施氮量对春玉米籽粒脱水特性与灌浆特性的影响

姚丹丹，韩金玲,杨 敏,王 健,武宝悦,高素红,周印富,杨 晴,王文颇

(河北科技师范学院，农学与生物科技学院，河北 秦皇岛 066600)

冀东地区位于河北省东部的华北平原，光热资源丰富，为春玉米生长提供了有利的环境条件。玉米是冀东地区重要的粮食作物，氮是影响玉米生长发育及产量形成的重要元素。研究表明，合理施用氮肥能够显著提高玉米籽粒的最大灌浆速率，有效延长灌浆渐增期、速增期和缓增期的持续时间，从而促进籽粒干物质的形成和积累[1-3]。

随着农业现代化水平的不断提高，玉米全程机械化的普及，玉米籽粒直收技术对玉米品种的选择提出了新的要求。研究表明，玉米收获时籽粒含水率高是影响玉米机械粒收技术发展的重要限制性因子[5-7]，而生理成熟前后籽粒含水率的大小和脱水速率的快慢决定着玉米籽粒收获时的最终含水率[8]。研究表明，籽粒含水量是环境和基因共同作用的结果，温度、湿度、风速、降水、日照时数等是影响籽粒含水量的重要的环境因素[9-10]；郭亚南等[11]利用郑单958、先玉335等9个春玉米品种为材料对籽粒脱水动态进行了研究，结果表明授粉后积温是籽粒含水率的重要影响因子。李璐璐等[12]研究表明，授粉至生理成熟期积温与脱水速率呈极显著负相关，即生育期间积累的积温越少，脱水速率越快。

目前研究在选择适宜施氮量时仅仅从灌浆特性、氮肥利用率、干物质积累和产量等方面考虑，而施氮量对春玉米籽粒含水率，脱水速率的影响鲜有报道。因此，本研究在不同施氮量下探讨2个主栽春玉米品种籽粒含水率随积温的演变特征，构建籽粒脱水所需有效积温模型并进行校验，同时对籽粒脱水速率与灌浆速率进行相关分析，以期为冀东地区春玉米施氮量的合理调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019年5月-10月在河北省秦皇岛市昌黎县龙家店试验田进行。试验设置5个处理，依次为N 1(120 kg·hm-2，较NCK减氮66.66%)、N 2(180 kg·hm-2，较NCK减氮50%)、N 3(240 kg·hm-2，较NCK减氮33.33%)、N 4(300 kg·hm-2，较NCK减氮16.66%)、NCK(360 kg·hm-2，本地生产施氮量)。供试材料为低氮型玉米品种京农科728和高氮型玉米品种先玉335，不同氮高效型品种的选取参考周培禄等[13]和王荣焕等[14]的方法。于5月22日播种，9月21日收获。试验选用氮肥为普通尿素(N 46%)，施磷(P2O546%)和钾(K2O 60%)均120 kg·hm-2，其中磷肥、钾肥与各处理氮肥作为底肥于播前一次性施入。试验采用完全随机区组设计，3次重复。每个小区南北长9 m，东西宽3.6 m，小区面积32.4 m2，种植密度为60 000株·hm-2。试验前对供试土壤的基本理化进行了测定，0～20 cm土层土壤pH值为7.73，有机质19.08 g·kg-1，全氮1.68 g·kg-1，碱解氮102.35 mg·kg-1，速效磷23.59 mg·kg-1，速效钾74.10 mg·kg-1。

1.2 测定项目与方法

1.2.1籽粒、苞叶和茎秆含水率测定

在吐丝前，选择各小区生长一致、健康无病虫害的代表性植株套袋、标记，进行统一授粉。自吐丝后5 d开始取样，每7 d取样1次，直至籽粒生理成熟，生理成熟后每4 d取样1次，取4次。取样时每小区选取3个果穗，每穗各取中部籽粒100粒，称鲜重后将籽粒置于105 ℃烘箱中杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，称重。苞叶和茎秆含水率测定方法同籽粒。

含水率(%)=[(鲜重-干重)/鲜重]×100%。

1.2.2籽粒脱水速率和灌浆速率计算[15]

