程 乙 劉 鵬,* 劉玉文 龐尚水 董樹亭 張吉旺 趙 斌 任佰朝

黃淮海區(qū)域現(xiàn)代夏玉米品種產(chǎn)量與養(yǎng)分吸收規(guī)律

程 乙1劉 鵬1,*劉玉文2龐尚水3董樹亭1張吉旺1趙 斌1任佰朝1

1作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 山東泰安 271018;2商河縣農(nóng)業(yè)局, 山東濟(jì)南 251600;3濟(jì)南新綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司, 山東濟(jì)南 251619

為玉米合理施肥, 實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效提供理論依據(jù), 2016年在濟(jì)南商河國家農(nóng)作物新品種展示示范中心和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn), 于玉米完熟期進(jìn)行植株取樣, 測(cè)定產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和植株礦質(zhì)元素含量, 探究黃淮海區(qū)域現(xiàn)代夏玉米品種的產(chǎn)量與養(yǎng)分吸收規(guī)律。探測(cè)分析和正態(tài)分布檢測(cè)結(jié)果表明單株生產(chǎn)力、單株生物產(chǎn)量、千粒重和籽粒產(chǎn)量分別符合正態(tài)分布N (167.0, 22.722)、N (285.0, 33.472)、N (318.0, 35.752)和N (10.9, 1.502), 其變化范圍為141.55~246.99 g 株–1、197.68~389.92 g 株–1、226.58~413.76 g和5.84~13.41 t hm–2。每生產(chǎn)100 kg籽粒氮素需求量平均為1.95 kg, 單位籽粒氮素需求量隨籽粒產(chǎn)量提高呈降低趨勢(shì)。當(dāng)產(chǎn)量水平由<7.0 t hm–2增加到8.0~9.0 t hm–2時(shí), 每生產(chǎn)100 kg籽粒氮素需求量從2.15 kg降低到1.96 kg, 主要是收獲指數(shù)升高和籽粒氮濃度降低造成的; 當(dāng)產(chǎn)量水平由8.0~9.0 t hm–2增加到10.0~11.0 t hm–2時(shí), 每生產(chǎn)100 kg籽粒氮素需求量從1.96 kg降低到1.84 kg, 主要是籽粒氮濃度降低造成的; 當(dāng)產(chǎn)量水平由10.0~11.0 t hm–2增加到>11.0 t hm–2時(shí), 單位籽粒氮素需求量基本不再變化。生產(chǎn)100 kg玉米籽粒的磷素需求量平均為0.97 kg, 其與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 從產(chǎn)量水平<7.0 t hm–2的1.07 kg下降到產(chǎn)量水平>11.0 t hm–2的0.92 kg, 這是由收獲指數(shù)升高和籽粒磷濃度降低造成的。生產(chǎn)100 kg玉米籽粒鉀素需求量平均為1.89 kg, 其與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 從產(chǎn)量水平<7.0 t hm–2的2.14 kg下降到產(chǎn)量水平>11.0 t hm–2的1.74 kg, 這是由收獲指數(shù)升高、莖稈鉀濃度增加和葉片鉀濃度降低造成的。當(dāng)前黃淮海區(qū)域現(xiàn)代玉米品種籽粒產(chǎn)量為(8.91±1.23) t hm–2, 生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量的變化范圍分別為(1.95±0.24)、(0.97±0.11)和(1.89±0.28) kg。氮磷鉀需求量隨產(chǎn)量的提高而增加, 但每生產(chǎn)100 kg籽粒產(chǎn)量的氮素、磷素和鉀素需求量隨著產(chǎn)量升高而下降。

黃淮海區(qū)域; 玉米; 產(chǎn)量水平; 籽粒產(chǎn)量; 養(yǎng)分吸收

氮、磷、鉀是植物生長必需的大量元素, 提高作物氮、磷、鉀肥利用效率可降低肥料用量、減少生產(chǎn)成本。在我國糧食生產(chǎn)中, 為了提高作物產(chǎn)量滿足日益增長的糧食需求, 增施肥料已成為重要措施; 但大量施用化肥、不合理施肥現(xiàn)象相當(dāng)普遍[1-2]。不合理施肥導(dǎo)致養(yǎng)分利用效率降低[1], 不僅造成生產(chǎn)成本增加和資源浪費(fèi), 還導(dǎo)致溫室氣體排放增加、地下水污染和湖泊、海洋富營養(yǎng)化, 給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力[3-5]。如何在耕地資源緊張的剛性條件下協(xié)同提高籽粒產(chǎn)量與肥料利用效率, 降低糧食生產(chǎn)帶來的溫室氣體排放、面源污染等負(fù)面效應(yīng), 實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)與高效協(xié)同成為當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)注的重大問題[1,3,6]。

