施氮量對不同夏玉米品種籽粒灌漿特性、產量和品質的影響

喬江方，何佳雯，侯傳偉，張美微，楊銘波，韓琳琳，張盼盼，李 川，牛 軍，郭涵瀟，穆蔚林

（1.河南省農業科學院 糧食作物研究所，河南 鄭州450002；2.鄭州大學 農學院，河南 鄭州450001；3.河南秋樂種業科技股份有限公司，河南 鄭州450003）

施氮是農作物生產中重要的管理措施之一，合理增施氮肥具有提高作物產量、改善品質的作用[1]。在玉米的生長過程中，灌漿階段是決定籽粒產量和品質的關鍵時期。氮肥通過延長玉米籽粒灌漿持續期和增加灌漿速率，促進開花后營養器官貯存的光合產物向籽粒運轉，增加籽粒干物質積累量，進而實現增產[2-13]。研究發現，合理增施氮肥可以促進玉米植株營養物質轉運，增加籽粒粗蛋白和粗淀粉含量[14-16]。有學者認為，施氮量對玉米籽粒脂肪的影響較小甚至為負[17]；另有學者認為，玉米籽粒脂肪含量隨著施氮量的增加而增加[18]。施氮量過低會導致玉米籽粒灌漿速率下降，營養物質向籽粒轉運減少，產量降低，籽粒品質下降[19]。目前，氮肥對玉米籽粒灌漿的影響研究主要集中于氮肥比例[20]、施肥方式[8]、施肥時期[21]等方面，關于氮肥對不同脫水類型玉米品種籽粒灌漿特性、品質等的影響研究還未見報道。為此，探究施氮量對2 個脫水速率不同玉米品種籽粒灌漿特性、含水量、脫水速率、產量和品質的影響，以期為黃淮海夏玉米優質高效生產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2022 年6—9 月在河南省農業科學院試驗基地西華縣農業科學研究所試驗田（33°45′44″N、114°26′49″E）進行。耕層0～30 cm 土壤含有機質14.34 g/kg、全氮0.67 g/kg、全磷0.67 g/kg、堿解氮95.90 mg/kg、速 效 磷10.93 mg/kg、速 效 鉀158.96 mg/kg。試驗田地勢平坦，肥力均一，排灌方便，前茬作物為小麥。

供試夏玉米品種為籽粒脫水速率差異明顯的2個品種迪卡517（DK 517，脫水速率較快）和鄭單1002（ZD 1002，脫水速率較慢）[22]。氮肥為尿素（N含量為46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量為12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O含量為52%）。

1.2 試驗設計

試驗采用雙因素裂區設計，主因素為施氮量，折純后分別為0、180、300 kg/hm2，設定為N0、N1、N2；副因素為不同脫水類型夏玉米品種，分別為DK 517 和ZD 1002。共6 個處理，每個處理重復3次，小區面積為18 m2，6 行區，行長為5 m，行間距為0.6 m。氮肥分別在小喇叭口期和大喇叭口期以1∶1的比例施用；磷肥和鉀肥均在小喇叭口期施用，施用量（折純）均為120 kg/hm2。6 月9 日播種，種植密度為75 000株/hm2。田間其他管理同一般高產田管理，夏玉米生長期內，保證充足的水分供應，及時防治病蟲草害。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 籽粒灌漿特性 授粉后15、24、32、41、58 d，選取各處理長勢一致的夏玉米植株3 株，取中部籽粒100 粒，稱鮮質量；105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒質量，稱干質量；計算籽粒含水量和脫水速率。用Richards 方程模擬籽粒灌漿曲線，計算籽粒灌漿特征參數[23]。

籽粒含水量（%）=（籽粒鮮質量-籽粒干質量）/籽粒鮮質量×100%；

籽粒脫水速率（%/d）=（前一次測定的籽粒含水量-后一次測定的籽粒含水量）/間隔時間。

1.3.2 籽粒品質 成熟期，選取各處理長勢一致的夏玉米植株3 株，取中部籽粒100 粒，105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒質量，測定粗淀粉含量、粗蛋白含量、粗脂肪含量。其中，粗蛋白含量參照何范照[24]的方法測定；粗淀粉含量采用旋光法使用WZZ-2S 旋光儀（儀電物光）測定[25]；粗脂肪含量采用索氏抽提法測定[25]。

