1、氮肥运筹对夏玉米荧光特性及产量的影响摘要:本研究通过调控施氮水平，确定适宜的氮肥施用量，提高氮肥利用效率，为河南地区夏玉米高产高效提供科学合理地施用氮肥的依据。在大田试验条件下，采取单因素随机区组试验设计，设置不施氮肥、施纯氮 300kg/hm2、施纯氮 450kg/hm2 三个氮水平，重复 3 次。通过测定夏玉米生理和产量等指标，精准超高产田适宜的施氮量。高水平氮肥处理的夏玉米在抽雄期穗位叶叶绿素含量高、荧光特性好，产量达到最高。随着氮肥施用量不断提高增产效果逐渐增强。本试验结果表明，超高产栽培田块，施氮量为 450kg/hm2 时，夏玉米达到最高产量 14030kg/hm2。关键词：夏玉米
2、；施氮量；荧光参数；产量Nitrogen management influences on fluorescence characteristics and yield of summer maizeAbstract: In this study through the regulation of nitrogen fertilizer, we could determine the appropriate nitrogen, improve nitrogen use efficiency of summer maize high yield and efficiency for Henan
3、areas to provide the scientific basis to nitrogen fertilization. Under the condition of field experiment, we adopt single factor randomized block experiment design, set three different nitrogen levels 0 kg/hm2 ,300 kg/hm2 ,450 kg/hm2pure nitrogen, repeat three times. Through the determination of sum
4、mer maize physiological parameters and output, we could find appropriate nitrogen application under the condition of the experiment. The summer maizes leaf chlorophyll content with high nitrogen treatment were in heading stage and good fluorescent properties, production reached the highest. Along wi
5、th the increasing nitrogen stimulation effect is enhanced gradually. The test results show that the super-high-yield cultural field, the nitrogen application rate of 450 kg/hm2, summer maize reached a maximum yield by 14030 kg/hm2.Keywords: summer maize; nitrogen application level; photosynthetic fl
6、uorescence value; yield 玉米是河南两大主要粮食作物之一，在河南的粮食生产中占有举足轻重的地位。同时氮素是玉米生产最重要的营养元素 1，玉米自身却不具备固氮能力，生长所需氮素主要依靠根系从土壤中吸收 2。但在玉米生产中，由于氮肥施用过量造成氮素流失和土壤硝酸盐化等问题普遍存在 3。所以适宜的施氮量可以提高氮肥的使用效率 4，为玉米高产稳产提供保证。2006-2010 年全国涌现出 159 块15000kg/hm2 以上的高产田 5，最大限度地挖掘玉米的产量潜力是目前的研究热点。大量研究证实，适宜的施氮量显著增加玉米产量，但施氮量存在一定阙值，过高或过低都不利于玉米高产 3
7、-6。赵营等 6研究表明，随着施氮量的增加氮肥表观利用率而降低。刘安能等 7，8 发现高施氮量不利于氮素向籽粒转运，造成玉米产量下降。景立权 9发现在超高产栽培条件下，施氮量 450kg/hm2 时，总粒数、籽粒产量达到最高值。大量试验论证了中高产夏玉米田块的最佳氮肥施用量为225kg/hm2。本实验通过设置 300kg/hm2、450kg/hm 2 的高施氮水平，探究超高产玉米氮肥施用量，优化氮肥投入，获得最大的产量效益，为夏玉米超高产提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验地概况试验位于市农科院，于 2012 年 5 月-2012 年 10 月进行，试验地地力均匀，地势平坦。是河南玉米主产
