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综合农艺管理促进夏玉米氮素吸收、籽粒灌浆和品质提高

于宁宁 赵子航 任佰朝 赵斌 刘鹏 张吉旺

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综合农艺管理促进夏玉米氮素吸收、籽粒灌浆和品质提高

    作者简介: 于宁宁 E-mail:1015317619@qq.com;† 赵子航为共同第一作者 E-mail:634971216@qq.com;
    通讯作者: 张吉旺, E-mail:jwzhang@sdau.edu.cn
  • 基金项目: 国家现代农业产业技术体系(CARS-02-18);国家重点研发计划课题(2017YFD0300304-02);国家自然科学基金面上项目(31671629);山东省“双一流”奖补资金(SYL2017YSTD02)。

Integrated agronomic management practices improve nitrogen absorption, grain filling and nutritional qualities of summer maize

    Corresponding author: ZHANG Ji-wang, E-mail:jwzhang@sdau.edu.cn
  • 摘要:   【目的】  夏玉米生产中存在种植密度偏低、施肥不合理、玉米收获时间早等问题,造成产量和品质难以提高,经济效益偏低。研究适合黄淮海地区的综合农艺管理措施,以期改善夏玉米籽粒灌浆特性,提高籽粒品质和氮肥利用效率。  【方法】  本试验以郑单958为试材,在山东农业大学连续进行了两年田间试验,综合考虑施肥量、施肥时期、耕作方式、种植密度、收获时间等措施,设置4个处理:传统种植管理措施(对照,T1);高产高效措施 (T2,降低施肥量,优化施肥时期和种植密度,延迟收获);超高产管理措施 (T3,在T2的基础上增加施肥量和种植密度) ;高产高效优化措施 (T4,在T3的基础上适当降低种植密度和施肥量)。T1处理播前小麦秸秆覆盖和免耕,其他处理均为小麦秸秆还田和旋耕。从抽雄期至成熟期,每5天取一次样,测定籽粒干物质量和水分含量,计算灌浆和脱水速率,收获期测产。  【结果】  与T1处理相比,3个综合农艺管理措施均能提高夏玉米后期籽粒灌浆速率,延长籽粒灌浆期,增加粒重,提高产量和经济效益,同时改善籽粒品质。其中,两年产量均以T3处理最高,较T1处理显著增加46.0%~47.8%,其次是T2和T4,较T1处理分别显著增加14.9%~31.6%和25.9%~33.6%;氮肥偏生产力 (PFPN) 以T2和T4处理较高,较T1处理分别增加61.1%~84.5%和53.6%~62.9%。同时,T2和T4处理从籽粒最大含水量时到收获时的灌浆速率显著增加,后期籽粒脱水速率增加,收获时籽粒干重显著提高。优化综合农艺管理措施可改善籽粒品质,其中以T4处理籽粒品质最佳,2017年总淀粉含量和支链淀粉含量较T1处理分别显著增加4.5%和10.1%,直链淀粉含量显著下降7.6%,支链淀粉/直链淀粉增加0.4;可溶性糖和粗蛋白含量分别显著增加6.2%和16.3%;粗脂肪含量显著降低8%。综合农艺管理虽然会增加施肥次数,增加一定的人工投入,但玉米籽粒产量增加,最终的经济效益提高。T4处理经济效益最高,较T2和T3处理两年平均增加613和1084元/hm2  【结论】  高产高效优化管理措施 (T4) 在超高产管理措施 (T3) 基础上,适当降低种植密度,减少化肥用量,能更有效促进夏玉米籽粒的后期灌浆,增加灌浆时间,促进植株干物质向籽粒的转运。虽然高产高效优化管理措施 (T4) 下产量比超高产管理 (T3)有所降低,但显著高于常规高产高效管理 (T2),且可明显提高玉米品质和肥料利用率,增加净收益。
  • 图 1  不同综合农艺管理措施下夏玉米产量和百粒干重

    Figure 1.  Grain yield and 100-grain dry weight of summer maize under different integrated agronomic managements

    图 2  综合农艺管理措施对夏玉米氮素收获指数、籽粒含氮量和氮肥偏生产力的影响

    Figure 2.  Effects of different integrated agronomic management practices on N harvest index (NHI), grain N content and N partial factor productivity (PFPN) of summer maize

    图 3  综合农艺管理措施对夏玉米籽粒含水率和脱水速率的影响

    Figure 3.  Grain moisture content and dehydration rate of summer maize under different integrated agronomic management practices

