蔡紅光，袁靜超，劉劍釗，閆孝貢，張洪喜，梁堯，任軍

?

高密度種植條件下春玉米氮素的需求規(guī)律與適宜施氮量

蔡紅光，袁靜超，劉劍釗，閆孝貢，張洪喜，梁堯，任軍

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部東北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家玉米工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130033）

【目的】研究高密度（75 000株/hm2）種植條件下，東北中部春玉米群體氮素需求規(guī)律與分配特征，及其對(duì)氮肥運(yùn)籌的響應(yīng)，以制定高密度群體玉米的氮素管理措施。【方法】試驗(yàn)于2011—2012年在吉林省公主嶺市中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所試驗(yàn)田進(jìn)行，以先玉335為供試材料，在大田條件下設(shè)置了5個(gè)氮肥施用水平（不施氮（N1），70%推薦施氮量（N2），推薦施氮（N3），130%推薦施氮量（N4），高量施氮（N5）），結(jié)合高產(chǎn)栽培管理模式，通過(guò)兩年田間定點(diǎn)試驗(yàn)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了不同生育時(shí)期植株干物質(zhì)和養(yǎng)分在各器官中的累積與分配特征，并研究了氮肥施用水平對(duì)玉米產(chǎn)量、氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率的影響。【結(jié)果】不同氮肥處理間產(chǎn)量、生物量和氮累積量差異顯著，且氮肥處理與年際間交互作用顯著；玉米籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加呈現(xiàn)單峰曲線變化，以N3處理下產(chǎn)量最高，產(chǎn)量差異主要來(lái)自穗粒數(shù)和千粒重；春玉米干物質(zhì)累積隨生育進(jìn)程呈現(xiàn)先快后慢的累積動(dòng)態(tài)，合理的氮肥施用可以提高籽粒的累積量和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率，是其增產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，處理間以N3處理籽粒所占總干物質(zhì)比重最高；N3處理下吐絲后氮素累積比例顯著高于其他4個(gè)處理，這表明合理的氮肥運(yùn)籌可能更有助于植株生育后期對(duì)氮素的吸收；通過(guò)兩年定點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，建立了產(chǎn)量與施氮量的一元二次回歸方程= -0.17152+ 79.73+ 3940.1（2=0.963）；計(jì)算得出最佳經(jīng)濟(jì)施肥量為225.1 kg·hm-2?！窘Y(jié)論】合理的氮肥運(yùn)籌顯著提升植株干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)移，并增加吐絲期后植株氮素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力；在東北中部黑土區(qū)中等土壤肥力條件下，基于75 000株/hm2的種植密度，春玉米氮肥施用量可根據(jù)品種及肥力特征在225 kg·hm-2左右進(jìn)行微調(diào)。

