劉 夢(mèng)，葛均筑*，吳錫冬，楊永安，侯海鵬，張 垚，馬志琪

（1 天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300392；2 天津市優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)示范中心，天津 301500；3 天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津 300061）

華北平原夏玉米產(chǎn)量和播種面積分別約占全國(guó)的30%和29%，對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要意義[1]。華北平原是我國(guó)重要的夏玉米種植區(qū)，以冬小麥-夏玉米一年兩熟種植體系為主。但由于華北平原北部熱量資源不夠充分，夏玉米受冬小麥播期和收獲期限制，成熟和脫水期熱量資源緊張，籽粒含水率較高[2]，難以達(dá)到機(jī)械收獲要求的28%或25%的含水量標(biāo)準(zhǔn)[3]，只能進(jìn)行機(jī)械穗收，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械粒收[4]?！半p晚技術(shù)”推遲夏玉米收獲可以在不增加成本前提下，延長(zhǎng)夏玉米灌漿脫水時(shí)間，促進(jìn)生育后期物質(zhì)積累及向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)[5]，研究表明夏玉米生理成熟后田間站稈晾曬使百粒重提高[6]，夏玉米脫水時(shí)間延長(zhǎng)45天含水量降低至14.4%～17.3%，周年增產(chǎn)6.7%～7.9%[7]，同時(shí)提高籽粒氮素積累量39.0%～57.3%，實(shí)現(xiàn)氮素利用效率提高[8]。周寶元等[4]研究表明，在華北平原中南部熱量資源相對(duì)豐沛區(qū)，夏玉米延遲收獲后可以通過(guò)增大播量提高冬小麥基本苗數(shù)量，彌補(bǔ)播期延遲冬小麥群體數(shù)量不足的問(wèn)題；但在平原北部熱量資源緊張區(qū)，延遲夏玉米收獲難以播種冬小麥，可將冬小麥變革為春小麥，實(shí)現(xiàn)夏玉米粒收技術(shù)與周年產(chǎn)量及氣候資源協(xié)同提高。因此，我們提出了在華北平原北部熱資源限制區(qū)，將冬小麥變革為春小麥的春小麥-夏玉米種植體系，通過(guò)延遲夏玉米收獲，實(shí)現(xiàn)玉米的機(jī)械粒收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)種植體系的周年穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)增效。通過(guò)改善栽培管理措施提高夏玉米單產(chǎn)是農(nóng)學(xué)研究永恒的課題，大量研究表明增加種植密度和合理施用氮肥是提高玉米生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施[5,9]。合理密植可協(xié)調(diào)作物個(gè)體與群體的關(guān)系，從而影響產(chǎn)量[10]，提高耐密品種干物質(zhì)積累的最大增長(zhǎng)速率和氮素利用率[11-12]。但密度過(guò)大導(dǎo)致群體郁閉遮陰，單株莖葉穗發(fā)育競(jìng)爭(zhēng)而穗粒數(shù)減少和粒重降低，產(chǎn)量和氮素利用效率顯著降低[10,13]。同樣，合理施氮促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，提高干物質(zhì)積累能力、籽粒灌漿速率，產(chǎn)量提升的同時(shí)也促進(jìn)氮素的吸收和利用[14]。但華北平原高度集約化的冬小麥-夏玉米體系中大量施氮問(wèn)題突出[15]，僅夏玉米季農(nóng)田氮肥投入量平均達(dá)276 kg/hm2，利用率低于25%，且氨揮發(fā)損失較高[16]，導(dǎo)致肥料利用率低和環(huán)境污染等問(wèn)題[17]。因此，我們研究了夏玉米延遲收獲條件下，種植密度和施氮量對(duì)產(chǎn)量形成及氮肥利用效率的影響，以期建立科學(xué)的春小麥-夏玉米連作系統(tǒng)栽培和養(yǎng)分管理技術(shù)體系，充分利用華北熱量資源限制區(qū)的周年熱量資源，并獲得滿足夏玉米籽粒機(jī)收技術(shù)要求的籽粒質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018和2019年在天津市優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)示范中心(117°49'E，39°42'N)進(jìn)行。前茬為春小麥。0—20 cm土層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)18.6 g/kg、全氮1.09 g/kg、堿解氮77.7 mg/kg、速效磷64.8 mg/kg、速效鉀296 mg/kg。試驗(yàn)期間夏玉米生育期氣象數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 2018和2019年夏玉米生育期氣象數(shù)據(jù)Fig.1 Daily meteorological date during summer maize growing duration in 2018 and 2019

