绿洲灌区密植减量施氮玉米的水分利用特征

2023-09-27焦智辉陈桂平范虹张金丹殷文李含婷王琦明胡发龙柴强

中国农业科学 2023年16期

焦智辉，陈桂平，范虹，张金丹，殷文，李含婷，王琦明，胡发龙，柴强

绿洲灌区密植减量施氮玉米的水分利用特征

焦智辉，陈桂平，范虹，张金丹，殷文，李含婷，王琦明，胡发龙，柴强

甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室，兰州 730070

【目的】针对干旱灌区水资源有限、玉米生产氮肥投入过高、水分利用效率（WUE）低等问题，探讨密植补偿减量施氮对玉米水分利用效率负效应的可行性，为建立玉米节氮、水分高效利用技术提供理论依据。【方法】于2019—2022年在甘肃武威设置裂区试验，主区设减量施氮（N1，270 kg·hm-2）和传统施氮（N2，360 kg·hm-2）两个水平，裂区设传统密度（M1，78 000株/hm2）、中密度（M2，103 500株/hm2）和高密度（M3，129 000株/hm2）3个水平，N2M1为对照，重点研究施氮、种植密度及两者互作对玉米耗水特性、水分利用效率的影响。【结果】试验年度内，减量施氮较传统施氮处理耗水量降低4.7%，高、中密度较传统密度处理耗水量分别增大8.4%、4.2%，减量施氮与中密度组合（N1M2）与对照相比耗水量无显著差异。玉米籽粒产量随施氮量的减少而降低，中密度较高密度、传统密度显著提高了籽粒产量，减量施氮与中密度组合较对照提高了籽粒产量。减量施氮较传统施氮处理籽粒产量降低了4.6%，中密度较高密度、传统密度处理籽粒产量分别提高5.6%、8.2%，N1M2较N2M1籽粒产量提高4.3%。减量施氮降低了灌溉水分利用效率（IWUE），但能够保持与传统施氮相同的WUE；中密度有利于提高玉米IWUE和WUE，补偿减量施氮导致的水分利用效率下降。4年内，减量施氮使玉米IWUE降低4.5%，但WUE未显著下降；中密度较传统密度、高密度处理的IWUE分别提高8.6%、6.4%，WUE分别提高4.5%、10.1%；中密度对减量施氮IWUE和WUE的补偿效应分别为4.3%和5.2%。【结论】在干旱灌区，玉米全生育期施氮270 kg·hm-2、密度103 500株/hm2较现有水氮管理水平提高了产量和水分利用效率，是适用于该区域的玉米节氮、水分高效利用生产技术。

减量施氮；密植；土壤含水量；耗水量；水分利用效率

0 引言

【研究意义】氮肥是作物高产的基础，但投入过高会降低籽粒产量与品质，影响土壤肥力[1]。生产实践中，氮肥减施可能降低作物产量，但同时存在减少土壤氮素残留、降低对生态环境的破坏等优势[2-4]。与氮肥减量问题相并，提高作物水分利用效率（WUE）是农业生产面临的另一重大挑战[5]。稳产高产、高效用水、减施氮肥是未来作物生产必须同步解决的问题。【前人研究进展】水、氮是影响作物群体生长发育的关键因子，对作物水分利用状况和产量影响显著[6]。研究表明，合理运用氮肥，通过以肥促水，能促进作物有效耗水增加粮食产量，进而提高水分利用效率[7]。但氮肥的不合理应用又会加剧作物对土壤水分的消耗，降低土壤含水量，使得土壤水库失调，导致农田生产力下降[8-9]。深入揭示施氮与土壤含水量、作物耗水量间的相关关系，是构建水分高效利用和适宜氮肥投入技术必须解决的科学问题。而作物密植作为农业生产中另一增产的有效途径被广泛应用[10]。研究发现，增大种植密度会增加作物群体的耗水量[11]，合理的作物群体结构能提高蒸腾耗水占比，增加籽粒产量实现水分高效利用[12-13]。土壤含水量随密度的增加而降低，过大增密会提高作物对土壤水分需求，土壤水分承载潜力下降，干燥程度加剧，影响籽粒灌浆进而降低水分利用效率[14-15]。可见，良好的土壤水分条件是密植增产的基础，而氮肥减施具有保持较高土壤含水量优势，同时能降低作物总耗水量。能否集成应用减施氮肥与密植技术，分别发挥两种技术降低耗水和增加产量的优势，实现节氮与水分利用效率同步提升目标，仍需实证研究。【本研究切入点】河西走廊光热条件丰富，但资源性缺水是玉米生产的主要限制因素，该区玉米生产中同时存在氮肥投入量过大等问题，氮肥节约和水分高效利用理论和技术亟待深入研究。本试验在减量施氮条件下研究能否通过增加密度补偿水分利用效率与灌溉水分利用效率。【拟解决的关键问题】在河西走廊东端甘肃农业大学绿洲农业试验基地设置田间试验，探讨能否通过减量施氮缓解密度增加对土壤水分需求，同时通过增加种植密度补偿减量施氮对水分利用效率造成的不利影响，旨在为干旱绿洲灌区玉米节氮及高效用水提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019—2022年在甘肃农业大学“绿洲农业科研教学基地”（37°30′N，103°5′E）进行。该区降雨主要集中在7—9月份，年蒸发量＞2 000 mm，年日照时数约2 945 h，年太阳辐射量约5 990 MJ·m-2，属典型的寒温带干旱气候区。玉米为当地主栽作物，长期氮肥投入量高。4个试验年度内，玉米全生育期降雨量分别为167.1、133.0、155.2、212.4 mm，如图1所示。

