東北半干旱區滴灌施肥條件下高產玉米干物質與養分的積累分配特性

侯云鵬，孔麗麗，蔡紅光，劉慧濤，高玉山，王永軍，王立春

東北半干旱區滴灌施肥條件下高產玉米干物質與養分的積累分配特性

侯云鵬，孔麗麗，蔡紅光，劉慧濤，高玉山，王永軍，王立春

（吉林省農業科學院農業資源與環境研究所/農業部東北植物營養與農業環境重點實驗室，長春 130033）

【】研究東北半干旱區滴灌施肥條件下，不同栽培模式的玉米群體干物質和養分積累動態變化與轉運分配特征，為區域春玉米滴灌施肥高產栽培技術提供理論依據。2014—2016年，在吉林省西部半干旱區乾安縣進行定位試驗，以農華101為材料，在滴灌施肥條件下，分別設置農民栽培（FP)、高產栽培（HY）和超高產栽培（SHY）3種栽培模式。研究了滴灌施肥條件下，不同栽培模式對群體干物質和養分積累動態、轉運與分配特征以及產量構成特性的影響。與FP模式相比，HY和SHY模式玉米產量顯著增加，平均增幅分別為16.0%和37.4%；穗粒數和百粒重低于FP模式，但單位面積穗數顯著高于FP模式。HY和SHY模式較FP模式顯著提高了玉米開花期至成熟期的群體干物質和氮、磷、鉀積累量，并提高了開花后干物質和氮、磷、鉀積累量占總生育期積累量的比例（花后干物質和氮、磷、鉀積累量占總生育期積累量比例分別提高 8.0%、23.3%、10.0%、33.9%和13.8%、42.6%、21.6%、44.6%）。Logistic方程解析表明，HY和SHY模式群體干物質最大增長速率和平均增長速率均高于FP模式（干物質最大增長速率和平均增長速率分別提高6.9%、4.2% 和23.8%、10.9%）；且最大速率出現時間晚于FP模式。與FP模式相比，HY和SHY模式顯著降低了玉米開花前養分轉運率和轉運養分對籽粒的貢獻率，顯著提高了開花后積累養分對籽粒的貢獻率。相關分析結果表明，玉米開花前后干物質和氮、磷、鉀素積累量與籽粒產量均呈顯著或極顯著正相關(=0.7513—0.9840)，其中開花后群體干物質和氮、磷、鉀積累量與產量的相關性高于開花前。與農戶栽培模式相比，高產和超高產栽培模式在提高群體干物質最大增長速率和平均增長速率的同時，推遲了群體干物質最大增長速率出現時間，進而使玉米開花期至成熟期有較高的干物質與養分積累，同時顯著提高了玉米開花后積累養分對籽粒貢獻率。因此，在東北半干旱區滴灌施肥條件下，通過增加種植密度，利用氮磷鉀肥料總量控制、分期調控等管理措施，保證玉米整個生育期對氮、磷、鉀養分的需求，是實現玉米產量進一步提高的重要途徑。

