氮肥与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的调控效应.pdf
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1、氮肥与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的调控效应氮肥与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的调控效应姜春霞,张伟,颜志乾,杨柯,刘化涛,翟广谦,刘恩科,王娟玲,张冬梅*(山西农业大学山西有机旱作农业研究院/农业农村部有机旱作农业重点实验室(部省共建)/省部共建有机旱作农业国家重点实验室(筹)/有机旱作农业山西省重点实验室,山西太原,030031)摘要:【目的目的】适宜的密度与氮肥运筹是提高玉米抗倒伏能力、保证高产稳产和提高生产效益的重要措施。探讨不同施氮量与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的影响,以期为山西春玉米的高产高效栽培及籽粒机收的发展提供理论支撑。【方法方法】于 2018 和 2019 年
2、在山西晋中进行玉米田间试验,供试玉米品种为郑单 958。设置 4 个施氮水平:0、120、180、240kg/hm2(N0、N1、N2、N3);3 个种植密度:60000、75000、90000 株/hm2(D1、D2、D3)。调查玉米吐丝期茎秆农艺性状,生理成熟期穗位以下茎秆生物学、力学性状及倒伏率,并测定产量。【结果结果】随着种植密度和施氮量的增加,玉米产量呈先增加后降低的趋势。在 D2 密度下达到最高值,两年平均产量为 13792kg/hm2,较 D1 和 D3 密度下分别增加了 4.8%和 8.3%。与 N0 相比,N1、N2 和 N3 处理分别增产 24.3%、26.7%和 23.9
3、%。N3 处理对穗粒数与千粒重无显著影响,但产量低于 N1 和 N2 处理。增密导致玉米茎秆变细,株高、穗位上升,玉米第 36 节长粗比增加,穿刺强度、抗压强度、抗弯折力等茎秆力学特性变差。D2 和 D3 密度下两年玉米平均倒伏率较 D1 分别升高了 1.33、3.73 个百分点。N1、N2、N3 处理两年玉米平均倒伏率较 N0 分别增加了 2.50、3.25、4.80 个百分点。适当增氮有利于消减因密度增加导致的生物学、力学特性变差,D2 和 D3 密度下,N2 处理第 36 节穿刺强度、抗压强度和抗弯折力维持在较高水平,显著高于 N3 处理。【结论结论】合理的氮肥用量可改善因密度增加导致的
4、茎秆细弱、玉米茎秆力学特性变差问题,降低倒伏风险,因而增加产量。在山西中部春玉米种植区,种植密度为 75000 株/hm2、施氮量 180kg/hm2,是玉米产量、茎秆力学特性及抗倒性能和谐的密度肥料组合。关键词:春玉米;施氮量;种植密度;产量;抗倒伏性能Effects of nitrogen application rate and planting density on yield,lodging resistance of spring maizeJIANGChun-xia,ZHANGWei,YANZhi-qian,YANGKe,LIUHua-tao,ZHAIGuang-qian,LIU
5、En-ke,WANGJuan-ling,ZHANGDong-mei*(Shanxi Institute of Organic Dryland Farming/Key Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture(Co-construction by Ministryand Province),Ministry of Agriculture and Rural Affairs/State Key Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture(in Preparation)/Shanxi Province
6、Key Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture,Shanxi Agricultural University,Taiyuan,Shanxi 030031,China)Abstract:【Objectives】Suitabledensityandnitrogenfertilizermanagementareimportantmeasurestoimprovemaizelodgingresistance,ensurehighandstableyieldandimproveproductionefficiency.Theobjectiveofthi
7、sexperimentistostudytheinfluenceofnitrogenapplicationrate,plantingdensityandtheirinteractiononmaizeyield,lodgingresistance.【Methods】FieldexperimentswereconductedinJinzhongCity,ShanxiProvincein2018and2019,usingmaizecultivarZhengdan958asthetestmaterials.FourNapplicationrates0,120,180and240kg/hm2(denot
8、edasN0,N1,N2,andN3),threeplantingdensities60000,75000and90000plants/hm2(denotedasD1,D2,D3)weresetup.Theagronomictraitsofstalkatsilkingstage,thelength-to-thicknessratio,植物营养与肥料学报2024,30(1):3648doi:10.11674/zwyf.2023330JournalofPlantNutritionandFertilizershttp:/www.plantnutrifert.org收稿日期:20230724接受日期:
