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1. “玉米营养生理与施肥”专题导读：高产玉米氮素高效利用

刘鹏，董树亭，李少昆，张吉旺

2017, 50 (12): 2232-2237. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.004

摘要（311）

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PDF （292KB）（745）

玉米是中国第一大作物，在保障国家粮食安全中占有重要地位。近年来，围绕玉米高产，国内学者在栽培理论、技术与应用方面取得一系列重要突破，创造了一批玉米高产纪录：仅2006—2010年就有159个地块的玉米籽粒产量达到或超过15 000 kg·hm^-2。通过推广示范，全国玉米平均单产从2006年的5 326.32 kg·hm^-2提高到2016年的5 972.70 kg·hm^-2，增加了12.14%。但是，农户的主要增产途径是肥料尤其是氮肥投入，而连续过量施氮使华北地区土壤矿质氮高量积累、氮肥利用率显著降低。持续高量的化肥投入还造成生态环境安全隐患，地表水或地下水体硝酸盐含量超标，影响农田的可持续利用。在此情况下，兼顾作物高产与资源高效持续利用显得十分必要。作者从高产玉米田的氮素吸收利用规律、高产玉米氮素高效吸收的根系特性、高产玉米碳氮代谢协调、高产玉米氮肥优化施用等方面综述了国内最新研究进展，以期为破解粮食需求不断增加、农田面积日益减少、作物集约化生产环境代价日益加剧的严峻局面提供思路。同时，作者对本期“玉米营养生理与施肥”专栏收录的6篇文章进行了简单介绍。

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2. 陕西灌区高产春玉米物质生产与氮素积累特性

张仁和，王博新，杨永红，杨晓军，马向峰，张兴华，郝引川，薛吉全

2017, 50 (12): 2238-2246. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.005

摘要（250）

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PDF （464KB）（346）

【目的】探明陕西灌区高产春玉米栽培下干物质积累和氮素吸收的动态特征，为陕西春玉米高产栽培技术提供理论依据。【方法】以高产玉米品种陕单609为材料，设置普通大田栽培、高产栽培和超高产栽培3个栽培处理，于2013—2015年在陕西灌溉春玉米试验站进行试验，研究分析玉米产量等级群体的干物质积累、氮素吸收、叶面积指数与SPAD值、产量构成特性。【结果】普通大田栽培、高产栽培和超高产栽培下玉米籽粒平均产量分别为11.1、13.1和16.1 t·hm^-2，与普通大田栽培（对照）比，高产栽培和超高产栽培下籽粒产量增加18.0%和45.1%；穗粒数和千粒重低于对照，而单位面积穗数极显著高于对照，单位面积较多穗数，是玉米高产潜力的关键。高产栽培和超高产栽培下群体收获指数也显著高于普通大田栽培。高产和超高产栽培群体干物质和氮素积累量较对照增加18.5%、41.8%和20.5%、24.5%。春玉米吐丝后，高产和超高产栽培群体干物质量对籽粒产量贡献率较对照提高10.0%和20.1%；氮素积累量对籽粒氮贡献率较对照提高30.2%和61.6%。相关分析显示，干物质量和氮素积累量与籽粒产量呈极显著正相关（r=0.998；r=0.927）。春玉米花后，高产栽培和超高产栽培下叶面积指数和SPAD值显著高于普通大田。【结论】与普通大田栽培和高产栽培相比，超高产栽培显著提高了春玉米吐丝后生物量积累和氮素积累量，及其对籽粒的贡献率。维持叶片较强的光合生产能力，是其实现春玉米高产的生理基础。在陕西灌区春玉米生产中，在筛选耐密品种的基础上增加种植密度、强化氮肥分次追施，保证高产玉米吐丝后期对氮素的需求，实现春玉米高产。

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3. 密植与氮肥用量对不同耐密型夏玉米品种产量及氮素利用效率的影响

李广浩，刘娟，董树亭，刘鹏，张吉旺，赵斌，石德杨

2017, 50 (12): 2247-2258. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.006

