Effects of Slow-release Nitrogen on Dry Matter Accumulation,Translocation and Yield of Summer Maize

[Objectives]This study was conducted to investigate the effects of slow-release nitrogen fertilizer on dry matter accumulation and translocation of summer maize.[Methods]With Zhoudan 9 as the test variety,six different treatment were set up:blank control(CK1),slow-release urea 75 kg/hm^(2)(C1),slow-release urea 150 kg/hm^(2)(C2),slow-release urea 225 kg/hm^(2)(C3),slow-release urea 300 kg/hm^(2)(C4)and ordinary urea 300 kg/hm^(2)(CK2),to study the change law of dry matter accumulation and translocation in summer maize.[Results]Treatment slow-release urea 225 kg/hm^(2)(C4)showed summer maize yield,dry matter translocation between organs,grain contribution rate and proportion of grain dry matter in the full ripe stage higher than other treatments.Considering the weight loss and cost factors,slow-release urea 225 kg/hm^(2)(C3)could be recommended as the fertilizing amount for summer maize.[Conclusions]This study provides theoretical reference for rational selection of fertilizers for reducing fertilizer application and increasing fertilizer efficiency,and for production of summer maize in Shajiang black soil region.

干旱对夏玉米碳素同化、运转与分配的影响研究

试验研究全生育期干旱对夏玉米光合特性及C素同化、运转及分配的影响结果表明,水分胁迫对夏玉米各生育期C素代谢的自身规律影响较小,主要是改变C素同化、运转、分配的绝对量和分配率。水分胁迫下夏玉米干物质及其各器官干物质累积速率降低,总量减少,且不同器官干物质转移率、转移量及其对雌穗重的贡献发生改变,叶面积系数、叶绿素含量和光合速率减少,分配、转移到生殖器官的同化物减少。充分供水处理具有最大的干物质累积量和正常的C素代谢,合理的水分供应促进玉米植株生育前期总生物量的积累以及生育后期干物质从营养体向籽粒的转移,成熟期营养器官中的非结构性碳水化合物滞留少,向籽粒中的运转彻底,可获得较高籽粒产量。

不同类型氮肥对夏玉米氮素累积、转运与氮肥利用的影响

在较低施氮量下,研究了3种类型氮肥(普通尿素、包膜尿素和复合肥)不同施用量(0、90和180 kg N/hm2)对夏播玉米郑单958与农大108氮素吸收、累积、转运及氮肥利用的影响。结果表明,在本试验范围内,施氮量增大,植株氮素累积量增加,氮生理效率、氮肥效率与氮肥利用率(NUE)下降。同等施氮量下包膜尿素与复合肥较普通尿素NUE高,郑单958施90 kg N/hm2与农大108施180 kg N/hm2时尤为明显;氮素阶段性累积规律,两品种在不施氮和施氮条件下均具有基因型差异。播种至吐丝后21 d氮素累积量太大对夏玉米灌浆中后期氮素累积有一定抑制作用,郑单958表现特别明显;氮收获指数(NHI)具明显基因型差异,郑单958较农大108高近6个百分点。施氮使郑单958 NHI显著降低,农大108变化不明显。与普通尿素相比,包膜尿素与复合肥处理NHI较低,在郑单958施90 kg N/hm2与农大108施180 kg N/hm2时差异达显著水平;叶、茎鞘氮素转运量及其对籽粒氮贡献率随施氮量增大而增大,叶氮素转运主要在吐丝后21 d至成熟期,茎鞘氮素转运主要在吐丝至吐丝后21 d;肥料氮主要在吐丝前发挥作用,且最主要是在12叶展至吐丝期,施氮与不施氮处理的氮素累积量差异在吐丝前后达最大。

吐丝期干旱胁迫对玉米生理特性和物质生产的影响

以玉米品种郑单958(抗旱性强)和陕单902(抗旱性弱)为材料,采用抗旱池栽控水试验,研究了2个品种叶片光合特性、保护酶活性以及干物质转运对吐丝期干旱胁迫的响应。结果表明,在吐丝期干旱胁迫下2个品种产量分别降低39.10%和44.87%;叶片净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)显著下降,胞间CO2浓度(Ci)先升后降。PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、实际量子产额(ΦPSII)、光化学猝灭(qP)降低,非光化学猝灭(qN)升高;抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性先升高后降低,而丙二醛(MDA)含量一直升高。吐丝期干旱胁迫增加了花前营养器官贮藏同化物转运量(率)及其对籽粒转运的贡献率;但郑单958受干旱影响程度小于陕单902。抗旱品种郑单958具高抗氧化酶活性清除活性氧,使得膜脂过氧化程度轻,维持较高的光化学效率,延长叶片光合功能期,促进花前营养器官贮藏同化物转运量对籽粒的贡献率。这可能是其在干旱胁迫下仍能获得较高产量的重要原因之一。