1.3.3 植株性狀 成熟期，測量夏玉米株高、穗位高、葉夾角、穗長、穗粗、禿尖長、雄穗分枝數、苞葉層數、苞葉長及穗柄長。

1.3.4 產量及其構成因素 成熟期，每個小區選取2行長勢一致的夏玉米植株果穗，測定穗行數、行粒數和百粒質量，根據產量構成三要素穗數、穗粒數、百粒質量計算產量。

1.4 數據處理

采用Excel 2016 和SPSS 20 軟件對數據進行處理與統計分析，用CurveExpert 1.3 軟件中Richard 模型模擬籽粒灌漿過程。

2 結果與分析

2.1 施氮量對夏玉米籽粒干質量及灌漿特性的影響

2.1.1 籽粒干質量 夏玉米品種所有處理籽粒干質量變化均呈S型增長曲線（圖1—圖2）。2 個夏玉米品種施氮處理籽粒干質量總體上均高于不施氮處理。授粉后59 d，DK 517 籽粒干質量表現為N2＞N1＞N0，N2 處理籽粒干質量分別較N1 和N0 處理增加6.11%和6.68%；ZD 1002 籽粒干質量表現為N1＞N2＞N0，N1 處理籽粒干質量分別較N2 和N0 處理增加7.16%和26.60%。

圖1 施氮量對DK 517籽粒干質量的影響Fig.1 Effect of nitrogen application rate on dry grain weight of DK 517

圖2 施氮量對ZD 1002籽粒干質量的影響Fig.2 Effect of nitrogen application rate on dry grain weight of ZD 1002

2.1.2 籽粒灌漿特性 由表1 可見，DK 517 籽粒灌漿速率最大時的生長量隨著施氮量的增加先增加后趨于穩定，最大灌漿速率、平均灌漿速率、活躍灌漿期隨著施氮量的增加均呈先增加后降低的趨勢。N1處理到達最大灌漿速率的時間最早，最大灌漿速率、平均灌漿速率和活躍灌漿期最大，說明DK 517在施氮量180 g/hm2時有利于縮短到達最大灌漿速率的時間，延長籽粒活躍灌漿期。對于ZD 1002，施氮會降低籽粒平均灌漿速率和最大灌漿速率；灌漿速率最大時的生長量和活躍灌漿期隨著施氮量的增加均呈先增加后降低的趨勢。N1 處理灌漿速率最大時的生長量最高，活躍灌漿期最長。不同施氮量處理間籽粒灌漿特征值無顯著差異。

表1 施氮量對不同夏玉米品種籽粒灌漿特征值的影響Tab.1 Effect of nitrogen application rate on grain filling characteristic values of different summer maize varieties

與脫水速率較慢品種ZD 1002相比（表1），脫水速率較快品種DK 517 到達最大灌漿速率的時間均值提前0.98 d，灌漿速率最大時的生長量、最大灌漿速率和平均灌漿速率均值均增加，活躍灌漿期均值縮短7.31 d。

2.2 施氮量對夏玉米籽粒含水量及脫水速率的影響

2.2.1 籽粒含水量 隨著籽粒灌漿進程的推進，不同夏玉米品種籽粒含水量均逐漸下降（表2）。授粉后15～24 d，不同處理之間籽粒含水量存在顯著差異。DK 517 在授粉后58 d 籽粒含水量表現為N2＞N1＞N0，N2 處理籽粒含水量最高，分別較N1 和N0處理增加4.70%和7.07%；ZD 1002 在授粉后58 d 籽粒含水量表現為N1＞N0＞N2，N1 處理籽粒含水量最高，分別較N0 和N2 處理增加1.91%和2.12%。不同脫水速率類型夏玉米品種相比，DK 517籽粒含水量總體上低于ZD 1002。授粉后58 d，DK 517 和ZD 1002 籽粒含水量均值分別為21.01%和29.95%，DK 517籽粒含水量較ZD 1002降低29.85%。

表2 施氮量對不同夏玉米品種籽粒含水量的影響Tab.2 Effect of nitrogen application rate on grain moisture content of different summer maize varieties %

2.2.2 籽粒脫水速率 由表3 可知，2 個夏玉米品種籽粒脫水速率隨著授粉后時間的推進而降低，不同處理在授粉后32 d 內均保持較高水平，但不同授粉后時間不同處理間籽粒脫水速率大小排序不同。DK 517 在授粉后49～58 d 籽粒脫水速率表現為N0＞N1＞N2，N2 和N1 處理籽粒脫水速率分別較N0 處理降低17.12%和13.51%。ZD 1002 在授粉后49～58 d籽粒脫水速率表現為N0＞N2＞N1，N2 和N1 處理籽粒脫水速率分別較N0 處理降低6.58%和47.37%，且N1處理與N0、N2處理間差異顯著。

