沟垄集雨下密度和施氮对黄土高原青贮玉米叶片酶活性及水氮利用的影响

周大梁，石薇，蒋紫薇，魏正业，梁欢欢，贾倩民

（兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室，兰州大学草地农业教育部工程研究中心，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020）

黄土高原地区气候干燥，降水较少，水土流失严重，该地区70%～80%的降水以径流和蒸发形式损失，仅有20%～30%被作物利用［1］。我国农田单位面积氮肥施用量已远超世界平均水平，但氮肥当季利用率仍低于30%。过量氮肥使用不仅会造成资源的浪费，还会导致温室气体排放增加［2］、水体富营养化加剧［3］、地下水硝酸盐超标［4］等一系列环境问题。适宜的耕作方式是提高饲草作物产量和水肥利用效率的有效措施之一。沟垄集雨作为一种集水技术，其原理是在田间起垄，形成垄沟相间的地形，从而使垄上的降水汇集于沟中，促进降水入渗，从而提高降水资源利用率［5］。沟垄集雨种植较平作不覆盖可明显降低土壤无效蒸发，促进玉米（Zea mays）根系生长，提高其籽粒灌浆速率和净光合速率，进而提高作物产量和水分利用效率［6-7］。

硝酸还原酶活性对氮素利用有重要影响，它是参与植物体内硝态氮同化步骤的第一个酶，其活性越强氮素代谢越旺盛［8］。抗氧化酶（过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶等）在减轻植物逆境伤害、提高光合能力和延缓叶片衰老中发挥着重要作用［9］。有研究表明，密度增加，硝酸还原酶活性降低，单株穗粒重降低［10］。过高的密度使荫蔽较严重，导致吐丝期超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性降低，叶片衰老进程加快［11］。在沟垄集雨种植下，适宜的种植密度可以延缓玉米根系的衰退，降低倒伏率，提升玉米叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，从而获得较高的产量和水分利用效率［12-13］。此外，种植密度与玉米的氮吸收高度相关，同等施氮条件下，增加种植密度可以提高光能利用率，并提高土壤氮同化量［14-16］，从而促进玉米对氮素的吸收，增加氮肥的利用效率。但也有研究表明，在高密度条件下，玉米的氮肥利用效率与氮回收效率均高于低密度［17］。除密度外，氮肥也是影响饲草作物产量与水氮利用的重要因素。适当增施氮肥可以增强叶片的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性，减少丙二醛累积量，从而提高作物产量［18］。适宜的施氮量可以提升青贮玉米的光合势和净同化率，促进地上干物质积累，提高饲草产量和水分利用效率［19-20］。有研究表明，随着施氮量的增加，青贮玉米的水分利用效率提高，而氮肥利用效率却降低［21］。施氮对作物氮肥农学效率的影响存在争议，有研究认为，氮肥农学效率随着施氮量的增加而提高［22］，但葛均筑等［23］研究表明，当施氮量从0 kg·hm-2提高到337.5 kg·hm-2时，氮肥农学效率降低。此外，施氮对田间耗水量影响的研究结果也存在争议。有研究表明，施氮增加了饲草作物的田间耗水量［24］，但也有研究认为，施氮对田间耗水量无显著影响［25］。因此，施氮对玉米水氮利用效率的影响还需要进一步研究。

在实际生产中，要考虑密度与施氮的互作，以达到最大生产效率。有研究表明，密度与施氮的交互作用对籽粒产量、氮肥利用效率存在显著影响［26］。目前，少有在沟垄集雨条件下通过密度和施氮联合调控青贮玉米产量和水氮吸收利用的研究报道，其互作效应和调控机制仍不明确。基于此，本研究在沟垄集雨种植下设置4 个种植密度和4 个施氮水平，探究密度和施氮对青贮玉米叶片酶活性、饲草产量和水氮利用的影响，探明提高水氮利用效率的适宜种植密度和施氮量以及叶片生理机制，为黄土高原青贮玉米高产栽培与资源高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于甘肃庆阳环县的兰州大学草地农业试验站（36°17′N、107°31′E，海拔1180 m），该地属于黄土高原丘陵沟壑区，为半干旱大陆性季风气候，降水主要集中在7、8、9 月。年平均降水量为409 mm，年平均气温9.88 ℃。年潜在蒸发量为1674.9～1993.7 mm，全年无霜期约165 d，年均日照时数约2596 h。2019 和2020 年平均温度分别为10.0 和10.5 ℃。2019 和2020 年全年降水量分别为505 和434 mm，与40 年平均降水量（409 mm）相比变化均未超过25%，因此两年均为平水年（图1）。

