密植条件下玉米干物质和氮及磷养分积累与分配特点

张小娟，郑敏娜，郭凤琴

(山西省农业科学院 高寒区作物研究所，山西 大同 037008)

密植条件下玉米干物质和氮及磷养分积累与分配特点

张小娟，郑敏娜，郭凤琴

(山西省农业科学院 高寒区作物研究所，山西 大同 037008)

为了探讨山西北部地区推广种植的春玉米品种整株干物质与氮、磷养分积累分配特点，制定适宜该地高产栽培管理措施。2014-2015年在大田条件下以垦沃2号(KW2)、KWS9384(KWS9384)和晋单32号(JD32)为试验材料，研究了春玉米干物质与氮、磷养分积累分配特点。结果表明，KW2在生育期内每株干物质、氮、磷积累量分别为432.95，4.90，5.21 g，均明显高于KWS9384和JD32。其中，较KWS9384分别高15.11%，11.36%和10.15%，较JD32分别高17.55%，27.94%和28.96%；KW2的籽粒产量、整株干物质及氮、磷养分积累量在整个生育期内均明显高于KWS9384和JD32，收获指数三者间无显著差异；KW2籽粒及根系中氮、磷的干物质分配比例高于KWS9384和JD32，因而，其具有更高的矿质元素吸收效率和偏生产力。综合分析认为，在参试的3个春玉米品种中，KW2最适合在密植条件(6.75万株/hm2)下高水肥种植和推广。

春玉米；干物质积累；氮养分积累；磷养分积累

玉米属于禾本科玉米属(ZeamaysL.)，学名玉蜀黍，是世界上重要的粮食作物之一。我国栽培玉米的历史大约有460多年。发展到现在，玉米已经成为我国的第二大粮食作物，播种面积和总产量居世界第二位，常年播种面积在0.27亿hm2左右，年玉米产量稳定在1.6亿t左右[1]。随着国民经济的发展，玉米已成为粮食、饲料、经济兼用作物，在国民经济和人民生活中占有愈来愈重要的地位，未来我国粮食产量和膳食水平的提高在很大程度上将主要依赖于玉米。因此，开展玉米高产优质研究，对提高玉米单产、保障我国粮食安全具有重要意义。

提高玉米生育期内干物质的积累能力是增加籽粒产量的有效途径之一，是玉米增产的物质基础[2-3]。通过对玉米的干物质积累研究，发现在一定范围内，玉米开花后干物质量占总生物量的72%以上，与产量呈正相关[4]。Ottariano 等[5]研究也认为，干物质积累速率是玉米产量的主要限制因子，是增加干物质生产的基本途径。此外，由于玉米属于群体条件下的生产，密度也是影响玉米籽粒产量的重要因素之一[6-7]。有研究表明，产量构成因子对玉米产量的影响程度为单位面积穗数>穗粒数>千粒质量[6-9]。因此，众多国内外学者在干物质研究的基础上，还把选择紧凑型耐密品种来增大群体密度作为获得增产的关键栽培手段[10-11]。同时，植株干物质积累与分配又受到矿质营养的积累与分配的影响[12-15]，进而决定玉米的生物产量。近年来，众多学者亦围绕玉米干物质和矿质营养开展了相关研究，结果发现，充足的养分供应是玉米获得高产的前提条件[16]，在矿质元素中玉米对氮素吸收量最多[17]，拔节至吐丝期是矿质养分吸收最关键的时期，此时吸收速率最高，积累量最大[18-19]。

山西北部区域属春玉米区，玉米为该区的优势作物，种植面积大，生物产量高，但针对该区域玉米品种的干物质及矿质营养元素积累与分配的研究较少。此外，玉米是C4作物，高产潜力大，在密植条件下通过增加粒数来发挥增产潜力在玉米生产中被广泛认可。本研究在大田环境下，选择山西北部区域推广的3个不同熟期春玉米品种，通过实施高密度种植，研究该区不同春玉米干物质与氮、磷、钾养分积累与分配特点，以期为品种熟期选择和制定玉米高产栽培管理措施提供理论参考和技术支持。

1 材料和方法

1.1 供试材料

根据近年在华北地区品种推广及应用现状，选择垦沃2号(KW2)、KWS9384和晋单32号(JD32)共3个早熟期的春玉米品种，其中，晋单32号为对照。所有品种均由山西省农业科学院高寒区作物研究所统一提供。

