施氮量与地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能及氮肥利用效率的影响
葛均筑1,2, 李淑娅1,2, 钟新月1, 袁国印1,2, 徐莹1, 田少阳1, 曹凑贵1, 翟中兵3, 刘诗晴3, 展茗1,*, 赵明2,*
1华中农业大学植物科技学院 / 农业部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室, 湖北武汉 430070
2中国农业科学院作物科学研究所 / 农业部作物生理生态重点实验室, 北京 100081
3武穴市现代农业示范中心, 湖北武穴 435415
* 通讯作者(Corresponding authors): 赵明, E-mail:zhaomingcau@163.net, Tel: 010-82108752; 展茗, E-mail: , Tel: 027-87283775

第一作者联系方式: E-mail:gjz0121@126.com Tel: 027-87283775

摘要

以宜单629为试验材料, 于2012—2013年在湖北武穴通过大田试验, 研究施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米产量及其性能参数的调节效应以及氮肥利用效率的影响。结果表明, 增施氮肥促进春玉米生长发育, 抽雄期和吐丝期提前8~12 d, 延长籽粒灌浆期2~6 d, 全生育期减少2~7 d; 地膜覆盖促进种子萌发和玉米植株发育, 种子出苗提前7~8 d, 抽雄期和吐丝期提前6~11 d, 生理成熟期提前3~6 d。增施氮肥和地膜覆盖优化长江中游春玉米产量性能参数, 增施氮肥使平均叶面积指数(MLAI)提高81.18%~112.38%, 平均净同化率(MNAR)提高19.20%~25.82%, 穗粒数(GN)和千粒重(GW)增加72.61%~95.30%和13.09%~21.26%; 同等施氮条件下, 地膜覆盖提高MLAI (11.12%~ 17.12%)、MNAR (0.80%~10.66%)、HI (0.44%~6.50%)、GN (7.02%~16.07%)和GW (5.64%~7.93%); 由于产量性能参数间的超补偿作用, 增施氮肥和地膜覆盖使春玉米籽粒产量提高6.80%~24.66%和7.16%~22.19%。施氮量增加显著降低春玉米氮肥利用效率, 氮肥偏生产力(PFPN)和氮肥农学利用效率(ANUE)分别降低31.34%~51.20%和30.39%~ 42.12%; 地膜覆盖促进春玉米的氮素吸收能力, 显著提高春玉米氮肥利用效率, PFPN和ANUE分别提高18.30%~ 31.67%和25.83%~56.80%。统筹考虑长江中游春玉米产量性能优化补偿增产机制和氮肥利用效率特征, 可选用优化施氮量202.5~270.0 kg hm-2和覆膜增温降渍, 其产量可达8995~9220 kg hm-2

关键词: 春玉米; 氮肥用量; 地膜覆盖; 产量性能; 氮肥利用率
Effects of Nitrogen Application and Film Mulching on Yield Performance Parameters and Nitrogen Use Efficiency of Spring Maize in the Middle Reaches of Yangtze River
GE Jun-Zhu1,2, LI Shu-Ya1,2, ZHONG Xin-Yue1, YUAN Guo-Yin1,2, XU Ying1, TIAN Shao-Yang1, CAO Cou-Gui2, ZHAI Zhong-Bing3, LIU Shi-Qing3, ZHAN Ming1,*, ZHAO Ming2,*
1Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation (The Middle Reaches of the Yangtze River) of Ministry of Agriculture / College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China
2Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology of Ministry of Agriculture / Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
3 Wuxue Modern Agriculture Demonstration Center, Wuxue 435415, China
Abstract

