任昊，程乙，劉鵬，董樹亭，趙杰，張吉旺，趙斌

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東泰安 271018）

不同栽培模式對夏玉米根系性能及產(chǎn)量和氮素利用的影響

任昊，程乙，劉鵬，董樹亭，趙杰，張吉旺，趙斌

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東泰安 271018）

【目的】研究不同栽培模式對夏玉米根系性能、籽粒產(chǎn)量形成以及氮素吸收利用的影響，探明不同栽培模式下玉米根系形態(tài)特征與產(chǎn)量形成、氮素吸收能力的關(guān)系，為促進玉米根系生長發(fā)育、增強根系吸收性能、優(yōu)化施肥量，促進玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭诙ㄎ辉囼灄l件下，選用鄭單958為試驗材料，在兩種地力條件下，以不施氮肥處理為對照（CK），設(shè)置超高產(chǎn)玉米栽培模式（SH）、高產(chǎn)高效栽培管理模式（HH）、農(nóng)民習(xí)慣栽培管理（FP）3種栽培模式，比較分析不同栽培模式夏玉米根系特性對產(chǎn)量形成和氮素吸收利用的調(diào)控效應(yīng)?！窘Y(jié)果】不同栽培模式間夏玉米產(chǎn)量存在顯著差異，與HH、FP和CK模式相比較，高地力和低地力田塊SH模式的兩年平均產(chǎn)量分別提高3.54%、17.50%、30.12%和3.16%、18.45%、27.72%，統(tǒng)計分析表明地力和栽培模式均對夏玉米產(chǎn)量有極顯著影響，兩種因素綜合影響因年份變化有所差異。兩種地力條件下，夏玉米各時期群體生物量均表現(xiàn)為SH＞HH＞FP＞CK。在抽雄期（VT）和完熟期（R6），SH處理的植株氮素積累總量顯著高于其他處理，氮肥利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率均高于FP模式，HH模式的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥利用效率和氮收獲指數(shù)均最高，氮肥偏生產(chǎn)力低于FP模式，但仍高于SH模式。在不同地力基礎(chǔ)上夏玉米不同栽培模式的根系指標(biāo)變化趨勢基本一致，在大喇叭口期（V12）、抽雄期（VT）、乳熟期（R3）的根系干重密度、根長密度和根表面積密度均為SH＞HH＞FP＞CK，從V12到VT期，SH和HH模式的根長密度、根干重密度和根表面積密度增幅均顯著高于FP模式，從VT到R3期，降幅均顯著低于FP模式，SH和HH模式VT期根系活躍吸收面積比例顯著高于FP模式。不同栽培模式各時期根長密度、根表面積密度和根干重密度與產(chǎn)量和氮肥利用效率均呈顯著正相關(guān)?！窘Y(jié)論】高產(chǎn)高效栽培模式可以有效地促進根系發(fā)育、延緩根系衰老、提高氮肥利用效率，有助于實現(xiàn)夏玉米高產(chǎn)高效的目標(biāo)。