9、20231003基金项目:山西省重点研发计划项目(2022ZDYF120);国家重点研发计划项目(2021YFD1901100,2016YFD0300305);山西农业大学省部共建有机旱作农业国家重点实验室自主研发项目(202001-5)。联系方式:姜春霞E-mail:jiangcx_;*通信作者张冬梅E-mail:mechanicaltraits,andlodgingratesofstalksbelowtheearswereinvestigatedatphysiologicallymaturingstage,andtheyieldswererecordedatharvestofspringm
10、aize.【Results】Themaizeyieldshowedatrendoffirstincreasingandthendecreasingwiththeincreaseofplantingdensityandnitrogenapplicationrate.TheaverageyieldunderD2oftwoyearswas13792kg/hm2,whichwas4.8%and8.3%higherthanthatunderD1andD3,respectively.ComparedwithN0,N1,N2,andN3increasedyieldsby24.3%,26.7%,and23.9
11、%,respectively.N3wasrecordedloweryieldthanN1andN2,althoughN3didnotimpactthekernelnumberperearand1000-grainweightsignificantly.Withtheincreaseofplantingdensity,thestemdiameterwassignificantlydecreased,buttheplantheight,earheight,thelength-to-thicknessratioofthethirdtosixthinternodeabovegroundwereincr
12、eased,andtherindpenetrationstrength,bendingstrength,crushingstrengthbecameworse.D2andD3wererecorded1.33and3.73percentagepointhigherthanD1inthetwo-yearaveragelodgerate,andN1,N2,andN3wererecorded2.50,3.25,and4.80percentagepointhigherthanN0.ProperincreasingofNrateoffsetthedeteriorationofstalkbiological
13、andmechanicalpropertieswhichwerecausedbyincreasedplantingdensities.UnderD2andD3,thethirdtosixthabovegroundinternodesinN2treatmentremainedsimilarorevenhigherrindpenetration,bending,andcrushingstrength,whileN3decreasedthemechanicalproperties,relativetoD1.【Conclusions】Reasonablenitrogenapplicationratec
14、anpreventthestalkthinningcausedbytheincreasedplantingdensity,improvethemechanicalpropertiesofmaizestalks,reducethelodgingrisk,andincreaseyieldatlast.InthecentralareaofShanxiProvince,plantingdensity75000plants/hm2andnitrogenapplicationrate180kg/hm2appeartheoptimumcombinationinconsiderationofmaizeyiel
15、d,stalkmechanicalpropertiesandlodgeresistancecomprehensively.Key words:springmaize;nitrogenapplicationrate;plantingdensity;yield;lodgingresistance玉米机械粒收技术是现代玉米生产的关键技术,是国内外玉米收获技术发展的方向和中国玉米生产转变方式的关键12。美国等西方发达国家在20 世纪 70 年代已大面积推广应用机械粒收技术,我国玉米籽粒机械收获还处于起步阶段3。增加种植密度是玉米单产水平提升的重要途径,也是机械粒收降低能耗、增加种植效益的重要措施4,但
16、增密增产的同时也伴随着倒伏率和倒伏等级的上升57。倒伏不仅影响玉米产量和籽粒品质,也会影响机械粒收质量,从而影响收获效率以及玉米种植效益,成为制约玉米机械粒收技术发展的重要因素89。前人研究表明,增加种植密度,加剧了玉米个体对光、水、肥等资源的竞争,玉米株高升高,茎粗变小,穗位高系数和重心高度上升,而茎秆单位长度干重降低、茎秆强度显著降低,倒伏增加1013。因此,与之相匹配的氮肥适宜用量亟待探讨。翟娟等14研究表明,可以通过增加施氮量提高茎秆中干物质积累量来提高茎秆机械强度,从而提高茎秆的抗倒伏能力。但氮肥施用不当同样会造成作物群体生长过旺,株高增加、节间细长,茎秆充实度、力学特性变差,引发倒
17、伏1517。Shi 等18研究结果表明,增加种植密度条件下适宜的施氮量能够显著降低玉米倒伏风险。陈尚洪等19研究表明,随着密度增加,倒伏率呈上升趋势,随着施氮量的增加,倒伏率呈先升后降趋势,不合理的氮肥施用量会增加倒伏风险。因此,适宜的密度与氮肥运筹是提高玉米抗倒伏能力、保证高产稳产、提高生产效益的重要措施。前人针对种植密度对山西旱地玉米产量及倒伏性状的影响已开展了一些研究7,20,但针对密度与氮肥互作对其影响的报道较少。本研究通过不同施氮量与种植密度二因素定位试验,研究不同施氮量与种植密度对玉米茎秆农艺性状、穗位以下茎秆生物学和力学特征、生理成熟后倒伏率及产量性状的影响,阐明密度和氮肥对山西