A two-year field experiment using maize hybrid Yidan 629 with nitrogen (N) application and film mulching was conducted in Wuxue, Hubei Province, during 2012-2013 growing season to study the characteristics of yield performance parameters and N use efficiency of spring maize in the Middle Reaches of Yangtze River. The results showed that film mulching could make an earlier seed germination times of 7-8 d, N application and film mulching could promote the vegetative growth of spring maize, the tasseling stage and silking stage were advanced 8-12 d and 6-11 d, respectively, the maturity stage advanced 2-7 d and the physilogical maturity stage advanced 3-6 d. Compared with the control, the yield performance parameters of spring maize such as mean leaf area index (MLAI), mean net assimilation rate (MNAR), harvest index (HI), grain number per ear (GN) and 1000-kernels weight (GW) increased by 81.18%-112.38%, 19.20%-25.82%, 72.61%-95.30%, and 13.09%-21.26% in N application treatment, and increase 11.12%-17.12%, 0.80%-10.66%, 0.44%-6.50%, 7.02%-16.07%, and 5.64%-7.93% in film mulching treatment. With the super compensative effect of yield performance parameters, the grain yield of spring maize increased by 6.80%-24.66% and 7.16%-22.19%, respectively, resulting from N application and film mulching. The N use efficiency was significantly reduced with increasing N application, the partial factor productivity (PFPN) and nitrogen agronomic efficiency (ANUE) were decreased 31.34%-51.20% and 30.39%-42.12%. Film mulching enhanced N absorbing ability of spring maize, and increased PFPN and ANUE 18.30%-31.67% and 25.83%-56.80%, respectively. Comprehensive considering the super compensative effect of yield performance parameters and the characteristics of N use efficiency, achieving high yield of 8995-9220 kg ha-1in spring maize needs the N application of 202.5-270 kg ha-1 with film mulching in the Middle Reaches of Yangtze River.

Keyword: Spring maize; Nitrogen application; Film mulching; Yield performance parameters; Nitrogen use efficiency
0 引言

玉米是我国第一大粮食作物, 存在区域间发展不平衡现象, 发展南方玉米是解决南方玉米“产需矛盾”, 保障国家粮食安全的根本途径[ 1]。氮素是玉米生长发育的重要营养元素, 影响玉米籽粒产量和品质[ 2], 随肥料投入的增加, 肥料利用效率逐渐下降, 我国玉米肥料生产效率由13.8 kg kg-1下降至11.5 kg kg-1[ 3], 合理施氮能够提高玉米产量和氮肥利用效率, 同时减轻环境负担[ 4]。国内外学者围绕施氮量对玉米产量的影响开展了大量研究[ 5, 6, 7], 并从施氮时期[ 8]、次数[ 9]以及收获期[ 10]分析施氮量对玉米产量的影响规律。地膜覆盖具有提高土壤温度, 降低田间水分蒸发, 促进土壤微生物活动, 提高肥料利用效率和作物产量等作用[ 11, 12, 13], 在小麦[ 14]、玉米[ 15, 16]、水稻[ 17]等作物都有相关研究。针对地膜覆盖和氮肥互作对作物产量的影响, 蒋耿民等[ 15]探讨了揭膜时期和施氮量对西北春玉米产量的影响, 罗付香等[ 18]研究表明覆膜可显著降低酰胺态氮肥和缓控释肥的氮素流失, 提高玉米产量和氮肥效率, 李强等[ 19]研究了旱地小麦氮肥管理和地膜覆盖下产量及氮肥利用效率变化规律。我国西南和南方玉米区特别是长江中游具有丰富气候资源, 但春玉米生长季内特别是播种至拔节期间易遭受低温和渍害等非生物逆境胁迫, 地膜覆盖可以缓解春玉米生长季的低温和渍害逆境[ 20, 21], 但有关本区域春玉米地膜覆盖后施氮量对产量及氮肥利用效率的影响未见报道。

“三合结构理论”将产量性能定量化[ 22], 构建了产量性能方程Yield = MLAI × MNAR × D × HI = EN × GN × GW, 由方程可知玉米产量是产量性能参数相互补偿协调的结果[ 23]。针对玉米产量提高过程中产量性能参数的变化规律, 国内学者从播期[ 24]、收获期[ 25]、种植密度[ 26]、生态因素[ 27]、土壤深松[ 28]以及超高产水平[ 29]和周年栽培模式[ 30]等角度进行了系统深入的研究。但是施氮量作为调控玉米产量的重要栽培措施, 其对玉米产量性能参数的影响未见相关研究报道。