玉米是我國第一大糧食作物, 對(duì)保障糧食安全具有重要作用。自1950年至今, 我國玉米經(jīng)歷了從傳統(tǒng)農(nóng)家種到雙交種再到單交種的3個(gè)發(fā)展階段[7]; 從1985年到2012年, 我國玉米種植面積增長97%, 產(chǎn)量增加2.2倍, 成為我國總產(chǎn)增長最快的農(nóng)作物[8]。玉米品種遺傳改良及肥料投入是玉米增產(chǎn)因子中最重要的因素[9]。玉米養(yǎng)分積累與分配規(guī)律是科學(xué)施肥的重要理論依據(jù), 研究玉米養(yǎng)分吸收利用特性, 依據(jù)玉米需肥特性合理施肥, 對(duì)提高產(chǎn)量和肥料利用率、降低面源污染具有重要意義。前人從品種演替角度對(duì)不同品種的產(chǎn)量性狀[10-11]、形態(tài)特征[12-13]、生理特性[14-15]、抗逆性[16-17]等方面做過較系統(tǒng)的研究。本試驗(yàn)對(duì)當(dāng)前我國黃淮海區(qū)域近年來審定或?qū)⒁獙彾ǖ?90個(gè)玉米品種, 通過在其適宜種植密度發(fā)揮各品種生產(chǎn)潛力的條件下, 研究產(chǎn)量性狀和養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系, 旨在探明玉米品種的產(chǎn)量和養(yǎng)分利用分布狀況, 以期為玉米高產(chǎn)高效品種選育和科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2016年在濟(jì)南商河國家農(nóng)作物新品種展示示范中心和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 選用我國黃淮海區(qū)域近年來審定或?qū)⒁獙彾ǖ?90個(gè)玉米品種(附表1), 6月10日播種, 9月30日收獲。采用各品種適宜的種植密度在同一高肥力地塊上種植, 生育期間有效積溫為1804.0℃, 降雨量為812.7 mm。播種前0~20 cm土層含有機(jī)質(zhì)15.76 g kg–1、全氮1.52 g kg–1、堿解氮95.26 mg kg–1、速效磷22.30 mg kg–1、速效鉀115.26 mg kg–1。播種前統(tǒng)一基施復(fù)合肥料(N∶P2O5∶K2O = 15∶15∶15) 300 kg hm–2, 小喇叭口期追施尿素150 kg hm–2, 大喇叭口期追施尿素150 kg hm–2。生長期間給予良好水分管理和田間病蟲害防治, 以充分發(fā)揮品種的生產(chǎn)潛力。小區(qū)面積6 m × 10 m, 品種隨機(jī)排列, 3次重復(fù)。

1.2 測(cè)定方法

玉米籽粒完熟期(籽粒乳線消失、基部出現(xiàn)黑層), 在每個(gè)小區(qū)中心位置收獲9 m2范圍內(nèi)的全部果穗, 測(cè)定單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重, 最終折算為14%含水量時(shí)的籽粒產(chǎn)量。每處理取9株, 按照莖稈(含雄穗和穗軸)、葉片(含苞葉)、籽粒分成3個(gè)部分, 于105℃殺青30 min后, 在80℃的烘箱中烘至恒重, 分別稱重、測(cè)定各部分干重, 計(jì)算單株干物質(zhì)積累量和籽粒產(chǎn)量。將烘干樣品粉粹后過60號(hào)篩, 用于測(cè)定養(yǎng)分含量。采用濃H2SO4-H2O2消煮, 采用BRAN＋LUEBBE III型(德國)連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定全氮和全磷含量, Sherwood M410型火焰光度計(jì)測(cè)定全鉀含量。

1.3 計(jì)算方法

收獲指數(shù)(%) = 籽粒產(chǎn)量/地上部生物量×100

氮素(磷素或鉀素)籽粒生產(chǎn)效率(kg kg–1) = 籽粒產(chǎn)量/地上部整株氮素(磷素或鉀素)積累總量

氮素(磷素或鉀素)收獲指數(shù)(%) = 單株籽粒氮素(磷素或鉀素)積累量/地上部整株氮素(磷素或鉀素)積累總量×100

采用SPSS 18.0 for Windows進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算處理和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及相關(guān)性狀

利用SPSS 18.0 for Windows探測(cè)分析(Explore)功能考察390個(gè)玉米品種的單株籽粒產(chǎn)量、單株生物產(chǎn)量、千粒重和籽粒產(chǎn)量的分布特征, 探測(cè)過程形成的箱圖(Boxplots)見圖1, 經(jīng)Kolmogorov-Smirnov正態(tài)分布測(cè)試檢測(cè)和產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)的觀測(cè), 其與預(yù)期積累分布之間無顯著差異, 均符合正態(tài)分布(圖2)。

390個(gè)玉米品種單株籽粒產(chǎn)量符合正態(tài)分布N (167.0, 22.722)(圖1-a, 圖2-a), 出現(xiàn)2個(gè)極高奇異值(金來98, 246.99 g 株–1和丹玉405, 231.53 g 株–1), 偏度(Skewness)為0.150±0.124, 峰度(Kurtosis)為0.006±0.247, 最小值為141.55 g株–1, 最大值為246.99 g株–1, 平均單株生產(chǎn)力為(167.02±22.72) g株–1, 變異系數(shù)(CV)為0.14。95%置信區(qū)間內(nèi)平均單株籽粒產(chǎn)量為164.76~169.28 g 株–1。

單株生物量符合正態(tài)分布N (285.0, 33.472)(圖1-b, 圖2-b), 出現(xiàn)2個(gè)極高奇異值(泉玉217, 389.92 g 株–1和丹玉405, 376.70 g株–1), 偏度為0.198±0.124,峰度為?0.136±0.247, 最小值為197.68 g株–1, 最大值為389.92 g 株–1, 平均單株生物量為(285.04±33.47)g 株–1, 變異系數(shù)(CV)為0.12。95%置信區(qū)間內(nèi)平均單株生物量為281.71~288.38 g 株–1。

千粒重符合正態(tài)分布N (318.0, 35.752)(圖1-c, 圖2-c), 偏度為0.056±0.124, 峰度為0.162±0.247, 最小值為226.58 g, 最大值為413.76 g, 平均千粒重為(317.97±35.75) g,變異系數(shù)(CV)為0.11。95%置信區(qū)間內(nèi)平均千粒重為314.41~321.53 g。

圖1 產(chǎn)量相關(guān)性狀分布的探測(cè)分析箱圖

圖2 產(chǎn)量相關(guān)性狀的頻數(shù)分布與正態(tài)分布曲線

籽粒產(chǎn)量符合正態(tài)分布N (8.9, 1.232)(圖1-d, 圖2-d), 出現(xiàn)1個(gè)極高奇異值(明科玉2號(hào), 13.41 t hm–2),偏度(Skewness)為0.162±0.124, 峰度(Kurtosis)為?0.034±0.247, 最小值為5.84 t hm–2, 最大值為13.41 t hm–2, 平均籽粒產(chǎn)量為(8.91±1.23) t hm–2, 變異系數(shù)(CV)為0.14。95%置信區(qū)間內(nèi)平均籽粒產(chǎn)量為8.79~9.03 t hm–2。