夏玉米；栽培模式；根系特性；產(chǎn)量形成；氮肥利用效率

0 引言

【研究意義】玉米在谷物生產(chǎn)中占有重要地位，是保障中國糧食安全的主要作物之一。據(jù)統(tǒng)計，2006—2010年中國共涌現(xiàn)出159塊15 000 kg·hm-2以上的超高產(chǎn)田，多數(shù)超高產(chǎn)田種植密度處于67 500—97 500株/hm2，平均施氮量達(dá)到485.3 kg·hm-2，超高產(chǎn)紀(jì)錄多在高密和高氮投入條件下獲得的[1]。適度密植和增施肥料是當(dāng)前玉米高產(chǎn)的主要途徑[2-3]，但過高水肥投入增加生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效益，并造成環(huán)境污染[4-5]。根系作為玉米吸收、合成、固定和支持的重要器官[6-7]，其生長發(fā)育狀況決定著玉米對水分和養(yǎng)分的吸收利用能力，進而影響植株干物質(zhì)生產(chǎn)與籽粒產(chǎn)量形成[8-10]。通過調(diào)控玉米根系的生長，促進其對水、肥的吸收利用，是目前玉米產(chǎn)量與資源利用效率協(xié)同提高的一個重要途徑[11]?！厩叭搜芯窟M展】前人分別在種植密度和氮肥運籌等方面對提高氮肥高效利用做了大量研究。研究表明，增加種植密度可顯著增加植株吸氮量，提高氮肥利用效率[12]，適宜的種植密度既保持了植株較高的碳氮積累量，又使碳氮轉(zhuǎn)運率不至于過高，避免生育后期葉片早衰，是產(chǎn)量和氮肥效率協(xié)同提高的基礎(chǔ)[13]。氮肥后移有效地提高了夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率[14]，氮肥運籌可以有效地調(diào)控根系生長和作物對氮素的吸收[15]。栽培模式對旱地春玉米產(chǎn)量及養(yǎng)分利用效率有顯著影響[16]，通過優(yōu)化栽培模式或者綜合農(nóng)藝措施，可以顯著提高作物產(chǎn)量和資源利用效率[17]?！颈狙芯壳腥朦c】水肥均是通過改變根系分布及組成，進而調(diào)控地下養(yǎng)分吸收與利用、地上光合性能與籽粒產(chǎn)量形成。關(guān)于不同栽培模式下玉米根系發(fā)育、吸收性能及其與產(chǎn)量形成、氮素吸收利用的研究相對較少，制約了玉米產(chǎn)量與資源利用效率的提升?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗在廣泛調(diào)研黃淮海夏玉米種植區(qū)當(dāng)前農(nóng)民種植習(xí)慣的基礎(chǔ)上，在兩種地力條件下，以增加密度和優(yōu)化氮肥為主要調(diào)控途徑，在不同地力條件下設(shè)置不同栽培模式，比較研究了夏玉米不同處理的根系生理特性、氮素吸收利用及產(chǎn)量差異，旨在從根系生長與吸收能力角度分析不同栽培模式對夏玉米氮素吸收利用和產(chǎn)量形成的影響，為黃淮海玉米區(qū)高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間地點

本研究田間試驗于2014—2015年在泰安市岱岳區(qū)大汶口鎮(zhèn)（35°58′10 N，117°03′30 E）進行，該試驗點地處溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，作物種植體系為冬小麥/夏玉米一年兩熟。試驗田土壤為壤土，試驗期間高、低地力兩種地力條件下0—20 cm土層土壤理化性質(zhì)見表1。于小麥?zhǔn)斋@后深耕（25 cm）滅茬，耙耱整平，播種。室內(nèi)試驗在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點實驗室進行。

1.2 試驗設(shè)計

供試品種為鄭單958，試驗共設(shè)4個栽培模式：當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣栽培（FP），高產(chǎn)高效栽培（HH），超高產(chǎn)栽培（SH），在高產(chǎn)高效基礎(chǔ)上不施氮肥的模式（CK）。試驗采用隨機區(qū)組排列，4次重復(fù)，小區(qū)面積為216 m2，各小區(qū)設(shè)立1.5 m的緩沖區(qū)，氮、磷、鉀肥分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%），有機肥料為沃生物科技有限公司生產(chǎn)的腐熟雞糞（含有機碳（干基）315 g·kg-1、P2O532.3 g·kg-1、K2O 30.4 g·kg-1、C/N為11.3）。試驗期間根據(jù)田間土壤水分狀況采用小區(qū)漫灌方式統(tǒng)一灌溉，按正常田間管理進行良好的病蟲害防治。試驗具體種植密度和肥料運籌見表2。

表1 耕層土壤基本化學(xué)性狀Table 1 Soil basic chemical properties in tillage layer (0-20 cm)

表2 不同栽培管理模式的種植密度和肥料運籌Table 2 Plant population and fertilizer application of different cultivation and management patterns

