摘要玉米-大豆套作是西南地区玉米的主要种植模式之一, 研究该模式下玉米适宜的氮肥运筹方式, 对该区玉米生产具有重要指导意义。通过2年田间试验, 研究了施90、180、270和360 kg N hm-2及底肥∶拔节肥∶穗肥=5∶0∶5、3∶2∶5、5∶2∶3对玉米-大豆套作模式下玉米产量及干物质积累与转运的影响。结果表明, 在相同底追比条件下, 玉米产量及干物质积累量随施氮量增加呈先增后减的变化趋势。施180 kg N hm-2可以显著促进玉米穗粒数、千粒重及有效穗数的增加, 提高花前干物质转运量和花后干物质同化量, 植株干物质积累量和最大增长速率亦达到最大; 相同施氮量条件下, 不同底追比对玉米产量及干物质积累的影响表现为: 3∶2∶5 > 5∶0∶5 > 5∶2∶3。氮肥后移(3∶2∶5)可以促进花后干物质积累和向籽粒中转运, 增大干物质最大增长速率, 改善玉米穗部性状, 与传统施肥方式(5∶0∶5)相比, 氮肥后移处理2年平均产量提高了4.11%。施氮量及底追比对产量的交互影响显著, 2010年以施270 kg N hm-2并按3∶2∶5底追比处理玉米产量最高, 与相同底追比条件下施180 kg N hm-2处理差异不显著; 2011年玉米产量以施180 kg N hm-2按3∶2∶5底追比处理显著高于其他处理, 达到7803 kg hm-2。在本试验研究范围内, 施180 kg N hm-2及底追比为3∶2∶5的处理是获得玉米-大豆套作模式下玉米高产的最佳氮肥运筹方式。
关键词:氮肥运筹; 产量; 干物质积累; 玉米; 玉米-大豆套作 Effects of Nitrogen Management on Yield and Dry Matter Accumulation and Translocation of Maize in Maize-Soybean Relay-Cropping System WEN Xi-Chen, WANG Xiao-Chun*, DENG Xiao-Yan, ZHANG Qun, PU Tian, LIU Guo-Dan, YANG Wen -Yu* College of Agronomy, Sichuan Agricultural University / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Southwest China, Ministry of Agriculture, Wenjiang 611130, China
AbstractMaize-soybean relay-cropping system is an important planting pattern in southwest China, in which the proper nitrogen management plays a key role for improving maize production. A field experiment was conducted in two consecutive seasons (2010-2011) with different treatments of nitrogen (N) application rates (90, 180, 270, 360 kg ha-1) and ratios of base fertilizer, jointing fertilizer and earing fertilizer (5:0:5, 3:2:5, 5:2:3) to study the effects of nitrogen management on yield and dry matter accumulation and translocation of maize in maize-soybean relay-cropping system. The results showed that, maize yield and dry matter accumulation increased with increasing N application rates up to 270 kg N ha-1 under the same ratio of base fertilizer to topdressing, and then decreased when N application rate was 360 kg N ha-1. The N application rate of 180 kg ha-1 significantly increased kernels per ear, 1000-kernel weigh, ear number, and help increase translocation efficiency, post anthesis assimilation, plant dry matter accumulation, and the maximum increasing rate, while the N application rate of 360 kg ha-1 had negative effect. The effects of different ratios of base fertilizer to topdressing on maize yield and dry matter accumulation were 3:2:5>5:0:5>5:2:3, postponed N application (B2, 3:2:5) was beneficial to improve dry matter accumulation and translocation to grain, increased the maximum increasing rate and improved ear traits. Compared with conventional ratio of base fertilizer to topdressing (B1, 5:0:5), B2 treatment (3:2:5) had a higher yield 0f 4.11% than B1 (5:0:5) on average of two years. The interaction between N application rates and ratios of base fertilizer to topdressing was significant on maize yield, N application rates of 270 kg ha-1 and the ratio of 3:2:5 reached to the highest yield in 2010 year. No significant difference between 180 and 270 kg N ha-1 with the same ratio of base fertilizer to topdressing (3:2:5) in maize yield was found. In 2011, the yield under N application rate at180 kg ha-1 and ratio of 3:2:5 treatment was significantly higher than that under other nitrogen management. Therefore, the most appropriate nitrogen management is N application rate of 180 kg ha-1 and ratio of base fertilizer to topdressing 3:2:5.
