• ISSN 1008-505X
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密度和施氮量互作对全膜双垄沟播玉米产量、氮素和水分利用效率的影响

张平良 郭天文 刘晓伟 李书田 曾骏 谭雪莲 董博

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密度和施氮量互作对全膜双垄沟播玉米产量、氮素和水分利用效率的影响

    作者简介: 张平良 E-mail:zhangpl2007@163.com;
    通讯作者: 郭天文, E-mail:guotw@gsagr.ac.cn

Effect of plant density and nitrogen application rate on yield, nitrogen and water use efficiencies of spring maize under whole plastic-film mulching and double-furrow sowing

    Corresponding author: Tian-wen GUO, E-mail:guotw@gsagr.ac.cn ;
  • 摘要: 【目的】本研究旨在探讨旱地全膜双垄沟播玉米产量、氮素和水分利用效率对种植密度和施氮量的响应。【方法】选择甘肃省定西市安定区农业部西北黄土高原地区作物栽培科学观测试验站,作物一年一熟,无灌溉,为典型旱地雨养农业区。2016和2017年,以耐密品种‘先玉335’为试验材料进行了大田试验。设置了3个种植密度 (45000、60000、75000 株/hm2) 和4个施氮量 (N0、138、207、276 kg/hm2,分别表示为N0、N138、N207、N276)。收获期调查分析了玉米籽粒产量、氮素和水分利用效率。【结果】种植密度和施氮量均显著影响玉米籽粒产量、氮素和水分利用效率,且两者互作效应显著。在中密度 (60000 株/hm2) 条件下,玉米籽粒产量较低密度 (45000 株/hm2) 和高密度 (75000 株/hm2) 分别增加了24.86%~26.91%和25.83%~34.34%,氮素利用效率分别提高了41.07%和41.63%,水分利用效率分别提高了9.87%~18.09%和17.81%~32.89%,且差异性均达到了显著水平。施氮量在138~276 kg/hm2范围内的玉米籽粒产量和水分利用效率均显著高于无氮处理,各施氮处理表现为N276 > N207 > N138 > N0,且N276、N207与N138、N0处理间差异显著。随着施氮量的增加,氮肥偏生产力呈下降趋势,氮肥利用率呈先升高后降低趋势,以施氮量为207 kg/hm2时玉米氮肥吸收利用率最大,较N276和N138处理分别提高了4.23%和27.37%。玉米产量提高引起了氮肥吸收利用率和水分利用效率的协同提高。【结论】综合考虑产量、氮素利用率和水分利用效率等因素,在本试验条件下,旱地全膜双垄沟播玉米栽培以种植密度为60000 株/hm2,施氮量为207 kg/hm2较为适宜。
  • 图 1  2016、2017年玉米生育期降雨量和气温

    Figure 1.  Precipitation and temperatures during maize growth stages in 2016 and 2017

    图 2  全膜双垄沟播种植示意图

    Figure 2.  Diagrammatic sketch of whole plastic-film mulching and double-furrow sowing

    表 1  种植密度和施氮量对春玉米产量构成因素的影响

    Table 1.  Effects of plant density and nitrogen application rate on yield components of spring maize

    年份
    Year
    密度 (plant/hm2)
    Planting density
    施氮量 (kg/hm2)
    N application rate
    穗行数
    Rows per ear
    行粒数
    Kernel per row
    穗长 (cm)
    Ear length
    百粒重 (g)
    100-grain weight
    2016 45000 (D1) N0 16.0 bc 24.3 cd 14.8 cd 23.1 bc
    N138 16.7 ab 32.6 b 18.3 ab 24.2 bc
    N207 17.0 a 37.7 ab 18.8 ab 26.4 ab
    N276 17.1 a 39.9 a 20.9 a 27.7 a
    60000 (D2) N0 15.4 bc 22.6 cd 14.0 cd 22.2 cd
    N138 16.4 ab 27.5 bc 15.3 c 23.7 bc
    N207 16.6 ab 36.2 ab 17.9 b 24.2 bc
    N276 16.7 ab 37.7 ab 18.6 ab 24.9 b
    75000 (D3) N0 14.9 cd 16.3 e 11.6 e 22.4 cd
    N138 15.9 bc 18.3 de 13.2 d 23.3 bc
    N207 16.2 b 28.0 bc 16.6 bc 24.3 bc
    N276 16.3 b 25.5 c 14.5 cd 24.3 bc
    2017 45000 (D1) N0 14.1 de 20.7 cd 14.3 cd 19.7 de
    N138 14.7 cd 23.5 cd 15.9 bc 21.0 cd
    N207 15.3 c 29.4 bc 17.1 bc 22.6 c
    N276 15.9 bc 31.0 bc 17.3 bc 23.7 bc
    60000 (D2) N0 14.0 de 19.6 cde 13.7cd 19.3 de
    N138 14.4 d 22.4 cd 14.6 cd 20.4 d
    N207 15.1 cd 27.7 bc 16.9 bc 21.8 cd
    N276 15.5 bc 28.2 bc 16.0 bc 22.0 cd
    75000 (D3) N0 13.6 e 16.9 de 12.2 de 18.3 e
    N138 14.2 de 18.9 de 12.9 de 18.9 de
    N207 14.9 cd 23.7 cd 15.1 cd 20.3 d
    N276 15.1 cd 22.1 cd 14.7 cd 19.9 de
    方差分析Analysis of variance
    密度Planting density (D) * * ** *
    施氮量N application rate (N) * * * **
    D × N NS NS NS NS
    注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Data followed by different letters in the same column are significantly different among treatments at the 0.05 probability level;NS—Not significant;*—P < 0.05; **—P < 0.01.
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    表 2  不同种植密度和施氮量下春玉米产量 (kg/hm2)

    Table 2.  Grain yield of spring maize affected by plant density and nitrogen application rate

    年份
    Year
    密度 (plant/hm2)
    Planting density
    N0 N138 N207 N276 平均值
    Average
    2016 45000 (D1) 6091 ± 117 7728 ± 210 8728 ± 134 9274 ± 340 7955 bB
    60000 (D2) 7454 ± 159 9910 ± 298 10910 ± 985 11455 ± 1279 9933 aA
    75000 (D3) 5664 ± 141 7091 ± 234 7637 ± 146 9182 ± 434 7394 cB
    平均值Average 6403 cC 8243 bB 9092 abA 9970 aA
    2017 45000 (D1) 4348 ± 92 5645 ± 141 6562 ± 145 6588 ± 120 5786 bB
    60000 (D2) 4837 ± 193 7651 ± 137 8350 ± 249 8533 ± 158 7343 aA
    75000 (D3) 4020 ± 114 5315 ± 159 6104 ± 207 6184 ± 190 5406 cC
    平均值Average 4402 cC 6204 bB 7005 aA 7102 aA
    注(Note):数据后不同大、小写字母分别表示处理间差异分别达 1% 和 5% 显著水平 Data followed by different capital and small letters are significant difference among treatments at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.
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    表 3  不同种植密度和施氮量下春玉米不同生育期单株干物质积累量(g/plant)

