胡雨欣 王桂陽 梁修仁

摘要：探究水分和氮肥對玉米（Zea mays L.）灌漿規(guī)律及產(chǎn)量形成的影響，為提高亞熱帶一年兩作區(qū)域玉米周年產(chǎn)量提供理論依據(jù)。試驗采取裂區(qū)設計，以灌溉（滴灌保持土壤含水量不低于田間最大持水量的60%）和雨養(yǎng)（生育期無灌溉）為主因素，施純氮0 kg/hm2（N0）、150 kg/hm2（N1）、200 kg/hm2（N2）、250 kg/hm2（N3）、300 kg/hm2（N4）為副因素，在玉米開花期后對干物質(zhì)的積累量進行測定，成熟期時進行測產(chǎn)與考種。試驗結(jié)果表明，與雨養(yǎng)和其他氮素水平（N0、N1、N2和N4）處理相比，灌溉和N3處理提高了花后百粒干質(zhì)量、灌漿速率最大時的生長量（Wmax）和灌漿活躍期（P）。與雨養(yǎng)相比，灌溉處理增產(chǎn)15.7%，穗質(zhì)量增加11.0%、千粒質(zhì)量提高1.8%、收獲指數(shù)提高17.6%;與N0相比，N3顯著增產(chǎn)68.2%，穗質(zhì)量增加57.1%、千粒質(zhì)量提高30.2%、收獲指數(shù)提高8.8%;但施氮量超過250 kg/hm2時，收獲指數(shù)不增反降。施氮量為250 kg/hm2時，在階段性干旱條件下結(jié)合適量灌溉，可有效提高亞熱帶一年兩作種植區(qū)域玉米周年產(chǎn)量。

關鍵詞：水分;氮肥;一年兩作;玉米;籽粒灌漿;產(chǎn)量

中圖分類號： S513.01 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）15-0099-07

水分是影響作物生長發(fā)育的重要因子，并且已經(jīng)成為很多地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的限制因素。廣西年平均降水量為1 086～2 755 mm，大部分地區(qū)年均降水量為1 300～2 000 mm[1]，降水量充沛，基本上能滿足玉米生育期的水分需求。但因降水日期和降水量的不確定性及地形地貌的特殊性所導致的水流失嚴重，玉米大喇叭口期、灌漿期等時期經(jīng)常發(fā)生階段性水分脅迫，而抽雄-灌漿期是玉米需水和耗水的關鍵時期，若該時期受到水分脅迫，籽粒灌漿受阻，導致產(chǎn)量下降[2-3]。在玉米的關鍵生育階段合理灌溉能顯著提高產(chǎn)量[4]。在作物生育期內(nèi)，若降水量不足以支持其生長及養(yǎng)分吸收，科學灌溉就顯得較為重要[5]。玉米產(chǎn)量高低與籽粒發(fā)育密切相關，而玉米灌漿期的氮素施用對籽粒發(fā)育起關鍵作用[6-7]。氮肥投入量低于經(jīng)濟最佳施氮量或最高產(chǎn)量施氮量時，會導致產(chǎn)量較低，過高時則易引起作物倒伏或病蟲害增加，導致產(chǎn)量不再增加或是有所下降[8-9]，同時殘留在土壤中或損失到大氣和水體中的氮肥會顯著增加，污染環(huán)境[10]。所以在生產(chǎn)上可以通過合理的灌溉與施氮結(jié)合的農(nóng)業(yè)措施來控制氮肥使用量，降低氮肥損失量，緩解糧食生產(chǎn)壓力。

