施氮量对复播青贮玉米光合特性和产量的影响

王久龙，王振华，李文昊，裴 磊，赵 波，扁青永，朱延凯

（1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子832000；2.石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆 石河子832000）

施氮量对复播青贮玉米光合特性和产量的影响

王久龙1，2，王振华1，李文昊1，2，裴 磊1，2，赵 波1，2，扁青永1，2，朱延凯1，2

（1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子832000；2.石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆 石河子832000）

采用田间试验方法，研究了一管两行（80 cm＋40 cm）行距模式下灌溉量为288 mm时，不同施氮量（CK，14.04 kg·hm－2；F1，97.56 kg·hm－2；F2，167.16 kg·hm－2；F3，236.76 kg·hm－2；F4，306.36 kg·hm－2；F5，375.96 kg·hm－2）对复播青贮玉米光合特性的影响，观测了拔节期（08－20）和抽雄吐丝期（09－13）光合特性指标及生育期末期的干物质量、叶面积，计算叶片水平的水分利用效率、光合势及净同化率。施氮量为236.76 kg·hm－2，青贮玉米产量最大；拔节期光合有效辐射为 1 500～2 000μmol·m－2·s－1、施氮量为 236.76 kg·hm－2时，青贮玉米的光合指标较大；抽雄吐丝期光合有效辐射为 800～1 900μmol·m－2·s－1、施氮量为 236.76 kg·hm－2时，水分利用效率较大；施氮量为236.76～306.36 kg·hm－2时，青贮玉米的光合势和净同化率均达到最大，施氮量进一步增加，光合势和净同化率降低显著。因此，石河子地区青贮玉米适宜的光合有效辐射为1 500～2 000μmol·m－2·s－1，施氮量为236.76 kg·hm－2，青贮玉米产量及水分利用效率达到最大。

施氮量；复播青贮玉米；光合特性；产量；

book=5,ebook=257新疆充足的水土光热条件，蕴藏着较强的粮食生产能力，担负着国家粮食战略后备基地的重要责任。2010年，新疆生产建设兵团党委提出将“增粮”调整为“稳粮”，大力发展优质、高产、高效、生态农业。大量学者研究认为，在8℃～34℃的温度范围内，玉米的叶片生长发育速率随温度升高而增加，随温度升高叶片生长发育速率下降，当日平均气温低于16℃时，玉米基本上停止灌浆［1］。青贮玉米生长期一般为80～85 d，麦收后7—9月的月平均辐射为2.0～1.99 MJ·m－2、地温最高温度 26.3℃～19.9℃、最低温度为25.5℃～8.6℃，新疆地区光照、积温等条件能够满足青贮玉米的生长，“一年两作”的种植模式得到广泛推广应用。

不同施氮条件下的光合作用体现着作物的最直接生产力［2］，对玉米的光合特性有着不同的影响。氮素亏缺会直接影响玉米的光合作用，造成产量和品质下降［3－4］。增加氮肥用量能够提高水分胁迫状态下的 Gs、Tr和Rd，降低水分胁迫处理产生的影响。氮是限制作物产量形成的主要因素［5］，对玉米产量形成的影响可达显著、极显著水平［6］。不合理施肥、过量施肥非但不能提高玉米的产量，而且还造成大量的氮素损失及浪费，并导致土壤环境日益恶化［7－10］、产量下降［11－12］等问题。

本研究拟通过查明两种行距配置模式在不同施氮条件下的光合有效辐射对滴灌复播青贮玉米产量及光合生理指标的影响，探究在青贮玉米高产、水分利用效率最高条件下的适宜行距模式和施氮量，探索光合有效辐射在该施氮条件下对青贮玉米产量及光合生理指标的影响机制，通过光合有效辐射进行大尺度范围内的产量预测。