图1 2019—2022年玉米全生育期降雨量

1.2 试验设计

本试验为2018年开始的定位试验，采用裂区设计，主区设减量（N1，270 kg·hm-2）和传统（N2，360 kg·hm-2）两个施氮水平，裂区设传统（M1，78 000株/hm2）、中（M2，103 500 株/hm2）和高（M3，129 000 株/hm2）3个密度水平，对应株距分别为32、24和19 cm，行距均为40 cm。共组成6个处理，每处理重复3次，其中N2M1为当地习惯施氮和密度处理，作为对照。

采用播前传统翻耕并覆新膜，玉米秸秆全部移除。玉米灌溉定额405 mm，采用膜下滴灌，于拔节、大喇叭口、抽雄、开花和灌浆期分别灌水90、75、90、75、75 mm。氮肥基施﹕大喇叭口期追肥﹕灌浆期追肥=3﹕5﹕2分施，磷肥180 kg·hm-2全作基肥。基肥采用人工均匀撒施于地表，旋耕机旋入15 cm的耕作层；追肥时采用穴播枪将肥料施入10 cm深的孔中，其他田间管理与当地一致。玉米供试品种为‘先玉 335’，分别于2019年4月20日、2020年4月19日、2021年4月20日、2022年4月19日播种，于2019年9月25日、2020年9月28日、2021年9月27日、2022年9月22日收获。

1.3 测定指标与方法

土壤含水量：0—30 cm土层含水量采用烘干法测定，30—60、60—90、90—120 cm用水分中子仪测定[16]，每个土层测3次，3次重复的平均值作为每个土层的土壤含水量。玉米播种后，每隔15—20 d取样。

土壤贮水量：SWS=ρ×h×ω×10。式中，ρ为土壤容重（g·cm-3），h为土层深度（cm），ω为土壤质量含水量（g·g-1）。

阶段耗水量：ETi=Pi+Ii+SWSt2-SWSt1。式中，Pi、Ii分别为t1至t2时间段的降雨量（mm）和灌溉量（mm），SWSt1、SWSt2为t1与t2时期的土壤贮水量（mm）。由于本试验灌溉量较少，地下水深埋在30 m以下，不易补给，故渗漏量和地下水忽略不计[15]。

籽粒产量（Y）：玉米完全成熟后，每小区取长5 m、宽为4行玉米的面积进行籽粒产量测定，脱粒后按14%含水量计算。

水分利用效率：WUE=Y/ET。

灌溉水利用效率：IWUE=Y/I。式中，I为总灌溉定额（mm）。

增密对减氮的补偿效应：CE=（减氮密植处理-传统处理）/传统处理。若CE＞0，说明密植能够补偿减量施氮的负效应；若CE＜0，说明密植不能补偿减量施氮的负效应。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2016整理数据，绘制表格，Origin 2018作图，SPSS 19.0统计软件进行统计分析（Duncan法）。