半干旱區；玉米產量；滴灌施肥；栽培模式；干物質；養分積累轉運

0 引言

【研究意義】東北西部地區是我國典型的半干旱農業區，耕地面積約3.2×105km2，地理范圍跨42—50°N，117—125°E，主要分布在遼寧、吉林、黑龍江三省的西部和內蒙自治區的東部四盟區域，是東北重要的玉米種植區之一[1]。該區域具有較好的光熱資源，生產潛力大，但受早春低溫和干旱等自然因素的不利影響[2-3]，其單產水平較東北平均產量水平低20%以上[4-6]。近年來，玉米覆膜滴灌施肥作為覆膜種植與滴灌施肥相結合的一種新型節水灌溉施肥技術，被引入東北西部半干旱地區，因其在改善土壤水熱狀況、促進作物生長發育及提高水肥利用效率等方面的效果突出，已成為該區域農業主要推廣技術之一。同時通過高產品種的選用和栽培措施（種植密度、肥料管理）改進[7-9]，使該區域成為東北玉米高產創建的重要地區之一。如在2012—2014年，連續3年經農業部玉米專家現場測產驗收，該區域小面積春玉米單產突破15 000 kg·hm-2超高產水平，其中在2016年創造了百畝連片15 651 kg·hm-2的高產記錄。然而，對當地農戶調查發現，在覆膜滴灌施肥條件下，農民近3年玉米產量在9 000—11 000 kg·hm-2（平均10 300 kg·hm-2），與覆膜滴灌施肥栽培技術玉米產量間存在較大差異，仍具有較大的增產潛力。因此，闡明吉林省西部半干旱區覆膜滴灌條件下春玉米高產或超高產栽培模式玉米干物質與氮、磷、鉀養分積累與分配特點，對半干旱地區玉米進一步增產具有重要參考價值。【前人研究進展】近年來，許多研究者圍繞著玉米高產或超高產栽培條件下，物質積累和養分吸收利用等方面進行了大量的研究，明確了玉米干物質和養分積累轉運的多寡與高峰出現時間主要受不同玉米品種和栽培措施的影響。如針對不同玉米品種，齊文增等[10]和NING等[11]研究發現，高產或超高產玉米品種在整個生育期內均具有較高的養分吸收和干物質積累速率，特別是玉米花后養分吸收與向籽粒分配比例顯著高于低產玉米品種。針對不同栽培措施，楊吉順等[12]研究認為，玉米種植密度增加后可有效改善植株冠層結構，提高單位面積光照截獲能力，進而提高群體干物質生產能力[13]。但種植密度并非越高越好，曹勝彪等[14]研究表明，種植密度過高，使植株營養體氮素轉運量過大，造成植株內部碳、氮代謝失調，引起早衰。而在適宜密度條件下，充足的養分供應是實現玉米高產或超高產的基礎，王宜倫等[15]指出，在玉米超高產條件下，玉米的養分積累趨勢呈“直線”型，而一般生產田玉米養分積累呈“S”型，因此肥料運籌模式滿足玉米生育后期對養分的需求，是玉米實現超高產的關鍵。呂鵬等[16]研究表明，在超高產條件下，分次施氮可顯著提高植株和籽粒中氮素積累，延長氮素積累活躍期，其中氮肥在玉米拔節期、大口喇叭期和花后按3﹕5﹕2比例投入是超高產夏玉米較佳氮肥運籌模式。而張仁和等[17]研究指出，實現玉米超高產不僅需要提高干物質累積和養分吸收，同時調控光合產物和氮素向籽粒中的分配也是重要因素之一。【本研究切入點】目前，關于玉米高產或超高產栽培模式下養分積累、轉運及分配的研究大多基于常規種植模式下進行，而針對東北半干旱地區覆膜滴灌施肥條件下，不同栽培模式玉米干物質和氮、磷、鉀養分積累與轉運及分配特性研究相對薄弱。由于地膜覆蓋使玉米生育進程加快，其養分吸收利用特性勢必相應改變，滴灌施肥與常規施肥制度理論上存在差異。【擬解決的關鍵問題】本研究在東北半干旱區覆膜滴灌施肥條件下，通過研究東北半干旱區不同栽培模式對玉米干物質與養分積累動態、轉運與分配的調控效應及其與產量形成之間的關系，進而闡明滴灌施肥條件下不同栽培模式對春玉米群體干物質和氮、磷、鉀積累轉運特性，以期為東北半干旱區玉米滴灌施肥條件下的高產高效栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2014—2016年在吉林省農業科學院乾安實驗站進行。研究區域年平均氣溫5.6°C，年日照時數2 866.6 h，全年積溫2 884.5 ℃，無霜期146 d，年平均降雨量425 mm，年平均蒸發量1 500 mm以上，屬典型的半干旱區。試驗期間（2014－2016年）玉米生育期內降水量分別為238.1、262.7和286.6 mm，≥10℃有效積溫分別為2 618、2 769和3 025°C。試驗地種植制度為玉米連作，土壤類型為淡黑鈣土，試驗起始時0—20 cm土壤基礎養分狀況為有機質17.39 g·kg-1，水解性氮102.36 mg·kg-1，有效磷35.86 mg·kg-1，速效鉀109.38 mg·kg-1，pH 7.86。