图1 试验站降水量和气温Fig.1 Precipitation and temperature at the test station

1.2 试验设计与田间管理

本研究在沟垄集雨种植下进行两年田间试验，采用2 因素裂区试验设计，主区为4 个种植密度，分别是6.0（D1）、7.5（D2）、9.0（D3）和10.5 万株·hm-2（D4）。副区为施氮水平，分别为施纯氮0（N0）、120（N1）、240（N2）和360 kg N·hm-2（N3）。试验共16 个处理，各处理重复3 次，共48 个小区，各小区之间设置1.2 m 宽的隔离带。于2019年5 月16 日和2020 年5 月2 日进行播种，2019 年9 月15 日和2020 年9 月1 日收获。沟垄集雨系统的沟和垄宽度均为60 cm，垄高15 cm，垄上覆膜，覆膜宽度为60 cm。施肥处理的氮肥选用尿素，播种前基肥占30%，在青贮玉米6 叶期追肥30%，12 叶期追肥40%。各小区均施用150 kg·hm-2过磷酸钙（以P2O5计）作为底肥。供试青贮玉米品种为陇青贮2 号，使用点播器进行人工点播，各处理的行距均为60 cm，D1、D2、D3和D4处理的株距分别为27.8、22.2、18.5 和15.9 cm。

1.3 测定指标和方法

1.3.1叶片酶活性 在吐丝期和灌浆期，各小区随机选取5 株青贮玉米的穗位叶，用于叶片生理指标的测定。硝酸还原酶（nitrate reductase，NR）、过氧化氢酶（catalase，CAT）和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性的测定分别采用活体法、高锰酸钾滴定法和氮蓝四唑法［27］。

1.3.2鲜草和干草产量 在收获期，每个小区选取6 m2植株测定鲜草产量，从中选取1 m2植株于105 ℃烘箱杀青15 min，之后于65 ℃烘箱烘干24 h 至恒重，测定干草产量。

1.3.3土壤水分和水分利用效率 在播种前和收获后，采用烘干法测定0～200 cm 土层（每20 cm 一层）的土壤质量含水量，采用环刀法测定土壤容重，并根据土层深度、土壤容重和土壤含水量计算0～200 cm 土壤贮水量［28］。根据用水量平衡法计算耗水量［29］，水分利用效率为产量（籽粒产量或干草产量）与耗水量的比值，计算方法如下：

1.3.4植株氮含量、吸氮量和氮肥利用效率 收获期将植株根系、叶片、茎秆和果穗分别烘干、称重，粉碎过筛后用H2SO4-H2O2消煮，采用凯氏定氮仪（Kjeltec 2300，Foss Tecator，瑞典）测定全氮含量。根据干物质量计算植株氮吸收量，方法如下：

氮肥农学效率（nitrogen agronomic efficiency，AEN）和氮肥利用效率（nitrogen use efficiency，NUE）参照张宏等［30］的方法计算：

1.4 数据处理与统计方法

采用Excel 2010 进行数据处理，使用统计分析软件SPSS 18.0 进行方差分析，不同处理之间多重比较采用图基法（Tukey’s method），显著性水平设为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 密度和施氮对青贮玉米叶片酶活性的影响

2.1.1硝酸还原酶活性 两年种植密度对吐丝期和灌浆期的硝酸还原酶（NR）活性影响极显著（表1），施氮水平对2019 年吐丝期的NR 活性影响不显著，而对两年灌浆期的NR 活性影响极显著。两年密度与施氮的交互作用对NR 活性无显著影响。两年同一密度下各施氮处理的吐丝期硝酸还原酶活性差异不显著。平均值表明，2020 年N3处理的吐丝期NR 活性显著高于N0，而在2019 年无显著差异。两年同一施氮下各密度处理的吐丝期NR 活性无显著差异。平均值表明，D4处理的吐丝期NR 活性显著低于D1和D2；2020 年N2、N3处理的灌浆期NR活性显著高于N0。同一施氮下，2019 年D3、D4处理的灌浆期NR 活性显著低于D1，2020 年D4处理的灌浆期NR 活性显著低于D1处理。平均值显示，随密度的增加灌浆期NR 活性显著降低。