    图 4  综合农艺管理措施对夏玉米籽粒品质的影响 (2017)

    Figure 4.  Grain quality of summer maize under different integrated agronomic management practices

    表 1  综合农艺管理试验的施肥管理方式

    Table 1.  Fertilization managements of different integrated agronomic management practices

    处理Treatment肥料 Fertilizer肥料施用时期及施用量 Fertilization period and rate (kg/hm2)Plant density
    种植密度
    ( × 104/hm2)
    收获日期
    Harvest date
    (month-day)
    基施Basal拔节期Jointing抽雄期
    Tasseling
    抽雄后一周
    One week after tasseling
    合计Total
    T1N225 225 6.009-21
    P45 45
    K75 75
    T2N45115.5 160.5 6.7510-01
    P4545
    K4530 75
    T3N135 225 90450 8.7010-01
    P6090 150
    K150 150 300
    T4N3090 64.5184.57.510-01
    P3025.5 55.5
    K3075.530 135.5
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    表 2  综合农艺管理措施下夏玉米经济收益 (yuan/hm2)

    Table 2.  Net proceeds of maize production in each integrated agronomic management

    年份Year处理Treatment产量收入Yield income投入成本Total input净收益Net income
    2016T11163454406194 d
    T21336856517717 c
    T31718988708319 b
    T41465157988853 a
    2017T11161954406179 c
    T21528856519637 a
    T31696388708093 b
    T41552457989726 a
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in a column mean significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 3  综合农艺管理措施对夏玉米籽粒灌浆的影响

    Table 3.  Effects of different integrated agronomic management practices on grain filling of summer maize

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    灌浆期有效积温EATFP
    (℃)
    收获时百粒干重
    100-KDWPM
    (g)
    平均灌浆速率Average filling rate (mg/℃)籽粒最大含水量
    时百粒干重
    100-KDWMWC
    (g)
    籽粒最大含水量到
    收获时的灌浆速率
    FRMWCM
    (mg/℃)
    2016 T1 597.3 30.1 b 50.4 a 12.5 a 66.5 b
    T2 699.7 31.3 a 44.7 c 12.8 a 69.8 a
    T3 699.7 30.3 b 43.3 d 12.7 a 66.5 b
    T4 699.7 31.5 a 45.0 b 12.9 a 70.3 a
    2017 T1 696.5 31.3 c 45.0 a 11.2 a 52.3 c
    T2 785.9 35.9 a 45.7 a 11.8 a 54.0 b
    T3 785.9 34.5 b 43.9 b 11.2 a 53.0 c
    T4 785.9 35.5 a 45.2 a 11.5 a 55.3 a
    注(Note):EATFP—Effective accumulated temperature during grain filling period; 100-KDWPM—100-Kenel dry weight at harvest; 100-KDWMWC—100-Kernel dry weight at maximum water content; FRMWCM—Grain filling rate from maximum water content to harvest; 同列数据后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant difference among treatments of the same year (P < 0.05).
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    表 4  综合农艺管理措施对夏玉米籽粒淀粉含量的影响 (2017)

    Table 4.  Effects of different integrated agronomic management practices on grain starch content of summer maize