1.2 試驗設計

試驗在覆膜滴灌施肥條件下共設置農戶栽培（FP）、高產栽培（HY）和超高產栽培（SHY）3個模式，不同模式玉米種植密度、肥料用量及各時期施肥比例見表1。試驗用氮、磷、鉀肥分別為尿素（N 46%），磷酸一銨（P2O561%；N12%）和氯化鉀（K2O 60%）。3個栽培模式均采用寬窄行種植（90 cm+40 cm），供試玉米品種為農華101，小區面積60 m2，重復3次，隨機區組排列，兩邊設有保護行。2014、2015和2016年玉米種植日期分別為5月1日、5月4日和5月7日，玉米播種后在土壤表面噴施除草劑進行封閉防草，然后鋪設滴灌帶與覆蓋地膜。滴灌帶鋪設于寬行中間，每條滴灌帶澆灌2行玉米。處理間灌水量與次數一致，維持正常生長所需水分。每小區配獨立施肥罐，試驗選用18 L壓差式施肥罐，施肥開始前按各處理所需氮、磷、鉀肥分別加入各小區施肥罐，將施肥罐充滿水后充分攪拌，使其完全溶解。施肥前先滴清水30 min，然后打開施肥閥施肥，施肥時間為120 min，施肥后繼續滴清水30 min。收獲日期分別為10月4日、9月30日和10月2日。其他田間管理按常規生產大田進行。

表1 不同栽培模式下玉米種植密度、肥料用量及各時期施肥比例

農戶栽培模式（FP）：N-P2O5-K2O=70%-100%-100%（基肥）、30%-0-0（拔節期）；高產栽培模式（HY）：N-P2O5-K2O=20%-40%-30%（基肥）、30%-20%-30%（拔節期）、20%-20%-20%（大喇叭口期）、20%-10%-20%（開花期）、10%-10%-0（灌漿期）；超高產栽培模式（SHY）：N-P2O5-K2O=10%-50%-30%（基肥）、20%-10%-20%（拔節期）、20%-10%-25%（大喇叭口期）、20%-10%-25%（開花期）、20%-15%-10%（灌漿期）、10%-5%-5%（乳熟期）；V6：拔節期；V12：大喇叭口期；VT：開花期；R3：灌漿期；R4：乳熟期

FP: N-P2O5-K2O=70%-100%-100% (Basal fertilizer), 30%-0-0 (V6); HY: N-P2O5-K2O=20%-40%-30% (Basal fertilizer), 30%-20%-30% (V6), 20%-20%-20% (V12), 20%-10%-20% (VT), 10%-10%-0 (R3)；SHY: N-P2O5-K2O=10%-50%-30% (Basal fertilizer), 20%-10%-20% (V6), 20%-10%-25% (V12), 20%-10%- 25% (VT), 20%-15%-10% (R3), 10%-5%-5% (R4)；V6: Jointing stage; V12: Trumpeting stage; VT: Flowering stage; R3: Filling stage; R4: Milking stage

1.3 樣品采集與測定

在玉米苗期（V3）、拔節期（V6）、大喇叭口期（V12）、開花期（VT）、灌漿期（R3）和成熟期（PM）采集不同處理具有代表性玉米植株5株，分解為莖稈和籽粒兩部分。105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重后進行稱重并粉碎，采用硫酸-雙氧水消煮，凱氏法測定全氮含量，鉬銻抗比色法測定全磷含量，火焰光度法測定全鉀含量。

