：k為終極生長(zhǎng)量，a為初值參數(shù)，b為生長(zhǎng)速率參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2018 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖；SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)玉米光合特性的影響

2.1.1 施氮量對(duì)玉米光合速率的影響 由表1 可知，兩品種的光合速率隨施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。拔節(jié)期，‘京農(nóng)科728’在N2處理下的光合速率較NCK處理高15.82%，差異達(dá)到顯著水平。灌漿期，‘京農(nóng)科728’的光合速率在N1、N2 處理下比分別較NCK 處理高出30.79%和16.07%，差異達(dá)到顯著水平?！扔?35’在抽雄吐絲期和灌漿期的光合速率值均在N4 水平下達(dá)到最大值，較NCK 處理分別高出29.17%和12.91%，差異達(dá)到顯著水平。

表1 施氮量對(duì)光合速率的影響 μmol/(m2·s)

2.1.2 施氮量對(duì)玉米蒸騰速率的影響灌漿 由表2 可知，在抽雄吐絲期和灌漿期，‘京農(nóng)科728’均在N1 處理下的蒸騰速率達(dá)到最高值，分別較NCK 處理高出29.10%和135.89%，差異達(dá)到顯著水平。在拔節(jié)期，‘京農(nóng)科728’的蒸騰速率在N2 處理下達(dá)到最高值。在抽雄吐絲期，‘先玉335’在N4處理下的蒸騰速率達(dá)到最高值。

表2 施氮量對(duì)蒸騰速率的影響 mmol/(m2·s)

2.1.3 施氮量對(duì)玉米氣孔導(dǎo)度的影響 由表3 可知，在拔節(jié)期，‘京農(nóng)科728’在N3處理下的氣孔導(dǎo)度達(dá)到最大值，且較NCK高36%、44%，且兩品種均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。在大喇叭口期，‘京農(nóng)科728’和‘先玉335’各處理間葉片氣孔導(dǎo)度差異不顯著。在大喇叭口期、抽雄吐絲期和灌漿期，‘先玉335’的氣孔導(dǎo)度均在N4 處理下存在最大值且差異達(dá)到顯著水平。

表3 施氮量對(duì)氣孔導(dǎo)度的影響 mol/(m2·s)

2.1.4 施氮量對(duì)玉米細(xì)胞間隙CO2濃度的影響 由表4可知，在拔節(jié)期和大喇叭口期，兩品種在各處理下的葉片細(xì)胞間隙CO2濃度差異不顯著。‘京農(nóng)科728’在抽雄吐絲期的細(xì)胞間隙CO2濃度在N2 處理下較NCK低19.19%。在灌漿期，‘先玉335’的細(xì)胞間隙CO2濃度在N2 處理下最低，較NCK 低12.78%和14.30%，差異達(dá)到顯著水平。

表4 施氮量對(duì)細(xì)胞間隙CO2濃度的影響 μmol/mol

2.2 籽粒灌漿速率

由圖1和圖2可知，籽粒灌漿期間，隨著吐絲時(shí)間延長(zhǎng)，籽粒百粒質(zhì)量整體呈現(xiàn)“慢－快－慢”的“S”趨勢(shì)，籽粒灌漿速率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)?！┺r(nóng)科728’在N3處理下達(dá)到最大灌漿速率，‘先玉335’在N1處理下達(dá)到最大灌漿速率。不同施氮處理下兩品種的最大灌漿速率均出現(xiàn)在吐絲后26～33 天。對(duì)‘京農(nóng)科728’在不同施氮量下的最大籽粒灌漿速率進(jìn)行排序：N3＞NCK＞N4＞N2＞N1。對(duì)‘先玉335’在不同施氮量下的最大籽粒灌漿速率進(jìn)行排序：N1＞N2＞N4＞NCK＞N3。

圖1 施氮量對(duì)百粒質(zhì)量的影響

圖2 施氮量對(duì)灌漿速率的影響

2.3 籽粒灌漿參數(shù)