    Table 3.  Dry matter accumulation of spring maize affected by plant density and nitrogen rate

    密度
    Planting density
    (plant/hm2)
    施氮量
    N application rate
    (kg/hm2)
    苗期
    Seedling stage
    拔节期
    Jointing stage
    开花期
    Flowering stage
    花后 30 天
    30 days after anthesis
    成熟期
    Maturity stage
    ADMA
    (g/plant)
    CPDMA
    (%)
    45000 (D1) N0 1.2 c 38.7 bc 130.9 bc 222.1 cd 266.2 d 135.3 de 50.8 cd
    N138 1.6 ab 41.1 bc 147.5 ab 243.9 bc 312.4 c 164.9 c 52.8 cd
    N207 1.7 ab 46.7 ab 142.1 bc 270.3 b 358.2 b 216.2 b 60.3 ab
    N276 1.8 a 48.4 a 163.8 a 366.1 a 402.1 a 238.4 a 59.3 b
    60000 (D2) N0 1.0 cd 36.0 cd 77.9 de 149.9 ef 182.6 f 104.7 f 57.4 bc
    N138 1.2 cd 38.5 c 93.2 de 203.6 d 243.0 de 149.8 cd 61.7 a
    N207 1.3 bc 41.4 bc 124.5 c 253.0 bc 335.5 bc 211.1 bc 62.9 a
    N276 1.5 b 43.8 ab 151.0 ab 344.9 ab 374.1 ab 223.0 ab 59.6 ab
    75000 (D3) N0 0.9 d 32.7 d 75.6 e 136.8 f 183.3 ef 107.7 ef 58.8 bc
    N138 1.1 cd 36.8 cd 96.4 d 180.0 de 224.3 e 127.9 e 57.0 c
    N207 1.3 bc 40.4 bc 122.2 cd 220.0 cd 257.9 de 135.7 de 52.6 cd
    N276 1.3 bc 42.3 b 143.6 b 243.1 c 288.1 cd 144.5 d 50.1 d
    注(Note):ADMA—花后干物质干积累量 Amount of dry matter accumulation after anthesis:CPDMA—花后干物质贡献率 Contribution of the accumulated dry matter after anthesis;同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Data followed by different letters in a column are significant difference among the treatments at the 5% level.
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    表 4  种植密度和施氮量对春玉米群体干物质积累的影响 (kg/hm2)

    Table 4.  Effects of plant density and nitrogen application rate on dry matter accumulation of spring maize

    密度
    Planting density
    (plant/hm2)
    施氮量
    N application rate
    (kg/hm2)
    苗期
    Seedling stage
    拔节期
    Jointing stage
    开花期
    Flowering stage
    花后 30d
    30 days after anthesis
    成熟期
    Maturity stage
    ADMA
    (kg/hm2)
    CPDMA
    (%)
    45000 (D1) N0 54 e 1743 e 5891 cd 9994 de 11977 ef 6086 e 50.8 cd
    N138 71 cd 1850 de 6636 bc 10977 d 14056 de 7420 d 52.8 cd
    N207 75 c 2100 d 6392 c 12163 cd 16119 d 9727 bc 60.3 ab
    N276 81 bc 2178 cd 7369 bc 16477 b 18096 c 10728 b 59.3 b
    60000 (D2) N0 59 cd 2160 cd 4671 e 8995 e 10955 f 6284 de 57.4 bc
    N138 74 cd 2309 c 5590 d 12219 cd 14579 de 8990 c 61.7 a
    N207 77 bc 2482 bc 7468 b 15179 bc 20132 b 12665 ab 62.9 a
    N276 92 ab 2627 bc 9061 ab 20692 a 22444 a 13382 a 59.6 ab
    75000 (D3) N0 64 cde 2452 bc 5672 cd 10263 de 13750 e 8078 cd 58.8 bc
    N138 89 b 2760 b 7230 bc 13497 c 16820 cd 9590 bc 57.0 c
    N207 98 ab 3031 ab 9162 ab 16500 b 19343 bc 10181 bc 52.6 cd
    N276 101 a 3174 a 10772 a 18231 ab 21607 ab 10835 b 50.1 d
    注(Note):ADMA—花后干物质积累量 Amount of dry matter accumulation after anthesis;CPDMA—花后干物质贡献率 Contribution of the accumulated dry matter of groups after anthesis;同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Data followed by different letters in a column are significant difference among the treatments at the 5% level.
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    表 5  种植密度和施氮量对春玉米氮素利用效率的影响

    Table 5.  Effects of plant density and nitrogen application rate on nitrogen use efficiency of spring maize

    密度
    Planting density
    (plant/hm2)
    施氮量
    N application rate
    (kg/hm2)
    总氮素积累量
    TNAA
    (kg/hm2)
    氮收获指数
    NHI
    氮肥偏生产力
    NPFP
    (kg/kg)
    氮肥农学效率
    NAE
    (kg/kg)
    氮肥利用率
    NUE
    (%)
    45000 (D1) N0 117 d 0.65 ab
    N138 138 cd 0.71 a 56.0 b 11.9 cd 15.5 d
    N207 168 bc 0.68 ab 42.2 c 12.7 c 24.4 c
    N276 198 ab 0.74 a 33.6 de 11.5 cd 29.3 bc
    60000 (D2) N0 140 c 0.55 bc
    N138 184 b 0.66 ab 71.8 a 17.8 a 31.8 b
    N207 221 a 0.67 ab 52.7 bc 16.7 ab 38.9 a
    N276 214 ab 0.64 ab 41.5 cd 14.5 b 26.6 bc
    75000 (D3) N0 137 cd 0.49 c
    N138 165 bc 0.61 b 51.4 bc 10.3 d 20.2 cd
    N207 183 b 0.55 bc 39.3 d 11.9 cd 22.4 cd
    N276 210 ab 0.56 bc 32.3 e 12.7 c 26.3 bc
    注(Note):TNAA—Total nitrogen accumulation amount;NHI—Nitrogen harvest index;NPFP—Nitrogen partial factor productivity;NAE—Nitrogen agronomic efficiency;NUE—Nitrogen use efficiency;同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Data followed by different letters in a column are significant difference among the treatments at the 5% level.
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    表 6  种植密度和施氮量对春玉米耗水量的影响(mm)

    Table 6.  Effects of plant density and nitrogen application rate on water consumption of spring maize