    处理
    Treatment
    总淀粉(%)
    Total starch
    支链淀粉(%)
    Amylopectin
    直链淀粉(%)
    Amylose
    支链/直链淀粉
    Amylopectin to amylose ratio
    T165.7 c44.7 c21.0 a2.1
    T268.1 a49.1 a19.0 b2.6
    T367.5 b46.5 b21.0 a2.2
    T468.6 a49.2 a19.4 b2.5
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    [12] 吕鹏张吉旺刘伟杨今胜苏凯刘鹏董树亭李登海 . 施氮量对超高产夏玉米产量及氮素吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(4): 852-860. doi: 10.11674/zwyf.2011.0468
    [13] 吕鹏张吉旺刘伟杨今胜刘鹏董树亭李登海 . 施氮时期对超高产夏玉米产量及氮素吸收利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(5): 1099-1107. doi: 10.11674/zwyf.2011.0489
    [14] 谷佳林徐凯付铁梅张东雷佟国香罗军佟二建衣文平徐秋明 . 不同密闭材料硫包衣尿素氮素释放特性及对夏玉米生长的影响响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(3): 630-637. doi: 10.11674/zwyf.2011.0306
    [15] 栗丽洪坚平王宏庭谢英荷张璐邓树元单杰李云刚 . 施氮与灌水对夏玉米土壤硝态氮积累、氮素平衡及其利用率的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(6): 1358-1365. doi: 10.11674/zwyf.2010.0609
    [16] 谷佳林王崇旺李玉泉衣文平李亚星杨宜斌徐秋明 . 包膜尿素氮素释放特性及其采用接触式施肥对春玉米生长的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(6): 1486-1491. doi: 10.11674/zwyf.2010.0626
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    [18] 潘圣刚曹凑贵蔡明历汪金平王若涵原保忠翟晶 . 不同灌溉模式下氮肥水平对水稻氮素利用效率、产量及其品质的影响. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(2): 283-289. doi: 10.11674/zwyf.2009.0206
    [19] 王俊忠张超男赵会杰李付立杨亚军马培芳 , . 不同施肥方式对超高产夏玉米叶绿素荧光特性及产量性状的影响. 植物营养与肥料学报, 2008, 14(3): 479-483. doi: 10.11674/zwyf.2008.0311
    [20] 易镇邪王璞 . 包膜复合肥对夏玉米产量、氮肥利用率与土壤速效氮的影响. 植物营养与肥料学报, 2007, 13(2): 242-247. doi: 10.11674/zwyf.2007.0210
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-16
  • 网络出版日期:  2020-06-16
  • 刊出日期:  2020-05-01

综合农艺管理促进夏玉米氮素吸收、籽粒灌浆和品质提高

  • 基金项目: 国家现代农业产业技术体系(CARS-02-18);国家重点研发计划课题(2017YFD0300304-02);国家自然科学基金面上项目(31671629);山东省“双一流”奖补资金(SYL2017YSTD02)。
  • 摘要:   【目的】  夏玉米生产中存在种植密度偏低、施肥不合理、玉米收获时间早等问题,造成产量和品质难以提高,经济效益偏低。研究适合黄淮海地区的综合农艺管理措施,以期改善夏玉米籽粒灌浆特性,提高籽粒品质和氮肥利用效率。  【方法】  本试验以郑单958为试材,在山东农业大学连续进行了两年田间试验,综合考虑施肥量、施肥时期、耕作方式、种植密度、收获时间等措施,设置4个处理:传统种植管理措施(对照,T1);高产高效措施 (T2,降低施肥量,优化施肥时期和种植密度,延迟收获);超高产管理措施 (T3,在T2的基础上增加施肥量和种植密度) ;高产高效优化措施 (T4,在T3的基础上适当降低种植密度和施肥量)。T1处理播前小麦秸秆覆盖和免耕,其他处理均为小麦秸秆还田和旋耕。从抽雄期至成熟期,每5天取一次样,测定籽粒干物质量和水分含量,计算灌浆和脱水速率,收获期测产。  【结果】  与T1处理相比,3个综合农艺管理措施均能提高夏玉米后期籽粒灌浆速率,延长籽粒灌浆期,增加粒重,提高产量和经济效益,同时改善籽粒品质。其中,两年产量均以T3处理最高,较T1处理显著增加46.0%~47.8%,其次是T2和T4,较T1处理分别显著增加14.9%~31.6%和25.9%~33.6%;氮肥偏生产力 (PFPN) 以T2和T4处理较高,较T1处理分别增加61.1%~84.5%和53.6%~62.9%。同时,T2和T4处理从籽粒最大含水量时到收获时的灌浆速率显著增加,后期籽粒脱水速率增加,收获时籽粒干重显著提高。优化综合农艺管理措施可改善籽粒品质,其中以T4处理籽粒品质最佳,2017年总淀粉含量和支链淀粉含量较T1处理分别显著增加4.5%和10.1%,直链淀粉含量显著下降7.6%,支链淀粉/直链淀粉增加0.4;可溶性糖和粗蛋白含量分别显著增加6.2%和16.3%;粗脂肪含量显著降低8%。综合农艺管理虽然会增加施肥次数,增加一定的人工投入,但玉米籽粒产量增加,最终的经济效益提高。T4处理经济效益最高,较T2和T3处理两年平均增加613和1084元/hm2  【结论】  高产高效优化管理措施 (T4) 在超高产管理措施 (T3) 基础上,适当降低种植密度,减少化肥用量,能更有效促进夏玉米籽粒的后期灌浆,增加灌浆时间,促进植株干物质向籽粒的转运。虽然高产高效优化管理措施 (T4) 下产量比超高产管理 (T3)有所降低,但显著高于常规高产高效管理 (T2),且可明显提高玉米品质和肥料利用率,增加净收益。

