氮肥运筹对夏玉米荧光特性及产量的影响

摘要:本研究通过施氮水平，确定适宜的氮肥施用量，提高氮肥利用效率，为河南地区夏玉米高产高效提供科学合理地施用氮肥的依据。在大田试验条件下，采取单因素随机区组试验设计，设置不施氮肥、施纯氮300kg/hm2、施纯氮450kg/hm2三个氮水平，重复3次。通过测定夏玉米生理和产量等指标，精准超高产田适宜的施氮量。高水平氮肥处理的夏玉米在抽雄期穗位叶叶绿素含量高、荧光特性好，产量达到最高。随着氮肥施用量不断提高增产效果逐渐增强。本试验结果表明，超高产栽培田块，施氮量为450kg/hm2时，夏玉米达到最高产量14030kg/hm2。

关键词：夏玉米；施氮量；荧光参数；产量

Nitrogen management influences on fluorescence characteristics and

yield of summer maize

Abstract: In this study through the regulation of nitrogen fertilizer, we could determine the appropriate nitrogen, improve nitrogen use efficiency of summer maize high yield and efficiency for Henan areas to provide the scientific basis to nitrogen fertilization. Under the condition of field experiment, we adopt single factor randomized block experiment design, set three different nitrogen levels 0 kg/hm2 ,300 kg/hm2 ,450 kg/hm2pure nitrogen, repeat three times. Through the determination of summer maize physiological parameters and output, we could find appropriate nitrogen application under the condition of the experiment. The summer maize’s leaf chlorophyll content with high nitrogen treatment were in heading stage and good fluorescent properties, production reached the highest. Along with the increasing nitrogen stimulation effect is enhanced gradually. The test results show that the super-high-yield cultural field, the nitrogen application rate of 450 kg/hm2, summer maize reached a maximum yield by 14030 kg/hm2.

Keywords: summer maize; nitrogen application level; photosynthetic fluorescence value; yield

玉米是河南两大主要粮食作物之一，在河南的粮食生产中占有举足轻重的地位。同时氮素是玉米生产最重要的营养元素[1]，玉米自身却不具备固氮能力，生长所需氮素主要依靠根系从土壤中吸收[2]。但在玉米生产中，由于氮肥施用过量造成氮素流失和土壤盐化等问题普遍存在[3]。所以适宜的施氮量可以提高氮肥的使用效率[4]，为玉米高产稳产提供保证。2006-2010年全国涌现出159块15000kg/hm2以上的高产田[5]，最大限度地挖掘玉米的产量潜力是目前的研究热点。大量研究证

实，适宜的施氮量显著增加玉米产量，但施氮量存在一定阙值，过高或过低都不利于玉米高产[3-6]。赵营等[6]研究表明，随着施氮量的增加氮肥表观利用率而降低。刘安能等[7，8]发现高施氮量不利于氮素向籽粒转运，造成玉米产量下降。景立权[9]发现在超高产栽培条件下，施氮量450kg/hm2时，总粒数、籽粒产量达到最高值。大量试验论证了中高产夏玉米田块的最佳氮肥施用量为225kg/hm2。本实验通过设置300kg/hm2、450kg/hm2的高施氮水平，探究超高产玉米氮肥施用量，优化氮肥投入，获得最大的产量效益，为夏玉米超高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验位于市农科院，于2012年5月-2012年10月进行，试验地地力均匀，地势平坦。是河南玉米主产区。

供试品种为夏玉米郑单958, 保护行为浚单29，2012年6月10号播种，6月21号出苗，种植密度4500株/亩，行距66.6cm，株距22.2cm。

1.2 试验设计

1.2.1 基础水分测定

试验水分测定：用环刀分别取0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm土层土样，重复3次取样。用环刀内原状土柱测定田间持水量，并测出相应的土壤容重值。相对含水量=土壤含水量（%）/田间持水量（%），根据各处理的水分控制水平，按0.6米土壤深度，整个生育期依据缺水指标（苗期低于田间持水量的60%；穗期低于田间持水量的75%），适当补足各处理水平夏玉米生长阶段所需的灌溉水量，低于该指标则采用地面畦灌或滴灌带供水方式补灌50m3/亩水。降雨较多造成田间积水应及时排涝。 1.2.2 氮肥处理