2 结果

2.1 不同施氮水平与种植密度下的玉米耗水特征

2.1.1 玉米全生育期土壤含水量动态减量施氮可提高全生育期0—120 cm土层土壤含水量，而增加密度降低了土壤含水量，二者互作效应显著（图2）。4个试验年度内，不同处理全生育期N1较N2平均高8.6%，M3较M2、M1平均降低2.8%、5.1%。减量施氮显著提高了拔节期之后的土壤含水量，拔节期至大喇叭口期、大喇叭口期至开花期、开花期至灌浆期、灌浆期至成熟期，N1较N2土壤含水量平均提高8.0%—9.4%。高密度显著降低了拔节期之后的土壤含水量，M3较M1各生育阶段平均降低4.8%—8.1%，M2、M1差异不显著。N1M2较N2M1全生育期土壤含水量平均高4.5%。以上结果表明，统筹施氮和密度两大因素，可为玉米生长创造适宜的土壤含水量；减量施氮结合中密度较对照具有更高的保持土壤含水量的优势。

图2 不同施氮水平及种植密度下玉米0—120 cm土层平均土壤含水量动态

2.1.2 玉米播前与收后土壤贮水量减量施氮可保持玉米收后较高的土壤贮水量，随密度增加收后土壤贮水量显著下降，二者互作效应显著；二者及二者互作对播前土壤贮水量影响不显著（表1）。4个试验年度内，减量施氮较传统施氮收后贮水量高9.5%—11.4%。传统密度较高密度和中密度收后贮水量分别提高17.2%—26.3%和7.4%—12.7%，中密度较高密度提高8.7%—12.8%。就二者互作来看，传统施氮结合高密度收后土壤贮水量最低，较N1M2与N2M1均降低24.6%，N1M2、N2M1差异不显著。与传统施氮相比，氮肥减量的保水优势可补偿中密度玉米生长对水分的需求，但不足以支撑高密度玉米。

N1、N2代表减量施氮、传统施氮；M1、M2、M3代表传统密度、中密度、高密度。NS、**、*分别表示无显著差异、0.01及0.05水平上差异显著；数据后不同字母表示同一年度中所有处理在0.05概率水平下差异显著。下同

N1and N2represent reduced nitrogen application and traditional nitrogen application; M1, M2, M3represent traditional density, medium density, high density. NS, ** and * mean non-significant, significant at＜0.01, significant at＜0.05, respectively. Different letters afterwards indicate significant difference within the same year among the treatments at 0.05 probability level. The same as below

2.1.3 玉米耗水量减量施氮降低开花期之前玉米耗水量（表2）。播种期至拔节期，N1较N24年平均降低12.7%；拔节期至大喇叭口期，N1较N2阶段耗水量降低6.9%。除大喇叭口期至开花期差异不显著外，增加密度提高了其他生育时期玉米耗水量。播种期至拔节期，M2、M3较M1耗水量分别提高8.4%、12.1%；拔节期至大喇叭口期，M2、M3较M1分别提高4.1%、7.5%；开花期至灌浆期，M3较M2、M1耗水量分别提高7.3%、9.4%；灌浆期至成熟期，M3较M2、M1耗水量提高5.0%、10.7%，M2较M1提高5.4%。说明减量施氮主要降低了拔节期玉米耗水，而增加密度对玉米耗水的影响主要集中在拔节期与灌浆期。

减量施氮降低了玉米总耗水量，增加密度提高了总耗水量，二者互作效应显著（表1）。4个试验年度内，减量施氮较传统施氮总耗水量降低4.4%—5.1%。高密度较传统密度与中密度总耗水量分别高6.6%—10.5%和3.5%—5.1%，中密度较低密度高3.2%—5.1%。就二者互作来看，传统施氮结合高密度玉米全生育期耗水量最高，较N1M2与N2M1分别提高10.0%、9.1%，N1M2、N2M1差异不显著。说明减量施氮通过降低拔节期玉米耗水降低密植玉米全生育期耗水量，使得减量施氮结合中密度较传统处理并没有提高玉米总耗水量。

2.2 增密对减氮玉米籽粒产量的影响

减量施氮降低玉米籽粒产量，而增加种植密度提高了玉米籽粒产量，二者互作效应不显著（图3）。4个试验年度，减量施氮较传统施氮籽粒产量降低3.8%—5.8%。中密度较传统密度与高密度籽粒产量分别提高5.4%—12.5%和2.1%—7.5%，高密度较低密度除2020年提高10.2%外，其他3年差异不显著。中密度能够补偿减量施氮对籽粒产量造成的负效应，而高密度无法补偿，4年平均补偿效应为4.3%。说明中密度下玉米具有较高的增产潜力，且增产潜力能够补偿减量施氮对玉米籽粒产量造成的负效应。