為了進(jìn)一步明確氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收與產(chǎn)量的關(guān)系, 將390個(gè)品種根據(jù)籽粒產(chǎn)量水平劃分為<7.0、7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~10.0、10.0~11.0、>11.0 t hm–2六類(表1)。其中產(chǎn)量范圍<7.0 t hm–2的樣本量為20, 平均產(chǎn)量為(6.52±0.35) t hm–2; 產(chǎn)量范圍7.0~8.0 t hm–2的樣本量為74, 平均產(chǎn)量為(7.56±0.28) t hm–2; 產(chǎn)量范圍8.0~9.0 t hm–2的樣本量為117, 平均產(chǎn)量為(8.54±0.28) t hm–2; 產(chǎn)量范圍9.0~10.0 t hm–2的樣本量為105, 平均產(chǎn)量為(9.47±0.28) t hm–2; 產(chǎn)量范圍10.0~11.0 t hm–2的樣本量為53, 平均產(chǎn)量為(10.41±0.28) t hm–2; 產(chǎn)量范圍>11.0 t hm–2的樣本量為21, 平均產(chǎn)量為(11.47±0.54) t hm–2。生物量平均為(18.58±2.21) t hm–2, 各產(chǎn)量水平下生物量平均分別為14.84、16.50、17.96、19.38、20.89和22.41 t hm–2; 收獲指數(shù)平均為(54.09±3.60)%, 各產(chǎn)量水平下收獲指數(shù)平均分別為49.86%、51.92%、53.80%、55.08%、56.06%和57.48%, 生物量和收獲指數(shù)隨產(chǎn)量的提高而顯著增加, 相關(guān)系數(shù)分別為0.855和0.508 (<0.01,圖3, 表2)。

表1 不同產(chǎn)量水平下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)分布

圖3 不同產(chǎn)量水平夏玉米品種的收獲期生物量和收獲指數(shù)變化

圖中實(shí)線表示中值, 虛線表示平均值, 箱型邊界表示75%和25%的四分位數(shù), 上下邊緣表示90和10百分位數(shù), 圓圈表示95和5百分位數(shù)。

The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

表2 產(chǎn)量相關(guān)性狀與氮素吸收相關(guān)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)

**相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙側(cè))。*相關(guān)性在0.05概率水平上顯著(雙側(cè))。

**Correlation is significant at the 0.01 probability level (2-tailed).*Correlation is significant at the 0.05 probability level (2-tailed).

2.2 夏玉米礦質(zhì)元素吸收利用規(guī)律

2.2.1 夏玉米氮素需求特征 籽粒產(chǎn)量與地上部吸氮量呈顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)0.622 (<0.01, 圖4-a, 表3)。每生產(chǎn)100 kg玉米籽粒氮素需求量平均為(1.95±0.24) kg, 在<7.0、7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~ 10.0、10.0~11.0、>11.0 t hm–2產(chǎn)量水平下籽粒氮素需求量平均分別為2.15、2.09、1.96、1.88、1.84和1.80 kg (圖4-b), 每生產(chǎn)100 kg籽粒氮素需求量與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)?0.402 (<0.01, 表3)。氮素籽粒生產(chǎn)效率平均為(52.19±6.51) kg kg–1, 各產(chǎn)量水平下平均氮素籽粒生產(chǎn)效率分別為47.09、48.51、51.91、53.82、55.05和56.14 kg kg–1, 隨著產(chǎn)量水平的提高而增加(圖5-a), 而氮收獲指數(shù)平均為(58.35±4.27)%, 各產(chǎn)量水平下平均氮收獲指數(shù)分別為55.84%、56.99%、58.61%、58.79%、58.74%和60.81% (圖5-b)。莖稈和葉片氮濃度在產(chǎn)量水平<7.0 t hm–2時(shí)分別為5.58 g kg–1和9.43g kg–1左右, 產(chǎn)量水平>7.0 t hm–2時(shí)則在5.95 g kg–1和11.86 g kg–1左右; 籽粒氮濃度平均為(9.66±1.16) g kg–1, 各產(chǎn)量水平的平均籽粒氮濃度分別為10.12、10.03、9.76、9.45、9.26和9.43 g kg–1(表3), 籽粒氮濃度與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)?0.235 (<0.01, 表3)。

圖4 籽粒產(chǎn)量與地上部吸氮量的關(guān)系和各產(chǎn)量水平下單位籽粒氮素需求量

圖a中實(shí)線表示擬合曲線, 虛線表示95%預(yù)測(cè)區(qū)間,**顯著性為<0.01; 圖b中實(shí)線表示中值, 虛線表示平均值, 箱型邊界表示75%和25%的四分位數(shù), 上下邊緣表示90和10百分位數(shù), 圓圈表示95和5百分位數(shù)。

(a) The solid line represents the relationship and the dashed lines represent the prediction range (=0.95),**significant at< 0.01; The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. (b) The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

表3 夏玉米各產(chǎn)量水平下的植株莖稈、葉片和籽粒氮濃度

圖5 各產(chǎn)量水平下的氮素籽粒生產(chǎn)率和氮素收獲指數(shù)

圖中實(shí)線表示中值, 虛線表示平均值, 箱型邊界表示75%和25%的四分位數(shù), 上下邊緣表示90和10百分位數(shù), 圓圈表示95和5百分位數(shù)。