1　材料与方法

1.1试验区概况

试验于2015年7—10月在现代节水灌溉兵团重点实验室试验基地暨石河子大学节水灌溉试验站（44°19′N，86°03′E）进行。试验区海拔 451m，年均日照时间2 865 h，＞10℃积温为 3 463.5℃，＞15℃积温为2 960.0℃，无霜期170 d，多年平均降雨量207 mm，多年平均蒸发量为1 660 mm，地下水埋深大于5m，土壤质地为中壤土，土壤的平均容重为1.68 g·cm－3，田间持水率为 20.84%，饱和含水率为33.32%。

1.2试验设计

麦收后，在有滴灌系统的土地上带茬播种青贮玉米，品种为“瑞玉F98”。每个小区由球阀单独控制灌溉和施肥，小区面积为83.7m2（长×宽：18.6 m×4.5m），滴灌带（外径 16mm、壁厚0.3mm、滴头间距 30 cm、滴头流量 1.8 L·h－1）采用的是新疆天业集团生产的单翼迷宫式，支管管道内压力控制为0.06 MPa，采用压差式施肥罐进行水肥一体化施肥，行距模式为一管两行（80 cm＋40 cm）（详见图1），播种深度4～5 cm，株距 20 cm，种植密度 83 333株·hm－2。采用干播湿出的播种方法，7月8日播种，7月12日出苗，10月1日收获，全生育期共81 d，灌溉定额为288mm，灌水次数7次，即苗期（7月17日）1次。拔节期（8月1日、8月11日、8月21日）3次、抽雄吐絮期（9月2日、9月8日）2次、灌浆期（9月 23日）1次，施尿素（含纯氮46.4%）和磷酸钾铵（含纯氮6%，五氧化二磷51%，氧化钾17%）的次数均为6次（除苗期不施肥外，其余施肥和灌水一致），施氮处理详见表1。

1.3测定项目与方法

1.3.1叶面积、干物质量测定每隔10 d每个小区自南向北选取连续3株玉米，取回实验室，用直尺对每片叶片进行测量。叶长为从叶片基部到叶尖尺寸，叶宽为叶片最宽处尺寸。按照茎、叶、穗分类、编号，称其鲜重和鼓风干燥箱85℃下烘干至恒重后的干重。

青贮玉米单片叶面积（cm2）＝长（cm）×宽（cm）book=252,ebook=258×0.75

单株叶面积（cm2）＝单个叶片叶面积的总和

光合势的计算公式如下：

式中，LAD为光合势（cm2·d－1）；L为叶面积（cm2）；T为时间（d）。

净同化率（NAR）的计算公式为：

式中，NAR为净同化率（g·d－1·cm－2）；F为叶面积（cm2）；W为干物质重（g）；t为时间（d）。

1.3.2光合指标测定分别在青贮玉米拔节期（8月20日，晴天）和抽雄吐丝期（9月20日，晴天）进行。使用美国CI－340光合仪测定光合有效辐射（PAR），采用控光模块控制该时刻的光合有效辐射，拔节期实测最大光合有效辐射为2 300μmol·m－2·s－1，抽雄吐丝期实测最大光合有效辐射为1 900 μmol·m－2·s－1，因此，分别选择了拔节期和抽雄吐丝期的最大光合有效辐射极限值为参考值进行研究，选取青贮玉米顶层功能叶片测定青贮玉米的净光合速率、蒸腾速率等光合指标，每组3次重复，根据测定数据，计算青贮玉米叶片水分利用效率 WUE，其公式为：WUE＝Pn／Tr。

1.3.3产量测定选取1.2 m×1.2m的 3个区域内所有青贮玉米进行产量测定，测定每个区域内的玉米总鲜重。选择其中3株玉米按照茎、叶和穗分类、编号，测定其鲜重和85℃下烘干至恒重后的干重。