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株干物質(zhì) 分別于玉米拔節(jié)期（V6）、大喇叭口期（V12）、抽雄期（VT）、乳熟期（R3）、蠟熟期（R5）和完熟期（R6）在各小區(qū)中取6株長勢均勻一致的植株。將植株按照葉片（含苞葉）、莖稈（含雄穗、葉鞘、穗軸和地下莖）、籽粒分開，105 ℃殺青30 min后80℃烘干至恒重，測定各器官干物重，粉碎過篩后保存用于植株養(yǎng)分分析。

1.3.2 根系指標(biāo) 在V12、VT和R3期進行根系取樣，以植株為中心將長60 cm×寬（株距，按密度計算）×深40 cm的土體挖出，裝入40目網(wǎng)袋。低壓水沖洗根系，剔除雜質(zhì)，迅速吸干根系樣品表面水分用于后續(xù)分析。采用亞甲基藍(lán)吸附法測定根系活躍吸收面積[19]，采用Epson Perfection TM V700 Photo彩色圖像掃描儀掃描圖像，然后用 Win RHIZO根系分析系統(tǒng)分析根系長度、根系表面積等指標(biāo)。掃描完成后將根系烘干測定根系干重。

1.3.3 收獲考種 各處理于完熟期收獲測產(chǎn)，每小區(qū)選取9 m2有代表性的玉米帶全部收獲后曬干，用于測定產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。

產(chǎn)量（kg·hm-2）=有效公頃穗數(shù)×穗粒數(shù)×千粒重/1000×（1-含水量）/（1-14%）。

1.3.4 植株全氮含量 植株干樣粉碎過篩后用濃H2SO4-H2O2消煮，采用BRAN＋LUEBBE AA3型連續(xù)流動分析儀測定全氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（AE，kg·kg-1）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-氮空白區(qū)產(chǎn)量）/施氮量;

氮肥利用效率（NUE，kg·kg-1）=（施氮區(qū)植株吸氮量- 氮空白區(qū)植株吸氮量）/施純氮量；

氮收獲指數(shù)（NHI，%）=籽粒吸氮量/植株吸氮量×100%；

氮肥偏生產(chǎn)力（PFP，kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/施純氮量；

根長密度（RLD，cm·cm-3）=所取土體內(nèi)根系長度/所取土體體積

根表面積密度（RSAD，cm2·cm-3）=所取土體內(nèi)根系表面積/所取土體體積

根干重密度（RDWD，g·dm-3）=所取土體內(nèi)根干重/所取土體體積。

采用 Microsoft Excel 2003 和 DPS 15.10統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)方差分析，用SigmaPlot 10.0 繪圖。

2 結(jié)果

2.1 不同栽培模式夏玉米的產(chǎn)量與收益

由表3可知，SH、HH和CK模式因種植密度較高，其空稈率增加后導(dǎo)致收獲穗數(shù)低于設(shè)計密度，而FP模式因種植密度低，雙穗率增加，其收獲穗數(shù)高于設(shè)計密度；兩地力條件下各處理產(chǎn)量均存在一定差異，SH模式產(chǎn)量略高于HH模式，但二者無顯著差異，以上兩處理的籽粒產(chǎn)量與FP和CK模式間均存在顯著差異。高地力條件下，SH、HH、FP、CK模式兩年的平均產(chǎn)量為11 904.78、11 497.97、10 131.46和9 149.09 kg·hm-2，SH和HH兩年平均產(chǎn)量較FP模式分別高出17.50%和13.49%，較CK高出30.12%和25.67%。低地力條件下，SH、HH、FP、CK模式兩年平均產(chǎn)量為11 322.74、10 975.27、9 558.31和8 865.22kg·hm-2。SH、HH模式兩年平均產(chǎn)量分別較FP高出18.45%和14.82%，較CK高出27.72%和23.80%。單位面積有效穗數(shù)的顯著增加是產(chǎn)量增加的主要原因。高地力條件下，SH、HH模式公頃穗數(shù)分別較FP模式高出32.06%和20.20%，低地力條件下，SH、HH模式公頃穗數(shù)分別較FP模式高出43.25%和31.81%（表3）。CK穗粒數(shù)顯著低于其他模式，可能是其產(chǎn)量最低的主要原因。

