氮素水平和種植密度對山西省春玉米產量的影響

孫炬仁 邢國芳

摘要：分別以春玉米品種強盛16、屯玉99為研究對象，設置3個施氮量和4個種植密度，通過統計穗長、穗粗、穗質量、禿尖長、百粒質量和產量，分析不同施氮量和種植密度對玉米產量的影響。結果表明，較低的種植密度有利于穗長，不利于禿尖長。種植密度對穗粗、穗質量、百粒質量影響不大;在玉米產量方面，強盛16、屯玉99表現出協同性，均隨著種植密度的上升先上升后下降;強盛16最佳的種植密度為6.0×104 株/hm2，屯玉99最佳的種植密度為7.5×104株/hm2。施氮量對玉米的穗長影響不明顯，對穗粗、穗質量、禿尖長有明顯影響，但最終反映在百粒質量和產量上的影響卻不明顯;強盛16、屯玉99較佳的施氮量均為360 kg/hm2。通過對山西春玉米施氮量和種植密度互作對產量的影響研究，強盛16 獲得最高產量為795 kg/667 m2，屯玉99獲得最高產量為684 kg/667 m2。

關鍵詞：施氮量;種植密度;春玉米;產量;互作影響

中圖分類號： S513.04;S513.06? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）21-0116-04

收稿日期：2021-03-17

基金項目：山西省重點研發計劃（編號：201803D221008-4）; 山西省高等學?？萍紕撔禄穑ň幪枺?015145）;晉中市重點研發計劃（編號：Y192011）。

作者簡介：孫炬仁（1969—），男，山西朔州人，碩士，副教授，研究方向為植物病蟲害防治及設施園藝生產等。E-mail：sunju09@126.com。

通信作者：邢國芳，博士，副教授，碩士生導師，研究方向為作物營養高效機理研究。E-mail：guofxing134@136.com。

山西省農作物種植面積達384.05萬hm2，其中玉米種植面積為1 67.65萬hm2，是我國重要的玉米生產區。根據山西省玉米最新區域規劃，山西省玉米種植分區可分為7個區（5個春播區，2個夏播區）：分別為春播極早熟、春播早熟、春播中熟、春播中晚熟、春播晚熟、夏播早熟、夏播中熟玉米區[1]。山西玉米種植區常年存在氮肥過量施用、氮肥利用效率低、氮素流失造成農田水體污染等問題。合理密植以建立優勢的群體構造，提高光合作用，已成為實現玉米增產最為經濟有效的途徑。大量研究表明，在作物種植過程中，種植密度會對作物的根系發育、莖稈特性、穗位、株高等方面造成影響。近年來學者們一直致力于通過提高玉米種植密度來創造高產的研究[2]。干物質的累積狀況影響作物籽粒的產量，而單株與群體的干物質累積量之間是相互矛盾的，玉米籽粒產量與種植密度呈二次拋物線關系。氮素是農作物生長所必須的營養元素之一，我國目前施肥不合理的狀況非常嚴重，農作物當季利用氮肥的平均值不足40%。蘆大偉等研究發現，玉米種植控制事宜施氮量可以延長干物質的累積從而促進后期物質轉運和籽粒的灌漿[3]。鄭偉等認為，在施氮量不足或者過量的情況下都會使玉米百粒質量下降，只有在氮素施用適量時百粒質量才增加[4]。關于氮肥和種植密度的互作效應對農作物產量的影響研究大多集中在棉花、油菜籽、水稻、小麥等作物上。其中對小麥的研究發現，施氮量和種植密度均能顯著影響小麥的產量以及產量構成因素指標，但兩者中種植密度是主要的。在適當的種植密度和施氮量條件下，如果充分利用二者的協作效應，不僅可以提高氮素的利用效率還能獲得較高的籽粒產量[5-7]。而玉米種植中的氮肥和密度協同影響研究較少，且研究時僅考量單一因子如生長性狀、干物質積累和產量等方面[8]。本研究以山西太行山壽陽玉米種植區的強盛16、屯玉99玉米品種為材料，開展施氮量和種植密度互作對玉米產量的影響研究，以期為山西省春玉米高產高效生產提供技術支持和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與基本情況

試驗地點設在太行山壽陽玉米種植區，該地區平均海拔高度753 m，平均氣溫17.8 ℃，無霜期 78 d，降水量452 mm，日照時數1 387 h，土壤類型為沙質土壤，播種前土壤pH值為7.64，全氮含量為1.27 g/kg，有機質含量為17.3 g/kg，速效磷含量為19.6 mg/kg，速效鉀含量為121.3 mg/kg[9]。

1.2 試驗設計

2個供試品種分別為強盛16、屯玉99，其中強盛16為春播早熟玉米品種，屯玉99為春播晚熟玉米品種。共設3個氮素水平和4個種植密度（表1），重復3次，共72個小區。各區種植面積為 36 m2（6 m×6 m，水溝寬度0.5 m）。試驗所施磷肥、鉀肥均按照 95 kg/hm2 標準施用[10]。于2020 年6月12日進行播種，10月5日收獲。

1.3 測試方法

于成熟期從每個小區中選出長勢均勻、具有代表性的玉米植株15株。隨機選取10個玉米穗，測定每穗行數、列數并得到每穗粒數，全部脫粒后，隨機數3個200粒，計算平均值得到百粒質量，然后測定含水量，計算實際產量（按14%含水量換算）。同時測定穗長、禿尖長、穗粗[11-13]。