2　结果与分析

2.1施氮量对青贮玉米经济产量的影响

由图2可知，青贮玉米施氮量与产量呈抛物线关系，即玉米产量随施氮量的增加先增加后趋于稳定。抛物线型回归方程为 y＝－0.65787x2＋357.03 x＋52821（R2＝0.93），理论施氮量为 271.35 kg·hm－2，青贮玉米理论产量为 101 261.58 kg·hm－2，施氮量为 236.76 kg·hm－2，青贮玉米的实际产量为108 194.44 kg·hm－2，比施氮量 271.35 kg·hm－2的理论产量多 6.8%，施氮量为 306.36 kg·hm－2，青贮玉米的实际产量为 95 138.89 kg·hm－2，比施氮量271.35 kg·hm－2的理论产量少 6.0%。

2.2施氮量对青贮玉米净光合速率的影响

由表2可知，拔节期青贮玉米的净光合速率随光合有效辐射的增加呈现出先增加后降低的趋势，光合有效辐射为 1000μmol·m－2·s－1时，净光合速率随着施氮量增加而增大，施氮量为375.96 kg·hm－2时，净光合速率最大，为 29.13μmol·m－2·s－1。光合有效辐射为 1 500～2 000μmol·m－2·s－1，施氮量为236.76～306.36 kg·hm－2时，净光合速率最大；施氮量超过 306.36 kg·hm－2时，青贮玉米的净光合速率降低。光合有效辐射为 2 300μmol·m－2·s－1时，净光合速率显著降低，施氮量对净光合速率的有一定的影响，但未达到极显著水平。

book=5,ebook=259由表3可知，抽雄吐丝期，青贮玉米由营养生长转向生殖生长，也是青贮玉米干物质积累量较大的时期，氮素在该生育期内消耗量较大，净光合速率的大小将决定青贮玉米产量的高低，抽雄吐丝期的光合有效辐射最大值为 1 900μmol·m－2·s－1。光合有效辐射为 800μmol·m－2·s－1，净光合速率随着施氮量增加而增大，光合有效辐射为1 500～1 900μmol·m－2·s－1、施氮量为 306.36 kg·hm－2时，净光合速率较大，施氮量进一步增加，净光合速率降低。

2.3施氮量对青贮玉米蒸腾速率的影响

由表4可知，拔节期蒸腾速率随光合有效辐射增加而先增加后减少。光合有效辐射为1 500～2 000μmol·m－2·s－1时，蒸腾速率最大；光合有效辐射为 1 000μmol·m－2·s－1时，施氮量为 375.96 kg·hm－2时，蒸腾速率最大，为 3.62 mmol·m－2·s－1；光合有效辐射为 1 500～2 000μmol·m－2·s－1时，施氮量236.76～306.36 kg·hm－2对蒸腾速率的影响最显著，蒸腾速率较大，为 4.6～5.4mmol·m－2·s－1；光合有效辐射为 2 300μmol·m－2·s－1时，施氮量对青贮玉米蒸腾速率的影响不显著。

抽雄吐丝期青贮玉米蒸腾速率变化见表5。抽雄吐丝期的光合有效辐射为 800μmol·m－2·s－1时，蒸腾速率较低，施氮量对蒸腾速率的影响不显著，光合有效辐射过低限制了蒸腾速率的增加；光合有效辐射为 1 500～1 900μmol·m－2·s－1时，蒸腾速率随着施氮量的增加先增大后减少，施氮量为306.36 kg·hm－2，蒸腾速率最大，为 3.51～5.50 mmol·m－2·s－1，施氮量进一步增加则导致蒸腾速率降低，光合有效辐射增大，青贮玉米的蒸腾速率随之增加。

2.4施氮量对青贮玉米水分利用效率的影响

拔节期水分利用效率见表6。青贮玉米叶片水平的水分利用效率随着施氮量增加先增加后减少，施氮量为 167.16～236.76 kg·hm－2时，水分利用效率较大，随着光合有效辐射增加，水分利用效率呈现出逐渐递减趋势，光合有效辐射为2 000μmol·m－2·s－1时，水分利用效率增加较为显著，光合有效辐射为 2 300μmol·m－2·s－1时，水分利用效率最小。

