雷 恩，耿永克，陳盧發(fā)，楊永兵，王岳東，唐啟源

(1.湖南農業(yè)大學 農學院，湖南 長沙 410128；2.紅河學院 生命科學與技術學院，云南 蒙自 661199；3.云南省紅河哈尼族彝族自治州農業(yè)機械研究所，云南 蒙自 661100)

玉米是我國重要的糧食作物，對保障國家糧食安全起重要作用。研究指出，增施氮肥可提高玉米光合生理性能[1-2]和群體數量及質量[3]，進而顯著增產。過去通過增加氮肥投入對提高玉米產量起了關鍵作用[1，4]，但過量增施氮肥及不科學施肥方式會造成肥料嚴重浪費，肥料利用率下降，同時還帶來環(huán)境污染等一系列問題[5]。因此，在不增加甚至是減少氮肥用量的條件下如何實現玉米單產持續(xù)增長，這是目前亟待解決的關鍵問題和技術難題。近年來，隨著耐密品種的出現和應用，盡管生產上通過增加種植密度來提高玉米單產已成事實[5-8]，但是由于地理環(huán)境及栽培措施等因素的差異和影響，密植增產幅度及其效果在地區(qū)之間仍存在很大差異[6，9-13]。

與此同時，隨著農業(yè)機械化普及與推廣，玉米機械粒收作為現代玉米生產關鍵技術，是國內外玉米收獲技術發(fā)展的主要方向。當前在我國東北、華北及黃淮海等玉米產區(qū)機械粒收的主要質量問題是籽粒破損率偏高，李少昆等[14-15]通過大量的田間實測數據分析表明，機械粒收籽粒破損率為8.56%～8.63%，遠高于5%的標準要求。而相關性分析結果表明，籽粒破損率與含水率關系密切，即機械收獲時籽粒水分偏高是導致籽粒破損率高的主要原因[14，16]。然而筆者在云南夏玉米生產區(qū)的研究發(fā)現，玉米通過適時晚收可顯著降低收獲時籽粒含水率，有效降低籽粒破損率，破損率在3.5%～4.6%，平均為4.25%[17]。同時卻發(fā)現，雖然通過晚收可有效控制籽粒破損率，但晚收玉米植株普遍易發(fā)倒折，倒折率為20.0%～65.0%[17]，嚴重影響機械收獲效率和機收質量，而倒折主要是因為植株感染莖腐病所導致。另外還發(fā)現，除了玉米莖腐病外穗粒腐病的發(fā)生也較為嚴重，穗粒腐病發(fā)病癥狀表現為穗軸和籽粒松軟霉變，而機械粒收對玉米籽粒及穗軸的抗性和性能都有嚴格要求。關于玉米莖腐病發(fā)病有學者曾發(fā)現施用鉀肥可顯著降低莖腐病發(fā)生，并系統(tǒng)闡述了鉀肥對玉米莖腐病的影響機理[18-19]，而對于生產上最常用的施氮水平及種植密度對玉米莖腐病和穗粒腐病發(fā)生的影響卻鮮有詳細報道。

本試驗通過優(yōu)化氮肥管理技術和增加種植密度來調控玉米群體結構，研究不同施氮模式和種植密度對玉米產量形成及影響機收質量的玉米莖腐病和穗粒腐病發(fā)病規(guī)律的影響，旨在為西南地區(qū)夏玉米實現綠色增產并利于機械化收獲提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試品種為當地主推玉米雜交種寶玉9號。供試氮肥為尿素，含氮≥463 g/kg;磷肥為過磷酸鈣，含P2O5≥120 g/kg;鉀肥為農用化肥硫酸鉀，含K2O≥500 g/kg。

1.2 試驗設計

試驗分別于2015，2016 年在云南省紅河州蒙自市文瀾鎮(zhèn)大臺子村進行，前茬作物為冬馬鈴薯。采用二因素裂區(qū)田間試驗設計方法，施氮模式(P)為主要因素，密度(D)為次要因素。施氮模式設2個水平，分別是傳統(tǒng)施氮模式(CNP)和氮肥減量間隔穴深施模式(RDNP)，2種施氮模式總施氮量分別為240，180 kg/hm2，氮肥均按底肥和追肥2次施入，施入量均占總量的50%，底肥在播種時開溝條施，而后期追肥方法不同。CNP模式：后期施氮按照當地傳統(tǒng)方法，即玉米大喇叭口時期，在雨季將肥料均勻淺施在玉米行之間，使其通過自然降雨淋溶達到施肥目的。RDNP模式：后期施氮采用間隔式穴深施方法，即玉米大喇叭口時期，用土壤打穴器每間隔2行并每行再間隔2株打洞開1穴，穴深15 cm左右，然后將肥料均勻施入穴內并覆土。密度設3個水平，分別為習慣稀植密度(D1，5.25萬株/hm2)和2個高密度(D2，6.75萬株/hm2和D3，8.25萬株/hm2)。3次重復，每小區(qū)種植8行，小區(qū)面積約為60 m2。各處理施磷量125 kg/hm2，施鉀量130 kg/hm2，全部磷和鉀肥于播種前一次性基施。全生育期內不噴施任何殺菌劑，水分管理和蟲草害防治技術均按高產栽培要求實施。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產量、產量構成及氮肥偏生產力 生理成熟期，代表性取樣10株，調查穗行數、行粒數，計算穗粒數，測定千粒質量等產量構成因素。在測產區(qū)域內除去小區(qū)兩端的2行及邊行，調查有效穗數，摘穗后人工脫粒，測鮮粒質量和含水率，并折算成含水率為14.0%的產量。氮肥偏生產力=施氮區(qū)產量/施氮量，單位為kg/kg。