施氮对不同基因型夏玉米干物质累积转移的影响

在黄土高原南部的红油土上,以陕单16、陕单9号、户单4号、陕资1号、掖单19号、中单2号、豫玉22号、陕单902号、农大108号和户单2000等10个当地常用的夏玉米品种为试材进行田间试验;在低氮(0 kg/hm2)和高氮(240 kg/hm2)水平下研究了不同夏玉米品种在子粒灌浆成熟期间干物质累积、转移及分配规律的差异。结果表明,夏玉米干物质累积及其转移效率受品种与氮素调控共同影响。不论施氮与否,各器官干物质量在不同品种间差异显著,施氮能明显提高各器官的干物质量,且其提高幅度因品种不同而有明显差异。各个器官的干物质转移量、干物质转移效率和转移量对子粒的贡献率因品种和施氮量不同而异。不施氮处理下叶和茎转移量最大的是户单2000,转移量分别达到53.2和28.2 g/株,叶转移量最小的是中单2号,茎转移量最小的是陕资1号;施氮后叶转移量最高的是掖单19号,转移量分别达到54.7 g/株,茎转移量最高的是中单2号,转移量为52.4 g/株。不施氮处理下,除豫玉22号和陕资1号外,其他品种子粒干物质中50%以上来自于开花前期储存同化物的再转移;施氮后则所有品种的子粒干物质中50%以上均来自于开花前期储存同化物的再转移。干物质转移量对子粒的贡献率不施氮处理下穗部(苞叶和穗轴)大多数为负值,施氮后则为正值。对子粒的建成,叶干物质转移量贡献最大,其次为茎,穗部(穗轴和苞叶)最小。总体来说,干物质转移量、干物质转移率和干物质转移量对粒重的贡献率在不同品种间的差异大于施氮处理间的差异,施氮后的转移因品种而异。

控释肥对夏玉米碳、氮代谢的影响

以夏玉米杂交种豫单998为材料,研究3种控释肥对夏玉米碳、氮代谢的影响。结果表明,在等养分量条件下,与常规施肥技术相比,3种控释肥均能有效协调吐丝期至成熟期植株体碳、氮代谢,叶片可溶性蛋白的含量增加2.20%-10.39%,硝酸还原酶（NR）活性提高3.22%-32.10%,植株叶片和茎鞘可溶性总糖分别增加6.78%-46.71%和1.26%-35.99%,全氮含量分别增加0.50%-10.69%和1.09%-41.92%;而可溶性总糖和氮素转运率均小于常规施肥。说明控释肥能较好满足夏玉米在吐丝期至成熟期生长需要,协调其碳、氮代谢,其中以硫加树脂包膜控释肥效果较好。

种植方式与密度对夏玉米碳、氮代谢和氮利用效率的影响

在67 500,82 500株/hm2密度水平下,以常规等行距种植方式为对照,比较分析不同缩行宽带种植方式(三行一带、四行一带、五行一带)对夏玉米碳、氮代谢与氮素利用效率的影响。结果表明,缩行宽带种植方式成熟期地上部总氮累积量、氮收获指数均高于对照等行距种植方式,其中三行一带、四行一带、五行一带种植方式地上部总氮累积量分别高于对照16.2%,16.9%,20.0%。籽粒产量较等行距种植方式均有不同程度增加,并达到显著水平。本研究中,成熟期地上部总氮量、叶片氮转运量与籽粒产量呈显著正相关,说明成熟期较高的地上部总氮积累、叶片高氮转运量可促进籽粒产量提高。而成熟期叶片C/N与籽粒产量呈显著负相关,各处理中,三行一带种植方式在低密度和高密度条件下成熟期叶片C/N均最低,而对照等行距种植方式值最高。