2.3 增密对减氮玉米水分利用效率的影响

2.3.1 水分利用效率（WUE）减量施氮对玉米WUE影响不显著，种植密度及二者互作对其影响显著（图4）。2019年M1、M2较M3处理WUE分别提高10.9%、11.3%；2020年M2较M1、M3处理分别提高9.0%、6.5%；2021年M1、M2较M3处理分别提高9.7%、12.0%；2022年M2较M1、M3处理WUE分别提高6.4%、11.1%，M1较M3提高4.4%，总的来看，种植密度对WUE的影响表现为M2＞M1＞M3，M2较M1、M3平均高4.5%、10.1%，M1较M3提高5.4%。就二者互作来看，中密度结合减量施氮具有最高的WUE，较中密度传统施氮4年平均提高2.4%。中密度能够补偿减量施氮对WUE造成的负效应，而高密度无法补偿。4个试验年度内中密度平均补偿效应为5.2%，即减量施氮结合中密度处理较传统处理进一步提高了水分利用效率。

图3 不同施氮水平及种植密度下玉米的籽粒产量

图4 不同施氮水平及种植密度下玉米的水分利用效率和灌溉水分利用效率

2.3.2 灌溉水分利用效率（IWUE）减量施氮降低了IWUE，而增加种植密度提高了IWUE，二者互作效应不显著（图4）。4个试验年度内，传统密度下，N1较N2处理IWUE降低3.3%—8.8%，中密度下降低2.7%—7.6%，高密度下降低3.7%—7.1%。传统施氮下，M2较M1、M3处理IWUE 4年分别提高2.5%—11.1%与0.8%—8.2%，M3较M1提高2.8%—10.1%。减量施氮下，M2较M1、M34年分别提高3.3%—14.1%与3.5%—6.7%，除2019、2020年M3较M1高2.1%、10.2%外，其他两年差异不显著。中密度能够补偿减量施氮对IWUE造成的负效应，补偿效应为4.3%，说明减量施氮结合中密度处理更有利于增加玉米单位灌溉水生产的籽粒产量。

3 讨论

3.1 施氮和密植对玉米耗水量的影响

作物耗水受蒸腾量与蒸发量共同影响，提高作物蒸腾，降低无效蒸发对于年蒸发量远大于降雨量的干旱绿洲灌区具有重要意义[17]。作物生长发育依赖于土壤水分，土壤含水量的高低又受到土壤理化性状的影响。本研究中减量施氮较传统施氮提高土壤含水量，可能原因是适当氮肥减量减缓了土壤酸化，促进作物根系及土壤微生物生长，降低土壤容重，提高了土壤截留与保水能力[18]。同时氮肥减量有利土壤团聚体的形成，土壤团聚体内部的持水孔隙在保水的同时，还可保存随水进入团聚体的水溶性养分，进一步起到保水保肥的作用[19]。蒸腾耗水是作物耗水的主要形式，而氮肥减量降低了气孔导度，胞间CO2浓度增大，蒸腾耗水减少[20]，总耗水量下降。另有研究认为[21]，减量施氮降低了开花期之后的根冠比，减少蒸发量降低总耗水量。

密植是作物增产的有效途径，但离不开土壤水分的大量消耗。生育前期植株矮小，土壤蒸发量大，其中苗期蒸发量占蒸散量的比例高达50%[22]，而增加单位面积株数可有效减少地表蒸发。研究表明[12-13,16]，当密度达到某个阈值时，棵间蒸发量并不随密度的增加而降低，影响玉米耗水的关键因素为蒸腾强度。本研究中高密度较低、中密度显著提高了玉米全生育期耗水量，主要原因是高密度加剧了个体之间光、热、水、肥的竞争，气孔导度下降，虽单株蒸腾速率下降，但在密度的加持下，玉米群体仍然具有较大的蒸腾量[20,23-24]。拔节期与灌浆期是玉米营养生长与生殖生长的关键时期，增加种植密度提高了拔节期和灌浆期玉米耗水[12]，为玉米生长提供水分基础，这与本研究结果相似。氮肥减施截留的土壤水分能为增密玉米吸收利用[21]，使得减氮中密度处理较传统处理并没有提高耗水量，但高密度下耗水量显著增加，说明截留土壤水分并不能满足高密度玉米群体对水分的需求，进而加剧了土壤水分威胁。