The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

夏玉米每生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素需求量隨著產(chǎn)量水平提高而降低的趨勢(shì)可分為3個(gè)階段。第一階段為從籽粒產(chǎn)量水平由<7.0 t hm–2增加到8.0~ 9.0 t hm–2, 籽粒產(chǎn)量提升是地上部生物量和收獲指數(shù)共同提高的結(jié)果。在此階段, 產(chǎn)量由6.52 t hm–2增加到8.54 t hm–2提高了31.05%, 而地上部生物量從14.84 t hm–2增加到17.96 t hm–2提高了20.96%, 收獲指數(shù)則從49.86%增加到53.80%提高了7.90%。由于收獲指數(shù)的增加, 同時(shí)籽粒氮濃度從10.12 g kg–1降低到9.76 g kg–1, 導(dǎo)致每生產(chǎn)100 kg籽粒氮素需求量從2.15 kg降低到1.96 kg。第二階段為產(chǎn)量水平從8.0~9.0 t hm–2增加到10.0~11.0 t hm–2, 該階段地上部生物量由17.96 t hm–2提高到20.89 t hm–2, 提高幅度為16.35%, 而收獲指數(shù)變化較小, 從53.80%增加到56.06%僅僅提高了4.20%, 籽粒產(chǎn)量的提升主要是由于地上部生物量的提高。籽粒氮濃度從9.76 g kg–1降低到9.26 g kg–1, 導(dǎo)致每生產(chǎn)100 kg籽粒氮素需求量從1.96 kg降低到1.84 kg。第三階段為產(chǎn)量水平從10.0~11.0 t hm–2增加到>11.0 t hm–2, 籽粒產(chǎn)量的提升主要是由于地上部生物量的提高, 而收獲指數(shù)不變。由于籽粒氮濃度變化不大, 單位籽粒氮素需求量無顯著變化。說明夏玉米地上部吸氮量隨著產(chǎn)量水平的升高而升高, 但每生產(chǎn)100 kg籽粒氮素需求量隨著產(chǎn)量水平的升高而降低, 這主要是由收獲指數(shù)的增加和籽粒氮濃度的降低引起的。

2.2.2 夏玉米磷素需求特征 籽粒產(chǎn)量與地上部吸磷量呈顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)0.667 (<0.01, 圖6-a, 表4)。每生產(chǎn)100 kg玉米籽粒磷素需求量平均為(0.97±0.11) kg, 在<7.0、7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~10.0、10.0~11.0、>11.0 t hm–2產(chǎn)量水平下籽粒磷素需求量平均分別為1.07、1.04、0.97、0.94、0.92和0.92 kg (圖6-b), 每生產(chǎn)100 kg籽粒磷素需求量與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)?0.396 (<0.01, 表4)。磷素籽粒生產(chǎn)效率平均為(104.35± 11.77) kg kg–1, 各產(chǎn)量水平下平均磷素籽粒生產(chǎn)效率分別為94.63、97.44、104.20、107.46、109.76和109.66 kg kg–1, 而各產(chǎn)量水平下平均磷收獲指數(shù)分別為51.53%、53.77%、55.02%、55.98%、57.44%和58.12%, 二者均隨著產(chǎn)量水平的提高而提高(圖7)。莖稈、葉片、籽粒磷濃度在不同產(chǎn)量水平下變化幅度較小, 分別為(3.96±0.47)、(4.62±0.57)、(4.57±0.49) g kg–1(表5), 其中籽粒磷濃度與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)?0.120 (<0.05, 表4)。可見, 夏玉米地上部吸磷量隨著產(chǎn)量水平的升高而升高, 但是每生產(chǎn)100 kg籽粒磷素需求量隨著產(chǎn)量水平的升高而降低, 造成這一結(jié)果的主要原因是收獲指數(shù)的增加和籽粒磷濃度的降低。

圖6 籽粒產(chǎn)量與地上部吸磷量的關(guān)系和各產(chǎn)量水平下單位籽粒磷素需求量

圖a中實(shí)線表示擬合曲線, 虛線表示95%預(yù)測(cè)區(qū)間,**顯著性為<0.01; 圖b中實(shí)線表示中值, 虛線表示平均值, 箱型邊界表示75%和25%的四分位數(shù), 上下邊緣表示90和10百分位數(shù), 圓圈表示95和5百分位數(shù)。

(a) The solid line represents the relationship and the dashed lines represent the prediction band (= 0.95),**significant at< 0.01; The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. (b) The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

表4 產(chǎn)量相關(guān)性狀與磷素吸收相關(guān)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)

**相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙側(cè))。*相關(guān)性在0.05水平上顯著(雙側(cè))。

**Correlation is significant at the 0.01 probability level (2-tailed).*Correlation is significant at the 0.05 probability level (2-tailed).

表5 夏玉米各產(chǎn)量水平下的植株莖稈、葉片和籽粒磷濃度

(續(xù)表5)

圖7 各產(chǎn)量水平下的磷素籽粒生產(chǎn)率和磷素收獲指數(shù)

圖中實(shí)線表示中值, 虛線表示平均值, 箱型邊界表示75%和25%的四分位數(shù), 上下邊緣表示90和10百分位數(shù), 圓圈表示95和5百分位數(shù)。

The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

2.2.3 夏玉米鉀素需求特征 籽粒產(chǎn)量與地上部需鉀量呈顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)0.504 (<0.01, 圖8-a, 表6)。每生產(chǎn)100 kg玉米籽粒鉀素需求量平均為(1.89±0.28) kg, 在<7.0、7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~ 10.0、10.0~11.0、>11.0 t hm–2產(chǎn)量水平下籽粒鉀素需求量平均分別為2.14、2.04、1.93、1.80、1.74和1.74 kg (圖8-b), 每生產(chǎn)100 kg籽粒鉀素需求量與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)?0.411 (<0.01, 表6)。鉀素籽粒生產(chǎn)效率平均為(54.10±7.92) kg kg–1, 各產(chǎn)量水平下平均鉀素籽粒生產(chǎn)效率分別為47.73、50.06、52.85、56.58、58.38和58.24 kg kg–1, 鉀素籽粒生產(chǎn)效率隨著產(chǎn)量水平提高而提高, 而各產(chǎn)量水平下平均鉀收獲指數(shù)分別為15.02%、15.67%、15.72%、17.07%、17.01%和16.66%, 呈先升高后降低的趨勢(shì)(圖9)。莖稈鉀濃度平均為(15.49±2.65) g kg–1, 各產(chǎn)量水平下平均莖稈鉀濃度分別為14.52、15.24、15.53、15.45、15.60和16.92 g kg–1(表7), 其與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)0.118 (<0.05, 表6); 葉片鉀濃度平均為(14.99±2.65) g kg–1, 各產(chǎn)量水平下平均葉片鉀濃度分別為15.58、15.33、15.63、14.37、14.32和14.47 g kg–1, 其與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)達(dá)?0.175 (<0.01); 籽粒鉀濃度為(2.58±0.43) g kg–1, 在不同產(chǎn)量水平下變化幅度較小。可見, 夏玉米地上部吸鉀量隨產(chǎn)量水平升高而升高, 但是每生產(chǎn)100 kg籽粒鉀素需求量隨產(chǎn)量水平升高而降低, 造成這一結(jié)果的主要原因是收獲指數(shù)和莖稈鉀濃度的增加以及葉片鉀濃度的降低。