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    N0 N138 N207 N276 平均值
    Average
    2016 D1 300.5 ± 7.0 324.9 ± 6.5 339.4 ± 6.3 354.1 ± 10.6 329.7 bB
    D2 321.8 ± 6.7 349.2 ± 10.2 351.1 ± 11.3 373.1 ± 8.1 348.8 aA
    D3 328.7 ± 5.1 341.1 ± 13.8 344.2 ± 7.3 367.0 ± 8.7 345.2 aA
    平均值Average 317.0 cC 338.4 bB 344.9 bB 364.7 aA
    2017 D1 256.4 ± 7.4 318.8 ± 7.1 353.5 ± 9.9 358.7 ± 9.3 321.9 bB
    D2 281.0 ± 10.7 385.6 ± 11.2 400.4 ± 12.2 411.2 ± 15.1 369.6 aA
    D3 278.2 ± 6.2 340.4 ± 8.1 322.3 ± 14.2 348.0 ± 11.7 322.3 bB
    平均值Average 271.9 dC 348.3 cB 358.7 bAB 372.6 aA
    注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示处理间差异达 1% 和 5% 显著水平 Data followed by different capital and small letters in the same column are significantly different among treatments at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.
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    表 7  种植密度和施氮量对春玉米水分利用效率的影响[kg/(mm·hm2)]

    Table 7.  Effects of plant density and nitrogen application rate on water use efficiency of spring maize

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    N0 N138 N207 N276 平均值
    Average
    2016 D1 20.27 ± 0.23 23.78 ± 0.53 25.72 ± 0.32 26.18 ± 0.68 23.99 bB
    D2 23.17 ± 0.35 28.38 ± 0.35 31.04 ± 1.81 30.67 ± 2.80 28.31 aA
    D3 17.23 ± 0.62 20.80 ± 1.16 22.19 ± 0.45 25.01 ± 0.59 21.31 cC
    平均值Average 20.22 cC 24.32 bB 26.32 aA 27.30 aA
    2017 D1 16.96 ± 0.24 17.70 ± 0.15 18.56 ± 0.14 18.37 ± 0.13 17.90 bB
    D2 17.21 ± 0.28 19.85 ± 0.23 20.85 ± 0.22 20.76 ± 0.37 19.67 aA
    D3 14.44 ± 0.19 15.61 ± 0.16 18.94 ± 0.19 17.77 ± 0.18 16.70 cC
    平均值Average 16.21 cC 17.72 bB 19.45 aA 18.97 aA
    注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示处理间差异达 1% 和 5% 显著水平 Data followed by different capital and small letters in the same column are significantly different among treatments at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-10
  • 刊出日期:  2019-04-01

密度和施氮量互作对全膜双垄沟播玉米产量、氮素和水分利用效率的影响

    作者简介:张平良 E-mail:zhangpl2007@163.com
    通讯作者: 郭天文, guotw@gsagr.ac.cn
  • 1. 甘肃省农业科学院旱地农业研究所,兰州 730070
  • 2. 甘肃省农业科学院,兰州 730070
  • 3. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081

摘要: 目的本研究旨在探讨旱地全膜双垄沟播玉米产量、氮素和水分利用效率对种植密度和施氮量的响应。方法选择甘肃省定西市安定区农业部西北黄土高原地区作物栽培科学观测试验站,作物一年一熟,无灌溉,为典型旱地雨养农业区。2016和2017年,以耐密品种‘先玉335’为试验材料进行了大田试验。设置了3个种植密度 (45000、60000、75000 株/hm2) 和4个施氮量 (N0、138、207、276 kg/hm2,分别表示为N0、N138、N207、N276)。收获期调查分析了玉米籽粒产量、氮素和水分利用效率。结果种植密度和施氮量均显著影响玉米籽粒产量、氮素和水分利用效率,且两者互作效应显著。在中密度 (60000 株/hm2) 条件下,玉米籽粒产量较低密度 (45000 株/hm2) 和高密度 (75000 株/hm2) 分别增加了24.86%~26.91%和25.83%~34.34%,氮素利用效率分别提高了41.07%和41.63%,水分利用效率分别提高了9.87%~18.09%和17.81%~32.89%,且差异性均达到了显著水平。施氮量在138~276 kg/hm2范围内的玉米籽粒产量和水分利用效率均显著高于无氮处理,各施氮处理表现为N276 > N207 > N138 > N0,且N276、N207与N138、N0处理间差异显著。随着施氮量的增加,氮肥偏生产力呈下降趋势,氮肥利用率呈先升高后降低趋势,以施氮量为207 kg/hm2时玉米氮肥吸收利用率最大,较N276和N138处理分别提高了4.23%和27.37%。玉米产量提高引起了氮肥吸收利用率和水分利用效率的协同提高。结论综合考虑产量、氮素利用率和水分利用效率等因素,在本试验条件下,旱地全膜双垄沟播玉米栽培以种植密度为60000 株/hm2,施氮量为207 kg/hm2较为适宜。

English Abstract

  • 玉米是我国重要的集粮、经、饲于一体优势的第一大作物,在粮食生产中的地位越来越重要。玉米产量的高低主要取决于品种的遗传特性、栽培条件和环境条件。在各种栽培措施中,种植密度与氮素营养是影响玉米产量和土壤水分利用的主要因素[1]。氮肥生产会耗费大量的资源和能量,而目前玉米肥料施用量大,利用率不高,不仅造成大量资源和能量的浪费,而且严重影响农业生态环境[23]。因此,根据品种特性,制定合理的栽培措施,对实现玉米优质、高产、高效至关重要。前人研究认为,增加种植密度可以提高光、温、水资源的利用效率,依靠群体发挥增产潜力[4]。种植密度越高,玉米个体发育进程推迟,单株产量降低,养分消耗越多,但由于群体数量增多而产量增加[56]。然而,在玉米生产过程中,种植密度过大容易造成群体内资源分配不合理,加大了内部个体之间对光、水、肥等竞争压力,导致单株地上部干物质积累量、抗倒伏能力均呈现降低的趋势,空秆率提高、秃尖增长,个体产量下降[710]

    氮是植物必需的营养元素,也是作物产量形成的最重要养分限制因子[11]。孟战赢等[12]认为,适量施用氮肥,有利于植株光合生理活性的改善及花后保绿,延长光合与灌浆时间,提高玉米单株生产能力,种植密度的增加也会增加植株群体的需氮量,合理施氮量对提高夏玉米产量和氮肥利用率具有重要意义[1315]。易镇邪等[16]认为,增加施氮量,可提高玉米营养器官氮素转运量及其对籽粒氮的贡献率。何萍等[17]研究认为,随着氮肥用量的增加,玉米营养器官的氮素运转率呈先增加后降低的趋势,过量氮素运转则导致叶片早衰及光合能力下降,最终可能影响到正在发育籽粒的碳、氮输送,不利于产量和氮肥利用率的提高。靳立斌等[18]认为,高密度条件下,随着施氮量增加,夏玉米氮素转运效率及贡献率呈上升趋势,而氮肥偏生产力、氮肥利用率和氮素农学利用效率均呈下降趋势。也有人研究认为,随着施氮量的增加,夏玉米氮肥利用效率呈先增加后降低趋势[1921]。近几年,在甘肃省中东部旱作区大面积推广应用的玉米全膜双垄沟播种植技术,采用全地面地膜覆盖沟垄种植的方式,垄面作为集水区,玉米种植在沟内,具有明显的增温、聚水和保墒作用,使玉米等作物增产30%以上[2223],2016年在甘肃省推广种植面积达到了83 万hm2。目前,关于种植密度和氮肥交互作用对玉米产量、光合特性、根系生长和氮素利用的影响已有较多研究[2430],但针对旱地全膜双垄沟播种植条件下的春玉米产量、氮素和水分利用效率对种植密度和施氮量的响应研究鲜见报道。本试验以耐密玉米品种为试验材料,在年均降雨量415 mm的旱作区,研究种植密度和施氮量对全膜双垄沟播玉米籽粒产量、氮肥及水分利用效率的影响,旨在探明旱地玉米全膜双垄沟播种植条件下的适宜种植密度和施氮量,为进一步探讨旱作区玉米高产高效的栽培技术体系提供理论支持。