耦合效应弥补水氮减量对夏玉米养分吸收和利用的不利影响

【目的】适宜的水氮管理是提高关中平原夏玉米产量的关键。研究水、氮减量及其交互作用对夏玉米养分积累和转运以及氮素利用的影响,为关中平原夏玉米高产高效栽培提供理论依据。【方法】于2018—2019年,在陕西杨凌设置水、氮二因素裂区田间试验。3个灌溉处理为传统灌水量800 m3/hm^(2)(W2)、减量50%灌水(400 m3/hm^(2),W1)和无灌溉(W0)。每个灌溉量下设传统施氮量的100%(300 kg/hm^(2),N300)、–25%(225 kg/hm^(2),N225)、–50%(150 kg/hm^(2),N150)、–75%(75 kg/hm^(2),N75)和不施氮(N0)5个水平,W2N300为传统水氮管理模式对照。分析夏玉米籽粒产量、氮磷钾养分积累与转运特征,计算氮肥利用效率。【结果】与W2N300相比,W2N225、W1N225、W1N150处理的夏玉米产量和产量构成因素无显著差异。W1N225显著提高了玉米抽雄后干物质积累,显著提高了玉米抽雄后氮、磷、钾养分积累和所占比例,W2N225、W1N300则与W2N300无显著差异。与W2N300相比,W1N225处理可以显著提高干物质和氮磷钾养分转运量,分别比W2N300处理的干物质和氮磷钾转运量提高了11.67%、16.28%、19.80%、18.95%。相关分析结果表明,玉米抽雄前后氮、磷、钾素积累量与籽粒产量均呈显著或极显著正相关,且抽雄后的氮、磷、钾积累量与产量的相关性高于抽雄前。【结论】在传统灌水量和施氮量基础上,减少50%的灌水量,减少25%的氮素投入量可显著提高玉米抽雄后养分积累,促进养分转运量和抽雄后转运养分对籽粒贡献率的协同提高,进而提高了玉米产量和氮肥利用效率。综合考虑夏玉米产量,氮、磷、钾养分积累与其转运特征以及氮素利用效率等因素,在关中平原灌溉区,以灌水减量50%(即400 m3/hm^(2))、施氮减少25%(即225 kg/hm^(2))的模式较为适宜。

水氮互作对夏玉米氮素积累运转及利用的影响

为探索水氮高效利用、减少农田氮肥污染途径,设置了不同水分和不同施氮水平的互作试验,研究其对夏玉米植株氮素积累运转及氮肥利用的影响。结果表明:与不施氮相比,施氮处理显著提高了植株氮素积累量,最终氮素积累量增加了24%~35%;施氮增加了茎叶及整株等营养器官花前贮藏氮素运转量,灌水增加了茎、叶、穗及全株花前贮藏氮素运转量,同时施氮和灌水均明显增加籽粒氮素积累总量,且处理间均表现为处理2>处理1>处理0。与处理0比,施氮处理籽粒氮素总量增加26.31%,灌水处理增加24.89%;施氮和灌水明显提高了氮素吸收效率和氮肥农学效率,对氮素利用效率影响结果不一。综合本试验研究结果,以N1W2处理综合表现最优,可以考虑生产中推广应用。

不同时期高温胁迫对夏玉米物质生产性能及籽粒产量的影响

【目的】黄淮海夏玉米区高温胁迫频发、重发、持续期延长显著影响籽粒产量。本文以不同耐热型玉米品种为材料,探明大喇叭口期(V12)和开花期(VT)高温胁迫对两类品种叶片光合特性、碳同化物积累、分配和籽粒产量的影响。【方法】本研究以耐热型品种郑单 958(ZD958)和热敏感型品种先玉 335(XY335)为材料,以同时期适宜温度处理(昼 32℃12 h/夜 22℃12 h)为对照,使用自动控温控湿的高温棚模拟田间自然增温效果,设置 V12 期、VT 期高温胁迫处理(昼 38℃12 h/夜 28℃12 h),比较高温胁迫后夏玉米叶面积指数(LAI)、碳代谢酶活性、光合速率、碳同化物积累和分配的动态变化特征,明确夏玉米物质生产性能及籽粒产量对高温胁迫的响应机制。【结果】高温胁迫后,两品种的 LAI、碳代谢酶活性、净光合速率和干物质积累量均显著降低,ZD958 和 XY335 的 LAI、RuBP 羧化酶活性、PEP 羧化酶活性、净光合速率和干物质积累量比其对照分别降低了 2.98%—4.21%、40.38%—54.46%、16.88%—30.60%、18.14%—25.49%、12.83%—19.38%和 3.80%—5.07%、56.56%—76.16%、26.33%—33.66%、22.37%—34.62%、22.07%—26.72%,VT期高温胁迫的降幅大于 V12 期。高温胁迫后,夏玉米叶片蒸腾速率显著升高,但叶片水分利用效率显著下降。高温下两品种的C 同化量均显著降低,V12 期高温胁迫后,ZD958 和 XY335 的C 同化量分别降低了 18.48%和 22.82%,籽粒中C同化量占比降低。高温胁迫显著降低穗粒数,千粒重虽有小幅提高,但籽粒产量显著降低。与适宜温度相比,V12 期高温胁迫后 ZD958 穗粒数和产量分别降低了 62.53%和 45.87%;VT 期高温胁迫后穗粒数和产量分别降低了 70.53%和 66.89%;V12 期高温胁迫后 XY335 穗粒数和产量分别降低了 70.50%和 62.87%;VT 期高温胁迫后分别降低了 85.41%和 80.61%;VT期高温胁迫降幅大于 V12 期高温胁迫,XY335 的降幅大于 ZD958。【结论】高温胁迫降低了夏玉米叶面积指数、叶片 RuBP和 PEP 羧化酶活性,显著降低叶片光合速率和干物质生产性能。高温下穗粒数显著减少,抑制了碳同化物从叶片和茎秆向籽粒的转运,最终导致籽粒产量降低。VT 期高温胁迫效应大于 V12 期,热敏感型品种 XY335 的降幅显著大于耐热型品种 ZD958。

