程乙¹, 刘鹏^,1,*, 刘玉文², 庞尚水³, 董树亭¹, 张吉旺¹, 赵斌¹, 任佰朝¹1 作物生物学国家重点实验室 / 山东农业大学农学院, 山东泰安 271018
2 商河县农业局, 山东济南 251600
3 济南新绿洲农业发展有限公司, 山东济南 251619

Regulation of grain yield and nutrient absorption of modern summer maize varieties in the Yellow-Huaihe-Haihe Rivers region

CHENG Yi¹, LIU Peng^,1,*, LIU Yu-Wen², PANG Shang-Shui³, DONG Shu-Ting¹, ZHANG Ji-Wang¹, ZHAO Bin¹, REN Bai-Zhao¹ 1 State Key Laboratory of Crop Biology / College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China;
2 Agricultural Bureau of Shanghe County, Jinan 251600, Shandong, China
3 Jinan New Oasis Agriculture Development Co. LTD, Jinan 251600, Shandong, China

通讯作者: 刘鹏, E-mail: liupengsdau@126.com, Tel: 0538-8241485

收稿日期:2019-01-24接受日期:2019-05-12网络出版日期:2019-06-03

基金资助:

本研究由山东省现代农业产业技术体系项目.SDAIT02-08 国家重点研发计划项目.2016YFD0300106 国家自然科学基金项目.31771713 国家自然科学基金项目.31371576 山东省农业重大应用技术创新课题资助

Received:2019-01-24Accepted:2019-05-12Online:2019-06-03

Fund supported:

This study was supported by the Shandong Province Key Agricultural Project for Application Technology Innovation.SDAIT02-08 the National Basic Research Program of China.2016YFD0300106 the National Natural Science Foundation of China.31771713 the National Natural Science Foundation of China.31371576 the Agricultural Major Applied Technological Innovation in Shandong Province

作者简介 About authors
E-mail:chengyi722@126.com。










摘要
为玉米合理施肥, 实现高产高效提供理论依据, 2016年在济南商河国家农作物新品种展示示范中心和山东农业大学作物生物学国家重点实验室进行试验, 于玉米完熟期进行植株取样, 测定产量、产量构成因素和植株矿质元素含量, 探究黄淮海区域现代夏玉米品种的产量与养分吸收规律。探测分析和正态分布检测结果表明单株生产力、单株生物产量、千粒重和籽粒产量分别符合正态分布N (167.0, 22.72 ²)、N (285.0, 33.47 ²)、N (318.0, 35.75 ²)和N (10.9, 1.50 ²), 其变化范围为141.55~246.99 g 株 ^-1、197.68~389.92 g 株 ^-1、226.58~413.76 g和5.84~13.41 t hm ^-2。每生产100 kg籽粒氮素需求量平均为1.95 kg, 单位籽粒氮素需求量随籽粒产量提高呈降低趋势。当产量水平由<7.0 t hm ^-2增加到8.0~9.0 t hm ^-2时, 每生产100 kg籽粒氮素需求量从2.15 kg降低到1.96 kg, 主要是收获指数升高和籽粒氮浓度降低造成的; 当产量水平由8.0~9.0 t hm ^-2 增加到10.0~11.0 t hm ^-2时, 每生产100 kg籽粒氮素需求量从1.96 kg降低到1.84 kg, 主要是籽粒氮浓度降低造成的; 当产量水平由10.0~11.0 t hm ^-2增加到>11.0 t hm ^-2时, 单位籽粒氮素需求量基本不再变化。生产100 kg玉米籽粒的磷素需求量平均为0.97 kg, 其与籽粒产量呈显著负相关, 从产量水平<7.0 t hm ^-2 的1.07 kg下降到产量水平>11.0 t hm ^-2 的0.92 kg, 这是由收获指数升高和籽粒磷浓度降低造成的。生产100 kg玉米籽粒钾素需求量平均为1.89 kg, 其与籽粒产量呈显著负相关, 从产量水平<7.0 t hm ^-2 的2.14 kg下降到产量水平>11.0 t hm ^-2 的1.74 kg, 这是由收获指数升高、茎秆钾浓度增加和叶片钾浓度降低造成的。当前黄淮海区域现代玉米品种籽粒产量为(8.91±1.23) t hm ^-2, 生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量的变化范围分别为(1.95±0.24)、(0.97±0.11)和(1.89±0.28) kg。氮磷钾需求量随产量的提高而增加, 但每生产100 kg籽粒产量的氮素、磷素和钾素需求量随着产量升高而下降。
关键词： 黄淮海区域;玉米;产量水平;籽粒产量;养分吸收

Abstract
In order to investigate the grain yield and nutrient absorption of modern summer maize varieties in the Yellow-Huaihe- Haihe Rivers region, with the aim at proposing the theoretical basis for rational application of fertilizer, and high yield and high efficiency production, the experiment was conducted in 2016 at National Demonstration Center for New Crop Varieties in Shanghe, Jinan and the State Key Laboratory of Crop Biology, Shandong Agricultural University in Tai’an. Plants were sampled at maturity stage, and the grain yield, yield components, and mineral element uptake and utilization of plants were analyzed. Exploring analyses and normality tests showed that yield per plant, biomass per plant, 1000-kernel weight and grain yield were all conformed to normal distribution, with N (167.0, 22.72 ²), N (285.0, 33.47 ²), N (318.0, 35.75 ²), and N (10.9, 1.50 ²), ranging from 141.55 to 246.99 g plant ^-1, from 197.68 to 389.92 g plant ^-1, from 226.58 to 413.76 g 1000 kernel ^-1, and from 5.84 to 13.41 t hm ^-2, respectively. The average N requirement per 100 kg grain was 1.95 kg and declined with increasing grain yield. When the yield increased from < 7.0 t hm ^-2 to 8.0-9.0 t hm ^-2, the N requirement per 100 kg grain decreased from 2.15 to 1.96 kg due to increasing harvest index and decreasing grain N concentration. When the yield increased from 8.0-9.0 t hm ^-2 to 9.0-11.0 t hm ^-2, the N requirement per 100 kg grain decreased from 1.96 to 1.84 kg due to decreasing grain N concentration. When the yield was more than 11.0 t hm ^-2, the N requirement per 100 kg grain tended to be stable. The average P requirement per 100 kg grain was 0.97 kg, which was negatively correlated with grain yield, and declined from 1.07 to 0.92 kg when the yield increased from < 7.0 t hm ^-2 to > 11.0 t hm ^-2 due to increasing harvest index and declining grain P concentrations. The average K requirement per 100 kg grain was 1.89 kg, which was negatively correlated with grain yield, showing a decrease from 2.14 to 1.74 kg when the yield increased from < 7.0 t hm ^-2 to > 11.0 t hm ^-2, which was attributed to the increase of the harvest index and stem potassium concentrations, and the decline in leaf potassium concentrations. The grain yield of main maize varieties currently grown in the Yellow- Huaihe-Haihe Rivers region was (8.91±1.23) t hm ^-2, with the N, P₂O₅, and K₂O requirement per 100 kg grain of (1.95±0.24), (0.97±0.11), and (1.89±0.28) kg, respectively. The N, P, and K requirement for plant growth increased with increasing grain yield, while the average N, P₂O₅ and K₂O requirement for producing 100 kg grain declined with increasing grain yield.
Keywords：the Yellow-Huaihe-Haihe Rivers region;maize;yield;grain yield;nutrient uptake