春玉米；籽粒產(chǎn)量；高密度；施氮量

0 引言

【研究意義】玉米是中國(guó)第一大作物，在糧食安全中占有重要的地位，隨著國(guó)家糧食需求的剛性增加，玉米產(chǎn)量亦需繼續(xù)提升。在有限的耕地面積上繼續(xù)提高單產(chǎn)，增加種植密度是主要技術(shù)途徑之一。在東北春玉米區(qū)明確高密度群體對(duì)氮素的需求特征及分配規(guī)律，提出高密度生產(chǎn)田的適宜氮肥用量，是氮肥管理的重要措施?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】氮是作物產(chǎn)量形成的重要養(yǎng)分限制因子。張福鎖等[1]研究表明，目前中國(guó)玉米氮肥利用效率僅為26.1%，遠(yuǎn)低于國(guó)際平均水平，且氮肥效率呈下降趨勢(shì)。為提高玉米氮肥利用效率，多位學(xué)者開(kāi)展研究，趙珊珊等[2]研究表明目前夏玉米最適氮肥用量一般在180—280 kg·hm-2；馬國(guó)勝等[3]研究表明關(guān)中灌區(qū)生產(chǎn)田氮肥適宜用量為310—569 kg·hm-2。葉東靖等[4]研究得出，綜合產(chǎn)量、氮肥利用率和土壤硝態(tài)氮累積情況考慮，東北中部地區(qū)玉米合理施氮量應(yīng)控制在180—240 kg N·hm-2。這些氮肥推薦用量均是在種植密度55 000—65 000株/hm2區(qū)間范圍得到的。任軍等[5]對(duì)吉林省東、中、西不同生態(tài)區(qū)生產(chǎn)田的氮肥適宜用量研究表明，在45 000—55 000株/hm2密度下，春玉米適宜氮肥用量是172.4—199.1 kg·hm-2。未來(lái)中國(guó)糧食增產(chǎn)主要依靠單產(chǎn)的提高，單產(chǎn)提高的主要技術(shù)途徑之一是增加種植密度[6]。增加群體種植密度是中國(guó)及世界玉米大面積高產(chǎn)的關(guān)鍵措施之一[7-9]。因此，亟需探討提高種植密度后與之相匹配的氮肥適宜用量。曹勝彪等[10]在黃淮海夏玉米區(qū)研究表明，ZD958和DH661在密度90 000株/hm2的高產(chǎn)條件下，適宜氮肥用量在240—360 kg·hm-2。張峰等[11]在內(nèi)蒙古平原高產(chǎn)示范田的研究表明，90 000株/hm2密度的高產(chǎn)群體適宜氮肥用量為300—450 kg·hm-2?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在東北春玉米區(qū)，一般生產(chǎn)田密度在45 000—55 000株/hm2，中部高肥力地區(qū)密度可達(dá)到60 000株/hm2[12]。故大多數(shù)氮肥用量的研究多集中在此密度區(qū)間。但對(duì)于高密度生產(chǎn)田的適宜氮肥用量，在東北春玉米區(qū)未見(jiàn)有詳細(xì)報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究在75 000株/hm2的種植密度下，通過(guò)2年田間定位研究，剖析不同供氮水平下植株氮素需求與分配特征，詳細(xì)評(píng)價(jià)高密度生產(chǎn)田對(duì)氮肥水平的響應(yīng)，及作物群體氮素的累積規(guī)律與分配特征，以期為制定高密度群體玉米的氮素管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)處理始于2009年，在吉林省公主嶺市中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所試驗(yàn)田（43°29′55″N，124°48′43″E）進(jìn)行。試驗(yàn)田為玉米連作區(qū)，玉米生育期間平均氣溫為19.6℃左右，無(wú)霜期125—140 d，有效積溫2 600—3 000℃，總?cè)照諘r(shí)數(shù)1 220 h左右。供試土壤為黑土，0—20 cm耕層土壤主要性狀為有機(jī)質(zhì)25.6 g·kg-1、堿解氮242.0 mg·kg-1、速效磷38.5 mg·kg-1、速效鉀112.0 mg·kg-1、pH 6.6。試驗(yàn)區(qū)2011和2012年玉米生育期內(nèi)降雨量分別為320.6 mm和519.3 mm（圖1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)氮肥處理，分別為不施氮（N1），70%推薦施氮量（N2），推薦施氮（N3），130%推薦施氮量（N4），高量施氮（N5）。每個(gè)處理重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積54 m2。供試品種為先玉335，種植密度75 000株/hm2。5個(gè)處理磷、鉀用量均為90 kg·hm-2。其中氮肥分4次施用，即底肥、種肥、拔節(jié)期（V6）追肥、抽雄期（VT）追肥（其比例為30﹕10﹕40﹕20）；磷、鉀肥分3次施用，即底肥、種肥、拔節(jié)期（V6）追肥（其比例為65﹕15﹕20），肥料施用量及時(shí)期見(jiàn)表1。其中氮肥為尿素（N 46%），磷肥為磷酸二銨（N-P2O5-K2O, 18-46-0），鉀肥為氯化鉀（K2O 60%）。2011年于4月25日播種，9月27日收獲；2012年于4月26日播種，9月27日收獲。其他田間管理方式同一般高產(chǎn)田。

圖1 試驗(yàn)區(qū)2011—2012年玉米生育期內(nèi)降雨量分布

1.3 樣品采集與分析方法

分別于6葉期（V6）、12葉期（V12）、吐絲期（R1）、灌漿期（R3）、生理成熟期（R6）系統(tǒng)取樣。每小區(qū)選取有代表性的植株3株，成熟期取5株。在V6至R1期，分莖和葉2部分，在R3和R6期，分莖、葉、籽粒和穗軸4部分，105℃下殺青30 min，70℃烘干至質(zhì)量恒定，稱重。采用凱氏定氮法測(cè)定植株全氮含量[13]。成熟期收獲小區(qū)中間2行，以含水量14%折算小區(qū)產(chǎn)量，并選取標(biāo)準(zhǔn)穗10穗考種，測(cè)定產(chǎn)量構(gòu)成。

表1 肥料用量及施用時(shí)期

1.4 數(shù)據(jù)分析與計(jì)算方法

營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量（nitrogen translocation amount）=開(kāi)花期氮素累積量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮素累積量；

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率（nitrogen translocation efficiency）=營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官氮素累積量×100%；

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率（nitrogen contribution proportion）=營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒氮素累積量×100%；

開(kāi)花后氮素同化量（assimilating amount of nitrogen after anthesis）=成熟期籽粒氮素累積量-營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量[14]。

采用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，采用SAS 8.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果