设置三个处理，分别为N1：不施氮肥，完全由土壤供氮；N2：施纯氮300kg/hm2（追施总氮量-土壤供氮）；N3：施纯氮450kg/hm2（追施总氮量-土壤供氮）。分别在玉米7片展开叶和12片展开叶追施氮肥施用总量的30%和70%。在播前和11片展开叶时测定土壤供肥能力，每次追施氮肥总量根据播前取0-20cm、20-40cm土样，分析土壤速效氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）含量，根据每生产100kg 经济产量吸收N:P2O5:K2O的比例为2.40:1:2.73，同时依据土壤磷的有效量计算耕层（0-30cm，耕层重量15万公斤）土壤供应氮、磷、钾量，再依每个处理控制水平，追施总量减去土壤供肥量，即为追施的纯氮、磷、钾量。施用的氮肥为尿素，钾肥为进口氯化钾，磷肥为过磷酸钙，在7片展开叶，氮肥、磷钾肥、硫酸锌（2公斤/亩）同时施入。

1.2.3 试验小区

试验设置在高肥地块，采用单因素随机区组试验设计，重复3次。小区面积126m2（21m长，6m宽，10行区），处理间和四周设置2米隔水带，小区四周起高垄，地面平整，便于灌水。试验总用地71m长，26m宽，共1846m2（2.77亩），试验净用地63m长，18m宽，共1134m2(1.70亩)。

1.3 生理生态及产量指标

每个小区中间2行用于测产。5叶定苗后，除中间两行外在每个小区随机选取标记生长一致的30棵苗挂牌，测定生理和产量指标。 1.3.1 土壤质量含水量

冬小麦收获后在N1、N2、N3小区内分别选取3个点，用环刀在0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm土层取样，统一测定。 1.3.2 土壤养分

在夏玉米播种时，在9个小区取0-20cm、20-40cm土壤，1kg基础土壤用于分析土壤的有机质、速效氮磷钾、全氮含量。11叶期和收获期在各小区三次重复调查。

1.3.3 穗位叶SPAD值

各处理分别取9株玉米，在抽穗期使用SPAD-502叶绿素仪分别夹住穗位叶片中部、上部及下部进行测定，取平均值表示其叶绿素含量。 1.3.4 荧光参数的测定

使用FMS-2型脉冲调制式叶绿素荧光分析仪（英国Hansa-tech公司生产）测定，将叶片夹夹在玉米穗位叶中部，测定前叶片暗适应15min，光化学强度400μmol·m-2·s-1·min。光系统Ⅱ的实际光化学效率计算公式:φPSⅡ=(Fm′-Fs)／Fm′。

1.3.5 产量及产量构成因素

在收获期每小区收获中间5m双行调查株数和空杆率，按常规方法调查单株成穗数、穗重。取10穗进行考种（穗长、秃尖长、穗粗、穗粒数、穗粒重），脱籽粒后晒干（含水量≤13%）进行产量测定。

1.4 数据分析

试验数据用Excel软件和DPS软件等进行系统数据的处理并作图。

2 结果与分析

2.1土壤播前水分状况

从图1可知处理N1与N2、N3的的质量含水量总体呈先下降后平稳的趋势，

0-20cm土层的质量含水量明显高于20-40cm土层。20-100cm质量含水量基本持平。说明整个试验地苗期墒情良好，利于出苗，土壤蓄水保墒能力较强。不同处理间0-60cm的土壤质量含水量呈N1﹤N2﹤N3的规律，但未达到显著性差异，土壤水分状况基本一致稳定。

图1.不同处理不同土层的土壤质量含水量

Fig. 1 Different treatments in different soil layer of soil gravimetric moisture content

2.2不同处理夏玉米的SPAD值

由图2可以看出，在抽雄期施氮肥处理的SPAD值均明显高于不施氮肥的对照处理。此时期的SPAD值表现出N1﹤N2﹤N3处理的规律，N2、N3处理分别高出N1处理3.5和7.5个SPAD单位。说明随着施氮水平的不断提高夏玉米叶绿素含量明显增加，表明氮量对于增加叶绿素含量效果明显，有助于玉米进行光合作用，奠定丰产基础。