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本文引用格式
程乙, 刘鹏, 刘玉文, 庞尚水, 董树亭, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝. 黄淮海区域现代夏玉米品种产量与养分吸收规律[J]. 作物学报, 2019, 45(11): 1699-1714. doi:10.3724/SP.J.1006.2019.93004
CHENG Yi, LIU Peng, LIU Yu-Wen, PANG Shang-Shui, DONG Shu-Ting, ZHANG Ji-Wang, ZHAO Bin, REN Bai-Zhao. Regulation of grain yield and nutrient absorption of modern summer maize varieties in the Yellow-Huaihe-Haihe Rivers region[J]. Acta Crops Sinica, 2019, 45(11): 1699-1714. doi:10.3724/SP.J.1006.2019.93004


氮、磷、钾是植物生长必需的大量元素, 提高作物氮、磷、钾肥利用效率可降低肥料用量、减少生产成本。在我国粮食生产中, 为了提高作物产量满足日益增长的粮食需求, 增施肥料已成为重要措施; 但大量施用化肥、不合理施肥现象相当普遍^[1,2]。不合理施肥导致养分利用效率降低^[1], 不仅造成生产成本增加和资源浪费, 还导致温室气体排放增加、地下水污染和湖泊、海洋富营养化, 给生态环境带来了巨大的压力^[3,4,5]。如何在耕地资源紧张的刚性条件下协同提高籽粒产量与肥料利用效率, 降低粮食生产带来的温室气体排放、面源污染等负面效应, 实现高产与高效协同成为当前国内外关注的重大问题^[1,3,6]。

玉米是我国第一大粮食作物, 对保障粮食安全具有重要作用。自1950年至今, 我国玉米经历了从传统农家种到双交种再到单交种的3个发展阶段^[7]; 从1985年到2012年, 我国玉米种植面积增长97%, 产量增加2.2倍, 成为我国总产增长最快的农作物^[8]。玉米品种遗传改良及肥料投入是玉米增产因子中最重要的因素^[9]。玉米养分积累与分配规律是科学施肥的重要理论依据, 研究玉米养分吸收利用特性, 依据玉米需肥特性合理施肥, 对提高产量和肥料利用率、降低面源污染具有重要意义。前人从品种演替角度对不同品种的产量性状^[10,11]、形态特征^[12,13]、生理特性^[14,15]、抗逆性^[16,17]等方面做过较系统的研究。本试验对当前我国黄淮海区域近年来审定或将要审定的390个玉米品种, 通过在其适宜种植密度发挥各品种生产潜力的条件下, 研究产量性状和养分吸收利用的关系, 旨在探明玉米品种的产量和养分利用分布状况, 以期为玉米高产高效品种选育和科学施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

于2016年在济南商河国家农作物新品种展示示范中心和山东农业大学作物生物学国家重点实验室, 选用我国黄淮海区域近年来审定或将要审定的390个玉米品种(附表1), 6月10日播种, 9月30日收获。采用各品种适宜的种植密度在同一高肥力地块上种植, 生育期间有效积温为1804.0℃, 降雨量为812.7 mm。播种前0~20 cm土层含有机质15.76 g kg^-1、全氮1.52 g kg^-1、碱解氮95.26 mg kg^-1、速效磷22.30 mg kg^-1、速效钾115.26 mg kg^-1。播种前统一基施复合肥料(N∶P₂O₅∶K₂O = 15∶15∶15) 300 kg hm^-2, 小喇叭口期追施尿素150 kg hm^-2, 大喇叭口期追施尿素150 kg hm^-2。生长期间给予良好水分管理和田间病虫害防治, 以充分发挥品种的生产潜力。小区面积6 m × 10 m, 品种随机排列, 3次重复。

Supplementary table 1
附表1
附表1供试玉米品种
Supplementary table 1Hybrid summer maize in the experiment