    English Abstract

    • 目前,我国大多数地区的玉米生产仍然沿用传统的精耕细作方式,劳动生产率不高,化肥使用不当,且提前收获,导致产量和品质难以提高[1-2]。前人进行了很多单因素如种植密度、施肥量或施肥时期等对夏玉米籽粒灌浆、产量和品质影响的研究。大量研究表明,合理的氮肥运筹能提高产量,促进植株氮素的转运,增加籽粒氮素收获指数,籽粒粗蛋白含量增加,籽粒品质得到改善[3-4],但过量施氮,玉米贪青晚熟,籽粒灌浆速率下降,影响后期的籽粒干物质的积累,产量和品质下降[5]。随种植密度增加,产量增加,但玉米籽粒灌浆速率下降,籽粒蛋白质含量降低[6-7];种植密度过大,产量降低,品质变劣[8-10]。籽粒品质与灌浆速率呈一定的相关性。直链淀粉含量与籽粒灌浆起始势、相对起始势呈显著的正相关[11]。但也有研究表明,不同灌浆阶段的灌浆速率、灌浆量及其所占的比例对籽粒主要品质指标的影响程度和趋势不同[12]。张吉旺课题组前期研究表明,增施氮肥可显著提高籽粒灌浆速率,延长籽粒灌浆活跃期,提高氮素利用率,但过量施氮灌浆速率和氮素利用效率均下降[13],说明单一增施氮肥不能持续提高产量和氮素利用效率,但优化综合农艺管理措施可实现产量和氮素利用效率的持续提高[13-14]。然而,关于综合农艺管理对夏玉米籽粒灌浆和品质影响的研究还未涉及。因此,在大田条件下设置综合农艺管理试验,研究其对夏玉米籽粒灌浆、籽粒品质的影响,以期为黄淮海夏玉米的优质、高产及高效生产提供理论依据。

      • 于2016—2017年,以郑单958为试材,在山东省岱岳区大汶口镇进行田间试验。将耕作方式、种植密度、肥料用量与施用时期及收获时间系统性整合,共设置4个处理:农民习惯管理模式 (对照,T1);降低施肥量,优化施肥时期和种植密度,延迟收获的高产高效模式 (T2);在T2的基础上增加施肥量和种植密度,播前基施ZnSO4 30 kg/hm2的超高产模式 (T3);在T3的基础上适当降低种植密度和施肥量的高产高效优化模式 (T4),每个处理4次重复,随机区组排列。每个小区面积均为240 m2,玉米6月15日播种,行距60 cm,T1处理为秸秆覆盖、免耕,T2、T3和T4处理均进行秸秆还田,播前旋耕。T1、T2、T3和T4处理的种植密度分别为6.00、6.75、8.70和7.50万株/hm2。T1处理提前收获 (9月21日),其他处理均在10月1日收获。各处理具体管理方式见表1

        表 1  综合农艺管理试验的施肥管理方式

        Table 1.  Fertilization managements of different integrated agronomic management practices

        处理Treatment肥料 Fertilizer肥料施用时期及施用量 Fertilization period and rate (kg/hm2)Plant density
        种植密度
        ( × 104/hm2)
        收获日期
        Harvest date
        (month-day)
        基施Basal拔节期Jointing抽雄期
        Tasseling
        抽雄后一周
        One week after tasseling
        合计Total
        T1N225 225 6.009-21
        P45 45
        K75 75
        T2N45115.5 160.5 6.7510-01
        P4545
        K4530 75
        T3N135 225 90450 8.7010-01
        P6090 150
        K150 150 300
        T4N3090 64.5184.57.510-01
        P3025.5 55.5
        K3075.530 135.5
      • 气象资料由农情实时监测平台 (http://www.nqssjc.com/) 提供,第i天累积的有效积温为:T = $\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^i {} $[(Tmax + Tmin)/2 –10],其中,TmaxTmin为第i天的最高和最低气温 (10℃ < Tmin < Tmax < 35℃)。