2.1 產(chǎn)量、生物量和吸氮量的方差分析

方差分析結(jié)果表明（表2），不同氮肥處理間產(chǎn)量、生物量和氮累積量之間的差異均達(dá)到了極顯著水平，產(chǎn)量和生物量在年際間未達(dá)到顯著水平，但氮累積量在年際間達(dá)到了顯著水平；對(duì)于產(chǎn)量、生物量和吸氮量3項(xiàng)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，氮肥處理和年際間的交互作用均達(dá)到了顯著或極顯著水平，而重復(fù)之間均未達(dá)到顯著水平。這表明，三者間的差異主要來(lái)自氮肥處理，但年份間的氣候因子差異對(duì)三者間的變異也造成了影響，尤其是對(duì)于氮累積量。

2.2 施氮水平對(duì)春玉米產(chǎn)量的影響

由表3可以看出，兩年的試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)基本一致。玉米籽粒產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量達(dá)N3水平時(shí)，產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。以N3處理為對(duì)照，不施氮處理（N1）減產(chǎn)達(dá)63.0%—78.6%，N2處理減產(chǎn)2.4%—3.2%，N5處理減產(chǎn)7.9%，減產(chǎn)均達(dá)顯著水平。施用氮肥，玉米空稈率顯著降低，當(dāng)施氮量達(dá)N5水平時(shí)，空稈率增加，與不施氮處理差異不顯著。穗粒數(shù)、千粒重隨著施氮量的增加而提高，當(dāng)施氮量達(dá)N5水平時(shí)，千粒重降低，施氮與不施氮處理間差異顯著。

表2 處理間產(chǎn)量、生物量和吸氮量的方差分析

*和**分別表示0.05和0.01顯著水平

*and** indicate significant at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively

2.3 春玉米單株干物質(zhì)累積與分配

由圖2可以看出，各處理單株干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)從V6時(shí)期至R6時(shí)期，隨著生長(zhǎng)時(shí)間大致呈快-慢的積累動(dòng)態(tài)，且曲線變化趨勢(shì)基本一致。V6至R3期干物質(zhì)積累較快，隨后進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)期。2011年，單株干物質(zhì)積累在V12至R1時(shí)期增長(zhǎng)緩慢，這是由于7月下旬降雨量較小，出現(xiàn)短期干旱，導(dǎo)致玉米植株生長(zhǎng)緩慢。

表3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

同一試驗(yàn)?zāi)甓韧袛?shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同

Values followed by different letters in column are significant among treatments at the 5% level. The same as below

由表4可以看出，隨著玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)，玉米各器官干物質(zhì)量逐漸增加，營(yíng)養(yǎng)器官所占比例逐漸降低，生殖器官所占比例逐漸增大。V12時(shí)期，葉片、莖稈分別占地上部干物質(zhì)總量的52.0%—60.8%和39.2%—48.0%；R1時(shí)期，葉片、莖稈分別占地上部干物質(zhì)總量的27.4%—34.6%和65.4%—72.6%；R3時(shí)期，葉、莖干物質(zhì)比重有所下降，但仍占很大的比例，生殖器官僅占總干物質(zhì)重的18.4%—39.5%；隨著玉米籽粒的形成，生殖器官所占干物質(zhì)比例迅速增加，到成熟期，玉米生殖器官所占比例達(dá)39.9%—60.4%，其中籽粒所占總干物質(zhì)的比例為33.5%—54%。

處理間比較，V12時(shí)期，施氮處理莖、葉干物質(zhì)重顯著高于不施氮處理，且N3、N4處理葉片干物質(zhì)重顯著高于N2、N5處理，秸稈干物質(zhì)重在各施氮處理間差異不明顯；R1、R3時(shí)期，施氮處理莖、葉干物質(zhì)重顯著高于不施氮處理，但各施氮處理間差異不顯著；R6時(shí)期，干物質(zhì)在不同器官中的積累量和分配比例依次為籽粒＞莖稈＞葉片＞穗軸（N1處理莖稈＞籽粒），其中在籽粒的分配比例占33.5%—54.0%。5個(gè)處理相比，N3處理分配到各器官干物質(zhì)積累量均最高，與N1、N2處理達(dá)差異顯著，且籽粒干物質(zhì)重顯著高于N5處理。N3處理單株籽粒重分別比N2、N4、N5處理增加38.6 g、21.5 g、43.2 g。N3處理提高了干物質(zhì)向籽粒中的積累量與分配比例，是其增產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。