摘要（314）

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PDF （399KB）（621）

【目的】探究密度与氮肥用量对不同耐密型夏玉米品种籽粒产量及氮素利用效率的影响。【方法】以稀植大穗型品种鲁单981（LD981）和紧凑耐密型品种郑单958（ZD958）为供试材料，设置52 500和82 500 株/hm²两个种植密度，同时设置0、90、180、270和360 kg·hm^-25个施氮水平，研究密度与氮肥用量对不同耐密型夏玉米品种单株及群体干物质积累特性、氮素转运效率、氮素利用效率、产量及其构成因素的影响。【结果】增加种植密度，相同施氮水平处理的千粒重和穗粒数显著降低，单位面积穗数、空秆率、倒伏率显著提高，不耐密品种空秆率、倒伏率增加更显著。其中，ZD958与LD981各施氮处理的平均千粒重、穗粒数分别降低6.24%、6.77%和7.52%、18.09%，LD981空秆率、倒伏率高达17.0%、27.6%，显著高于ZD958。高密度条件下，籽粒产量随施氮量增加而增加，施氮270和360 kg·hm^-2处理的产量差异不显著；低密度条件下，随施氮量增加，籽粒产量先上升后下降，施氮量270 kg·hm^-2处理产量达到最大值。增加种植密度，夏玉米单株干物质积累量呈降低趋势，群体干物质积累量呈增加的趋势。随施氮量增加，单株和群体干物质积累量均显著增加，花后干物质贡献率呈上升趋势。相同氮素水平下，高密度处理显著提高夏玉米总氮素积累量、氮素转运量及其对籽粒的贡献率。增加种植密度，ZD958和LD981各施氮处理的平均总氮素积累量、氮肥农学利用率、氮肥利用率分别增加15.94%、39.01%、26.22%和1.96%、5.79%、14.92%。相同种植密度水平下，总氮素积累量和花后氮素同化量随施氮量增加呈上升趋势，而氮肥农学效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力呈下降趋势。增加种植密度，营养器官氮素转运量和氮素转运对籽粒的贡献率显著增加。高密度种植条件下，氮素转运效率及贡献率随施氮量增加而增加，而低密度种植条件下，随施氮量增加而降低。【结论】本试验条件下，增密施氮显著提高不同耐密型夏玉米干物质积累量，但密度对籽粒产量的影响，品种间差异显著。增密后，LD981 籽粒产量增加不显著，ZD958 籽粒产量显著提高。高密度条件下，增加施氮量，不同耐密型玉米籽粒产量均显著增加，而 LD981 空秆率、倒伏率显著提高，是限制 LD981 籽粒产量提高的主要原因。增密显著提高不同耐密型玉米氮素利用率，提高营养器官氮素转运量；增加种植密度，ZD958 花后氮素同化量增加，LD981 则降低。施氮降低了植株氮素利用效率，但可以提高高密度条件下植株氮素吸收量，提高花后氮素同化量。增密与施氮相结合，有利于耐密型玉米产量与氮肥利用率协同提高。综合考虑产量和氮效率两方面，ZD958适宜种植密度为82 500株/hm²，施氮量为270 kg·hm^-2；LD981适宜种植密度为52 500株/hm²，施氮量为180 kg·hm^-2。

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4. 品种和氮素供应对玉米根系特征及氮素吸收利用的影响

程乙，王洪章，刘鹏，董树亭，赵久然，王荣焕，张吉旺，赵斌，李耕，刘月娥

2017, 50 (12): 2259-2269. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.007

摘要（309）

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【目的】>研究玉米根系特性与氮素吸收利用及其与地上部生物量和产量形成的关系，探明根系形态特征与氮素吸收能力对玉米高产性能的影响，为玉米高产高效生产提供理论依据。【方法】试验于2014—2015年在山东农业大学黄淮海区域玉米技术创新中心（36°18′N，117°12′E）和作物生物学国家重点实验室进行，以京科968（JK968）、郑单958（ZD958）和先玉335（XY335）为试验材料，采用土柱栽培，设置两个氮素水平，施氮量分别为1.5 g/plant（LN）和4.5 g/plant（HN），在抽雄期（VT）和完熟期（R6）进行根系及植株取样，测定根系相关指标（根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积）,干物质及氮素积累与分配规律，探究品种和氮素供应对玉米根系特征及氮素吸收利用的影响。【结果】两个氮素水平下JK968单株籽粒产量、生物量、根系各指标和植株氮素积累量、氮转运率、氮素收获指数、氮素利用效率均显著高于XY335和ZD958（P＜0.05）。JK968单株生物量、籽粒产量、植株氮素积累量较XY335和ZD958在低氮水平下分别增加15.2%、17.7%、9.0%和31.6%、44.1%、31.4%，在高氮水平下分别增加5.4%、12.9%、8.9%和13.5%、26.8%、23.5%；高氮水平下JK968、XY335、ZD958的单株生物量、单株籽粒产量和植株氮素积累量较低氮水平下分别增加15.7%、10.2%、33.9%，26.5%、14.8%、34.0%和34.3%、25.1%、42.5%。抽雄期JK968根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积较XY335和ZD958在低氮水平下分别增加41.8%、9.0%、47.1%、24.0%和63.2%、41.6%、60.4%、105.1%，在高氮水平下分别增加24.3%、6.0%、35.2%、19.7%和40.3%、30.0%、49.3%、78.7%；高氮水平下JK968、XY335、ZD958的根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积较低氮水平下分别增加48.3%、37.3%、36.4%、12.7%，69.1%、41.3%、48.4%、16.7%和72.5%、49.7%、46.5%、29.3%。相关分析表明，吸氮量与根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积呈显著线性正相关，但品种的响应程度不同。在抽雄前，JK968植株吸氮量对根系干重、根系长度、根系表面积、根系体积增长的响应度要高于XY335和ZD958；而抽雄后的响应度则低于XY335和ZD958。【结论】JK968整个生育期的根系各项指标均显著高于XY335和ZD958，且氮素吸收能力强，生物量大，低氮条件下优势更加明显。JK968较发达的根系，保证了植株对氮素的吸收，具有较高的氮素转运效率、贡献率和氮素利用效率，有利于进行物质生产，因而获得更高的籽粒产量。