灌溉和施肥對玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量以及氮肥利用率均有影響，科學灌溉和施肥尤為重要。氮肥的增產(chǎn)效應與灌水量相關，合理的水肥協(xié)同優(yōu)化組合可以提高水分、養(yǎng)分利用率，是提高玉米產(chǎn)量的關鍵[11-12]。水肥一體化能夠有效改善春玉米灌漿特性，延長灌漿時間并且提高灌漿速率[13]。灌水量和施肥量對玉米株高、莖粗、葉面積指數(shù)都有顯著影響[14]。劉志恒等研究發(fā)現(xiàn)，長期施用氮肥量為 180 kg/hm2 的處理，玉米能獲得較高產(chǎn)量和氮肥利用率，并且可以有效保持土壤肥力，減少污染[15]。甄城等研究發(fā)現(xiàn)，施純氮量在0～270 kg/hm2之間，拔節(jié)期淹水條件下施氮量增加時，春玉米大喇叭口至乳熟期葉面積指數(shù)、株高、穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量均增加，施氮量進一步增加時上述指標增加不明顯[16]。高天平等研究發(fā)現(xiàn)，充足灌溉能夠顯著提高30 cm土層有機碳含量和土壤含水量，有利于玉米產(chǎn)量的提高[17]。王炎等研究發(fā)現(xiàn)，中濃度氮肥處理可促進苦蕎生長發(fā)育、灌漿進程，增加籽粒充實度及提高產(chǎn)量[18]。鄭斯尹等研究表明，玉米不同生長階段、不同施肥處理以及二者交互作用顯著影響土壤微生物量以及碳、氮含量[19]。

國內(nèi)外在水肥對玉米品種籽粒灌漿及氮素利用效率等的影響方面進行了大量研究，但對亞熱帶一年兩季玉米種植區(qū)，在雨養(yǎng)和灌溉條件下施氮對玉米籽粒灌漿的影響研究未見報道。本研究將雨養(yǎng)與灌溉結(jié)合，探討不同施氮量下玉米的灌漿規(guī)律，旨在明確不同水氮條件下玉米籽粒灌漿規(guī)律及產(chǎn)量與水氮間的關系，為亞熱帶玉米一年兩作種植區(qū)水肥管理提供必要的技術支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為萬川1306，是由廣西萬川種業(yè)有限公司利用自選自交系GY21B作父本、自選自交系GY2121作母本，雜交選育而成的玉米單交種，其春播生育期為113 d，秋播生育期1為02 d，需有效積溫為 2 300 ℃ 左右。

1.2 試驗地概況

本試驗于2018年3—12月在廣西大學農(nóng)場（22°50′N，108°17′E）進行，該地區(qū)為濕潤的亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為21.6 ℃，年均降水量為 1 304.2 mm，2018年試驗地降水情況如圖1-A所示。試驗地土壤類型為黏土，0～0.2 m土層的有機質(zhì)含量為17.5 g/kg，堿解氮含量為126.2 mg/kg，速效磷含量為40.0 mg/kg，速效鉀含量為 124.5 mg/kg，pH值為5.4，容重為1.50 g/cm3，田間持水量為37.2%（V/V）。

1.3 試驗方法

將供試玉米按0.6 m等行距、0.28 m等株距種植，每穴2～3株，使用播種機點播，種植密度為 52 500株/hm2。試驗小區(qū)面積為4 m×4.2 m。試驗采用裂區(qū)設計，設水分和氮肥2個因素。水分設置2個水平，分別是滴灌（采用軟管滴灌，保持土壤含水量不低于田間最大持水量的60%）和雨養(yǎng)（生育期無灌溉，作物生長發(fā)育所用水分僅來源于自然降水）。氮肥設置5個水平：純氮0 kg/hm2（N0）、150 kg/hm2（N1）、200 kg/hm2（N2）、250 kg/hm2（N3）、300 kg/hm2（N4）;氮肥為尿素，播前作基肥施用量為總施氮量的2/3，大喇叭口期追施剩余 1/3。P2O5和K2O施用量均為100 kg/hm2（均作為基肥一次性施入）。灌溉處理的具體灌溉時間和灌溉量見圖1-B，共2×5=10個處理，每個處理3次重復。

兩季玉米（春玉米和秋玉米）分別于2018年3月22日和8月11日播種;4月15日與8月26日間苗;7月12日和12月16日收獲，全生育期分別為112 d和127 d。

1.4 測定項目及方法

植株花后干物質(zhì)積累量測定：從玉米開花期開始，各處理取有代表性的2株玉米的果穗，每7 d取樣1次，直到成熟，重復3次。用鑷子取下果穗中部籽粒，以100粒為單位稱量鮮質(zhì)量，在105 ℃烘箱中殺青30 min，然后75 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量。并參考徐田軍等的方法，用Richards模型W=A（1+Be-Ct）-1/D模擬灌漿過程，其中：W為籽粒干質(zhì)量（g）;A為最終粒質(zhì)量（g）;t為授粉后天數(shù)（d）;B為初值參數(shù);C為生長速率參數(shù);D為形狀參數(shù)[20]。當D=1時，即為Logistic方程。計算下列灌漿特征參數(shù)：R0（起始生長勢）=C/D;達最大灌漿速率時的天數(shù)Tmax=（lnB-lnD）/C;灌漿速率最大時的生長量Wmax（g/100粒）=A（D+1）-1/D;灌漿活躍期（約完成總積累量的90%）P=2（D+2）/C。