Keyword:Nitrogen management; Yield; Dry matter accumulation; Maize; Maize-soybean relay-cropping Show Figures Show Figures
间套作在中国具有2000多年的悠久历史, 对农业可持续发展具有重要作用。玉米-大豆套作模式是我国西南地区近年来迅速发展起来的一种新型旱地种植模式。该模式集禾本科作物与豆科作物为一体, 有效地提高了土地复种指数和资源利用效率, 最终获得套作体系作物高产或稳产, 具有明显的经济、社会和生态效益[1, 2, 3]。西南地区是我国三大玉米主产区之一, 玉米单产3750~4500 kg hm-2左右[4], 较全国平均产量低300 kg hm-2, 年缺口1500万吨, 如何提高单产, 增加总产是缓解该地区玉米供需矛盾的主要途径。前人对氮肥用量及施氮时期对单作玉米已做了大量研究, 发现施氮有利于提高玉米产量, 分次施氮尤其是增加穗肥比例可以增加玉米群体干物质积累量, 提高最大增长速率, 有利于花后干物质的积累及向籽粒转移[5, 6]。但与单作玉米相比, 禾豆间套作体系由于作物结构与配置差异, 玉米产量和养分吸收利用特性发生改变。Kenneth等[7]在玉米-绿豆间套作体系中发现氮素从绿豆向玉米植株转移的现象, 同时王小春等[8]和雍太文等[9]也研究发现玉米-大豆套作体系中存在着明显的种间氮素促进与竞争作用, 玉米各生育时期地上部生物量及产量均表现套作高于单作, 并且套作有利于玉米植株对氮素的吸收和向籽粒转运。玉米套作大豆后, 适宜施氮量和底追比与传统施肥方式相比是否有差异, 目前还未见报道, 为此, 本文在玉米-大豆套作模式下设计不同施氮量和底追肥比, 研究其对玉米产量及干物质积累与分配的影响, 以期为西南地区该模式下玉米高产高效生产提供科学依据。 1 材料与方法1.1 供试材料与试验田概况供试玉米(Zea mays)品种为川单418, 四川农业大学玉米研究所提供); 大豆(Glycine max)品种为贡选1号, 四川省自贡市农业科学研究所提供。 四川省射洪县瞿河乡新华村(30° 87′ N, 105° 38′ E)试验点属于亚热带温润季风气候区, 试验前已连续分带轮作玉米-大豆3年。土壤类型为紫色土, 质地为中壤土, 试验前耕层(0~20 cm土壤) pH 7.6, 土壤含有机质12.65 g kg-1、速效氮44.14 mg kg-1、速效磷26.79 mg kg-1、速效钾139.00 mg kg-1。 1.2 试验设计于2010— 2011年采用两因素随机区组试验设计, 玉米-大豆套作模式下玉米不同施氮量为A因素, 底肥∶ 拔节肥∶ 穗肥不同底肥追肥比为B因素。 设计A因素4个水平, A1为90 kg N hm-2(尿素, 含N46%), A2为180 kg N hm-2, A3为270 kg N hm-2 (传统施氮量), A4为360 kg N hm-2; B因素包括3个水平, B1为5∶ 0∶ 5 (传统施氮方式), B2为3∶ 2∶ 5 (氮肥后移), B3为5∶ 2∶ 3 (氮肥前移), 共12个处理, 3次重复。采用宽窄行田间配置, 每小区分别种植两带玉米和大豆, 带长4 m, 小区面积16 m2。玉米密度为52 500株 hm-2, 窄行行距40 cm, 宽行行距160 cm, 穴植双株, 株距38 cm, 育苗移栽, 各处理均基施磷肥(过磷酸钙, 含P2O512%) 600 kg hm-2、钾肥(氯化钾, 含K2O 60%) 90 kg hm-2以及配施猪粪水24 000 kg hm-2(含N 0.18%、P2O5 0.12%、K2O 0.08%)。大豆密度为12 000株 hm-2, 行距40 cm, 穴留3株, 穴距25 cm, 大豆基肥施尿素60 kg hm-2、过磷酸钙450 kg hm-2、氯化钾60 kg hm-2, 追肥为初花期后施纯氮27.5 kg hm-2。于2010年4月10日播种玉米, 8月3日收获, 于6月15日播种大豆, 11月7日收获。第2年在第1年的基础上分带轮作, 即在大豆带播种玉米, 玉米茬口播种大豆, 其他管理措施与大田管理一致。 图1 Fig. 1
图1 玉米-大豆套作模式田间布局 i: 玉米窄行行距(40 cm); ii: 大豆行距(40 cm); iii: 玉米-大豆带宽(200 cm)。Fig. 1 Arrangement plan of maize and soybean in the field i: narrow row spacing of maize; ii: row spacing of soybean; iii: strip-width in maize-soybean relay-cropping system.
