• ISSN 1008-505X
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调整播期提高春玉米对养分和气候资源的利用效率

展文洁 张吉旺 袁静超 梁尧 程松 张水梅 任军 刘剑钊 蔡红光

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Citation:

调整播期提高春玉米对养分和气候资源的利用效率

    作者简介: 展文洁E-mail:17854266737@163.com;
    通讯作者: 刘剑钊, E-mail:justin0117@yeah.net ; 蔡红光, E-mail:caihongguang1981@163.com
  • 基金项目: 吉林省科技厅重点研发项目(20200403167SF);国家现代农业产业技术体系(CARS-07-G-6)。

Adjusting sowing dates enhance the efficiency of climate and nutrient resources for spring maize

    Corresponding author: LIU Jian-zhao, E-mail:justin0117@yeah.net ;CAI Hong-guang, E-mail:caihongguang1981@163.com
  • 摘要:   【目的】  温度、光照和降水是影响玉米生长发育的关键气象因子。探讨关键气象因子与氮素吸收运转及产量形成的关系,以期最大限度地提高春玉米对气候资源及氮素的利用效率。  【方法】  以先玉335 (XY335)和郑单958 (ZD958)为供试品种,进行了两年田间定位试验。设早(4月24日)、中(5月4日)、晚(5月14日) 3个播期处理,测定了营养生长期和生殖生长期玉米干物质和氮素累积量及籽粒的运转率,在成熟期测产。利用Hybrid-Maize模型,结合当地气象数据对不同播期处理的产量差及光温资源匹配进行综合模拟与评价。  【结果】  XY335在早、中、晚播期的干物质积累量分别为21233、21249、20311 kg/hm2;氮素积累量分别为184.2、192.5、171.1 kg/hm2;氮素转运率分别为35.1%、45.7%、35.8%;氮素对籽粒氮的贡献率分别为19.4%、29.6%、23.9%;ZD958在早、中、晚播期的干物质积累量分别为21031、20637、20405 kg/hm2;氮素积累量分别为173.7、163.4、154.9 kg/hm2;氮素转运率分别为39.2%、36.4%、25.6%;氮素对籽粒氮的贡献率分别为32.7%、25.4%、13.7%。XY335在中播处理下产量最高,较早播处理和晚播处理分别增加9.9%和17.4%;ZD958在两个试验年份均为晚播处理产量最低,两年平均较早播、中播处理分别减少8.6%、5.4%;品种间比较,XY335产量受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与全生育期太阳总辐射量、营养生长期天数关系较为密切。播期和品种不同造成的产量差异主要与VT—R6期干物质累积量与氮素累积量有关,XY335在花后氮素转运效率优势明显,其产量增加受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与营养生长期天数、全生育期总辐射量有关。  【结论】  播期和品种不同造成的产量差异主要与开花后的干物质累积量与氮素累积量有关,提升氮素转运量可有效促进增产。XY335在花后氮素转运效率优势明显,其产量增加受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与营养生长期天数、全生育期总辐射量有关。在本试验条件下,XY335适宜在5月4日左右播种,ZD958适宜早播。
  • 图 1  试验点2014—2015年玉米生育期降雨量和日均温

    Figure 1.  Rainfall and daily mean temperature during the growth period of spring maize at the experiment station in 2014–2015

    图 2  不同播期玉米干物质积累动态

    Figure 2.  Dynamics of dry matter accumulation of maize under different sowing dates

    图 3  不同播期玉米氮素累积动态

    Figure 3.  Dynamics of N accumulation of maize under different sowing dates

    表 1  不同播期玉米产量及其构成因素

    Table 1.  Maize yield and its component under different sowing dates

    年份
    Year
    播期
    Sowing date
    (month/day)
    品种
    Cultivar
    产量
    Yield
    (kg/hm2)
    收获穗数
    Ear number
    (ear/hm2)
    百粒重
    100-kernel weight
    (g)
    穗粒数
    Kernel per ear
    生物量
    Biomass
    (kg/hm2)
    20144/24XY335101235544929.846819842
    ZD958108706121829.244920535
    5/4XY335108015769230.244919119
    ZD958107805993429.345819493
    5/14XY33591055833329.144018548
    ZD958102866153927.746418791
    LSD0.051184.01548.0 1.118.32126.2
    20154/24XY335116266057726.244822624
    ZD958118655160326.041521526
    5/4XY335131035705127.343423378
    ZD958112685576926.640921781
    5/14XY335112565865426.546522074
    ZD958106315801325.440622019
    LSD0.051065.03330.80.7832.81557.8
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    表 2  不同播期下氮素转运及其对玉米籽粒氮的贡献率

    Table 2.  Nitrogen transport and contribution rate to grain nitrogen under different sowing dates

    年份
    Year
    播期
    Sowing date
    (month/day)
    品种
    Cultivar
    转运量
    Translocation amount
    (kg/hm2)
    转运率
    Translocation efficiency
    (%)
    CRTGN
    (%)
    同化量
    Assimilation amount
    (kg/hm2)
    20144/24XY33524.0037.1120.7991.45
    ZD95843.7647.7240.1165.34
    5/4XY33543.8151.0730.32100.67
    ZD95828.9142.9433.0158.65
    5/14XY33525.1734.9324.9275.83
    ZD95822.1135.6517.85101.77
    LSD0.0514.212.815.231.5
    20154/24XY33530.6033.0818.09138.54
    ZD95829.4030.7625.3886.44
    5/4XY33543.2040.2728.82106.70
    ZD95823.9929.8917.85110.43
    5/14XY33535.4036.6822.87119.37
    ZD95812.0015.559.45114.98
    LSD0.0513.610.68.817.8
    注(Note):CRTGN—氮素转运对籽粒氮的贡献率 Contribution rate of N transport to grain nitrogen.
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    表 3  不同播期处理下的玉米产量潜力及光温资源配置