玉米品種選用‘京農(nóng)科728’，于6月25日播種，10月30日收獲，比夏玉米傳統(tǒng)收獲期延遲收獲30天。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為種植密度，設(shè)7.5×104株/hm2(D7.5)和 9.0×104株/hm2(D9.0)；副區(qū)為施氮水平，設(shè)5個(gè)施氮(N) 水平：0、180、240、300 和 360 kg/hm2，表示為 N0、N180、N240、N300和N360。采用60 cm等行距播種，株距分別為22.2和18.5 cm，小區(qū)長(zhǎng)7.0 m、寬4.2 m，種植7行，各小區(qū)間設(shè)置1 m隔離帶，3個(gè)重復(fù)小區(qū)。氮肥按照50%、30%、20%的比例分別作種肥、拔節(jié)期肥、大喇叭口期肥施用；磷肥 (P2O5) 120 kg/hm2全部基施；鉀肥（K2O）150 kg/hm2分為 50% 基施，50% 在大喇叭口期開(kāi)溝追施，其它管理?xiàng)l件隨大田管理措施進(jìn)行。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 SPAD值 每小區(qū)選取生長(zhǎng)均勻一致的代表性植株60株，分別于拔節(jié)期(V6)、大喇叭口期(V12)、吐絲期(R1)及吐絲后每10天直至穗位葉干枯，采用SPAD-502計(jì)測(cè)定功能葉SPAD值(V6和V12期測(cè)最上部展開(kāi)葉，R1后測(cè)穗位葉)。

1.2.2 葉面積指數(shù) 于V6、R1期及2018年吐絲后20、40天和2019年吐絲后30、50 天，每小區(qū)選取代表性樣株3株，測(cè)定綠葉長(zhǎng)和寬，計(jì)算葉面積指數(shù)。

1.2.3 干物質(zhì)積累量 于V6、R1和收獲期(R6)，每小區(qū)取樣株3株，105℃殺青30 min，85℃烘干至恒重后稱重。

1.2.4 籽粒灌漿動(dòng)態(tài) 吐絲期每小區(qū)選取吐絲一致植株30株掛牌標(biāo)記，每10天取2個(gè)果穗，每穗取中部籽粒50粒，105℃殺青30 min后85℃烘干至恒重，稱干重(g/100-grain)，以天數(shù)為自變量，以粒重(GW)為因變量，按曹玉軍等[14]方法用Logistic方程GW=a/(1+be-cd))擬合籽粒增重過(guò)程并計(jì)算籽粒灌漿參數(shù)。

1.2.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 R6期每小區(qū)連續(xù)收獲20穗，風(fēng)干后考種，數(shù)穗行數(shù)、行粒數(shù)，脫粒后稱取1000粒籽粒重和20穗的粒重，用PM8188-A谷物水分儀測(cè)定籽粒含水量，按14%安全含水量計(jì)算千粒重和產(chǎn)量。

1.2.6 氮肥利用效率計(jì)算

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=籽粒產(chǎn)量/施氮量

氮肥農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施氮區(qū)玉米產(chǎn)量-不施氮區(qū)玉米產(chǎn)量)/施氮量

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013、SigmaPlot 12.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片SPAD值

夏玉米葉片SPAD值隨生育時(shí)期呈先升高后降低的趨勢(shì)(圖2)。同一施氮水平下，D7.5密度處理SPAD值除V12和R1+10時(shí)期外均顯著高于D9.0密度處理；施氮后SPAD值顯著高于N0。比較密度對(duì)SPAD＞值影響可看出，N0水平下，密度對(duì)葉片SPAD值無(wú)顯著影響，在N180、N240、N300水平下，D9.0密度的SPAD值自R1+20起顯著低于D7.5密度，N360水平下D7.5密度處理在R1后的SPAD值顯著高于D9.0密度。在D7.5密度處理下，吐絲(R1)前施氮水平間SPAD值無(wú)顯著差異，N180處理的SPAD值自吐絲后20～30天顯著低于N240，且一直低于N300和N360(P＜0.05)；N240處理的 SPAD 值在 R1+30～R1+40期顯著低于N300，且一直顯著低于N360；N300的SPAD值2018年自R1+20起顯著低于N360，2019年無(wú)顯著差異。在D9.0密度處理下，2018年N180水平R1后SPAD值顯著低于其它施氮水平，但2019年R1+20顯著低于N300和N360水平；N240水平SPAD值自R1+20顯著低于N300和N360水平，N300和N360水平無(wú)顯著差異。