8、区。供试品种为夏玉米郑单 958, 保护行为浚单 29，2012 年 6 月 10 号播种，6月 21 号出苗，种植密度 4500 株/亩，行距 66.6cm，株距 22.2cm。1.2 试验设计1.2.1 基础水分测定试验水分测定：用环刀分别取 0-20cm、20-40cm 、40-60cm 、60-80cm、80-100cm 土层土样，重复 3 次取样。用环刀内原状土柱测定田间持水量，并测出相应的土壤容重值。相对含水量=土壤含水量（%）/ 田间持水量（%），根据各处理的水分控制水平，按 0.6 米土壤深度，整个生育期依据缺水指标（苗期低于田间持水量的 60%；穗期低于田间持水量的 75%）
9、，适当补足各处理水平夏玉米生长阶段所需的灌溉水量，低于该指标则采用地面畦灌或滴灌带供水方式补灌50m3/亩水。降雨较多造成田间积水应及时排涝。1.2.2 氮肥处理设置三个处理，分别为 N1：不施氮肥，完全由土壤供氮； N2：施纯氮300kg/hm2（追施总氮量-土壤供氮）；N3：施纯氮 450kg/hm2（追施总氮量-土壤供氮）。分别在玉米 7 片展开叶和 12 片展开叶追施氮肥施用总量的 30%和70%。在播前和 11 片展开叶时测定土壤供肥能力，每次追施氮肥总量根据播前取0-20cm、20-40cm 土样，分析土壤速效氮（N）、磷（P 2O5）、钾（K 2O）含量，根据每生产 100kg
10、经济产量吸收 N:P2O5:K2O 的比例 为 2.40:1:2.73，同时依据土壤磷的有效量计算耕层（0-30cm，耕层重量 15 万公斤）土壤供应氮、磷、钾量，再依每个处理控制水平，追施总量减去土壤供肥量，即为追施的纯氮、磷、钾量。施用的氮肥为尿素，钾肥为进口氯化钾，磷肥为过磷酸钙，在 7 片展开叶，氮肥、磷钾肥、硫酸锌（2 公斤/亩）同时施入。1.2.3 试验小区试验设置在高肥地块，采用单因素随机区组试验设计，重复 3 次。小区面积126m2（21m 长，6m 宽，10 行区），处理间和四周设置 2 米隔水带，小区四周起高垄，地面平整，便于灌水。试验总用地 71m 长， 26m 宽，共
11、1846m2（2.77 亩），试验净用地 63m 长，18m 宽，共 1134m2(1.70 亩)。1.3 生理生态及产量指标每个小区中间 2 行用于测产。5 叶定苗后，除中间两行外在每个小区随机选取标记生长一致的 30 棵苗挂牌，测定生理和产量指标。1.3.1 土壤质量含水量冬小麦收获后在 N1、N2、N3 小区内分别选取 3 个点，用环刀在 0-20cm、20-40cm 、40-60cm、60-80cm 、80-100cm 土层取样，统一测定。1.3.2 土壤养分在夏玉米播种时，在 9 个小区取 0-20cm、20-40cm 土壤，1kg 基础土壤用于分析土壤的有机质、速效氮磷钾、全氮含量
12、。11 叶期和收获期在各小区三次重复调查。1.3.3 穗位叶 SPAD 值各处理分别取 9 株玉米，在抽穗期使用 SPAD-502 叶绿素仪分别夹住穗位叶片中部、上部及下部进行测定，取平均值表示其叶绿素含量。1.3.4 荧光参数的测定使用 FMS-2 型脉冲调制式叶绿素荧光分析仪（英国 Hansa-tech 公司生产）测定，将叶片夹夹在玉米穗位叶中部，测定前叶片暗适应 15min，光化学强度400molm-2s-1min。光系统的实际光化学效率计算公式:PS=(Fm-Fs)Fm。1.3.5 产量及产量构成因素在收获期每小区收获中间 5m 双行调查株数和空杆率，按常规方法调查单株成穗数、穗重。取
13、 10 穗进行考种（穗长、秃尖长、穗粗、穗粒数、穗粒重），脱籽粒后晒干（含水量13%）进行产量测定。1.4 数据分析试验数据用 Excel 软件和 DPS 软件等进行系统数据的处理并作图。 2 结果与分析2.1 土壤播前水分状况从图 1 可知处理 N1 与 N2、N3 的的质量含水量总体呈先下降后平稳的趋势，0-20cm 土层的质量含水量明显高于 20-40cm 土层。20-100cm 质量含水量基本持平。说明整个试验地苗期墒情良好，利于出苗，土壤蓄水保墒能力较强。不同处理间 0-60cm 的土壤质量含水量呈 N1N2N3 的规律，但未达到显著性差异，土壤水分状况基本一致稳定。图 1.不同处理