圖8 籽粒產(chǎn)量與地上部吸鉀量的關(guān)系和各產(chǎn)量水平下單位籽粒鉀素需求量

圖a中實(shí)線表示擬合曲線, 虛線表示95%預(yù)測(cè)區(qū)間,**顯著性為<0.01; 圖b中實(shí)線表示中值, 虛線表示平均值, 箱型邊界表示75%和25%的四分位數(shù), 上下邊緣表示90和10百分位數(shù), 圓圈表示95和5百分位數(shù)。

(a) The solid line represents the relationship and the dashed lines represent the prediction band (=0.95),**significant at<0.01; The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. (b) The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

圖9 各產(chǎn)量水平下的鉀素籽粒生產(chǎn)率和鉀素收獲指數(shù)

圖中實(shí)線表示中值, 虛線表示平均值, 箱型邊界表示75%和25%的四分位數(shù), 上下邊緣表示90和10百分位數(shù), 圓圈表示95和5百分位數(shù)。

The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

表6 產(chǎn)量相關(guān)性狀與鉀素吸收相關(guān)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)

(續(xù)表6)

**相關(guān)性在0.01水平上顯著(雙側(cè))。*相關(guān)性在0.05概率水平上顯著(雙側(cè))。

**Correlation is significant at the 0.01 probability level (2-tailed).*Correlation is significant at the 0.05 probability level (2-tailed).

表7 夏玉米各產(chǎn)量水平下的植株莖稈、葉片和籽粒鉀濃度

3 討論

養(yǎng)分吸收是生物量積累的基礎(chǔ), 也是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。生育期內(nèi)充足的養(yǎng)分供應(yīng)是夏玉米獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。增施肥料已成為獲得作物高產(chǎn)的重要措施, 但由于玉米耐肥性強(qiáng), 近年來玉米化肥超量施用問題日益嚴(yán)重, 化肥投入過高、肥料利用率極低不僅降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益, 還造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[6,18]。了解玉米的養(yǎng)分需求規(guī)律有助于確定生產(chǎn)中資源投入總量, 實(shí)現(xiàn)總量控制, 避免養(yǎng)分投入不足或過量, 以充分挖掘產(chǎn)量潛力、實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。大量研究表明, 作物的養(yǎng)分需求本質(zhì)上由其生物學(xué)特性決定, 但會(huì)受到品種、產(chǎn)量水平、肥料用量等因素的影響[19-22]。胡昌浩等[23]在夏玉米產(chǎn)量水平為6.21 t hm–2時(shí), 生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量分別為2.98、1.32和2.58 kg。本試驗(yàn)中, 產(chǎn)量在<7.0 t hm–2(5.84~6.98 t hm–2)范圍內(nèi), 每生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量分別為(2.15±0.26)、(1.07±0.12)和(2.14±0.30) kg, 這一結(jié)果與胡昌浩等[23]報(bào)道相比, 單位籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量分別下降了27.82%、18.99%和17.18%。出現(xiàn)這種差異的原因可能是品種更替過程中對(duì)養(yǎng)分吸收和分配不同造成的。而佟屏亞等[24]在緊湊型夏玉米“掖單12”產(chǎn)量水平為10.41 t hm–2的試驗(yàn)結(jié)果顯示, 生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量分別為1.76、0.67和1.13 kg。而本文中, 產(chǎn)量在10.0~11.0 t hm–2(10.03~10.93 t hm–2)范圍內(nèi), 每生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量分別為 (1.84±0.21)、(0.92±0.08)和(1.74±0.21) kg。造成差異的原因可能是本試驗(yàn)中該產(chǎn)量水平的現(xiàn)代品種種植密度為75,000株 hm–2左右, 而上述試驗(yàn)種植密度為105,000株 hm–2, 品種特性和田間管理不同影響夏玉米養(yǎng)分需求特征。陳國平等[25]將全國66個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)資料加權(quán)平均得出生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量分別為2.68、1.13和2.36 kg。Liu等[26]對(duì)1985—1995年中國玉米產(chǎn)區(qū)的研究結(jié)果顯示, 生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量分別為2.58、0.98和2.77 kg。Xu等[27]收集和分析2001—2010年中國玉米產(chǎn)區(qū)田間數(shù)據(jù), 采用QUEFTS模型預(yù)測(cè)在產(chǎn)量達(dá)到潛在產(chǎn)量的60%~70%之前平衡營養(yǎng)元素,糧食產(chǎn)量將呈線性增長; 在這線性區(qū)間, 每生產(chǎn)100 kg夏玉米籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量分別為2.03、1.01和1.91 kg。在本試驗(yàn)中, 基于黃淮海區(qū)域適宜的施肥條件和種植密度, 390個(gè)現(xiàn)代夏玉米品種的平均籽粒產(chǎn)量在(8.91±1.23) t hm–2, 生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量的變化范圍分別為(1.95±0.24)、(0.97±0.11)和(1.89±0.28) kg。本研究結(jié)果在范圍上較21世紀(jì)之前的舊品種有所降低, 而與21世紀(jì)之后的研究較為一致; 隨著年代推進(jìn), 品種更替, 現(xiàn)代夏玉米品種的單位籽粒氮素、磷素和鉀素需求量是降低的, 在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)考慮適當(dāng)降低磷肥、鉀肥的施用量。