通過多因素分析可以看出，地力和栽培模式均對產(chǎn)量有極顯著影響（0.001水平），但兩種因素綜合影響在兩個年份有所差異。地力和栽培模式均對穗粒數(shù)有較為顯著的影響，但兩年差異顯著程度不同。栽培模式對千粒重有極顯著影響。

由表4可以看出，本試驗條件下SH模式雖然產(chǎn)量最高，但肥料及人工投入過多，效益最差，而HH模式較SH模式優(yōu)化肥料施用，在保證產(chǎn)出的同時大幅降低了田間總投入，凈收益分別高出SH、FP和CK模式73.66%、7.34%和22.62%。SH模式投入高主要是因為投入了大量的有機肥，雖然其成本較高、但對土壤生產(chǎn)能力持續(xù)提升具有顯著效果，今后應(yīng)考慮擴大有機肥源、降低有機肥投入。

2.2 不同栽培模式下夏玉米群體生物量積累變化

由圖1可知，兩種地力條件下，各生育時期群體生物量均表現(xiàn)為SH＞HH＞FP＞CK，2014年各處理間群體生物量差異顯著，2015年，SH和HH模式間群體生物量差異不顯著，成熟期CK和FP模式群體生物量無顯著差異。

2.3 不同栽培模式的夏玉米氮肥利用效率

由表5可知，兩種地力條件下，抽雄期和完熟期氮素積累量均為SH＞HH＞FP＞CK。氮素收獲指數(shù)SH和HH模式間無顯著差異，其他模式之間隨年份變化有所差異；氮肥偏生產(chǎn)力，氮肥利用效率和氮肥農(nóng)學(xué)利用率均表現(xiàn)為HH＞SH＞FP＞CK。

高地力條件下，HH模式兩年平均氮素偏生產(chǎn)力、氮肥利用效率及氮素農(nóng)學(xué)利用率較SH和FP模式分別高出20.73%、15.88%、4.87%和1.67%、41.07%、112.04%。與SH模式和FP模式相比，低地力條件下HH模式兩年平均氮素偏生產(chǎn)力、氮肥利用效率和氮素農(nóng)學(xué)利用率分別高出21.16%、16.35%、6.67%和2.85%、45.50%、159.26%。說明在兩種地力條件下，通過降低氮肥投入量、優(yōu)化氮肥施用時間均可以提高氮肥利用效率。

表3 不同栽培模式對夏玉米籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 3 Grain yield and its components under different cultivation patterns

表4 2014年高肥力田不同栽培模式夏玉米田間投入及產(chǎn)出效益Table 4 Input and output under different cultivation patterns of HSF in 2014 (yuan/hm2）

2.4 不同栽培模式夏玉米根系特性

由表6可知兩種地力條件下，夏玉米根長密度、根干重密度、根表面積密度均為SH和HH模式較高，F(xiàn)P和CK模式較低。根長密度、根干重密度和根表面積密度均呈先增高后降低的趨勢，均在VT期達(dá)到峰值。

高地力條件下，從V12至VT期，SH、HH、FP和CK模式的根長密度兩年平均提高了42.86%、46.32%、35.17%和56.73%，根表面積密度兩年平均增加了46.69%、44.87%、35.42%和27.29%，根干重密度VT比V12兩年平均增長了26.60%、22.06%、18.95%和31.76%。從VT至R3期，根長密度平均降低了7.93%、7.78%、9.02%和14.99%，根表面積密度平均降低了4.31%、4.90%、7.60%和9.26%，根干重密度平均降低了5.71%、5.99%、7.45%和10.40%。

表5 不同栽培模式夏玉米的氮素積累量、氮素收獲指數(shù)與氮肥利用效率Table 5 N uptake, N harvest index and N use efficiency under different cultivation patterns in summer maize