V6：6葉期；V12：12葉期；R1：吐絲期；R3：灌漿期；R6：生理成熟期。下同

表4 不同生育時(shí)期春玉米植株各器官干物質(zhì)累積與分配

2.4 春玉米單株氮素累積與分配

由圖3可以看出，各處理春玉米地上部氮素積累動(dòng)態(tài)與干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)大致趨勢(shì)一致。不施氮處理單株玉米整個(gè)生育期氮素的積累比較平穩(wěn)，施氮處理單株玉米氮素積累比較迅速，2012年的積累量呈直線上升，后期氮素積累稍有減緩。2011年，V6至V12期施氮處理的氮素積累迅速增加，V12至R1時(shí)期氮素積累比較平緩，R1至R3時(shí)期迅速增加，這與2011年單株玉米干物質(zhì)積累的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)一致，隨后氮素積累增加緩慢。這可能與2011年玉米生育后期較長(zhǎng)時(shí)間未見(jiàn)降雨，影響植株養(yǎng)分吸收有關(guān)。

從氮素在玉米整個(gè)生育期的分配可以看出（表5），隨著生育進(jìn)程，葉片中的氮素分配比例逐漸降低。V12期，葉片的氮素含量占總吸氮量的68.1%—73.0%，莖稈中的氮素含量占總吸氮量的27.0%—31.9%；R1時(shí)期，葉片中氮素含量占總吸氮量的比例有所下降，莖稈中氮素積累量占總吸氮量的比例有所增加，分別為58.2%—68.3%和31.7%—41.8%；R3時(shí)期，葉、莖中氮素積累比重均明顯下降，生殖器官氮素積累占氮素積累總量的31.8%—46.8%；隨著玉米籽粒的形成，生殖器官氮素積累比例迅速增加，到成熟期，玉米生殖器官所占比例達(dá)59.7%—78.8%，其中籽粒氮素積累所占總積累量的比例為52.8%—75.8%，以N3處理籽粒中氮素積累比例最高。R6時(shí)期，N3處理分配到穗軸、秸稈及葉片中的氮素均顯著低于N4、N5處理，但籽粒中氮素積累與兩處理差異不顯著。

圖3 不同氮水平下玉米地上部氮素累積動(dòng)態(tài)

2.5 干物質(zhì)及養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)效率

2.5.1 春玉米吐絲期前后干物質(zhì)及氮素分配比例 從圖4可以看出，2011年吐絲期前干物質(zhì)累積比例在46.6%—57.3%，平均為50%，吐絲前后干物質(zhì)分配比例處理間無(wú)顯著差異。2012年吐絲前干物質(zhì)累積比例平均為46.3%，低于吐絲后干物質(zhì)累積，其差異主要來(lái)自與不施氮處理，且均差異顯著；施氮處理吐絲后干物質(zhì)分配比例較不施氮處理高12.0%—18.7%（2012年），這表明增施氮肥后可以顯著提高植株后期干物質(zhì)的生產(chǎn)能力。

方柱上小寫(xiě)字母分別表示吐絲前和吐絲后不同氮水平間差異達(dá)5%顯著水平。下同

表5 不同生育時(shí)期春玉米植株各器官氮素累積與分配

植株吐絲前后養(yǎng)分積累所占比例與干物質(zhì)累積比例有所不同（圖5），氮素大部分是在吐絲期前吸收積累的，2011年和2012年兩年吐絲前植株氮素累積比例均超過(guò)70%；處理間均以N3處理吐絲后氮素累積比例較高，這說(shuō)明合理的氮肥運(yùn)籌可能更有助于植株生育后期氮素的吸收。

2.5.2 不同氮水平下春玉米養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)效率 從不同氮水平下植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)可以看出（表6），2011年植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)速率、轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率隨著施氮量的增加而增加，花后同化量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。這是因?yàn)?011年玉米生育期降雨量較少，尤其是在吐絲后期，降雨量?jī)H為64.6 mm，灌漿期的干旱對(duì)作物氮素的吸收造成了嚴(yán)重的遲滯效應(yīng)。2012年，隨著施氮量的增加，單株玉米氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后同化量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率及轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率均呈先增加后降低的趨勢(shì)，以N3處理下的轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后同化量和轉(zhuǎn)運(yùn)效率最高，且處理間差異顯著，這表明，合理的氮肥運(yùn)籌模式會(huì)更有效地提升植株氮素的吸收利用能力，促進(jìn)吐絲后期植株養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和物質(zhì)合成能力。

圖5 春玉米吐絲期前后整株氮素分配比例

表6 不同氮水平下植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)特征

2.6 籽粒產(chǎn)量對(duì)氮肥的響應(yīng)特征

將2011和2012年不同氮肥處理下的產(chǎn)量與施氮量進(jìn)行擬合，可建立一元二次回歸方程（圖6），計(jì)算得出最高產(chǎn)量條件下氮肥用量為232.4 kg·hm-2，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量為13 206.7 kg·hm-2；若采用最佳經(jīng)濟(jì)施肥量，則在產(chǎn)量基本不降低（為最高產(chǎn)量的99%）的情況下，氮肥用量為225.1 kg·hm-2，可節(jié)約氮肥用量3.2%。

