施氮时期对春玉米果穗不同粒位籽粒发育及产量的影响

常 程刘 晶隋阳辉张书萍史 磊肖万欣王和君王金艳徐 亮

(辽宁省农业科学院玉米研究所，辽宁 沈阳 110161)

施氮是提高玉米产量的重要措施之一，施氮方式包含施氮量和施氮时期。目前关于施氮量对玉米产量影响的研究较多，而施氮时期对玉米产量及果穗发育影响的研究较少。

周琦等通过设置7个施氮处理试验得出，拔节期、大喇叭口期分次施入最高，而吐丝和拔节期追肥产量差异不显著[2]。

李二珍等认为，河套灌区春玉米合理的氮肥运筹方式为基施和大喇叭口期追施氮肥产量高[3]；魏亚萍等研究得出，基肥∶雌穗小花肥=1∶3的运筹方式可获得高产[4]。边大红等在黄淮海平原区开展夏玉米试验得出，采用播种或苗期少量施氮，大喇叭口期重施氮肥的分次施氮措施有利于促进夏玉米茎秆和雌穗发育[5]。

张丽丽等研究认为，施氮量为180 kg/hm2时，基施处理产量最高，其次为拔节期、大喇叭口期；施氮量为75 kg/hm2时，拔节期施肥处理产量最高，氮肥后移需考虑植株前期对氮素的需要[6]。籽粒发育是产量形成的过程，目前已有学者开展相关研究，华鹤良等研究得出，果穗上部籽粒灌浆速率最低，差异最大，灌浆速率存在基因型差异。不同粒位籽粒含水量都表现为下部＞中部＞上部[7]。

钱春荣等以8个玉米品种开展试验研究得出，果穗上部籽粒品种间百粒重差异小于中下部籽粒，从灌浆开始至灌浆快增期结束上部子粒百粒重变异系数较大，促进上部籽粒灌浆、提高粒重是实现玉米高产栽培的技术途径[8]。

氮肥管理是调控玉米产量的有效措施，施氮时期可通过影响植株干物质积累、转运、果穗发育等指标调控产量形成，前人研究主要围绕施氮量对产量及生长发育的影响、相同氮肥管理条件下品种籽粒发育特性差异开展产量及籽粒研究[8]。本试验以两个主推春玉米品种为试材，设置3个不同施氮时期，探究施氮时期对籽粒发育的调控作用，有利于深入理解和研究氮肥施用时期对产量的影响机制，为玉米生产精准氮肥管理提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019年在辽宁省农业科学院沈北小洋河试验基地进行，以当地主栽熟期相同的中晚熟玉米品种辽单575(LD575)和郑单958(ZD958)为试材开展大田试验。在氮肥总投入量一致的前提下，设置3种氮肥施入时期处理，底肥∶拔节期∶大喇叭口期=1∶1.5∶1.5(T1)、底肥∶拔节期=1∶3(T2)、底肥∶大喇叭口期=1∶3(T3)，每个处理3次重复，小区宽6 m，长7 m，种植密度60 000株/hm2，随机区组排列。播种时一次性测深施过磷酸钙和氯化钾作为磷和钾素来源，施入量为P2O5：120 kg/hm2； K2O：90 kg/hm2。氮素以尿素为来源，全生育期施入总量为225 kg/hm2，其余与生产田管理相同。土壤pH值5.9，有机质21.3 g/kg，全氮0.098%，速效氮87 mg/kg，有效磷24.6 mg/kg，速效钾117 mg/kg。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 干物重

播种后记载关键生育时期，在开花散粉和成熟期期选择田间长势一致的植株进行取样，3株/区，105 ℃杀青后于80 ℃烘干至恒重后称重记载。

在MATLAB下使用SPM8 (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)[14]和DPARSF(http://www.rfmri.org)[15]对图像数据进行预处理，包括分割、配准、空间标准化和平滑等。其中对时间层的校正，需同时将图像配准到第一个时间点的图像。在此过程中我们做了切片正位校正、头部运动校正和全局信号回归，并且用刚体变换对各个图像的时间序列进行对齐操作，去除了头动和全局信号的影响。校正后的图像通过 SPM 自带的标准 EPI 模板进行空间标准化之后重采样。通过上述步骤，我们将不同机构的数据进行了规范化处理。