表6 不同栽培模式夏玉米各生育時期根系特征參數(shù)Table 6 Characteristic parameters of summer maize root under different cultivation patterns

圖1 不同栽培模式下夏玉米群體生物量積累變化Fig. 1 Biomass accumulation in different cultivation patterns

低地力條件下，從V12至VT期，SH、HH、FP和CK模式的根長密度兩年平均增長了41.65%、45.47%、32.85%和54.26%，根表面積密度兩年平均增長了42.14%、36.11%、31.50%和20.65%，根干重密度兩年平均增長了18.51%、21.32%、16.47%和38.82%。從VT至R3期，根長密度平均降低了11.33%、11.00%、12.54%和21.33%。根表面積密度平均降低了6.62%、8.51%、10.53%和12.99%。根干重密度平均降低了9.08%、8.53%、10.34%和7.98%。

由上述分析可知，兩個種植季同一地力條件下，從V12至VT期，SH和HH模式的根長密度、根表面積密度和根干重密度兩年平均提高幅度均顯著高于FP模式，而從VT至R3期，降低幅度則顯著低于FP模式。SH、HH和FP模式根系相關(guān)指標(biāo)VT期高地力條件下增幅顯著高于低地力條件，從VT至R3期高地力條件下降幅顯著低于低地力田塊下的降幅。由此可知，高地力及SH和HH模式有效促進根系發(fā)育，延緩根系衰老。

由圖2可知，同一地力條件下，SH和HH模式群體根系總吸收面積和活躍吸收面積均顯著高于FP和CK模式，SH、HH和CK模式的活躍吸收面積占總吸收面積的比例顯著高于FP模式。

2.5 不同栽培模式夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率與根系特征參數(shù)的相關(guān)性分析

由圖3可知，不同生育時期根系相關(guān)指標(biāo)與產(chǎn)量及氮肥利用效率均呈正相關(guān)關(guān)系，符合一元線性方程，但不同生育時期，其斜率變化趨勢存在差異。根長密度與產(chǎn)量和氮肥利用效率及根表面積密度與產(chǎn)量的一元線性方程斜率均隨生育時期推進而逐漸升高。根干重密度與產(chǎn)量和氮肥利用效率的一元線性方程則斜率隨生育時期推進呈現(xiàn)先升高后穩(wěn)定的趨勢；根表面積密度與氮肥利用效率的一元線性方程斜率隨生育時期推進呈現(xiàn)先降低后穩(wěn)定的趨勢。

圖2 不同栽培模式夏玉米抽雄期根系總吸收面積和活躍吸收面積的差異Fig. 2 Difference of total roots absorbing area and actively absorbing area at VT stage of summer maize under different cultivation patterns

3 討論

作物根系的大小與作物產(chǎn)量有密切的聯(lián)系，健壯的根系可為玉米生長發(fā)育提供充足的養(yǎng)分和水分，有利于充分發(fā)揮作物的高產(chǎn)潛力[19]，玉米生產(chǎn)中主要農(nóng)藝措施都是首先影響到根系的生長、分布和功能，從而影響地上部發(fā)育，進而影響產(chǎn)量形成[20]。李少昆等[21]認(rèn)為，玉米獲得高產(chǎn)的前提是在吐絲期前建立起強大的根系，易鎮(zhèn)邪等[22]研究發(fā)現(xiàn)，作物的根系干重、根系長度、根系表面積等指標(biāo)與產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系。劉勝群等[23]研究也發(fā)現(xiàn)，根系干重與綠葉面積、地上部干重和籽粒產(chǎn)量之間呈顯著正相關(guān)。同時，作物根系吸收能力的強弱顯著影響作物養(yǎng)分的吸收和利用[24]，劉正等[25]研究也發(fā)現(xiàn)提高夏玉米群體根系質(zhì)量可以增強根系對水肥的吸收能力。本研究發(fā)現(xiàn)，兩種地力條件下，夏玉米不同生育時期根系特性與氮肥利用效率及產(chǎn)量均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。因此，調(diào)控作物根系的生長是協(xié)同提高夏玉米氮肥利用效率和產(chǎn)量的有效途徑。