圖6 玉米籽粒產(chǎn)量對(duì)氮肥用量的反應(yīng)曲線（2011—2012）

3 討論

3.1 高密度種植條件下氮肥對(duì)春玉米氮素吸收的影響

合理施氮和密植是目前提高玉米產(chǎn)量的主要栽培措施，研究表明，氮肥與密度處理間交互作用顯著[3,10,15]。其中，密度對(duì)產(chǎn)量的影響遠(yuǎn)大于氮肥[3]。在合理增加密度的條件下進(jìn)行氮肥調(diào)控是提高玉米產(chǎn)量的有效措施。曹勝彪等[10]在黃淮海夏玉米區(qū)研究表明，高密度條件下通過(guò)增施氮肥顯著提高了籽粒的千粒重和穗粒數(shù)，進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量，這與本研究結(jié)果相似。

先玉335是東北春玉米區(qū)代表性品種之一，邊少鋒等[16]研究表明，先玉335在春玉米區(qū)達(dá)到“噸糧田”的適宜密度是85 000—90 000株/hm2。目前生產(chǎn)上和常規(guī)種植試驗(yàn)中多以55 000—60 000株/hm2為供試密度開(kāi)展氮肥適宜用量及植株?duì)I養(yǎng)特性方面的研究[4, 17-19]。Chen等[17]在吉林中部地區(qū)通過(guò)多年多點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用高產(chǎn)栽培方式（240 kg N·hm-2，85 kg P2O5·hm-2，90 kg K2O·hm-2），在60 000株/hm2的密度條件下，先玉335的產(chǎn)量平均在10.7 t·hm-2左右，單株籽粒氮吸收量為2.33 g。本研究中在75 000株/hm2的種植密度條件下，先玉335的產(chǎn)量平均在12.3 t·hm-2左右（施氮后），這表明增加種植密度后可以顯著提升玉米產(chǎn)量。但單株籽粒氮吸收量在1.68—2.75 g，平均2.29 g，這是由于增加密度后，植株籽粒氮濃度會(huì)因“稀釋效應(yīng)”而下降，但同時(shí)群體干物質(zhì)量增加，氮累積量提高。

3.2 高密度種植條件下適宜施氮量的可持續(xù)性與影響因素

Duvick[20]研究表明未來(lái)玉米的產(chǎn)量增益主要依靠密度的增加。李叢峰等[9]研究也表明當(dāng)代玉米產(chǎn)量的突破主要依靠增加密度獲得?；诖?，本研究在前期玉米豐產(chǎn)栽培研究工作的基礎(chǔ)上[21]，結(jié)合吉林省中部地區(qū)生產(chǎn)實(shí)際，以75 000株/hm2的種植密度為基準(zhǔn)，開(kāi)展氮肥運(yùn)籌試驗(yàn)。通過(guò)方程擬合計(jì)算得出在產(chǎn)量基本不降低的情況下，最佳經(jīng)濟(jì)施肥量為225 kg·hm-2。這與鄭偉等[19]和葉東靖等[4]在60 000株/hm2種植密度條件下的研究結(jié)果相近。究其原因，可能是由于本研究中土壤基礎(chǔ)肥力較高（堿解氮242 mg·kg-1），從而在部分程度上減弱了植株對(duì)化肥氮的需求。2013年春季N3處理下0—20 cm土壤有機(jī)質(zhì)為25.6 mg·kg-1，堿解氮含量為159.6 mg·kg-1，含量有所下降，但仍保持在中高等肥力水平。美國(guó)中部愛(ài)荷華州、伊利諾伊州、印第安納州等玉米主產(chǎn)區(qū)種植密度平均在70 000—80 000株/hm2，產(chǎn)量保持在12 t·hm-2左右，但其氮肥用量一直保持在180—200 kg·hm-2（數(shù)據(jù)引自USDA. United States Department of Agriculture）。這一方面是由于美國(guó)玉米品種籽粒氮濃度較低，Chen等[15]和Ciampitti等[22]在印第安納州的研究結(jié)果表明其種植品種的籽粒含氮量一般在1.19—1.21 g，顯著低于本研究中先玉335籽粒含氮量；另一方面是由于其以秸稈還田為核心的土壤培肥體系，使土壤肥力維持在較高水平（有機(jī)質(zhì)含量＞40.0 g·kg-1），從而保障玉米高密度群體的可持續(xù)生產(chǎn)。

