施氮時期對春玉米果穗不同粒位籽粒發(fā)育及產(chǎn)量的影響

常 程劉 晶隋陽輝張書萍史 磊肖萬欣王和君王金艷徐 亮

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，遼寧 沈陽 110161)

施氮是提高玉米產(chǎn)量的重要措施之一，施氮方式包含施氮量和施氮時期。目前關(guān)于施氮量對玉米產(chǎn)量影響的研究較多，而施氮時期對玉米產(chǎn)量及果穗發(fā)育影響的研究較少。

周琦等通過設(shè)置7個施氮處理試驗得出，拔節(jié)期、大喇叭口期分次施入最高，而吐絲和拔節(jié)期追肥產(chǎn)量差異不顯著[2]。

李二珍等認(rèn)為，河套灌區(qū)春玉米合理的氮肥運(yùn)籌方式為基施和大喇叭口期追施氮肥產(chǎn)量高[3]；魏亞萍等研究得出，基肥∶雌穗小花肥=1∶3的運(yùn)籌方式可獲得高產(chǎn)[4]。邊大紅等在黃淮海平原區(qū)開展夏玉米試驗得出，采用播種或苗期少量施氮，大喇叭口期重施氮肥的分次施氮措施有利于促進(jìn)夏玉米莖稈和雌穗發(fā)育[5]。

張麗麗等研究認(rèn)為，施氮量為180 kg/hm2時，基施處理產(chǎn)量最高，其次為拔節(jié)期、大喇叭口期；施氮量為75 kg/hm2時，拔節(jié)期施肥處理產(chǎn)量最高，氮肥后移需考慮植株前期對氮素的需要[6]。籽粒發(fā)育是產(chǎn)量形成的過程，目前已有學(xué)者開展相關(guān)研究，華鶴良等研究得出，果穗上部籽粒灌漿速率最低，差異最大，灌漿速率存在基因型差異。不同粒位籽粒含水量都表現(xiàn)為下部＞中部＞上部[7]。

錢春榮等以8個玉米品種開展試驗研究得出，果穗上部籽粒品種間百粒重差異小于中下部籽粒，從灌漿開始至灌漿快增期結(jié)束上部子粒百粒重變異系數(shù)較大，促進(jìn)上部籽粒灌漿、提高粒重是實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)栽培的技術(shù)途徑[8]。

氮肥管理是調(diào)控玉米產(chǎn)量的有效措施，施氮時期可通過影響植株干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)、果穗發(fā)育等指標(biāo)調(diào)控產(chǎn)量形成，前人研究主要圍繞施氮量對產(chǎn)量及生長發(fā)育的影響、相同氮肥管理條件下品種籽粒發(fā)育特性差異開展產(chǎn)量及籽粒研究[8]。本試驗以兩個主推春玉米品種為試材，設(shè)置3個不同施氮時期，探究施氮時期對籽粒發(fā)育的調(diào)控作用，有利于深入理解和研究氮肥施用時期對產(chǎn)量的影響機(jī)制，為玉米生產(chǎn)精準(zhǔn)氮肥管理提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2019年在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院沈北小洋河試驗基地進(jìn)行，以當(dāng)?shù)刂髟允炱谙嗤闹型硎煊衩灼贩N遼單575(LD575)和鄭單958(ZD958)為試材開展大田試驗。在氮肥總投入量一致的前提下，設(shè)置3種氮肥施入時期處理，底肥∶拔節(jié)期∶大喇叭口期=1∶1.5∶1.5(T1)、底肥∶拔節(jié)期=1∶3(T2)、底肥∶大喇叭口期=1∶3(T3)，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)寬6 m，長7 m，種植密度60 000株/hm2，隨機(jī)區(qū)組排列。播種時一次性測深施過磷酸鈣和氯化鉀作為磷和鉀素來源，施入量為P2O5：120 kg/hm2； K2O：90 kg/hm2。氮素以尿素為來源，全生育期施入總量為225 kg/hm2，其余與生產(chǎn)田管理相同。土壤pH值5.9，有機(jī)質(zhì)21.3 g/kg，全氮0.098%，速效氮87 mg/kg，有效磷24.6 mg/kg，速效鉀117 mg/kg。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 干物重

播種后記載關(guān)鍵生育時期，在開花散粉和成熟期期選擇田間長勢一致的植株進(jìn)行取樣，3株/區(qū)，105 ℃殺青后于80 ℃烘干至恒重后稱重記載。

