氮肥对春玉米‘中单509’叶片生理特性及产量的影响

曹高燚，杜锦，苏东伟，牛巧龙，田秀平

（天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384）

氮肥对春玉米‘中单509’叶片生理特性及产量的影响

曹高燚，杜锦，苏东伟，牛巧龙，田秀平通信作者

（天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384）

为研究玉米不同生育期叶片光合特性在不同施氮水平下的差异及其与产量间的关系，阐述光合特性的变化规律，探讨玉米高产节肥的适宜施氮量。本研究采用春玉米‘中单 509’，在5个施氮水平下，测定不同生育期叶片的光合速率、叶绿素含量、可溶性糖含量和产量。结果表明，不同施氮水平下，玉米叶片光合速率和叶绿素含量均在开花期达最大值；玉米叶片光合速率、叶绿素含量及产量等均以施氮量为135.00 kg/hm2时达最高；大喇叭口期和灌浆期施纯氮量在135.00 kg/hm2时，叶片可溶性糖含量达到最高；通过试验建立了施氮量与产量之间的回归方程。不同施氮量对玉米叶片光合速率、叶绿素含量、可溶性糖含量和产量有显著的影响，施用适量的氮肥有利于玉米叶片光合作用和产量的提高。

玉米；氮肥；光合速率；叶绿素含量；产量

玉米是世界上广泛种植的谷类作物之一[1]，也是我国主要的粮饲作物，在国民经济中占有重要的地位。氮素是影响玉米产量的重要元素，施用适量的氮肥能显著提高玉米籽粒的产量[2-4]，只有施用适量的氮肥才能促进氮素的吸收积累，促进玉米产量的提高[5]。研究表明，玉米籽粒产量与氮肥施用量呈单峰曲线方程的关系，在一定范围内，随着氮肥施用量的增加，玉米产量逐渐增加[6]，当氮肥增加到一定量时，玉米产量有下降的趋势[7-8]。施氮量影响玉米叶片的光合作用，在氮素胁迫下，幼苗期玉米叶片的光合能力要减弱，表现为光合速率和蒸腾速率等参数降低[9]。适量的氮肥有利于提高玉米叶片的光合速率[10-11]。不同磷肥水平对春玉米品种‘中单509’影响的研究已有报道[12]，由于不同玉米对氮肥的响应不同，对玉米品种‘中单509’的氮肥施用研究尚无报道。从试验地基本化学性质的测定结果看，供试土壤富含有机质和碱解氮，有效磷和有效钾含量偏低，而当地玉米纯氮施用量高达150～200 kg/hm2。在适量磷、钾肥施用的基础上，有效调节氮肥的施用剂量，探求促进高产、形成高品质的适宜氮肥施用量，是农业生产亟待解决的问题。本研究以‘中单509’为材料，探讨了不同氮肥处理对玉米不同生育期叶片光合速率、叶绿素含量、可溶性糖含量和产量的影响，为春玉米‘中单509’在天津地区合理施用氮肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试玉米品种为‘中单509’（津审玉2009004，天津地区主推春玉米品种），肥料为尿素（含 N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）、氯化钾（含K2O 60%）。试验地点在天津市静海县良种场，供试土壤为潮土，0～20 cm土层的基本化学性质是，有机质31.32 g/kg；碱解氮174.00 mg/kg；全磷（P）1.17 g/kg；有效磷（P）5.47 mg/kg；速效钾（K）19.73 mg/kg；pH值为8.2。土壤基本化学性质测定方法为：有机质采用丘林法；全氮采用半微量凯氏法；碱解氮采用碱解扩散法；全磷用碳酸钠熔融法；有效磷用Olsen法；有效钾用乙酸铵提取，火焰光度计法；pH为水浸提，酸度计测定。

1.2 试验方法

本试验采用随机区组试验设计，施氮量设 5个水平，氮肥分基肥（50%）开沟施入和大喇叭口期追肥（50%）穴施，穴施深度和沟施深度均为10 cm左右，具体用量见表1。磷肥和钾肥都设一个水平，施过磷酸钙1 432.12 kg/hm2，氯化钾143.56 kg/hm2，均以基肥方式一次施入。每个小区种植10行，行长6 m，行距55 cm，株距28 cm，每个处理3次重复。2014年5月5日进行播种，田间管理同一般生产。