植株花后氮的轉(zhuǎn)運(yùn)與同化也是影響籽粒產(chǎn)量的重要因素，合理的氮肥運(yùn)籌可以提高植株開(kāi)花后期氮素轉(zhuǎn)運(yùn)能力，進(jìn)而提高氮素利用效率[14, 19]。研究表明，年際間的氣候差異對(duì)氮肥處理影響較大[23-24]，尤其對(duì)作物氮素累積與轉(zhuǎn)運(yùn)（表2），降雨量等氣候因子是影響作物生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵因子[23, 25]。本研究中，2011年降雨量較小，僅為320.6 mm，且以吐絲期之前為主，造成了作物對(duì)氮素的吸收延滯。2012年降雨在整個(gè)玉米生長(zhǎng)季的分布較為正常，氮處理間干物質(zhì)及氮素累積與分配的差異較為明顯，在N3處理下，干物質(zhì)向籽粒中的累積和分配比例顯著提高，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)也明顯提升。這表明通過(guò)合理的氮肥運(yùn)籌，能更有效利用氮素，保證吐絲后植株仍具有較強(qiáng)的氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力[26]，這是其增產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

在75 000株/hm2的種植密度下，東北中部地區(qū)春玉米干物質(zhì)累積隨生育進(jìn)程呈現(xiàn)先快后慢的累積動(dòng)態(tài)，合理的氮肥運(yùn)籌有助于干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)移；同時(shí)，可增加植株吐絲后期氮素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)?；诋a(chǎn)量和施氮量的回歸方程，計(jì)算得出東北中部地區(qū)春玉米氮肥施用量為225 kg·hm-2。綜合考慮土壤肥力及氣候條件，可認(rèn)為在東北中部黑土區(qū)中高肥力農(nóng)田，75 000株/hm2的種植密度下氮肥施用量可以225 kg·hm-2為基準(zhǔn)或根據(jù)品種特性進(jìn)行微調(diào)。

[1] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮風(fēng). 中國(guó)主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑. 土壤學(xué)報(bào), 2008, 45(5): 915-924.

Zhang F S, Wang J Q, Zhang W F, Cui Z L, Ma W Q, Chen X P, Jiang R F. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement., 2008, 45(5): 915-924. (in Chinese)

[2] 趙姍姍, 趙全力, 賈良良, 劉文菊. 白洋淀沿湖農(nóng)田不同施氮水平對(duì)夏玉米土壤及土壤溶液硝態(tài)氮含量的影響. 土壤通報(bào), 2012, 43(6): 1491-1496.

Zhao S S, Zhao Q L, Jia L L, Liu W J. Effect of different nitrogen rates on NO3--N concentration in soil and soil solution in summer maize surrounding farmland along Baiyangdian Lake., 2012, 43(6): 1491-1496. (in Chinese)

[3] 馬國(guó)勝, 薛吉全, 路海東, 張仁和, 邰書(shū)靜, 任建宏. 密度與氮肥對(duì)關(guān)中灌區(qū)夏玉米群體光合生理指標(biāo)的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(2): 661-668.

Ma G S, Xue J Q, Lu H D, Zhang R H, Tai S J, Ren J H. Effects of planting density and nitrogen fertilization on population physiological indexes of summer maize (L.) in Guanzhong irrigated zone., 2008, 28(2): 661-668. (in Chinese)

[4] 葉東靖, 高強(qiáng), 何文天, 何萍. 施氮對(duì)春玉米氮素利用及農(nóng)田氮素平衡的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(3): 552-558.

Ye D J, Gao Q, He W T, He P. Effect of N application on N utilization and N balance in spring maize., 2010, 16(3): 552-558. (in Chinese)

[5] 任軍, 邊秀芝, 劉慧濤, 袁振林. 吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米高產(chǎn)田適宜施肥量初探. 玉米科學(xué), 2004, 12(3): 103-105.

Ren J, Bian X Z, Liu H T, Yuan Z L. Preliminary study on suitable fertilizer application of high yield for maize at different ecological region in Jilin province., 2004, 12(3): 103-105. (in Chinese)

[6] 李少昆, 王崇桃. 中國(guó)玉米生產(chǎn)技術(shù)的演變與發(fā)展. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(6): 1941-1951.

Li S K, Wang C T. Evolution and development of maize production techniques in China., 2009, 42(6): 1941-1951.

(in Chinese)

[7] 張世煌, 李少昆. 國(guó)內(nèi)外玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展報(bào)告. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社, 2010.

Zhang S H, Li S K.. Beijing:China Agricultural Science and Technology Press, 2010. (in Chinese)

[8] 王楷, 王克如, 王永宏, 趙健, 趙如浪, 王喜梅, 李健, 梁明晰, 李少昆. 密度對(duì)玉米產(chǎn)量（>15 000 kg·hm-2）及其產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45(16): 3437-3445.

Wang K, Wang K R, Wang Y H, Zhao J, Zhao R L, Wang X M, Li J, Liang M X, Li S K. Effects of density on maize yield and yield components., 2012, 45(16): 3437-3445. (in Chinese)

[9] 李從鋒, 趙明, 劉鵬, 張吉旺, 楊今勝, 柳京國(guó), 王空軍, 董樹(shù)亭. 中國(guó)不同年代玉米單交種及其親本主要性狀演變對(duì)密度的響應(yīng). 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(12): 2421-2429.

