氮素水平和种植密度对山西省春玉米产量的影响

孙炬仁 邢国芳

摘要：分别以春玉米品种强盛16、屯玉99为研究对象，设置3个施氮量和4个种植密度，通过统计穗长、穗粗、穗质量、秃尖长、百粒质量和产量，分析不同施氮量和种植密度对玉米产量的影響。结果表明，较低的种植密度有利于穗长，不利于秃尖长。种植密度对穗粗、穗质量、百粒质量影响不大;在玉米产量方面，强盛16、屯玉99表现出协同性，均随着种植密度的上升先上升后下降;强盛16最佳的种植密度为6.0×104 株/hm2，屯玉99最佳的种植密度为7.5×104株/hm2。施氮量对玉米的穗长影响不明显，对穗粗、穗质量、秃尖长有明显影响，但最终反映在百粒质量和产量上的影响却不明显;强盛16、屯玉99较佳的施氮量均为360 kg/hm2。通过对山西春玉米施氮量和种植密度互作对产量的影响研究，强盛16 获得最高产量为795 kg/667 m2，屯玉99获得最高产量为684 kg/667 m2。

关键词：施氮量;种植密度;春玉米;产量;互作影响

中图分类号： S513.04;S513.06  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）21-0116-04

收稿日期：2021-03-17

基金项目：山西省重点研发计划（编号：201803D221008-4）; 山西省高等学校科技创新基金（编号：2015145）;晋中市重点研发计划（编号：Y192011）。

作者简介：孙炬仁（1969—），男，山西朔州人，硕士，副教授，研究方向为植物病虫害防治及设施园艺生产等。E-mail：sunju09@126.com。

通信作者：邢国芳，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为作物营养高效机理研究。E-mail：guofxing134@136.com。

山西省农作物种植面积达384.05万hm2，其中玉米种植面积为1 67.65万hm2，是我国重要的玉米生产区。根据山西省玉米最新区域规划，山西省玉米种植分区可分为7个区（5个春播区，2个夏播区）：分别为春播极早熟、春播早熟、春播中熟、春播中晚熟、春播晚熟、夏播早熟、夏播中熟玉米区[1]。山西玉米种植区常年存在氮肥过量施用、氮肥利用效率低、氮素流失造成农田水体污染等问题。合理密植以建立优势的群体构造，提高光合作用，已成为实现玉米增产最为经济有效的途径。大量研究表明，在作物种植过程中，种植密度会对作物的根系发育、茎秆特性、穗位、株高等方面造成影响。近年来学者们一直致力于通过提高玉米种植密度来创造高产的研究[2]。干物质的累积状况影响作物籽粒的产量，而单株与群体的干物质累积量之间是相互矛盾的，玉米籽粒产量与种植密度呈二次抛物线关系。氮素是农作物生长所必须的营养元素之一，我国目前施肥不合理的状况非常严重，农作物当季利用氮肥的平均值不足40%。芦大伟等研究发现，玉米种植控制事宜施氮量可以延长干物质的累积从而促进后期物质转运和籽粒的灌浆[3]。郑伟等认为，在施氮量不足或者过量的情况下都会使玉米百粒质量下降，只有在氮素施用适量时百粒质量才增加[4]。关于氮肥和种植密度的互作效应对农作物产量的影响研究大多集中在棉花、油菜籽、水稻、小麦等作物上。其中对小麦的研究发现，施氮量和种植密度均能显著影响小麦的产量以及产量构成因素指标，但两者中种植密度是主要的。在适当的种植密度和施氮量条件下，如果充分利用二者的协作效应，不仅可以提高氮素的利用效率还能获得较高的籽粒产量[5-7]。而玉米种植中的氮肥和密度协同影响研究较少，且研究时仅考量单一因子如生长性状、干物质积累和产量等方面[8]。本研究以山西太行山寿阳玉米种植区的强盛16、屯玉99玉米品种为材料，开展施氮量和种植密度互作对玉米产量的影响研究，以期为山西省春玉米高产高效生产提供技术支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与基本情况

试验地点设在太行山寿阳玉米种植区，该地区平均海拔高度753 m，平均气温17.8 ℃，无霜期 78 d，降水量452 mm，日照时数1 387 h，土壤类型为沙质土壤，播种前土壤pH值为7.64，全氮含量为1.27 g/kg，有机质含量为17.3 g/kg，速效磷含量为19.6 mg/kg，速效钾含量为121.3 mg/kg[9]。

1.2 试验设计

2个供试品种分别为强盛16、屯玉99，其中强盛16为春播早熟玉米品种，屯玉99为春播晚熟玉米品种。共设3个氮素水平和4个种植密度（表1），重复3次，共72个小区。各区种植面积为 36 m2（6 m×6 m，水沟宽度0.5 m）。试验所施磷肥、钾肥均按照 95 kg/hm2 标准施用[10]。于2020 年6月12日进行播种，10月5日收获。