本研究表明每生產(chǎn)100 kg籽粒氮、磷和鉀素需求量隨著產(chǎn)量水平升高而降低, 岳善超[28]和Hou等[21]的研究結(jié)果也表現(xiàn)出類似的趨勢(shì)。當(dāng)前單位籽粒的需氮量和需磷量的下降可能與品種演變和收獲指數(shù)提高有關(guān)[21]。本研究中, 單位籽粒的氮和磷素需求量降低主要是收獲指數(shù)的增加和氮、磷濃度的下降所致, 尤其是籽粒氮、磷濃度的下降。收獲指數(shù)與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān), 隨著產(chǎn)量水平由<7.0 t hm–2增加到>11.0 t hm–2, 收獲指數(shù)由49.86%增加到57.48%。籽粒氮、磷濃度均與籽粒產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)分別為?0.235和?0.120 (<0.05)。然而與氮、磷不同的是, 單位籽粒的鉀素需求量隨產(chǎn)量升高而降低的原因主要是莖稈鉀濃度的上升和葉片鉀濃度的下降。吳良泉等[22]也揭示了相似的規(guī)律, 他指出夏玉米籽粒中鉀濃度一般維持在3.0 g kg–1, 而秸稈鉀濃度由產(chǎn)量<8 t hm–2下的14.0 g kg–1增加到產(chǎn)量>12 t hm–2下的18.1 g kg–1。

養(yǎng)分籽粒生產(chǎn)效率反映作物如何高效利用養(yǎng)分積累生產(chǎn)籽粒產(chǎn)量, 可作為評(píng)價(jià)品種性能和農(nóng)藝措施的一種指標(biāo), 養(yǎng)分收獲指數(shù)反映了所吸收養(yǎng)分向籽粒的轉(zhuǎn)移狀況。生育后期, 籽粒中分配較多的養(yǎng)分, 有利于滿足籽粒充實(shí)所需的營養(yǎng)物質(zhì), 因而具有較高的養(yǎng)分收獲指數(shù)[29]。本研究中氮素、磷素、鉀素生產(chǎn)效率平均分別為(52.19±6.51)、(104.35±11.77)、(54.10±7.92) kg kg–1, 三者均隨著產(chǎn)量水平的提高而提高。氮素、磷素、鉀素收獲指數(shù)平均為(58.35± 4.27)%、(55.36±4.27)%、(16.27±3.11)%, 氮素、磷素收獲指數(shù)隨著產(chǎn)量水平的提高而提高, 鉀素收獲指數(shù)則無明顯變化。養(yǎng)分生產(chǎn)效率中磷素最高, 鉀素次之, 氮素最低, 而養(yǎng)分收獲指數(shù)氮素最高, 磷素次之, 鉀素最低。說明籽粒中分配了較多的氮素和磷素, 而在更高產(chǎn)條件下由于碳水化合物向籽粒中分配比例的增加導(dǎo)致籽粒中分配的鉀素被進(jìn)一步稀釋。

基于我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效和化肥零增長的戰(zhàn)略, 黃淮海夏玉米生產(chǎn)更應(yīng)重視高產(chǎn)、高效的協(xié)同, 本文在適宜的施肥條件和種植密度條件下探究了養(yǎng)分需求規(guī)律, 為現(xiàn)代玉米品種精準(zhǔn)養(yǎng)分管理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考, 但在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)情況結(jié)合品種產(chǎn)量潛力和肥料特點(diǎn)綜合考慮以確定適宜的養(yǎng)分用量, 實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

當(dāng)前黃淮海區(qū)域現(xiàn)代玉米品種籽粒產(chǎn)量為(8.91±1.23) t hm–2, 生產(chǎn)100 kg籽粒的N、P2O5和K2O需求量的變化范圍分別為(1.95±0.24)、(0.97±0.11)和(1.89±0.28) kg。氮磷鉀需求量隨產(chǎn)量的提高而增加, 但每生產(chǎn)100 kg籽粒的氮素、磷素和鉀素需求量隨著產(chǎn)量的升高而下降。

[1] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮風(fēng). 中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑. 土壤學(xué)報(bào), 2008, 45: 915–924. Zhang F S, Wang J Q, Zhang W F, Cui Z L, Ma W Q, Chen X P, Jiang R F. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement., 2008, 45: 915–924 (in Chinese with English abstract).

[2] 吳良泉, 武良, 崔振嶺, 陳新平, 張福鎖. 中國玉米區(qū)域氮磷鉀肥推薦用量及肥料配方研究. 土壤學(xué)報(bào), 2015, 52: 802–817. Wu L Q, Wu L, Cui Z L, Chen X P, Zhang F S. Maize production regions in China., 2015, 52: 802–817 (in Chinese with English abstract).

[3] Ju X T, Xing G X, Chen X P, Zhang S L, Zhang L J, Liu X J, Cui Z L, Yin B, Christie P, Zhu Z L, Zhang F S. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems., 2009, 106: 3041?3046.

[4] Gheysari M, Mirlati? S M, Homaee M, Asadi M E, Hoogenboom G. Nitrate leaching in a silage maize ?eld under different irrigation and nitrogen fertilizer rates., 2009, 96: 946?954.

[5] 劉韻, 柳文麗, 朱波. 施肥方式對(duì)冬小麥?夏玉米輪作土壤N2O排放的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2016, 53: 735–745. Liu Y, Liu W L, Zhu B. Effect of fertilization regime on soil N2O emission from upland field under wheat?maize rotation system., 2016, 53: 735–745 (in Chinese with English abstract).

[6] Omonode R A, Halvorson A D, Gagnon B, Vyn T J. Achieving lower nitrogen balance and higher nitrogen recovery efficiency reduces nitrous oxide emissions in north America’s maize cropping systems., 2017, 8: 1080.