14、不同土层的土壤质量含水量Fig. 1 Different treatments in different soil layer of soil gravimetric moisture content2.2 不同处理夏玉米的 SPAD 值由图 2 可以看出，在抽雄期施氮肥处理的 SPAD 值均明显高于不施氮肥的对照处理。此时期的 SPAD 值表现出 N1N2N3 处理的规律， N2、N3 处理分别高出 N1 处理 3.5 和 7.5 个 SPAD 单位。说明随着施氮水平的不断提高夏玉米叶绿素含量明显增加，表明氮量对于增加叶绿素含量效果明显，有助于玉米进行光合作用，奠定丰产基础。图 2.不同处理
15、夏玉米抽雄期的 SPAD 值Fig. 2 Different SPAD value of summer maize treatments2.3 不同处理夏玉米荧光参数 FvFm 表示 PS最大光化学量子产量，反映 PS反应中心内部光能转换效率，亦称为最大 PS的光能转换效率 10。通过表 1 可知在抽雄期 N1、N2 和 N3氮素处理的最大光化学量子产量差异极小。说明超高产田块上，此时期玉米各处理光能转换效率均处于较高水平，吸收的光都能较多的进入光化学过程。PS表示实际光化学量子产量，反映 PS反应中心在部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率。表 1 显示，在玉米抽雄期，N1 、N2 的 PS基
16、本一致，明显低于 N3 处理。N3 处理分别比 N1 和 N2 处理高 4%。说明虽然不同处理的最大光化学量子产量基本一致，但高水平氮肥处理的实际光化学效率也较高。高水平氮处理的光化学活性强，对光环境的调节和适应能力高于低水平的氮处理。ETR 表示电子传递速率。呈 N1N2N3 处理的规律，N3 处理的 ETR 值最高为 2.63。N2、N3 处理的 ETR 分别比 N1 处理高 1.6%和 6%。说明随着施氮量的增加，抽雄期玉米的电子传递速率不断提高，光能转化率逐渐增加。 表 1.不同处理对夏玉米抽雄期荧光参数影响Tab.1 Different treatments summer maize
17、 fluorescence parameters处理 Fv/Fm PS ETRN1 0.86 0.75 2.48N2 0.85 0.75 2.52N3 0.86 0.78 2.632.4 不同处理夏玉米产量构成因素分析由表 2 可知，N1、N2 和 N3 处理玉米的穗长、穗粗、穗行数、行粒数、禿尖长、百粒重等产量构成因素之间差异均不显著。但在穗粗、穗行数、行粒数方面表现出 N3N2N1 的变化趋势，N3 和 N2 处理的禿尖长比 N1 处理下降 52.7%和 45.5%。百粒重呈现处理 N1N3N2 的规律。随着氮肥施用量的增加，穗粗、表 2.不同处理夏玉米产量构成因素的比较Tab.2 Com
18、parison of yield factors of summer corn under different fertilizer conditions注:小写字母表示 P=0.05,为显著水平Note: The lowercase letter expresses P=0.05, the significant level穗行数、行粒数逐渐增加，秃尖长下降明显，百粒重先降后升。说明氮肥的增产效应是使穗粒数增多，粒重减小。高氮处理又使粒重增加，但仍低于对照处理。处理 穗长(cm) 穗粗(cm)穗行数（行） 行粒数（粒）秃尖长(cm)百粒重（g）N1 18.34a 5.37a 15.33a 3
19、5.73a 0.55a 35.16a N2 16.97a 5.43a 15.60a 36.53a 0.30a 33.76a N3 17.87a 5.46a 15.60a 37.67a 0.26a 34.12a 施氮量的提高有利于玉米干物质的积累。在亩穗数相同的试验条件下，每穗粒数增加较多，尽管百粒重呈下降趋势，但其负效应并没有冲抵氮素处理增产的效果，施氮量与玉米产量构成因素仍表现了较好的一致性。2.5 不同处理增产效应分析表 3 表明 N3 处理比 N1、N2 处理分别增产 4.5%，5%，随着施氮量的提高夏玉米产量呈上升趋势。N2 处理基本没产生增产效果，可能是小区地力较低的原因。不同处理之
20、间无显著性差异，增产效果不明显。综合表明，高肥力地块中，中氮水平处理与对照基本没有差异，高氮处理增产效果突出。当施肥量为450kg/hm2 时，产量最高为 14030kg/hm2。表 3.不同处理产量的增产百分比Tab.3 Percentage increase production of different treatments3 讨论与结论3.1 施氮量对抽雄期的 SPAD 值的影响抽雄期是玉米从营养生长转到生殖生长的关键时期，也是施用氮肥的重要时期。在抽雄期测定 SPAD 值时最为准确 1，叶绿素仪测定叶绿素含量、氮肥施用量之间有很好的相关性 10，能准确反映玉米产量。不同施氮处理抽雄期