1.3 测试方法

于成熟期从每个小区中选出长势均匀、具有代表性的玉米植株15株。随机选取10个玉米穗，测定每穗行数、列数并得到每穗粒数，全部脱粒后，随机数3个200粒，计算平均值得到百粒质量，然后测定含水量，计算实际产量（按14%含水量换算）。同时测定穗长、秃尖长、穗粗[11-13]。

2 结果与分析

2.1 施氮量和密度互作对玉米果穗长度的影响

从图1、图2中可以看出，果穗长度随着种植密度的增大，呈现阶梯状递减。当种植密度为4.5×104、6.0×104 株/hm2（D1、D2）时，果穗长度的差异性不明显。强盛16在无施氮量下，果穗长度最长，为 21.90 cm。屯玉99在施氮量为360 kg/hm2（N3）时，果穗长度最长，为22.31 cm。当种植密度增加到7.5×104 株/hm2（D3）时，2个品种的果穗长度均明显下降，而不同施氮量下差异不明显。说明种植密度和施氮量互作情况下，种植密度是影响果穗长度的关键因素，适当进行施氮有利于屯玉99晚熟种的生长。

2.2 施氮量和密度互作对玉米果穗粗的影响

从图3、图4中可以看出，2个品种果穗粗随着种植密度的增大，基本呈现先降低后缓慢上升的趋势，总体差异性不明显。而不同的施氮量果穗粗表现出

较大的差异性，2个品种果穗粗均随着施氮量的增大先增大后下降。强盛16、屯玉99在360 kg/hm2施氮量（N3），种植密度為9.0×104 株/hm2（D4）时，果穗粗最大，分别为6.27、6.34 cm。说明种植密度和施氮量互作情况下，施氮量是影响果穗粗的关键因素，在一定范围内，增大施氮量有利于果穗粗增大。

2.3 施氮量和密度互作对玉米果穗质量的影响

从图5、图6中可以看出，2个品种果穗质量在种植密度和施氮量互作情况下，表现出一致性，即随着种植密度的增加，果穗质量轻微下降;随着施氮量的增加，果穗质量先上升后下降。但是总体上，强盛16的果穗质量要小于屯玉99。不同的种植密度对果穗质量影响不明显，种植密度和施氮量互作情况下，施氮量是影响果穗质量的关键因素，在一定范围内，增大施氮量有利于果穗质量增大，类似于对果穗粗的影响。施氮量可以提高植株的氮素运转率从而促进干物质向籽粒的累积，表现在果穗粗和果穗质量的增大。

2.4 施氮量和密度互作对玉米秃尖长的影响

从图7、图8中可以看出，2个品种果穗秃尖长随着种植密度和施氮量的增大，均呈现先快速增加后快速降低，差异明显。总体上，屯玉99的秃尖长大于强盛16。强盛16、屯玉99在180 kg/hm2施氮量（N2），种植密度为7.5×104 株/hm2（D3）时，果穗秃尖长最大，分别为1.75、2.36 cm。说明种植密度和施氮量互作情况下，种植密度和施氮量均是影响果穗秃尖长的关键因素，都应控制在合理范围。

2.5 施氮量和密度互作对玉米百粒质量的影响

从图9、图10可以看出，2个品种的百粒质量在种植密度影响下，基本没有变化。但随着施氮量的增加，百粒质量先上升后下降。总体上，屯玉99的百粒质量要大于强盛16，在180 kg/hm2施氮量（N2），种植密度为6.0×104 株/hm2（D2）时，强盛16、屯玉99的百粒质量分别为58.78、64.32 g。种植密度和施氮量互作情况下，施氮量是影响百粒质量的关键因素。屯玉99属于晚熟品种，在栽培过程中，适当增加施氮量可以提升干物质的积累，表现在百粒质量的增大。

2.6 施氮量和密度互作对玉米产量的影响

影响玉米产量的因素有很多，其中主要影响因素有穗粗、穗质量、百粒质量、密度、水分含量和每穗粒数等指标。在标准水分含量为14%条件下，对不同处理的春玉米品种强盛16、屯玉99的产量测定数据进行统计，结果见图11、图12。