表1 不同处理下青贮玉米的硝酸还原酶活性Table 1 Nitrate reductase activity of silage maize under different treatments（μg NO2·g-1 FW·h-1）

2.1.2超氧化物歧化酶活性 两年种植密度和施氮水平对吐丝期和灌浆期超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响均达到显著或极显著水平，而交互作用对其无显著影响（表2）。两年同一密度下，各施氮处理的吐丝期和灌浆期的SOD 活性无显著差异。平均值显示，吐丝期SOD 活性2019 年仅N3处理显著高于N0，2020 年N2、N3处理显著高于N0。两年同一施氮处理下D3处理与其他处理的吐丝期SOD 活性差异不显著。平均值显示，D1处理的吐丝期SOD 活性显著高于D3和D4。同一施氮条件下，2019 年D3处理的灌浆期SOD 活性显著低于D1，2020 年D4显著低于D1，两年D3与D4差异不显著。平均值显示，两年N2、N3处理的灌浆期SOD 活性显著高于N0；D1密度的灌浆期SOD 活性显著高于其他密度。

表2 不同处理下青贮玉米的超氧化物歧化酶活性Table 2 Superoxide dismutase activity of silage maize under different treatments（U·g-1 FW·min-1）

2.1.3过氧化氢酶活性 两年种植密度和施氮水平对吐丝期和灌浆期过氧化氢酶（CAT）活性影响极显著，而交互作用影响不显著（表3）。两年同一密度下，各施氮处理的吐丝期CAT 活性无显著差异。平均值表明，N2、N3处理的吐丝期CAT 活性显著高于N0。2020 年除N2外，其他施氮水平下D3、D4处理的吐丝期CAT 活性显著低于D1。平均值显示，随密度的增加吐丝期CAT 活性显著降低。两年N0处理下D1处理的灌浆期CAT 活性显著高于D3。平均值显示，D1处理的灌浆期CAT 活性显著高于其他处理；N2、N3处理的灌浆期CAT 活性显著高于N1和N0。

表3 不同处理下青贮玉米的过氧化氢酶活性Table 3 Catalase activity of silage maize under different treatments（U·g-1 FW·min-1）

2.2 密度和施氮对青贮玉米鲜草和干草产量的影响

2.2.1鲜草产量 两年种植密度和施氮水平对鲜草产量影响极显著，而交互作用影响不显著（表4）。两年在同一施氮水平下，D3和D4处理的鲜草产量显著高于Dl，而D3与D4无显著差异。平均值显示，两年D2、D3、D4处理的鲜草产量显著高于D1，2019 年较D1分别提高20.29%、43.62%和53.76%，2020 年分别提高27.53%、41.92%和45.59%。两年在所有处理中，D4-N3处理获得了最高的鲜草产量，但与D3-N2差异不显著。两年在D1密度下各施氮处理的鲜草产量无显著差异，在D2、D3、D4密度下N2处理显著高于N0，而与N3无显著差异。平均值表明，N1、N2、N3处理的鲜草产量显著高于N0，2019 年较N0分别增加11.29%、26.07%和27.33%，2020 年分别增加15.09%、33.12%和33.26%。

2.2.2干草产量 两年种植密度和施氮水平对干草产量影响极显著，而交互作用影响不显著（表4）。两年在同一施氮水平下，D3和D4处理的干草产量显著高于Dl，而D3与D4无显著差异。平均值显示，两年D2、D3、D4处理的干草产量显著高于D1，2019 年较D1分别提高17.00%、41.59%和50.69%，2020 年分别提高26.45%、43.42%和47.09%。两年在所有处理中，D4-N3处理获得了最高的干草产量，但与D3-N2差异不显著。两年在D1密度下各施氮处理的干草产量无显著差异，在D2、D3、D4密度下N2处理显著高于N0，而与N3无显著差异。平均值表明，N1、N2、N3处理的干草产量显著高于N0，2019 年较N0分别增加12.07%、27.88%和28.92%，2020 年分别增加16.26%、34.78%和34.78%。