1.4 參數計算與統計分析

收獲指數（HI）=籽粒干物質量/地上部干物質量；

植株氮（磷、鉀）素積累量（kg·hm-2）= 各時期干物質量（kg·hm-2）×氮（磷、鉀）素含量（%）；

轉運量（kg·hm-2）=開花期地上部氮（磷、鉀）積累量（kg·hm-2）-成熟期地上部營養器官氮（磷、鉀）積累量（kg·hm-2）；

轉運率（%）=氮（磷、鉀）轉運量/開花期地上部氮（磷、鉀）積累量×100；

轉運養分對籽粒貢獻率（%）=花前營養器官氮（磷、鉀）轉運量/籽粒氮（磷、鉀）積累量×100；

積累養分對籽粒貢獻率（%）=100%-花前營養器官氮（磷、鉀）轉運量/籽粒氮、磷、鉀積累量×100；

采用Logistic 方程Y=K/（1+aebt）擬合玉米干物質增長過程中最大干物質增長速率及其出現的天數。式中，Y為干物質積累量，t為時間（d），a、b為待定參數，K為干物質積累量理論最大值。對擬合方程求導數，可得Ymax=-k×b/4，對應時間為tmax=-lna/b，k/1+a相當于曲線的截距。

試驗數據采用Excel進行處理，用SAS 9.0軟件進行兩因素（年份和栽培處理）方差分析，處理間多重比較采用LSD-test法；用SigmaPlot 10.0軟件制圖。

2 結果

2.1 不同栽培模式玉米產量、收獲指數及其構成因素的比較

由表2可知，栽培模式對玉米產量影響顯著，對收獲指數影響不顯著，年份對產量影響顯著，對收獲指數影響不顯著，而栽培模式和年份僅對產量表現出顯著的交互效應。與農戶栽培模式相比，高產栽培模式和超高產栽培模式增產顯著，平均增幅分別為16.0%和37.4%，差異均達顯著水平（＜0.05）。而不同栽培模式間收獲指數差異不顯著（＞0.05）。從產量構成因素來看，除穗數外，栽培模式和年份顯著或極顯著影響穗粒數和百粒重，其中栽培模式和年份對穗粒數表現出顯著的交互作用。與農戶栽培模式相比，高產栽培模式和超高產栽培模式穗數顯著增加（＜0.05），而穗粒數和百粒重差異未達顯著水平（＞0.05）。

2.2 不同栽培模式干物質積累動態與分配

2.2.1 不同栽培模式干物質積累動態 從不同生育階段植株干物質積累動態變化可看出（圖1），不同栽培模式下，苗期至大喇叭口期干物質積累量之間無顯著差異（＞0.05），開花期至成熟期，高產栽培模式和超高產栽培模式玉米干物質積累量顯著高于農戶栽培模式（＜0.05），并隨著生育進程的推進差距加大，平均增幅依次為8.8%和22.4%（開花期）、10.8%和26.9%（灌漿期）、15.2%和35.6%（成熟期）。這表明農戶栽培模式僅有利于玉米生育前期干物質積累，而高產栽培模式和超高產栽培模式可使玉米生育中后期保持較高的干物質積累速率，顯著提高開花期至成熟期干物質積累量。

表3顯示，栽培模式對干物質平均增長速率、最大增長速率以及最大增長速率出現天數影響顯著，年份對干物質平均增長速率、最大增長速率以及最大增長速率出現天數影響均不顯著，且年份和栽培模式兩因素間的交互作用對干物質平均增長速率、最大增長速率以及最大增長速率出現天數影響不顯著。不同栽培模式干物質積累可用Logistic回歸方程較好地擬合（2=0.994—0.998）。Logistic方程解析不同栽培模式，發現高產和超高產栽培模式干物質最大增長速率和平均增長速率均高于農戶栽培模式，其中干物質最大增長速率平均增幅分別為6.9%和23.8%，平均增長速率平均增幅分別為15.2%和35.6%；且超高產栽培模式干物質最大增長速率和平均增長速率提高幅度達顯著水平（＜0.05）。從干物質最大增長速率出現時間來看，農戶栽培模式干物質最大增長速率出現時間最早，較高產栽培模式和超高產栽培模式干物質最大增長速率出現時間平均提前3.9 d和5.7 d，其中超高產栽培模式與農戶栽培模式差異達顯著水平（＜0.05）。

表2 不同栽培模式玉米產量及其構成因素

同列數據后不同字母表示在同一年份5%水平上差異顯著。T：處理；Y：年份；NS、*和 **分別表示無顯著差異及在0.05和0.01水平上差異顯著。下同

Values followed by different letters in the same column are significantly different at 0.05 level of the same year. T: Treatment; Y: Year; NS, *, ** indicate non-significant or significant at 0.05 or 0.01 level, respectively. The same as below