18、春玉米产量和倒伏性状的影响,以期为山西春玉米的高产高效及机械粒收的发展提供理论支撑。1 材料与方法1.1 试验地概况试验在山西省晋中市榆次区山西农业大学东阳试验基地(1124034E,373255N)进行,开始于2017 年。该地区属温带大陆性季风型气候,海拔800m,年均日照时数 2639h,年均气温约 9.8,年均降水量 388.0mm,年均无霜期 154天。试验地种植制度为玉米连作,土壤类型为潮土,试验前耕层 020cm 土壤有机质含量为 13.23g/kg,全氮、全磷、全钾含量分别为 1.27、0.90、27.3g/kg,碱解1期姜春霞,等:氮肥与种植密度对春玉米产量及抗倒伏性能的调控
19、效应37氮含量为 119.5mg/kg,速效磷含量为 11.6mg/kg,速效钾含量为 241.9mg/kg,pH8。试验区 2018 和2019 年玉米生育期(410 月)降雨量分别为 309.3和 209.8mm(图 1)。1.2 试验设计以郑单 958为供试品种。试验采用裂区设计,主区处理为施氮水平,裂区处理为密度。4 个施氮水平:0kg/hm2(N0)、120kg/hm2(N1)、180kg/hm2(N2)、240kg/hm2(N3);3 个密度:60000株/hm2(D1)、75000株/hm2(D2)、90000株/hm2(D3),共12 个处理,3 次重复,共 36 个小区,小区
20、面积36m2(6m6m)。施用的氮肥为普通尿素(N46%);磷肥为颗粒过磷酸钙(P2O518%),施用量为 667kg/hm2,所有肥料均在整地前基施,整地后人工点播。2018、2019 年均在 4 月 24 日播种。2018 年分别于 6 月 24 日、7 月 2 日和 8 月 3 日滴灌补水,2019 年分别于 6 月 6 日、6 月 30 日、7 月 7 日和8 月 13 日滴灌补水,灌水量为 52.5mm/次。其他管理措施同大田。1.3 调查项目与方法茎秆农艺性状:在玉米吐丝期,用塔尺测量株高(cm)、穗位高(cm),同时用游标卡尺测量地上部第 3 节短轴直径为茎粗(mm)。每个小区测
21、定连续的10 株。穗位以下茎秆生物学、力学指标:玉米生理成熟后,每个小区取 9 株未发生病虫害的植株,去除穗位以上茎秆、叶片,穗位以下去除叶鞘。测量第36 节节长和节粗,每 3 株采用浙江托普 YYD-1 植物茎秆强度仪分别测量第 36 节穿刺强度、抗压强度和抗弯折强度。将茎秆放在工作台面上,用测量面积为 1mm2的探针在节中间垂直匀速插入,仪器记录茎秆表面刺穿的最大值为穿刺强度(N);用测量面积为 1cm2的探头,记录把茎秆表面压破的最大值为压碎强度(N);将茎秆各节两端放在支架上,记录把茎秆压折的最大值为弯折强度(N)。倒伏率:玉米倒伏可分为根倒和茎折,根倒为茎秆不发生折断,茎秆与垂直线产
22、生大于 45的夹角,茎折为茎秆在穗位以下的折断5。试验开展期间仅发生茎折,在玉米生理成熟(乳线消失,黑层完全形成)后调查,记录各小区总株数、茎折株数。倒伏率(%)=茎折株数/总株数100产量和产量构成:生理成熟后,收获小区中间2 行,记录实收穗数,称鲜重,按大小穗比例和平均鲜穗重取 20 穗,进行室内考种,包括穗行数、行粒数及千粒重,折算经济产量(14%含水量)。1.4 统计分析试验数据采用 MicrosoftExcel2007 软件计算,作图采用 OriginPro16 软件,统计分析采用 SPSSStatistics25.0 软件。2 结果与分析2.1 施氮量和种植密度对春玉米产量的影响由
23、表 1 可知,年份、施氮量、种植密度及年份和施氮量交互作用对产量影响显著。施氮量相同时,随着密度的增加,玉米产量呈先增加后降低趋势,在 D2 密度下达到最高值,两年平均产量为13792kg/hm2,较 D1、D3 密度下分别增加了 4.8%、8.3%。在同一密度下,玉米产量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势;其中在 D1 和 D2 密度下,以N1 处理玉米产量最高,在 D3 密度下,以 N2 处理下玉米产量最高,N3 处理的玉米产量未显著增加,甚至降低。N0 处理产量最低,N1、N2、N3 分别较N0 处理增产 24.3%、26.7%、23.9%。在产量构成中,年份、施氮量、种植密度、年4 月
24、 Apr.5 月 May6 月 Jun.7 月 Jul.8 月 Aug.9 月 Sep.10 月 Oct.020406080100120降雨量 Precipitation(mm)月份 Month2018 2019 多年平均Multi-year average图 1 试验区 20182019 年玉米生育期内降雨量分布Fig.1 Precipitation in experimental field during maize growth period in 2018 and 201938植物营养与肥料学报30卷份和施氮量二者交互作用对千粒重、穗粒数影响显著。施氮量相同时,随着密度的增加,千粒重和
25、穗粒数显著降低,实收穗数显著增加;2018 年,与D1 相比,D2、D3 的千粒重平均值分别降低 5.9%、表 1 不同施氮量种植密度下春玉米产量及其构成因素Table 1 Maize yield and its components as affected by nitrogen application rates and planting densities年份Year施氮量Napplicationrate种植密度Plantingdensity产量(kg/hm2)Yield千粒重(g)1000-grainweight穗粒数Kernelsperear穗数(ears/hm2)Earnumber
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- 氮肥 种植 密度 玉米 产量 抗倒伏性 调控 效应
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