[7] 石清琢, 王國宏, 劉曉麗. 加快玉米品種更替、大力推廣種植耐密植品種. 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì), 2012, (11): 98–99. Shi Q Z, Wang G H, Liu X L. Accelerating the replacement of maize varieties and vigorously promoting planting density resistant varieties., 2012, (11): 98–99 (in Chinese).

[8] 陳歡, 王全忠, 周宏. 中國玉米生產(chǎn)布局的變遷分析. 經(jīng)濟(jì)地理, 2015, 35(8): 165–171. Chen H, Wang Q Z, Zhou H. Empirical analysis of corn spatial distribution variation in China., 2015, 35(8): 165–171.

[9] Niu X K, Xie R Z, Liu X, Zhang F L, Li S K, Gao S J. Maize yield gains in Northeast China in the last six decades., 2013, 12: 630–637.

[10] 董樹亭, 高榮岐, 胡昌浩, 劉鵬, 劉開昌, 孫慶泉, 王空軍, 謝瑞芝, 張吉旺. 玉米生態(tài)生理與產(chǎn)量品質(zhì)形成. 北京: 高等教育出版社, 2006. pp 1–41. Dong S T, Gao R Q, Hu C H, Liu P, Liu K C, Sun Q Q, Wang K J, Xie R Z, Zhang J W. Ecological Physiology and Yield and Qua-lity Formation of Maize. Beijing: Higher Education Press, 2006. pp 1–41 (in Chinese).

[11] 王空軍, 董樹亭, 胡昌浩, 劉開昌, 孫慶泉. 我國1950s?1990s推廣的玉米品種葉片光合特性演進(jìn)規(guī)律研究. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2001, 25: 247–251. Wang K J, Dong S T, Hu C H, Liu K C, Sun Q Q. Improvement in photosynthetic characteristics among maize varieties in China from 1950s to 1990s., 2001, 25: 247–251 (in Chinese with English abstract).

[12] Wang T Y, Ma X L, Li Y, Bai D P, Liu C, Liu Z Z, Tan X J, Shi Y S, Song Y H, Carlone M, Bubeck D, Bhardwaj H, Jones E, Wright K, Smith S. Changes in yield and yield components of single-cross maize hybrids released in China between 1964 and 2001., 2011, 51: 512?525.

[13] Ci X K, Li M S, Xu J S, Lu Z Y, Bai P F, Ru G L, Liang X L, Zhang D G, Li X H, Bai L, Xie C X, Hao Z F, Zhang S H, Dong S T. Trends of grain yield and plant traits in Chinese maize cultivars from the 1950s to the 2000s., 2012, 185: 395?406.

[14] Ding L, Wang K J, Jiang G M, Biswas D K. Effects of nitrogen deficiency on photosynthetic traits of maize hybrids released in different years., 2005, 96: 925?930.

[15] Ding L, Wang K J, Jiang G M, Liu M Z, Niu S L, Gao L M. Post-anthesis changes in photosynthetic traits of maize hybrids released in different years., 2005, 93: 108?115.

[16] Duvick D N, Smith J S C, Cooper M. Long-term selection in a commercial hybrid maize breeding program., 2010, 24: 109?151.

[17] 劉鑫, 謝瑞芝, 牛興奎, 修文雯, 李少昆, 高世菊, 張鳳路. 種植密度對(duì)東北地區(qū)不同年代玉米生產(chǎn)主推品種抗倒伏性能的影響. 作物雜志, 2012, (5): 126–130. Liu X, Xie R Z, Niu X K, Xiu W W, Li S K, Gao S J, Zhang F S. Effects of planting density on lodging resistance performance of maize varieties of different eras in Northeast China., 2012, (5): 126–130 (in Chinese with English abstract).

[18] Yan L, Zhang Z D, Zhang J J, Gao Q, Feng G Z, Abelrahman A M, Chen Y. Effects of improving nitrogen management on nitrogen utilization, nitrogen balance, and reactive nitrogen losses in a Mollisol with maize monoculture in Northeast China., 2016, 23: 4576–4584.

[19] 王空軍, 張吉旺, 郭玉秋, 胡昌浩, 董樹亭, 蔣高明. 我國北方玉米品種個(gè)體產(chǎn)量潛力與氮利用效率研究. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 16: 879–894. Wang K J, Zhang J W, Guo Y Q, Hu C H, Dong S T, Jiang G M. Individual grain yield potential and nitrogen utilization efficiency ofcultivars widely planted in north China., 2005, 16: 879–894 (in Chinese with English abstract).

[20] Zhang J. China’s success in increasing per capita food production., 2011, 62: 3707–3711.

[21] Hou P, Gao Q, Xie R Z, Li S K, Meng Q F, Kirkby E A, R?mheld V, Müller T, Zhang F S, Cui Z L, Chen X P. Grain yields in relation to N requirement: Optimizing nitrogen management for spring maize grown in China., 2012, 129: 1–6.

[22] 吳良泉. 基于“大配方、小調(diào)整”的中國三大糧食作物區(qū)域配肥技術(shù)研究. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 北京, 2014. Wu L Q. Fertilizer Recommendations for Three Major Cereal Crops Based on Regional Fertilizer Formula and Site Specific Adjustment in China. PhD Dissertation of China Agricultural University, Beijing, China, 2014 (in Chinese with English abstract).

[23] 胡昌浩, 潘子龍. 夏玉米同化產(chǎn)物積累與養(yǎng)分吸收分配規(guī)律的研究: II. 氮、磷、鉀的吸收、分配與轉(zhuǎn)移規(guī)律. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 1982, 15(2): 38–48.Hu C H, Pan Z L. Study on accumulation of assimilation products, nutrient absorption and distribution of summer maize: II. Nitrogen, phosphorus and potassium absorption, distribution and transfer., 1982, 15(2): 38–48 (in Chinese with English abstract).