    • 试验于2016和2017年在甘肃省定西市安定区农业部西北黄土高原地区作物栽培科学观测试验站 (35°35′N,104°36′E) 进行,平均海拔1970 m,年平均气温6.2℃,≥ 10℃的活动积温2075.1℃, 无霜期140天,属中温带半干旱气候。作物一年一熟,无灌溉,为典型旱地雨养农业区。平均年降水量为415 mm,6~9月份降水量占年降水量的68%,降水相对变率为24%。试验区土壤为黄绵土,土壤肥力偏低,播前耕层 (0—20 cm) 土壤基础养分含量为有机质7.81 g/kg、全氮0.74 g/kg、碱解氮为46.28 mg/kg、速效磷10.42 mg/kg、速效钾168.41 mg/kg、pH 8.14。0—200 cm土层平均土壤容重1.26 g/cm3,田间持水量为21.94%,永久凋萎系数为7.13%。试验期间降水及气温变化见图1,2016年玉米生育期降水212.5 mm,主要集中在5、7、8、9月份,为正常平水年。2017年玉米全生育期降水330.2 mm,主要集中在6、8和9月份,但7月份降水仅为15.4 mm,且6月25日至7月25日降雨量仅为4.3 mm,此时正值全年气温最高时段,玉米正处于穗期阶段,是水分需求最旺盛阶段,作物受干旱胁迫严重,为季节性干旱平水年。2016年和2017年玉米生育期平均气温基本相同,其中2017年7月份平均气温最高,较2018年平均高1.6℃。

      图  1  2016、2017年玉米生育期降雨量和气温

      Figure 1.  Precipitation and temperatures during maize growth stages in 2016 and 2017

    • 试验以玉米 (Zea mays L.) 为材料,品种为先玉335。试验采用密度 (D)、氮肥 (N) 两因素裂区设计,主区为密度处理,设低密度 D1(45000株/hm2)、中密度D2 (60000株/hm2)、高密度D3 (75000株/hm2 3个水平;副区为氮肥处理,设N0、138、207、276 kg/hm2 4个水平,分别用N0、N138、N207、N276表示;磷、钾肥均为P2O5 90 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2。小区面积为27 m2,3次重复。试验所用氮肥为尿素 (N 46%)、磷肥为普通过磷酸钙 (P2O512%)、钾肥为氯化钾 (K2O 60%),所有肥料均在于覆膜播前作底肥一次施入。玉米采用全膜双垄沟播种植方式[31] (图2),即在播种前整好农田,用起垄器起双垄,大垄宽70 cm,高10 cm,小垄宽40 cm,高20 cm,沟宽小于3 cm,全地面地膜覆盖,地膜厚度0.008 mm,在每季播种前全部更换,玉米播种于垄沟中。2016年4月20日播种,10月6日收获;2017年4月24日播种,10月10日收获。全生育期不灌溉,除拔草外不进行其他田间管理。

      图  2  全膜双垄沟播种植示意图

      Figure 2.  Diagrammatic sketch of whole plastic-film mulching and double-furrow sowing

    • 每小区分别于苗期、拔节期、花期、花期 + 30天、成熟期取5株长势均匀一致的植株。苗期和拔节期整株烘干,花期和花期 + 30天分为茎鞘、叶片两部分,成熟期分为叶片、茎杆、穗轴、籽粒4部分,105℃杀青30 min,75℃烘干至恒重,称重后磨粉保存待测。成熟期收获、测产、考种。植株和籽粒全氮含量采用浓H2SO4–H2O2联合消煮后,用BRAN + LUEBBE公司的AA3连续流动分析仪测定。土壤水分含量测定采用土钻烘干法,在每个小区玉米播前、收获期沿玉米种植沟内任意两株间0—200 cm土层 (每20 cm为一个层次)取样测定。

    • 植株总干物质积累量 (total dry matter, TDA) = 成熟期单株总干重 × 成熟期实收株数

      植株总氮素积累量 = 成熟期植株干重 × 成熟期植株含氮量

      氮素收获指数 = 籽粒含氮量/植株吸氮量

      氮肥农学利用率 = (施氮区籽粒产量–无氮区籽粒产量)/施氮量

      氮肥利用率 = (施氮区氮素吸收量–无氮区氮素吸收量)/施氮量× 100%

      氮肥偏生产力 = 施氮区产量/施氮量

      耗水量 (mm) = 播前200 cm土壤贮水量–收获时200 cm土壤贮水量 + 生育期降水量

      作物水分利用效率[kg/(hm2·mm)] = 玉米籽粒产量 (kg/hm2)/耗水量 (mm)

    • 试验数据采用DPS15.10和Microsoft Excel 2007进行统计分析。

    • 表1可知,玉米在旱地全膜双垄沟播种植条件下,种植密度和施氮量对其产量构成因素的影响显著 (P < 0.05),而两者互作效应不显著。同一种植密度条件下,施氮处理较不施氮处理的行粒数、穗长、百粒重提高。如2016年,在种植密度为60000 株/hm2条件下,N138、N207、N276处理玉米百粒重较N0处理分别提高了6.76%、9.01%和12.16%,以N276处理百粒重最高,与N0处理间差异显著。同一施氮水平下,提高种植密度,穗行数、行粒数、百粒重呈下降趋势,均表现出低密度 (D1) > 中密度 (D2) > 高密度 (D3);中密度D2和高密度D3的行粒数比低密度D1分别降低了7.81%和34.49%,百粒重分别降低了6.31%和7.01%。