圖2 種植密度和施氮量對(duì)延遲收獲夏玉米葉片SPAD值的影響Fig.2 Effects of plant density and nitrogen application rate on delayed harvest summer maize leaf SPAD value

2.2 葉面積指數(shù)(LAI)

同一施氮水平下，D9.0處理LAI顯著高于D7.5密度(圖3)；與N0相比，施氮顯著提高夏玉米LAI(3.5%～171.3%)，且隨施氮量增加LAI顯著升高。比較密度對(duì)LAI影響可看出，與D7.5處理相比，D9.0處理V6和R1期LAI提高5.0%～26.3%；N0和N360處理下D9.0密度在R1期顯著高于D7.5密度，N180、N240、N300處理下D9.0在V6和R1+20時(shí)期顯著高于D7.5。在D7.5密度處理下，2018年N180水平各時(shí)期LAI顯著低于其他施氮水平；2019年N180水平LAI與N240水平無(wú)顯著差異，R1期后顯著小于N300與N360水平；N240水平V6和R1期LAI顯著小于N300水平，N240水平各生育期LAI顯著低于N360水平；N300和N360水平的LAI在2019年灌漿期差異達(dá)顯著水平。在D9.0密度處理下，2018年N180水平灌漿期LAI顯著低于其他施氮水平，2019年從R1期到R1+30期顯著低于N300水平，各時(shí)期均顯著低于N360水平；N240水平LAI與N300水平無(wú)顯著差異，但顯著低于N360水平；N300水平LAI在2018年R1期后顯著小于N360水平，2019年在R1+50期差異顯著。

圖3 種植密度和施氮量對(duì)延遲收獲夏玉米葉面積指數(shù)(LAI)的影響Fig.3 Effects of plant density and nitrogen application rate on delayed harvest summer maize leaf area index (LAI)

2.3 干物質(zhì)積累量

由圖4可知，增密顯著提高同一施氮水平下干物質(zhì)積累量；施氮后夏玉米不同生育時(shí)期的干物質(zhì)積累量顯著提高5.0%～177.7%，且隨施氮量增加干物質(zhì)積累量顯著增加。同一施氮水平下，D9.0處理V6、R1和R6期干物質(zhì)積累量分別比D7.5顯著提高5.6%～34.8%、3.7%～25.7%和10.5%～78.4%。在D7.5處理下，N180與N240水平間R1期干物質(zhì)積累量差異顯著，有些時(shí)期顯著低于N300和N360水平；N240水平R6期干物質(zhì)積累量在2018年顯著低于N300，兩年間均顯著低于N360；N300與N360在R6期干物質(zhì)積累量差異顯著。在D9.0處理下，N180與N240間干物質(zhì)積累量?jī)H在2019年R1期差異顯著，2018年不同時(shí)期顯著低于N300和N360水平，2019年僅與N360在R6期差異顯著；年際間N240與N300水平干物質(zhì)積累量無(wú)顯著差異，且2018年多數(shù)時(shí)期及2019年R6期N240與N300干物質(zhì)積累量均顯著低于N360水平。

圖4 種植密度和施氮量對(duì)延遲收獲夏玉米干物質(zhì)積累量的影響Fig.4 Effects of plant density and nitrogen application rate on dry matter accumulation of delayed harvest summer maize

2.4 籽粒灌漿動(dòng)態(tài)