    Table 3.  Yield potential and light temperature resource allocation of maize varieties at different sowing dates

    播期
    Sowing date
    (month/day)
    品种
    Cultivar
    产量 (t/hm2)
    Yield
    生物量 (t/hm2)
    Biomass
    全生育期
    Whole growth stage
    营养生长期
    Vegetative stage
    生殖生长
    Reproductive stage
    模拟
    Potential
    实际
    Actual
    差值
    D-value
    模拟
    Potential
    实际
    Actual
    差值
    D-value
    日均温
    DMT
    (℃)
    日辐射
    TSR
    (MJ/m2)
    降水量
    Precipitation
    (mm)
    天数
    Days
    日均温
    DMT
    (℃)
    天数
    Days
    日均温
    DMT
    (℃)
    4/24XY33512.510.91.627.121.25.919.4280630182.019.377.019.3
    ZD95812.711.41.326.221.05.219.5287531884.519.476.519.5
    5/4XY33512.112.00.124.421.23.219.7270030376.520.074.519.4
    ZD95811.411.00.424.620.64.019.7270030379.020.272.019.1
    5/14XY33511.710.21.524.020.33.720.3254927368.021.473.019.2
    ZD95811.010.50.522.120.41.720.3261327371.021.472.019.3
    注(Note):DMT—Daily mean temperature; TSR—Total solar radiation.
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  • [1] 郭庆海. 中国玉米主产区的演变与发展[J]. 玉米科学, 2010, 18(1): 139–145. Guo Q H. Evolution and development of main maize producing areas in China[J]. Journal of Maize Sciences, 2010, 18(1): 139–145.
    [2] 曹庆军, 杨粉团, 陈喜凤, 等. 播期对吉林省中部春玉米生长发育、产量及品质的影响[J]. 玉米科学, 2013, 21(5): 71–75. Cao Q J, Yang F T, Chen X F, et al. Effects of sowing date on growth, yield and quality of spring maize in central Jilin Province[J]. Journal of Maize Sciences, 2013, 21(5): 71–75. doi:  10.3969/j.issn.1005-0906.2013.05.014
    [3] 王琪, 马树庆, 徐丽萍, 等. 东北地区春旱对春玉米幼苗长势的影响指标和模式[J]. 自然灾害学报, 2011, 20(5): 141–147. Wang Q, Ma S Q, Xu L P, et al. Effects of spring drought on spring maize seedling growth and its model in Northeast China[J]. Journal of Natural Disasters, 2011, 20(5): 141–147.
    [4] 曹铁华, 梁烜赫, 刘亚军, 等. 吉林省气候变化对玉米气象产量的影响[J]. 玉米科学, 2010, 18(2): 142–145. Cao T H, Liang X H, Liu Y J, et al. Effects of climate change on maize meteorological yield in Jilin Province[J]. Journal of Maize Sciences, 2010, 18(2): 142–145.
    [5] 聂居超, 李凤海, 史振声, 等. 播期对不同玉米品种产量的影响[J]. 杂粮作物, 2010, 30(4): 275–278. Nie J C, Li F H, Shi Z S, et al. Effects of sowing date on yield of different maize varieties[J]. Rain Fed Crops, 2010, 30(4): 275–278.
    [6] 路海东, 薛吉全, 郝引川, 等. 播期对雨养旱地春玉米生长发育及水分利用的影响[J]. 作物学报, 2015, 41(12): 1906–1914. Lu H D, Xue J Q, Hao Y C, et al. Effects of sowing date on growth and water use of spring maize in rainfed dryland[J]. Acta Agronomica Sinica, 2015, 41(12): 1906–1914. doi:  10.3724/SP.J.1006.2015.01906
    [7] 沈学善, 李金才, 屈会娟, 等. 种植密度对晚播冬小麦氮素同化积累分配及利用效率的影响[J]. 中国农业大学学报, 2009, 14(4): 41–46. Shen X S, Li J C, Qu H J, et al. Effects of planting density on nitrogen assimilation, accumulation, distribution and utilization efficiency of late sowing winter wheat[J]. Journal of China Agricultural University, 2009, 14(4): 41–46. doi:  10.3321/j.issn:1007-4333.2009.04.007
    [8] 杨宁, 潘学标, 张立祯, 等. 适宜播期提高农牧交错带春小麦产量和水氮利用效率[J]. 农业工程学报, 2014, 30(8): 81–90. Yang N, Pan X B, Zhang L Z, et al. Optimal sowing date to improve spring wheat yield and water and nitrogen use efficiency in agro-pastoral ecotone[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2014, 30(8): 81–90. doi:  10.3969/j.issn.1002-6819.2014.08.010
    [9] Braunack M V, Bange M P, Johnston D B. Can planting date and cultivar selection improve resource use efficiency of cotton systems?[J]. Field Crops Research, 2012, 137: 1–11. doi:  10.1016/j.fcr.2012.08.018
    [10] 霍中洋, 姚义, 张洪程, 等. 不同播期直播稻氮素吸收、利用效率的差异[J]. 扬州大学学报(农业与生命科学版), 2012, 33(4): 39–45,71. Huo Z Y, Yao Y, Zhang H C, et al. Differences in nitrogen uptake and use efficiency of direct-seeding rice at different sowing dates[J]. Journal of Yangzhou University (Agriculture and Life Science Edition), 2012, 33(4): 39–45,71.
    [11] Masclaux-Daubresse C, Quilleré I, Gallais A, Hirel B. The challenge of remobilisation in plant nitrogen economy. A survey of physioagronomic and molecular approaches[J]. Annals of Applied Biology, 2001, 138(1): 69–81. doi:  10.1111/j.1744-7348.2001.tb00086.x
    [12] Masclaux-Daubresse C, Daniel-Vedele F, Dechorgnat J, et al. Nitrogen uptake, assimilation and remobilization in plants: Challenges for sustainable and productive agriculture[J]. Annals of Botany, 2010, 105(7): 1141–1157. doi:  10.1093/aob/mcq028
    [13] Chen Y L, Xiao C X, Chen X C, et al. Characterization of the plant traits contributed to high grain yield and high grain nitrogen concentration in maize[J]. Field Crops Research, 2014, 159: 1–9. doi:  10.1016/j.fcr.2014.01.002