为此, 本文结合长江中游春玉米地膜覆盖增温降渍的生产特点, 研究地膜覆盖不同施氮量对长江中游春玉米产量性能和氮肥利用效率的影响, 以明确长江中游春玉米高产产量性能特征和适宜施氮量, 为长江中游春玉米乃至西南和南方春玉米高产高效栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法
1.1 试验地基本情况

湖北省武穴市现代农业示范中心试验基地(30°00′ N, 115°44′ E)具亚热带季风性湿润气候, 多年日照辐射总量为4470 MJ m-2, 年降雨量为1278.7~1442.6 mm, 年平均气温16.8℃。2012年和2013年试验期间气象数据见图1。试验地土壤为冲积型沙壤土, 0~20 cm土层pH 5.73, 含有机质31.37 g kg-1、全氮1.944 g kg-1、速效磷27.3 mg kg-1、速效钾120.6 mg kg-1

图1 2012年(A)和2013年(B)春玉米生育期间日降雨量和日均温Fig. 1 Daily total rainfall and average temperature of the experiment site during the growing period of spring maize
in 2012 (A) and 2013 (B)

1.2 试验设计

2012—2013年种植春玉米品种宜单629, 定苗密度为60 000株hm-2。采用裂区设计, 主区为氮肥用量, 5个施氮量水平分别为0 kg N hm-2(F0)、135 kg N hm-2(F1)、202.5 kg N hm-2(F2)、270 kg N hm-2(F3)和337.5 kg N hm-2(F4); 副区为地膜覆盖(film mulching, M)和无地膜覆盖(no film mulching, NM)。因地膜覆盖玉米生育期内不能追肥, 仅于播种时一次性基施肥料, 全生育期用量为P2O5150 kg hm-2, K2O 180 kg hm-2, 试验用复合肥料为山东金正大生态有限公司生产的沃夫特玉米专用缓控释肥(N∶P2O5∶K2O为22∶8∶12), 以N肥为计算单位, P2O5和K2O用量分别用过磷酸钙(含P2O5 12%)和氯化钾(含K2O 60%)补足。

3月上旬选用旋耕机将田块旋耕15~18 cm, 并使土壤细碎、疏松。采用厢沟种植方式, 即以铧犁式开沟器将耕地整成200~210 cm宽厢面, 厢与厢之间开30~40 cm宽沟, 沟深20~30 cm, 厢沟模式单位宽度240 cm。40 cm+80 cm宽窄行播种4行, 小区为长7 m、宽9.6 m的4厢16行区, 小区重复3次。小区边做30 cm宽埂, 用黑色可降解微膜包埂, 小区间留50 cm间隔区。播种前在40 cm窄行中间开15~20 cm深肥料沟, 撒施肥料, 肥料沟两侧开2~ 3 cm深播种沟同时掩埋肥料沟, 人工点播玉米种子后覆土。将200 cm宽可降解微膜厢面覆膜拉紧、拉平, 四边用土封压严实, 每隔1 m在厢中间纵向压一土块, 防止大风揭膜。在出苗后及时破膜放苗, 二至三叶期间苗, 四至五叶期定苗, 按玉米高产田进行田间管理。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 籽粒产量及其构成因素 在玉米籽粒生理成熟后, 选取小区中间无破坏行4行, 连续4 m长, 统计穗数折合成公顷穗数(EN), 取代表性植株10株, 烘干全株以计算收获指数(HI = ∑籽粒干重 / ∑全株干重), 收获剩余穗子, 计算平均穗鲜重, 选取接近于平均穗鲜重的样穗20穗, 自然风干后室内考察穗粒数(GN)和千粒重(GW), 产量(Yield) = 20穗样穗籽粒重(折算按籽粒含水量为14%) × EN/20, PM8088谷物水分测定仪测定籽粒含水量。

1.3.2 平均叶面积指数(MLAI) 玉米定苗后各小区选取代表性植株30株挂牌标记, 拔节期(V6)、大口期(V12)、开花期(VT)、花后15 d (R2)、30 d (R3)、45 d (R4)从每小区取样3株, 生理成熟期取10株, 测量叶长(l)和叶宽(d), 叶面积(LA) = ∑ l×d×0.75, 叶面积指数(LAI)=LA/10 000×6。参考张宾等[ 31]方法计算MLAI。