序号 No.	品种 Hybrid	序号 No.	品种 Hybrid	序号 No.	品种 Hybrid
1	邦玉339 Bangyu 339	131	金海2010 Jinhai 2010	261	士海746 Shihai 746
2	邦玉359 Bangyu 359	132	金惠1571 Jinhui 1571	262	士海836 Shihai 836
3	邦玉591 Bangyu 591	133	金惠1648 Jinhui 1648	263	士海846 Shihai 846
4	邦玉593 Bangyu 593	134	金科玉3306 Jinkeyu 3306	264	士海916 Shihai 916
5	邦玉596 Bangyu 596	135	金来318 Jinlai 318	265	双惠87 Shuanghui 87
6	邦玉721 Bangyu 721	136	金来376 Jinlai 376	266	苏玉34 Suyu 34
7	帮豪玉108 Banghaoyu 108	137	金来515 Jinlai 515	267	苏玉42 Suyu 42
8	帮豪玉6511 Banghaoyu 6511	138	金来8号 Jinlai 8	268	粟玉99 Suyu 99
9	宝单10号 Baodan 10	139	金来918 Jinlai 918	269	太玉339 Taiyu 339
10	宝单918 Baodan 918	140	金来98 Jinlai 98	270	太玉811 Taiyu 811
11	宝单9号 Baodan 9	141	金来玉5号 Jinlaiyu 5	271	天塔119 Tianta 119
12	北青340 Beiqing 340	142	金美2 Jinmei 2	272	天塔619 Tianta 619
13	北青380 Beiqing 340	143	金农109 Jinnong 109	273	天塔688 Tianta 688
14	仓玉7S Cangyu 7S	144	金农168 Jinnong 168	274	天塔8318 Tianta 8318
15	沧玉76 Cangyu 76	145	金农9号 Jinnong 9	275	天泰16050 Tiantai 16050
16	承玉33 Chengyu 33	146	金圣玉005 Jinshengyu 005	276	天泰315 Tiantai 315
17	创新608 Chuangxin 608	147	金圣玉006 Jinshengyu 006	277	天泰316 Tiantai 316
18	纯玉958 Chunyu 958	148	金圣玉968 Jinshengyu 968	278	天泰339 Tiantai 339
19	大成168 Dacheng 168	149	金通152 Jintong 152	279	天泰366 Tiantai 366
20	大丰30 Dafeng 30	150	金阳光7号 Jinyangguang 7	280	天泰379 Tiantai 379
21	大华1146 Dahua 1146	151	金阳光9号 Jinyangguang 9	281	天泰522 Tiantai 522
22	大华1483 Dahua 1483	152	金玉3号 Jinyu 3	282	天益青7096 Tianyiqing 7096
23	大唐220 Datang 220	153	锦润919 Jinrun 919	283	铁研388 Tieyan 388
24	大玉3号 Dayu 3	154	锦绣80 Jinxiu 80	284	铁研58 Tieyan 58
25	丹3389 Dan 3389	155	京农科728 Jingnongke 728	285	万和5号 Wanhe 5
26	丹玉336 Danyu 336	156	京农科736 Jingnongke 736	286	伟科702 Weike 702
27	丹玉405 Danyu 405	157	京品50 Jingpin 50	287	伟科966 Weike 966
28	丹玉86 Danyu 86	158	九圣禾1268 Jiushenghe 1268	288	渭单3168 Weidan 3168
29	道吉1+1 Daoji 1+1	159	九圣禾561 Jiushenghe 561	289	渭单6000 Weidan 6000
30	德单123 Dedan 123	160	九圣禾562 Jiushenghe 562	290	沃峰188 Wofeng 188
31	德发5号 Defa 5	161	九圣禾661 Jiushenghe 661	291	沃峰9号 Wofeng 9
32	德利农318 Delinong 318	162	九玉Y02 Jiuyu Y02	292	沃玉3号 Woyu 3
33	德威1601 Dewei 1601	163	洰丰1518 Jufeng 1518	293	沃玉963 Woyu 963
34	登峰208 Dengfeng 208	164	洰丰339 Jufeng 339	294	沃玉964 Woyu 964
35	登海3737 Denghai 3737	165	洰丰811 Jufeng 811	295	五谷305 Wugu 305
序号 No.	品种 Hybrid	序号 No.	品种 Hybrid	序号 No.	品种 Hybrid
36	登海518 Denghai 518	166	均隆1210 Junlong 1210	296	五谷310 Wugu 310
37	登海605 Denghai 605	167	均隆1217 Junlong 1217	297	五谷355 Wugu 355
38	登海618 Denghai 618	168	科玉15 Keyu 15	298	五谷538 Wugu 538
39	登海6702 Denghai 6702	169	莱科818 Laike 818	299	五谷563 Wugu 563
40	登海678 Denghai 678	170	乐农8 Lenong 8	300	五谷568 Wugu 568
41	迪卡517 Dika 517	171	蠡试528 Lishi 528	301	五谷631 Wugu 631
42	迪卡667 Dika 667	172	蠡玉151 Liyu 151	302	五谷635 Wugu 635
43	鼎玉3号 Dingyu 3	173	蠡玉55 Liyu 55	303	五谷638 Wugu 638
44	东单60 Dongdan 60	174	蠡玉88 Liyu 88	304	先达601 Xianda 601
45	东单6531 Dongdan 6531	175	立原296 Liyuan 296	305	先单23 Xiandan 23
46	东方红119 Dongfanghong 119	176	立原298 Liyuan 298	306	先行1538 Xianxing 1538
47	东金6 Dongjin 6	177	立原316 Liyuan 316	307	先行1568 Xianxing 1568
48	东科301 Dongke 301	178	立原326 Liyuan 326	308	先行1658 Xianxing 1658
49	东润188 Dongrun 188	179	连胜188 Liansheng 188	309	先行628 Xianxing 628
50	东玉158 Dongyu 158	180	连胜2018 Liansheng 2018	310	先玉045 Xianyu 045
51	泛玉298 Fanyu 298	181	连胜2025 Liansheng 2025	311	先玉047 Xianyu 047
52	泛玉98 Fanyu 98	182	连胜208 Liansheng 208	312	先玉048 Xianyu 048
53	丰储1号 Fengchu 1	183	连胜216 Liansheng 216	313	先玉1140 Xianyu 1140
54	丰德存玉10号 Fengdecunyu 10	184	连胜238 Liansheng 238	314	先玉335 Xianyu 335
55	福地203 Fudi 203	185	连试10号 Lianshi 10	315	翔玉126 Xiangyu 126
56	福盛源1号 Fushengyuan 1	186	连试9号 Lianshi 9	316	翔玉322 Xiangyu 322
57	福盛源57 Fushengyuan 57	187	联科69 Lianke 69	317	翔玉998 Xiangyu 998
58	冠丰116 Guanfeng 116	188	良玉23 Liangyu 23	318	新单61 Xindan 61
59	冠丰117 Guanfeng 117	189	良玉911 Liangyu 911	319	新单65 Xindan 65
60	冠丰118 Guanfeng 118	190	良玉99 Liangyu 99	320	新单68 Xindan 68
61	冠丰178 Guanfeng 178	191	良玉DF100 Liangyu DF100	321	新科891 Xinke 891
62	冠丰3号 Guanfeng 3	192	良玉DF600 Liangyu DF600	322	新科910 Xinke 910
63	汉单168 Handan 168	193	辽575 Liao 575	323	新宽诚13 Xinkuancheng 13
64	汉单175 Handan 175	194	龙华307 Longhua 307	324	新玉47 Xinyu 47
65	汉单777 Handan 777	195	龙华368 Longhua 368	325	鑫研218 Xinyan 218
66	航星118 Hangxing 118	196	龙华369 Longhua 369	326	延玉988 Yanyu 988
67	航研9658 Hangyan 9658	197	龙作1号 Longzuo 1	327	益青7096 Yiqing 7096
68	豪威168 Haowei 168	198	庐玉9105 Luyu 9108	328	优迪919 Youdi 919
69	豪威568 Haowei 568	199	鲁北67 Lubei 67	329	宇玉30 Yuyu 30
70	昊玉673 Haoyu 673	200	鲁单9056 Ludan 9056	330	郁青358 Yuqing 358
71	合丰育118 Hefengyu 118	201	鲁单9066 Ludan 9066	331	裕丰105 Yufeng 105
72	荷玉007 Heyu 007	202	鲁单9088 Ludan 9088	332	豫单606 Yudan 606
73	荷玉127 Heyu 127	203	鲁宁184 Luning 184	333	豫禾357 Yuhe 357
74	荷玉138 Heyu 138	204	鲁宁776 Luning 776	334	豫禾358 Yuhe 358
75	荷玉157 Heyu 157	205	鲁星513 Luxing 513	335	豫禾588 Yuhe 588
76	荷玉167 Heyu 167	206	鲁星515 Luxing 515	336	豫禾781 Yuhe 781
77	荷玉187 Heyu 187	207	潞研1502 Luyan 1502	337	豫禾868 Yuhe 868
78	黑马603 Heima 603	208	潞玉36 Luyu 36	338	豫玉863 Yuyu 863
79	恒丰102 Hefeng 102	209	美豫168 Meiyu 168	339	源丰YT008 Yuanfeng YT008
80	恒丰玉618 Hefengyu 618	210	美豫269 Meiyu 269	340	昭阳7号 Zhaoyang 7
81	恒丰玉698 Hefengyu 698	211	美豫512 Meiyu 512	341	兆育11 Zhaoyu 11
82	弘玉9号 Hongyu 9	212	美豫5号 Meiyu 5	342	兆育17 Zhaoyu 17
83	华诚168 Huacheng 168	213	美豫7号 Meiyu 7	343	兆育261 Zhaoyu 261
84	华科336 Huake 336	214	梦玉908 Mengyu 908	344	兆育298 Zhaoyu 298
85	华良29 Hualiang 29	215	梦玉909 Mengyu 909	345	正弘659 Zhenghong 659
序号 No.	品种 Hybrid	序号 No.	品种 Hybrid	序号 No.	品种 Hybrid
86	华良57 Hualiang 57	216	明科玉1号 Mingkeyu 1	346	正玉16 Zhengyu 16
87	华良78 Hualiang 78	217	明科玉2号 Mingkeyu 2	347	正玉998 Zhengyu 998
88	华鲁919 Hualu 919	218	明科玉33 Mingkeyu 33	348	郑单1002 Zhengdan 1002
89	华美1号 Huamei 1	219	明科玉77 Mingkeyu 77	349	郑单958 Zhengdan 958
90	华美368 Huamei 368	220	宁禾4552 Ninghe 4552	350	中地79 Zhongdi 79
91	华农138 Huanong 138	221	宁研16002 Ningyan 16002	351	中地88 Zhongdi 88
92	华盛801 Huasheng 801	222	宁研16011 Ningyan 16011	352	中地89 Zhongdi 89
93	华皖267 Huawan 267	223	宁研518 Ningyan 518	353	中汇1402 Zhonghui 1402
94	华皖602 Huawan 602	224	宁玉468 Ningyu 468	354	种源SY168 Zhongyuan SY168
95	华皖611 Huawan 611	225	农大367 Nongda 367	355	众信338 Zhongxin 338
96	华皖617 Huawan 617	226	农大372 Nongda 372	356	众信978 Zhongxin 978
97	华玉777 Huayu 777	227	农华816 Nonghua 816	357	淄玉14 Ziyu 14
98	滑玉168 Huayu 168	228	农良2209 Nongliang 2209	358	DF188
99	滑玉388 Huayu 388	229	农星207 Nongxing 207	359	DF688
100	怀玉208 Huaiyu 208	230	农星2126 Nongxing 2126	360	DF718
101	怀玉23 Huaiyu 23	231	诺达1号 Nuoda 1	361	DY206
102	汇丰16 Huifeng 16	232	平安169 Ping’an 169	362	DYS9-3
103	惠农609 Huinong 609	233	平安186 Ping’an 186	363	G450
104	机玉12 Jiyu 12	234	平安998 Ping’an 998	364	GS004
105	机玉3号 Jiyu 3	235	齐单128 Qidan 128	365	J1483
106	激活20 Jihuo 20	236	齐单1号 Qidan 1	366	LD2006
107	吉东136 Jidong 136	237	强盛103 Qiangsheng 103	367	LS838
108	吉东828 Jidong 828	238	强盛288 Qiangsheng 288	368	LY1312
109	吉利198 Jili 198	239	强盛368 Qiangsheng 368	369	LY23
110	吉农大819 Jinongda 819	240	强盛369 Qiangsheng 369	370	LY317
111	吉农大889 Jinongda 889	241	强盛388 Qiangsheng 388	371	MC670
112	吉农大928 Jinongda 928	242	强硕168 Qiangshuo 168	372	MC703
113	纪元128 Jiyuan 128	243	青农11 Qingnong 11	373	NK718
114	纪元168 Jiyuan 168	244	秋乐218 Qiule 218	374	NK815
115	济玉1201 Jiyu 1201	245	全玉1233 Quanyu 1233	375	RY39
116	济玉1302 Jiyu 1302	246	荃研2号 Quanyan 2	376	Sanb 007
117	济玉1305 Jiyu 1305	247	泉银226 Quanyin 226	377	SK567
118	济玉1419 Jiyu 1419	248	泉玉217 Quanyu 217	378	SPR958
119	济玉3240 Jiyu 3240	249	泉玉7号 Quanyu 7	379	SY8054
120	济玉901 Jiyu 901	250	瑞普908 Ruipu 908	380	WY1838
121	冀农121 Jinong 121	251	瑞普909 Ruipu 909	381	WY911
122	冀农1号 Jinong 1	252	瑞玉669 Ruiyu 669	382	WY979
123	冀玉179 Jiyu 179	253	三北218 Sanbei 218	383	YF3240
124	冀玉19 Jiyu 19	254	山连2号 Shanlian 2	384	ZD103
125	金诚6号 Jincheng 6	255	陕科10号 Shaanke 10	385	ZD166
126	金海111 Jinhai 111	256	陕科6号 Shaanke 6	386	ZD194
127	金海1130 Jinhai 1130	257	圣玉358 Shengyu 358	387	ZD94
128	金海1150 Jinhai 150	258	圣玉青1号 Shengyuqing 1	388	ZH308
129	金海13 Jinhai 13	259	盛瑞999 Shengrui 999	389	ZH503
130	金海1488 Jinhai 1488	260	士海738 Shihai 738	390	ZH511