2 结果与分析2.1 氮肥运筹对玉米产量及产量构成的影响施氮量及底肥追肥比显著影响套作玉米的产量, 且两因素对产量的互作效应显著(表1)。相同施氮量条件下, 不同底追比处理对玉米产量两年均表现为B2> B1> B3, 处理间差异达显著水平。2010年和2011年数据显示, B2处理较B1和B3处理分别平均增产3.15%、8.54%和4.79%、7.17%; 相同底追比条件下, 不同施氮量对玉米产量的影响两年变化规律一致, 均表现为随施氮量增加玉米产量呈先增后减的趋势, A2和A3处理玉米产量显著高于其他施氮处理。不同施氮量和底追比两因素交互影响显著, 两年玉米产量数据表现为, 按B1施肥方式, 低氮(90~180 kg N hm-2)处理高于高氮(360 kg N hm-2)处理; 按B2施肥方式, 适量施氮(180~270 kg N hm-2)处理显著高于其他施氮处理。2010年具体表现为组合间以A3B2处理产量最高, 与传统氮肥运筹A3B1 (270 kg N hm-2, 5∶ 0∶ 5)相比, 产量提高了8.64%; 2011年产量结果有所改变, 以A2B2处理最大, 并与其他处理差异达显著水平, 比A3B1处理提高了10.35%。 表1 Table 1 表1(Table 1)
表1 氮肥运筹对玉米产量的影响 Table 1 Effect of nitrogen management on maize yield in maize-soybean relay-intercropping system
处理 Treatment
A1
A2
A3
A4
平均 Mean
2010
B1
6632.04 b
7336.52 a
7097.30 ab
7021.65 a
7021.88 b
B2
6805.39 a
7520.69 a
7710.67 a
6965.26 b
7250.50 a
B3
6327.92 c
6991.08 b
7129.36 b
6076.00 c
6631.09 c
平均Mean
6588.45 c
7282.76 a
7312.44 a
6687.64 b
F值F-value
A=57.12* *
B=64.10* *
A× B=6.74* *
2011
B1
6983.40 a
7438.56 b
7071.86 b
6538.76 b
7008.15 b
B2
7098.60 a
7803.79 a
7528.30 a
6992.15 a
7355.71 a
B3
6598.61 b
7087.43 c
7171.99 b
6485.97 b
6836.00 c
平均Mean
6893.54 b
7443.26 a
7257.38 ab
6672.29 c
F值 F-value
A=47.98* *
B=62.25* *
A× B=2.94*
Data are the averages of three replicates. Values within the same column followed by different small letters are significantly different at P< 0.05.* Significant difference at P < 0.05; * * Significant difference at P < 0.01. Treatment A1, A2, A3, and A4 represent with treatments of nitrogen (N) application rates 90, 180, 270, and 360 kg hm-2; B1, B2, and B3 represent with treatments of ratios of base fertilizer, jointing fertilizer and earing fertilizer 5:0:5, 3:2:5, and 5:2:3. 数据均为3个重复的平均值, 同列数据后不同小写字母表示达0.05显著水平。* 在P< 0.05差异显著; * * 在P< 0.01差异显著。A1、A2、A3和A4分别为施90、180、270和360 kg N hm-2; B1、B2和B3分别为底肥∶ 拔节肥∶ 穗肥= 5∶ 0∶ 5、3∶ 2∶ 5和5∶ 2∶ 3。
表1 氮肥运筹对玉米产量的影响 Table 1 Effect of nitrogen management on maize yield in maize-soybean relay-intercropping system
不同施氮量和底肥追肥比对玉米有效穗的影响各处理间差异均达显著水平(表2)。氮肥过少(90 kg N hm-2)或过多(360 kg N hm-2)均降低了玉米有效穗数, 氮肥过少玉米空秆率增多, 氮肥过多容易造成苗期“ 烧苗” , 影响玉米生长发育, 最终降低有效穗; 相同施氮量条件下, 不同底追比处理对有效穗的影响两年变化一致, 均表现为B2> B1> B3, 各处理间差异显著。不同施氮量和底追比对玉米有效穗的交互影响显著, 低氮(90 kg N hm-2)时, 传统施肥有利于前期玉米生长, 减少空秆率, 增加玉米有效穗; 适当的施氮量(180~270 kg N hm-2)下氮肥后移有利于增加玉米有效穗数。 表2 Table 2 表2(Table 2)
表2 氮肥运筹对玉米产量构成及穗部性状的影响 Table 2 Effects of nitrogen management on maize yield component and ear traits in maize-soybean relay-intercropping system
处理 Treatment
2010
2011
穗长 Ear length (cm)
秃尖长 Bald length (cm)
有效穗 Ear numbers (No. hm-2)
穗粒数 Kernels per ear
千粒重 1000-kernel weight (g)
穗长 Ear length (cm)
秃尖长 Bald length (cm)