V3：苗期；V6：拔節期；V12：大喇叭口期；VT：開花期；R3：灌漿期；PM：成熟期。下同

2.2.2 不同栽培模式玉米干物質分配比例 從不同栽培模式下玉米開花前后干物質量所占整個干物質量比例看出（圖2），與農戶栽培模式相比，高產栽培模式和超高產栽培模式在開花期至成熟期，干物質積累量占總干重比例提高幅度均達顯著水平（＜0.05），平均增幅分別為8.0%和13.8%。

表3 不同栽培模式玉米干物質積累速率的Logistic方程回歸分析

不同的小寫字母表示0.05水平差異顯著（P＜0.05）。下同 Different letters indicate significant differences at 0.05 level. The same as below

2.3 不同栽培模式玉米氮、磷、鉀積累動態與分配

2.3.1 不同栽培模式玉米氮、磷、鉀積累動態 不同生育階段植株氮、磷、鉀養分積累動態變化可以看出（圖3），不同栽培模式下，苗期至大喇叭口期氮、磷、鉀積累量之間無顯著差異（＞0.05）。開花期至成熟期，高產栽培模式和超高產栽培模式氮、磷、鉀積累量顯著高于農戶栽培模式（＜0.05），并隨生育進程的推進差距增大，其中高產栽培模式和超高產栽培模式氮素平均增幅依次為8.2%和25.0%（開花期）、15.4%和39.4%（灌漿期）、17.5%和54.0%（成熟期）；磷素平均增幅依次為10.6%和19.5%（開花期）、12.9%和26.2%（灌漿期）、15.3%和31.3%（成熟期）；鉀素平均增幅依次為10.1%和22.8%（開花期）、13.7%和27.9%（灌漿期）、14.6%和30.4%（成熟期）。表明農戶栽培模式僅有利于玉米生育前期氮、磷、鉀養分積累，而高產栽培模式和超高產栽培模式可使玉米生育中后期保持較高的氮、磷、鉀積累速率，顯著提高開花期至成熟期氮、磷、鉀積累量。

圖3 不同栽培模式下玉米地上部不同生育階段氮、磷、鉀吸收量

2.3.2 不同栽培模式氮、磷、鉀分配比例 不同栽培模式下玉米開花前后氮、磷、鉀養分積累占整個植株氮、磷、鉀積累總量比例表明（圖4），與農戶栽培模式相比，高產栽培模式和超高產栽培模式開花期至成熟期氮、磷、鉀積累量占整個植株氮、磷、鉀積累總量比重的提高幅度均達顯著水平（＜0.05），平均增幅分別為23.3%、10.0%、33.9%和42.6%、21.6%、44.6%。

2.4 不同栽培模式玉米植株體內氮、磷、鉀的轉運

由表4可知，栽培模式對養分轉運量、轉運率、轉運養分對籽粒貢獻率和積累養分對籽粒貢獻率影響顯著，年份對養分轉運量、轉運率影響顯著，對轉運養分對籽粒貢獻率和積累養分對籽粒貢獻率影響不顯著，而栽培模式和年份僅對養分轉運量和轉運率表現出顯著的交互作用。不同栽培模-------式下，氮、磷、鉀轉運量無顯著差異（＞0.05），而高產栽培模式和超高產栽培模式氮、磷、鉀轉運率和轉運養分對籽粒貢獻率顯著低于農戶栽培模式，其中氮、磷、鉀轉運率平均降幅依次為10.6%、9.9%、14.8%和12.8%、10.5%、17.6%；氮、磷、鉀轉運養分對籽粒貢獻率平均降幅依次為15.5%、8.5%、20.9%和25.4%、14.3%、27.8%。但高產栽培模式和超高產栽培模式積累養分對籽粒貢獻率顯著高于農戶栽培模式，平均增幅依次為26.3%、16.3%、27.3%和43.0%、27.3%、36.3%。這說明農戶栽培模式主要通過增加花后植株體內氮、磷、鉀養分轉運來提高籽粒養分積累量，而高產栽培模式和超高產栽培模式主要通過提高花后植株氮、磷、鉀積累來增加籽粒養分積累量。