測產(chǎn)與考種：在成熟期隨機選取長勢均勻的玉米10株，測定穗質(zhì)量和千粒質(zhì)量等，每個小區(qū)選取 2 m2 進行實收測產(chǎn)，自然風干至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量。

1.5 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)利用SPSS Statistics 21.0進行統(tǒng)計分析（LSD法），用CurveExpert 1.4擬合曲線，用SigmaPlot 10.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 花后籽粒干物質(zhì)積累

由圖2可見，隨著玉米的生長，籽粒干質(zhì)量逐漸增加，在花后7 d各處理間差異較小，隨后差異增大。從花后14 d到35 d是籽粒干質(zhì)量快速增長的時期，灌漿速率快，在花后42 d灌漿基本完成。此外N0處理的干物質(zhì)積累速率及積累量總體低于其他水平氮素處理。對于春玉米，雨養(yǎng)和灌溉處理的百粒干質(zhì)量均值分別為14.6、16.3 g，灌溉處理的百粒干質(zhì)量較雨養(yǎng)提高了11.6%;對于秋玉米，雨養(yǎng)和灌溉處理的百粒干質(zhì)量均值分別為11.5、13.2 g，灌溉處理的百粒干質(zhì)量較雨養(yǎng)提高了14.8%。雨養(yǎng)和灌溉處理春玉米的百粒干質(zhì)量較秋玉米分別提高了27.0%和23.5%。雨養(yǎng)和灌溉處理的百粒干質(zhì)量均值分別為13.1、14.8 g，灌溉處理的百粒干質(zhì)量較雨養(yǎng)提高了13.0%。

春玉米，N0、N1、N2、N3、N4處理的百粒干質(zhì)量均值分別為13.2、15.7、16.2、16.4、15.8 g，即N3>N2>N4>N1>N0。對于秋玉米，N0、N1、N2、N3、N4的百粒干質(zhì)量均值分別為9.3、12.2、12.7、12.8、14.8 g，即玉米籽粒干物質(zhì)量隨施氮量的增加而增加。春玉米氮素處理（N0、N1、N2、N3和N4）的百粒干質(zhì)量較秋玉米分別提高了41.9%、28.7%、27.6%、28.1%和6.8%。

2.2 玉米籽粒灌漿特性

對玉米籽粒干質(zhì)量W與授粉后天數(shù)t用Richards方程進行模擬，建立籽粒灌漿的動態(tài)方程（表1）。不同水分條件和施氮量處理下所建立的Richards方程的R2都在0.99以上，均達到極顯著水平。雨養(yǎng)和灌溉的起始生長勢（R0）均值分別為0.099 6和0.096 9;N0、N1、N2、N3、N4處理的起始生長勢綜合來看表現(xiàn)為N0>N1>N2>N4>N3，雨養(yǎng)和低氮素處理的起始生長勢（R0）較高，表明雨養(yǎng)和低氮素處理的玉米進入灌漿盛期早。與雨養(yǎng)相比，灌溉處理達到最大灌漿速率所需要的時間（Tmax）提高了0.2%（P>0.05）;N0、N1、N2、N3和N4處理的Tmax表現(xiàn)為N0>N3>N4>N2>N1，N0的Tmax高于其他水平氮素處理。

雨養(yǎng)和灌溉條件下灌漿速率最大時的生長量（Wmax）均值分別為百粒干質(zhì)量11.7、12.3 g，灌溉處理的Wmax較雨養(yǎng)顯著提高了4.4%;N0、N1、N2、N3、N4的Wmax均值分別為9.5、12.7、12.3、13.1、12.6 g，N3的Wmax高于其他水平氮素處理，較N0、N1、N2和N4處理提高了37.9%、3.1%、6.5%和4.0%。