    [14] 安志超, 黄玉芳, 汪洋, 等. 不同氮效率夏玉米临界氮浓度稀释模型与氮营养诊断[J]. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(1): 123–133. An Z C, Huang Y F, Wang Y, et al. Dilution model of critical nitrogen concentration and diagnosis of nitrogen nutrition in summer maize with different nitrogen efficiency[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2019, 25(1): 123–133. doi:  10.11674/zwyf.18020
    [15] 侯鹏, 陈新平, 崔振岭, 等. 基于Hybrid-Maize模型的黑龙江春玉米灌溉增产潜力评估[J]. 农业工程学报, 2013, 29(9): 103–112, 295. Hou P, Chen X P, Cui Z L, et al. Potential evaluation of irrigation and yield increase for spring maize in Heilongjiang based on Hybrid Maize model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(9): 103–112, 295.
    [16] 陈明, 寇雯红, 李玉环, 等. 气候变化对东北地区玉米生产潜力的影响与调控措施模拟——以吉林省为例[J]. 应用生态学报, 2017, 28(3): 821–828. Chen M, Kou W H, Li Y H, et al. Effects of climate change on maize productivity potential in Northeast China and the simulation of regulation measures: A case study of Jilin Province[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2017, 28(3): 821–828.
    [17] Alexandrov V A, Hoogenboom G. Vulnerability and adaptation assessments of agricultural crops under climate change in the Southeastern USA[J]. Theoretical and Applied Climatology, 2000, 67(1–2): 45–63. doi:  10.1007/s007040070015
    [18] Babel M S, Turyatunga E. Evaluation of climate change impacts and adaptation measures for maize cultivation in the western Uganda agro-ecological zone[J]. Theoretical and Applied Climatology, 2015, 119(1–2): 239–254. doi:  10.1007/s00704-014-1097-z
    [19] 霍中洋, 葛鑫, 张洪程, 等. 施氮方式对不同专用小麦氮素吸收及氮肥利用率的影响[J]. 作物学报, 2004, 30(5): 449–454. Huo Z Y, Ge X, Zhang H C, et al. Effects of nitrogen application on nitrogen uptake and nitrogen use efficiency of wheat[J]. Acta Agronomica Sinica, 2004, 30(5): 449–454. doi:  10.3321/j.issn:0496-3490.2004.05.008
    [20] 石玉, 于振文, 王东, 等. 施氮量和底追比例对小麦氮素吸收转运及产量的影响[J]. 作物学报, 2006, 32(12): 1860–1866. Shi Y, Yu Z W, Wang D, et al. Effects of nitrogen application rate and ratio of base and topdressing on nitrogen uptake, transport and yield of wheat[J]. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(12): 1860–1866. doi:  10.3321/j.issn:0496-3490.2006.12.014
    [21] Meng Q F, Hou P, Wang L. Understanding production potentials and yield gaps in intensive maize production in China[J]. Field Crops Research, 2013, 143: 91–97. doi:  10.1016/j.fcr.2012.09.023
    [22] Grassini P, Yang H S, Cassman K G. Limits to maize productivity in Western Corn-Belt: A simulation analysis for fully irrigated and rainfed conditions[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2009, 149(8): 1254–1265. doi:  10.1016/j.agrformet.2009.02.012
    [23] 李绍长, 白萍, 吕新, 等. 不同生态区及播期对玉米籽粒灌浆的影响[J]. 作物学报, 2003, 29(5): 775–778. Li S C, Bai P, Lü X, et al. Effects of different ecological zones and sowing date on grain filling of maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2003, 29(5): 775–778. doi:  10.3321/j.issn:0496-3490.2003.05.025
    [24] 董红芬, 李洪, 李爱军, 等. 玉米播期推迟与生长发育、有效积温关系研究[J]. 玉米科学, 2012, 20(5): 97–101. Dong H F, Li H, Li A J, et al. Study on the relationship between sowing date delay and growth and effective accumulated temperature of maize[J]. Journal of Maize Sciences, 2012, 20(5): 97–101. doi:  10.3969/j.issn.1005-0906.2012.05.021
    [25] 李挺, 牛春丽, 王淑惠. 播期对夏玉米阶段发育和产量性状的影响[J]. 安徽农业科学, 2005, 33(7): 1156–1158. Li T, Niu C L, Wang S H. Effects of sowing date on development and yield traits of summer maize[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2005, 33(7): 1156–1158. doi:  10.3969/j.issn.0517-6611.2005.07.004
    [26] 马国胜, 薛吉全, 路海东, 等. 关中灌区夏播陕单8806玉米密度与播期耦合技术研究[J]. 中国农学通报, 2007, 23(3): 185–189. Ma G S, Xue J Q, Lu H D, et al. Coupling technology of maize density and sowing date of summer sowing Shandan 8806 in Guanzhong Irrigation Area[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2007, 23(3): 185–189. doi:  10.3969/j.issn.1000-6850.2007.03.040
    [27] Andrade F H, Uhart S A, Cirilo A. Temperature affects radiation use efficiency in maize[J]. Field Crops Research, 1993, 32(1/2): 17–25.
    [28] 吕硕, 杨晓光, 赵锦, 等. 气候变化和品种更替对东北地区春玉米产量潜力的影响[J]. 农业工程学报, 2013, 29(18): 179–190. Lü S, Yang X G, Zhao J, et al. Effects of climate change and variety replacement on yield potential of spring maize in Northeast China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(18): 179–190. doi:  10.3969/j.issn.1002-6819.2013.18.022
    [29] 吕硕. 气候变化对吉林梨树县春玉米的影响及品种适应研究[D]. 北京: 中国农业大学博士学位论文, 2016.