(1)

式中, MLAI为全生育期相对平均叶面积指数; LAImax为生育期内最大叶面积指数。

1.3.3 平均净同化率(MNAR) 根据Evans[ 32]和张宾等[ 22]提出的作物产量性能方程估算下列参数:

MNAR = DMA/LAD (2)

DMA= Y/HI = EN×GN×GW/Y (3)

LAD = MLAI×D (4)

MLAI×D×MNAR×HI=EN×GN×GW (5)

式中, MNAR为平均净同化率, DMA为总干物质积累; LAD为生育期内单位土地面积上的绿叶持续时间; MLAI为生育期内平均叶面积指数; D为出苗至生理成熟天数; HI为收获指数; EN为单位面积收获穗数; GN为单穗穗粒数; GW为单穗千粒重。通 过(2)、(3)和(4)也可以推导出(5)式。由作物产量性能方程可以较好地明确各因素间以及各因素与产量形成的关系。

1.3.4 氮肥偏生产力(PFPN)和氮肥农学效率(ANUE)

按卢艳丽等[ 33]计算方法, 氮肥偏生产力(nitro-gen partial factor productivity, PFPN, kg kg-1 N) = 籽粒产量/施氮量, 氮肥农学效率(agronomic efficiency of nitrogen, ANUE, kg kg-1 N) = (施氮区玉米产量-空白区玉米产量)/施氮量。

1.3.5 数据统计与分析 用Microsoft Excel 2003计算数据和作图, 用SPSS16.0统计软件进行方差和相关性分析, Duncan’s新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析
2.1 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米生育时期的影响

表1可以看出, 与不施氮肥相比, 氮肥可显著促进春玉米生长发育, 拔节期提前1~5 d, 抽雄期和吐丝期提前4~12 d, 延长春玉米生殖生长0~3 d, 提高春玉米生殖生长阶段占全生育期比重3.45%~ 12.65%, 提高产量( P<0.05)。地膜覆盖促进种子萌发和玉米生长发育, 使春玉米出苗提前7~8 d, 抽雄期和吐丝期提前6~11 d, 收获期提前3~6 d, 开花后生殖生长期延长2~6 d, 提高生殖生长阶段占全生育期比重0.50%~9.74%, 显著提高产量(图2)。

表1 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米生育时期的影响(月/日) Table 1 Effects of nitrogen application and film mulching on growth stage of spring maize in the middle Reaches of Yangtze River (month/day)

图2 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米产量的影响MF: 地膜覆盖肥料处理, NMF: 无地膜覆盖肥料处理。误差线上不同小写字母表示处理间差异达0.05显著水平。Fig. 2 Yield of spring maize under different treatments of nitrogen application and film mulching in the Middle Reaches of the Yangtze RiverMF: Film Mulching and nitrogen application; NMF: No Film Mulching and nitrogen application. Different letters above error bars indicate significantly different at 0.05 probability level among treatments.

2.2 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米产量及其性能参数的影响

2.2.1 对产量的影响 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米籽粒的增产趋势在年份间保持一致(图2), 但2013年不同处理间差异比2012年表现更为显著。2012年结果表明, 与F1处理相比, F4处理在地膜覆盖和非地膜覆盖情况下产量提高11.86%和17.08%, 差异达显著水平, 但在其他处理间差异未达显著水平。2013年结果表明春玉米产量随施氮量增加而显著增加, 与F1处理相比, 地膜覆盖其他3个处理产量分别提高6.21%、13.36%和23.67%; 非地膜覆盖下分别增产6.36%、24.5%和46.3%, F1处理与F3和F4处理差异达显著水平, F2和F3与F4处理间差异达显著水平。

地膜覆盖显著提高长江中游春玉米产量, 且随施氮量增加增产幅度显著减小(图2)。在相同施氮水平下, 2012年地膜覆盖春玉米分别增产13.38%、16.46%、13.36%、12.12%和11.26%, 2013年分别为1.23%、45.89%、45.68%、32.79%和23.54%。