图2.不同处理夏玉米抽雄期的SPAD值

Fig. 2 Different SPAD value of summer maize treatments

2.3不同处理夏玉米荧光参数

Fv／Fm表示PSⅡ最大光化学量子产量，反映PSⅡ反应中心内部光能转换效率，亦称为最大PSⅡ的光能转换效率[10]。通过表1可知在抽雄期N1、N2和N3氮素处理的最大光化学量子产量差异极小。说明超高产田块上，此时期玉米各处理光能转换效率均处于较高水平，吸收的光都能较多的进入光化学过程。

φPSⅡ表示实际光化学量子产量，反映PSⅡ反应中心在部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率。表1显示，在玉米抽雄期，N1、N2的φPSⅡ基本一致，明

显低于N3处理。N3处理分别比N1和N2处理高4%。说明虽然不同处理的最大光化学量子产量基本一致，但高水平氮肥处理的实际光化学效率也较高。高水平氮处理的光化学活性强，对光环境的调节和适应能力高于低水平的氮处理。

ETR表示电子传递速率。呈N1﹤N2﹤N3处理的规律，N3处理的ETR值最高为2.63。N2、N3处理的ETR分别比N1处理高1.6%和6%。说明随着施氮量的增加，抽雄期玉米的电子传递速率不断提高，光能转化率逐渐增加。

表1.不同处理对夏玉米抽雄期荧光参数影响

Tab.1 Different treatments summer maize fluorescence parameters

处理 N1 N2 N3

Fv/Fm 0.86 0.85 0.86

φPSⅡ

0.75 0.75 0.78

ETR 2.48 2.52 2.63

2.4 不同处理夏玉米产量构成因素分析

由表2可知，N1、N2和N3处理玉米的穗长、穗粗、穗行数、行粒数、禿尖长、百粒重等产量构成因素之间差异均不显著。但在穗粗、穗行数、行粒数方面表现出N3﹥N2﹥N1的变化趋势，N3和N2处理的禿尖长比N1处理下降52.7% 和45.5%。百粒重呈现处理N1﹥N3﹥N2的规律。随着氮肥施用量的增加，穗粗、

表2.不同处理夏玉米产量构成因素的比较

Tab.2 Comparison of yield factors of summer corn under different fertilizer conditions 处理

穗长(cm)

穗粗(cm)

穗行数（行） 行粒数（粒） 秃尖长(cm) 百粒重（g）

N1 N2 N3

18.34a 16.97a 17.87a

5.37a 5.43a 5.46a

15.33a 15.60a 15.60a

35.73a 36.53a 37.67a

0.55a 0.30a 0.26a

35.16a 33.76a 34.12a

注:小写字母表示P=0.05,为显著水平

Note: The lowercase letter expresses P=0.05, the significant level

穗行数、行粒数逐渐增加，秃尖长下降明显，百粒重先降后升。说明氮肥的增产效应是使穗粒数增多，粒重减小。高氮处理又使粒重增加，但仍低于对照处理。 施氮量的提高有利于玉米干物质的积累。在亩穗数相同的试验条件下，每穗粒数增加较多，尽管百粒重呈下降趋势，但其负效应并没有冲抵氮素处理增产的效果，施氮量与玉米产量构成因素仍表现了较好的一致性。

2.5 不同处理增产效应分析

表3表明N3处理比N1、N2处理分别增产4.5%，5%，随着施氮量的提高夏

玉米产量呈上升趋势。N2处理基本没产生增产效果，可能是小区地力较低的原因。不同处理之间无显著性差异，增产效果不明显。综合表明，高肥力地块中，中氮水平处理与对照基本没有差异，高氮处理增产效果突出。当施肥量为450kg/hm2时，产量最高为14030kg/hm2。

表3.不同处理产量的增产百分比

Tab.3 Percentage increase production of different treatments

处理

产量(kg/hm2)