    Lü S. Effects of climate change on spring maize and variety adaptation in Lishu County, Jilin Province[D]. Beijing: PhD Dissertation of China Agricultural University, 2016.
    [30] 肖尧, 熊敏, 丁成龙, 等. 播期对高产春玉米产量及光合特性的影响[J]. 扬州大学学报(农业与生命科学版), 2014, 35(2): 65–71. Xiao Y, Xiong M, Ding C L, et al. Effects of sowing date on yield and photosynthetic characteristics of high-yielding spring maize[J]. Journal of Yangzhou University (Agriculture and Life Science Edition), 2014, 35(2): 65–71.
    [31] 黄秋婉, 刘志娟, 杨晓光, 等. 东北三省西部春玉米适应气候变化的高产高效灌溉方案分析[J]. 中国农业科学, 2020, 53(21): 4470–4484. Huang Q W, Liu Z J, Yang X G, et al. Analysis of high-yield and high-efficiency irrigation scheme for spring maize adaptation to climate change in the west of Northeast China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(21): 4470–4484. doi:  10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.015
    [32] 廖育林, 鲁艳红, 谢坚, 等. 紫云英配施控释氮肥对早稻产量及氮素吸收利用的影响[J]. 水土保持学报, 2015, 29(3): 190–195, 201. Liao Y L, Lu Y H, Xie J, et al. Effects of controlled release nitrogen fertilizer on early rice yield and nitrogen uptake and utilization[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 29(3): 190–195, 201.
    [33] 屈会娟. 播期播量对冬小麦群体质量和籽粒产量与品质的影响[D]. 郑州: 河南农业大学硕士学位论文, 2007.

    Qu H J. Effects of sowing date and amount on population quality, grain yield and quality of winter wheat[D]. Zhengzhou: MS Thesis of Henan Agricultural University, 2007.
    [34] 江晓东, 梁红丽, 李伟燕, 等. 长江下游地区不同播期玉米光合特性研究[J]. 江苏农业科学, 2018, 46(6): 78–81. Jiang X D, Liang H L, Li W Y, et al. Photosynthetic characteristics of maize at different sowing dates in the lower reaches of the Yangtze River[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2018, 46(6): 78–81.
  • [1] 侯云鹏孔丽丽尹彩侠李前王立春徐新朋 . 覆膜滴灌下氮肥与种植密度互作对东北春玉米产量、群体养分吸收与转运的调控效应. 植物营养与肥料学报, 2021, 27(1): 54-65. doi: 10.11674/zwyf.20233
    [2] 许瑞徐新朋侯云鹏张佳佳黄少辉丁文成刘迎夏何萍 . 生态集约化管理提高东北春玉米产量和氮素利用率. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(3): 461-471. doi: 10.11674/zwyf.19145
    [3] 包启平韩晓日崔志刚殷源张慧李雯睿刘小虎 . 东北春玉米氮肥推荐施肥模型研究. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(4): 705-716. doi: 10.11674/zwyf.19247
    [4] 冯小杰战秀梅王颖赵蔚王雪鑫李俊何天池陈坤彭靖韩晓日 . 稳定性氮肥减施对春玉米氮素吸收及土壤无机氮供应的影响. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(7): 1216-1225. doi: 10.11674/zwyf.19442
    [5] 林洪鑫袁展汽肖运萍汪瑞清吕丰娟张志华 . 不同株型木薯品种干物质生产和氮素累积及利用特征比较. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(7): 1328-1338. doi: 10.11674/zwyf.19416
    [6] 孟晓琛张富仓刘蓝骄陆军胜何平如肖超 . 播期和水氮互作对滴灌施肥春玉米生长和水氮利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(10): 1794-1804. doi: 10.11674/zwyf.20088
    [7] 张平良郭天文刘晓伟李书田曾骏谭雪莲董博 . 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. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(4): 579-590. doi: 10.11674/zwyf.18128
    [8] 王珏成贵根李龙陆卫平陆大雷 . 施肥方式对江苏春玉米产量和物质积累转运的影响. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(5): 748-755. doi: 10.11674/zwyf.18172
    [9] 刘璐王朝辉刁超朋王森李莎莎 . 旱地不同小麦品种产量与干物质及氮磷钾养分需求的关系. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(3): 599-608. doi: 10.11674/zwyf.17168
    [10] 李淼赵平姜蓉汤利 . 四种主栽切花菊品种的养分吸收特征. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(5): 1394-1401. doi: 10.11674/zwyf.17040
    [11] 邹龙冯浩 . DSSAT-CERES模型在黄土高原丘陵沟壑地区春玉米生产中的适用性评价. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(6): 1413-1420. doi: 10.11674/zwyf.2014.0611
    [12] 杨黎王立刚李虎邱建军刘慧颖 . 基于DNDC模型的东北地区春玉米农田固碳减排措施研究. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(1): 75-86. doi: 10.11674/zwyf.2014.0109
    [13] 佟玉欣李玉影刘双全姬景红王伟郑雨 . 黑龙江春玉米籽粒产量与氮素吸收变化特征. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(5): 1094-1102. doi: 10.11674/zwyf.2014.0505
    [14] 王晓慧曹玉军魏雯雯张磊王永军边少锋王立春 . 我国北方37个高产春玉米品种干物质生产及氮素利用特性. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(1): 60-68. doi: 10.11674/zwyf.2012.11207
    [15] 战秀梅李亭亭韩晓日邹殿博左仁辉叶冰 . 不同施肥对春玉米产量、效益及氮素吸收和利用的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(4): 861-868. doi: 10.11674/zwyf.2011.0501
    [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
    [17] . 东北春玉米连作体系中土壤氮矿化、残留特征及氮素平衡. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(5): 1144-1152. doi: 10.11674/zwyf.2010.0515
    [18] 叶东靖高强何文天何萍 . 施氮对春玉米氮素利用及农田氮素平衡的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(3): 552-558. doi: 10.11674/zwyf.2010.0306
    [19] 刘萍陆大雷孙建勇陆卫平 . 拔节期追氮对春播和秋播糯玉米淀粉胶凝和回生特性的影响. 植物营养与肥料学报, 2010, 16(3): 543-551. doi: 10.11674/zwyf.2010.0305
    [20] 王东金士鹏孙亮张民 . 不同小麦品种氮、硫积累特性与子粒品质的关系. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(1): 41-47. doi: 10.11674/zwyf.2009.0106
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-02
  • 网络出版日期:  2021-11-25
  • 刊出日期:  2021-10-25