干物质转移量(g)=开花期干物重-成熟期干物重

干物质转移率(%)=干物质转移量/开花期干物重×100

干物质转移量对籽粒贡献率(%)=干物质转移量/成熟期籽粒干重×100

1.2.2 籽粒体积、干重及含水量

授粉期，在小区选择植株及果穗生长进程一致的30穗进行标记，在授粉后若无特殊天气每隔5～7 d取样，记载具体取样日期，直至成熟。每次取样为3个果穗，将果穗等分为上、中、下3部分，每部分去除边际籽粒混合后查数200粒，称取鲜重后，通过溢水法测定籽粒体积，然后分别放入烘箱烘干至恒重，测定籽粒干重。

籽粒含水量W(%)=(W1-W2)/W1×100， W1为取样时籽粒鲜重，W2为取样时籽粒干重

1.2.3 成熟期每区取代表性3个果穗进行穗长，穗粒数，百粒重等记载，去边行收获6 m2面积脱粒测产，折算成14%含水量，计算单产。

1.3 数据分析

采用Excel 2013和DPS 18.1进行数据处理和方差计算， CurveExpert 1.4和SigmaPlot10.0处理数据及作图。

1.4 气象条件

2019年试验基地玉米生育期内气象条件见图1。

2 结果与分析

2.1 施氮时期对春玉米营养器官干物质积累转运的影响

拔节期和大喇叭口期分期追肥显著提高了LD575和ZD958开花期和成熟期地上干物重，增加了干物质的转移量和转移率，有利于籽粒产量的增加(表1)，T2处理居中，T3最低。T1提高LD575营养器官干物重幅度最大，干物质转移率为20.3%，对籽粒贡献率为15.9%。开花期干物质积累是奠定籽粒发育的物质基础，拔节初期和大喇叭口期分期追肥促进了前期植株干物质积累，为库容形成提供了充足的同化物来源。

图 1 2019年气象条件Figure 1 Meteorological conditions in 2019

2.2 施氮时期对果穗不同粒位籽粒体积的影响

籽粒体积是库容形成的因素之一，足够大的库容量是产量的基础。在玉米籽粒建成开始至成熟期，玉米果穗上、中、下粒位的籽粒体积均呈先升高后降低趋势，一元二次多项式对籽粒体积增长趋势的拟合度较高，且上部籽粒体积＜中部籽粒＜下部籽粒。在灌浆与脱水共同期，两个品种籽粒最大体积到达的时间集中在授粉后50～60 d之间，LD575早于ZD958达到最大值，且上部粒位籽粒最大体积出现的时间因不同施氮时期处理差异较大，而中下部出现时间的差异较小。不同施氮时期处理对籽粒体积的影响存在基因型差异，相较于ZD958，LD575各粒位籽粒体积对施氮时期反应的拟合曲线差异较大(图3 A～F)。

从上部粒位籽粒的体积增大进程中可见，T1处理提前了两个品种籽粒到达最大体积的时间，且最大体积值也最高， T2次之，T3最小。

2.3 施氮时期对果穗不同粒位籽粒干物质积累的影响

2.3.1 施氮时期对成熟期果穗不同粒位百粒干重影响

由图3所示，从品种角度，ZD958百粒干重显著高于LD575；而上、中、下各粒位籽粒干重在不同施氮时期的数值未达到显著水平，但从趋势上看表现一致，即百粒干重T1＞T2＞T3，且干重为下部籽粒＞中部籽粒＞上部籽粒。