21、夏玉米穗位叶的片叶绿素含量差异明显。试验表明随着施氮量的增加，叶绿素含量也相应增加。表明氮肥充足有利于夏玉米穗位叶叶绿素的合成和积累。本试验表明 N3处理最为明显地增加了抽雄期夏玉米穗位叶叶绿素含量。这与张秋英 11的研究结果相一致。SPAD 值低的叶片会由于缺氮导致叶片光合速率较低，衰老失绿较快，抑制营养物质运输和积累 2。所以，提高氮肥施用量有利于玉米物质运输和积累，增产效果明显。 3.2 施氮量对抽雄期荧光特性的影响在抽雄期不同氮素处理的最大光化学量子产量差异极小。关义新等 12的试验则表明随着氮水平的降低，最大光化学量子产量降低。造成不一致结果的原因可能是超高产田块的基础肥力良好使不施
22、氮处理的光能转换效率较高，玉米抽雄期的最大光化学量子产量本身处于高水平，不同处理间差异不明显。两个氮肥处理处理 产量(kg/hm 2) 增产(kg/hm 2) 增产率(%)N1 13422a 0 0N2 13355a -67 -0.5N3 14030a 607 4.5的氮肥施用量大，Fv/Fm 均较高。抽雄吐丝后，各处理的实际光化学速率随氮肥施用量的提高而呈增加的规律。N3 处理的参数值最高，明显高于表现一致的其它两组处理。施氮可以提高玉米的实际光化学速率，且中低氮素条件下作用不甚明显，高氮水平时作用才较好表现。高氮处理玉米群体的光化学活性强，对光环境的调节和适应能力好。抽雄与灌浆这两个时期的
23、电子传递利用速率较高。试验表现为随着施氮量的不断增加抽雄期 ETR 值也相应的增长。施氮量的变化对于电子传递速率的影响比较敏感，不同氮肥施用量表现一定的差异性。高氮处理光能转化率高，更有利于玉米的光化反应。合理供给氮素能显著影响玉米叶的光合速率及叶绿素荧光特性，改善叶肉细胞光合能力，提高生育后期叶片光合强度和延长玉米高光合效率持续期 13，14 ，为玉米丰产创造条件。3.3 施氮量对产量及产量构成因素的影响施氮量的多少对于最终玉米的经济产量有至关重要的影响。分析结果表明，随着施氮量的增加，穗粗、穗行数、行粒数逐渐增加。秃尖长随着施氮量的增加而下降，这些产量性状的增产效应抵消了由于百粒重降低所带
24、来的减产负效应。本试验表明施氮量为 450kg/hm2时，穗粒数、籽粒产量和产量达到最高值，与景立权的研究结果一致。高氮肥施用量能产生稳定的增产效果。刘淑军 7试验研究发现较高施氮条件下氮肥的施用量对穗粗影响未达到显著性差异水平，与我们的试验结果吻合。施用氮肥可以提高顶部籽粒灌浆速率，籽粒体积却有下降趋势 15，使禿尖长缩短，穗行数、行粒数增加。玉米整个生育期的降水偏少，高氮的处理的梯度使各个生育期的群体形状与农艺参数的差异明显，产量及其构成因素也表现了一致性的特点。N2 处理可能由于土壤地力差异等因素的影响掩盖了增产效应。试验设置氮素梯度存在局限，控氮处理为 450kg/hm2，增产最为显著
25、。但作为试验边际并不能充分说明这是氮肥增产的最高限度或最适用量。可以适当扩大处理幅度和相应的提高氮素用量精度的比较。3.4 水氮耦合对试验的影响氮肥增产效果确实明显，但不同氮肥施用量在产量构成因素以及荧光特性等方面的处理效果并不明显。因为土壤的保墒能力主要表现在 20-40cm 耕层，试验地 0-20cm 的土壤耕层质量含水量高于下层，这种墒情可以很好的缓解玉米植株前期根系较不发达造成的生长滞缓，苗期玉米长势较好。大量试验 16,17证明水氮耦合才能充分发挥水肥优势。本试验在超高产田块进行，土壤基础肥力充实，氮素含量相对较高，当地的季度降雨量较往年有明显下降，后期降水不足。水氮耦合作用没有很好
26、的发挥出来，遮掩甚至削减了氮素的处理效应。不同处理均表现较高的产量特征。综合以上试验结果表明，在河南玉米超高产田块中，施氮量为 450kg/hm2 时，夏玉米达到最高产量 14030kg/hm2。施氮量在 0-450kg/hm2 范围内，随着施氮量的提高，夏玉米抽雄期叶片的叶绿素含量增加、荧光特性不断增强、产量构成因素的增产效应更加明显、产量也相应的提高。精确玉米超高产群体的最佳氮肥施用量，提高氮肥利用率，最大限度地挖掘产量潜力，为农业发达地区提供适宜的超高产夏玉米施氮模式，科学合理的施用氮肥以期取得更大的经济和社会效益具有重要的指导作用。致谢参考文献：1童淑媛,宋凤斌.SPAD 值在玉米氮素
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