调整播期提高春玉米对养分和气候资源的利用效率

    作者简介:展文洁E-mail:17854266737@163.com
    通讯作者: 刘剑钊, justin0117@yeah.net
    通讯作者: 蔡红光, caihongguang1981@163.com
  • 1. 吉林省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部东北植物营养与农业环境重点实验室, 吉林长春130033
  • 2. 南京农业大学资源与环境科学学院, 江苏南京 210095
  • 3. 山东农业大学/作物生物学国家重点实验室, 山东泰安271018
  • 基金项目: 吉林省科技厅重点研发项目(20200403167SF);国家现代农业产业技术体系(CARS-07-G-6)。
  • 摘要:   【目的】  温度、光照和降水是影响玉米生长发育的关键气象因子。探讨关键气象因子与氮素吸收运转及产量形成的关系,以期最大限度地提高春玉米对气候资源及氮素的利用效率。  【方法】  以先玉335 (XY335)和郑单958 (ZD958)为供试品种,进行了两年田间定位试验。设早(4月24日)、中(5月4日)、晚(5月14日) 3个播期处理,测定了营养生长期和生殖生长期玉米干物质和氮素累积量及籽粒的运转率,在成熟期测产。利用Hybrid-Maize模型,结合当地气象数据对不同播期处理的产量差及光温资源匹配进行综合模拟与评价。  【结果】  XY335在早、中、晚播期的干物质积累量分别为21233、21249、20311 kg/hm2;氮素积累量分别为184.2、192.5、171.1 kg/hm2;氮素转运率分别为35.1%、45.7%、35.8%;氮素对籽粒氮的贡献率分别为19.4%、29.6%、23.9%;ZD958在早、中、晚播期的干物质积累量分别为21031、20637、20405 kg/hm2;氮素积累量分别为173.7、163.4、154.9 kg/hm2;氮素转运率分别为39.2%、36.4%、25.6%;氮素对籽粒氮的贡献率分别为32.7%、25.4%、13.7%。XY335在中播处理下产量最高,较早播处理和晚播处理分别增加9.9%和17.4%;ZD958在两个试验年份均为晚播处理产量最低,两年平均较早播、中播处理分别减少8.6%、5.4%;品种间比较,XY335产量受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与全生育期太阳总辐射量、营养生长期天数关系较为密切。播期和品种不同造成的产量差异主要与VT—R6期干物质累积量与氮素累积量有关,XY335在花后氮素转运效率优势明显,其产量增加受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与营养生长期天数、全生育期总辐射量有关。  【结论】  播期和品种不同造成的产量差异主要与开花后的干物质累积量与氮素累积量有关,提升氮素转运量可有效促进增产。XY335在花后氮素转运效率优势明显,其产量增加受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与营养生长期天数、全生育期总辐射量有关。在本试验条件下,XY335适宜在5月4日左右播种,ZD958适宜早播。

    English Abstract

    • 玉米是我国第一大粮食作物,其种植面积居我国粮食作物首位[1],在保障粮食安全方面发挥着举足轻重的作用。吉林省地处“黄金玉米带”,玉米单产水平较高,适合种植玉米 [2]。然而吉林省也存在着霜冻和春旱的农业气象灾害,是影响玉米稳产增产的主要原因[3-4]。播种日期是影响玉米产量的重要因素,适宜的播期可以充分利用生育期内的光温资源和雨热条件,提升玉米抗逆性,更加充分发挥吉林省玉米主产区自然条件和土壤肥力的作用[5]。研究表明过晚播种会降低玉米灌浆速率,单株干物质积累量呈下降趋势[6]。不同的播期由于其光温资源分配等生态条件的差异,使作物生长过程中营养物质的转运分配发生变化[7]。小麦和棉花,不同播期处理间氮素累积量差异不显著,但早播处理下收获指数较高、产量高进而提高了氮素利用效率[8-9]。水稻在播期处理间的相关分析表明,产量与多个生育时期的氮素吸收量、氮素吸收速率及氮素利用效率呈显著正相关[10]。玉米叶片中的氮素对籽粒的贡献率大约占50%~90%,这跟基因型密切相关[11-13],且不同基因型品种具有不同的硝酸还原酶活性,导致氮素的同化能力不同[14]。因此,品种和播期均会对玉米氮效率产生影响。但不同基因型玉米品种在播期处理下其氮素转运的响应机制鲜有报道。

