西辽河平原灌区玉米品种干物质及氮素积累转运特征研究

王百雯，杨恒山，范秀艳，周 鑫，武月莲，张瑞富

（1.内蒙古民族大学农学院，内蒙古 通辽 028043；2.内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心，内蒙古 通辽 028000；3.通辽国家农业科技园区发展服务中心，内蒙古 通辽 028000）

玉米是我国重要粮食、饲料和工业原料作物，其种植面积和总产量均居粮食作物之首［1-3］，在确保国家粮食安全中起到重要作用［4-5］。干物质生产是形成玉米经济产量的基础，研究表明，干物质积累量与籽粒产量呈密切正相关，采取相应的栽培耕作措施，进一步提高玉米干物质生产能力是提高玉米籽粒产量的主要措施［6-7］。氮素是玉米必需矿质元素之一，对玉米干物质生产能力有重要影响［8］。不同玉米品种对氮素的响应不同，从而造成氮素吸收利用效率的差异。在玉米生产实践中过量施氮现象较为普遍，其不仅导致玉米氮素吸收利用效率降低，也使农业生产成本增加，且增加生态环境安全风险。

西辽河平原地处世界玉米生产“黄金带”，玉米种植面积大，单产水平高，是全国为数不多的井灌玉米高产区之一［9］，也是内蒙古自治区重要的商品玉米生产基地。近年来，该地区市场上玉米品种逐渐增多，但品种产量潜力和氮素吸收利用效率参差不齐。研究不同玉米品种干物质及氮素积累转运特征，鉴选高产氮高效玉米品种，对进一步提高该地区玉米产量和氮素吸收利用效率具有重要意义。笔者选择该地区主推的7个玉米品种，研究不同玉米品种干物质及氮素的积累转运特征，鉴选高产氮高效玉米品种，以期为西辽河平原灌区玉米高产高效栽培提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在内蒙古自治区通辽市科尔沁区辽河镇通辽市玉米新技术集成与示范基地（122°18′E，43°73′N）进行。试验地区年均降雨量437.6 mm，年均气温6.5 ℃；试验地土壤为灰色草甸中壤土。0～20 cm耕层养分含量分别为有机质16.23 g/kg、全氮1.12 g/kg、碱解氮52.6 mg/kg、有效磷7.11 mg/kg、速效钾85.25 mg/kg。

1.2 试验材料

供试玉米品种分别是MC738、京科968、迪卡159、先玉1715、宏博701、MC670、TK601，均购自通辽市瑞丰农资市场。

1.3 试验设计

试验采用大区对比方式进行，7个玉米品种种植面积均为720 m2（7.2 m×100 m）。采用浅埋滴灌水肥一体化种植方式，大小垄种植，其中，小垄行距40 cm、大垄行距80 cm，种植密度均为75000 株/hm2。各小区均底施磷酸二铵（P2O5，46%）195 kg/hm2，硫酸钾（K2O，50%）90 kg/hm2。追施氮素（N，46%）525 kg/hm2，结合灌溉分别在拔节期、大喇叭口期、吐丝期按3∶6∶1比例追施。不同玉米品种田间管理措施一致，与大田生产相同。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 地上生物量及氮含量

不同玉米品种分别在吐丝期和完熟期取有代表性连续3株，按叶片、茎鞘、籽粒分开，于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘至恒重，记录干物质量。所得样品粉碎后，搅拌均匀留样100 g左右，称取规定重量样品，H2SO4-H2O2消煮后，采用半微量凯氏定氮法测定全氮含量，并根据干物质量和氮含量折算氮素积累量。各指标计算方法如下：

吐丝前干物质积累量（kg/hm2）=吐丝期干物质积累量；

吐丝后干物质积累量（kg/hm2）=完熟期干物质积累量-吐丝期干物质积累量；

营养器官干物质转运量（kg/hm2）=吐丝后营养器官干物质积累量-成熟期营养器官干物质积累量；

营养器官干物质转运率=干物质转运量/吐丝期营养器官干物质积累量×100%；

营养器官干物质籽粒贡献率=干物质转运量/成熟期籽粒干重×100%；

器官氮素积累量（kg/hm2）=成熟期器官干重×成熟期器官含氮量；

器官氮素转运量（kg/hm2）=吐丝后器官氮素积累量-成熟期器官氮素积累量；

营养器官氮素转运率=氮素转运量/吐丝期营养器官氮素积累量×100%；

氮肥偏生产力=产量/施氮量［10］；

氮素吸收效率=植株氮素积累量/施氮量；

氮素收获指数=籽粒氮素积累量/植株总氮素积累量×100%。

1.4.2 产量及其构成因素

各小区选取中间4行进行测产，测产面积为48 m2，3次重复。调查样区内有效穗数，称量鲜穗重，根据平均鲜穗重选取有代表性样穗20穗2份，其中一份人工脱粒后测鲜粒重和含水率，用于折算含水率为14%的籽粒产量；另一份样穗风干后考种，测定穗粒数及千粒重。

1.4.3 数据分析

用Microsoft Excel 2019软件进行数据处理与作图，用DPS 软件LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同玉米品种籽粒产量及产量构成因素比较