有效穗 Ear number (No. hm-2)
穗粒数 Kernels per ear
千粒重 1000-kernel weight (g)
A1B1
16.66 f
1.57 ab
46032.38 e
534.27 f
279.46 ab
16.98 b
1.55 a
45419.31 d
528.47 b
270.17 b
A1B2
17.08 e
1.43 c
45002.00 i
556.33 de
278.81 b
16.96 b
1.61 a
47502.39 b
534.60 b
273.05 b
A1B3
17.02 e
1.59 a
44502.38 j
535.66 f
274.04 b
16.45 b
1.60 a
45002.38 e
509.00 c
273.80 b
A2B1
17.06 e
1.45 bc
50416.69 b
577.60 bc
285.34 a
18.08 a
1.48 ab
50502.38 a
551.40 a
279.06 a
A2B2
18.46 a
1.33 cd
51669.19 a
598.60 a
290.34 a
18.40 a
1.45 ab
51502.53 a
565.73 a
288.58 a
A2B3
18.19 b
1.43 c
45418.94 g
542.20 ef
278.18 b
17.05 b
1.56 a
46920.88 c
522.13 ab
281.45 ab
A3B1
18.43 a
1.23 de
45668.94 f
561.33 cde
286.94 a
17.97 a
1.50 a
47085.69 c
530.73 b
287.29 a
A3B2
18.31 ab
1.35 cd
49368.81 c
589.87 ab
289.26 a
18.04 a
1.43 b
49837.56 ab
535.87 b
286.42 a
A3B3
18.08 bc
1.33 cd
49579.14 c
558.23 cde
283.66 a
17.92 a
1.41 b
48585.56 ab
533.07 b
283.46 a
A4B1
17.90 c
1.14 e
45252.31 h
554.00 def
277.68 b
16.52 b
1.21 c
45585.44 d
527.27 b
282.05 a
A4B2
17.25 de
1.33 cd
45068.65 i
568.40 cd
287.08 a
16.84 b
1.43 b
47752.44 b
537.13 ab
280.22 ab
A4B3
17.41 d
1.33 cd
46085.69 e
534.93 f
277.91 b
16.75 b
1.37 c
46254.19 d
525.73 ab
280.36 ab
A1-avg.
16.92 d
1.53 a
45178.92 d
542.09 b
277.44 b
16.79 b
1.59 b
45974.69 b
524.02 b
272.34 c
A2-avg.
17.90 b
1.40 b
49168.28 a
572.80 a
284.62 a
17.85 a
1.50 bc
49641.93 a
546.42 a
283.03 ab
A3-avg.
18.27 a
1.30 c
48205.63 b
569.81 a
286.62 a
17.97 a
1.45 cd
48502.94 ab
533.22 a
285.72 a
A4-avg.
17.52 c
1.27 c
45468.88 c
552.44 b
280.89 ab
16.70 b
1.34 d
46530.69 b
530.04 a
280.87 b
B1-avg.
17.52 a
1.35 a
46842.58 b
556.80 b
282.35 a
17.39 ab
1.43 a
47148.20 b
534.47 a
279.64 a
B2-avg.
17.78 a
1.36 a
47777.16 a
578.30 a
286.37 a
17.56 a
1.48 a
49148.73 a
543.33 a
282.07 a
B3-avg.
17.68 a
1.42 a
46396.54 c
542.76 c
278.45 a
17.04 b
1.49 a
46690.75 b
522.48 b
279.77 a
F值F-value
A
21.89* *
27.29* *
9.43* *
11.99* *
2.46
19.37* *
10.24* *
10.83* *
4.53*
11.23* *
B
1.53
2.01
7.53* *
23.77* *
3.11
3.94*
1.06
8.45* *
7.38* *
0.83
A× B
4.99* *
4.75* *
3.89* *
1.41
0.33
1.62
1.68
1.60
1.57
0.96
Data are the averages of three replicates. Values within the same column followed by different small letters are significantly different at P< 0.05.* Significant difference at P < 0.05; * * Significant difference at P < 0.01. Abbreviations are the same as those given in Table 1. 数据均为3个重复的平均值, 同列数据后不同小写字母表示达0.05显著水平。* 在P< 0.05差异显著; * * 在P< 0.01差异显著。缩写同表1。
表2 氮肥运筹对玉米产量构成及穗部性状的影响 Table 2 Effects of nitrogen management on maize yield component and ear traits in maize-soybean relay-intercropping system