Li C F, Zhao M, Liu P, Zhang J W, Yang J S, Liu J G, Wang K J, Dong S T. Response of main traits of maize hybrids and their parents to density in different eras of China., 2013, 46(12): 2421-2429. (in Chinese)

[10] 曹勝彪, 張吉旺, 董樹(shù)亭, 劉鵬, 趙斌, 楊金勝. 施氮量和種植密度對(duì)高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量和氮素利用效率的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(6): 1343-1353.

Cao S B, Zhang J W, Dong S T, Liu P, Zhao B, Yang J S. Effects of nitrogen rate and planting density on grain yield and nitrogen utilization efficiency of high yield summer maize., 2012, 18(6): 1343-1353. (in Chinese)

[11] 張峰, 高聚林, 王志剛, 于曉芳, 胡樹(shù)平, 蘇治軍, 孫繼穎, 謝岷. 不同施氮量下高產(chǎn)春玉米氮素吸收、積累及利用效率的研究. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技, 2013(4): 47-49.

Zhang F, Gao J L, Wang Z G, Yu X F, Hu S P, Su Z J, Sun J Y, Xie M. The research to nitrogen absorption and accumulation and nitrogen use efficiency of high yield spring corn under different nitrogen rate., 2013(4): 47-49. (in Chinese)

[12] 王立春. 吉林玉米高產(chǎn)理論與實(shí)踐. 北京：科學(xué)出版社, 2014.

Wang L C.. Beijing: Science and Technology Press, 2014. (in Chinese)

[13] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000: 257-270.

Bao S D.. Beijing:China Agriculture Press, 2000: 257-270. (in Chinese)

[14] 呂鵬, 張吉旺, 劉偉, 楊今勝, 劉鵬, 董樹(shù)亭, 李登海. 施氮時(shí)期對(duì)超高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(5): 1099-1107.

Lü P, Zhang J W, Liu W, Yang J S, Liu P, Dong S T, Li D H. Effects of nitrogen application dates on yield and nitrogen use efficiency of summer maize in super-high yield conditions., 2011, 17(5): 1099-1107. (in Chinese)

[15] Chen K, Kumudini S V, Tollenaar M, Vyn T J. Plant biomass and nitrogen partitioning changes between silking and maturity in newer versus older maize hybrids., 2015, 183: 315-328.

[16] 邊少鋒, 趙洪祥, 徐克章, 孟祥盟, 王曉慧. 雨養(yǎng)條件下春玉米“噸糧田”栽培的增產(chǎn)因素分析. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 39(6): 61-67.

Bian S F, Zhao H X, Xu K Z, Meng X M, Wang X H. Analysis on yield-enhancing factors on spring maize in ton-grain field cultivation under precipitation growth., 2011, 39(6): 61-67. (in Chinese)

[17] Chen Y L, Xiao C G, Chen X C, Li Q, Zhang J, Chen F J, Yuan L X, Mi G H. Characterization of the plant traits contributed to high grain yield and high grain nitrogen concentration in maize., 2014, 159: 1-9.

[18] 李文娟, 何萍, 高強(qiáng), 金繼運(yùn), 侯云鵬, 尹彩霞, 張國(guó)輝. 不同氮效率玉米干物質(zhì)形成及氮素營(yíng)養(yǎng)特性差異研究. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2010, 16(1): 51-57.

Li W J, He P, Gao Q, Jin J Y, Hou Y P, Yin C X, Zhang G H. Dry matter formation and nitrogen uptake in two maize cultivars differing in nitrogen use efficiency., 2010, 16(1): 51-57. (in Chinese)

[19] 鄭偉, 何萍, 高強(qiáng), 沙之敏, 金繼運(yùn). 施氮對(duì)不同土壤肥力玉米氮素吸收和利用的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(2): 301-309.

Zheng W, He P, Gao Q, Sha Z M, Jin J Y. Effect of N application on nitrogen absorption and utilization of spring maize under different soil fertilities., 2011, 17(2): 301-309. (in Chinese)

[20] Duvick D N. The contribution of breeding to yield advances in maize (L.)., 2005, 86(5): 83-145.

[21] Cai H G, Ma W, Zhang X Z, Ping J Q, Zhu P, Yan X G, Liu J Z, Yuan J C, Ren J, Wang L C. Characteristics of nutrient accumulation and efficiency in maize under different agronomic managements., 2015, 17: 1755-1767.

[22] Ciampitti I A, Vyn T J. A comprehensive study of plant density consequences on nitrogen uptake dynamics of maize plants from vegetative to reproductive stages., 2011, 121(1): 2-18.