夏玉米根系生長隨土壤環(huán)境和栽培措施的變化而發(fā)生相應(yīng)改變，耕作方式、播種深度、種植密度、肥料運籌等都會對根系生長產(chǎn)生顯著影響[26-30]。研究發(fā)現(xiàn)，氮肥運籌對玉米根系的數(shù)量、長度、面積和體積均有顯著影響[30]。種植密度對根系的生長發(fā)育有顯著影響，隨著密度的增加，玉米根系生長空間減少[30]，其單株根干重、根表面積、根系長度均有所減少，但根長密度和根干重密度則顯著增加，根系吸收性能有所降低[31]。根系的生長和空間分布對作物營養(yǎng)元素和水分的吸收能力，以及作物生長和最終產(chǎn)量均有顯著影響[32]。本研究結(jié)果顯示，兩種地力條件下，SH和HH模式根長密度、根干重密度和根表面積密度均顯著高于其他兩個處理。SH和HH模式V12到VT期3個指標(biāo)的增幅顯著大于FP模式，VT到R3期，F(xiàn)P模式根長密度、根干重密度和根表面積密度降幅顯著高于SH和HH模式，說明SH和HH模式有效促進了夏玉米根系生長發(fā)育，降低了根系衰老速率。兩種地力條件進行比較，較高的地力同樣也有促進根系發(fā)育和延緩衰老的作用（表6）。SH和HH模式群體根系總吸收面積和活躍吸收面積及根系活躍吸收面積比例顯著高于FP模式（圖2），表明SH和HH模式能有效提高根系的吸收性能。

圖3 夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率與根系特征參數(shù)的相關(guān)性分析Fig. 3 Relationships of yield and N utilization efficiencies with characteristic parameters of summer maize root

根系作為玉米水分和養(yǎng)分吸收的主要器官，對玉米營養(yǎng)生長和生殖生長有重要影響[33]，同時，根系大小和吸收性能又顯著影響其對氮素的吸收[34]。本研究結(jié)果表明，通過對種植密度和肥料運籌的調(diào)控和優(yōu)化，能有效促進根系生長和發(fā)育，從而提高夏玉米對氮素的吸收利用和產(chǎn)量水平。SH模式將種植密度提高到了9萬株/hm2，在播前、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期和抽雄后一周分次施氮，有效提高了根長、根干重及根表面積密度，促進了根系發(fā)育，延緩了根系衰老，進而提高夏玉米花后氮素積累量和籽粒產(chǎn)量，但是SH模式氮肥利用效率卻顯著低于HH模式，且肥料和勞動力投入高，經(jīng)濟效益降低。與SH模式相比，HH模式在SH模式基礎(chǔ)上適當(dāng)降低種植密度，優(yōu)化施肥時期和施肥量，從而調(diào)控根系發(fā)育和分布，使根長密度、根干重密度和根表面積密度略低于SH模式，但是無顯著差異。此外，HH模式單株生產(chǎn)力較高，產(chǎn)量降低不顯著，且有效提高了氮肥吸收利用效率和經(jīng)濟效益，兼顧了產(chǎn)量與肥料利用效率。因此，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)土地剛性減少情況下，繼續(xù)優(yōu)化種植密度與氮肥運籌將是下一步研究的重點。