1.3.2 干物質積累、葉面積指數和收獲指數 分別于八葉期(V8)、12葉期(V12)、吐絲期(R1)、乳熟期(R3)和生理成熟期(R6)代表性取樣4株，按莖、葉、苞葉、穗軸、籽粒等分樣，測定樣株所有綠葉長和寬，按“長×寬×系數”(未完全展開葉系數為0.50，展開為0.75)計算葉面積及葉面積指數。樣品105 ℃殺青后，置于75 ℃恒溫鼓風干燥箱烘至恒質量，稱量干物質質量。R6期結合干物質質量計算收獲指數。

1.3.3 葉片凈光合速率和SPAD值 分別于V12、R1和R3時期，采用Li-6400(LI-COR)便攜式光合儀測定凈光合速率(Pn)，測定時選擇晴天上午10：00-12：00進行。V12期，選取最上部完全展開葉，R1期和R3期，選取穗位葉，測定時選取靠近葉尖1/2的部位，避開中間葉脈，每小區(qū)連續(xù)測定7 株。

分別于V8、V12、R1、R3、R6時期，采用SPAD-502測量儀測定葉片SPAD值，用來表示葉綠素含量的相對值。R1期以前，選取植株上部全展葉進行測定，R1期及以后均選取穗位葉進行測定。測定時選取靠近葉片中部兩側外延區(qū)域，每小區(qū)連續(xù)測定15株。

1.3.4 玉米莖腐病和穗粒腐病的調查 生理成熟期前7 d，詳細調查玉米莖腐病和穗粒腐病。在調查病害區(qū)域除去小區(qū)兩端的2行和邊行，分別記錄總株數、發(fā)病株數及其發(fā)病植株級別，最后計算發(fā)病率和病情指數，發(fā)病率=(調查的發(fā)病株數/調查的總株數)×100%，病情指數=∑(各級病株數×各級代表值)/(調查總株數×最高級代表值)×100，發(fā)病級別按病害的相關標準要求進行。

1.4 數據統(tǒng)計與分析

數據處理及統(tǒng)計分析采用Microsoft Excel 2010和Statistica 8.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1 施氮模式和密度對玉米產量形成的影響

2.1.1 產量、收獲指數及氮肥偏生產力 由表1可知，2個不同施氮模式對玉米籽粒產量、生物產量及收獲指數影響均不產生顯著影響，而RDNP較CNP顯著提高了氮肥偏生產力，2 a平均提高33.7%，且年份之間無顯著差異。密植D2和D3較D1均能顯著提高籽粒產量和生物產量，2 a平均分別提高27.5%和37.2%，然而同是繼續(xù)增密1.5萬株/hm2，D2較D1籽粒產量2 a平均增加2.57 t/hm2，而D3較D2籽粒產量2 a平均僅增加0.91 t/hm2，因此，密植D3較D2繼續(xù)增產的幅度下降明顯。收獲指數在密度間的差異均不顯著。

表1 施氮模式和密度對玉米產量、收獲指數及氮肥偏生產力的影響Tab.1 Effects of nitrogen fertilizer management pattern and planting density on yield，harvest index and nitrogen partial productivity of maize

注：表中不同小寫字母表示在同一年度內各因素水平間0.05水平差異顯著；*.處理間達0.05水平差異顯著；**.處理間達0.01水平差異極顯著；ns.處理間在0.05 水平差異不顯著。表2-3同。

Note：Different lowercase letters indicate significantly different values;*.P<0.05; **.P<0.01; ns. Not significantly different. The same as Tab. 2-3.