产量各构成因素中, 穗粒数受施氮量和底追比的影响最大。不同底肥追肥比处理下, 两年试验的处理间差异均极显著, 表现为B2> B1> B3; 穗粒数随施氮量增加而先增后减, 以A2处理最大, 各处理间差异未达显著水平。施氮量和底追比二因素对穗粒数的交互影响不显著, 两年均以A2B2处理下玉米穗粒数最多, 2010年和2011年分别为598.60粒和565.73粒。 两年的千粒重在90~270 kg N hm-2施氮范围内均随施氮量的增加而显著增加, 但氮肥过量(360 kg N hm-2)会导致千粒重下降; 各处理千粒重变化受底追比影响较小, 具体表现为B2处理下千粒重高于其他施氮方式。施氮量和底追比两因素对千粒重的交互影响不显著, 2010年和2011年均以A2B2处理下千粒重最大。 相同底追比条件下, 施氮能显著降低玉米秃尖长, 玉米穗长随施氮量的增加而增加, 氮肥过少(90 kg N hm-2)或过多(360 kg N hm-2)均降低玉米穗长, 适量施氮(180~270 kg N hm-2)有利于提高玉米穗长; 相同施氮量条件下, 底肥追肥比对玉米秃尖长和穗长影响不大, 氮肥前移有利于增加玉米穗长, 缩短秃尖长。2010年施氮量和底追比两因素对穗长的交互影响极显著, 低氮(90~180 kg N hm-2)水平下, 按B2施氮方式玉米穗长显著高于其他处理; 高氮(270~360 kg N hm-2)水平下, 按B1施氮方式有利于提高玉米穗长, 组合间以A2B2处理下穗长最长。 2.2 氮肥运筹对玉米干物质积累与转运的影响2.2.1 对单株玉米干物质积累的影响 从表3可知, 玉米各生育时期的干物质积累在施氮量处理间表现一致, 均随施氮量的增加呈先增后减的变化趋势, A2处理下最大。成熟期, 两年施氮量处理间玉米干物质积累量差异显著, 均以A2处理最高, 并显著高于A3处理, 2010年和2011年A2处理比A3处理分别高3.77%和4.10%。底追比处理对玉米各生育时期干物质积累的影响不一致, 吐丝前以氮肥前移(B3)干物质积累量较高, 花后氮肥后移处理(B2)干物质积累显著高于其他处理, 表现为B2> B1> B3, 两年变化规律一样, 其中成熟期, 两年平均值B2处理分别显著高于B1、B3处理3.00%和11.18%。2010年和2011年, 传统施氮方式(B1)有利于玉米拔节期干物质积累, 两年均以A2B1处理下玉米拔节期干物质显著高于其他处理; 氮肥后移有利于提高花后干物质积累量, 成熟期以A2B2处理最高, 且显著高于其他处理。 表3 Table 3 表3(Table 3)
表3 氮肥运筹对玉米单株干物质积累量的影响 Table 3 Effects of nitrogen management on maize dry matter accumulation per plant in maize-soybean relay-intercropping system (g plant-1)
处理 Treatment
2010
2011
拔节期 Jointing stage
吐丝期 Silking stage
灌浆中期 Mid-filling stage
成熟期 Mature stage
拔节期 Jointing stage
吐丝期 Silking stage
灌浆中期 Mid-filling stage
成熟期 Mature stage
A1B1
8.55 cde
123.30 f
200.33 b
291.42 g
11.62 ef
125.89 g
203.26 cd
294.88 fg
A1B2
8.26 def
127.27 def
201.04 b
300.27 e
11.33 f
130.44 ef
203.18 cd
305.13 de
A1B3
8.73 cde
130.30 cde
200.16 b
265.58 j
11.62 ef
133.38 de
204.94 c
270.46 i
A2B1
10.24 a
136.40 bc
218.18 a
321.95 b
13.69 a
139.40 b
220.55 ab
325.00 b
A2B2
9.55 abc
140.38 ab
218.56 a
330.80 a
12.53 cd
144.36 a
219.61 ab
335.91 a
A2B3
10.02 ab
143.40 a
217.68 a
296.11 f
13.20 ab
146.18 a
221.74 a
301.67 ef
A3B1
9.78 ab
127.46 def
217.19 a
310.45 c
13.12 abc
130.97 ef
217.89 b
312.87 cd
A3B2
9.04 bcd
131.43 cd
217.57 a
319.30 b
12.23 de
134.95 cd
219.03 ab
322.80 b
A3B3
9.51 abc
134.46 bc
216.69 a
284.61 h
12.57 bcd
137.33 bc
220.91 a
288.98 gh
A4B1
7.95 efg
124.63 ef
198.72 b
304.50 d
11.32 f
127.81 fg
202.16 cd
308.84 de
A4B2
6.99 g
127.60 def
199.10 b
313.35 c
10.07 g
130.73 ef
203.47 cd
317.87 bc
A4B3
7.46 fg
131.63 cd
198.22 b
278.66 i
10.29 g
135.85 bcd
200.62 d
284.00 h
A1-avg.
8.51 b
126.96 c
200.51 b
285.76 d
11.52 c
129.91 c
203.79 b
290.15 c
A2-avg.
9.93 a
140.06 a
218.14 a
316.29 a
13.14 a
143.31 a
220.64 a
320.86 a
A3-avg.
9.44 a
131.12 b
217.15 a
304.79 b
12.64 b
134.41 b
219.28 a
308.22 b
A4-avg.