在MATLAB下使用SPM8 (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)[14]和DPARSF(http://www.rfmri.org)[15]對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括分割、配準(zhǔn)、空間標(biāo)準(zhǔn)化和平滑等。其中對時間層的校正，需同時將圖像配準(zhǔn)到第一個時間點(diǎn)的圖像。在此過程中我們做了切片正位校正、頭部運(yùn)動校正和全局信號回歸，并且用剛體變換對各個圖像的時間序列進(jìn)行對齊操作，去除了頭動和全局信號的影響。校正后的圖像通過 SPM 自帶的標(biāo)準(zhǔn) EPI 模板進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化之后重采樣。通過上述步驟，我們將不同機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了規(guī)范化處理。

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量(g)=開花期干物重-成熟期干物重

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率(%)=干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/開花期干物重×100

干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對籽粒貢獻(xiàn)率(%)=干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/成熟期籽粒干重×100

1.2.2 籽粒體積、干重及含水量

授粉期，在小區(qū)選擇植株及果穗生長進(jìn)程一致的30穗進(jìn)行標(biāo)記，在授粉后若無特殊天氣每隔5～7 d取樣，記載具體取樣日期，直至成熟。每次取樣為3個果穗，將果穗等分為上、中、下3部分，每部分去除邊際籽粒混合后查數(shù)200粒，稱取鮮重后，通過溢水法測定籽粒體積，然后分別放入烘箱烘干至恒重，測定籽粒干重。

籽粒含水量W(%)=(W1-W2)/W1×100， W1為取樣時籽粒鮮重，W2為取樣時籽粒干重

1.2.3 成熟期每區(qū)取代表性3個果穗進(jìn)行穗長，穗粒數(shù)，百粒重等記載，去邊行收獲6 m2面積脫粒測產(chǎn)，折算成14%含水量，計算單產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013和DPS 18.1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差計算， CurveExpert 1.4和SigmaPlot10.0處理數(shù)據(jù)及作圖。

1.4 氣象條件

2019年試驗基地玉米生育期內(nèi)氣象條件見圖1。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮時期對春玉米營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

拔節(jié)期和大喇叭口期分期追肥顯著提高了LD575和ZD958開花期和成熟期地上干物重，增加了干物質(zhì)的轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率，有利于籽粒產(chǎn)量的增加(表1)，T2處理居中，T3最低。T1提高LD575營養(yǎng)器官干物重幅度最大，干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率為20.3%，對籽粒貢獻(xiàn)率為15.9%。開花期干物質(zhì)積累是奠定籽粒發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，拔節(jié)初期和大喇叭口期分期追肥促進(jìn)了前期植株干物質(zhì)積累，為庫容形成提供了充足的同化物來源。

圖 1 2019年氣象條件Figure 1 Meteorological conditions in 2019

2.2 施氮時期對果穗不同粒位籽粒體積的影響

籽粒體積是庫容形成的因素之一，足夠大的庫容量是產(chǎn)量的基礎(chǔ)。在玉米籽粒建成開始至成熟期，玉米果穗上、中、下粒位的籽粒體積均呈先升高后降低趨勢，一元二次多項式對籽粒體積增長趨勢的擬合度較高，且上部籽粒體積＜中部籽粒＜下部籽粒。在灌漿與脫水共同期，兩個品種籽粒最大體積到達(dá)的時間集中在授粉后50～60 d之間，LD575早于ZD958達(dá)到最大值，且上部粒位籽粒最大體積出現(xiàn)的時間因不同施氮時期處理差異較大，而中下部出現(xiàn)時間的差異較小。不同施氮時期處理對籽粒體積的影響存在基因型差異，相較于ZD958，LD575各粒位籽粒體積對施氮時期反應(yīng)的擬合曲線差異較大(圖3 A～F)。

從上部粒位籽粒的體積增大進(jìn)程中可見，T1處理提前了兩個品種籽粒到達(dá)最大體積的時間，且最大體積值也最高， T2次之，T3最小。

2.3 施氮時期對果穗不同粒位籽粒干物質(zhì)積累的影響

2.3.1 施氮時期對成熟期果穗不同粒位百粒干重影響

由圖3所示，從品種角度，ZD958百粒干重顯著高于LD575；而上、中、下各粒位籽粒干重在不同施氮時期的數(shù)值未達(dá)到顯著水平，但從趨勢上看表現(xiàn)一致，即百粒干重T1＞T2＞T3，且干重為下部籽粒＞中部籽粒＞上部籽粒。