表3 施氮量對不同夏玉米品種籽粒脫水速率的影響Tab.3 Effect of nitrogen application rate on grain dehydration rate of different summer maize varieties %

2.3 施氮量對夏玉米籽粒品質的影響

由表4 可知，夏玉米籽粒粗脂肪含量表現為N1和N2 處理高于N0 處理，但是差異不顯著。隨著施氮量的增加，DK 517 和ZD 1002 籽粒粗蛋白含量均增加，DK 517 N2 和N1 處理粗蛋白含量分別較N0處理顯著增加12.08%和8.69%；ZD 1002 N2 和N1處理粗蛋白含量分別較N0 處理增加33.40%和14.51%，不同處理間差異顯著。粗淀粉含量隨著施氮量的增加而降低，DK 517 N2 和N1 處理粗淀粉含量分別較N0 處理顯著降低1.50% 和0.92%；ZD 1002 N2和N1處理粗淀粉含量分別較N0處理顯著降低2.12%和1.62%。

表4 施氮量對不同夏玉米品種籽粒品質的影響Tab.4 Effect of nitrogen application rate on grain quality of different summer maize varieties %

2.4 施氮量對夏玉米產量及其構成因素的影響

由表5 可知，隨著施氮量的增加，DK 517 和ZD 1002 產量均呈現先增加后降低的趨勢，DK 517產量表現為N1＞N2＞N0，N1 處理產量分別較N2 和N0 處理提高10.85%和25.40%，其中N1 處理與N0處理差異顯著；ZD 1002 產量表現為N1＞N2＞N0，N1處理產量分別較N2 和N0 處理提高22.91% 和28.06%，不同處理間差異不顯著。2 個夏玉米品種N1處理行粒數均最高，且顯著高于N0處理，穗行數和百粒質量在不同處理間差異不顯著，可見N1 處理產量的提高主要得益于其行粒數的提高。綜上，適當增施氮肥可以增加夏玉米行粒數，進而提高產量。相同處理下，ZD 1002 行粒數和百粒質量均高于DK 517，而穗行數低于DK 517，產量也高于DK 517，這與ZD 1002 具有較高的行粒數和百粒質量有關。

表5 施氮量對不同夏玉米品種產量及其構成因素的影響Tab.5 Effect of nitrogen application rate on yield and its components of different summer maize varieties

2.5 施氮量對夏玉米植株性狀的影響

由表6 可知，隨著施氮量的增加，2 個夏玉米品種穗位高均逐漸降低，N2 處理與N0 處理間存在顯著差異；DK 517穗柄長表現為N0和N1處理高于N2處理，其中N1 處理達到顯著水平；株高、葉夾角、穗長、穗粗、禿尖長、雄穗分枝數、苞葉層數、苞葉長在不同處理間均無顯著差異。ZD 1002 株高、穗位高、穗粗、葉夾角、雄穗分枝數、苞葉長、苞葉層數均值均高于DK 517，其他指標均低于DK 517。

表6 施氮量對不同夏玉米品種植株性狀的影響Tab.6 Effect of nitrogen application rate on plant characters of different summer maize varieties

2.6 夏玉米產量與籽粒灌漿特征值、品質指標、含水量、脫水速率及植株性狀的相關性分析

2.6.1 產量與籽粒灌漿特征值 對夏玉米籽粒灌漿特征值與產量的相關性進行分析（表7）發現，灌漿速率最大時的生長量與最大灌漿速率呈顯著正相關，最大灌漿速率與活躍灌漿期呈極顯著負相關，產量與百粒質量呈顯著正相關。

表7 夏玉米產量與籽粒灌漿特征值的相關性分析Tab.7 Correlation analysis between grain filling characteristic values and yield of summer maize

2.6.2 籽粒品質指標與含水量、脫水速率 通過對夏玉米籽粒品質指標與籽粒含水量、脫水速率的相關性進行分析（表8）發現，籽粒脫水速率與粗淀粉含量呈極顯著正相關，籽粒含水量與粗淀粉含量、粗蛋白含量呈顯著或極顯著負相關。

表8 夏玉米籽粒品質與籽粒含水量、脫水速率的相關性分析Tab.8 Correlation analysis between grain quality and moisture content and dehydration rate of summer maize