增产(kg/hm2)

增产率(%)

N1 N2 N3

13422a 13355a 14030a

0 -67 607

0 -0.5 4.5

3 讨论与结论

3.1 施氮量对抽雄期的SPAD值的影响

抽雄期是玉米从营养生长转到生殖生长的关键时期，也是施用氮肥的重要时期。在抽雄期测定SPAD值时最为准确[1]，叶绿素仪测定叶绿素含量、氮肥施用量之间有很好的相关性[10]，能准确反映玉米产量。不同施氮处理抽雄期夏玉米穗位叶的片叶绿素含量差异明显。试验表明随着施氮量的增加，叶绿素含量也相应增加。表明氮肥充足有利于夏玉米穗位叶叶绿素的合成和积累。本试验表明N3处理最为明显地增加了抽雄期夏玉米穗位叶叶绿素含量。这与张秋英[11]的研究结果相一致。SPAD值低的叶片会由于缺氮导致叶片光合速率较低，衰老失绿较快，抑制营养物质运输和积累[2]。所以，提高氮肥施用量有利于玉米物质运输和积累，增产效果明显。

3.2 施氮量对抽雄期荧光特性的影响

在抽雄期不同氮素处理的最大光化学量子产量差异极小。关义新等[12]的试验则表明随着氮水平的降低，最大光化学量子产量降低。造成不一致结果的原因可能是超高产田块的基础肥力良好使不施氮处理的光能转换效率较高，玉米抽雄期的最大光化学量子产量本身处于高水平，不同处理间差异不明显。两个氮肥处理的氮肥施用量大，Fv/Fm均较高。

抽雄吐丝后，各处理的实际光化学速率随氮肥施用量的提高而呈增加的规律。N3处理的参数值最高，明显高于表现一致的其它两组处理。施氮可以提高玉米的实际光化学速率，且中低氮素条件下作用不甚明显，高氮水平时作用才较好表现。高氮处理玉米群体的光化学活性强，对光环境的调节和适应能力好。

抽雄与灌浆这两个时期的电子传递利用速率较高。试验表现为随着施氮量的

不断增加抽雄期ETR值也相应的增长。施氮量的变化对于电子传递速率的影响比较敏感，不同氮肥施用量表现一定的差异性。高氮处理光能转化率高，更有利于玉米的光化反应。合理供给氮素能显著影响玉米叶的光合速率及叶绿素荧光特性，改善叶肉细胞光合能力，提高生育后期叶片光合强度和延长玉米高光合效率持续期 [13，14]，为玉米丰产创造条件。

3.3 施氮量对产量及产量构成因素的影响

施氮量的多少对于最终玉米的经济产量有至关重要的影响。分析结果表明，随着施氮量的增加，穗粗、穗行数、行粒数逐渐增加。秃尖长随着施氮量的增加而下降，这些产量性状的增产效应抵消了由于百粒重降低所带来的减产负效应。本试验表明施氮量为450kg/hm2时，穗粒数、籽粒产量和产量达到最高值，与景立权的研究结果一致。高氮肥施用量能产生稳定的增产效果。刘淑军[7]试验研究发现较高施氮条件下氮肥的施用量对穗粗影响未达到显著性差异水平，与我们的试验结果吻合。施用氮肥可以提高顶部籽粒灌浆速率，籽粒体积却有下降趋势[15]，使禿尖长缩短，穗行数、行粒数增加。玉米整个生育期的降水偏少，高氮的处理的梯度使各个生育期的群体形状与农艺参数的差异明显，产量及其构成因素也表现了一致性的特点。N2处理可能由于土壤地力差异等因素的影响掩盖了增产效应。试验设置氮素梯度存在局限，控氮处理为450kg/hm2，增产最为显著。但作为试验边际并不能充分说明这是氮肥增产的最高限度或最适用量。可以适当扩大处理幅度和相应的提高氮素用量精度的比较。