      • 玉米吐丝后选取吐丝一致的50株进行标记,开花后每隔5天进行取样,每个处理选取5株,分别剥取玉米果穗中部的籽粒100粒,称鲜重,排水法测定籽粒体积;于80℃烘箱烘干至恒重,称干重。按照万泽花等[15]的方法进行计算:平均灌浆速率 (g/℃) = 生理成熟期百粒干重/灌浆期有效积温;籽粒最大含水量到收获的灌浆速率 (g/℃) = (收获时百粒干重 – 籽粒绝对含水量最大时的百粒干重)/籽粒绝对含水量最大到收获时的有效积温;籽粒脱水速率为两次取样籽粒含水量之差除以相隔天数的积温。

      • 取成熟期籽粒于50℃烘箱烘干至恒重后粉碎,采用凯氏定氮法测定粗蛋白含量 (粗蛋白含量=籽粒全氮含量 × 6.25)[16];粗脂肪含量测定用索氏提取法—残余法抽提12 h[17];蒽酮–硫酸比色法测定总淀粉及可溶性糖含量;双波长法测定支链、直链淀粉含量[18]

      • 每小区随机取样,重复3次,每重复取30个果穗,自然风干,用于室内考种。

        产量 (kg/hm2) = 收获穗数 × 穗粒数 × 千粒重/1000 × (1 − 鲜籽粒含水率) / (1 − 14%)

      • 采用SigmaPlot 10. 0、CurveExpert 1.3进行数据处理、作图,采用SPSS 17. 0软件进行数据统计和分析。

      • 图1可见,2016和2017年夏玉米产量为T3 > T4 > T2 > T1 (P < 0.05)。与T1相比,两年试验T3、T2和T4玉米产量分别增加了46.0%~47.8%、14.9%~31.6%和25.9%~33.6%。夏玉米籽粒灌浆期间籽粒干重的变化趋势相同,T1处理百粒干重最低。以2017年为例,T1处理的百粒干重在灌浆期间均较其他处理显著降低,在授粉后50天较T2、T3和T4处理分别降低9.9%、8.4%和12.2%。

        图  1  不同综合农艺管理措施下夏玉米产量和百粒干重

        Figure 1.  Grain yield and 100-grain dry weight of summer maize under different integrated agronomic managements

        各综合农艺管理均可显著提高夏玉米的经济效益,以T4处理效益最高。T4处理在2016和2017年较T1处理分别增加42.9%和57.4%,较T3增加了6.4%和20.2%,较T2处理在2016年增加了14.7%,但在2017年增加不显著 (表2)。

        表 2  综合农艺管理措施下夏玉米经济收益 (yuan/hm2)

        Table 2.  Net proceeds of maize production in each integrated agronomic management

        年份Year处理Treatment产量收入Yield income投入成本Total input净收益Net income
        2016T11163454406194 d
        T21336856517717 c
        T31718988708319 b
        T41465157988853 a
        2017T11161954406179 c
        T21528856519637 a
        T31696388708093 b
        T41552457989726 a
        注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters in a column mean significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 优化综合农艺管理措施均可显著提高夏玉米籽粒含氮量和氮素收获指数,整体趋势表现为T2 ≈ T4 > T3 > T1 (图2)。2017年,T2、T3和T4的氮素收获指数较T1处理增加17.3%、11.5%和19.2%。同时,T2和T4处理也显著提高了氮肥偏生产力,两年分别较T1处理高61.1%~84.5%和53.6%~62.9% (图2)。

        图  2  综合农艺管理措施对夏玉米氮素收获指数、籽粒含氮量和氮肥偏生产力的影响

        Figure 2.  Effects of different integrated agronomic management practices on N harvest index (NHI), grain N content and N partial factor productivity (PFPN) of summer maize

      • 表3可知,由于收获时间早,2016年T1处理生长季的有效积温比其他3个处理低102.4℃,2017年低89.4℃。4个处理相比较,收获时的百粒干重,T2和T4处理显著高于T3和T1,T2和T4处理及T3和T1处理差异不显著。各处理籽粒最大含水率时的籽粒干重差异不显著。籽粒最大含水量到收获时灌浆速率,总体趋势表现为T4 > T2 > T3 ≈ T1。T4处理从籽粒最大含水量到收获时的灌浆速率较T1处理两年平均增加5.7%;T2处理较T1处理两年平均增加4.2%;T3和T1处理无显著性差异。2016年,T1处理的平均灌浆速率最高。

        表 3  综合农艺管理措施对夏玉米籽粒灌浆的影响

        Table 3.  Effects of different integrated agronomic management practices on grain filling of summer maize