夏玉米百粒重隨灌漿進(jìn)程呈S型曲線增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖5)，密度對(duì)百粒重?zé)o顯著影響。收獲期，施氮處理百粒重比N0提高0.5%～18.4%，N240和N360水平百粒重最高，兩年平均分別達(dá)到35.60和33.10 g。2018年，同一施氮水平下D7.5和D9.0密度百粒重差異不顯著；2019年，在N0和N240水平下D9.0密度的百粒重分別比D7.5密度顯著降低了2.90和2.92 g。在D7.5密度處理下，2018年施氮水平間灌漿期百粒重?zé)o顯著差異，在R1+10期比N0水平顯著提高16.8%～70.5%；2019年施氮后灌漿期百粒重比N0顯著提高，收獲期N240、N300和N360水平增幅達(dá)7.8%～11.1%(P＜0.05)，N180水平百粒重與N240和N300水平無(wú)顯著差異，但顯著低于N360水平。在D9.0密度處理下，2018年各施氮處理百粒重在R1+10期比N0顯著提高13.0%～79.7%，且N240、N300和N360水平百粒重比N180水平提高20.3%～59.0% (P＜0.05)；2019年各施氮處理灌漿期百粒重與N0差異顯著，收獲期百粒重比N0顯著提高9.0%～26.6%，施氮水平間灌漿前期百粒重?zé)o顯著差異，N360水平自花后60天起顯著高于N180和N240水平，收獲期分別提高11.1%和16.1%。

圖5 種植密度和施氮量對(duì)延遲收獲夏玉米灌漿期百粒重的影響Fig.5 Effects of plant density and nitrogen application rate on 100-grain weight of delayed harvest summer maize

由圖6可知，2018年，與D7.5密度相比，D9.0密度處理在N240和N300水平下最大灌漿速率(Gmax)分別顯著提高1.33和1.26 g/(100-grain·d)，在N240水平下積累起始勢(shì)(R0)提高17.1%，但灌漿持續(xù)期縮短6.9天；2019年，在N0水平下D9.0比D7.5處理Gmax和 R0分別顯著提高 0.35 g/(100-grain·d)和42.6%，到達(dá)Gmax時(shí)間(Tmax)提前4.4天，但灌漿持續(xù)期縮短12.2天(P＜0.05)，施氮后密度處理間灌漿參數(shù)無(wú)顯著差異。與N0相比，施氮后Gmax提高0.04～0.13 g/(100-grain·d)，其中 N240和 N300水平增幅達(dá)顯著水平，Gmax峰值達(dá)1.33～1.39 g/(100-grain·d)；Tmax提前4.1～4.6天，灌漿速率最大時(shí)生長(zhǎng)量(Wmax)提高5.7%～9.4%，R0和P無(wú)顯著差異。在D7.5處理下，2018年施氮水平間灌漿參數(shù)無(wú)顯著差異；2019年，與N0相比，施氮后Gmax顯著提高0.21～0.35 g/(100-grain·d)，Tmax提前 10.6～12.1 天，Wmax提高1.4～2.6 g/100-grain，R0提高9.0%～13.9%，灌漿持續(xù)期縮短3.4～5.0天。在D9.0處理下，2018年，N180和N360灌漿參數(shù)與N0無(wú)顯著差異，但N240和N300水平Gmax和R0比N0分別顯著提高0.16～0.24 g/(100-grain·d)和16.6%，同時(shí)灌漿持續(xù)期分別縮短6.8天；與N180和N360相比，N240、N300處理Gmax分別顯著提高18.7%和21.3%、11.9%和14.3%，N240水平R0顯著提高15.7%和17.1%，但灌漿持續(xù)期縮短6.4和7.0天；2019年，N0和N300水平間Gmax無(wú)顯著差異，但比其他施氮水平分別顯著提高6.4%～9.5%和8.3%～11.3%，與N0水平相比，施氮后Tmax提前了4.5～6.5天，但灌漿持續(xù)期縮短了5.1～10.8天，Wmax提高了1.8～3.3 g/100-grain，R0降低15.2%～27.4%；施氮水平間Tmax和Wmax無(wú)顯著差異，N180～N300水平R0比N360提高9.6%～16.6%，但灌漿持續(xù)期縮短3.4～5.6天。

圖6 種植密度和施氮量對(duì)延遲收獲夏玉米籽粒灌漿速率的影響Fig.6 Effects of plant density and nitrogen application rate on grain filling rate of delayed harvest summer maize