3.4水氮耦合对试验的影响

氮肥增产效果确实明显，但不同氮肥施用量在产量构成因素以及荧光特性等方面的处理效果并不明显。因为土壤的保墒能力主要表现在20-40cm耕层，试验地0-20cm的土壤耕层质量含水量高于下层，这种墒情可以很好的缓解玉米植株前期根系较不发达造成的生长滞缓，苗期玉米长势较好。大量试验[16,17]证明水氮耦合才能充分发挥水肥优势。本试验在超高产田块进行，土壤基础肥力充实，氮素含量相对较高，当地的季度降雨量较往年有明显下降，后期降水不足。水氮耦合作用没有很好的发挥出来，遮掩甚至削减了氮素的处理效应。不同处理均表现较高的产量特征。

综合以上试验结果表明，在河南玉米超高产田块中，施氮量为450kg/hm2时，夏玉米达到最高产量14030kg/hm2。施氮量在0-450kg/hm2范围内，随着施氮量的提高，夏玉米抽雄期叶片的叶绿素含量增加、荧光特性不断增强、产量构成因素的增产效应更加明显、产量也相应的提高。精确玉米超高产群体的最佳氮肥施用量，提高氮肥利用率，最大限度地挖掘产量潜力，为农业发达地区提供适宜的超

高产夏玉米施氮模式，科学合理的施用氮肥以期取得更大的经济和社会效益具有重要的指导作用。

致谢

参考文献：

[1]童淑媛,宋凤斌.SPAD值在玉米氮素营养诊断及推荐施肥中的应用[J].农业系统科学与综合研究,2009,25(5):233-238

[2]许东恒,石玉海.氮肥运筹对玉米叶片光和速率比叶重和SPAD值的影响[J].玉米科学,2010,18(6):102-106

[3]Binder D L, D H Sander, D T Waiters.Maize response to time of nitrogen application as affected by level of nitrogen deficiency [J].Agronomy Journal, 2000, 92:1228-1236

[4]Butte M T．National Center for Appropriate Technology[EB／OL.(2004-03-10)[2005-01-05].http://www.neat.ore./nutrients/hypoxia/hypoxia.htm1

[5]陈国平,高聚林,赵 明.近年我国玉米超高产田的分布、产量构成及关键技术[J].作物学报,2012,38(1):8O-85

[6]赵营,同延安,赵护兵.不同供氮水平对夏玉米养分累积、转运及产量的影响[J].植物营养与肥料学报,2006,12(5):622-627

[7]刘淑军,黄 晶.氮肥用量对旱地玉米产量及产值的影响[J].湖南农业科学,2012,(15)：41-43 [8]孟兆江,刘安能,吴海卿.商丘试验区夏玉米节水高产水肥耦合数学模型与优化方案[J].灌溉排水,1997,16(4):20-23

[9]景立权,袁建华.精确施氮对苏玉20产量及群体质量的影响[J].扬州大学学报,2012,33(3):63-67

[10]李志宏,张云贵,刘宏斌.叶绿素仪在夏玉米氮营诊断中的应用[J].植物营养与肥料学报,2005,11(6):7-768

[11]张秋英,李发东,刘孟雨.冬小麦叶片叶绿素含量及光合速率变化规律的研究[J].中国生态农业学报,2005,13(3):95-98

[12]关义新,林 葆,凌碧莹.光氮互作对玉米叶片光合色素及其荧光特性与能量转换的影响[J].植物营养与肥料学报,2000,6(2):152-158

[13]孙年喜,宗学凤,王三根.不同供氮水平对玉米光合特性的影响[J].西南农业大学学报，2005,27(2):3-392,396

[14]Niger M, Edmonds G O, Lafitte R.H. Selection for drought tolerance increases maize yields

across a range of nitrogen levels[J].Crop Science,1999,39(4):1035-1040

[15]申丽霞,王 璞,张红芳.施氮对夏玉米不同部位籽粒灌浆的影响[J].作物学报,2005,31(4):532-534

[16]徐学选,陈国良,穆兴民.春小麦水肥产出协同效应研究[J].水土保持学报,1994,8(4):72-78 [17]张和平,刘晓楠.黑龙港地区冬小麦生产中水肥关系及其优化灌水施肥模型研究[J].干旱地区农业研究,1992,10(1):32-38