生理成熟前籽粒脱水速率[%·(℃·d)-1]=(90%-生理成熟期籽粒含水率)/授粉至生理成熟积温(℃·d)；

生理成熟后籽粒脱水速率[%·(℃·d)-1]=(生理成熟期籽粒含水率-收获期籽粒含水率)/生理成熟后积温(℃·d)；

图1 不同玉米品种籽粒含水率拟合模型

表1 不同供氮水平下两品种籽粒含水率拟合模型参数与下降至目标含水率所需授粉后积温

籽粒脱水速率(%·(℃·d)-1)=(90%-收获期籽粒含水率(%))/总积温(℃·d)；

平均灌浆速率(g·℃-1)=生理成熟期百粒干重/灌浆期有效积温

苞叶和茎秆脱水速率的计算方法同籽粒。

1.2.3籽粒含水率预测模型

本研究对授粉后活动积温(10 ℃)和籽粒含水率进行分析，选择 Logistic Power 非线性增长模型[12]建立回归模型，以授粉后积温估算籽粒含水率。模型形式为：

式中：a、b、c 为模型参数；a 为模型极值，即籽粒初始含水率，本研究将a设定为 90。T(℃·d)为自变量，即授粉后积温；MC(%)为因变量，即籽粒含水率。利用该模型获得两品种籽粒含水率的特征参数和预测模型，并估算出两品种籽粒含水率降至28%、25%、20%需要的有效积温。

由于Logistic Power 非线性增长模型对积温与含水率之间有较好的模拟效果，故将苞叶和茎秆与积温之间的关系也进行拟合。

1.3 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010软件进行数据处理作图，Curve Expert Professional 2.6软件进行籽粒含水率动态变化的曲线拟合与参数估计，使用SPSS 17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同供氮水平下各品种籽粒含水率与授粉后积温的关系

两品种籽粒含水率均随着授粉后活动积温的增加呈先快速下降后缓慢下降的变化趋势，不同处理下的籽粒含水率差异显著。利用Logistic Power非线性增长模型可以较好地反映不同供氮水平下各玉米品种籽粒含水率与授粉后积温的关系。在收获期，京农科728在N 1水平下籽粒含水率最低，为15.08%，先玉335在NCK水平下最低，为20.57%，其次为N 4(21.53%)、N 1(21.54%)(图1)。

京农科728的拟合度(R2)在0.987 8～0.998 1，先玉335的拟合度在0.985 5～0.994 6，均达到了极显著水平。京农科728籽粒含水率降至28%、25%和20%所需要的授粉后积温平均值分别为1 310、1 407 ℃·d和1 606 ℃·d；先玉335籽粒含水率降至28%、25%和20%所需要的授粉后积温平均值分别为1 331、1 484 ℃·d和1 814 ℃·d。京农科728在NCK水平下，含水率下降所需积温最少，其次是在N 1水平下，与NCK相比，含水率下降至28%、25%和20%所需积温仅多出40.15、32.6 ℃·d和15.31 ℃·d；先玉335在N 1水平下籽粒含水率下降至28%和25%所需授粉后活动积温(10 ℃·d)比对照施氮量分别减少34.66 ℃·d和14.31 ℃·d(表1)。

图2 不同玉米品种苞叶含水率拟合模型

图3 不同玉米品种茎秆含水率拟合模型

2.2 不同玉米品种苞叶、茎秆含水率与授粉后积温的关系

由表2可以看出，两品种苞叶含水率的拟合度在0.924 5～0.990 4之间，茎秆含水率的拟合度在0.917 9～0.972 2之间，均达到了极显著水平。

由图2和图3可知，随着授粉后活动积温的增加，两品种苞叶含水率均呈先缓慢下降后快速下降的趋势，京农科728在N 1水平下苞叶含水率最低，为5.47%，比对照施氮量低67.80%；先玉335在N 3水平下苞叶含水率最低，为17.28%，比对照施氮量低22.20%。茎秆含水率则是随着积温的增加一直缓慢下降，京农科728在N 1水平下茎秆含水率最低，为67.63%，比对照施氮量低5.31%；先玉335在NCK水平下茎秆含水率最低，为68.81%，其次是N 3水平下(69%)，各处理间差异不显著。Logistic Power模型能够很好地反映苞叶和茎秆含水率与授粉后积温的关系。

表2 不同供氮水平下两品种苞叶和茎秆含水率拟合模型参数

2.3 玉米籽粒脱水特性与灌浆特性的相关关系

由表3可知，京农科728在N 2水平下生理成熟前籽粒平均脱水速率最高，在N 1水平下生理成熟后籽粒平均脱水速率和籽粒平均脱水速率最高，分别比对照高2.65%、13.64%和3.18%；先玉335在NCK水平下生理成熟前籽粒平均脱水速率和籽粒平均脱水速率最高，在N 4水平下生理成熟后籽粒平均脱水速率最高，在N 3水平下籽粒灌浆速率最高，比对照高4.10%。