表4 不同处理下青贮玉米的鲜草和干草产量Table 4 Fresh and hay grass yield of silage maize under different treatments（t·hm-2）

2.3 密度和施氮对青贮玉米水分利用的影响

2.3.1土壤贮水量和蒸散量 两年施氮水平对收获期土壤贮水量影响极显著，而种植密度和交互作用对播前和收获期土壤贮水量无显著影响，两年种植密度、施氮水平及交互作用对土壤蒸散量无显著影响（表5）。2019 和2020 年各处理的播前和收获期土壤贮水量以及土壤蒸散量无显著差异。平均值显示，2020 年N3处理的播前贮水量显著低于N0和N1，两年N3处理的收获期贮水量显著低于N0和N1。

表5 不同处理下的土壤贮水量和蒸散量Table 5 Soil water storage and evapotranspiration under different treatments（mm）

2.3.2降水利用效率 两年种植密度和施氮水平对降水利用效率（PUE）影响极显著，而交互作用影响不显著（表6）。两年除D1外，其余密度下N2、N3的PUE 显著高于N0（表6）。平均值显示，N1、N2、N3处理的PUE 显著高于N0，2019 年 较N0分 别 增 加 了12.07%、28.02% 和28.93%，2020 年较N0分 别 增 加 了16.44%、34.89% 和34.89%。两年在同一施氮水平下，D3、D4处理的PUE 显著高于D1，而D3与D4差异不显著。平均值显示，D2、D3、D4处 理的PUE 显 著 高 于D1，2019 年较D1分别提高16.79%、41.48% 和50.37%，2020 年分 别 提高26.48%、43.50%和46.57%。

2.3.3水分利用效率 两年种植密度和施氮水平对籽粒产量水分利用效率（WUEG）和生物量水分利用效率（WUEB）影响极显著，而交互作用影响不显著（表6）。两年除D1外，其余密度下N2、N3处理WUEG显著高于N0。平均值表明，2019 年N1、N2、N3的WUEG较N0分别显著提高了11.89%、23.78%和21.62%，2020 年分别显著提高16.57%、37.57%和35.91%。两年在同一施氮条件下，D3的WUEG显著高于D1。平均值表明，2019 年D2、D3、D4处理的WUEG较D1分别显著提高14.04%、35.39%和25.84%，2020 年分别显著提高22.70%、33.51%和22.70%。两年在D3、D4密度下N2、N3的WUEB显著高于N0。平均值表明，2019 年N1、N2、N3的WUEB较N0分别显著提高11.60%、21.55%和20.44%，2020 年分别显著提高16.11%、36.11%和35.28%。两年在同一施氮条件下，D3、D4的WUEB显著高于D1。平均值显示，2019 年D2、D3、D4的WUEB较D1分别显著提高16.87%、42.33%和44.79%，2020 年分别显著提高24.64%、42.32%和41.74%。

表6 不同处理下的降水利用效率和水分利用效率Table 6 Precipitation use efficiency and water use efficiency under different treatments（kg·hm-2·mm-1）

2.4 密度和施氮对青贮玉米氮肥利用的影响

2.4.1氮含量和吸收量 两年种植密度和施氮水平对氮含量和氮吸收量影响显著或极显著，而交互作用影响不显著（表7）。两年在同一密度下，N2、N3处理的氮含量显著高于N0。平均值显示，2019 年N1、N2、N3处理的氮含量较N0分别显著提高10.89%、26.73%和26.73%，2020 年分别显著提高13.40%、20.62%和20.65%。仅2019年在N1水平下D1处理的氮含量显著高于D4，2020 年同一施氮水平下各密度处理的氮含量差异不显著。平均值表明，两年D4处理的氮含量显著低于D1。两年在D2、D3、D4密度下，N2、N3处理的氮吸收量显著高于N0。平均值表明，N1、N2、N3处理的氮吸收量显著高于N0，2019 年较N0分别显著提高24.14%、62.12%和63.62%，2020 年分别显著提高31.06%、62.84%和62.97%。2020 年在N2、N3水平下，D3、D4的氮吸收量显著高于D1。平均值显示，2019 年D2、D3、D4处理的氮吸收量较D1分别提高12.01%、31.50%和34.75%，2020 年分别显著提高22.25%、37.67%和37.05%。