2.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

由圖7可以看出，隨密度增加夏玉米產(chǎn)量提高2.4%～28.3% (P＜0.05)，達(dá) 7.36×103～12.22×103kg/hm2；施氮后玉米產(chǎn)量比N0顯著提高3.2%～115.7%，達(dá) 10.10×103～11.33×103kg/hm2；D9.0處理在 N180～N360水平下產(chǎn)量為 10.74×103～12.22×103kg/hm2，分別比D7.5處理的顯著提高11.5%～15.8%、8.7%～11.8%、2.4%～13.0%和7.6%～28.3%。在D7.5處理下，N240與N180處理間產(chǎn)量無(wú)顯著差異，年際間N300和N360處理比N180處理分別顯著提高8.3%～11.1%和9.7%～10.5%，達(dá)9.54×103～11.25×103kg/hm2，而 N300與 N240和 N360差異不顯著。在D9.0處理下，2018年，在N180、N240和N300水平玉米產(chǎn)量介于 10.20×103～10.77×103kg/hm2，比N360水平降低13.1%～17.8% (P＜0.05)；2019年施氮水平間玉米產(chǎn)量無(wú)顯著差異，在N180～N240水平，玉米產(chǎn)量即達(dá) 10.74×103～12.36×103kg/hm2。

圖7 種植密度和施氮量對(duì)延遲收獲夏玉米產(chǎn)量的影響Fig.7 Effects of plant density and nitrogen application rate on grain yield of delayed harvest summer maize

由表1可以看出，D7.5比D9.0處理行粒數(shù)和穗粒數(shù)分別增加1.3～3.3和15.0～51.3粒(P＜0.05)，穗行數(shù)和千粒重?zé)o顯著差異；與N0相比，施氮使夏玉米穗行數(shù)、行粒數(shù)和穗粒數(shù)分別顯著增加0.5～1.0行、3.8～4.5粒和62.8～79.2粒，千粒重顯著提高15.0～42.3 g/1000-grain。在D7.5處理下，N0和N180處理穗行數(shù)比N240～N360處理顯著減少0.4～1.1行，施氮處理間行粒數(shù)和穗粒數(shù)無(wú)顯著差異；N240～N360處理千粒重比N0顯著提高11.7～48.1 g/1000-grain，N180比 N360處理降低 36.4 g/1000-grain (P＜0.05)。在D9.0處理下，施氮后穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重比N0分別顯著增加0.4～0.9行、5.0～6.2粒、72.9～105.1粒和18.3～37.6 g/1000-grain，但施氮處理間差異未達(dá)顯著水平。夏玉米籽粒含水量2018年降低至22.5%～24.8%，處理間籽粒含水量無(wú)顯著差異，2019年低至15.4%～21.6%，D9.0處理下施氮處理夏玉米籽粒含水率比N0顯著下降4.1～5.6個(gè)百分點(diǎn)。

表1 種植密度和施氮量對(duì)延遲收獲夏玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of plant density and nitrogen application rate on delayed harvest summer maize yield components

2.6 氮肥利用效率

表2顯示，在D7.5和D9.0處理下，隨施氮量增加夏玉米PFPN分別顯著降低24.2%～46.6% 和21.2%～43.1%；D9.0處理下夏玉米PFPN為34.0～59.7 kg/kg，比D7.5處理顯著提高10.1%～17.2%；N240～N360水平PFPN分別為44.0、35.3和31.5 kg/kg，分別比N180水平 56.9 kg/kg顯著降低22.7%、38.0%和44.8%。在D7.5處理下，2018年，N240～N360水平下PFPN比N180水平降低28.8%～82.3% (P＜0.05)，施氮水平間差異均達(dá)顯著水平；2019年，N300～N360水平下PFPN分別比N180水平顯著降低33.3%和44.7%，N240與N180和N300水平間差異不顯著，N360水平顯著低于N240和N300水平。在D9.0處理下，年際間N240～N360水平PFPN分別比 N180水平顯著降低33.3%～64.5%和17.8%～46.6%，N300與N360水平間無(wú)顯著差異且均顯著低于N240水平。

由表2可看出，在D7.5和D9.0下，隨施氮量的增加，夏玉米AEN分別顯著降低了 21.1%～32.5%和13.0%～32.9%；與D7.5處理AEN(7.2～10.7 kg/kg)相比，D9.0處理極顯著提高了72.0%～94.4%，達(dá)12.6～18.8 kg/kg；2018年N180水平AEN(4.2 kg/kg)與N240水平下無(wú)顯著差異，而N300和N360水平分別比N180水平顯著提高12.5%和52.6%，2019年N240～N360水平AEN比N180顯著降低16.0%～39.3%。在D7.5處理下，2018年增施氮肥處理AEN比N180顯著提高59.0%～116.5%，而2019年比N180顯著降低27.4%～43.2%。在D9.0處理下，2018年，N240水平AEN比N180顯著降低24.9%，而N360比N180顯著提高40.4%；2019年，與N180水平AEN相比，N240～N360水平下顯著降低10.4%～43.2%，施氮處理間差異均達(dá)顯著水平。