圖4 不同栽培模式玉米開花前后地上部氮、磷、鉀積累量占整株氮、磷、鉀比例

2.5 玉米開花前后地上部氮、磷、鉀與產量間的相關性分析

對玉米開花前（苗期—開花期）和開花后（開花期—成熟期）地上部群體干物質和氮、磷、鉀積累量與產量間進行相關性分析（圖5），結果表明，玉米花前和花后干物質和氮、磷、鉀積累量與產量間均呈顯著正相關，但開花后干物質和氮、磷、鉀積累量線性方程的相關系數（=0.9840**、0.9305**、0.8429**、0.9171**）均高于花前（=0.9276**、0.9022**、0.7513**、0.9011**），表明玉米開花后群體干物質和氮、磷、鉀積累量的提高與產量更密切相關。

表4 不同栽培模式植株氮、磷、鉀的轉運

圖5 玉米開花前后玉米干物質和氮、磷、鉀積累量與產量間的相關性

3 討論

3.1 滴灌施肥條件下高產玉米產量形成特征

前人的相關研究指出，擴大庫容量是玉米實現高產和超高產的前提，而群體庫容是由群體穗數、每穗粒數和粒重共同形成[18-19]。魏廷邦等[20]研究表明，玉米群體穗數和每穗粒數對玉米產量的貢獻率最高，粒重的提高對玉米增產效果并不明顯。可見增密是實現玉米高產的重要途徑。然而隨著種植密度增加，玉米穗粒數和粒重勢必下降[14]。因此，如何在提高密度的前提下，維持較高的庫容（穗粒數、粒重）是作物高產的關鍵。本研究結果表明，農戶模式下，玉米平均產量為11 455 kg·hm-2。而高產和超高產栽培模式平均產量分別較農戶模式增加16.0%和37.4%。從產量構成看，高產栽培和超高產栽培模式的玉米單穗粒數和粒重較農戶模式略有下降，但差異不顯著，而群體穗數顯著提高。說明在滴灌施肥條件下，高產和超高產栽培模式通過提高玉米種植密度，截獲更多的太陽輻射，提高群體生產力[21]。但也有研究指出，作物增密后會導致養分競爭加劇，影響葉片的光合生產能力[14]。然而本研究發現，高產和超高產栽培模式通過合理的氮磷鉀養分配比以及分次后移等措施，使玉米養分需求與供肥時空匹配，在促進碳水化合物合成和干物質積累的同時，提高同化物的生長和光合產物向穗部的轉運，使庫容（穗粒數、百粒重）增加，進而顯著提高玉米產量，前人在高產或超高產下產量水平下的研究結果也支持本研究結論[10,19,22-23]。

3.2 滴灌施肥條件下高產玉米群體干物質和養分積累分配

生物產量（群體干物質積累）決定著玉米產量[24]，而氮磷鉀養分積累是干物質積累的基礎[25]，也是產量形成的基礎。黃智鴻等[26]研究指出，籽粒產量很大程度上取決于玉米生育后期的光合能力，增加作物開花后群體物質與養分積累[27-28]，是作物獲得高產的重要途徑。但也有研究表明，雖然花前物質貢獻率相對較低，但它是決定花后能否進行高效物質生產的前提條件[29]，由于拔節至開花階段是穗分化的主要時期，干物質積累量也在一定程度上影響穗分化質量[30]，而穗分化質量直接影響玉米穗粒數。而在養分管理方面能否滿足玉米花前對養分的需求并延續作用至玉米生長后期，是提高玉米產量的關鍵。本研究中，從開花期開始，高產和超高產栽培模式干物質和氮磷鉀積累量顯著高于農戶栽培模式，并隨生育進程的推進差距增大，最終顯著提高了玉米花后干物質和氮磷鉀養分所占比例，說明在營養體建成期間建立一個高效的群體結構，可促進花后光合物質生產和養分積累，提高玉米花后干物質和氮磷鉀分配比例。這與前人的研究結果類似[10]。然而關于玉米超高產水平下開花前后氮素積累比例，王永軍[31]研究指出，夏玉米在超高產條件下玉米花前和花后氮素吸收比例為52﹕48；高炳德等[32]研究表明，在內蒙古中部灌溉玉米地區，玉米產量水平在14 000—16 000 kg·hm-2下，玉米開花前后氮素吸收比例為72﹕28，而本研究發現超高產水平條件下的玉米開花前后氮素平均積累比例為60﹕40，介于前人的研究結果之間，可見在玉米開花前后氮素積累比例在不同玉米品種、環境及栽培措施條件下差異很大。同時本研究發現，玉米開花前后群體干物質和氮磷鉀積累與玉米產量均呈顯著或極顯著的正相關，也進一步說明玉米營養體建成階段物質與氮磷鉀積累對玉米產量形成也具有重要作用。