表7 不同处理下青贮玉米的氮含量和吸收量Table 7 Nitrogen content and absorption of silage maize under different treatments

2.4.2氮肥农学效率 两年种植密度和施氮水平对氮肥农学效率（AEN）影响极显著，而交互作用影响不显著（表8）。2019 年D2密度下，N2的AEN 显著高于N3，而在其余密度下各施氮水平无显著差异。2020 年在D3、D4密 度 下，N1、N2的AEN 显 著 高 于N3。平 均 值 表 明，2019 年N1、N2处 理 的AEN 较N3分 别 显 著 提 高25.51%、44.58%，2020 年分别显著提高40.26%、49.81%。两年在同一施氮水平下，D3、D4处理的AEN 显著高于D1，而D3、D4间无显著差异。2019 年D2、D3、D4的AEN 较D1分别显著提高66.53%、136.28%和145.11%，2020 年分别显著提高39.86%、95.05%和104.79%。

2.4.3氮肥利用效率 两年种植密度和施氮水平对氮肥利用效率（NUE）影响极显著，而交互作用影响不显著（表8）。2019 年同一密度下各施氮水平的NUE 差异并不显著，2020 年仅在D3密度下N2的NUE 显著高于N3。平均值表明，2019 年N1、N2的NUE 较N3提高15.63%和46.88%，2020 年分别显著提高48.15%、48.15%。两年在N2水 平 下，D3、D4处 理 的NUE 显 著 高 于D1。平 均 值 显 示，2019 年D2、D3、D4处 理 的NUE 较D1显 著 提 高54.17%、100.00%、87.50%，2020 年分别显著提高30.28%、68.00%、72.00%。

表8 不同处理下青贮玉米的氮肥农学效率和氮肥利用效率Table 8 Nitrogen agronomic efficiency and nitrogen use efficiency of silage maize under different treatments（kg·kg-1）

2.5 相关性分析

2.5.1密度与产量及水氮利用效率的关系 干草产量、WUEB和NUE 与种植密度的关系均为多项式线性回归方程（图2）。两年干草产量随种植密度的增加缓慢增高，WUEB和NUE 随施氮量的增加呈先增高后降低的趋势。2019 和2020 年在最优种植密度（14.96 和10.04 万株·hm-2）下获得的最高干草产量分别为37.32 和21.78 t·hm-2。大田实测值显示，2019 和2020 年9.0 万株·hm-2种植密度处理的平均干草产量分别为23.66 和21.47 t·hm-2。这表明2019 年如果将种植密度从9.0 万株·hm-2提高至最优种植密度可以明显提高干草产量，而2020 年效果不明显。2019 和2020 年在最优种植密度（11.53 和9.95 万株·hm-2）下获得的最高WUEB分别为48.25 和49.41 kg·hm-2·mm-1。大田实测值显示，2019 和2020 年9.0 万株·hm-2种植密度处理的平均WUEB分别为46.40和49.10 kg·hm-2·mm-1。这表明如果将种植密度从9.0 万株·hm-2提高至最优种植密度不能明显提高WUEB。2019 和2020 年在最优种植密度（9.58 和10.88 万株·hm-2）下获得的最高NUE 分别为0.47 和0.43 kg·kg-1。大田实测值显示，2019 和2020 年9.0 万株·hm-2种植密度处理的平均NUE 分别为0.48 和0.42 kg·kg-1。这表明如果将种植密度从9.0 万株·hm-2提高至最优种植密度并不能提高NUE。

图2 密度与产量及水氮利用效率回归分析Fig.2 Regression analysis of planting density on yield and water and nitrogen use efficiency