2.6.3 植株性狀與籽粒含水量、脫水速率 通過對夏玉米植株性狀與籽粒含水量、脫水率的相關性進行分析（表9）發現，籽粒脫水速率與穗粗、禿尖長呈顯著或極顯著負相關，與穗長呈顯著正相關；籽粒含水量與穗位高、穗粗均呈極顯著正相關，與穗長呈顯著負相關。

表9 夏玉米植株性狀與籽粒含水量、脫水速率的相關性分析Tab.9 Correlation analysis between plant characters and grain moisture content and dehydration rate of summer maize

3 結論與討論

籽粒灌漿是作物產量形成的關鍵過程[26-27]。籽粒灌漿受施氮量影響，適量施氮可以改善籽粒灌漿特性，提高籽粒脫水速率[28]。適量施氮較不施氮處理增加最大灌漿速率時的生長量和最大灌漿速率，使籽粒活躍期延長，增加粒質量，進而增加產量[29]。本研究發現，增施氮肥總體上使粒質量在一定程度上增加，隨著施氮量的增加，DK 517 籽粒最大灌漿速率先增加后降低，與劉笑鳴等[30]研究結果一致；但ZD 1002 籽粒最大灌漿速率和平均灌漿速率均隨著施氮量的增加呈先降低后增加的趨勢。可見，施氮量對籽粒灌漿速率的影響可能存在品種效應。與N0 處理相比，隨著施氮量的增加，總體上，N1 處理灌漿速率最大時的生長量、最大灌漿速率增加，活躍灌漿期延長，行粒數和產量增加。施氮量為180 kg/hm2條件下，與脫水速率較慢品種ZD 1002 相比，脫水速率較快品種DK 517 到達最大灌漿速率的時間提前3.54 d，灌漿速率最大時的生長量和最大灌漿速率均增加，活躍灌漿期縮短13.78 d；在該條件下，2個品種產量均最高。

研究發現，施氮量對籽粒脫水速率的影響不顯著，在農業生產中可以忽略施氮量對籽粒水分的影響[31]。本研究發現，授粉后15～24 d，不同處理之間籽粒含水量差異顯著；授粉后41～58 d，不同處理之間籽粒含水量無顯著差異；ZD 1002 籽粒含水量總是高于DK 517。灌漿中后期，不同施氮量處理下DK 517籽粒脫水速率均值高于ZD 1002。

施用氮肥顯著提高籽粒中蛋白質含量[32]。本研究發現，隨著施氮量的增加，夏玉米籽粒粗蛋白含量增加，其中DK 517 N0與N1處理之間存在顯著差異，ZD 1002 不同處理間均存在顯著差異；粗淀粉含量隨著施氮量的增加而降低，其中N0 與N1、N2 處理間差異顯著，N1與N2處理間無顯著差異。

籽粒品質性狀與籽粒脫水速率之間存在一定的相關性，比如含油率高的籽粒往往含水量也高[33]；蛋白質含量、淀粉含量、支鏈淀粉含量等都與籽粒脫水速率相關[34]。本研究發現，脫水速率較快類型品種DK 517 粗脂肪含量均值較脫水速率較慢類型品種ZD 1002 低，DK 517 粗蛋白和粗淀粉含量均值均較ZD 1002 高，且籽粒脫水速率與粗脂肪含量呈負相關，與粗淀粉、粗蛋白含量均呈正相關，這與前人的研究結果一致[34]。

植株性狀也會對籽粒脫水速率產生影響[35]。本研究發現，夏玉米籽粒脫水速率與株高、穗位高、葉夾角、穗粗、禿尖長、穗柄長、苞葉長均呈負相關，即株高較低、葉夾角較小、穗粗較小、禿尖長較短、穗柄長較短、苞葉長較短、穗位高較低更有利于籽粒脫水，與前人的研究結果一致[36-38]。DK 517 與ZD 1002 相比株型更緊湊，即株型緊湊的植株能實現較低的籽粒含水量[39]。籽粒含水量與穗位高呈極顯著正相關，與穗長呈顯著負相關，這與呂香玲等[40]、付暢等[41]的研究結果不一致，這可能與品種、環境等有關。本研究還發現，籽粒含水量與雄穗分枝數呈正相關，這與黃巖等[42]的研究結果一致。

本研究結果表明，施氮180 kg/hm2總體上能夠增加夏玉米籽粒灌漿速率最大時的生長量和最大灌漿速率，延長活躍灌漿期，增加籽粒干質量，進而提高產量，且提高籽粒粗蛋白含量。與ZD 1002 相比，DK 517 籽粒粗脂肪含量較低，粗蛋白和粗淀粉含量較高。