表2 種植密度和施氮量對(duì)延遲收獲夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率(AEN) 的影響Table 2 Effects of plant density and nitrogen application on nitrogen partial factor productivity (PFPN) and agronomic nitrogen efficiency (AEN) of delayed harvest summer maize

3 討論

玉米葉片葉綠素含量(SPAD值)和葉面積指數(shù)(LAI)反映了葉片光合能力，提高SPAD值和LAI可以提高光能截獲，促進(jìn)干物質(zhì)積累[18]；玉米生長(zhǎng)后期葉片早衰、LAI降低導(dǎo)致葉片功能期縮短，影響玉米產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆性[19]。已有研究表明，種植密度增大群體數(shù)量增多使LAI提高，但密度增加到一定程度LAI達(dá)到平臺(tái)值后就不再提高[19]，密植群體內(nèi)個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)加劇導(dǎo)致葉片保綠性變差，SPAD值降低[20]。施氮量的增加顯著延長(zhǎng)了葉片功能期，SPAD值下降趨勢(shì)變緩[18]，維持灌漿后期有效光合能力；LAI隨施氮量增加先增后減，施氮210 kg/hm2時(shí)LAI最高[21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施氮量增加顯著提高華北平原夏玉米葉片SPAD值和LAI，增密顯著降低灌漿期葉片SPAD值和LAI，高密度(D9.0)條件下施氮對(duì)SPAD值和LAI影響更加顯著，李廣浩等[22]研究也表明種植密度增加導(dǎo)致花后葉片保綠性變差，分析原因在于吐絲期前玉米葉片發(fā)育及葉綠體形成與氮素密切相關(guān)，高密群體灌漿期個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)加劇引起植株衰老。夏玉米產(chǎn)量形成主要來(lái)源于干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)[23]，密度與干物質(zhì)積累速率及最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)性而調(diào)控群體干物質(zhì)積累量[11,24]，高密群體由于灌漿期葉片衰老加快[22]，顯著降低灌漿期群體干物質(zhì)積累[25]；施氮促進(jìn)植株光合產(chǎn)物積累，顯著影響灌漿期干物質(zhì)積累實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[26]。本研究表明，增加密度夏玉米群體干物質(zhì)積累量顯著增加，施氮顯著提高干物質(zhì)積累量，原因在于施氮量提高夏玉米葉片SPAD值和LAI，促進(jìn)光合產(chǎn)物合成和積累，因此在華北平原夏玉米適度增密可挖掘群體干物質(zhì)積累潛力。