2.1.2 產量構成因素 由表2可知，2個施氮模式對玉米有效穗數影響不顯著，而對穗粒數和千粒質量產生顯著影響。其中RDNP下的穗粒數雖然小于CNP，但是千粒質量卻顯著大于CNP，這說明RDNP可能是通過后期氮肥深施利于花后籽粒物質積累，增加粒質量，彌補前期穗粒數的不足。種植密度對有效穗數、穗粒數及千粒質量產生有顯著影響。有效穗數表現為隨密度增加而增加，穗粒數總體來看隨密度增加呈下降趨勢，其中D1、D2處理顯著大于D3處理，而D1和D2差異不顯著，且年份間差異也不顯著。千粒質量隨密度增加亦呈下降趨勢，但年份間有差異，2015年僅是D1和D3差異顯著，而2016年時D1和D2均與D3差異達到顯著性水平。總的來說，與D1相比，密植尤其是D3下的穗粒數顯著減少，穗粒質量降低，然而密植顯著增加的效穗數彌補穗粒質量不足，最終實現密植增產。施氮模式與密度互作效應的方差分析結果表明，施氮模式與密度互作處理間存在差異，其中有效穗數和穗粒數均達到極顯著差異，而千粒質量達到顯著差異。

表2 施氮模式和密度對玉米產量構成因素的影響Tab.2 Effects of nitrogen fertilizer management pattern and planting density on yield components of maize

2.1.3 葉面積指數、SPAD值和凈光合速率 由圖1的葉面積指數分析結果顯示，玉米吐絲期(R1)以前，CNP和RDNP間除了2016年D1下V12期差異不顯著以外，其余D1和D2下RDNP的葉面積指數均顯著小于CNP(P<0.05)，而D3下的差異不顯著(P>0.05);開花吐絲期以后，除了2016年D1和D2下R6期差異不顯著以外，其余各密度下RDNP的葉面積指數均顯著大于CNP(P<0.05)。由圖2的葉片SPAD值分析結果顯示，開花吐絲以前，CNP和RDNP間除了D3下的差異不顯著以外，總體來看其余的RDNP下葉片SPAD值小于CNP;開花吐絲期以后，各密度下RDNP的SPAD值均顯著大于CNP(P<0.05)。由圖3的凈光合速率分析結果表明，在密度一致的條件下開花吐絲期以前，RDNP下的凈光合速率顯著小于CNP(P<0.05)，而在開花吐絲期以后則又顯著大于CNP(P<0.05)，在密度方面表現為D2和D3下的凈光合速率均顯著小于D1(P<0.05)。根據以上分析結果不難看出，玉米前期施用底肥方法一致條件下，RDNP的氮肥減量在一定程度上會明顯降低玉米葉片SPAD值和凈光合速率，然而RDNP通過后期氮肥間隔穴深施又能有效延緩花后葉面積指數、葉片SPAD值和凈光合速率的衰減幅度，使花后形成相對較高的葉面積指數，相對提高光合生理性能，利于后期物質積累，進而彌補花前不足，這進一步為表2中的2種不同施氮模式的穗粒數和粒質量存有差異提供依據。

圖中不同小寫字母表示在同一生育時期內不同施氮模式間0.05水平差異顯著。圖2-3同。Different lowercase letters indicate that there was a significant difference in 0.05 level among different nitrogen fertilizer management pattern in the same growth stage. The same as Fig.2-3.

圖2 不同密度下施氮模式對玉米不同生育時期葉片SPAD值的影響Fig.2 Effects of nitrogen fertilizer management pattern on leaf SPAD values of maize at different growth stages in different planting density

圖3 施氮模式和密度對玉米不同生育時期凈光合速率(Pn)的影響Fig.3 Effects of nitrogen fertilizer management pattern and planting density on net photosynthetic rate of maize at different growth stages

2.2 施氮模式和密度對玉米莖腐病和穗粒腐病發(fā)病的影響

由表3的分析結果可知，不同的施氮模式對玉米莖腐病發(fā)病產生有顯著影響，其中RDNP可顯著降低玉米莖腐病的發(fā)病率(2015年)和病情指數(2016年)，2 a平均分別比CNP下降了4.8百分點和26.8%，而總體來說卻對穗粒腐病的影響不顯著。密度對莖腐病和穗粒腐病發(fā)病影響顯著，但密植D2和D3對莖腐病和穗粒腐病的影響效果并不一致，密植D3條件下的玉米莖腐病和穗粒腐病均表現嚴重，其中莖腐病的發(fā)病率和病情指數2 a平均分別是D1的3.0，1.9倍，穗粒腐病為2.5，2.3倍，而D2與D1的差異不顯著。

表3 施氮模式和密度對玉米莖腐病和穗粒腐病發(fā)生的影響Tab.3 Effects of nitrogen fertilizer management pattern and planting density on maize stalk rot and ear and kernel rot