2.2.2 对产量性能参数的影响 由表2可以看出, 长江中游春玉米平均叶面积指数(MLAI)随施氮量增加而提高。2012年覆膜和非覆膜均表现为F1和F2与F3和F4处理间差异显著, F1与F2处理间和F3与F4处理间无差异; 2013年4个氮肥处理间MLAI差异均达显著水平。地膜覆盖显著提高春玉米生育期内MLAI, 而且随施氮量增加地膜覆盖对MLAI的影响显著提高。

平均净同化率(MNAR)反映作物光合产物形成产量的能力。长江中游春玉米MNAR呈随施氮量增加而逐渐提高的趋势, 但处理间有波动(表2)。在地膜覆盖下, 施氮量对春玉米MNAR影响差异不显著; 非地膜覆盖下, 2012年F2处理显著高于其他3个氮肥用量处理, 2013年F4处理与F1和F2处理间差异达显著水平。地膜覆盖对长江中游春玉米MNAR整 体无显著影响, 仅F1处理下是否覆膜间差异达显著水平。

表2 氮肥用量和地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能参数的影响 Table 2 Effects of nitrogen application and film mulching on yield performance parameters of spring maize in the Middle Reaches of Yangtze River

增施氮肥和地膜覆盖显著促进长江中游春玉米生长发育(表2)。春玉米生育期天数(D)随施氮量增加而逐渐降低, D值减少2~7 d, 地膜覆盖可以延长籽粒灌浆期, D值增加2~4 d。

长江中游春玉米收获指数(HI)随施氮量增加而提高(表2), 2012年F2处理HI显著低于F4处理, F1与F2和F2与F4间差异未达显著水平; 2013年结果表明地膜覆盖下F4处理HI显著大于其他3个处理, F3大于F1和F2 ( P<0.05), 非地膜覆盖下施氮量对HI影响未达显著水平。2年研究结果表明, 在相同施氮量水平下地膜覆盖对HI无显著影响。

表2可知, 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米穗数的影响无明显规律(表2), 但显著影响穗粒数(GN)和千粒重(GW)。GN随施氮量增加而增加, 2012年结果表明施氮量间GN差异不显著; 2013年结果表明, 地膜覆盖下GN随施氮量增加显著增加, 而非地膜覆盖下F4处理与其他3个处理差异达显著水平。相同施氮水平下, 2013年结果表明地膜覆盖春玉米GN显著大于非覆膜处理。GW随施氮量的增加而显著提高, F1处理显著小于F3和F4两个处理, F1与F2处理间和F3与F4处理间无差异, 2013年地膜覆盖下F2与F3和F4处理差异达显著水平。2年结果分析表明, 地膜覆盖提高GW, 且随施氮量增加显著性逐渐降低, 在F1和F2水平地膜覆盖显著提高GW, 但F3和F4水平差异不显著。

相关性结果表明(表3), 施氮量与长江中游春玉米产量、MLAI、GN和GW呈正相关, 相关性达显著或极显著水平, 与D呈显著(2012)或极显著(2013)负相关, 与MNAR相关性在2013年达显著水平, 与HI和EN均未达显著相关。春玉米产量与光合性能参数MLAI和MNAR呈显著或极显著正相关, 与D呈极显著负相关, 而与HI无显著相关; 产量与产量构成因素EN无显著相关, 与GN和GW相关性达极显著水平。产量性能参数间相关性差异较大, MLAI与D呈极显著负相关, 与GN和GW呈极显著正相关; MNAR与D呈显著负相关, 与GN呈显著正相关; D与GN和GW均呈极显著负相关; 2013年地膜覆盖处理结果表明HI与GN和GW呈显著正相关, 其他3个处理未达显著水平; EN与GN和GW不相关; GN与GW显著正相关。

2.3 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米氮肥利用效率的影响

图3可知, 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米氮肥利用效率的影响在年份间趋势一致。随施氮量增加, 春玉米氮肥偏生产力(PFPN)显著降低, 当施氮量增加至270 kg hm-2时PFPN降低不显著。与F1处理相比, 2年结果表明地膜覆盖下其他3个处理PFPN降低29.31%、44.53%和52.90%, 非地膜覆盖处理分别降低33.36%、42.22%和49.50%。春玉米氮肥农学利用效率(ANUE)随施氮量变化趋势与PFPN一致, 在施氮量增加到202.5 kg hm-2时ANUE降低不显著。地膜覆盖下, F2、F3和F4处理ANUE比F1处理低26.11%、40.26%和47.42%, 非地膜覆盖下分别降低34.66%、33.12%和36.83%。