      年份
      Year
      密度 (plant/hm2)
      Planting density
      施氮量 (kg/hm2)
      N application rate
      穗行数
      Rows per ear
      行粒数
      Kernel per row
      穗长 (cm)
      Ear length
      百粒重 (g)
      100-grain weight
      2016 45000 (D1) N0 16.0 bc 24.3 cd 14.8 cd 23.1 bc
      N138 16.7 ab 32.6 b 18.3 ab 24.2 bc
      N207 17.0 a 37.7 ab 18.8 ab 26.4 ab
      N276 17.1 a 39.9 a 20.9 a 27.7 a
      60000 (D2) N0 15.4 bc 22.6 cd 14.0 cd 22.2 cd
      N138 16.4 ab 27.5 bc 15.3 c 23.7 bc
      N207 16.6 ab 36.2 ab 17.9 b 24.2 bc
      N276 16.7 ab 37.7 ab 18.6 ab 24.9 b
      75000 (D3) N0 14.9 cd 16.3 e 11.6 e 22.4 cd
      N138 15.9 bc 18.3 de 13.2 d 23.3 bc
      N207 16.2 b 28.0 bc 16.6 bc 24.3 bc
      N276 16.3 b 25.5 c 14.5 cd 24.3 bc
      2017 45000 (D1) N0 14.1 de 20.7 cd 14.3 cd 19.7 de
      N138 14.7 cd 23.5 cd 15.9 bc 21.0 cd
      N207 15.3 c 29.4 bc 17.1 bc 22.6 c
      N276 15.9 bc 31.0 bc 17.3 bc 23.7 bc
      60000 (D2) N0 14.0 de 19.6 cde 13.7cd 19.3 de
      N138 14.4 d 22.4 cd 14.6 cd 20.4 d
      N207 15.1 cd 27.7 bc 16.9 bc 21.8 cd
      N276 15.5 bc 28.2 bc 16.0 bc 22.0 cd
      75000 (D3) N0 13.6 e 16.9 de 12.2 de 18.3 e
      N138 14.2 de 18.9 de 12.9 de 18.9 de
      N207 14.9 cd 23.7 cd 15.1 cd 20.3 d
      N276 15.1 cd 22.1 cd 14.7 cd 19.9 de
      方差分析Analysis of variance
      密度Planting density (D) * * ** *
      施氮量N application rate (N) * * * **
      D × N NS NS NS NS
      注(Note):同列数据后不同小写字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Data followed by different letters in the same column are significantly different among treatments at the 0.05 probability level;NS—Not significant;*—P < 0.05; **—P < 0.01.

      表 1  种植密度和施氮量对春玉米产量构成因素的影响

      Table 1.  Effects of plant density and nitrogen application rate on yield components of spring maize

      表2可知,在旱地全膜双垄沟播种植条件下,玉米产量受种植密度、氮肥因素的影响均达到显著水平 (2016年,F = 65.16和95.96;2017年,F = 474.62和528.61),而且两者互作效应显著 (2016年,F = 4.13;2017,F = 20.26)。同一施氮水平下,不同种植密度的平均玉米籽粒产量表现出中密度 (D2) > 低密度 (D1) > 高密度 (D3),且差异达到了显著水平。如2016年,中密度D2 (60000 株/hm2)的玉米产量比低密度D1 (45000 株/ hm2) 和高密度D3 (75000 株/hm2) 处理分别显著增加了24.86%和34.34%;2017年,中密度D2处理的玉米产量比低密度D1和高密度D3分别显著增加了26.91%和35.83%,且差异达到了极显著水平。同一种植密度条件下,施氮处理玉米籽粒产量显著高于无氮处理,表现出N276 > N207 > N138 > N0。以2016年为例,N138、N207、N276处理的玉米产量较N0处理分别显著提高了35.80%、49.79%和64.25%,其中以N276 处理的玉米产量最高,显著高于其它处理。在不同种植密度水平下,2016年玉米产量较2017年平均增加35.27%~37.49%;不同施氮水平下,2016年玉米产量较2017年平均增加29.79%~45.46%。在本试验条件下,相同种植密度和施氮水平下年际间玉米产量差异的主要原因是玉米生育期降雨量所导致,尤其是玉米关键生育期的自然降水。从图1可知,2016年玉米生育期降水212.5 mm,主要集中在5、7、8、9月份,属于正常平水年;2017年玉米全生育期降水330.2 mm,主要集中在6月份、8月份和9月份,2017年玉米生育期降水量较2016年增加了117.7 mm,但7月份降水仅为15.4 mm,且6月25日至7月25日降雨量仅为4.3 mm,是典型的季节性干旱年份,此时正值全年气温最高时段,玉米正处于穗期阶段,是水分需求最旺盛阶段,玉米受干旱胁迫严重,影响其生长,从而导致玉米产量下降。表明,在年均降雨量415 mm的旱作区,玉米全膜双垄沟播种植条件下,玉米产量受种植密度和施氮量的显著影响,同时也受生育期降水和季节性干旱胁迫的影响。

      年份
      Year
      密度 (plant/hm2)
      Planting density
      N0 N138 N207 N276 平均值
      Average
      2016 45000 (D1) 6091 ± 117 7728 ± 210 8728 ± 134 9274 ± 340 7955 bB
      60000 (D2) 7454 ± 159 9910 ± 298 10910 ± 985 11455 ± 1279 9933 aA
      75000 (D3) 5664 ± 141 7091 ± 234 7637 ± 146 9182 ± 434 7394 cB
      平均值Average 6403 cC 8243 bB 9092 abA 9970 aA
      2017 45000 (D1) 4348 ± 92 5645 ± 141 6562 ± 145 6588 ± 120 5786 bB
      60000 (D2) 4837 ± 193 7651 ± 137 8350 ± 249 8533 ± 158 7343 aA
      75000 (D3) 4020 ± 114 5315 ± 159 6104 ± 207 6184 ± 190 5406 cC
      平均值Average 4402 cC 6204 bB 7005 aA 7102 aA
      注(Note):数据后不同大、小写字母分别表示处理间差异分别达 1% 和 5% 显著水平 Data followed by different capital and small letters are significant difference among treatments at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

      表 2  不同种植密度和施氮量下春玉米产量 (kg/hm2)

      Table 2.  Grain yield of spring maize affected by plant density and nitrogen application rate

    • 随种植密度的增加,玉米单株干物质积累量减少,群体干物质积累量增加 (表3表4)。同一施氮水平下,不同种植密度间的平均玉米单株干物质积累量表现为低密度 (D1) > 中密度 (D2) > 高密度 (D3),而对群体干物质积累量的影响则正好相反,且自花后30天至成熟期差异达到了显著水平。以玉米成熟期为例,中密度D2和高密度D3处理的单株干物质积累量较低密度D1处理分别降低了15.21%和28.77%;而群体干物质积累量分别增加了13.05%和18.71%。成熟期干物质积累的差异主要来自开花期后的干物质积累差异。花后单株干物质积累量随种植密度的增加而降低;花后群体干物质积累量及其贡献率随种植密度的增加呈先增加后降低的趋势,中密度D2处理花后干物质贡献率最大。同一种植密度条件下,施氮处理玉米单株和群体干物质积累量均显著高于无氮处理,表现出N276 > N207 > N138 > N0。在玉米成熟期,N276、N207、N138处理的玉米单株干物质量较N0处理分别提高了68.37%、50.55%、23.33%,群体干物质量分别提高了69.42%、51.56%、23.92%,且差异均达到了显著水平。随着氮肥施用量的增加,单株和群体花后干物质积累量增加,花后干物质贡献率呈上升趋势。施氮量由N 207 kg /hm2增加到276 kg /hm2时,群体和单株花后干物质贡献率均下降。