      此外,近些年研究的热点是基于长期气象数据,结合当地土壤、栽培等,采用作物生长模型预测作物在不同太阳辐射、温度等气候条件下产量潜力,为实现光温资源与作物生长的最佳匹配提供参考和指导。侯鹏等[15]通过Hybrid-Maize模型,利用玉米的实际品种特性及区域气象条件确定了黑龙江省玉米区域的灌溉增产潜力;陈明等[16]借助CERES-maize模型表明推迟播期有利于玉米增产。但Alexandrov等[17]和Babel等[18]等提出提前播种可提高玉米产量。

      基于此,本研究拟通过两年田间试验,通过比较不同播期对玉米生长及产量的影响,解析不同氮效率基因型对播期的响应机制;并通过Hybrid-maize 模型进行产量潜力比对分析,探明东北中部影响玉米产量的关键气象因子,为当地玉米生产提供理论指导。

      • 试验于2014—2015年在吉林省中部农安县进行。该地属大陆性季风气候,地势平坦,四季分明,年均气温4.7℃,平均无霜期145天,年均降雨量507.7 mm,有效积温2770℃~2800℃。供试土壤为黑钙土,0—20 cm土壤有机质25.0 g/kg、速效氮121 mg/kg、速效磷24.2 mg/kg、速效钾167 mg/kg、pH 7.90,2014—2015年的降雨及积温等气象信息见图1

        图  1  试验点2014—2015年玉米生育期降雨量和日均温

        Figure 1.  Rainfall and daily mean temperature during the growth period of spring maize at the experiment station in 2014–2015

      • 试验为双因素裂区设计,主因素播期,分别为早播(4月24日)、中播(5月4日)、晚播(5月14日);副因素品种,分别为先玉335 (XY335)、郑单958 (ZD958)。各个处理均施N 200 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2、K2O 82.5 kg/hm2。氮肥为尿素(含 N 46%),磷肥为磷酸二铵(含 N 18%、P2O5 46%),钾肥为氯化钾(含 K2O 60%),磷肥钾肥一次性基施,氮肥50 kg/hm2作底肥施用,150 kg/hm2在拔节期作追肥施用。小区面积40 m2,每个处理重复3次,播种密度6万株/hm2。2014年于9月23日统一测产,2015年于9月28日统一测产。

      • 在玉米播种前采集0—20 cm耕层土壤样品,采用常规方法测定土壤养分。分别在第6片展叶期(V6)、开花期(VT)、生理成熟期(R6) 3个时期取植株地上部。每个小区选取有代表性的植株3株,成熟期选取5株。地上部植株按照茎、叶、籽粒、穗轴4部分分开,烘干称重后粉碎,采用凯氏定氮法测定各器官氮含量。成熟期收获中间2 行玉米,装入尼龙网袋晒干脱粒称重,以籽粒含水量14%折算小区产量。采用常规方法考种,取10株标准穗,人工调查穗行数和行粒数,计算得出穗粒数,然后脱粒,取5组称量300粒重,折算百粒重。

      • 营养器官氮素转运量(kg/hm2) = 开花期营养器官氮素积累量-成熟期营养器官氮素积累量;

        氮素转运效率(%) = 营养器官氮素转运量/开花期营养器官氮素积累量×100

        氮素转运对籽粒氮的贡献率(%) = 营养器官氮素转运量/成熟期籽粒氮素积累量×100

        开花后氮素同化量(kg/hm2) = 成熟期籽粒氮素积累量-营养器官氮素转运量;

      • 基于农安地区气象站数据信息,采用美国内布拉斯加州林肯大学开发研制的Hybrid-Maize 模型进行玉米生长预测和分析[21-22],以评估不同播期玉米群体最优产量潜力及与太阳辐射、温度等气象条件的响应关系。

      • 试验数据采用Excel 2016和Origin 8.5进行整理分析与绘图制作,用SPSS 21.0软件进行多重比较(LSD法)。

      • 表1可知,XY335在早、中、晚播期的干物质积累量(生物量)两年平均分别为21233、21249、20311 kg/hm2;ZD958在早、中、晚播期的干物质积累量两年平均分别为21031、20637、20405 kg/hm2。不同播期间比较,XY335品种在两个试验年份均为中播处理下产量较高,两年较早播处理、晚播处理平均分别增加9.9%、17.4%。从产量形成来看,其百粒重较早播处理、晚播处理相应增加2.8%、3.4%。ZD958品种在两个试验年份均为晚播处理下产量最低,两年平均较早播处理、中播处理分别减少8.6%、5.4%。品种间进行比较,综合两年结果,XY335产量中播处理高于ZD958,增幅为8.4%,百粒重增幅为3.1%。2015年,XY335品种在中播处理和晚播处理下的产量均显著高于ZD958 (P<0.05),产量增幅分别为16.3%和5.9%。