另外，與農戶栽培模式相比，高產和超高產栽培模式可顯著提高玉米群體干物質最大增長速率和平均增長速率，并且推遲干物質最大增長速率出現天數。其原因在于高產和超高產栽培模式對肥料進行精確管理，在保證開花前養分供應的前提下，適當增加灌漿期和乳熟期養分供應，顯著提高開花后葉片中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和可溶性蛋白含量[13,21]，延緩葉片衰老，使植株生長后期仍然保持較高的光合作用[11]，增強光合效率及光合物質的生產能力，進而提高玉米花后干物質和氮磷鉀養分所占比例，為庫器官籽粒的同化物積累奠定了基礎。

3.3 滴灌施肥條件下高產玉米群體養分轉運特性

籽粒氮、磷、鉀養分積累是由吐絲前營養體積累養分轉移和吐絲后營養體養分積累共同作用的結果[35]，而養分轉移量取決于吐絲前氮、磷、鉀養分在營養器官積累的多寡和轉移效率[33]。前人研究指出，籽粒養分中54.5%—60.6%的氮、56.0%— 85.8%的磷及52.4%—100.0%的鉀依賴于營養體的轉運[34]，而營養體氮、磷、鉀積累量對籽粒的貢獻率在不同品種特性、生態環境及栽培措施條件下存在很大差異[10,13,22,30,35-36]。本研究結果表明，農戶栽培模式平均氮、磷、鉀轉運養分對籽粒貢獻率分別達62.9%、65.6%和56.6%，顯著高于高產和超高產栽培模式，而花后積累養分對籽粒貢獻率則顯著低于高產和超高產栽培模式。可見，在本試驗條件下，農戶栽培模式由于氮肥在玉米拔節期一次性追施，造成玉米開花后養分供應不足，促使營養體中養分加速運出，進而提高了花前儲藏養分對籽粒養分貢獻率。而高產和超高產栽培模式玉米開花后仍保持較高的養分積累，這些養分主要供給穗部，使開花后積累養分對籽粒養分貢獻率顯著提高。楊恒山等[37]研究指出，作物開花后養分被過多的轉運，會影響作物后期葉片光合產物的生產，導致葉片衰老加快，灌漿速率下降，限制產量的提高；而養分轉運過低，不利于籽粒充實，玉米難以達到高產水平。因此，通過適宜的肥料運籌方式，調節玉米花前花后養分積累，保持源庫協調，使養分轉移量和開花后養分積累協同增加，對提高作物產量具有重要作用。

4 結論

東北半干旱區滴灌施肥條件下，與農戶栽培模式相比，高產和超高產栽培模式可顯著提高玉米生育期內干物質最大增長速率和平均增長速率，并推遲了其出現天數；使得開花期至成熟期干物質量和養分積累量顯著增加，最終顯著提高了玉米花后干物質和氮、磷、鉀積累比例。因此，通過增加種植密度，利用氮磷鉀肥料總量控制、分期調控等管理措施，保證玉米整個生育期尤其是后期對氮、磷、鉀養分需求的供應，是實現玉米高產或超高產的重要途徑。