      密度
      Planting density
      (plant/hm2)
      施氮量
      N application rate
      (kg/hm2)
      苗期
      Seedling stage
      拔节期
      Jointing stage
      开花期
      Flowering stage
      花后 30 天
      30 days after anthesis
      成熟期
      Maturity stage
      ADMA
      (g/plant)
      CPDMA
      (%)
      45000 (D1) N0 1.2 c 38.7 bc 130.9 bc 222.1 cd 266.2 d 135.3 de 50.8 cd
      N138 1.6 ab 41.1 bc 147.5 ab 243.9 bc 312.4 c 164.9 c 52.8 cd
      N207 1.7 ab 46.7 ab 142.1 bc 270.3 b 358.2 b 216.2 b 60.3 ab
      N276 1.8 a 48.4 a 163.8 a 366.1 a 402.1 a 238.4 a 59.3 b
      60000 (D2) N0 1.0 cd 36.0 cd 77.9 de 149.9 ef 182.6 f 104.7 f 57.4 bc
      N138 1.2 cd 38.5 c 93.2 de 203.6 d 243.0 de 149.8 cd 61.7 a
      N207 1.3 bc 41.4 bc 124.5 c 253.0 bc 335.5 bc 211.1 bc 62.9 a
      N276 1.5 b 43.8 ab 151.0 ab 344.9 ab 374.1 ab 223.0 ab 59.6 ab
      75000 (D3) N0 0.9 d 32.7 d 75.6 e 136.8 f 183.3 ef 107.7 ef 58.8 bc
      N138 1.1 cd 36.8 cd 96.4 d 180.0 de 224.3 e 127.9 e 57.0 c
      N207 1.3 bc 40.4 bc 122.2 cd 220.0 cd 257.9 de 135.7 de 52.6 cd
      N276 1.3 bc 42.3 b 143.6 b 243.1 c 288.1 cd 144.5 d 50.1 d
      注(Note):ADMA—花后干物质干积累量 Amount of dry matter accumulation after anthesis:CPDMA—花后干物质贡献率 Contribution of the accumulated dry matter after anthesis;同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Data followed by different letters in a column are significant difference among the treatments at the 5% level.

      表 3  不同种植密度和施氮量下春玉米不同生育期单株干物质积累量(g/plant)

      Table 3.  Dry matter accumulation of spring maize affected by plant density and nitrogen rate

      密度
      Planting density
      (plant/hm2)
      施氮量
      N application rate
      (kg/hm2)
      苗期
      Seedling stage
      拔节期
      Jointing stage
      开花期
      Flowering stage
      花后 30d
      30 days after anthesis
      成熟期
      Maturity stage
      ADMA
      (kg/hm2)
      CPDMA
      (%)
      45000 (D1) N0 54 e 1743 e 5891 cd 9994 de 11977 ef 6086 e 50.8 cd
      N138 71 cd 1850 de 6636 bc 10977 d 14056 de 7420 d 52.8 cd
      N207 75 c 2100 d 6392 c 12163 cd 16119 d 9727 bc 60.3 ab
      N276 81 bc 2178 cd 7369 bc 16477 b 18096 c 10728 b 59.3 b
      60000 (D2) N0 59 cd 2160 cd 4671 e 8995 e 10955 f 6284 de 57.4 bc
      N138 74 cd 2309 c 5590 d 12219 cd 14579 de 8990 c 61.7 a
      N207 77 bc 2482 bc 7468 b 15179 bc 20132 b 12665 ab 62.9 a
      N276 92 ab 2627 bc 9061 ab 20692 a 22444 a 13382 a 59.6 ab
      75000 (D3) N0 64 cde 2452 bc 5672 cd 10263 de 13750 e 8078 cd 58.8 bc
      N138 89 b 2760 b 7230 bc 13497 c 16820 cd 9590 bc 57.0 c
      N207 98 ab 3031 ab 9162 ab 16500 b 19343 bc 10181 bc 52.6 cd
      N276 101 a 3174 a 10772 a 18231 ab 21607 ab 10835 b 50.1 d
      注(Note):ADMA—花后干物质积累量 Amount of dry matter accumulation after anthesis;CPDMA—花后干物质贡献率 Contribution of the accumulated dry matter of groups after anthesis;同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Data followed by different letters in a column are significant difference among the treatments at the 5% level.

      表 4  种植密度和施氮量对春玉米群体干物质积累的影响 (kg/hm2)

      Table 4.  Effects of plant density and nitrogen application rate on dry matter accumulation of spring maize

    • 表5可知,玉米在旱地全膜双垄沟播种植条件下,随着种植密度的增加,总氮素积累量、氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率呈先增加后降低趋势,氮素收获指数呈降低趋势。中密度D2处理的总氮素积累量、氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率分别比低密度D1和高密度D3处理增加22.08%和9.31%、26.01%和33.93%、35.55%和39.79%、41.07%和41.63%,且差异均达到了显著水平。中密度D2和高密度D3处理的氮素收获指数比低密度D1分别显著降低了10.20%和21.42%。同一密度水平下,增施适量氮肥可以显著提高总氮素积累量,显著影响氮肥利用率,进一步增加施氮量,氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率均呈下降趋势。以N207处理氮肥利用率最大,平均达到28.6%,较N276和N138处理分别提高4.23%和27.37%。种植密度为低密度D1和高密度D3时,增施适量氮肥可以显著提高总氮素积累量和氮肥利用效率。密度为中密度D2时,施氮量为N 207 kg/hm2时,总氮素积累量和氮肥利用率最高,分别为221 kg/hm2和38.9%。

      密度
      Planting density
      (plant/hm2)
      施氮量
      N application rate
      (kg/hm2)
      总氮素积累量
      TNAA
      (kg/hm2)
      氮收获指数
      NHI
      氮肥偏生产力
      NPFP
      (kg/kg)
      氮肥农学效率
      NAE
      (kg/kg)
      氮肥利用率
      NUE
      (%)
      45000 (D1) N0 117 d 0.65 ab
      N138 138 cd 0.71 a 56.0 b 11.9 cd 15.5 d
      N207 168 bc 0.68 ab 42.2 c 12.7 c 24.4 c
      N276 198 ab 0.74 a 33.6 de 11.5 cd 29.3 bc
      60000 (D2) N0 140 c 0.55 bc
      N138 184 b 0.66 ab 71.8 a 17.8 a 31.8 b
      N207 221 a 0.67 ab 52.7 bc 16.7 ab 38.9 a
      N276 214 ab 0.64 ab 41.5 cd 14.5 b 26.6 bc
      75000 (D3) N0 137 cd 0.49 c
      N138 165 bc 0.61 b 51.4 bc 10.3 d 20.2 cd
      N207 183 b 0.55 bc 39.3 d 11.9 cd 22.4 cd
      N276 210 ab 0.56 bc 32.3 e 12.7 c 26.3 bc
      注(Note):TNAA—Total nitrogen accumulation amount;NHI—Nitrogen harvest index;NPFP—Nitrogen partial factor productivity;NAE—Nitrogen agronomic efficiency;NUE—Nitrogen use efficiency;同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Data followed by different letters in a column are significant difference among the treatments at the 5% level.