3 結論與討論

3.1 氮肥減量及深施對玉米產量形成的影響

氮素是作物需求量最大的營養(yǎng)元素。研究指出氮肥減量會使玉米花后中下層葉片加速凋亡，減小穗上葉光合速率、葉面積指數和光合勢，降低干物質積累總量，最終影響產量[2，20-21]。從產量構成因素角度分析，氮肥對產量的影響主要體現在穗粒數和穗粒質量上，氮肥減量會顯著抑制穗粒數和穗粒質量的增加[3，22]，使玉米減產。從肥料利用角度看，氮肥減施雖可提高氮肥偏生產力[2]和氮肥利用效率[20，23]，卻降低籽粒對氮素的吸收利用率[24]、氮素同化量[25]和氮素轉運效率[2]，最終影響產量。有研究表明，在氮肥用量不變的條件下通過氮肥深施可有效降低氨揮發(fā)，減少氮素表觀損失[26]，提高葉面積指數、光合勢、干物質積累總量及花后干物質貢獻率，表現為增產[26-28]。但也有研究表明，氮肥通過一次性深施會降低氮吸收總量，反而不利于增產[4，29]。本次的試驗結果表明，在氮肥減量的同時再結合后期氮肥隔行穴深施對玉米產量影響不顯著，即表現為既不增產也不減產，這與前人[2-3，20-22，26-27]的研究結果不盡一致，造成這種結果不一致的主要原因可能與施氮總量、氮肥減施幅度以及施肥方法的差異有關。因此，在實施氮肥減量時一是要根據地力水平及目標產量合理制定施氮量，二是有必要對施肥方法進行科學優(yōu)化和改進，這將對穩(wěn)定玉米產量和提升肥料利用效率具有重要的現實意義。

3.2 密度對玉米產量形成的影響

大量研究結果表明，玉米通過增加種植密度會推遲雌穗小花分化，減少小花發(fā)育總數[30]，降低穗粒數、千粒質量[6，31-32]和穗粒質量[6]，減小下層葉片葉綠素含量[33]、葉片SPAD值[34]、凈同化率[31]及凈光合速率[32，34]，降低單株干物質積累量[8，10]。但是適度增密可顯著增加單位面積上的有效穗數[31-32]，提高葉面積指數[6，31-32，34]、總光合勢[6]和干物質積累總量[10]，從而顯著增產。本次試驗結果證實了以上說法，這與前人研究結果是基本一致的。這充分說明增密雖降低玉米個體質量，但顯著增加的群體數量彌補個體不足，最終達到增密增產。然而本次試驗的結果還得出，種植密度從6.75萬株/hm2再增加到8.25萬株/hm2時，其繼續(xù)增產幅度將大幅下降，同時玉米病害明顯加重，密植增產的效果下降趨勢明顯。故生產上應根據本區(qū)域具體的環(huán)境生態(tài)條件進行適度密植，這是實現玉米密植增產的關鍵，不可盲目性增密。

3.3 氮肥減量深施和密度對玉米莖腐病和穗粒腐病發(fā)病的影響

從影響玉米機收質量角度分析，玉米感染莖腐病后莖稈組織軟化[18]，機械力學強度下降，植株后期易發(fā)倒伏和倒折，進而降低機收作業(yè)效率及增加落地籽粒損失率，玉米莖腐病發(fā)生嚴重時，果穗松軟下垂，籽粒與穗軸連接力變大，不易脫粒，籽粒破損率和含雜率增大。根據玉米機械粒收實測的分析結果來看，機收籽粒中的雜質主要是破碎的穗軸，故穗軸的生物學和機械力學特性是影響含雜率大小的關鍵因素[35]，玉米發(fā)生穗粒腐病后，穗軸及籽粒后期生理脫水特性失調，表現出霉變松軟含水率變大[36]，籽粒機收時籽粒的清選難度加大。本次試驗結果表明，與傳統(tǒng)施氮模式相比，氮肥減量間隔穴深施模式可顯著降低玉米莖腐病發(fā)病，而對穗粒腐病影響不顯著，然而對其的作用機理尚需深入探究。種植密度對玉米莖腐病和穗粒腐病影響的分析表明，種植密度增加到8.25萬株/hm2時，玉米莖腐病和穗粒腐病的發(fā)病較6.75萬株/hm2密度下均有明顯升高，增加植株后期倒伏和倒折風險，對機收不利。

綜合以上分析，氮肥減量間隔穴深施的施氮模式結合6.75萬株/hm2的種植密度在減少氮肥用量的同時還可使玉米顯著增產，提高肥料利用效率，有效控制玉米莖腐病及穗粒腐病的發(fā)生，可為西南地區(qū)夏玉米實現綠色增產并利于機械化收獲提供理論依據。