由表5、表6可知，利用Logistic方程可較好地模擬‘京農(nóng)科728’和‘先玉335’的籽粒灌漿過(guò)程，決定系數(shù)R2介于0.9718～0.9976 之間，運(yùn)用適合性χ2測(cè)驗(yàn)，得到χ2＜χ20.05，表明其擬合過(guò)程較好，因此可以將Logistic方程用于對(duì)未來(lái)值的預(yù)測(cè)。由表6可知，‘京農(nóng)科728’在N3處理下籽粒最大灌漿速率(Rmax)最大，灌漿持續(xù)時(shí)間(Tmax)最短?！扔?35’在N2 處理下Rmax最大，Tmax較短。同時(shí)將整個(gè)灌漿過(guò)程分為3 個(gè)階段，分別為漸增期(T1)、快增期(T2)和緩增期(T3)，‘京農(nóng)科728’在快增期和緩增期灌漿速率(R2、R3)隨著施氮量的增加，先增加后減少。‘先玉335’在這3個(gè)階段的時(shí)間也呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。

表5 不同施氮量下玉米籽粒灌漿參數(shù)和次級(jí)參數(shù)

表6 不同施氮量玉米籽粒灌漿的logistic模擬方程

3 討論

氮素是葉綠素的主要成分，而葉綠素含量的高低在很大程度上和光合速率密切相關(guān)并決定了光合產(chǎn)物的形成，因而氮肥用量和作物產(chǎn)量密切相關(guān)[20-22]。本研究表明，兩品種的光合速率均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，此結(jié)果與劉夢(mèng)等[23]的研究結(jié)果一致，‘京農(nóng)科728’拔節(jié)期的N2 處理下，光合速率達(dá)到最大值且隨施氮量的增加不再增加，除大喇叭口期，‘先玉335’各生育時(shí)期的光合速率均在N4 水平下達(dá)到最大值，且隨著施氮量的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，說(shuō)明施氮量影響玉米的光合特性。抽雄吐絲期后玉米葉片光合同化物量是玉米籽粒產(chǎn)量的主要來(lái)源，抽雄吐絲后玉米葉片光合速率與其干物質(zhì)積累量呈正相關(guān)關(guān)系[24]。因此抽雄吐絲時(shí)期是玉米重要生育階段，研究光合特性和干物質(zhì)累積對(duì)于品種選育和高產(chǎn)研究都有要的意義。本研究測(cè)定了抽雄吐絲后兩品種的灌漿速率，結(jié)果表明‘京農(nóng)科728’在N3處理下達(dá)到最大灌漿速率，‘先玉335’在N1 處理下達(dá)到最大灌漿速率。2個(gè)品種在減氮處理下呈現(xiàn)籽粒灌漿速率提高，灌漿時(shí)間縮短的趨勢(shì)，此結(jié)果與王健等[18]研究結(jié)果一致，本研究中‘京農(nóng)科728’在N3 處理下的平均灌漿速率(R)最大；平均灌漿時(shí)間(T)最短，‘先玉335’在N1 處理時(shí)，R最大；T最短。通過(guò)兩品種不同生育時(shí)期光合參數(shù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)施氮量會(huì)導(dǎo)致各生育時(shí)期玉米光合特性的顯著差異。若達(dá)到相同的光合效率，高氮高效型品種相對(duì)于低氮高效型品種的需氮量更高。玉米灌漿速率的快慢決定著籽粒發(fā)育的程度是影響玉米產(chǎn)量的因素之一[25]。研究表明不同施氮量下，兩玉米品種的灌漿速率存在差異。高氮高效型品種在高氮條件下籽粒灌漿速率高，低氮高效型品種則相反。氮肥的施用量是高效型玉米品種物質(zhì)積累的關(guān)鍵因素之一，在合理的施用量下使用氮肥可以節(jié)約成本，增加氮肥的使用效率。本研究結(jié)果針對(duì)冀東地區(qū)的高效型玉米的施氮量，可以為冀東地區(qū)更加合理的施用氮肥提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

不同施氮量對(duì)下光合作用和灌漿過(guò)程存在顯著差異?！┺r(nóng)科728’在N2處理下的光合速率、蒸騰速率、細(xì)胞間二氧化碳濃度相較于NCK顯著升高，籽粒灌漿速率呈上升趨勢(shì)，因此施氮量在180 kg/hm2左右最為適宜，‘先玉335’在N4處理下的光合速率、蒸騰速率、細(xì)胞間二氧化碳濃度相較于NCK顯著升高，氣孔導(dǎo)度相較于NCK顯著下降，籽粒灌漿速率顯著敢于NCK，因此施氮量在300 kg/hm2左右最為適宜。