[24] 佟屏亞, 凌碧瑩. 夏玉米氮、磷、鉀積累和分配態(tài)勢(shì)研究. 玉米科學(xué), 1994, 2(2): 65–69. Tong P Y, Ling B Y. Accumulation and distribution of nitrogen, phosphorus and potassium in summer maize., 1994, 2(2): 65–69 (in Chinese).

[25] 陳國平. 玉米的礦質(zhì)營養(yǎng)和施肥技術(shù)(綜述). 玉米科學(xué), 1992, (1): 59–66. Chen G P. Mineral nutrition and fertilization technology of maize (review)., 1992, (1): 59–66 (in Chinese).

[26] Liu M Q, Yu Z R, Liu Y H, Konijn N T. Fertilizer requirements for wheat and maize in China: the QUEFTS approach., 2006, 74: 245–258.

[27] Xu X P, He P, Pampolinoc M F, Chuan L M, Johnston A M, Qiu S J, Zhao S C, Zhou W. Nutrient requirements for maize in China based on QUEFTS analysis., 2013, 150: 115–125.

[28] 岳善超. 小麥玉米高產(chǎn)體系的氮肥優(yōu)化管理. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 北京, 2013.Yue S C. Optimized Nitrogen Management in High Yield System of Wheat and Maize. PhD Dissertation of China Agricultural University, Beijing, China, 2013 (in Chinese with English abstract).

[29] 齊文增, 陳曉璐, 劉鵬, 劉惠惠, 李耕, 邵立杰, 王飛飛, 董樹亭, 張吉旺, 趙斌. 超高產(chǎn)夏玉米干物質(zhì)與氮、磷、鉀養(yǎng)分積累與分配特點(diǎn). 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19: 26–36. Qi W Z, Chen X L, Liu P, Liu H H, Li G, Shao L J, Wang F F, Dong S T, Zhang J W, Zhao B. Characteristics of dry matter, accumulation and distribution of N, P and K of super high yield summer maize., 2013, 19: 26–36 (in Chinese with English abstract).

附表1 供試玉米品種

Supplementary table 1 Hybrid summer maize in the experiment

(續(xù)附表1)

(續(xù)附表1)

Regulation of grain yield and nutrient absorption of modern summer maize varieties in the Yellow-Huaihe-Haihe Rivers region

CHENG Yi1, LIU Peng1,*, LIU Yu-Wen2, PANG Shang-Shui3, DONG Shu-Ting1, ZHANG Ji-Wang1, ZHAO Bin1, and REN Bai-Zhao1

1State Key Laboratory of Crop Biology / College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China;2Agricultural Bureau of Shanghe County, Jinan 251600, Shandong, China;3Jinan New Oasis Agriculture Development Co. LTD, Jinan 251600, Shandong, China

In order to investigate the grain yield and nutrient absorption of modern summer maize varieties in the Yellow-Huaihe- Haihe Rivers region, with the aim at proposing the theoretical basis for rational application of fertilizer, and high yield and high efficiency production, the experiment was conducted in 2016 at National Demonstration Center for New Crop Varieties in Shanghe, Jinan and the State Key Laboratory of Crop Biology, Shandong Agricultural University in Tai’an. Plants were sampled at maturity stage, and the grain yield, yield components, and mineral element uptake and utilization of plants were analyzed. Exploring analyses and normality tests showed that yield per plant, biomass per plant, 1000-kernel weight and grain yield were all conformed to normal distribution, with N (167.0, 22.722), N (285.0, 33.472), N (318.0, 35.752), and N (10.9, 1.502), ranging from 141.55 to 246.99 g plant–1, from 197.68 to 389.92 g plant–1, from 226.58 to 413.76 g 1000 kernel–1, and from 5.84 to 13.41 t hm–2, respectively. The average N requirement per 100 kg grain was 1.95 kg and declined with increasing grain yield. When the yield increased from < 7.0 t hm–2to 8.0?9.0 t hm–2, the N requirement per 100 kg grain decreased from 2.15 to 1.96 kg due to increasing harvest index and decreasing grain N concentration. When the yield increased from 8.0?9.0 t hm–2to 9.0?11.0 t hm–2, the N requirement per 100 kg grain decreased from 1.96 to 1.84 kg due to decreasing grain N concentration. When the yield was more than 11.0 t hm–2, the N requirement per 100 kg grain tended to be stable. The average P requirement per 100 kg grain was 0.97 kg, which was negatively correlated with grain yield, and declined from 1.07 to 0.92 kg when the yield increased from < 7.0 t hm–2to > 11.0 t hm–2due to increasing harvest index and declining grain P concentrations. The average K requirement per 100 kg grain was 1.89 kg, which was negatively correlated with grain yield, showing a decrease from 2.14 to 1.74 kg when the yield increased from < 7.0 t hm–2to > 11.0 t hm–2, which was attributed to the increase of the harvest index and stem potassium concentrations, and the decline in leaf potassium concentrations. The grain yield of main maize varieties currently grown in the Yellow- Huaihe-Haihe Rivers region was (8.91±1.23) t hm–2, with the N, P2O5, and K2O requirement per 100 kg grain of (1.95±0.24), (0.97±0.11), and (1.89±0.28) kg, respectively. The N, P, and K requirement for plant growth increased with increasing grain yield, while the average N, P2O5and K2O requirement for producing 100 kg grain declined with increasing grain yield.

the Yellow-Huaihe-Haihe Rivers region; maize; yield; grain yield; nutrient uptake

本研究由山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(SDAIT02-08), 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300106), 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31771713, 31371576)和山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題資助。

This study was supported by the Shandong Province Key Agricultural Project for Application Technology Innovation (SDAIT02-08), the National Basic Research Program of China (2016YFD0300106), the National Natural Science Foundation of China (31771713, 31371576), and the Agricultural Major Applied Technological Innovation in Shandong Province.

劉鵬, E-mail: liupengsdau@126.com, Tel: 0538-8241485

E-mail: chengyi722@126.com

2019-01-24;

2019-05-12;

2019-06-03.

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.s.20190603.0847.002.html

10.3724/SP.J.1006.2019.93004