1.2 试验地概况

试验地位于山西省农业科学院高寒区作物研究所试验基地，地处东经112°34′～114°34′，北纬39°03′～40°44′，年平均降雨量为400 mm左右，年总积温2 200 ℃左右。播前进行春耕，精细耙耱，施腐熟农家肥45～60 m3/hm2。试验区域土壤类型为轻壤偏沙，经测定，0～20 cm耕层土壤中平均含盐量为3～5 g/kg，容重为1.53 g/cm3；其余理化指标为：土壤pH值8.42，有机质14.93 g/kg，全氮0.981 g/kg，速效钾62.34 mg/kg，有效磷5.94 mg/kg。

1.3 试验设计

试验于2014-2015年进行，其中，2014年于5月15日播种，10月2日收获；2015年于5月18日播种，10月3日收获。采用随机区组试验设计，小区面积为150 m2(30 m×5 m)，重复3次。在山西大同地区因气候、土壤、水分等因子的制约，当玉米田间种植密度达到6.5万株/hm2时，在当地已属高密度种植。在本试验中，采用人工穴播，田间种植密度设为6.75万株/hm2，行距60 cm，株距23 cm。

播种前施腐熟农家肥，配施三元复合肥，氮、磷的施入量为200 kg/hm2(复合肥总养分含量为45%，N-P2O5-K2O 比例为15-15-15)；拔节期(V6)追施三元复合肥，氮、磷的施入量为115 kg/hm2，大喇叭口期(V12)追施尿素(含N 46%)，氮的施入量为108 kg/hm2，沟施。其他管理措施同一般高产田。

试验取样分别于大喇叭口期(V12)、吐丝期(R1)、灌浆期(R2)、乳熟期(R3)、蜡熟期(R4)和完熟期(R5)进行。取样时，每小区选取长势一致的植株3株，完熟期选取5株，测定地上部干物质积累量、根系干质量、穗数、千粒质量、籽粒产量、氮(磷)含量等指标。

1.4 测定指标及方法

将地上部分刈割，按照叶片、茎秆、籽粒分开称重后，105 ℃杀青15 min，于80 ℃烘至恒重，计算地上部干物质积累量。采用土壤剖面法，取样深度为2 m，将根系挖出后装入网袋冲洗干净后，置于80 ℃烘箱中烘至恒重，测定根系干质量。成熟期，在小区中间行连续取20个果穗，计数每个果穗的粒数，取其平均值，即为单穗粒数；收获后，测定鲜千粒质量，重复3次，然后将其平均值折算为14%含水量下的千粒质量(千粒质量(g，14%含水量)=平均千粒质量实测×(1-测定籽粒含(%))÷(1-14%))。取样面积为15 m2，重复3次，收获、脱粒并晒干至籽粒含水量约为14%时，测定收获的籽粒产量，最后折算成每公顷收获的籽粒产量。将称重后的各器官分别粉碎，采用H2SO4-H2O2半微量定氮法测定全氮、全磷含量，计算氮(磷)素吸收效率[10]：氮(磷)素吸收效率(NUPE，kg/kg)=植株地上部N(P2O5)素累积量/施N(P2O5)量；氮(磷)收获指数 (HI)=玉米籽粒吸收N(P2O5) 量/玉米地上部植株总吸N(P2O5)量× 100；氮肥(磷肥或钾肥)偏生产力(PFP，kg/kg)=籽粒产量(kg/hm2)/施纯N(P2O5)量(kg/hm2)。

1.5 数据处理

运用统计软件Excel和SPSS 18.0进行数据统计和分析。因2014，2015年数据变化趋势基本一致，本研究主要以2015年数据进行分析说明。

2 结果与分析

2.1 春玉米产量及其产量构成因子

对2014，2015年内的3个不同品种的春玉米在密植条件下的籽粒产量及其构成因子进行了方差分析，结果表明，2年的试验结果变化趋势基本一致，其中，籽粒产量以品种KW2最高。由表1可知，在相同的栽培条件下，KW2、KWS9384和JD32这3个品种的实际穗数以品种KW2最高，JD32最低，二者之间差异显著(P<0.05)；穗行数、行粒数和穗粒数以品种KWS9384最高，其与KW2和JD32间差异显著(P<0.05)；而千粒质量和籽粒产量以品种KW2表现最好，3个品种间差异显著(P<0.05)，2014，2015年KW2千粒质量较对照JD32分别增加15.38%和6.70%，KW2籽粒产量较对照JD32分别增加19.73%和32.19%。

表1 密植条件下春玉米产量及其构成因子Tab.1 Grain yields and its components of different corn cultivars in dense conditions

注：同列数据后不同小写字母表示品种间差异达5%显著水平。表2-6同。

Note：Values followed by different letters in a column are significant between cultivars at the 5% level.The same as Tab.2-6.