        表 1  不同播期玉米产量及其构成因素

        Table 1.  Maize yield and its component under different sowing dates

        年份
        Year
        播期
        Sowing date
        (month/day)
        品种
        Cultivar
        产量
        Yield
        (kg/hm2)
        收获穗数
        Ear number
        (ear/hm2)
        百粒重
        100-kernel weight
        (g)
        穗粒数
        Kernel per ear
        生物量
        Biomass
        (kg/hm2)
        20144/24XY335101235544929.846819842
        ZD958108706121829.244920535
        5/4XY335108015769230.244919119
        ZD958107805993429.345819493
        5/14XY33591055833329.144018548
        ZD958102866153927.746418791
        LSD0.051184.01548.0 1.118.32126.2
        20154/24XY335116266057726.244822624
        ZD958118655160326.041521526
        5/4XY335131035705127.343423378
        ZD958112685576926.640921781
        5/14XY335112565865426.546522074
        ZD958106315801325.440622019
        LSD0.051065.03330.80.7832.81557.8
      • 随着生育时期的推进,植株干物质积累量和氮素积累量均呈逐渐增加的趋势(图2图3)。年度间比较,XY335和ZD958品种2015年V6—VT和VT—R6时期的干物质积累量和氮素积累量均高于2014年,干物质积累量平均增幅分别为29.1%和15.6%,氮素积累量平均增幅分别为44.9%和63.4%,这可能与两年间玉米生育期的降水、光温资源匹配情况不同有关。播期间进行比较,XY335在两年间均表现为中播处理下,VT—R6期干物质积累量和氮素积累量最高,2014年VT—R6期中播处理下干物质积累量较早播处理和晚播处理分别增加8.5%和12.5%,氮素积累量较早播处理和晚播处理分别增加39.1%、57.7%;2015年VT—R6期中播处理下干物质积累量较早播处理和晚播处理分别增加6.8%、11.7%,氮素累积量分别增加14.8%、29.8%。综合两年来看,XY335中播处理花后干物质积累量较其他处理增加9.8%,氮素积累量较其他处理增加35.4%。ZD958在2014年表现为V6—VT期早播处理下干物质累积量最高,2014年V6—VT期早播处理下干物质积累量较中播和晚播处理分别提高39.6%、40.8%,氮素积累量较中播和晚播处理分别增加107.7%和69.0%;ZD958在2015年V6—R6期晚播处理氮素累积量较早播处理和中播处理分别降低0.2%和3.6%。两年平均,早、中、晚3个播期XY335氮素积累量分别为184.2、192.5、171.1 kg/hm2;ZD958氮素积累量分别为173.7、163.4、154.9 kg/hm2

        图  2  不同播期玉米干物质积累动态

        Figure 2.  Dynamics of dry matter accumulation of maize under different sowing dates

        图  3  不同播期玉米氮素累积动态

        Figure 3.  Dynamics of N accumulation of maize under different sowing dates

        品种间进行比较,综合两年,XY335中播处理氮素积累量在V6、VT和R6期较ZD958平均增加15.3%。2015年,XY335在V6—R6期的总氮素积累量均高于ZD958,早播、中播和晚播处理下的增幅分别为14.1%、21.1%、16.0%。2014年无明显差异。

      • 表2可知,播期对XY335和ZD958的氮素转运均有显著影响。两年平均,XY335在早、中、晚播期的氮素转运率分别为35.1%、45.7%、35.8%;氮素对籽粒氮的贡献率分别为19.4%、29.6%、23.9%。ZD958在早、中、晚播期的氮素转运率分别为39.2%、36.4%、25.6%;氮素对籽粒氮的贡献率分别为32.7%、25.4%、13.7%。XY335品种,2014和2015年中播处理的氮素转运均明显增多,两年间其转运量较早播处理、晚播处理平均分别增加59.4%、43.7%,转运率分别增加30.1%、27.6%,对籽粒氮的贡献率分别增加52.1%、23.7%; ZD958品种两年间晚播处理的氮素转运明显偏低,早播和中播处理氮素转运量较晚播处理分别增加114.4%、55.1%,转运率分别增加53.3%、42.2%,差异均达显著水平(P<0.05)。

        表 2  不同播期下氮素转运及其对玉米籽粒氮的贡献率

        Table 2.  Nitrogen transport and contribution rate to grain nitrogen under different sowing dates

        年份
        Year
        播期
        Sowing date
        (month/day)
        品种
        Cultivar
        转运量
        Translocation amount
        (kg/hm2)
        转运率
        Translocation efficiency
        (%)
        CRTGN
        (%)
        同化量
        Assimilation amount
        (kg/hm2)
        20144/24XY33524.0037.1120.7991.45
        ZD95843.7647.7240.1165.34
        5/4XY33543.8151.0730.32100.67
        ZD95828.9142.9433.0158.65
        5/14XY33525.1734.9324.9275.83
        ZD95822.1135.6517.85101.77
        LSD0.0514.212.815.231.5
        20154/24XY33530.6033.0818.09138.54
        ZD95829.4030.7625.3886.44
        5/4XY33543.2040.2728.82106.70
        ZD95823.9929.8917.85110.43
        5/14XY33535.4036.6822.87119.37
        ZD95812.0015.559.45114.98
        LSD0.0513.610.68.817.8
        注(Note):CRTGN—氮素转运对籽粒氮的贡献率 Contribution rate of N transport to grain nitrogen.