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1.2 测定方法

玉米籽粒完熟期(籽粒乳线消失、基部出现黑层), 在每个小区中心位置收获9 m²范围内的全部果穗, 测定单位面积穗数、穗粒数和千粒重, 最终折算为14%含水量时的籽粒产量。每处理取9株, 按照茎秆(含雄穗和穗轴)、叶片(含苞叶)、籽粒分成3个部分, 于105℃杀青30 min后, 在80℃的烘箱中烘至恒重, 分别称重、测定各部分干重, 计算单株干物质积累量和籽粒产量。将烘干样品粉粹后过60号筛, 用于测定养分含量。采用浓H₂SO₄-H₂O₂ 消煮, 采用BRAN+LUEBBE III型(德国)连续流动分析仪测定全氮和全磷含量, Sherwood M410型火焰光度计测定全钾含量。

1.3 计算方法

收获指数(%) = 籽粒产量/地上部生物量×100

氮素(磷素或钾素)籽粒生产效率(kg kg^-1) = 籽粒产量/地上部整株氮素(磷素或钾素)积累总量

氮素(磷素或钾素)收获指数(%) = 单株籽粒氮素(磷素或钾素)积累量/地上部整株氮素(磷素或钾素)积累总量×100

采用SPSS 18.0 for Windows进行试验数据计算处理和相关分析。

2 结果与分析

2.1 产量及相关性状

利用SPSS 18.0 for Windows探测分析(Explore)功能考察390个玉米品种的单株籽粒产量、单株生物产量、千粒重和籽粒产量的分布特征, 探测过程形成的箱图(Boxplots)见图1, 经Kolmogorov-Smirnov正态分布测试检测和产量相关指标的观测, 其与预期积累分布之间无显著差异, 均符合正态分布(图2)。

图1

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图1产量相关性状分布的探测分析箱图

Fig. 1Boxplots of exploring analysis for yield-related traits

图2

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图2产量相关性状的频数分布与正态分布曲线

Fig. 2Histograms with normal curve for yield-related traits



390个玉米品种单株籽粒产量符合正态分布N (167.0, 22.72²)(图1-a, 图2-a), 出现2个极高奇异值(金来98, 246.99 g 株^-1和丹玉405, 231.53 g 株^-1), 偏度(Skewness)为0.150±0.124, 峰度(Kurtosis)为0.006±0.247, 最小值为141.55 g株^-1, 最大值为246.99 g株^-1, 平均单株生产力为(167.02±22.72) g株^-1, 变异系数(CV)为0.14。95%置信区间内平均单株籽粒产量为164.76~169.28 g 株^-1。

单株生物量符合正态分布N (285.0, 33.47²)(图1-b, 图2-b), 出现2个极高奇异值(泉玉217, 389.92 g 株^-1和丹玉405, 376.70 g株^-1), 偏度为0.198±0.124, 峰度为-0.136±0.247, 最小值为197.68 g株^-1, 最大值为389.92 g 株^-1, 平均单株生物量为(285.04±33.47) g 株^-1, 变异系数(CV)为0.12。95%置信区间内平均单株生物量为281.71~288.38 g 株^-1。

千粒重符合正态分布N (318.0, 35.75²)(图1-c, 图2-c), 偏度为0.056±0.124, 峰度为0.162±0.247, 最小值为226.58 g, 最大值为413.76 g, 平均千粒重为(317.97±35.75) g, 变异系数(CV)为0.11。95%置信区间内平均千粒重为314.41~321.53 g。

籽粒产量符合正态分布N (8.9, 1.23²)(图1-d, 图2-d), 出现1个极高奇异值(明科玉2号, 13.41 t hm^-2), 偏度(Skewness)为0.162±0.124, 峰度(Kurtosis)为-0.034±0.247, 最小值为5.84 t hm^-2, 最大值为13.41 t hm^-2, 平均籽粒产量为(8.91±1.23) t hm^-2, 变异系数(CV)为0.14。95%置信区间内平均籽粒产量为8.79~9.03 t hm^-2。