2.2 春玉米干物质积累与分配

由表2可知，在3个春玉米品种的生育期过程中，整株干物质积累量随着生育期的延长而持续增加，至完熟期(R5)积累量达到最大值，其中，品种KW2的积累量最高，每株的干物质积累量为432.95 g，比KWS9384和JD32分别高15.11%和17.55%，且与二者之间差异显著(P<0.05)；茎秆干物质积累随着生育期的延长，3个春玉米品种均呈先增长后减少的变化趋势，均在灌浆期(R2)达到峰值，此时KW2、KWS9384和JD32每株的干物质积累量分别为139.92，125.86，117.73 g，KW2与KWS9384、JD32间差异显著(P<0.05)，但KWS9384与JD32品种间差异不显著；叶片干物质积累量的变化趋势同茎秆干物质积累量的基本一致，亦在灌浆期(R2)达到峰值，其中，品种KW2的峰值最高，为每株90.62 g，较KWS9384和JD32分别高15.39%和17.14%，但3个品种在大喇叭口期(V12)和吐丝期(R1)差异不显著；籽粒干物质积累量自灌浆期开始持续迅速增长，蜡熟期(R4)干物质积累速率最快，品种KW2与KWS9384、JD32之间差异显著(P<0.05)；根系干物质积累量随着生育期的延长，3个春玉米品种均呈先增长再递减又增长再递减的波动变化趋势，其中，KW2在吐丝期(R1)干物质积累量达到最大值，每株为35.44 g，而KWS9384和JD32在灌浆期(R2)达到最大值，每株峰值分别为28.45，22.45 g。综合分析可知，品种KW2的干物质积累能力最高，与其他2个品种之间差异显著。

由表2可知，3个参试春玉米品种在大喇叭口期(V12)和吐丝期(R1)叶中的干物质分配比例由高到低的顺序为JD32>KWS9384>KW2，而根系中干物质分配比例由高到低的顺序为：KW2>KWS9284>JD32；灌浆期(R2)茎、叶中的干物质分配比例以品种JD32最高，籽粒中以KWS9384最高，根系中则以KW2最高；至生育后期(R3、R5、R5)，茎、叶中的干物质分配比例的变化特点与前期较一致，由高到低的顺序表现为：JD32>KWS9384>KW2，而籽粒中干物质分配比例以品种KW2最高。因此，在生育后期KW2储藏在各器官中的干物质向籽粒转移的量最多，有利于其产量的积累。

表2 密植条件下不同生育时期春玉米干物质积累与分配Tab.2 Dry matter accumulation and distribution in spring maize at different growth stages in dense conditions

注：DMAA.干物质积累量；DMDA.分配比例。

Note：DMAA.Dry matter accumulation；DMDA.Distribution ratio.

2.3 春玉米养分积累与分配

2.3.1 氮、磷养分积累量的变化及分配特点 由表3可知，在3个春玉米品种的生育期过程中，整株氮素积累量随着生育期的延长均呈先增长后略有下降的趋势，3个品种均在灌浆期(R2)氮素积累量达到峰值，且3个品种从灌浆期开始品种间差异显著(P<0.05)。其中，3个春玉米品种的茎、叶氮素积累均呈先增长后持续下降的趋势，均在灌浆期(R2)达到峰值，后逐渐下降，在完熟期(R5)降到最低，3个品种在灌浆期时差异显著(P<0.05)，以品种KW2最高，茎、叶含量为每株2.24，2.25 g，分别比JD32高41.80%和38.05%；籽粒氮素积累在整个生育过程中，各品种均随生育期的延长持续增加，至完熟期(R5)达到最大值，且各品种间差异显著(P<0.05)，其中，品种KW2的含量最高，为每株2.78 g，KWS9384和JD32依次分别为每株2.45，2.02 g，KW2较后二者分别高了13.5%和37.6%；根系氮素的积累趋势同茎、叶基本一致，均在灌浆期(R2)达到峰值，各品种间差异显著(P<0.05)。

表3 密植条件下不同生育时期春玉米氮素积累与分配Tab.3 Nitrogen accumulation and distribution of spring maize at different growth stages in dense conditions