        品种间进行比较,综合两年,XY335中播处理氮素转运量较ZD958平均增加35.4%。2014年,两品种早播处理和晚播处理氮素转运存在明显差异,其中早播处理ZD958氮素转运明显高于XY335,转运量、转运率和对籽粒氮的贡献率分别增加82.3%、28.6%和92.9%;晚播处理两年间XY335氮素转运均优于ZD958,其转运量和对籽粒氮的贡献率在两年间平均分别增加77.5%、75.1%。这表明播期能显著影响玉米氮素转运状况。

      • 通过Hybrid-Maize模型模拟得出两年间农安地区不同播期下玉米的理论产量、生物量及光温资源配置情况。由表3可知,在各个处理中,理论产量和实际产量中均存在一定的产量差和生物量差。两品种的模拟产量与全生育期太阳总辐射量成正比,与营养生长期日均温呈反比。但实际产量与模拟产量的变化规律不完全一致,XY335品种实际产量与生殖生长期的日均温成正比,XY335品种在中播处理下达最高实际产量,为12.0 t/hm2,而ZD958的实际产量与营养生长期的天数显著相关(P < 0.05),其晚播处理下实际产量最低,仅为10.5 t/hm2,营养生长天数较早播和中播处理分别缩短13.5和8天。从模拟与实际产量差来看,两品种均在早播处理下的产量差最大,这是由于两品种在早播处理下的模拟产量较高,这与早播处理在全生育期的日辐射量较高,且营养生长期的日均温较低有关。

        表 3  不同播期处理下的玉米产量潜力及光温资源配置

        Table 3.  Yield potential and light temperature resource allocation of maize varieties at different sowing dates

        播期
        Sowing date
        (month/day)
        品种
        Cultivar
        产量 (t/hm2)
        Yield
        生物量 (t/hm2)
        Biomass
        全生育期
        Whole growth stage
        营养生长期
        Vegetative stage
        生殖生长
        Reproductive stage
        模拟
        Potential
        实际
        Actual
        差值
        D-value
        模拟
        Potential
        实际
        Actual
        差值
        D-value
        日均温
        DMT
        (℃)
        日辐射
        TSR
        (MJ/m2)
        降水量
        Precipitation
        (mm)
        天数
        Days
        日均温
        DMT
        (℃)
        天数
        Days
        日均温
        DMT
        (℃)
        4/24XY33512.510.91.627.121.25.919.4280630182.019.377.019.3
        ZD95812.711.41.326.221.05.219.5287531884.519.476.519.5
        5/4XY33512.112.00.124.421.23.219.7270030376.520.074.519.4
        ZD95811.411.00.424.620.64.019.7270030379.020.272.019.1
        5/14XY33511.710.21.524.020.33.720.3254927368.021.473.019.2
        ZD95811.010.50.522.120.41.720.3261327371.021.472.019.3
        注(Note):DMT—Daily mean temperature; TSR—Total solar radiation.
      • 本研究通过两年田间定位试验对不同播期处理下玉米品种产量、氮效率的响应机制进行了分析。证实了通过品种选择和播期优化的管理措施可以实现品种与既定环境的光温资源耦合和玉米高产。研究表明,播期不同会对玉米生育进程的光热资源需求产生影响,而温度和光照是影响玉米生长发育的关键气象因子[23-24],适宜的播期可以使玉米在生长过程中充分利用气候和养分资源,提升作物抗逆性,实现产量与效率同步提升[25-26]

        两年间,XY335品种均表现为在中播处理下产量最高,比早播和晚播处理分别增加9.9%和17.4%。Hybrid-Maize 模型分析表明,两年间的模拟产量均值与营养生长期日均温呈负相关,与全生育期的日辐射呈正相关。XY335品种在中播处理下实际产量较高,主要表现为生殖生长期日均温较高,其实际产量与生殖生长期日均温表现出高度一致性。生殖生长阶段是物质向籽粒转移的关键时期[27],该时期日均温增加,会提高玉米灌浆进程[28],进而使籽粒产量增加[29]。两年间,ZD958品种均表现为晚播处理下产量最低,其产量较早播处理和中播处理分别降低8.6%、5.4%,ZD958实际产量与营养生长期的天数呈正相关,这可能与早播可避开花期高温高湿的不利条件,促进玉米光合作用有关[30],同时也表明XY335和ZD958品种具有明显的差异。从模拟与实际产量差来看,两品种均在早播处理下的产量差最大,晚播处理下,降水量较低,均为273 mm,这也是造成产量下降的主要原因。从光温资源匹配角度来看,XY335品种的籽粒形成与生殖生长期日均温有关,而ZD958品种的籽粒形成与全生育期日辐射总量及营养生长期天数有关;从水分条件来看,Hybrid-Maize模型模拟得出XY335品种随播期后移其对降水需求量逐渐降低,但ZD958则无此规律。黄秋婉等[31]研究表明,春玉米的潜在产量和雨养产量差异明显,表明降水对春玉米产量的限制较大。因此,光温水资源三者的统筹配置合理,才更加有利于籽粒形成。

        干物质积累和氮素积累是影响玉米籽粒干重的重要因素,播期和作物品种会影响氮素吸收积累[10,32]。前人研究表明,适宜的播期有利于提高作物氮素转运率,提高营养器官中干物质的输出能力[33]。本研究中,XY335在中播处理下产量最高,其玉米花后的干物质积累量较其他处理平均增加9.8%,氮素积累量较其他处理增加35.4%。这表明适宜播期使玉米花后养分积累和干物质积累得到协同提高,促进养分转运量,进而促进籽粒形成[34]

        综合两年结果,XY335品种产量在中播处理高于ZD958品种,增幅为8.4%,百粒重增幅为3.1%;XY335品种氮素累积量在V6、VT和R6期较ZD958品种平均增加15.3%,氮素转运量平均增加35.4%。这主要是由于XY335后期叶片的氮素转运效率更高[34],而氮的高效吸收主要表现在氮素向籽粒的转运增多,提高氮素转运量可达到增产效果。

      • 播期和品种不同造成的产量差异,主要与开花后的干物质累积量与氮素累积量有关,提升氮素转运量可有效促进增产。XY335在花后氮素转运效率优势明显,其产量增加受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与营养生长期天数、全生育期总辐射量相关性较大。在本试验条件下,XY335适宜在5月4日左右播种,ZD958适宜早播。

    参考文献 (34)

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