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        灌浆期有效积温EATFP
        (℃)
        收获时百粒干重
        100-KDWPM
        (g)
        平均灌浆速率Average filling rate (mg/℃)籽粒最大含水量
        时百粒干重
        100-KDWMWC
        (g)
        籽粒最大含水量到
        收获时的灌浆速率
        FRMWCM
        (mg/℃)
        2016 T1 597.3 30.1 b 50.4 a 12.5 a 66.5 b
        T2 699.7 31.3 a 44.7 c 12.8 a 69.8 a
        T3 699.7 30.3 b 43.3 d 12.7 a 66.5 b
        T4 699.7 31.5 a 45.0 b 12.9 a 70.3 a
        2017 T1 696.5 31.3 c 45.0 a 11.2 a 52.3 c
        T2 785.9 35.9 a 45.7 a 11.8 a 54.0 b
        T3 785.9 34.5 b 43.9 b 11.2 a 53.0 c
        T4 785.9 35.5 a 45.2 a 11.5 a 55.3 a
        注(Note):EATFP—Effective accumulated temperature during grain filling period; 100-KDWPM—100-Kenel dry weight at harvest; 100-KDWMWC—100-Kernel dry weight at maximum water content; FRMWCM—Grain filling rate from maximum water content to harvest; 同列数据后不同字母表示同一年份不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters mean significant difference among treatments of the same year (P < 0.05).
      • 夏玉米灌浆期间各处理籽粒含水量的变化趋势大体相同 (图3),从授粉后10天一直下降,但年际间变化不同:2016年,T1和T3处理的籽粒含水量一直较高,收获时分别较T2和T4处理高6.9%、6.9%和5.9%、6.0%;但2017年,T1处理在吐丝后40天内籽粒含水量均较高,但40~50天降低;吐丝后50天,T2和T4处理籽粒含水量降低,较T1处理降低2.4%~7.0%。

        图  3  综合农艺管理措施对夏玉米籽粒含水率和脱水速率的影响

        Figure 3.  Grain moisture content and dehydration rate of summer maize under different integrated agronomic management practices

        图3可知,2016年,在授粉后30~40天内,T1和T3处理的籽粒脱水速率较T2和T3处理高,但在授粉后40~50天内,T1和T3处理的脱水速率显著下降,分别较T4处理降低了27.6%和27.4%。2017年,授粉后30~40天,除T3处理外,其他处理均保持较高的脱水速率,但在授粉后40~50天,T1处理的籽粒脱水速率下降,较T4处理降低了18.6%。

      • 表4可知,优化综合农艺管理措施可显著提高夏玉米籽粒总淀粉含量,总体趋势表现为T4 ≈ T2 > T3 > T1,同时可增加支链淀粉含量,降低直链淀粉含量,提高支链/直链淀粉值。T2和T4处理较T1处理的总淀粉含量显著增加3.7%和4.5%,支链淀粉含量显著增加9.8%和10.1%,直链淀粉含量显著下降9.5%和7.6%,支链/直链淀粉值增加0.5和0.4。T3处理较T1处理的总淀粉含量显著增加2.7%,支链淀粉含量显著增加4.0%。T3和T1处理的直链淀粉含量和支链/直链淀粉值相差不大。

        表 4  综合农艺管理措施对夏玉米籽粒淀粉含量的影响 (2017)

        Table 4.  Effects of different integrated agronomic management practices on grain starch content of summer maize

        处理
        Treatment
        总淀粉(%)
        Total starch
        支链淀粉(%)
        Amylopectin
        直链淀粉(%)
        Amylose
        支链/直链淀粉
        Amylopectin to amylose ratio
        T165.7 c44.7 c21.0 a2.1
        T268.1 a49.1 a19.0 b2.6
        T367.5 b46.5 b21.0 a2.2
        T468.6 a49.2 a19.4 b2.5
        注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 图4可知,T2和T4处理的可溶性糖含量显著提高,较T1处理显著增加7.0%和6.2%。T3处理的可溶性糖含量降低,较T1处理降低5.4%。优化综合农艺管理措施可提高夏玉米籽粒粗蛋白含量,总体趋势表现为T2 ≈ T4 > T3 > T1。T2、T3和T4处理较T1处理显著提高16.8%、11.2%和16.3%。

        图  4  综合农艺管理措施对夏玉米籽粒品质的影响 (2017)