为了进一步明确氮、磷、钾养分吸收与产量的关系, 将390个品种根据籽粒产量水平划分为<7.0、7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~10.0、10.0~11.0、>11.0 t hm^-2六类(表1)。其中产量范围<7.0 t hm^-2的样本量为20, 平均产量为(6.52±0.35) t hm^-2; 产量范围7.0~8.0 t hm^-2的样本量为74, 平均产量为(7.56±0.28) t hm^-2; 产量范围8.0~9.0 t hm^-2的样本量为117, 平均产量为(8.54±0.28) t hm^-2; 产量范围9.0~10.0 t hm^-2的样本量为105, 平均产量为(9.47±0.28) t hm^-2; 产量范围10.0~11.0 t hm^-2的样本量为53, 平均产量为(10.41±0.28) t hm^-2; 产量范围>11.0 t hm^-2的样本量为21, 平均产量为(11.47±0.54) t hm^-2。生物量平均为(18.58±2.21) t hm^-2, 各产量水平下生物量平均分别为14.84、16.50、17.96、19.38、20.89和22.41 t hm^-2; 收获指数平均为(54.09±3.60)%, 各产量水平下收获指数平均分别为49.86%、51.92%、53.80%、55.08%、56.06%和57.48%, 生物量和收获指数随产量的提高而显著增加, 相关系数分别为0.855和0.508 (P<0.01, 图3, 表2)。

Table 1
表1
表1不同产量水平下的产量数据分布
Table 1Descriptive statistics of grain yield at different yield ranges

产量范围 Yield range (t hm-2)	样本量 n	平均值Mean	标准差SD	最小值Min.	最大值Max.	25%位点25%Q	50%位点50%Q	75%位点75%Q
<7.0	20	6.52	0.35	5.84	6.98	6.22	6.46	6.90
7.0-8.0	74	7.56	0.28	7.03	7.99	7.33	7.59	7.79
8.0-9.0	117	8.54	0.28	8.01	9.00	8.26	8.56	8.79
9.0-10.0	105	9.47	0.28	9.01	9.99	9.23	9.44	9.72
10.0-11.0	53	10.41	0.28	10.03	10.93	10.11	10.45	10.64
>11.0	21	11.47	0.54	11.08	13.41	11.13	11.31	11.58
总和Total	390	8.91	1.23	5.84	13.41	8.07	8.85	9.75

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Table 2
表2
表2产量相关性状与氮素吸收相关参数的相关系数
Table 2Correlation coefficient between yield-related traits and N absorption parameters

	籽粒产量 Grain yield	生物量 Biomass	收获指数 Harvest index	地上部吸氮量 Aboveground N uptake	每100 kg籽粒 氮素需求量 N requirement per 100 kg grain	茎秆氮浓度 Stem N concentration	叶片氮浓度 Leaf N concentration
生物量 Biomass	0.855**
收获指数 Harvest index	0.508**	-0.007
地上部吸氮量 Aboveground N uptake	0.622**	0.814**	-0.151**
每生产100 kg籽粒氮素需求量 N requirement per 100 kg grain	-0.402**	-0.012	-0.761**	0.459**
茎秆氮浓度 Stem N concentration	0.053	0.073	-0.020	0.371**	0.369**
叶片氮浓度 Leaf N concentration	-0.051	-0.085	0.042	0.134**	0.210**	0.115*
籽粒氮浓度 Grain N concentration	-0.235**	-0.020	-0.427**	0.446**	0.789**	0.085	-0.031

^** Correlation is significant at the 0.01 probability level (2-tailed). ^* Correlation is significant at the 0.05 probability level (2-tailed).
^** 相关性在0.01水平上显著(双侧)。^* 相关性在0.05概率水平上显著(双侧)。

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图3

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图3不同产量水平夏玉米品种的收获期生物量和收获指数变化

图中实线表示中值, 虚线表示平均值, 箱型边界表示75%和25%的四分位数, 上下边缘表示90和10百分位数, 圆圈表示95和5百分位数。
Fig. 3Changes of biomass and harvest index at harvest stage of summer maize under different yield ranges

The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

2.2 夏玉米矿质元素吸收利用规律

2.2.1 夏玉米氮素需求特征 籽粒产量与地上部吸氮量呈显著正相关, 相关系数达0.622 (P<0.01, 图4-a, 表3)。每生产100 kg玉米籽粒氮素需求量平均为(1.95±0.24) kg, 在<7.0、7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~ 10.0、10.0~11.0、>11.0 t hm^-2产量水平下籽粒氮素需求量平均分别为2.15、2.09、1.96、1.88、1.84和1.80 kg (图4-b), 每生产100 kg籽粒氮素需求量与籽粒产量呈显著负相关, 相关系数达-0.402 (P<0.01, 表3)。氮素籽粒生产效率平均为(52.19±6.51) kg kg^-1, 各产量水平下平均氮素籽粒生产效率分别为47.09、48.51、51.91、53.82、55.05和56.14 kg kg^-1, 随着产量水平的提高而增加(图5-a), 而氮收获指数平均为(58.35±4.27)%, 各产量水平下平均氮收获指数分别为55.84%、56.99%、58.61%、58.79%、58.74%和60.81% (图5-b)。茎秆和叶片氮浓度在产量水平<7.0 t hm^-2时分别为5.58 g kg^-1和9.43g kg^-1左右, 产量水平>7.0 t hm^-2时则在5.95 g kg^-1和11.86 g kg^-1左右; 籽粒氮浓度平均为(9.66±1.16) g kg^-1, 各产量水平的平均籽粒氮浓度分别为10.12、10.03、9.76、9.45、9.26和9.43 g kg^-1 (表3), 籽粒氮浓度与籽粒产量呈显著负相关, 相关系数达-0.235 (P<0.01, 表3)。

图4

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图4籽粒产量与地上部吸氮量的关系和各产量水平下单位籽粒氮素需求量

图a中实线表示拟合曲线, 虚线表示95%预测区间, ^**显著性为P<0.01; 图b中实线表示中值, 虚线表示平均值, 箱型边界表示75%和25%的四分位数, 上下边缘表示90和10百分位数, 圆圈表示95和5百分位数。
Fig. 4Relationship between grain yield and aboveground N uptake, and N requirement per 100 kg grain

(a) The solid line represents the relationship and the dashed lines represent the prediction range (P=0.95), ^**significant at P < 0.01; The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. (b) The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

图5

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图5各产量水平下的氮素籽粒生产率和氮素收获指数

图中实线表示中值, 虚线表示平均值, 箱型边界表示75%和25%的四分位数, 上下边缘表示90和10百分位数, 圆圈表示95和5百分位数。
Fig. 5N grain production efficiency and N harvest index of summer maize for different yield ranges

The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.