由表3可知，KW2和KWS9284茎秆中氮素分配比例在大喇叭口期(V12)所占比例最高，分别为49.62%和50.20%，此后随着生育期的推进而逐渐降低，而JD32茎秆中氮素分配比例则呈先增后减的变化趋势，在吐丝期(R1)所占比例最高为49.84%；叶片中氮分配比例呈先降后增再降的变化趋势，其中，KW2在灌浆期(R2)分配比例最高，KWS9384和JD32则在大喇叭口期(V12)分配比例最高；籽粒中氮素分配比例随着生育期的推进持续增加，在完熟期中KW2、KWS9384和JD32所占比例依次为56.73%，55.68%和52.74%；3个春玉米品种中，根系中氮素分配比例在大喇叭口期(V12)和完熟期(R5)所占比例较低，其余生育时期均为9.71%～13.38%。

由表4可知，3个春玉米品种整株磷积累量变化呈先增长后递减再增长的趋势，从整个生育期来看，各品种在不同生育期差异显著(P<0.05)，其中，品种KW2和JD32在灌浆期(R2)磷积累量最大，每株分别为5.27，4.05 g，而KWS9384则在完熟期(R5)积累量最多，为每株4.73 g。叶片中磷素积累量，各品种均随生育期的延长呈先增长后递减的趋势，且均在灌浆期(R2)达到最大值，其中，品种KW2的磷积累量最大，较KWS9384和JD32分别高21.2%和27.7%；籽粒的磷积累量变化趋势基本与氮积累量一致，3个品种均在完熟期(R5)达到最大值，KW2较KWS9384和JD32分别高7.0%和28.6%；根系的磷积累量变化呈先增后减的趋势，其中，KW2在灌浆期(R2)达到最大值，为每株0.69，KWS9384在吐丝期(R1)达到最大值，为每株0.53 g，而JD32则在乳熟期(R3)达到最大，每株为0.50 g。

由表4可知，茎秆中磷分配比例在大喇叭口期(V12)所占比例最高，其分配比例由高到低的顺序为KWS9384>JD32 >KW2；叶中磷分配比例由高到低的顺序为JD32 >KW2> KWS9384。籽粒中磷素分配比例随着生育期的推进比例持续增加，各品种所占比例由高到低依次为KWS9384 >JD32> KW2。根系中磷分配比例变化趋势同氮分配比例基本一致。

表4 密植条件下不同生育时期春玉米磷素积累与分配Tab.4 Phosphorus accumulation and distribution of spring maize at different growth stages in dense conditions

2.3.2 氮、磷养分运转 从表5可以看出，春玉米吐丝前氮、磷养分积累量各品种间差异显著(P<0.05)，其中，品种KW2的氮、磷养分累积量最高，分别为277.4，276.1 kg/hm2，氮养分积累量分别较KWS9384和JD32高10.5%和32.9%，磷养分累积量分别较KWS9384和JD32高8.1%和20.3%；吐丝后氮、磷养分积累量仍以KW2最高，但KW2氮养分积累量与JD32之间差异不显著，KW2氮养分积累量分别较KWS9384和JD32高16.1%和0.1%，磷养分积累量分别较KWS9384和JD32高17.9%和75.0%。由吐丝前后养分积累所占比例可知，3个品种的氮、磷2种养分大部分是在吐丝期前吸收积累的。

表5 春玉米吐丝期前后整株氮、磷养分积累量及比例Tab.5 Accumulation amounts and ratios of nitrogen and phosphorus of the whole maize plant at the pre-silking and post-silking

2.3.3 氮、磷养分利用效率 由表6可知，KW2氮、磷的吸收效率、偏生产力显著高于KWS9384和JD32，其中，KW2的氮吸收效率分别是KWS9384和JD32的1.18，1.35倍，KW2的磷吸收效率分别是KWS9384和JD32的1.12，1.32倍。由此可见，KW2对氮、磷肥的需求量较KWS9384和JD32显著增加，可以适当降低KWS9384和JD32玉米田的氮、磷肥施用量。

表6 春玉米氮、磷养分利用效率Tab.6 N and P utilization efficiencies of spring maize

3 讨论与结论

提高玉米生物产量，一方面可以通过建立高密度大群体，依靠群体结构性增产；另一方面要在密植条件下改善个体生理功能，依靠个体功能性增产[3]。在这2种手段中，前者可通过选育优良高密品种，增加种植密度来调控；后者可通过集成种植方式与营养配制，改善矿质营养供应来调节植株光合生理活性来调控。本研究将调节群体密度和营养元素相结合，结果表明，在高密度种植条件下，品种KW2的干物质积累、氮磷养分积累最高。