        Figure 4.  Grain quality of summer maize under different integrated agronomic management practices

      • 图4可知,优化综合农艺管理措施可降低夏玉米籽粒粗脂肪含量,总体趋势表现为T1 > T3 > T2 ≈ T4。T2、T3和T4处理较T1处理显著降低10%、6%和8%。

      • 我国如果在肥料利用效率没有提高的前提下,继续加大氮肥的投入,会对农业生产力和粮食安全造成威胁[19]。是否能实现产量和效率的同步提升?张吉旺课题组前期 (2009年至今) 研究表明,单一增加氮肥用量不仅不能使产量和氮素利用效率进一步增加,过量施氮反而使产量和氮素利用效率下降[13-14]。而综合农艺管理试验系统性整合耕作方式、种植密度、施肥量、施肥时期和收获时间等,实现了产量和效率的同步提升[19-21]。本研究表明,综合农艺管理在提高产量的同时,可提高籽粒氮素含量和氮素收获指数,以及氮肥偏生产力,这与之前的研究结果一致。目前,农业生产在要求产量进一步提高的同时,越来越注重品质的优化,但目前关于综合农艺管理对籽粒品质影响的研究较少,故研究综合农艺管理对玉米籽粒品质的影响尤为重要。

        籽粒灌浆是形成玉米籽粒产量的关键生理过程。灌浆速率和灌浆持续期与千粒重显著相关,是决定粒重的关键因素,而种植密度、施肥量和施肥时期等均对籽粒灌浆产生显著影响[22-23]。提高开花期氮积累量和花后营养器官贮存氮素向籽粒的运转是提高籽粒蛋白质含量和调控品质的重要途径[24]。随着种植密度的提高,籽粒灌浆速率显著下降,粒重减轻,产量的形成受到影响[25-26]。适宜增加施氮量和种植密度可改善籽粒品质;籽粒蛋白质含量随种植密度的增加呈先降低后上升的趋势[27]。但也有研究认为随密度的增加脂肪含量呈现出不同程度的降低[28]。施氮可提高玉米籽粒的最大灌浆速率以及灌浆的持续时间,增加籽粒干物质的积累[29]。于籽粒灌浆期增施适量氮磷肥,可促进干物质的积累和转运,有利于提高粒重,过量供应则会引起植株贪青晚熟,不利于籽粒产量的提高[30]。籽粒中蛋白质含量随施氮量的增加而增加[30-32],拔节期追氮可显著增加强筋小麦的蛋白质和淀粉含量[33]。但也有研究表明,籽粒蛋白质含量受遗传因素控制,与施氮量相关性不大[35]。籽粒品质与籽粒脱水速率显著相关[34-35]。本研究表明,农民习惯处理种植密度低,肥料于播种时一次性施入,导致后期脱肥,籽粒灌浆期间平均灌浆速率虽然没有显著降低,但从籽粒含水量最大到收获时的灌浆速率显著降低,后期籽粒脱水速率下降,且生长季的有效积温减少,影响干物质向籽粒的转运,导致籽粒中总淀粉、可溶性糖和粗蛋白的含量均较优化综合农艺管理处理(T4)显著降低,粗脂肪含量增加,品质下降,产量降低。适当增加种植密度,降低施肥量和优化施肥时期,可以满足玉米全生育期的营养需求,T2和T4处理夏玉米籽粒含水量最大到收获时的灌浆速率显著提高,且推迟收获,增加生长季的有效积温和籽粒灌浆期,促进干物质的转运从而增加粒重,显著增加总淀粉、可溶性糖和粗蛋白含量,降低粗脂肪含量,改善籽粒品质,提高产量。但T3处理种植密度过大,籽粒脱水较慢,较T4处理粗蛋白和可溶性糖含量降低,品质下降。

      • 优化综合农艺管理措施T4处理,通过适当提高种植密度、施肥量和优化施肥时期,推迟收获期10天,可延长夏玉米籽粒灌浆期,提高籽粒平均灌浆速率和籽粒最大含水量到收获时的灌浆速率,促进脱水,降低收获时的籽粒含水量,增加粒重,提高产量,增加经济收益。同时可增加籽粒中粗蛋白、可溶性糖含量,增加总淀粉含量及其支链/直链淀粉比值,降低粗脂肪含量,改善营养品质,提高籽粒氮素含量和氮肥偏生产力,可实现夏玉米的高产高效。

    参考文献 (35)

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