2.3.2 施氮时期对果穗不同粒位籽粒干重积累的影响

随着果穗发育进程的推进，各处理籽粒干重均呈“S”型曲线增长趋势，存在缓增期—速增期—渐增期进程(图4)。玉米品种对施氮时期的响应存在基因型差异，在授粉后40～50 d开始，ZD958不同粒位籽粒生长量高于LD575。从不同粒位角度看，品种间籽粒干重积累量的差异上部籽粒＞中部和下部籽粒。施氮时期处理间比较，两个品种表现为T1处理的各粒位籽粒干重较大，T3较小。

表 1 不同施氮时期对春玉米品种干物质转运的影响Table 1 Effects of different nitrogen application periods on dry matter transport

图 2 施氮时期对不同粒位籽粒体积的影响Figure 2 Effect of nitrogen application period on grain volume at different positions

图 3 施氮时期对成熟时百粒籽粒干重的影响Figure 3 Effect of nitrogen application period on dry weight of 100 grains at maturity

图 4 不同粒位100粒籽粒干重积累Figure 4 Dry weight accumulation of 100 grains at different positions

2.4 施氮时期对果穗不同粒位籽粒含水量的影响

果穗籽粒在建成期含水量最高，而后逐渐下降，在成熟期籽粒含水量最低。在本试验中，成熟时LD575在T3处理下籽粒含水量低于T1和T2处理，而ZD958在3个处理间差异不显著。不同施氮处理下果穗不同部位籽粒含水量有基因型差异，LD575在3个施氮处理下均表现为上部籽粒含水量最低，中部和下部籽粒含水量较高，且差异不显著；ZD958不同粒位籽粒含水量受施氮时期影响较小，差异不显著(图5)。

2.5 施氮时期对产量及穗粒数的影响

相同施氮量条件下，LD575产量在T1处理下较高，其次为T2处理和T3处理，但T2和T3处理间差异不显著；ZD958产量也表现为T1＞T2＞T3，但T1和T2产量差异未达显著水平(图6)。

单位面积粒数和百粒重是构成产量的因素。由图7所示，T1施氮处理显著提高了两个品种的单位面积粒数，而T2和T3处理单位面积粒数差异不显著。

图 5 籽粒含水量Figure 5 Grains water content

图 6 施氮时期对产量的影响Figure 6 Effect of nitrogen application period on yield

图 7 施氮时期对单位面积穗粒数的影响Figure 7 Effect of nitrogen application period on grain number per ear of unit area

3 结论与讨论

本试验中，拔节期和大喇叭口期分期追施氮肥显著提高了开花期植株地上部分的干物质积累及花后干物质的转移量和对籽粒的贡献率，为获得高产提供了充足的同化物来源，两个品种虽然提高幅度不同，但趋势一致。在花后籽粒建成开始，两个品种果穗上、中、下不同粒位的籽粒体积均在T1处理下最高，与籽粒干重积累量趋势相同，两个品种有差异，LD575在各处理下不同粒位籽粒体积相较于ZD958变化较大。在成熟期百粒重比较中，两个品种也在T1处理下最高，但均与其他两个处理差异不显著，因此施氮时期处理可调控籽粒体积大小来影响最终百粒重，但未达到显著水平。最终产量的差异，主要来源于不同施氮时期处理对单位面积粒数和百粒重的影响，其中单位面积粒数达显著水平，而对于百粒重的影响在果穗上部和下部粒位影响差异显著。因此，通过氮肥调控，提高单位面积粒数和籽粒体积为主，改善果穗上部和下部粒位百粒重为辅，有利于提高产量。

本试验中，拔节期和大喇叭口期分期追氮处理的产量最高，但养分利用受气候影响显著，例如水分和光照，且不同施氮时期处理方式也较多，本试验只选择了3种追肥方式，获得初步结果，还需丰富施肥时期及施肥量处理进行比较，开展多年多点试验加以验证，并进行籽粒品质、碳氮代谢等深入研究。