Table 3
表3
表3夏玉米各产量水平下的植株茎秆、叶片和籽粒氮浓度
Table 3N concentration in stem, leaf, and grain of summer maize for different yield ranges (g kg^-1)

器官 Organ	产量范围 Yield range (t hm-2)	平均值Mean	标准差SD	最小值Min.	最大值Max.	25%位点25%Q	50%位点50%Q	75%位点75%Q
茎秆Stem	<7.0	5.58	0.97	3.64	8.55	5.08	5.57	6.14
	7.0-8.0	6.02	1.00	3.88	8.61	5.40	5.92	6.61
	8.0-9.0	5.85	1.04	3.86	8.83	5.02	5.73	6.58
	9.0-10.0	5.94	0.99	3.95	8.52	5.13	5.93	6.65
	10.0-11.0	6.09	0.91	4.33	7.93	5.48	6.00	6.70
	>11.0	5.98	0.92	4.50	8.00	5.19	5.90	6.25
叶片 Leaf	<7.0	12.42	2.24	9.14	17.00	10.46	12.23	14.09
	7.0-8.0	12.15	1.56	7.66	16.21	10.91	12.21	13.26
	8.0-9.0	11.70	1.58	7.19	15.28	10.55	11.75	12.71
	9.0-10.0	11.78	1.49	8.63	16.55	10.88	11.62	12.56
	10.0-11.0	11.98	1.57	8.22	15.47	11.10	12.08	13.02
	>11.0	11.76	1.62	8.68	15.08	10.85	11.61	12.94
籽粒 Grain	<7.0	10.12	1.39	7.18	13.32	9.46	10.13	10.92
	7.0-8.0	10.03	1.14	7.38	12.78	9.25	9.89	10.91
	8.0-9.0	9.76	1.17	7.02	12.45	9.09	9.80	10.50
	9.0-10.0	9.45	1.09	7.20	12.86	8.60	9.56	10.25
	10.0-11.0	9.26	1.04	7.30	11.70	8.33	9.19	10.16
	>11.0	9.43	0.96	7.37	11.03	8.84	9.42	10.19

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夏玉米每生产100 kg籽粒的氮素需求量随着产量水平提高而降低的趋势可分为3个阶段。第一阶段为从籽粒产量水平由<7.0 t hm^-2增加到8.0~ 9.0 t hm^-2, 籽粒产量提升是地上部生物量和收获指数共同提高的结果。在此阶段, 产量由6.52 t hm^-2增加到8.54 t hm^-2提高了31.05%, 而地上部生物量从14.84 t hm^-2增加到17.96 t hm^-2提高了20.96%, 收获指数则从49.86%增加到53.80%提高了7.90%。由于收获指数的增加, 同时籽粒氮浓度从10.12 g kg^-1降低到9.76 g kg^-1, 导致每生产100 kg籽粒氮素需求量从2.15 kg降低到1.96 kg。第二阶段为产量水平从8.0~9.0 t hm^-2 增加到10.0~11.0 t hm^-2, 该阶段地上部生物量由17.96 t hm^-2提高到20.89 t hm^-2, 提高幅度为16.35%, 而收获指数变化较小, 从53.80%增加到56.06%仅仅提高了4.20%, 籽粒产量的提升主要是由于地上部生物量的提高。籽粒氮浓度从9.76 g kg^-1降低到9.26 g kg^-1, 导致每生产100 kg籽粒氮素需求量从1.96 kg降低到1.84 kg。第三阶段为产量水平从10.0~11.0 t hm^-2增加到>11.0 t hm^-2, 籽粒产量的提升主要是由于地上部生物量的提高, 而收获指数不变。由于籽粒氮浓度变化不大, 单位籽粒氮素需求量无显著变化。说明夏玉米地上部吸氮量随着产量水平的升高而升高, 但每生产100 kg籽粒氮素需求量随着产量水平的升高而降低, 这主要是由收获指数的增加和籽粒氮浓度的降低引起的。

2.2.2 夏玉米磷素需求特征 籽粒产量与地上部吸磷量呈显著正相关, 相关系数达0.667 (P<0.01, 图6-a, 表4)。每生产100 kg玉米籽粒磷素需求量平均为(0.97±0.11) kg, 在<7.0、7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~10.0、10.0~11.0、>11.0 t hm^-2产量水平下籽粒磷素需求量平均分别为1.07、1.04、0.97、0.94、0.92和0.92 kg (图6-b), 每生产100 kg籽粒磷素需求量与籽粒产量呈显著负相关, 相关系数达-0.396 (P<0.01, 表4)。磷素籽粒生产效率平均为(104.35± 11.77) kg kg^-1, 各产量水平下平均磷素籽粒生产效率分别为94.63、97.44、104.20、107.46、109.76和109.66 kg kg^-1, 而各产量水平下平均磷收获指数分别为51.53%、53.77%、55.02%、55.98%、57.44%和58.12%, 二者均随着产量水平的提高而提高(图7)。茎秆、叶片、籽粒磷浓度在不同产量水平下变化幅度较小, 分别为(3.96±0.47)、(4.62±0.57)、(4.57±0.49) g kg^-1 (表5), 其中籽粒磷浓度与籽粒产量呈显著负相关, 相关系数达-0.120 (P<0.05, 表4)。可见, 夏玉米地上部吸磷量随着产量水平的升高而升高, 但是每生产100 kg籽粒磷素需求量随着产量水平的升高而降低, 造成这一结果的主要原因是收获指数的增加和籽粒磷浓度的降低。

图6

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图6籽粒产量与地上部吸磷量的关系和各产量水平下单位籽粒磷素需求量

图a中实线表示拟合曲线, 虚线表示95%预测区间, ^**显著性为P<0.01; 图b中实线表示中值, 虚线表示平均值, 箱型边界表示75%和25%的四分位数, 上下边缘表示90和10百分位数, 圆圈表示95和5百分位数。
Fig. 6Relationship between grain yield and aboveground P uptake, and P requirement per 100 kg grain

(a) The solid line represents the relationship and the dashed lines represent the prediction band (P = 0.95), ^**significant at P < 0.01; The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. (b) The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

图7

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图7各产量水平下的磷素籽粒生产率和磷素收获指数

图中实线表示中值, 虚线表示平均值, 箱型边界表示75%和25%的四分位数, 上下边缘表示90和10百分位数, 圆圈表示95和5百分位数。
Fig. 7P grain production efficiency and P harvest index of summer maize for different yield ranges

The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.


Table 4
表4
表4产量相关性状与磷素吸收相关参数的相关系数
Table 4Correlation coefficient between yield-related traits and P absorption parameters

	籽粒产量 Grain yield	生物量 Biomass	收获指数 Harvest index	地上部吸磷量Aboveground P uptake	每生产100 kg 籽粒磷素需求量 P requirement per 100 kg grain	茎秆磷浓度 Stem P concentration	叶片磷浓度 Leaf P concentration
生物量 Biomass	0.855**
收获指数 Harvest index	0.508**	-0.007
地上部吸磷量 Aboveground P uptake	0.667**	0.839**	-0.108*
每生产100 kg籽粒磷素需求量 P requirement per 100 kg grain	-0.396**	-0.013	-0.752**	0.412**
茎秆磷浓度 Stem P concentration	-0.068	-0.001	-0.134**	0.331**	0.488**
叶片磷浓度 Leaf P concentration	-0.030	-0.001	-0.060	0.238**	0.325**	0.188**
籽粒磷浓度 Grain P concentration	-0.120*	-0.036	-0.184**	0.415**	0.673**	0.173**	0.134**

^** Correlation is significant at the 0.01 probability level (2-tailed). ^* Correlation is significant at the 0.05 probability level (2-tailed).
^** 相关性在0.01水平上显著(双侧)。^* 相关性在0.05水平上显著(双侧)。

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Table 5
表5
表5夏玉米各产量水平下的植株茎秆、叶片和籽粒磷浓度
Table 5P concentration in stem, leaf, and grain of summer maize for different yield ranges (g kg^-1)