2.3.2 施氮時期對果穗不同粒位籽粒干重積累的影響

隨著果穗發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)，各處理籽粒干重均呈“S”型曲線增長趨勢，存在緩增期—速增期—漸增期進(jìn)程(圖4)。玉米品種對施氮時期的響應(yīng)存在基因型差異，在授粉后40～50 d開始，ZD958不同粒位籽粒生長量高于LD575。從不同粒位角度看，品種間籽粒干重積累量的差異上部籽粒＞中部和下部籽粒。施氮時期處理間比較，兩個品種表現(xiàn)為T1處理的各粒位籽粒干重較大，T3較小。

表 1 不同施氮時期對春玉米品種干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Table 1 Effects of different nitrogen application periods on dry matter transport

圖 2 施氮時期對不同粒位籽粒體積的影響Figure 2 Effect of nitrogen application period on grain volume at different positions

圖 3 施氮時期對成熟時百粒籽粒干重的影響Figure 3 Effect of nitrogen application period on dry weight of 100 grains at maturity

圖 4 不同粒位100粒籽粒干重積累Figure 4 Dry weight accumulation of 100 grains at different positions

2.4 施氮時期對果穗不同粒位籽粒含水量的影響

果穗籽粒在建成期含水量最高，而后逐漸下降，在成熟期籽粒含水量最低。在本試驗中，成熟時LD575在T3處理下籽粒含水量低于T1和T2處理，而ZD958在3個處理間差異不顯著。不同施氮處理下果穗不同部位籽粒含水量有基因型差異，LD575在3個施氮處理下均表現(xiàn)為上部籽粒含水量最低，中部和下部籽粒含水量較高，且差異不顯著；ZD958不同粒位籽粒含水量受施氮時期影響較小，差異不顯著(圖5)。

2.5 施氮時期對產(chǎn)量及穗粒數(shù)的影響

相同施氮量條件下，LD575產(chǎn)量在T1處理下較高，其次為T2處理和T3處理，但T2和T3處理間差異不顯著；ZD958產(chǎn)量也表現(xiàn)為T1＞T2＞T3，但T1和T2產(chǎn)量差異未達(dá)顯著水平(圖6)。

單位面積粒數(shù)和百粒重是構(gòu)成產(chǎn)量的因素。由圖7所示，T1施氮處理顯著提高了兩個品種的單位面積粒數(shù)，而T2和T3處理單位面積粒數(shù)差異不顯著。

圖 5 籽粒含水量Figure 5 Grains water content

圖 6 施氮時期對產(chǎn)量的影響Figure 6 Effect of nitrogen application period on yield

圖 7 施氮時期對單位面積穗粒數(shù)的影響Figure 7 Effect of nitrogen application period on grain number per ear of unit area

3 結(jié)論與討論

本試驗中，拔節(jié)期和大喇叭口期分期追施氮肥顯著提高了開花期植株地上部分的干物質(zhì)積累及花后干物質(zhì)的轉(zhuǎn)移量和對籽粒的貢獻(xiàn)率，為獲得高產(chǎn)提供了充足的同化物來源，兩個品種雖然提高幅度不同，但趨勢一致。在花后籽粒建成開始，兩個品種果穗上、中、下不同粒位的籽粒體積均在T1處理下最高，與籽粒干重積累量趨勢相同，兩個品種有差異，LD575在各處理下不同粒位籽粒體積相較于ZD958變化較大。在成熟期百粒重比較中，兩個品種也在T1處理下最高，但均與其他兩個處理差異不顯著，因此施氮時期處理可調(diào)控籽粒體積大小來影響最終百粒重，但未達(dá)到顯著水平。最終產(chǎn)量的差異，主要來源于不同施氮時期處理對單位面積粒數(shù)和百粒重的影響，其中單位面積粒數(shù)達(dá)顯著水平，而對于百粒重的影響在果穗上部和下部粒位影響差異顯著。因此，通過氮肥調(diào)控，提高單位面積粒數(shù)和籽粒體積為主，改善果穗上部和下部粒位百粒重為輔，有利于提高產(chǎn)量。

本試驗中，拔節(jié)期和大喇叭口期分期追氮處理的產(chǎn)量最高，但養(yǎng)分利用受氣候影響顯著，例如水分和光照，且不同施氮時期處理方式也較多，本試驗只選擇了3種追肥方式，獲得初步結(jié)果，還需豐富施肥時期及施肥量處理進(jìn)行比較，開展多年多點(diǎn)試驗加以驗證，并進(jìn)行籽粒品質(zhì)、碳氮代謝等深入研究。