3.2 减氮和增密对玉米籽粒产量的影响

氮素作为作物生长必须营养元素，通过促进干物质累积与分配影响粮食产量[10]。本研究中，减量施氮显著降低了籽粒产量。水氮运筹是影响玉米籽粒产量的重要农艺措施，水分不足影响养分吸收，养分亏缺减缓作物生长，甚至会造成减产[6,25]。本研究中减量施氮降低了2021年与2022年玉米籽粒产量，可能原因是玉米开花期至灌浆期降雨量减少造成的，关键生育期低降雨投入强化了水氮耦合效应[26]，减缓了灌浆期玉米同化产物向籽粒的转移，进而产量下降。构建合理的群体结构是玉米稳产高产的关键[5]。增加种植密度会使单株产量下降，但拔节期至灌浆中期群体叶面积指数的提高，以及灌浆期叶绿素含量与净光合速率的增强，能显著提高群体产量，弥补了单株生产力的不足[27]。但密度超过某个阈值后，叶片相互遮挡，透光能力减弱，单株玉米光合生产能力下降导致籽粒灌浆不完全，穗粒数与千粒重显著下降，导致玉米群体产量下降[25]。

合理密植是作物充分利用光热资源[7]，实现群体增产优势的基础，进而补偿水氮减量的负效应。研究表明[10]，增密30%可通过提高单位面积穗数补偿减量施氮对穗粒数与千粒重造成的负效应，继续增大密度补偿效应为负。另有研究认为[14]，氮肥减施25%并不影响千粒重，同时适当增加种植密度提高单位面积穗数可补偿穗粒数的下降，使群体籽粒产量达到最大。本研究中，中密度可通过提高穗数补偿减量施氮对籽粒产量造成的负效应，主要原因是中密度下具有最优的叶面积指数与光照环境[28]，同时减量施氮保留的土壤水分能被玉米吸收[18-19]，有效耗水占比增加，玉米群体光合速率达到最佳，单株生产力的提高，很大程度上弥补了穗粒数与千粒重的降低[10]，使得减氮结合中密度处理籽粒产量不降反升。但高密度下氮肥减施25%会使玉米生长受限，干物质累积与分配受阻，同时光环境封闭，光合能力显著下降[25]，穗数提升并不能补偿穗粒数与千粒重的下降。

3.3 减氮和增密对玉米水分利用效率的影响

光合产物和耗水量是影响水分利用效率的两个主要因素[29]。氮肥减量能降低PSI和PSII的电子传递能力[30-31]，减缓玉米营养物质向籽粒转移，同时降低了玉米耗水量，导致水分利用效率差异不显著，这与张建军等[32]研究一致。张建军等还认为继续减少施氮量，水分利用效率随籽粒产量的下降显著降低。增加种植密度可提高玉米叶绿素相对含量与净光合速率影响籽粒产量[28]，进而提高水分利用效率。群体耗水中蒸腾量占比较棵间蒸发量大，在开花期至灌浆期，增加种植密度能提高玉米蒸腾速率，增加有效耗水，促进光合产物的形成，同时该时期群体郁闭性强，地表蒸发下降，提高产量、降低耗水进而提高水分利用效率[12,15,27]。

增密减氮研究认为，氮肥减施降低了总耗水量，密度通过提高玉米群体光能利用率，增加光合产物的积累，进而提高水分利用效率[13,33]。本研究减量施氮结合中密度较传统处理提高了水分利用效率，可能原因是中密度下玉米群体结构对光、热等自然资源利用更加充分[25,28]，同时种间竞争提高了减量施氮下玉米对土壤水分、氮素的吸收利用，进而补偿水分利用效率。另外，氮肥减施能将部分下渗水分截留、保存在浅层土壤中[18-19]，被作物吸收利用，增加蒸腾耗水占比。而高密度结合减量施氮处理打破了个体与群体间的协调关系，并没有提高水分利用效率，主要原因有，第一，氮肥减施并不能满足高密度下玉米群体对氮素的需求，导致营养生长和生殖生长期干物质累积受阻[10,14]，同时高密度玉米降低了PSII过程中的热耗散，光保护能力下降，加速叶片衰老影响籽粒灌浆[31]，最终导致产量下降。第二，高密度下玉米个体之间水肥竞争加剧，玉米群体需水量增大，导致全生育期耗水量增加[13,25]。因此，减量施氮结合中密度处理可有效提高单位耗水量的籽粒产量，具有较优的水分生产力优势。