華北平原周年冬小麥-夏玉米生產(chǎn)中，由于熱量資源緊張且受冬小麥播/收期雙重限制，夏玉米灌漿時(shí)間短，限制粒重提高和籽粒脫水，成為夏玉米機(jī)械粒收技術(shù)瓶頸問(wèn)題[27]。適當(dāng)延遲收獲可延長(zhǎng)籽粒灌漿脫水期，提高籽粒干重，降低籽粒含水量，提高機(jī)械粒收質(zhì)量[28]。玉米粒重受籽粒灌漿速率和持續(xù)時(shí)間調(diào)控[29]，增加種植密度導(dǎo)致灌漿速率下降，灌漿活躍期縮短，粒重下降[14]；施氮可提高灌漿速率，延長(zhǎng)灌漿活躍期，減少頂部籽粒敗育，通過(guò)增加穗粒數(shù)和提高粒重而增產(chǎn)[14,29]。本研究表明，增加密度顯著提高晚收夏玉米最大灌漿速率和灌漿起始勢(shì)，但縮短灌漿持續(xù)期天數(shù)，在本試驗(yàn)中密度對(duì)粒重的調(diào)控效應(yīng)未達(dá)顯著水平，可在不影響粒重前提下通過(guò)增加單位面積穗數(shù)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)；施氮顯著提高夏玉米最大灌漿速率及其生長(zhǎng)量，到達(dá)最大灌漿速率的天數(shù)提前4.1～4.6天，在中高施氮水平下(N240～N300)粒重達(dá)到最大。已有研究表明，夏玉米延遲收獲，通過(guò)提高千粒重實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)17.4%～19.8%，同時(shí)提高籽粒氮素積累量39.0%～57.3%進(jìn)而提高氮素利用效率[8]；華北平原南部夏玉米生理成熟后延遲收獲可使百粒重提高[6]，籽粒容重提高可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)9.72%[8]，大跨度延遲夏玉米收獲期可實(shí)現(xiàn)冬小麥-夏玉米周年增產(chǎn)6.7%～7.9%[7]。增密提高夏玉米單位面積穗數(shù)但穗粒數(shù)減少，且降低籽粒干重增長(zhǎng)速率[30]和千粒重影響產(chǎn)量[5,26,29]，施用氮肥改善穗部性狀實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[26,31]。本研究表明，夏玉米延遲收獲，籽粒含水量2018和2019年分別降低至22.5%～24.8%和15.4%～21.6%，與李璐璐等[6]和劉志輝等[28]的研究結(jié)果相互驗(yàn)證；晚收夏玉米密度增加行粒數(shù)和穗粒數(shù)分別減少1.3～3.3和15.0～51.3粒(P＜0.05)，但對(duì)粒重?zé)o顯著影響，通過(guò)增加單位面積穗數(shù)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)2.4%～28.3%，達(dá) 7.36×103～12.22×103kg/hm2；施氮使夏玉米穗行數(shù)、行粒數(shù)和穗粒數(shù)分別顯著增加0.5～1.0行、3.8～4.5粒和62.8～79.2粒，千粒重顯著提高 15.0～42.3 g/1000-grain，產(chǎn)量達(dá)到 10.10×103～11.33×103kg/hm2；在D9.0處理下，施氮在180～240 kg/hm2水平，延遲收獲夏玉米產(chǎn)量可達(dá)10.74×103～12.36×103kg/hm2。

氮素是作物產(chǎn)量形成過(guò)程中重要的營(yíng)養(yǎng)元素[32]，生產(chǎn)中農(nóng)戶為追求產(chǎn)量常進(jìn)行過(guò)高施氮[15]，華北平原夏玉米農(nóng)田氮肥投入量平均為276 kg/hm2[16]，引起肥料利用率低和環(huán)境生態(tài)問(wèn)題[16-17]，優(yōu)化施氮能夠協(xié)調(diào)氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)植株光合產(chǎn)物積累，顯著提高地上部生物量實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[22,29,33]。大量研究表明，施氮量增加顯著降低玉米氮肥利用效率，而適宜增密可提高氮肥偏生產(chǎn)力[20-21]。本研究表明，增加密度可使延遲收獲夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)利用效率分別提高至34.0～59.7 kg/kg和12.6～18.8 kg/kg，顯著提高10.1%～17.2%和72.0%～94.4%；隨施氮量增加，延遲收獲夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力降低22.7%～44.8%，但依然高達(dá)31.5～56.9 kg/kg；由于研究初期(2018年)土壤基礎(chǔ)地力較高，無(wú)氮處理產(chǎn)量較高，導(dǎo)致施氮后氮肥農(nóng)學(xué)利用效率數(shù)值偏低，且隨施氮量增加整體呈增加趨勢(shì)，但第二年(2019年)施氮量增加延遲收獲夏玉米農(nóng)學(xué)利用效率顯著降低10.4%～43.2%。綜合產(chǎn)量結(jié)果，在D9.0處理下，施氮在180～240 kg/hm2水平，延遲收獲夏玉米氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用效率可達(dá)47.0～59.7 kg/kg (2018年2019年平均)和27.6～30.9 kg/kg (2019)。

4 結(jié)論

在華北平原熱量資源限制區(qū)春小麥-夏玉米種植體系下，適當(dāng)提高種植密度可有效提高夏玉米干物質(zhì)積累速率，籽粒含水量降低至15.4%～24.8%，實(shí)現(xiàn)籽粒機(jī)收。施氮量控制在180～240 kg/hm2，能夠提高葉片SPAD值、葉面積指數(shù)及干物質(zhì)積累，產(chǎn)量穩(wěn)定在 10.5×103～11.2×103kg/hm2，氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用效率高達(dá)47.0～59.7 kg/kg和27.6～30.9 kg/kg。因此，在華北熱資源限制區(qū)改為春小麥-夏玉米體系后，機(jī)收夏玉米的適宜組合為密度9.0×104株/hm2、施氮 180～240 kg/hm2。