地膜覆盖显著提高春玉米PFPN和ANUE, 且随施氮量增加差异逐渐减小。在相同施氮量水平下, 春玉米PFPN分别降低27.57% ( P<0.05)、37.48% ( P<0.05)、22.45%和18.95%, ANUE分别降低54.19% ( P<0.05)、88.78% ( P<0.05)、36.83% ( P<0.05)和27.55% ( P<0.05)。

表3 氮肥用量与长江中游春玉米产量性能参数的相关系数 Table 3 Correlation coefficient between nitrogen application and yield performance parameters of spring maize in Middle Reaches of the Yangtze River

图3 氮肥用量和地膜覆盖对长江中游春玉米氮肥偏生产力(A)和氮肥农学利用效率(B)的影响MF: 地膜覆盖肥料处理, NMF: 无地膜覆盖肥料处理。误差线上不同小写字母表示处理间差异达0.05显著水平。Fig. 3 Nitrogen partial factor productivity (PFPN, A) and agronomic efficiency of nitrogen (ANUE, B) under different treatments of nitrogen application and film mulching in the Middle Reaches of the Yangtze RiverMF: film mulching and nitrogen application; NMF: no film mulching and nitrogen application. Different letters above error bars indicate significantly different at 0.05 probability level among treatments.

3 讨论

作物产量取决于作物的生长发育过程。氮素作为植物生长发育的必需养分, 亏缺会导致植株生长速率变慢, 植株变弱, 叶片小而黄, 产量降低。地膜覆盖具有增温保墒的作用[ 15, 34], 促进作物生长发育, 增加全生育期有效积温[ 35], 提高产量。关于氮素供应对玉米生长发育的影响, Ma等[ 36]研究表明玉米氮肥供应不足, 引起玉米叶片早衰, 籽粒提前成熟。本研究表明, 增施氮肥促进长江中游春玉米生长发育, 生理成熟期提前, 全生育期天数减少, 这与Ma等[ 36]研究结果不符。分析主要原因可能是, 在本研究条件下, 随施氮量降低长江中游春玉米营养生长速率减缓, 与其它施氮处理相比, F0处理抽雄期和吐丝期延迟, 营养生长阶段延长8~12 d, 但由于后期脱肥早衰, 生殖生长阶段缩短1~3 d, 导致春玉米生育时期随施氮量减少反而增加2~7 d。经计算, 不同施氮处理春玉米生殖生长阶段积温, 2012年覆膜处理和非覆膜处理分别为1532~1559℃ d和1498~1549℃ d, 2013年为1348~1397℃ d和1256~1310℃ d, 施氮量处理间生殖生长阶段积温差异不显著, 但随施氮量的减少积温降低。刘天朋等[ 37]在四川泸县研究杂交糯高粱也发现, 随施氮量的增加抽穗期和成熟期提前2~3 d, 全生育期减少2~3 d。但由于玉米生育期随施氮量增加反而减少这个现象较为特殊, 是否为长江流域特殊现象或者是地力因素, 需要在长江流域不同地区和不同地力水平下进一步试验验证。Liu等[ 38]研究结果表明地膜覆盖缩短玉米营养生长期, 延长玉米灌浆期, 提高玉米灌浆期占全生育期比重,

显著提高玉米产量。在本研究条件下, 地膜覆盖缩短玉米营养生长期1~3 d, 延长玉米灌浆期2~6 d, 增加玉米灌浆期占全生育期比重0.50%~9.74%, 提高玉米籽粒产量( P<0.05), 与Liu等[ 38]研究结果吻合。