4 結(jié)論

不同栽培模式通過綜合種植密度和氮肥運籌調(diào)控根系的生長發(fā)育，從而影響夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率。兩種基礎(chǔ)地力條件下不同栽培模式根系特性表現(xiàn)基本一致，高地力優(yōu)于低地力。增加密度是提高夏玉米單產(chǎn)的重要途徑，在增密的同時調(diào)控氮肥運籌，可以促進夏玉米花前根系生長發(fā)育，延緩花后根系衰老，提高氮肥利用效率。與超高產(chǎn)栽培（SH）模式相比，高產(chǎn)高效栽培（HH）模式抽雄期不再施用氮肥，并且優(yōu)化了各生育時期施肥比例，有效促進根系發(fā)育和延緩根系衰老，顯著降低肥料及勞動力投入，提高氮肥利用效率，是資源環(huán)境代價低、經(jīng)濟效益高的生產(chǎn)模式。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effects of Different Cultivation Patterns on Root Characteristics, Yield Formation and Nitrogen Utilization of Summer Maize

REN Hao, CHENG Yi, LIU Peng, DONG ShuTing, ZHAO Jie, ZHANG JiWang, ZHAO Bin
(College of Agronomy, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Taian 271018, Shandong)

【Objective】The objective of this study was to promote the growth of maize roots, enhance root absorption performance, and then reduce the amount of fertilizer, and then provide a theoretical basis for promoting the production of high yield and high efficiency by investigating the effects of different cultivation patterns on the root performance, grain yield formation and nitrogen uptake and utilization of summer maize, and exploring the relationship between root morphological characteristics and nitrogen uptake capacity of maize under different cultivation patterns. 【Method】Under two soil fertilities, with no nitrogen treatment as control (CK), three cultivation patterns including super high-yielding cultivation pattern (SH), high-yielding and high efficiency cultivation pattern (HH) and local farmer's practice(FP) in the long-term experiments by using ZD958 as testing varieties. Theregulation of root characteristics on yield formation and nitrogen utilization in summer maize under different cultivation patterns were measured in fixed field experiment. 【Result】The yields of summer maize was significantly different among different cultivation patterns, compared with the HH, FP and CK patterns, the average yield of SH pattern in two years both in high soil fertility (HSF) and low soil fertility (LSF) were increased by 3.54%, 17.50%, 30.12% and 3.16%, 18.45%, 27.72% respectively. Multivariate analysis showed that both soil fertility and cultivation patterns had significant effects on summer maize yield, and comprehensive effect of double factors varied by years. The population biomass in high and low soil fertilities was SH ＞ HH ＞ FP ＞CK during the whole growing season. The total nitrogen accumulation in SH pattern was significantly higher than those in other patterns at the VT and R6 stages, and the N use efficiency and agronomic N use efficiency were higher than that of FP. HH pattern had the highest agronomic N use efficiency, nutrient use efficiency and nitrogen harvest index. Its nitrogen partial factor productivity was lower than FP, but still higher than the SH pattern. The results showed that summer maize root growth was greatly affected by different cultivation patterns. Root dry weight density, root length density and root surface area density were all expressed as SH ＞HH ＞ FP ＞ CK. From V12 to VT stage, increases in root length, root dry weight and root surface density of SH and HH patterns were higher than that of FP pattern, and decreases in that of FP pattern were highest from VT to R3 stage. The proportion of active absorption area of SH and HH patterns at VT stage was significantly higher than that in FP pattern. The root length density, root surface area density, root dry weight density were very significantly and positively correlated with yield and nitrogen use efficiency.【Conclusion】HH pattern effectively promoted root development, delayed the senescence of root, improved the nitrogen use efficiency, achieved the high yield and high efficiency of summer maize.

summer maize; cultivation pattern; root characteristics; yield formation; nitrogen use efficiency

2016-12-27；接受日期：2017-04-26

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300106）、國家自然科學(xué)基金（31071358，31301274）、國家科技支撐計劃（2013BAD07B06-2）、山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（SDAIT02-08）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目（CARS-02-20）、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)泉林黃腐酸肥料工程實驗室開放研發(fā)基金

聯(lián)系方式：任昊，Tel：0538-8241485；E-mail：renhaosadu@126.com。通信作者劉鵬，Tel：0538-8241485；E-mail：liupengsdau@126.com。通信作者董樹亭，Tel：0538-8245838；E-mail：stdong@sdau.edu.cn