从图11、图12可以看出，2个品种产量在种植密度影响下，产量先上升后下降。当种植密度达到6.0×104 株/hm2（D2）时，强盛16产量表现出见顶趋势，而屯玉99的产量还在上升;直到种植密度达到7.5×104株/hm2（D3）时，屯玉99的产量才表现出下降趋势。虽然2个品种在百粒质量上差异不大，但是总体上强盛16的产量要明显大于屯玉99的产量。2个品种在一定施氮量范围内，产量均随着施氮量的增大而增大。在360 kg/hm2施氮量（N3），种植密度为6.0×104 株/hm2（D2）时，强盛16产量为795 kg/667 m2。在 360 kg/hm2 施氮量，种植密度为7.5×104 株/hm2（D3）时，屯玉99产量为684 kg/667 m2。种植密度和施氮量互作情况下，种植密度和施氮量均是影响产量的关键因素。屯玉99属于晚熟品种，由于栽培时间长，在栽培过程中适当增加施氮量和密度对于产量提升有帮助，而早熟品种强盛16需要适当控制种植密度，提高植株群里的综合光合作用，结合山西省沙质土地的特点，可以通过增大施氮量来增加产量。

3 结论

适宜的施氮量有助于植株生长中后期叶片的光合能力和氮素的吸收，并可以提高植株的氮素运转率从而促进干物质向籽粒的累积，达到氮肥利用率与产量协同升高。合理增加种植密度，并通过增加氮肥的施用量是一个很好的调节植株个体和群体之间矛盾的方法，这样有利于增加单株和群体的干物质积累量，提高穗粒数，从而可获得较高的籽粒产量和氮肥利用率。本试验中，山西春玉米在不同种植密度和施氮条件下，产量差异明显，春玉米品种强盛16获得高产的最适种植密度为6.0×104 株/hm2，施氮量为360 kg/hm2，最高产量为795 kg/667 m2。春玉米品种屯玉99获得高产的最适种植密度为 7.5×104 株/hm2，施氮量为360 kg/hm2，最高产量为684 kg/667 m2。该研究可为山西春玉米的规模化种植提供指导作用，能够大幅度节省成本，提高经济效益、解放劳动力[14-15]。

参考文献：

[1]孔凡磊，赵 波，吴雅薇，等. 收获时期对四川春玉米机械粒收质量的影响[J]. 中国生态农业学报（中英文），2020，28（1）：50-56.

[2]郭 浩，张慧君，陈又铭，等. 超声辅助糖基化改性玉米醇溶蛋白结构和机械性能的影响[J]. 食品研究与开发，2020，41（4）：7-12，44.

[3]芦大伟，李青军，陈署晃，等. 黄腐酸与氮肥配施对滴灌玉米产量及氮肥利用率的影响[J]. 新疆农业科学，2019，56（10）：1888-1894.

[4]郑 伟，何 萍，高 强，等. 施氮对不同土壤肥力玉米氮素吸收和利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2011，17（2）：301-309.

[5]佟 毅. 中国玉米淀粉与淀粉糖工业技术发展历程与展望[J]. 食品与发酵工业，2019，45（17）：294-298.

[6]焦 岩，韩 赫，常 影，等. 玉米醇溶蛋白负载叶黄素纳米粒的制备与表征[J]. 食品与机械，2019，35（7）：7-12，97.

[7]黄祖强，陈 渊，童张法，等. 机械活化对玉米淀粉的直链淀粉含量及老化特性的影响[J]. 食品与机械，2007，23（1）：12-14，30.

[8]张苏芮，李一鸣. 小麦—玉米轮作体系下长期秸秆还田对土壤养分含量的影响综述[J]. 现代农业科技，2020（7）：189，192.

[9]林松明，孟维伟，南镇武，等. 玉米间作花生冠层微环境变化及其与荚果产量的相关性研究[J]. 中国生态农业学报（中英文），2020，28（1）：31-41.

[10]Mo R X，Jiang L G，Guo L，et al. Effect of nitrogen application on contents ofdifferent forms of nitrogen in rice plants[J]. Agricultural Science & Technology，2011，12（10）：1484-1489.

[11]Wang Y L，Liu T X，Tan J F，et al. Effect of N fertilization on yield，N absorptionand utilization of two species of superhigh-yielding summer maize[J]. Agricultural Science & Technology，2012，13（2）：339-342，374.

[12]袁志友，李凌浩，韓兴国，等. 模拟放牧斑块与氮素添加对半干旱草原群落植物生长的影响[J]. 植物学报，2004，46（9）：1032-1039.

[13]陈继康，高 钢，喻春明，等. 施氮水平对不同氮效率苎麻渗透调节的影响[J]. 农业科学与技术，2019，20（6）：14-21，27.

[14]Ma B B，Zhou X L，Zhang Q，et al.How do soil micro‐organisms respond to N，P and NP additions Application of the ecological framework of （co-）limitation by multiple resources[J]. Journal of Ecology，2019，107（5）：2329-2345.

[15]Yang S，Liu W X，Qiao C L，et al.The decline in plant biodiversity slows down soil carbon turnover under increasing nitrogen deposition in a temperate steppe[J]. Functional Ecology，2019，33（7）：1362-1372.