      表 5  种植密度和施氮量对春玉米氮素利用效率的影响

      Table 5.  Effects of plant density and nitrogen application rate on nitrogen use efficiency of spring maize

    • 表6可知,在旱地全膜双垄沟播种植条件下,玉米耗水量受种植密度、氮肥因素的影响均达到显著水平 (2016年,F = 16.55和46.71;2017年,F = 81.07和164.45)。同一施氮水平下,不同种植密度间的平均玉米耗水量表现出中密度 (D2) 高于低密度 (D1) 和高密度 (D3)。同一种植密度条件下,玉米耗水量随施氮量的增加而增加,施氮处理玉米耗水量显著高于无氮处理,表现出N276 > N207 > N138 > N0,且差异达到了显著水平。2016年,中密度D2处理的玉米耗水量比低密度D1增加了5.79%,与高密度D3处理之间差异不显著;N138、N207、N276处理的玉米耗水量较N0处理分别显著增加了6.73%、8.81%和15.04%,N276处理较N207和N138 又显著增加了5.74%、7.77%,而N207和N138处理间差异不显著;氮肥和密度之间的互作效应不显著 (F = 1.16)。2017年,中密度D2处理的玉米耗水量比低密度D1和高密度D3分别显著增加了14.82%和14.67%;N138、N207、N276处理的玉米耗水量较N0处理分别显著增加了28.09%、31.94% 和37.04%,N276处理较N207和N138增加了3.88%和6.99%;氮肥和密度之间的互作效应显著 (F = 9.18)。

      年份
      Year
      处理
      Treatment
      N0 N138 N207 N276 平均值
      Average
      2016 D1 300.5 ± 7.0 324.9 ± 6.5 339.4 ± 6.3 354.1 ± 10.6 329.7 bB
      D2 321.8 ± 6.7 349.2 ± 10.2 351.1 ± 11.3 373.1 ± 8.1 348.8 aA
      D3 328.7 ± 5.1 341.1 ± 13.8 344.2 ± 7.3 367.0 ± 8.7 345.2 aA
      平均值Average 317.0 cC 338.4 bB 344.9 bB 364.7 aA
      2017 D1 256.4 ± 7.4 318.8 ± 7.1 353.5 ± 9.9 358.7 ± 9.3 321.9 bB
      D2 281.0 ± 10.7 385.6 ± 11.2 400.4 ± 12.2 411.2 ± 15.1 369.6 aA
      D3 278.2 ± 6.2 340.4 ± 8.1 322.3 ± 14.2 348.0 ± 11.7 322.3 bB
      平均值Average 271.9 dC 348.3 cB 358.7 bAB 372.6 aA
      注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示处理间差异达 1% 和 5% 显著水平 Data followed by different capital and small letters in the same column are significantly different among treatments at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

      表 6  种植密度和施氮量对春玉米耗水量的影响(mm)

      Table 6.  Effects of plant density and nitrogen application rate on water consumption of spring maize

      表7可以看出,玉米水分利用效率受种植密度、施氮量的影响均达到了显著水平。不同种植密度间的平均玉米水分利用效率表现出中密度 (D2) > 低密度 (D1) > 高密度 (D3),且差异达到了极显著水平。同一种植密度条件下,施氮处理玉米水分利用效率极显著高于无氮处理,以N207和N276处理最为明显;随着施氮量增加,玉米水分利用效率显著提高,当施氮量增加到207 kg/hm2时,继续增加施氮量水分利用效率无明显变化,且呈降低趋势。2016年,中密度D2处理的玉米水分利用效率比低密度D1和高密度D3处理分别提高了18.09%和32.98%;N138、N207、N276处理的玉米水分利用效率较N0分别提高了 20.28%、30.17%、35.03%,N207、N276处理较N138显著提高了8.22%、12.27%,N207与N276处理间差异不显著;氮肥和密度之间的互作效应不显著 (F = 2.18)。2017年,中密度D2处理的玉米水分利用效率比低密度D1和高密度D3处理分别提高了9.87%和17.81%;N138、N207、N276处理的玉米水分利用效率较N0分别提高了9.31%、20.01%、16.98%,N207、N276处理较N138提高了9.77%、7.02%,且差异达到了显著水平;氮肥和密度之间的互作效应显著 (F = 27.30)。在不同种植密度水平下,2016年玉米水分利用效率较2017年平均提高了27.60%~43.92%;不同施氮水平下,2016年玉米水分利用效率较2017年平均提高了24.74%~43.91%。结果表明,玉米水分利用效率受产量变化的影响,玉米产量提高引起了水分利用效率的协同提高。

      年份
      Year
      处理
      Treatment
      N0 N138 N207 N276 平均值
      Average
      2016 D1 20.27 ± 0.23 23.78 ± 0.53 25.72 ± 0.32 26.18 ± 0.68 23.99 bB
      D2 23.17 ± 0.35 28.38 ± 0.35 31.04 ± 1.81 30.67 ± 2.80 28.31 aA
      D3 17.23 ± 0.62 20.80 ± 1.16 22.19 ± 0.45 25.01 ± 0.59 21.31 cC
      平均值Average 20.22 cC 24.32 bB 26.32 aA 27.30 aA
      2017 D1 16.96 ± 0.24 17.70 ± 0.15 18.56 ± 0.14 18.37 ± 0.13 17.90 bB
      D2 17.21 ± 0.28 19.85 ± 0.23 20.85 ± 0.22 20.76 ± 0.37 19.67 aA
      D3 14.44 ± 0.19 15.61 ± 0.16 18.94 ± 0.19 17.77 ± 0.18 16.70 cC
      平均值Average 16.21 cC 17.72 bB 19.45 aA 18.97 aA
      注(Note):同列数据后不同大、小写字母分别表示处理间差异达 1% 和 5% 显著水平 Data followed by different capital and small letters in the same column are significantly different among treatments at the 0.01 and 0.05 probability levels, respectively.