雨養(yǎng)和灌溉條件下灌漿活躍期（P）均值分別為29.3、31.4 d，灌溉處理的灌漿活躍期較雨養(yǎng)提高了7.2%;N0、N1、N2、N4的灌漿活躍期均值分別為27.7、30.8、29.3、34.0、30.1 d，N3處理的灌漿活躍期高于其他水平氮素處理，較其他水平氮素處理灌漿活躍期分別提高了22.7%（N0）、10.4%（N1）、16.0%（N2）和13.0%（N4）。綜合表明，灌溉和N3處理有利于玉米灌漿。

2.3 產(chǎn)量構成因素

兩季試驗結(jié)果（表2、表3）表明，與雨養(yǎng)相比，灌溉處理增產(chǎn)15.7%，穗質(zhì)量增加11.0%，千粒質(zhì)量提高1.8%，收獲指數(shù)提高17.6%（P<0.05），表明灌水處理有利于產(chǎn)量提高。穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量均表現(xiàn)為高氮素水平處理優(yōu)于低氮素水平處理;N0、N1、N2、N3和N4收獲指數(shù)的均值分別為0.34、0.39、0.39、0.37和0.36，即施氮有利于提高收獲指數(shù)，但施氮量大于等于250 kg/hm2時，收獲指數(shù)不增反降;與N0相比，N3顯著增產(chǎn)68.2%，穗質(zhì)量顯著增加57.1%、千粒質(zhì)量顯著提高30.2%、收獲指數(shù)顯著提高8.8%（P<0.05），表明施氮對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構成有明顯的影響。灌溉結(jié)合N3處理有利于穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量提高，最終形成較高的收獲指數(shù)。

2.4 花后天數(shù)和籽粒干質(zhì)量的回歸分析

籽粒干質(zhì)量和花后天數(shù)的回歸分析結(jié)果（表4）表明，隨花后天數(shù)的增加籽粒干質(zhì)量增加;在相同時間下，N0和N1的籽粒干物質(zhì)積累較少?；ê筇鞌?shù)與籽粒干質(zhì)量之間符合一元一次的回歸關系。對于春玉米，雨養(yǎng)條件下的回歸方程是y=0.752 3x-5.520，r2=0.944 9（P<0.000 1），灌溉條件下的回歸方程是 y=0.756 5x-3.760，r2=0.965 8（P<0.000 1）;對于秋玉米，雨養(yǎng)條件下的回歸方程是 y=0.572 5x-4.044，r2=0.846 2（P<0.000 1），灌溉條件下的回歸方程是y=0.668 7x-5.033，r2=0.896 3（P<0.000 1），說明籽粒干質(zhì)量與花后天數(shù)呈極顯著正相關（P<0.01）。

2.5 灌漿參數(shù)與施氮量及產(chǎn)量的相關分析

如表5所示，施氮量與R0呈極顯著負相關（P<0.01），與Wmax和產(chǎn)量呈極顯著正相關（P<0.01），與Tmax負相關，但未達到顯著水平（P>0.05），與P正相關，但未達到顯著水平（P>0.05）。R0與Tmax和P負相關，但未達到顯著水平（P>0.05），與Wmax呈顯著負相關（P<0.05），與產(chǎn)量呈極顯著負相關（P<0.01）。Tmax與Wmax呈顯著負相關（P<0.05），與P和產(chǎn)量負相關，但未達到顯著水平（P>0.05）。Wmax與P正相關，但未達到顯著水平（P>0.05），與產(chǎn)量呈極顯著正相關（P<0.01）。P與產(chǎn)量正相關，但未達到顯著水平（P>0.05）。

3 討論與結(jié)論

授粉后10 d內(nèi)主要是玉米種皮干質(zhì)量增長時期，籽粒干質(zhì)量增長緩慢，干物質(zhì)積累最大速率出現(xiàn)在授粉后12～28 d，之后積累速率下降[21]。本試驗結(jié)果表明，在花后14～35 d是籽粒干質(zhì)量快速增長時期，與前人研究結(jié)果基本一致，但與北方玉米種植區(qū)相比，籽粒干質(zhì)量快速增長期略有縮短[22]，這可能與南北方氣候和品種差異有關。兩季玉米試驗結(jié)果表明，氮素水平為0～250 kg/hm2時，百粒干質(zhì)量隨氮素水平增加總體呈上升趨勢，說明氮素處理可促進玉米干物質(zhì)累積，但當施氮量超過一定值（250 kg/hm2）時，干物質(zhì)積累將受到抑制，與一些學者的相關報道[23-24]不一致，可能是由供試材料、土壤肥力、種植地區(qū)以及氣候等差異所致，進一步表明，不同區(qū)域、不同玉米品種的最適宜施氮量略有不同。本試驗中與雨養(yǎng)相比，灌溉處理有效提高了玉米干物質(zhì)積累量，這與楊明達等研究得到的滴灌能夠增加吐絲后干物質(zhì)積累量、氮素積累量及對籽粒氮素的貢獻率，最終增加產(chǎn)量結(jié)果一致[25]。說明灌溉與施氮量的耦合效應可以增加玉米干物質(zhì)積累量，從而提高產(chǎn)量。