玉米生育期短，生长发育快，需肥较多，对氮、磷的吸收尤甚。其吸收量是氮大于磷，且随着产量的提高，需肥量亦明显增加。有研究表明[1]，当公顷产5 250 kg玉米时，得到氮、磷的吸收比例为2.5∶1.0，公顷产10 800 kg玉米时，得到氮、磷的吸收比例为3.0∶1.0。当种植制度不同、产量水平不同时，供肥量、肥料的分配比例和施肥时间均应有所区别、各有侧重。因此，在以后的推广种植中要适当降低KWS9384和JD32玉米田的氮、磷施肥量，结合玉米自身生长发育特点及需肥规律，做到合理用肥、经济用肥。

作物生物量的累积量与养分的积累有着密切关系，养分积累是生物量累积的基础，也是作物产量形成的基础[12，20-21]。本研究结果表明，春玉米KW2的根系活力较强，更有利于养分的吸收，在整个生育期内氮、磷养分积累量和吸收速率均明显高于其他2个品种，具有较高的养分吸收效率。在试验中，灌浆期(R2)是一个转折点，根系氮素的积累各品种均在灌浆期(R2)达到峰值，各品种间差异显著(P<0.05)；根系的磷积累量的变化特点是：KW2在灌浆期(R2)达到最大值，每株为0.69 g，仅JD32则在乳熟期(R3)达到每株0.50 g的最大值。综合分析认为，在保证根系基本功能的情况下，籽粒中分配较多的养分，有利于满足籽粒充实所需的营养物质，不仅能使作物拥有较高的养分收获指数和偏生产力，同时也能促进氮、磷养分的吸收积累与分配，进而提高产量[14，22-23]。因此，明确密植条件下春玉米的矿质养分吸收、运转规律，将有助于合理、经济用肥，达到高产高效的目的。

本研究结果表明，3个春玉米品种中，KW2在生育期内每株干物质、氮、磷积累量分别为432.95，4.90，5.21 g，均明显高于KWS9384和JD32；KW2的籽粒产量、整株干物质及氮、磷养分积累量均在整个生育期内均明显高于KWS9384和JD32，收获指数三者间无显著差异。因此认为，KW2籽粒产量高的主要原因是其拥有较高的干物质积累量。KW2的籽粒及根系中氮磷的干物质分配比例高于KWS9384和JD32，并具有较高的氮磷吸收效率和偏生产力。综合分析认为，在参试的3个春玉米品种中，KW2最适合在密植条件(6.75万株/hm2)下高水肥种植和推广。

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Characteristics of Dry Matter，Accumulation and Distribution of N and P of Spring Maize in Dense Conditions

ZHANG Xiaojuan，ZHENG Minna，GUO Fengqin

(High Latitude Crops Institute，Shanxi Academy of
Agriculture Sciences，Datong 037008，China)

The aim of this study is to investigate characteristics of dry matter and nitrogen(N) and phosphorus(P)nutrient accumulations and distributions of spring maize.In this study，the distribution characteristics of dry matter and nitrogen and phosphorus accumulation of spring maize were studied by using KW2，KWS9384 and JD32 as test materials in 2014-2015.The results showed that per plant dry matter，nitrogen and phosphorus accumulation of the KW2 respectively for 432.95，4.90，5.21 g in growth period，were significantly higher than the KWS9384 and JD32，compared with the KWS9384，the dry matter and N and P nutrient accumulation amounts of KW2 increased by 15.11%，11.36% and 10.15%，respectively.Compared with the JD32，the dry matter and N and P nutrient accumulation amounts of KW2 increased by 17.55%，27.94% and 28.96%，respectively.The KW2 grain yield and whole plant dry matter and N and P，nutrient accumulation were higher than the KWS9384 and JD32 in the whole growth period，harvest index among the three had no significant difference.The KW2 grain and root nitrogen and phosphorus in dry matter (N and P) was higher than KWS9384 and JD32.Comprehensive analysis showed that the KW2 was most suitable in the density 67 500 plant/ha under cultivation of the 3 spring maize varieties.

Spring maize；Dry matter accumulation；Nitrogen accumulation；Phosphorus accumulation

2016-04-08

山西省科技攻关项目(20150311002-1)；山西省农业科学院育种基础项目(Yyzjc1401)

张小娟(1982-)，女，山西灵丘人，助理研究员，主要从事玉米育种与栽培研究。

郭凤琴(1963-)，女，山西大同人，研究员，主要从事玉米育种与栽培研究。

S513.01

A

1000-7091(2016)06-0192-07

10.7668/hbnxb.2016.06.030