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5. 不同栽培模式对夏玉米根系性能及产量和氮素利用的影响

任昊，程乙，刘鹏，董树亭，赵杰，张吉旺，赵斌

2017, 50 (12): 2270-2281. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.008

摘要（243）

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【目的】研究不同栽培模式对夏玉米根系性能、籽粒产量形成以及氮素吸收利用的影响，探明不同栽培模式下玉米根系形态特征与产量形成、氮素吸收能力的关系，为促进玉米根系生长发育、增强根系吸收性能、优化施肥量，促进玉米高产高效生产提供理论依据。【方法】在定位试验条件下，选用郑单958为试验材料，在两种地力条件下，以不施氮肥处理为对照（CK），设置超高产玉米栽培模式（SH）、高产高效栽培管理模式（HH）、农民习惯栽培管理（FP）3种栽培模式，比较分析不同栽培模式夏玉米根系特性对产量形成和氮素吸收利用的调控效应。【结果】不同栽培模式间夏玉米产量存在显著差异，与HH、FP和CK模式相比较，高地力和低地力田块SH模式的两年平均产量分别提高3.54%、17.50%、30.12%和3.16%、18.45%、27.72%，统计分析表明地力和栽培模式均对夏玉米产量有极显著影响，两种因素综合影响因年份变化有所差异。两种地力条件下，夏玉米各时期群体生物量均表现为SH＞HH＞FP＞CK。在抽雄期（VT）和完熟期（R6），SH处理的植株氮素积累总量显著高于其他处理，氮肥利用效率和氮肥农学利用效率均高于FP模式，HH模式的氮肥农学利用效率、氮肥利用效率和氮收获指数均最高，氮肥偏生产力低于FP模式，但仍高于SH模式。在不同地力基础上夏玉米不同栽培模式的根系指标变化趋势基本一致，在大喇叭口期（V12）、抽雄期（VT）、乳熟期（R3）的根系干重密度、根长密度和根表面积密度均为SH＞HH＞FP＞CK，从V12到VT期，SH和HH模式的根长密度、根干重密度和根表面积密度增幅均显著高于FP模式，从VT到R3期，降幅均显著低于FP模式，SH和HH模式VT期根系活跃吸收面积比例显著高于FP模式。不同栽培模式各时期根长密度、根表面积密度和根干重密度与产量和氮肥利用效率均呈显著正相关。【结论】高产高效栽培模式可以有效地促进根系发育、延缓根系衰老、提高氮肥利用效率，有助于实现夏玉米高产高效的目标。

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6. 氮肥运筹对不同夏玉米品种碳氮代谢协调性的影响

苌建峰，董朋飞，王秀玲，刘卫玲，李潮海

2017, 50 (12): 2282-2293. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.009