表3 籽粒脱水速率与灌浆速率

表4 玉米籽粒脱水与灌浆速率相关分析

表6 籽粒脱水不同性状的相关分析

对籽粒脱水与灌浆参数进行相关分析(表4)，生理成熟前籽粒平均脱水速率与平均灌浆速率呈负相关，说明平均灌浆速率越高，生理成熟前籽粒平均脱水速率越慢；生理成熟期籽粒含水率与生理成熟前籽粒平均脱水速率呈极显著负相关，说明生理成熟前籽粒脱水速率越快，生理成熟期含水率越低；收获期籽粒含水率与生理成熟后籽粒平均脱水速率呈负相关，其中京农科728呈显著负相关，与籽粒总脱水速率呈极显著负相关，说明生理成熟后籽粒平均脱水速率和籽粒总脱水速率的快慢主要影响收获期含水率的高低，其中，生理成熟后籽粒平均脱水速率和籽粒总脱水速率也呈现显著正相关；籽粒平均灌浆速率与生理成熟期百粒干重呈极显著正相关，说明灌浆速率越高越利于籽粒干物质的积累。

2.4 籽粒含水率与其他主要性状关系

京农科728在N 1水平下苞叶和茎秆的脱水速率均达到最高，比NCK分别高出15.84%和28.05%；先玉335在N 4水平下苞叶脱水速率最快，NCK水平下茎秆脱水速率最快，但各处理间差异不显著(表5)。

表5 苞叶和茎秆脱水速率 单位：%·(℃·d)-1

苞叶含水率与籽粒含水率呈显著正相关，相关系数为0.712 5；苞叶脱水速率与籽粒含水率呈显著负相关，相关系数为-0.646 4。籽粒脱水速率与苞叶、茎秆的含水率呈负相关，与脱水速率呈正相关，但均未达到显著水平(表6)。

3 讨 论

籽粒含水率高低是影响机械粒收质量、制约机械粒收技术推广的重要因素[16]。适宜机械粒收的玉米籽粒含水率应降到28%或25%以下[17-18]。大量研究表明，温度是影响玉米脱水过程最主要的环境因素。霍仕平[19]研究表明，高温将加快玉米生育后期籽粒脱水和影响脱水干燥进程；Schmidt 等[20]研究表明，当玉米籽粒含水率≥30%时，温度是籽粒脱水的主要限制性因子。

本研究利用Logistic Power 模型拟合不同施氮量下两品种含水率与授粉后积温的关系，结果表明，随着授粉后活动积温的增加，籽粒含水率呈先快速下降后缓慢下降的趋势，这与郭亚南等[11]的研究结果一致。本研究结果表明，随着施氮量的增加，两品种的籽粒、苞叶和茎秆含水率均有不同程度的下降，灌浆速率提高。这与于宁宁等[21]研究结果一致。其中，低氮型玉米品种京农科728在低氮条件N 1处理下籽粒、苞叶和茎秆含水率最低，脱水速率均达到最高，且下降时所需的积温少；高氮型玉米品种先玉335在高氮条件N 4处理下籽粒、苞叶和茎秆含水率低、脱水速率快，籽粒灌浆速率最高。说明不同基因型玉米品种对氮素响应差异显著。

两品种收获期籽粒含水率与生理成熟后籽粒脱水速率呈负相关，其中京农科728达到了极显著负相关，说明生理成熟后籽粒脱水速率的快慢主要影响收获期含水率的高低。京农科728到达目标含水率的日期早于先玉335，并且各处理下的脱水速率均高于先玉335，说明生育时期短但脱水速率高的品种在收获时籽粒含水率低，这与王克如等[16]研究结果一致。吕香玲等[22]以不完全双列杂交组配的20个杂交组合及其亲本为试材，结果表明，较高茎秆含水率的基因型有助于果穗快速脱水。本试验结果显示，茎秆含水率与籽粒含水率呈正相关但未达到显著水平。KANG等[23]认为，苞叶含水率与收获时籽粒含水率呈显著正相关，本研究结果与之一致，并且苞叶脱水速率与籽粒含水率呈显著负相关，说明苞叶和茎秆的脱水特性对籽粒含水特性有显著影响。在生产中，还应考虑穗部其他形状对籽粒脱水特性的影响，进行综合分析。

4 结 论

玉米籽粒脱水过程是受多基因控制的复杂农艺性状，受环境影响较大，影响因素众多。低氮型玉米品种京农科728施氮量为120 kg·hm-2时，收获时籽粒、苞叶和茎秆含水率最低，脱水速率最快，灌浆速率较高；高氮型玉米品种先玉335施氮量为300 kg·hm-2时，收获时籽粒含水率最低，生理成熟后脱水速率最快，籽粒灌浆速率也较高。