玉米产量主要来源于干物质的积累以及干物质向籽粒的转运分配, 叶面积的大小和高效叶面积持续期以及平均净同化率决定玉米干物质的生产能力[ 22, 25, 39, 40]。玉米产量决定于库容量的大小, 是由穗数、穗粒数和千粒重共同决定的。优化协调产量性能参数, 实现产量性能参数间的相互超补偿作用, 充分发挥产量性能参数的共效差异补偿机制是形成高产的重要途径之一[ 19]。大量研究表明[ 41, 42], 增施氮肥可以提高玉米叶面积指数和收获指数, 增加干物质积累, 增加穗粒数, 优化籽粒灌浆进程, 提高粒重。曹玉军等[ 34]研究表明, 地膜覆盖显著提高春玉米叶面积指数和光合势及干物质积累量, 王勇等[ 43]研究表明地膜覆盖可以增加穗粒数30~57粒, 显著提高千粒重(52.7~101.0 g)。在本研究条件下, 与F0相比, 随施氮量增加长江中游春玉米MLAI增加81.18%~112.38%; MNAR随施氮量增加呈非线性变化趋势, 以F2处理增加幅度最大, 为25.82%, F3处理最小, 为19.20%; 在F1和F2施氮量下长江中游春玉米HI呈降低趋势, 但在F3和F4处理下分别提高2.31%和4.40%; 长江中游春玉米穗粒数和千粒重随施氮量的增加分别增加72.61%~95.30%和13.09%~ 21.26%。相关性分析表明, 施氮量与长江中游春玉米MALI、D、GN和GW呈显著或极显著相关, 与MNAR相关性在2013年为显著水平, 由此可以看出, 增施氮肥不同程度地优化长江中游春玉米产量性能因素MLAI、MNAR、HI和GN、GW, 提高了玉米籽粒产量。在本研究中, 同等施氮量条件下, 覆膜提高长江中游春玉米MLAI 11.17%~17.12%, 增加MNAR 0.80%~10.66%, 提高HI 0.44~6.50%, GN和GW分别提高7.02%~16.07%和5.64%~7.93%。以上分析表明, 地膜覆盖同步提高长江中游春玉米光合性能参数和产量构成参数, 通过产量性能参数的共效差异补偿机制实现了增产( P<0.05)。同时在本研究中, 长江中游春玉米产量随施氮量的增加增产幅度逐渐降低, 说明施氮量对春玉米产量的影响大于地膜覆盖。

作物产量形成对氮素的需要具有一定的范围[ 44], 当过量施氮后造成氮肥利用效率降低[ 45, 46]和环境污染[ 4]。对夏玉米研究表明[ 47], 施氮量从168 kg hm-2增加至240 kg hm-2, 氮肥利用效率从31.5%降低至24.7%, 氮肥偏生产力降低28.1%, 优化氮肥追施比例, 在保证产量同时, 提高氮肥利用效率27.5%, 对小麦[ 48]也有相同结论。在本研究中, 长江中游春玉米PFPN和ANUE随施氮量增加分别降低31.34%~ 51.20%和30.39%~42.12%; 适当减少施氮量, 即从337.5 kg hm-2降低至270 kg hm-2, 春玉米籽粒产量降低7.09%, PFPN和ANUE将分别提高16.75%和11.36%。地膜覆盖增加土壤微生物活性, 提高植物对氮素的吸收能力, 冬小麦研究结果表明[ 19], 地膜覆盖提高PFPN 19.0%~34.8%。在本研究中, 地膜覆盖显著提高长江中游春玉米PFPN和ANUE, 不同施氮量下PFPN和ANUE提高幅度分别为18.30%~31.67%和25.83%~56.80%, 以氮肥用量为202.5 kg hm-2时提高幅度最大, 与李强等[ 19]的小麦研究结果一致。

4 结论

增施氮肥和地膜覆盖可促进长江中游春玉米的生长发育, 显著提高春玉米叶面积指数和叶面积持续期, 增加干物质积累能力和干物质向籽粒的转运, 同时增加库容量, 增加穗粒数和提高千粒重, 充分发挥产量性能参数的共效机制, 实现长江中游春玉米的高产。地膜覆盖提高长江中游春玉米氮肥利用率, 适当降低施氮量可以实现产量和氮肥利用率的协同增长。覆膜条件下长江中游春玉米适宜施氮量为202.5~270 kg hm-2, 其产量可达8995~9220 kg hm-2

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.

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