4 结论

减施氮肥可以补偿玉米密度增大导致的土壤含水量下降，为玉米创造了适宜的土壤水分条件。随密度的增加玉米总耗水量显著增加，氮肥减施通过降低拔节期玉米耗水降低增密玉米总耗水量。减量施氮对水分利用效率影响不显著，但降低了籽粒产量与灌溉水分利用效率。中密度可补偿减施氮肥对籽粒产量、水分利用效率和灌溉水分利用效率造成的负效应，中密度下各施氮处理对水分利用效率影响不显著。在绿洲灌区，玉米生产施氮270 kg·hm-2、密度103 500株/hm2，可保持与地方传统生产技术相同的耗水量，同时提高产量与水分利用效率，是适用于该区节氮及水分高效利用的生产技术。

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Water Use Characteristics of Increased Plant Density and Reduced Nitrogen Application maize in Oasis Irrigated Area

JIAO ZhiHui, Chen GuiPing, FAN Hong, ZHANG JinDan, YIN Wen, LI HanTing, WANG QiMing, HU FaLong, CHAI Qiang

College of Agronomy, Gansu Agricultural University/State Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070

【Objective】In arid irrigation area, the problem of limited water resources, high nitrogen fertilizer input, and low water use efficiency (WUE) in maize production is serious, it’s necessary to investigate the viability of dense planting to compensate for the negative impact of reduced nitrogen application on the water use efficiency of maize, so as to provide academic foundation for the maize production with reduced nitrogen but high water use efficiency.【Method】From 2019 to 2022, a split-plot experiment was carried out in Wuwei, Gansu Province. Two levels of nitrogen application rate, including reduced nitrogen application (N1, 270 kg·hm-2) and traditional nitrogen application (N2, 360 kg·hm-2) were set in the main plot. Three planting densities, including traditional density (M1, 78 000 plants/hm2), medium density (M2, 103 500 plants/hm2), and high density (M3, 129 000 plants/hm2) were set in the split-plot,N2M1was set as the control.the effects of nitrogen application, plant density and their interaction on water consumption characteristics and water use efficiency of maize were mainly studied.【Result】In the trial year, the water consumption of reduced nitrogen application was 4.7% lower than that of traditional nitrogen application. The water consumption of the combination of reduced nitrogen application and medium density (N1M2) was not significantly different from that of the control. The water consumption of high and medium density treatments increased by 8.4% and 4.2% respectively compared with that of traditional density treatment. The grain yield of maize decreased with the reduction of nitrogen application. Medium density could increase grain yield compared with high density and traditional density. The combination of reduced nitrogen application and medium density increased the grain yield compared with the control. In the test year, the grain yield of the reduced nitrogen application treatment was 4.6% lower than that of traditional nitrogen application treatment, the grain yield of the medium density treatment was increased by 5.6% and 8.2% respectively compared with high density treatment and traditional density, and the grain yield of N1M2was 4.3% higher than that of N2M1. Reducing nitrogen application reduced IWUE, but maintained the same WUE as traditional nitrogen application; Medium density was beneficial to improve WUE and IWUE, and could compensate for the WUE decrease caused by reduced nitrogen application. In the four study years, the IWUE decreased by 4.5% due to reduced nitrogen application, and there was no significant difference in WUE between the two nitrogen application levels; Compared with the traditional and high density treatments, the IWUE of the medium density treatment increased by 8.6% and 6.4%, respectively, and the WUE increased by 4.5% and 10.1%, respectively; The compensation effects of medium density on the IWUE and WUE were 4.3% and 5.2%, respectively.【Conclusion】In arid irrigation area, applying nitrogen of 270 kg·hm-2and density of 103 500 plants/hm2during the whole growth period of maize can increase the yield and water use efficiency compared with the existing water and nitrogen management measures, which is a production technology for nitrogen saving and water efficient utilization of maize in this area.

nitrogen reduction; high planting density; soil water content; water consumption; water use efficiency