摘要（272）

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【目的】在不同的氮肥水平下研究不同夏玉米品种碳、氮代谢差异，分析其协调性，提出高产、稳产的生理学指标，探索根据代谢型进行差异化管理的新途径。【方法】2009—2011年在河南温县和郑州，利用大田和盆栽两种种植方式，60 000株/hm²密度，设计0、120、240、360 kg·hm^-24个氮肥水平，比较郑单958（ZD958）、农大108（ND108）、浚单20（XD20）、豫单2002（YD2002）等4个夏玉米品种的产量、叶片持绿性、氮吸收和转运、不同器官C/N、叶片PEP羧化酶和RUBP羧化酶活性等指标的差异，分析4个品种在不同氮肥水平下的碳、氮代谢协调性。【结果】（1）盆栽试验中，不同氮肥水平间产量比较，XD20差异最大，ZD958差异最小；随着氮肥水平提高，产量呈增加趋势。但大田试验中，除XD20之外，其余品种在N240和N360条件下差异不显著。（2）对灌浆期氮的吸收和转运比较，低氮条件下，ZD958营养器官氮优先向叶片转移，能保持较好的持绿性；ND108对氮的吸收和运转量都较大，持绿性好，但有效利用较低；XD20在低氮条件下氮的吸收量较低，缺乏优先供应叶片的机制，易早衰；YD2002在4个氮肥水平下均表现为灌浆期营养器官氮向籽粒转移量过大，根系吸收量小，易早衰。（3）在灌浆期，正常施肥条件下，ZD958和XD20叶片碳氮比介于YD2002和ND108之间；在成熟期，ZD958和XD20的籽粒碳氮比较高。（4）在灌浆中期，ZD958的PEPCase/RUBPCase最高，且与其余3个品种差异显著；YD2002始终处于较低水平；XD20和ND108随氮肥水平增加提高显著。【结论】玉米品种良好的碳氮代谢协调性表现在碳水化合物和氮素的转运过程中，碳氮代谢协调性较好的品种能很好地协调光合产物和氮素在籽粒灌浆和维持营养器官功能需求之间的矛盾，具有较高的PEPCase/RUBPCase，从而保证高产、稳产。

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7. 施氮时期对黄淮海平原夏玉米茎秆发育及倒伏的影响

边大红，刘梦星，牛海峰，魏钟博，杜雄，崔彦宏

2017, 50 (12): 2294-2304. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.12.010

摘要（277）

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PDF （1652KB）（500）

【目的】针对黄淮海平原区夏玉米倒伏严重的问题，探讨不同施氮时期对夏玉米茎秆发育及倒伏情况的影响，以期为黄淮海平原区高产夏玉米氮素管理、提高夏玉米植株抗茎倒伏能力提供理论依据。【方法】以不同植株形态的玉米品种先玉335（XY，高秆低穗位型）、浚单20（XD，中秆高穗位型）和京单28（JD，中秆低穗位型）为试验材料，每个品种设种肥（N1）、苗肥（N2）、拔节肥（N3）、大喇叭口肥（N4）和抽雄肥（N5）5个施氮时期处理，以不施氮肥（N0）为对照，研究施氮时期对夏玉米茎秆形态学、解剖学和机械力学特征以及田间倒伏率的影响。【结果】施氮时期对夏玉米茎秆形态学、解剖学及机械力学特征均有显著影响（P＜0.05）。N1、N2、N3处理能明显促进夏玉米茎秆发育，植株重心、穗高系数、基部第3节间长与粗、硬皮组织厚度、表皮层厚度及大小维管束数目、节间抗折力、硬皮穿刺强度和植株抗拉力均显著大于N0处理；其中，N1、N2处理夏玉米基部第3节间长粗比值显著小于N0处理，N3处理则表现出略大于N0趋势；田间倒伏率表现为N1、N2显著低于N0和其他施氮处理，N3略大于N0处理；N4处理下，夏玉米植株穗高系数、基部第3节间长与N0无明显差异，节间粗、各项解剖学及力学指标显著高于N0，节间长粗比值表现为略低于N0处理，田间倒伏率较N0显著降低；N5处理对夏玉米茎秆发育无明显影响，节间各项形态学、解剖学和力学特征与N0差异不显著，田间倒伏率随着夏玉米植株重心和穗高系数的显著降低而明显低于N0处理。从产量及产量构成因素来看，各施氮处理夏玉米穗粒数、粒重及产量均显著大于N0处理（P＜0.05），其中，N3、N4处理穗粒数和粒重均处于较高水平，增产幅度最大；N1、N2处理穗粒数最多，但粒重较低，增产幅度低于N3、N4处理；N5处理虽然粒重最高，但穗粒数较其他施氮处理显著降低，最终增产幅度不大。【结论】合理的施氮时期可显著促进夏玉米茎秆基部节间发育，显著降低节间长粗比值，增强植株抗茎倒伏能力；种肥、苗肥作用最显著，但因粒重较低进而降低了增产幅度；拔节期施氮节间长增长迅速进而导致了节间长粗比值增加，植株抗茎倒伏能力降低，玉米栽培管理中应尽量避免；大喇叭口期施氮可明显促进茎粗增加，进而降低节间长粗比和田间倒伏率，同时穗粒数和粒重较高，增产幅度最大。因此，结合前人研究结果表明，采用播种或苗期少量施氮，大喇叭口期重施氮肥的分次施氮措施有利于促进夏玉米茎秆和雌穗发育，提高夏玉米产量及植株抗茎倒伏能力。关于最佳氮肥配比有待进一步系统研究。

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