2.5.2施氮量与产量及水氮利用效率的关系 干草产量、WUEB和NUE 与施氮量的关系均为多项式线性回归方程（图3）。两年干草产量和WUEB随施氮量的增加缓慢增高，NUE 随施氮量的增加呈先增高后降低的趋势。2019 和2020 年在最优施氮量（400.61 和331.76 kg·hm-2）下获得的最高干草产量分别为23.60 和21.36 t·hm-2。大田实测值显示，2019 和2020 年240 kg·hm-2施氮处理的平均干草产量分别为23.21 和21.47 t·hm-2。这表明如果将施氮量从240 kg·hm-2提高至最优施氮量并不能提高干草产量。2019 和2020 年在最优施氮量（313.75 和380.50 kg·hm-2）下获得的最高WUEB分别为43.90 和50.02 kg·hm-2·mm-1。大田实测显示，2019 和2020 年240 kg·hm-2施氮处理的平均WUEB分别为44.0 和49.0 kg·hm-2·mm-1。这表明如果将施氮量从240 kg·hm-2提高至最优施氮量并不能明显提高WUEB。2019 和2020 年在最优施氮量（222.22 和180.00 kg·hm-2）下获得的最高NUE 分别为0.45 和0.42 kg·kg-1。大田实测值显示，2019 和2020 年240 kg·hm-2施氮处理的平均NUE 分别为0.47 和0.40 kg·kg-1。这表明如果将施氮量从240 kg·hm-2降低至最优施氮量并不能明显提高NUE。

图3 施氮量与产量及水氮利用效率回归分析Fig.3 Regression analysis of nitrogen application rate on yield and water and nitrogen use efficiency

3 讨论

3.1 密度与施氮对青贮玉米叶片酶活性的影响

李洪岐等［10］报道，适宜的密度可显著提高NR 活性，李利利［31］研究表明，SOD 和CAT 活性随密度增加逐渐减小。在本研究中，种植密度对玉米吐丝期和灌浆期的叶片酶活性有显著影响，随着密度的增加，3 种酶活性明显下降。大量研究表明，种植密度增加导致个体间对光照的竞争加剧，不利于植物光合作用，从而加速叶片衰老，导致抗氧化酶（SOD、CAT）活性降低［32-33］。同时，密度过高会影响植株生长，导致其营养吸收减少，限制了NR 活性［34］。此外，本研究还发现，在同一种植密度下，灌浆期的叶片酶活性低于吐丝期，说明叶片酶活性与生长时期有关，这和韩晨光等［35］的研究结果一致。氮肥在作物生长方面起调节作用，缺氮会降低作物净光合作用，加速叶片衰老。给作物施加氮肥对SOD 和CAT 活性有显著的正效应［36］。本研究中，叶片酶活性随着施氮量的增加显著升高。这是由于施氮能够提高土壤有效氮含量和土壤供氮能力，从而提升叶片抗氧化酶（SOD、CAT）活性［37］。有研究表明，施氮可显著提升玉米叶片的NR 活性［38］。本试验显示，施氮显著提升了灌浆期玉米NR 活性。这是因为施氮提升了玉米叶片中的氮含量，从而提高NR 活性［39-40］。

3.2 密度和施氮对青贮玉米产量的影响

增加种植密度是玉米增产的主要栽培方式，种植密度对植物光合作用和干物质积累存在显著影响［41］。提高种植密度可以提高玉米产量，但过高的密度对玉米产量存在不利影响［35］。本研究结果显示，随着种植密度的提高，鲜草与干草产量均有上升，且D3和D4处理的鲜草与干草产量显著高于D1和D2，但密度从D3增加到D4时并未显著提升干草产量。这可能是由于过高的密度造成植株遮蔽度增加，田间通风透光不良，影响玉米后期籽粒灌浆，进而导致玉米产量降低［42］。施氮能够提高玉米叶片叶绿素含量和净光合速率，延长叶片光合持续时间，促进干物质积累和转移，从而提高产量［43］。本研究中，施氮处理较不施氮显著提高了饲草产量，但N3处理与N2无显著差异。这可能是施氮量过高影响根系营养吸收和氮素转运，进而降低单株生产力［44］。

3.3 密度和施氮对青贮玉米水分利用的影响

有研究表明，土壤贮水量随种植密度的增加而减少［45］。王巧梅等［46］报道，土壤蒸散量随种植密度增加而显著提升。本试验中，随密度增加，收获期贮水量逐渐减小。这是由于密度增大，导致植物群体需水量增加，从而降低土壤贮水量［46］。此外，密度对土壤蒸散量无显著影响。因为土壤蒸散量由土壤蒸发和植物蒸腾组成，虽然种植密度增加会提高植株的蒸腾耗水，但高密度种植提高了叶面积指数，增加了地表盖度，从而降低土壤蒸发［47-48］，最终导致密度对土壤蒸散量无显著影响。张平良等［49］研究发现，随着种植密度增加，WUEG呈先升高后降低的趋势。本研究与其相似，D3、D4处理WUEG和WUEB显著高于D1和D2。这可能是由于在高密度下植物盖度较高，减少了土壤水分的无效蒸发，同时提高了产量，从而使水分利用效率增加。