7.47 c
127.96 bc
198.68 b
298.84 c
10.56 d
131.46 c
202.09 c
303.57 b
B1-avg.
9.13 a
127.95 c
208.61 a
307.08 b
12.44 a
131.02 c
210.97 a
310.40 b
B2-avg.
8.46 b
131.67 b
209.07 a
315.93 a
11.54 c
135.12 b
211.32 a
320.43 a
B3-avg.
8.93 ab
134.95 a
208.19 a
281.24 c
11.92 b
138.18 a
212.05 a
286.28 c
F值F-value
A
29.78* *
23.21* *
192.24* *
439.84* *
86.10* *
189.44* *
297.50* *
56.87* *
B
3.97*
10.69* *
0.45
1180.15* *
17.44* *
91.00* *
1.26
145.30* *
A× B
0.22
0.02
0.01
0.01
1.45
0.32
1.79
0.02
Data are the averages of three replicates. Values within the same column followed by different small letters are significantly different at P< 0.05.* Significant difference at P < 0.05; * * Significant difference at P < 0.01. Abbreviations are the same as those given in Table 1. 数据均为3个重复的平均值, 同列数据后不同小写字母表示达0.05显著水平。* 在P< 0.05差异显著; * * 在P< 0.01差异显著。缩写同表1。
表3 氮肥运筹对玉米单株干物质积累量的影响 Table 3 Effects of nitrogen management on maize dry matter accumulation per plant in maize-soybean relay-intercropping system (g plant-1)
表4 各氮肥运筹下群体干物质积累的Logistic方程和部分参数(2010年) Table 4 Logistic equation and some parameters of maize dry matter accumulation under different nitrogen managements in 2010
处理 Treatment
回归方程 Regression equation
R2
成熟期干物质积累量 Dry matter accumulation of mature stage (kg hm-2)
最大增长速率 The maximum increasing rate (kg hm-2 d-1)
平均增长速率 Average increasing rate (kg hm-2 d-1)
最大增长速率 出现的时间 Days to MIR (d)
A1B1
Y=15737.77/(1+633.99e-0.077x)
0.996
15334.46
302.95
170.38
83.80
A1B2
Y=16244.22/(1+613.11e-0.076x)
0.997
15596.96
308.64
173.30
84.50
A1B3
Y=12935.88/(1+559.34e-0.080x)
0.992
13533.66
259.04
150.37
79.00
A2B1
Y=17332.78/(1+603.85e-0.076x)
0.998
16800.00
329.32
186.67
84.30
A2B2
Y=18071.79/(1+586.14e-0.075x)
0.996
17313.19
338.85
192.37
85.00
A2B3
Y=15167.32/(1+689.31e-0.079x)
0.998
14565.08
299.55
161.83
82.70
A3B1
Y=16692.98/(1+732.25e-0.078x)
0.999
16201.50
325.51
180.02
84.60
A3B2
Y=17243.83/(1+657.57e-0.077x)
0.997
16696.31
331.94
185.51
84.30
A3B3
Y=14263.69/(1+613.73e-0.080x)
0.999
13948.20
284.20
154.98
80.50
A4B1
Y=16785.87/(1+661.26e-0.076x)
0.997
15940.31
318.93
177.11
85.40
A4B2
Y=17489.80/(1+547.68e-0.073x)
0.995
16435.13
319.19
182.61
86.40
A4B3
Y=13920.18/(1+836.06e-0.084x)
0.997
13687.01
292.32
152.08
80.10
R2: the coefficient of determination; MIR: the maximum increasing rate. Abbreviations are the same as those given in Table 1. R2: 决定系数; MIR: 最大增长速率。缩写同表1。
表4 各氮肥运筹下群体干物质积累的Logistic方程和部分参数(2010年) Table 4 Logistic equation and some parameters of maize dry matter accumulation under different nitrogen managements in 2010
2.2.3 对营养器官(茎鞘+叶片)干物质向籽粒转运的影响 表5表明, 在相同底追比条件下, 不同施氮量处理间干物质转移量差异显著, 低氮(90~180 kg N hm-2)处理下转移量显著高于其他施氮处理, 2011年施氮180 kg N hm-2获得最高转移量, 达937.30 kg hm-2, 比施氮270 kg N hm-2处理高12.29%。不同底肥比对干物质转移量影响不显著, 两年变化趋势一致, 均表现为B3> B2> B1, 两年平均值B3分别较B1、B2处理高15.46%和11.46%。2010年和2011年均以A2B3处理下玉米干物质转移量最大, 分别比A3B1处理高36.27%和35.39%。 表5 Table 5 表5(Table 5)