器官 Organ	产量范围 Yield range (t hm-2)	平均值 Mean	标准差 SD	最小值 Min.	最大值 Max.	25%位点 25%Q	50%位点 50%Q	75%位点 75%Q
茎秆Stem	<7.0	4.03	0.57	2.95	5.31	3.64	3.99	4.45
	7.0-8.0	4.01	0.42	2.97	4.87	3.76	3.99	4.28
	8.0-9.0	3.96	0.51	2.99	5.77	3.65	3.91	4.21
	9.0-10.0	3.97	0.46	2.87	5.63	3.70	3.99	4.15
	10.0-11.0	3.83	0.41	3.02	4.79	3.50	3.76	4.13
	>11.0	4.03	0.39	3.34	4.85	3.75	4.10	4.32
器官 Organ	产量范围 Yield range (t hm-2)	平均值 Mean	标准差 SD	最小值 Min.	最大值 Max.	25%位点 25%Q	50%位点 50%Q	75%位点 75%Q
叶片 Leaf	<7.0	4.67	0.56	3.70	5.91	4.19	4.67	5.00
	7.0-8.0	4.72	0.53	3.43	5.88	4.39	4.65	5.11
	8.0-9.0	4.59	0.56	3.20	6.40	4.21	4.58	4.94
	9.0-10.0	4.55	0.54	3.50	5.89	4.11	4.50	4.95
	10.0-11.0	4.64	0.58	3.58	6.12	4.25	4.63	4.99
	>11.0	4.75	0.62	3.68	5.90	4.23	4.65	5.41
籽粒 Grain	<7.0	4.63	0.46	3.69	5.44	4.27	4.65	5.01
	7.0-8.0	4.74	0.73	3.65	10.01	4.40	4.70	4.96
	8.0-9.0	4.54	0.39	3.66	5.38	4.19	4.53	4.83
	9.0-10.0	4.49	0.44	3.38	5.36	4.17	4.51	4.83
	10.0-11.0	4.53	0.37	3.92	5.42	4.25	4.54	4.74
	>11.0	4.60	0.38	3.97	5.35	4.32	4.61	4.87

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2.2.3 夏玉米钾素需求特征 籽粒产量与地上部需钾量呈显著正相关, 相关系数达0.504 (P<0.01, 图8-a, 表6)。每生产100 kg玉米籽粒钾素需求量平均为(1.89±0.28) kg, 在<7.0、7.0~8.0、8.0~9.0、9.0~ 10.0、10.0~11.0、>11.0 t hm^-2产量水平下籽粒钾素需求量平均分别为2.14、2.04、1.93、1.80、1.74和1.74 kg (图8-b), 每生产100 kg籽粒钾素需求量与籽粒产量呈显著负相关, 相关系数达-0.411 (P<0.01, 表6)。钾素籽粒生产效率平均为(54.10±7.92) kg kg^-1, 各产量水平下平均钾素籽粒生产效率分别为47.73、50.06、52.85、56.58、58.38和58.24 kg kg^-1, 钾素籽粒生产效率随着产量水平提高而提高, 而各产量水平下平均钾收获指数分别为15.02%、15.67%、15.72%、17.07%、17.01%和16.66%, 呈先升高后降低的趋势(图9)。茎秆钾浓度平均为(15.49±2.65) g kg^-1, 各产量水平下平均茎秆钾浓度分别为14.52、15.24、15.53、15.45、15.60和16.92 g kg^-1 (表7), 其与籽粒产量呈显著正相关, 相关系数达0.118 (P<0.05, 表6); 叶片钾浓度平均为(14.99±2.65) g kg^-1, 各产量水平下平均叶片钾浓度分别为15.58、15.33、15.63、14.37、14.32和14.47 g kg^-1, 其与籽粒产量呈显著负相关, 相关系数达-0.175 (P<0.01); 籽粒钾浓度为(2.58±0.43) g kg^-1, 在不同产量水平下变化幅度较小。可见, 夏玉米地上部吸钾量随产量水平升高而升高, 但是每生产100 kg籽粒钾素需求量随产量水平升高而降低, 造成这一结果的主要原因是收获指数和茎秆钾浓度的增加以及叶片钾浓度的降低。

图8

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图8籽粒产量与地上部吸钾量的关系和各产量水平下单位籽粒钾素需求量

图a中实线表示拟合曲线, 虚线表示95%预测区间, ^**显著性为P<0.01; 图b中实线表示中值, 虚线表示平均值, 箱型边界表示75%和25%的四分位数, 上下边缘表示90和10百分位数, 圆圈表示95和5百分位数。
Fig. 8Relationship between grain yield and aboveground K uptake, and K requirement per 100 kg grain

(a) The solid line represents the relationship and the dashed lines represent the prediction band (P=0.95), ^**significant at P<0.01; The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. (b) The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.

图9

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图9各产量水平下的钾素籽粒生产率和钾素收获指数

图中实线表示中值, 虚线表示平均值, 箱型边界表示75%和25%的四分位数, 上下边缘表示90和10百分位数, 圆圈表示95和5百分位数。
Fig. 9K grain production efficiency and K harvest index of summer maize for different yield ranges

The solid and dashed lines indicate median and mean, respectively. The box boundaries indicate the 75% and 25% quartiles, the whisker caps indicate 90th and 10th percentiles, and the circles indicate the 95th and 5th percentiles.


Table 6
表6
表6产量相关性状与钾素吸收相关参数的相关系数
Table 6Correlation coefficient between yield-related traits and K absorption parameters

	籽粒产量 Grain yield	生物量 Biomass	收获指数 Harvest index	地上部吸钾量 Aboveground K uptake	每100 kg籽粒 钾素需求量 K requirement per 100 kg grain	茎秆钾浓度 Stem K concentration	叶片钾浓度 Leaf K concentration
生物量 Biomass	0.855**
收获指数 Harvest index	0.508**	-0.007
地上部吸钾量 Aboveground K uptake	0.504**	0.663**	-0.128*
每生产100 kg籽粒钾素需求量 K requirement per 100 kg grain	-0.411**	-0.104*	-0.626**	0.571**
	籽粒产量 Grain yield	生物量 Biomass	收获指数 Harvest index	地上部吸钾量 Aboveground K uptake	每100 kg籽粒 钾素需求量 K requirement per 100 kg grain	茎秆钾浓度 Stem K concentration	叶片钾浓度 Leaf K concentration
茎秆钾浓度 Stem K concentration	0.118*	-0.087	0.367**	0.496**	0.407**
叶片钾浓度 Leaf K concentration	-0.175**	-0.143**	-0.097	0.290**	0.459**	0.104*
籽粒钾浓度 Grain K concentration	-0.059	-0.078	0.016	0.191**	0.247**	0.139**	-0.021

^** Correlation is significant at the 0.01 probability level (2-tailed). ^* Correlation is significant at the 0.05 probability level (2-tailed).
^** 相关性在0.01水平上显著(双侧)。^* 相关性在0.05概率水平上显著(双侧)。

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Table 7
表7
表7夏玉米各产量水平下的植株茎秆、叶片和籽粒钾浓度
Table 7K concentration in stem, leaf, and grain of summer maize for different yield ranges (g kg^-1)