有研究表明，随着施氮量的增加，收获期土壤贮水量逐渐降低［50-51］。本研究结果与其相似，收获期贮水量随着施氮量的增加明显下降。有研究报道，随着施氮量的增加，土壤蒸散量随之升高［49］。本试验中土壤蒸散量虽然随着施氮量的增加而升高，但各施氮处理无显著差异。施氮量对降水利用效率存在显著影响，降水利用效率随着施氮量的增加而增高［52］。在本试验中，玉米的降水利用效率在一定范围内随施氮量的增加而显著提升。研究表明，玉米的水分利用效率随着施氮量的增加而增高［53］。本研究发现，施氮条件下饲草作物的WUEG和WUEB均显著高于不施氮处理，但N2处理与N3无显著差异。这是由于施氮显著提高了籽粒产量和干草产量，而土壤蒸散量无显著增加，因而使WUEG和WUEB提升。

3.4 密度和施氮对青贮玉米氮肥利用的影响

有研究表明，随着种植密度的增加，青贮玉米的蛋白质含量降低［54］。本试验结果与其相似，D1密度下的玉米植株氮含量显著高于D4。然而，Cuomo 等［55］研究发现，种植密度对植株氮含量无显著影响。这种差异可能是由于玉米品种、种植地区的不同所产生。Raymond 等［56］研究发现，籽粒以及植物组织的氮吸收量随密度的增加先升高后降低，但也有研究指出，氮吸收量随密度的增加而提高［57］。本研究表明，种植密度对氮吸收量有显著影响，D3和D4处理的氮吸收量显著高于D1。有研究报道，NUE 随着密度的增加而升高［58］，本研究结果与其类似，D3和D4处理的NUE 显著高于D1和D2。这是因为在施氮水平不变的条件下，种植密度增加，氮吸收量明显提高，从而使NUE 增高［35］。有研究证明，在施氮水平相同的条件下，玉米的AEN 随密度的增加而提高［59］。本研究结果与其相似，D3和D4处理的AEN 显著高于D1和D2，而D3与D4无显著差异。

有研究表明，随着施氮量的增加，植株氮吸收量增加［26］。施加氮肥可显著提高玉米植株地上部分氮含量［60］。本研究结果与以上相似，N2和N3处理的氮吸收量显著高于N1和N0。有相关研究表明，玉米植株地上部分的氮吸收量通常随着土壤中氮含量的增加而增高［61］，施氮提高了土壤中可供植物利用的氮素，从而提升植株氮含量和吸收量［62］。张平良等［49］报告称，在施氮量为207 kg·hm-2时玉米的NUE 最高。Yang 等［63］指出，过量氮肥施用会降低NUE。本研究结果与其相似，植株的NUE 随施氮量的增加呈先增高后降低的趋势。Zhang 等［64］研究发现，施氮量与AEN 呈二次曲线关系。本研究结果表明，随着施氮量的增加，AEN 先增加后降低。这是因为施氮量过高造成氮流失加剧，导致AEN 和NUE 降低。

4 结论

进行两年田间试验表明，密度与施氮对饲草产量、水分利用效率与氮肥利用效率均存在显著影响，但二者不存在交互作用。随着种植密度的增加，饲草产量逐渐提高。高密度下降水利用效率、籽粒产量及生物量水分利用效率显著高于低密度。虽然高密度下的植株氮含量低于低密度，但高密度下的氮吸收量、氮肥利用效率和氮肥农学效率显著高于低密度。随着施氮量的提升，饲草产量逐渐提高。适中施氮处理的降水利用效率与水分利用效率、氮含量、氮吸收量以及灌浆期叶片酶活性显著高于不施氮，且适中氮肥处理下得到了最高的氮肥利用效率与氮肥农学效率。综上得出，高密度结合适中施氮处理下的水、氮利用效率最高，同时也获得了较高的饲草产量，是一种适宜黄土高原地区青贮玉米栽培的措施。