表5 氮肥运筹对营养器官(茎/鞘+叶片)干物质向籽粒转运的影响 Table 5 Effect of nitrogen management on dry matter (stem/sheath+ leaf) translocation from vegetative organ to grain of maize
指标Index
处理Treatment
A1
A2
A3
A4
平均Mean
2010
转移量 Translocation amount (kg hm-2)
B1
996.98 ab
958.65 b
817.95 b
686.70 b
865.07 b
B2
964.43 b
925.05 b
918.75 a
757.58 a
891.45 a
B3
1084.13 a
1114.58 a
837.90 b
726.60 a
940.80 a
平均Mean
1015.18 a
999.43 a
858.20 ab
723.63 b
F值F-value
A=13.71*
B=1.45
A× B =0.21
转运率 Transportation efficiency (%)
B1
20.06 a
17.33 b
14.28 b
13.33 b
16.25 b
B2
18.25 b
15.52 c
16.01 a
13.87 b
15.91 b
B3
21.12 a
20.04 a
15.70 a
16.49 a
18.34 a
平均Mean
19.81 a
17.63 ab
15.33 bc
14.56 c
F值F-value
A=12.44* *
B=5.08
A× B =0.24
贡献率 Contribution rate (%)
B1
13.03 a
12.14 ab
10.12 b
8.60 b
10.97 a
B2
12.10 a
11.05 a
11.03 a
9.61 b
10.95 a
B3
14.02 a
13.89 a
10.08 b
9.01 b
11.75 a
平均Mean
13.05 a
12.36 a
10.41 ab
9.07 b
F值F-value
A=11.61* *
B=0.92
A× B =0.31
花后干物质同化量 Post anthesis accumulation (kg hm-2)
B1
6657.53 b
6947.85 ab
7281.23 b
7302.23 a
7047.21 b
B2
6993.00 a
7460.78 a
7425.08 a
7131.60 b
7252.61 a
B3
6649.13 b
6896.93 b
7511.18 a
7368.90 a
7106.53 ab
平均Mean
6766.55 c
7101.85 b
7405.83 a
7267.58 ab
F值F-value
A=8.57* *
B=1.68
A× B =1.50
收获指数 Harvest index
B1
0.50 b
0.50 b
0.50 b
0.47 b
0.49 b
B2
0.55 a
0.56 a
0.55 a
0.52 a
0.55 a
B3
0.48 c
0.50 b
0.51 b
0.48 b
0.49 b
平均Mean
0.51 b
0.52 a
0.52 a
0.49 c
F值F-value
A=28.30* *
B=158.13* *
A× B=3.44*
2011
转移量 Translocation amount (kg hm-2)
B1
831.08 b
769.65 c
826.35 a
669.90 b
831.08 b
B2
868.35 b
923.48 b
852.60 a
810.59 a
868.35 b
B3
1020.60 a
1118.78 a
825.30 a
716.10 b
1020.60 a
平均Mean
906.68 ab
937.30 a
834.75 bc
732.20 c
F值F-value
A=3.06*
B=2.66
A× B =0.63
转移率 Transportation efficiency (%)
B1
16.99 b
14.15 ab
14.37 a
12.88 c
14.60 b
B2
16.40 b
15.32 b
14.75 a
14.79 b
15.31 ab
B3
20.02 a
19.98 a
15.35 a
16.25 a
17.90 a
平均Mean
17.80 a
16.48 ab
14.83 b
14.64 b
F值F-value
A=4.66
B=8.38*
A× B =0.39
贡献率 Contribution rate (%)
B1
10.76 b
9.65 c
10.32 a
8.46 b
9.80 a
B2
11.03 b
11.07 b
10.12 a
10.16 a
10.60 a
B3
13.33 a
14.10 a
9.98 a
8.94 b
11.59 a
平均Mean
11.71 a
11.61 a
10.14 bc
9.19 c
F值F-value
A=7.69*
B=2.03
A× B =0.78
花后干物质同化量 Post anthesis assimilate to accumulation (kg hm-2)
B1
6888.53 a
7207.20 ab
7196.70 b
7252.88 a
7136.33 ab
B2
7011.38 a
7408.80 a
7574.70 a
7167.31 a
7290.55 a
B3
6632.33 b
6813.45 c
7469.70 a
7315.88 a
7057.84 b
平均Mean
6844.08 c
7143.15 b
7413.70 a
7245.35 ab
F值F-value
A=8.61* *
B=2.81
A× B =1.95
收获指数 Harvest index
B1
0.50 b
0.49 b
0.49 b
0.47 b
0.49 b
B2
0.54 a
0.55 a
0.54 a
0.50 a
0.53 a
B3
0.50 b
0.50 b
0.48 b
0.48 b
0.49 b
平均Mean
0.51 a
0.51 a
0.50 a
0.48 b
F值F-value
A=17.85* *
B=73.19
A× B =0.31
数据均为3个重复的平均值, 同列数据后不同小写字母表示达0.05显著水平。* 在P< 0.05差异显著; * * 在P< 0.01差异显著。缩写同表1。 Data are the averages of three replicates. Values within the same column followed by different small letters are significantly different at P< 0.05.* Significant difference at P < 0.05; * * Significant difference at P < 0.01. Abbreviations are the same as those given in Table 1.