表1 氮肥施用量 kg·hm-2

1.3 测定项目与方法

分别在玉米三叶期、拔节期、大喇叭口期、开花期、灌浆期、成熟期测定叶片的光合速率和叶绿素含量，具体取样方式：晴天在9：30—14：00之间，用TPS-2仪器测定玉米功能叶片光合速率，用 SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素含量，每小区测定5株，在抽雄前测各植株最新完展叶，抽雄后测定穗位叶，在每片叶中部测3点，两侧各测2点，避开叶脉，取平均值，重复测定3次。分别在三叶期、拔节期、大喇叭口期、开花期和灌浆期取样测定玉米叶片的可溶性糖含量，具体取样方法是三叶期取3个叶片混合样，拔节期和大喇叭口期取最后的全展叶，开花期和灌浆期取穗位叶，测定方法采用蒽酮比色法[13]。成熟期每小区取中间行的中间10个果穗，自然风干，在籽粒含水量为 14%时，测量果穗长、粒重、百粒重，计算产量。

1.4 数据处理与分析

采用Excel、DPS软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对‘中单509’叶片叶绿素含量的影响

叶片是玉米进行光合作用的主要器官，叶绿素在光合作用中起着重要作用，叶绿素含量与光合利用率有一定的关系，叶绿素含量增大，光合利用率随之增大，二者呈正相关。从图1可以看出，随着‘中单509’的生长，不同施氮水平下‘中单509’叶片的叶绿素含量变化趋势基本相同，表现为三叶期开始升高至开花期（66.03 mg/g）后开始逐渐降低。不同施氮水平之间的‘中单509’叶片叶绿素含量亦不相同，表现为三叶期和成熟期各施氮处理之间叶绿素含量无显著差异，施纯氮量为 135 kg/hm2时，在大喇叭口期，叶绿素含量达最高值，与其他施氮处理之间达显著性差异；而在拔节期、开花期和灌浆期，施纯氮量为 135 kg/hm2时，叶绿素含量值最高，仅显著高于施纯氮量为45、180、225 kg/hm2的处理。

图1 氮肥施用量对玉米叶绿素含量的影响

2.2 施氮量对‘中单509’叶片光合速率的影响

光合速率对作物产量高低有着重要的影响。从图2可以看出，随着‘中单509’的生长，不同施氮水平‘中单509’叶片光合速率变化趋势基本相同，即从三叶期升高至开花期后开始下降至成熟期。不同施氮水平之间‘中单509’叶片光合速率亦不相同，表现为三叶期和灌浆期各施氮处理之间叶片光合速率无显著差异。施纯氮量为 135 kg/hm2时，在拔节期、大喇叭口期、开花期和成熟期玉米叶片光合速率值最大，显著高于施纯氮量为225 kg/hm2的处理。

图2 氮肥施用量对玉米光合速率的影响

2.3 施氮量对‘中单 509’叶片可溶性糖含量的影响

可溶性糖是玉米同化物的重要来源，可维持一定的细胞渗透压，其含量与土壤施氮量有关。从图3看出，随着玉米的生长，不同施氮水平下‘中单509’叶片可溶性糖含量变化趋势也基本相似，表现为三叶期最高，拔节期开始下降至开花期，灌浆期又升高。三叶期施纯氮量在 180.00 kg/hm2时，玉米叶片可溶性糖含量最高，显著高于施纯纯氮量为 45、90、225 kg/hm2时的含量。拔节期施纯氮量为 180 kg/hm2时的可溶性糖含量最高，与施纯氮量为45、90 kg/hm2时达显著性差异。大喇叭口期施纯氮量为 135 kg/hm2时，可溶性糖含量最高，显著高于施纯氮量为 225 kg/hm2的值。灌浆期施纯氮量在135.00 kg/hm2时，叶片可溶性糖含量达到最高，与其他施氮处理达显著差异，而开花期各施氮处理之间无显著差异。

图3 氮肥施用量对玉米叶片可溶性糖含量的影响

2.4 施氮量对‘中单509’产量性状的影响

从表2看出，在不同施氮水平下，‘中单509’产量、穗长、穗粒重和百粒重的变化趋势基本相同。施纯氮量在 45.00～135.00 kg/hm2之间时，产量表现为增加趋势，在135.00～225.00 kg/hm2之间时，产量呈下降趋势。各性状最大值均表现在施纯氮135.00 kg/hm2时，产量为10 195.73 kg/hm2、穗长21.37 cm、穗粒重193.53 g和百粒重31.88 g。本研究建立了施氮量与产量之间的回归方程：y＝-0.162x2＋44.418x＋6 695.400，通过方程可知，施纯氮量在137.01 kg/hm2时，玉米产量最高9 738.21 kg/hm2，与田间实际产量相符，可作为天津地区‘中单509’的氮肥施用参考量。