花期干旱胁迫对不同夏玉米品种花后干物质积累运转及产量的影响

【目的】明确花期不同程度干旱胁迫对夏玉米花后干物质运转的影响机制,为夏玉米抗旱栽培提供理论依据。【方法】于2018—2019年在人工控水条件下,以干旱敏感型品种伟科702(WK702)和耐旱型品种郑单958(ZD958)为供试材料,于玉米花期设4个干旱胁迫处理,分别为CK(对照,全生育期正常灌水)、T1(花前干旱胁迫)、T2(花后干旱胁迫)和T3(花期连续干旱胁迫),探究花期不同程度干旱胁迫对玉米植株形态、叶面积指数、花后干物质积累分配及运转和籽粒产量的影响。【结果】花前干旱胁迫能抑制株高、穗位高、茎粗和叶面积的生长,而花后干旱胁迫的影响较小,但生育后期叶面积指数下降幅度较大。花期干旱胁迫不仅显著降低夏玉米花后干物质积累量(P<0.05,下同),还抑制茎叶等营养器官干物质向籽粒的运转,降低干物质运转量、运转率及其对籽粒产量的贡献率,使成熟期干物质在籽粒中的分配比例减少。花前干旱胁迫对夏玉米穗长、穗粗、穗粒数和百粒重等穗部性状的影响大于花后干旱胁迫。花期干旱胁迫导致夏玉米籽粒产量显著下降,其中花期连续干旱胁迫籽粒产量降幅最大,花前干旱胁迫籽粒产量降幅大于花后干旱胁迫;ZD958在T1、T2和T3处理下的籽粒产量分别比对照下降20.1%、15.6%和35.9%,WK702分别比对照降低32.3%、19.3%和51.3%。【结论】花期干旱胁迫在不同程度上影响夏玉米的植株形态、有效光合面积、花后干物质积累与运转等,导致夏玉米产量显著降低,对干旱敏感型品种WK702花后干物质积累与运转的抑制高于耐旱型品种ZD958。

农业干旱对华北平原农业生态系统碳通量的影响

农业是全球生态系统碳循环的重要组成部分,受干旱影响较大,因此了解干旱对农业生态系统碳汇强度的影响有助于理解农业生态系统碳循环的变化规律,为实现碳排放的控制提供理论依据。利用植被光合呼吸模型(VPRM)对华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统净生态系统碳交换量(NEE)进行模拟,基于蒸散发和归一化植被指数计算干旱严重程度指数(DSI)作为评价农业干旱强度的指标,并通过地理探测器和去趋势分析评估了华北平原农业生态系统NEE对农业干旱的时空响应。结果表明,冬小麦生育期间华北平原北部农业干旱强度大于南部,且随着冬小麦发育,其农业干旱强度逐渐降低;夏玉米生育期间,华北平原进入雨季,整体较为湿润。农田生态系统固碳能力随着农业干旱强度的增加而减小,且农田生态系统NEE对农业干旱的敏感性在冬小麦/夏玉米生育中期大于生育初期和末期,其中农业干旱的空间变异性对冬小麦NEE的解释力在3月最大(q=0.681),对夏玉米NEE的解释力在8月最大(q=0.792)。随着农业干旱强度的加重,若不考虑籽粒碳含量,麦田和玉米田从强碳汇变为弱碳汇,若考虑籽粒碳含量,则其最终转变为碳源。

施氮期对夏玉米氮素积累运转及氮肥利用的影响

通过设置不同施氮期试验,研究对夏玉米植株氮素积累运转及氮肥利用率的影响。结果表明,与不施氮相比,施氮提高了植株氮素积累量、子粒氮素积累量和氮素收获指数(NHI)。吐丝后穗部氮素积累迅速增长,茎鞘氮素转运主要集中在灌浆初期,叶片氮素转运主要发生在灌浆中后期。施氮使氮生理效率较不施氮处理平均下降了16%,处理间氮肥效率差异不显著。植株总吸氮量的60%～70%主要集中在吐丝至成熟期,以3叶期施氮+12叶展追氮处理氮吸收最多,氮肥利用率(NUE)最高,与其他处理相比,3叶期施氮+12叶展追氮处理NUE分别提高了21.8个百分点和22.8个百分点。