表5 氮肥运筹对营养器官(茎/鞘+叶片)干物质向籽粒转运的影响 Table 5 Effect of nitrogen management on dry matter (stem/sheath+ leaf) translocation from vegetative organ to grain of maize
3 讨论3.1 施氮量和底肥追肥比例对玉米产量的影响有研究指出, 适量施氮有利于促进玉米穗粒数和千粒重的增加, 提高产量[13], 但氮肥施用过多玉米产量反而下降[14, 15], 与本文研究结果一致。相同施氮量条件下, 十二叶展到吐丝期追肥有利于提高玉米穗粒数和千粒重, 以底追比1∶ 2 (底肥∶ 十二肥叶=1∶ 2)较为适宜[16]。本研究结果表明, 在氮肥供试范围内, 玉米产量随施氮量增加而先增后减, 施氮180 kg hm-2时玉米产量显著高于低氮(90 kg N hm-2)和高氮(360 kg N hm-2)处理, 两年平均产量均达到7000 kg hm-2以上; 分次施氮尤其是氮肥后移(底肥∶ 拔节肥∶ 穗肥=3∶ 2∶ 5)更有利于玉米增产。玉米-大豆套作体系中, 由于大豆自身可以通过根瘤固氮, 提高土壤含氮量, 减少周年氮肥施用量, 同时存在氮素从豆科作物向玉米植株发生转移的现象, 改变了玉米吸氮特性, 表现出套作优势[3, 17]。与四川玉米传统施氮270 kg hm-2, 按5∶ 0∶ 5施肥方式相比, 套作玉米施氮180 kg hm-2, 按3∶ 2∶ 5施肥方式更加有利于改善玉米穗部性状, 增加玉米穗长, 缩短秃尖长, 同时提高穗粒数和千粒重, 2010和2011年产量分别提高了423.39 kg hm-2和731.93 kg hm-2。 3.2 施氮量和底肥追肥比例对玉米干物质积累与转运的影响作物花后干物质积累与产量呈显著正相关[18, 19], 产量依赖于花后干物质积累量。朱新开等[20]研究认为, 小麦氮肥后移, 有利于增强花后干物质合成, 提高营养器官向籽粒干物质转移效率, 提高籽粒产量, 这与本文研究结果一致。本文研究发现传统施氮方式(5∶ 0∶ 5)下干物质最大增长速率开始和结束的时间较早, 平均增长速率低于氮肥后移(3∶ 2∶ 5)处理, 花前干物质积累较多, 但是花后干物质增长缓慢, 成熟期籽粒干物质分配比例较低, 营养器官干物质向籽粒转移效率最低, 氮肥后移有利于花后干物质的积累, 与B1、B3处理相比, 群体干物质最大增长速率持续时间长, 平均增长速率较高。这可能是因为该试验点在试验开展前已连续分带轮作种植玉米-大豆3年, 大豆是养地作物, 可以通过根瘤固氮提高土壤含氮量, 使得玉米生育前期有一部分氮素供给, 氮肥后移使得前期氮肥保持合理水平, 同时也保证了灌浆期氮肥供给, 提高花后干物质积累量。另一方面, 随施氮量的增加, 玉米干物质积累量、干物质积累增长速率、花后干物质同化量及收获指数呈先增后减的变化趋势, 这与吴亚男等[21]和张恒山等[22]研究结果一致。本研究表明, 施氮180 kg hm-2较施氮270 kg hm-2更加有利于花前营养器官干物质向籽粒转运和贡献, 提高玉米干物质积累量, 这可能是因为套作体系中发生氮素从豆科作物向玉米转移现象以及种间促进作用, 达到氮肥高效利用。
4 结论在本研究条件下, 施180 kg N hm-2, 按氮肥后移(底肥∶ 拔节肥∶ 穗肥肥=3∶ 2∶ 5)施肥方式, 有利于玉米穗粒数和千粒重的增加, 改善穗部性状, 提高群体干物质最大增长速率和花后干物质同化量, 促进花后干物质向籽粒转运, 提高籽粒产量。在本试验研究范围内, 施氮量为180 kg hm-2及底追比为3:2:5的处理是获得玉米-大豆套作模式下玉米高产的最佳氮肥运筹方式。 The authors have declared that no competing interests exist.
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, 邓小燕, 张群, 蒲甜, 刘国丹, 杨文钰
表1 氮肥运筹对玉米产量的影响 Table 1 Effect of nitrogen management on maize yield in maize-soybean relay-intercropping system