2 結果與分析

2.1 施氮量和密度互作對玉米果穗長度的影響

從圖1、圖2中可以看出，果穗長度隨著種植密度的增大，呈現階梯狀遞減。當種植密度為4.5×104、6.0×104 株/hm2（D1、D2）時，果穗長度的差異性不明顯。強盛16在無施氮量下，果穗長度最長，為 21.90 cm。屯玉99在施氮量為360 kg/hm2（N3）時，果穗長度最長，為22.31 cm。當種植密度增加到7.5×104 株/hm2（D3）時，2個品種的果穗長度均明顯下降，而不同施氮量下差異不明顯。說明種植密度和施氮量互作情況下，種植密度是影響果穗長度的關鍵因素，適當進行施氮有利于屯玉99晚熟種的生長。

2.2 施氮量和密度互作對玉米果穗粗的影響

從圖3、圖4中可以看出，2個品種果穗粗隨著種植密度的增大，基本呈現先降低后緩慢上升的趨勢，總體差異性不明顯。而不同的施氮量果穗粗表現出

較大的差異性，2個品種果穗粗均隨著施氮量的增大先增大后下降。強盛16、屯玉99在360 kg/hm2施氮量（N3），種植密度為9.0×104 株/hm2（D4）時，果穗粗最大，分別為6.27、6.34 cm。說明種植密度和施氮量互作情況下，施氮量是影響果穗粗的關鍵因素，在一定范圍內，增大施氮量有利于果穗粗增大。

2.3 施氮量和密度互作對玉米果穗質量的影響

從圖5、圖6中可以看出，2個品種果穗質量在種植密度和施氮量互作情況下，表現出一致性，即隨著種植密度的增加，果穗質量輕微下降;隨著施氮量的增加，果穗質量先上升后下降。但是總體上，強盛16的果穗質量要小于屯玉99。不同的種植密度對果穗質量影響不明顯，種植密度和施氮量互作情況下，施氮量是影響果穗質量的關鍵因素，在一定范圍內，增大施氮量有利于果穗質量增大，類似于對果穗粗的影響。施氮量可以提高植株的氮素運轉率從而促進干物質向籽粒的累積，表現在果穗粗和果穗質量的增大。

2.4 施氮量和密度互作對玉米禿尖長的影響

從圖7、圖8中可以看出，2個品種果穗禿尖長隨著種植密度和施氮量的增大，均呈現先快速增加后快速降低，差異明顯?？傮w上，屯玉99的禿尖長大于強盛16。強盛16、屯玉99在180 kg/hm2施氮量（N2），種植密度為7.5×104 株/hm2（D3）時，果穗禿尖長最大，分別為1.75、2.36 cm。說明種植密度和施氮量互作情況下，種植密度和施氮量均是影響果穗禿尖長的關鍵因素，都應控制在合理范圍。

2.5 施氮量和密度互作對玉米百粒質量的影響

從圖9、圖10可以看出，2個品種的百粒質量在種植密度影響下，基本沒有變化。但隨著施氮量的增加，百粒質量先上升后下降?？傮w上，屯玉99的百粒質量要大于強盛16，在180 kg/hm2施氮量（N2），種植密度為6.0×104 株/hm2（D2）時，強盛16、屯玉99的百粒質量分別為58.78、64.32 g。種植密度和施氮量互作情況下，施氮量是影響百粒質量的關鍵因素。屯玉99屬于晚熟品種，在栽培過程中，適當增加施氮量可以提升干物質的積累，表現在百粒質量的增大。

2.6 施氮量和密度互作對玉米產量的影響

影響玉米產量的因素有很多，其中主要影響因素有穗粗、穗質量、百粒質量、密度、水分含量和每穗粒數等指標。在標準水分含量為14%條件下，對不同處理的春玉米品種強盛16、屯玉99的產量測定數據進行統計，結果見圖11、圖12。

從圖11、圖12可以看出，2個品種產量在種植密度影響下，產量先上升后下降。當種植密度達到6.0×104 株/hm2（D2）時，強盛16產量表現出見頂趨勢，而屯玉99的產量還在上升;直到種植密度達到7.5×104株/hm2（D3）時，屯玉99的產量才表現出下降趨勢。雖然2個品種在百粒質量上差異不大，但是總體上強盛16的產量要明顯大于屯玉99的產量。2個品種在一定施氮量范圍內，產量均隨著施氮量的增大而增大。在360 kg/hm2施氮量（N3），種植密度為6.0×104 株/hm2（D2）時，強盛16產量為795 kg/667 m2。在 360 kg/hm2 施氮量，種植密度為7.5×104 株/hm2（D3）時，屯玉99產量為684 kg/667 m2。種植密度和施氮量互作情況下，種植密度和施氮量均是影響產量的關鍵因素。屯玉99屬于晚熟品種，由于栽培時間長，在栽培過程中適當增加施氮量和密度對于產量提升有幫助，而早熟品種強盛16需要適當控制種植密度，提高植株群里的綜合光合作用，結合山西省沙質土地的特點，可以通過增大施氮量來增加產量。

3 結論

適宜的施氮量有助于植株生長中后期葉片的光合能力和氮素的吸收，并可以提高植株的氮素運轉率從而促進干物質向籽粒的累積，達到氮肥利用率與產量協同升高。合理增加種植密度，并通過增加氮肥的施用量是一個很好的調節植株個體和群體之間矛盾的方法，這樣有利于增加單株和群體的干物質積累量，提高穗粒數，從而可獲得較高的籽粒產量和氮肥利用率。本試驗中，山西春玉米在不同種植密度和施氮條件下，產量差異明顯，春玉米品種強盛16獲得高產的最適種植密度為6.0×104 株/hm2，施氮量為360 kg/hm2，最高產量為795 kg/667 m2。春玉米品種屯玉99獲得高產的最適種植密度為 7.5×104 株/hm2，施氮量為360 kg/hm2，最高產量為684 kg/667 m2。該研究可為山西春玉米的規?；N植提供指導作用，能夠大幅度節省成本，提高經濟效益、解放勞動力[14-15]。

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