      表 7  种植密度和施氮量对春玉米水分利用效率的影响[kg/(mm·hm2)]

      Table 7.  Effects of plant density and nitrogen application rate on water use efficiency of spring maize

    • 前人对种植密度或施氮量对玉米产量的影响做了大量研究,但是关于旱地全膜双垄沟播种植条件下玉米产量对种植密度、施氮量的响应研究鲜见报道。前人研究表明,玉米产量随密度的增加呈先增加后降低的趋势[32],增加种植密度可显著提高玉米产量[33]。陈传永等[28]认为,提高种植密度是获得玉米高产的重要途径,增加种植密度可以显著提高籽粒产量,但单株穗粒数显著降低,千粒重呈下降趋势。本研究表明,在年均降雨量415 mm的旱作区,玉米在旱地全膜双垄沟播种植条件下,提高种植密度,穗行数、行粒数、百粒重呈下降趋势,这与前人研究结果基本一致。玉米籽粒产量随种植密度的增加呈先增加后降低趋势,以种植密度为60000 株/hm2适宜。玉米产量是由单位面积穗数、穗粒数和百粒重组成的,通过增加种植密度增加穗数是提高产量的有效途径。但是,种植密度的增加必然会引起植株个体间的竞争加剧,单株产量显著下降,当单株效应对总产量的影响超过了群体效应时将会导致群体总产量下降。因此,在年均降雨量415 mm的旱作区,增密会影响春玉米产量及其产量构成因素的潜力发挥,当单株效应与群体效应之间不平衡时会影响产量变化,结合当地气候降水特征,合理密植才是增产的有效途径。

      氮肥是通过对单位面积穗数、穗粒数、千粒重的综合影响,而最终影响产量。前人研究指出[34],氮素缺乏会显著影响穗粒数。在一定的施肥范围内,穗粒数会随着氮肥用量的增加而增加,但当氮肥施用过量时,增施氮肥对穗粒数作用不显著。申丽霞等[35]认为,随着施氮量的增加,玉米产量呈先上升后下降的趋势,适量施氮可以促进玉米果穗顶部籽粒发育,增加穗粒数,提高产量。本研究表明,施氮处理玉米籽粒产量显著高于无氮处理,增施氮肥可以显著提高籽粒产量,产量构成因素穗行数、行粒数、穗长、百粒重呈增加趋势。在中密度 (60000 株/hm2) 下施氮处理玉米产量显著高于低密度 (45000 株/hm2) 和高密度 (75000 株/hm2)。施氮量为207~276 kg/hm2可以认为是本试验条件下的适宜施氮量。因此,氮肥可以通过影响玉米穗行数、行粒数及百粒重等构成因素调控籽粒产量,在合理种植密度条件下,氮肥是调控籽粒产量的重要因子。另外,在本试验条件下,通过两年的产量结果看,在旱地全膜双垄沟播种植条件下,玉米产量不仅受种植密度和施氮量的显著影响,同时也受季节性干旱胁迫的影响,玉米关键生育期降水不足将会严重影响产量。

    • 玉米产量决定于干物质积累,增加群体干物质积累量是提高玉米产量的基础。增加种植密度可以显著提高群体干物质积累量,但是高密度条件下,单株干物质积累量下降过大,是制约群体干物质积累量大幅度增加的重要原因[36]。李广浩等[37]研究认为,增加种植密度,夏玉米单株干物质积累量呈降低趋势,群体干物质积累量呈增加趋势,单株干物质积累量和单株花后干物质积累量显著降低。本研究表明,随着种植密度的增加,玉米单株干物质积累量减少,群体干物质积累量增加,且在开花期至成熟期差异达到了显著水平。花后单株干物质积累量随种植密度的增加而降低;花后群体干物质积累量及其贡献率随种植密度的增加呈现先增加后降低的趋势,种植密度为60000 株/hm2时花后干物质贡献率最大。施氮处理玉米单株和群体干物质积累量均显著高于无氮处理。随着氮肥施用量增加,单株和群体花后干物质积累量增加,花后干物质贡献率呈上升趋势。施氮量由N 207 kg/hm2增加到N 276 kg/hm2时,群体和单株花后干物质贡献率下降。

    • 前人关于种植密度和施氮量对玉米氮素利用效率的影响研究较多,而关于旱地玉米全膜双垄沟播种植条件下的研究鲜见报道。曹胜彪等[33]研究认为,适宜的种植密度既可增加玉米产量,又可提高氮素利用效率,但随着施氮量增加,氮素利用率降低。赵洪祥等[38]认为,高密度有利于玉米植株氮量积累,氮肥比例高的处理玉米生育后期的氮素吸收速率提高。本研究表明,随着种植密度的增加,总氮素积累量、氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率呈先增加后降低趋势,氮素收获指数呈降低趋势。中密度 (60000株/hm2) 氮肥利用率最高,显著高于低密度 (45000 株/hm2)和高密度 (75000 株/hm2)。随着施氮量的增加,总氮素积累量呈增加趋势,氮肥偏生产力呈下降趋势,氮肥利用效率呈先升高后降低趋势,以施氮量为207 kg/hm2氮肥利用效率最大。因此,本试验条件下,合理种植密度与适宜施氮量可以显著提高氮肥利用率,以种植密度为60000 株/hm2和施氮量为207 kg/hm2可获得较高的氮肥利用效率。

    • 徐振峰等[39]研究认为,随着施肥量的增加,全膜双垄沟播玉米水分利用效率呈先升后降低的趋势,高密度和高施氮水平具有较高的水分利用效率。刘泉汝等[40]研究认为,在秸秆覆盖条件下,适宜种植密度能够显著提高夏玉米的水分利用效率。本研究表明,玉米耗水量、水分利用效率受密度、施氮量的影响均达到了显著水平。随着种植密度的增加,玉米耗水量和水分利用效率呈先升高后降低的趋势,种植密度为60000 株/hm2的玉米耗水量、水分利用效率最高。随着施氮量的增加,玉米耗水量、水分利用效率呈增加趋势,施氮处理显著高于无氮处理。施氮量为207~276 kg/hm2的玉米水分利用效率较高。因此,本试验条件下,合理的种植密度与适宜施氮量不仅增加了玉米产量,而且提高了水分利用效率,玉米产量提高引起了水分利用效率的协同提高。

    • 在年均降雨量为415 mm的旱作区,玉米全膜双垄沟播种植下,合理增加种植密度,通过增施氮肥调节植株个体与群体之间的矛盾,增加单株和群体干物质积累量,提高穗粒数、百粒重,从而可获得较高的玉米籽粒产量、氮肥利用率和水分利用效率。玉米产量提高可引起氮肥吸收利用率和水分利用效率的协同提高。综合考虑种植密度和施氮量对玉米籽粒产量、氮肥利用率和水分利用效率等因素的影响,玉米旱地全膜双垄沟播栽培模式下,密度为60000 株/hm2、施氮量为207 kg/hm2较为适宜。

参考文献 (40)

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