表 2 氮肥对‘中单509’产量性状的影响

3 讨论与结论

氮是氨基酸的重要组成成分，适量的氮肥有利于玉米叶片的氮代谢和叶绿素含量的增加。但施入量过高则会影响玉米正常的氮代谢和造成氮肥浪费，影响生态环境。氮含量、叶绿素含量和糖代谢三者密切相关，施用适量氮肥可促进叶片光合作用的进行[14]。本试验中‘中单509’在整个生育期期间，光合作用和叶绿素含量呈单峰变化趋势，其中开花期光合作用最大。氮肥施用不足会影响叶片细胞叶绿体结构，影响叶绿素含量，从而影响光合作用[15]。施氮量影响玉米的产量，随着施氮量的增加，玉米产量、穗长、穗粒重和百粒重都是先升高后下降，呈单峰曲线变化的趋势[16-17]。‘中单 509’叶片中可溶性糖含量在不同施氮处理的不同生长期的变化规律基本一致，均是从三叶期下降到灌浆期上升。崔金虎[18]对‘先玉335’和‘军单8’的研究表明，拔节期、大喇叭口期、开花期玉米植株呼吸作用旺盛，消耗叶片中的可溶性糖，过量施氮可使玉米叶片中可溶性糖含量下降[19]，本试验也得出了相同的结果。本研究结果表明，并不是施氮量越高，叶绿素含量、光合速率、产量指标就高；在施氮量为135.00 kg/hm2时，产量指标达最大值，进一步说明，追求高产而盲目加大氮肥投入是不可行的，这样不仅浪费了肥料、增加了农民的种地成本，还对环境造成严重污染。根据土壤性质、作物品种进行合理的测土施肥势在必行。本研究在天津市潮土上建立了施氮量与产量之间的回归方程，为本地区玉米‘中单509’的氮肥施用量提供了科学指导。

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责任编辑：杨霞

Effects of Nitrogen Fertilizer on Physiological Characteristics of Leaves and Yield in Spring Maize ‘Zhongdan509’

CAO Gao-yi, DU Jin, SU Dong-wei, NIU Qiao-long, TIAN Xiu-pingCorrespondingAuthor
（College of Agronomy and Resource Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

For expounding photosynthetic characteristics and yield traits associated with nitrogenous fertilizers supplement and optimization of nitrogenous fertilizers suitable amount for high efficient maize production and clarifying the variation of photosynthetic rate, we monitored the yield and physiological characteristics of leaves in each growth stage using five levels of nitrogenous fertilizers sets in a spring maize ‘Zhogndan509’. The results showed that photosynthetic rates and chlorophyll content reached the maximum value on flowering time under different nitrogenous fertilizers treatment; Further, a level of 135.00 kg/hm2for nitrogenous fertilizers could provide maximum for photosynthetic rate, chlorophyll content and yield. Soluble sugar content could achieve a maximum at large bell period and filling stage of maize in the dose of 135.00 kg/hm2simultaneously.This research established a correlation equation between nitrogenous supplement and yield. The results showed that nitrogenous fertilizers supplement possess significant relationship with yield photosynthetic rate, chlorophyll content and soluble sugar content. Our work provide theoretical and technical guidance for the efficiency of using nitrogenous and high yield production of‘Zhongdan509’ in Tianjin.

maize; nitrogen fertilizer; photosynthetic rate; chlorophyll content; yield

S513

：A

2016-04-22

农业部公益性行业（农业）科研专项经费项目“华北主要作物秸秆饲用技术及优质化生产技术集成与示范”（201503134）；天津市高等学校创新团队计划“作物品质及抗逆性的遗传改良”（TD12-5017）；天津市科技攻关计划项目“饲用高油玉米相关性状的遗传研究及新品种选育”（06YFGZNC01200）；天津农学院科技发展基金项目“玉米耐冷相关基因的功能分析”（2014N04）

曹高燚（1984-），男，河南南阳人，讲师，博士，主要从事种子科学与分子育种研究。E-mail：445490795@qq.com。

田秀平（1965-），女，山东泰安人，教授，博士，主要从事土壤和植物营养学的教学与科研工作。E-mail：tian5918@sohu.com。

1008-5394（2017）02-0001-04