抽雄吐丝期水分利用效率见表7。抽雄吐丝期的水分利用效率随着光合有效辐射增加而逐渐递减，随着施氮量增加，水分利用效率呈现出先增加后减少的趋势，光合有效辐射为 800μmol·m－2·s－1、施氮量为 236.76～306.36 kg·hm－2时，水分利用效率最大，光合有效辐射为 1 500～1 900μmol·m－2·s－1、施氮量为 97.56～236.76 kg·hm－2时，水分利用效率最大。

book=254,ebook=260

2.5施氮量对青贮玉米光合势的影响

青贮玉米光合势的变化见表8。拔节期光合势最大，其次为苗期和抽雄吐丝期的光合势，灌浆期为青贮玉米生殖生长的关键时期，叶面积的变化较小，光合势的变化也较小。苗期施氮处理对青贮玉米光合势影响不显著；拔节期施氮量增加，青贮玉米光合势增加，施氮量为 236.76～306.36 kg·hm－2，光合势最大，为 266.60±3.85 cm2·d－1，施氮量进一步增加，光合势则降低；抽雄吐丝期，施氮量增加，青贮玉米的光合势先增加后减少，施氮量为236.76 kg·hm－2时光合势最大，为 75.50 cm2·d－1，施氮量超过306.36 kg·hm－2时，光合势则逐渐降低；灌浆期，施氮量小于167.16 kg·hm－2，光合势的差异性不显著，施氮量为 306.36 kg·hm－2时，光合势最大，为 13.33 cm2·d－1，施氮量进一步增加，光合势则降低。

2.6施氮量对青贮玉米净同化率的影响

施氮量对青贮玉米净同化率的影响见表9。苗期和拔节期为青贮玉米净同化率较大的时期，其次为抽雄吐丝期，灌浆期最小。苗期，青贮玉米的净同化率为 0.36±0.1 g·d－1·cm－2；拔节期，净同化率随着施氮量增加而先增加后减少，施氮量为236.76 kg·hm－2时，净同化率最大，为 0.29±0.01 g·d－1·cm－2；抽雄吐丝期，净同化率随施氮量增加而增大，施氮量为 236.76～306.36 kg·hm－2时，净同化率最大，为 0.16±0.1 g·d－1·cm－2；灌浆期，青贮玉米的净同化率较小，施氮量间的差异不显著。

3　讨　论

青贮玉米的光合有效辐射较低（≤1 000μmol·m－2·s－1）时，净光合速率和蒸腾速率随着施氮量增加而增大。云菲等［13］研究也发现光合有效辐射较低时，增施氮肥能够显著改善光合性能，提高光能利用率。光合有效辐射为 1 500～2 000μmol·m－2·s－1，施氮量为 236.76～306.36 kg·hm－2时，净光合速率和蒸腾速率最大，施氮量为375.96 kg·hm－2时，青贮玉米的净光合速率和蒸腾速率呈现一定程度的降低，这与韩永超、叶君等［14－16］的研究结果相同。光合有效辐射为 2 300μmol·m－2·s－1时青贮玉米的净光合速率和蒸腾速率出现了一定程度的降低，施氮量对其产生的影响均不显著，这与裴磊［17－18］、李book=5,ebook=261云光［19］、赵宏瑾［20］等人在青贮玉米、棉花等光合日变化过程出现的“午休”现象导致净光合速率和蒸腾速率降低的研究结果相同。但也有学者认为光合有效辐射 1 000～2 500μmol·m－2·s－1时，净光合速率增速放缓，且维持在较高水平，并未出现下降趋势［21］。该现象的出现是由于在直角双曲线修正模型本身在参数设定时充分考虑了光合有效辐射进一步增加，光合性能指标出现下降的可能，另外由于在使用直角双曲线修正模型前人为设定了气源CO2浓度及空气湿度等参数导致拟合结果的偏差；青贮玉米施氮量为 236.76～306.36 kg·hm－2时，光合势最大，施氮量过大后，光合势则降低，由于施氮量过大，生育前期营养生长过旺，致使植株生育后期贪青晚熟，这与李卫华［22］、杨新泉［23］等人的研究结果类似。