灌漿特性是影響玉米產(chǎn)量的主要因素，受溫、光、水、氣和養(yǎng)分等因素影響較大[26-27];灌漿持續(xù)期的長短和灌漿強度的高低決定籽粒庫的充實程度和籽粒干物質(zhì)積累量[28]，灌漿速率快、持續(xù)時間長的品種，籽粒飽滿、千粒質(zhì)量高[29]。玉米籽粒灌漿期間灌漿速率呈“慢-快-慢”的“S”型單峰變化趨勢[30]。曹彩云等認為，隨化肥用量增加，籽粒最大灌漿速率持續(xù)時間和灌漿進程延長，千粒質(zhì)量提高;本試驗結(jié)果顯示，隨施氮量增加籽粒干質(zhì)量呈上升趨勢，與其研究結(jié)果[31]一致。本研究表明，灌溉條件下玉米的Wmax、P和籽粒干質(zhì)量均高于雨養(yǎng)（P<0.05）;綜合來看，N3的Wmax和P較N0分別提高了36.9%和22.6%，表明灌溉和N3處理有利于玉米灌漿，主要原因在于灌溉和施氮處理提高了玉米籽粒灌漿速率、延長了籽粒最大灌漿速率的持續(xù)時間。

氮是促進作物生長，提高作物產(chǎn)量的重要因素之一[32]。施氮能顯著影響玉米千粒質(zhì)量和產(chǎn)量[33]，隨施氮量增加，玉米單株粒質(zhì)量、穗粒數(shù)和收獲指數(shù)顯著增加[34]。不同時期不同程度的干旱脅迫均可能對玉米生長造成不同程度的影響[35-36]，比如穗期干旱會顯著降低地上部干物質(zhì)積累量和穗粒數(shù)，粒期干旱會明顯降低粒質(zhì)量[37]。何海軍等研究指出，在土壤水分缺乏的條件下，玉米的穗長、穗粒數(shù)、行粒數(shù)、行數(shù)、千粒質(zhì)量會顯著降低，最終造成玉米減產(chǎn)[38]。合理的水氮互作可使玉米優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，產(chǎn)量隨水氮的增加而增加，但增加到一定程度后趨勢變平緩，產(chǎn)量增加緩慢[12]。本研究表明，灌溉條件下穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量和收獲指數(shù)均顯著高于雨養(yǎng);穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量均表現(xiàn)為高氮處理優(yōu)于低氮處理，表明在一定范圍內(nèi)水氮耦合效應使玉米植株生長健壯，綠葉期延長，有效光合時間增加，保證了充足的“源”，為玉米籽粒灌漿提供了重要的物質(zhì)基礎，最終提高了產(chǎn)量。

本研究基于亞熱帶一年兩作地區(qū)的水分條件和氮肥施用量對玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量和灌漿特性的影響，建立了不同水分條件下花后天數(shù)與籽粒干質(zhì)量的一元一次回歸方程，可為亞熱帶一年兩作區(qū)玉米水肥管理提一定的供理論依據(jù)。但本研究因在灌溉條件下，沒有設置灌溉梯度，不同灌溉量和施氮量的水氮互作效應對玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)累積量以及灌漿特性的影響機制需要作進一步的深入研究。

階段性干旱時適量灌溉可以促進玉米干物質(zhì)累積、提升籽粒灌漿速率以及提高產(chǎn)量;不同氮肥水平處理下，施氮量為250 kg/hm2時可以加快玉米干物質(zhì)累積、延長籽粒灌漿時間、提高產(chǎn)量。

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