[23] Chen X, Chen F, Chen Y, Gao Q, Yang X, Yuan L, Zhang F, Mi G. Modern maize hybrids in Northeast China exhibit increased yield potential and resource use efficiency despite adverse climate change., 2013, 19(3): 923-936.

[24] 張建軍, 樊廷錄, 黨翼, 趙剛, 王磊, 李尚中. 密度與氮肥運(yùn)籌對(duì)隴東旱塬全膜雙壟溝播春玉米產(chǎn)量及生理指標(biāo)的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(22): 4574-4584.

Zhang J J, Fan T L, Dang Y, Zhao G, Wang L, Li S Z. The effects of density and nitrogen management on the yield and physiological indices of spring maize under plastic-covered ridge and furrow planting in Loess Plateau East of Gansu., 2015, 48(22): 4574-4584. (in Chinese)

[25] 蔡紅光, 米國(guó)華, 張秀芝, 任軍, 馮國(guó)忠, 高強(qiáng). 不同施肥方式對(duì)東北黑土春玉米連作體系土壤氮素平衡的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(1): 89-97.

Cai H G, Mi G H, Zhang X Z, Ren J, Feng G Z, Gao Q. Effect of different fertilizing methods on nitrogen balance in the black soil for continuous maize production in Northeast China., 2012, 18(1): 89-97. (in Chinese)

[26] 崔超, 高聚林, 于曉芳, 王志剛, 孫繼穎, 胡樹(shù)平, 蘇治軍, 謝岷. 不同氮效率基因型高產(chǎn)春玉米花粒期干物質(zhì)與氮素運(yùn)移特性的研究. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2013, 19(6): 1337-1345.

Cui C, Gao J L, Yu X F, Wang Z G, Sun J Y, Hu S P, Su Z J, Xie M. Dry matter accumulation and nitrogen migration of high-yielding spring maize for different nitrogen efficiency in the flowering and milking stage., 2013, 19(6): 1337-1345. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Optimal Nitrogen Application Rate and Nitrogen Requirement Characteristics in Spring Maize under High Planting Density Condition

CAI HongGuang, YUAN JingChao, LIU JianZhao, YAN XiaoGong, ZHANG HongXi, LIANG Yao, REN Jun

(Institute of Agricultural Resource and Environment, Jilin Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast Region, Ministry of Agriculture/State Engineering Laboratory of Maize, Changchun 130033)

【Objective】This research aims to evaluate requirement characteristics of spring maize and the response to nitrogen application rate at the middle region of Northeast, so as to make reasonable nitrogen management of spring maize with high planting density (75 000 plant/hm2). 【Method】The field experiment was conducted in 2011-2012 at the station of Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences in Gongzhuling of Jilin province. The hybrid “Xianyu335” was used as research materials. Five nitrogen application rates (No nitrogen N1, 70% optimized nitrogen N2, optimized nitrogen N3, 130% optimized nitrogen N4, high nitrogen N5) were set under the field conditions with the high grain yield management. The characteristics of accumulation and distribution of biomass and nitrogen in different organs of plants were monitored during the growth period. And the influence of grain yield and nitrogen translocation efficiency was studied in different nitrogen application rates. 【Result】There was a significant difference in grain yield, biomass, and nitrogen accumulation among the nitrogen application rates. The interaction between nitrogen application rates and years was also significant. The grain yield showed an odd peak curve with the nitrogen application rates and the highest grain yield was obtained in N3 treatment. The kernel numbers and 1000-kernel weight were the main contribution. The nitrogen accumulation in grain and nitrogen translocation efficiency were improved under reasonable nitrogen application condition, which was the important basis for the high grain yield. The percentage of grain within biomass was the highest in N3 treatment, and the percentage of nitrogen accumulation after silking stage was higher than that of other treatments. These results indicated that reasonable nitrogen management probably helped to the nitrogen uptake after silking stage. The quadratic equation between grain yield and nitrogen application rate was developed on the basis of two years field experiments, and the equation is=-0.17152+ 79.73+3940.1,2=0.963. The optimum economy fertilizing quantity was 225.1 kg·hm-2. 【Conclusion】The translocation of biomass to grain was improved under reasonable nitrogen application condition, which also help to improve nitrogen uptake and translocation efficiency. Based on the moderate fertility black soil and the 75 000 plant/hm2planting density for spring maize in the middle region of Northeast, the nitrogen application rate can be adjusted to around 225 kg·hm-2according to the soil fertility and hybrids.

spring maize; grain yield; high planting density; nitrogen application rate

2016-08-01；

2017-02-20

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2013BAD07B02）、吉林省玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)、吉林省科技發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（LFGC14218，LFGC14306）、吉林省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程（CXGC2017ZD001）

任軍，E-mail：renjun557@163.com

聯(lián)系方式：蔡紅光，E-mail：caihongguang1981@163.com。