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The Accumulation and Distribution Characteristics on Dry Matter and Nutrients of High-yielding Maize Under Drip Irrigation and Fertilization Conditions in Semi-arid Region of Northeastern China

HOU YunPeng, KONG LiLi, CAI HongGuang, LIU HuiTao, GAO YuShan, WANG YongJun, WANG LiChun

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Jilin Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast China, Ministry of Agriculture, Changchun 130033)

【】Aiming at the accumulation dynamics and translocation and distribution characteristics of dry matter and nutrient of maize population among different cultivation modes under drip irrigation and fertilization conditions in semi-arid region of Northeastern China, this research provided the theoretical basis on high-yielding cultivation technique of spring maize under drip irrigation and fertilization conditions in the area.【】The location experiment was conducted in Qian'an county in the western semi-arid region of Jilin province from 2014 to 2016 with three cultivation modes, including farmers' practice cultivation (FP), high-yielding cultivation (HY) and super high-yielding cultivation (SHY) under drip irrigation and fertilization conditions. Nonghua101 was chosen as experimental material. The characteristics of accumulation, translocation and distribution of dry matter and nutrient of maize population and the yield construction were studied among different cultivation modes under drip irrigation and fertilization conditions. 【】The maize yield under HY and SHY modes were significantly higher than that under FP mode, with the average increment by 16.0% and 37.4%, respectively. The spike kernels and 100-kernels weight of HY and SHY modes were decreased than that of FP mode, but the spike numbers per unit area were significantly increased. Compared with FP mode, dry matter and N, P and K accumulations of maize population were significantly increased under HY and SHY modes from flowering stage to maturing stage, and the accumulation proportion of dry matter and N, P and K accumulations were increased in total growth period after flowering stage (the accumulation proportion of dry matter and N, P and K accumulations in total growth period after flowering stage were increased by 8.0%, 23.3%, 10.0%, 33.9% and 13.8%, 42.6%, 21.6%, 44.6%, respectively). Logistic equation analysis showed that the maximum and average increase rates of HY and SHY modes were 6.9%, 4.2% and 23.8%, 10.9% higher than that under FP mode, respectively, and the occurrence time of maximum rate was later. Compare with FP mode, HY and SHY modes reduced significantly nutrient translocation rate and contribution rate of translocation nutrients to kernels before flowering stage, and improved significantly contribution rate of accumulation nutrients to kernels after flowering stage of spring maize. Correlation analysis showed that the grain yield was significant or extremely significant correlated positively (=0.7513-0.9840) with the dry matter and N, P and K accumulations around flowering stage of maize population, and the correlation coefficients after flowering stage were higher than them before flowering stage.【】Compared with FP mode, HY and SHY modes improved the maximum and average increase rates of the dry matter in maize population, and postponed the occurrence time of the maximum increase rate of the dry matter. HY and SHY modes increased the dry matter and nutrient accumulations from flowering stage to maturing stage of maize, and enhanced significantly the contribution rate of accumulation nutrients to kernels after flowering stage. Therefore, the managing measures of increasing the planting density, controlling the total amount of N, P and K fertilizers and regulating fertilizer application during different stages could ensure the demand of N, P and K in the whole growth period of maize. This article provided an advantageous way for further promoting maize yield under drip irrigation and fertilization conditions in the semi-arid region of Northeastern China.

semi-arid region; maize yield; drip irrigation and fertilization; cultivation modes; dry matter; nutrient accumulation and translocation

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.007

2019-01-31；

2019-07-03

國家重點研發計劃（2017YFD0300604）、國際植物營養研究所（IPNI）項目（NMBF-Jilin-2018）、農業農村部植物營養與肥料學科群開放基金（KLPNF-2018-1）、吉林省科技基礎條件與平臺建設計劃（20160623030TC）

侯云鵬，E-mail：exceedfhvfha@163.com。孔麗麗，E-mail：kongll2000@126.com。侯云鵬和孔麗麗為同等貢獻作者。

劉慧濤，E-mail：liuhuitao558@sohu.com。通信作者高玉山，E-mail：gys1999@163.com

（責任編輯 楊鑫浩）