器官 Organ	产量范围 Yield range (t hm-2)	平均值 Mean	标准差SD	最小值Min.	最大值Max.	25%位点25%Q	50%位点50%Q	75%位点75%Q
茎秆Stem	<7.0	14.52	2.36	10.27	18.40	12.65	14.91	16.58
	7.0-8.0	15.24	2.72	9.78	20.58	12.86	15.32	17.09
	8.0-9.0	15.53	2.44	10.54	22.06	13.85	15.52	17.18
	9.0-10.0	15.45	2.93	9.58	23.54	13.64	14.99	16.93
	10.0-11.0	15.60	2.43	10.88	21.50	13.70	15.80	17.44
	>11.0	16.92	2.57	12.20	22.53	15.01	17.14	18.50
叶片 Leaf	<7.0	15.57	1.96	12.66	18.98	14.27	15.10	17.24
	7.0-8.0	15.33	2.63	9.20	21.75	13.82	15.71	16.96
	8.0-9.0	15.63	2.77	9.92	21.99	13.58	15.55	17.21
	9.0-10.0	14.37	2.49	9.73	20.49	12.32	14.59	15.81
	10.0-11.0	14.32	2.80	10.03	22.46	12.41	13.64	15.49
	>11.0	14.47	2.09	11.78	18.92	12.57	14.29	16.56
籽粒 Grain	<7.0	2.67	0.40	1.70	3.17	2.44	2.79	2.94
	7.0-8.0	2.65	0.40	1.64	3.74	2.39	2.70	2.95
	8.0-9.0	2.55	0.45	1.45	4.12	2.31	2.62	2.83
	9.0-10.0	2.60	0.43	1.64	4.01	2.30	2.60	2.93
	10.0-11.0	2.51	0.44	1.46	3.34	2.19	2.55	2.80
	>11.0	2.50	0.44	1.76	3.32	2.18	2.47	2.80

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3 讨论

养分吸收是生物量积累的基础, 也是作物产量形成的基础。生育期内充足的养分供应是夏玉米获得高产的关键。增施肥料已成为获得作物高产的重要措施, 但由于玉米耐肥性强, 近年来玉米化肥超量施用问题日益严重, 化肥投入过高、肥料利用率极低不仅降低了农业生产的经济效益, 还造成严重的资源浪费和环境污染^[6,18]。了解玉米的养分需求规律有助于确定生产中资源投入总量, 实现总量控制, 避免养分投入不足或过量, 以充分挖掘产量潜力、实现资源的高效利用。大量研究表明, 作物的养分

需求本质上由其生物学特性决定, 但会受到品种、产量水平、肥料用量等因素的影响^{[19,20,21,22]}。胡昌浩等^[23]在夏玉米产量水平为6.21 t hm^-2时, 生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量分别为2.98、1.32和2.58 kg。本试验中, 产量在<7.0 t hm^-2 (5.84~6.98 t hm^-2)范围内, 每生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量分别为(2.15±0.26)、(1.07±0.12)和(2.14±0.30) kg, 这一结果与胡昌浩等^[23]报道相比, 单位籽粒的氮素、磷素和钾素需求量分别下降了27.82%、18.99%和17.18%。出现这种差异的原因可能是品种更替过程中对养分吸收和分配不同造成的。而佟屏亚等^[24]在紧凑型夏玉米“掖单12”产量水平为10.41 t hm^-2的试验结果显示, 生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量分别为1.76、0.67和1.13 kg。而本文中, 产量在10.0~11.0 t hm^-2(10.03~10.93 t hm^-2)范围内, 每生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量分别为 (1.84±0.21)、(0.92±0.08)和(1.74±0.21) kg。造成差异的原因可能是本试验中该产量水平的现代品种种植密度为75,000株 hm^-2左右, 而上述试验种植密度为105,000株 hm^-2, 品种特性和田间管理不同影响夏玉米养分需求特征。陈国平等^[25]将全国66个试验点资料加权平均得出生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量分别为2.68、1.13和2.36 kg。Liu等^[26]对1985—1995年中国玉米产区的研究结果显示, 生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量分别为2.58、0.98和2.77 kg。Xu等^[27]收集和分析2001—2010年中国玉米产区田间数据, 采用QUEFTS模型预测在产量达到潜在产量的60%~70%之前平衡营养元素, 粮食产量将呈线性增长; 在这线性区间, 每生产100 kg夏玉米籽粒的氮素、磷素和钾素需求量分别为2.03、1.01和1.91 kg。在本试验中, 基于黄淮海区域适宜的施肥条件和种植密度, 390个现代夏玉米品种的平均籽粒产量在(8.91±1.23) t hm^-2, 生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量的变化范围分别为(1.95±0.24)、(0.97±0.11)和(1.89±0.28) kg。本研究结果在范围上较21世纪之前的旧品种有所降低, 而与21世纪之后的研究较为一致; 随着年代推进, 品种更替, 现代夏玉米品种的单位籽粒氮素、磷素和钾素需求量是降低的, 在实际生产中应考虑适当降低磷肥、钾肥的施用量。

本研究表明每生产100 kg籽粒氮、磷和钾素需求量随着产量水平升高而降低, 岳善超^[28]和Hou等^[21]的研究结果也表现出类似的趋势。当前单位籽粒的需氮量和需磷量的下降可能与品种演变和收获指数提高有关^[21]。本研究中, 单位籽粒的氮和磷素需求量降低主要是收获指数的增加和氮、磷浓度的下降所致, 尤其是籽粒氮、磷浓度的下降。收获指数与籽粒产量呈显著正相关, 随着产量水平由<7.0 t hm^-2增加到>11.0 t hm^-2, 收获指数由49.86%增加到57.48%。籽粒氮、磷浓度均与籽粒产量呈显著负相关, 相关系数分别为-0.235和-0.120 (P<0.05)。然而与氮、磷不同的是, 单位籽粒的钾素需求量随产量升高而降低的原因主要是茎秆钾浓度的上升和叶片钾浓度的下降。吴良泉等^[22]也揭示了相似的规律, 他指出夏玉米籽粒中钾浓度一般维持在3.0 g kg^-1, 而秸秆钾浓度由产量<8 t hm^-2下的14.0 g kg^-1增加到产量>12 t hm^-2下的18.1 g kg^-1。

养分籽粒生产效率反映作物如何高效利用养分积累生产籽粒产量, 可作为评价品种性能和农艺措施的一种指标, 养分收获指数反映了所吸收养分向籽粒的转移状况。生育后期, 籽粒中分配较多的养分, 有利于满足籽粒充实所需的营养物质, 因而具有较高的养分收获指数^[29]。本研究中氮素、磷素、钾素生产效率平均分别为(52.19±6.51)、(104.35±11.77)、(54.10±7.92) kg kg^-1, 三者均随着产量水平的提高而提高。氮素、磷素、钾素收获指数平均为(58.35± 4.27)%、(55.36±4.27)%、(16.27±3.11)%, 氮素、磷素收获指数随着产量水平的提高而提高, 钾素收获指数则无明显变化。养分生产效率中磷素最高, 钾素次之, 氮素最低, 而养分收获指数氮素最高, 磷素次之, 钾素最低。说明籽粒中分配了较多的氮素和磷素, 而在更高产条件下由于碳水化合物向籽粒中分配比例的增加导致籽粒中分配的钾素被进一步稀释。

基于我国农业转型升级、提质增效和化肥零增长的战略, 黄淮海夏玉米生产更应重视高产、高效的协同, 本文在适宜的施肥条件和种植密度条件下探究了养分需求规律, 为现代玉米品种精准养分管理提供了基础数据参考, 但在实际生产中应根据当地生产情况结合品种产量潜力和肥料特点综合考虑以确定适宜的养分用量, 实现绿色可持续发展。

4 结论

当前黄淮海区域现代玉米品种籽粒产量为(8.91±1.23) t hm^-2, 生产100 kg籽粒的N、P₂O₅和K₂O需求量的变化范围分别为(1.95±0.24)、(0.97±0.11)和(1.89±0.28) kg。氮磷钾需求量随产量的提高而增加, 但每生产100 kg籽粒的氮素、磷素和钾素需求量随着产量的升高而下降。

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