4　结　论

施氮量为236.76 kg·hm－2时，青贮玉米产量最大，施氮量增加，青贮玉米产量降低显著。

拔节期光合有效辐射为1 500～2 000μmol·m－2·s－1、施氮量为 236.76～306.36 kg·hm－2时，净光合速率和蒸腾速率最大，施氮量为167.16～236.76 kg·hm－2时，水分利用效率较大。

抽雄吐丝期光合有效辐射为 800μmol·m－2·s－1、施氮量为 236.76～306.36 kg·hm－2时，水分利用效率最大，光合有效辐射为1 500～1 900μmol·m－2·s－1、施氮量为 97.56～236.76 kg·hm－2时，水分利用效率最大。

施氮量为 236.76～306.36 kg·hm－2时，青贮玉米的光合势和净同化率均达到最大，施氮量进一步增加，光合势和净同化率降低显著。

因此，推荐石河子地区青贮玉米获得最高产量时的适宜光合有效辐射为 1 500～2 000μmol·m－2·s－1、施氮量为 236.76 kg·hm－2。

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Effects of nitrogen application rate on photosynthetic characteristics and yield of silagemaize

WANG Jiu-long1，2，WANG Zhen-hua1，2，LIWen-hao1，2，PEILei1，2，ZHAO Bo1，2，BIAN Qing-yong1，2，ZHU Yan-kai1，2
（1.College ofWater＆Architectural Engineering，ShiheziUniversity，Shihezi，Xinjiang 832000，China；2.Corps Key Laboratory ofModern Watersaving Irrigation，Shihezi，Xinjiang 832000，China）

In this study，a field experimentused a tube of two lines（80 cm＋40 cm）spacedmode，irrigation quota of288mm，to study the effects of N application rate（CK，14.04 kg·hm－2；F1，97.56 kg·hm－2；F2，167.16 kg·hm－2；F3，236.76 kg·hm－2；F4，306.36 kg·hm－2；F5，375.96 kg·hm－2）on silagemaize and photosynthetic characteristics.At the jointing stage（08－20）and tasseling stage（09－13），photosynthesis characteristic indexes，fertility of the final quality of drymatter，leaf area，the leaf level ofwater use efficiency，photosynthetic potential and netassimilation rate were calculated.When the N application rate was 236.76 kg·hm－2，silagemaize yield was the largest and when photosynthetic active radiation was1 500～2 000μmol·m－2·s－1，N application ratewas236.76 kg·hm－2，silage corn WUE was larger；at spinning tasseling stage，photosynthetic active radiation was 1 500～2 000μmol·m－2·s－1，and N application ratewas 236.76 kg·hm－2，theWUE was larger；when N application rate was 236.76～306.36 kg·hm－2，silagemaize photosynthetic potential and netassimilation rate achieved themaximum level.When the N application rate was increased，photosynthetic potential and net assimilation rate decreased significantly.Therefore，in Shihezi area，the photosynthetic active radiation of1 500～2 000μmol·m－2·s－1，and N application rate of236.76 kg·hm－2，are the appropriate level to achieve themaximum silage corn yield and WUE.

N application；multiple cropping silagemaize；photosynthetic characteristics；yield

S275.6

A

1000-7601（2017）05-0250-06

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.37

2016-09-29

2016-12-08

国家科技支撑计划项目（2015BAD20B03）

王久龙（1988—），男，河北承德人，硕士，研究方向为节水灌溉理论与技术。E-mail：wjl2013007＠126.com。

王振华（1979—），男，河南扶沟人，教授，博导，博士，主要从事干旱区节水灌溉理论与技术研究。E-mail：wzh2002027＠163.com。