表1 为不同玉米品种的籽粒产量及构成因素。由表1 可知，不同玉米品种穗粒数表现为TK601＞DK159＞JK968＞XY1715＞MC738＞HB701＞MC670，其中，TK601、DK159 与JK968、XY1715 之间差异不显著，与MC738、HB701、MC670 之间的差异均达到了显著水平。千粒重表现为TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，TK601 与其他品种间差异均达到显著水平，DK159、JK968 与MC738 之间的差异不显著，与XY1715、HB701、MC670 之间的差异均达到显著水平。籽粒产量表现为TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，TK601 与JK968、DK159 之间差异不显著，与MC738、XY1715、HB701、MC670 之间差异均达到显著水平，JK968、DK159 与MC738、XY1715之间差异不显著，与HB701、MC670之间差异均达到显著水平。

表1 不同玉米品种的籽粒产量及构成因素Tab. 1 The grain yield and component factors of different maize varieties

2.2 不同玉米品种干物质积累转运特征比较

2.2.1 干物质积累量

不同玉米品种各器官干物质积累量见表2。由表2可知，吐丝期，茎鞘、叶片及茎鞘+叶片干物质积累量TK601、JK968、DK159 与其他品种之间差异均达到显著水平，TK601、JK968、DK159 三者间差异不显著。完熟期，茎鞘干物质积累量变化规律与吐丝期基本一致；叶片干物质积累量TK601、JK968、DK159与其他品种之间差异均达到显著水平；籽粒干物质积累量TK601、JK968、DK159与其他品种之间差异达到显著水平，TK601、JK968、DK159 间差异不显著，XY1715、MC738 与MC670 之间差异达到显著水平，HB701与XY1715、MC738、MC670之间差异不显著。

表2 不同玉米品种各器官干物质积累量Tab. 2 Dry matter accumulation in each organ of different maize varieties kg/hm2

2.2.2 干物质转运量、转运率和籽粒贡献率

不同玉米品种干物质转运量、干物质转运率和籽粒贡献率见表3。

表3 不同玉米品种干物质转运量、干物质转运率和籽粒贡献率Tab. 3 Dry matter translocation，dry matter translocation rate and grain contribution rate of different maize varieties

由表3可知，茎鞘干物质转运量TK601、JK968、DK159与其他品种之间差异显著，XY1715、MC738与MC670 之间差异显著；叶片干物质转运量TK601 与其他品种之间差异均达到显著水平，JK968 和DK159之间的差异不显著，二者与MC738、XY1715、HB701之间差异显著；茎鞘+叶片干物质转运量同茎鞘干物质转运量趋势基本一致。茎鞘干物质转运率TK601、JK968、DK159 与其他品种之间差异显著，TK601、JK968、DK159间无显著差异；叶片干物质转运率TK601与DK159之间的差异不显著，与其他品种之间差异均达到显著水平。茎鞘转运量对籽粒的贡献率TK601、JK968、DK159与其他品种之间差异均达到显著水平；叶片转运量对籽粒的贡献率TK601、DK159与其他品种之间差异均达到显著水平，JK968与MC738、HB701、XY1715之间差异不显著，MC670与其他品种之间差异均达到显著水平。

2.3 不同玉米品种氮素积累转运特征比较

2.3.1 氮素积累量

不同玉米品种氮素积累量见表4。由表4 可知，不同玉米品种氮素积累量吐丝期表现为TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，茎鞘氮素积累量TK601、JK968、DK159 与其他品种之间差异均达到显著水平，MC738、XY1715、HB701与MC670之间差异达到显著水平；叶片氮素积累量及氮素总积累量TK601与其他品种之间差异达到显著水平，JK968和DK159之间差异不显著，二者与其他品种之间差异达到显著水平。完熟期不同玉米品种茎鞘及叶片氮素积累量表现为TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，茎鞘氮素积累量TK601与DK159之间差异不显著，二者与其他品种之间差异均达到显著水平；叶片氮素积累量TK601、JK968、DK159与其他品种之间差异达到显著水平；籽粒氮素积累量及氮素积累总量均表现为TK601＞JK968＞DK159＞XY1715＞MC738＞HB701＞MC670，其中，TK601、JK968、DK159与其他品种之间差异均达到显著水平。

表4 不同玉米品种氮素积累量Tab. 4 Nitrogen accumulation of different maize varieties kg/hm2

2.3.2 氮素转运量、转运率和籽粒贡献率

不同玉米品种氮素转运量、氮素转运率、籽粒贡献率见表5。由表5可知，不同玉米品种茎鞘+叶片氮素转运量表现为TK601＞JK968＞DK159＞XY1715＞MC738＞HB701＞MC670，其中，茎鞘氮素转运量TK601、JK968、DK159与其他品种之间差异均达到显著水平；叶片氮素转运量TK601与其他品种之间差异均达到显著水平，JK968 和DK159 之间差异不显著，但二者与其他品种之间差异均达到显著水平；茎鞘+叶片氮素转运量TK601 与JK968 之间差异不显著，与其他品种之间差异达到显著水平，JK968 与DK159之间差异不显著，二者与XY1715、MC738、HB701、MC670之间差异达到显著水平。不同玉米品种氮素转运率差异不显著。叶片氮素转运对籽粒贡献率表现为TK601＞DK159＞HB701＞JK968＞MC738＞XY1715＞MC670，其中，TK601 与DK159、HB701、JK968 之间差异不显著，与MC738、XY1715、MC670之间差异均达到显著水平。

表5 不同玉米品种氮素转运量、氮素转运率和籽粒贡献率Tab. 5 Nitrogen transshipment and nitrogen translocation rate and grain contribution rate of different maize varieties

2.4 不同玉米品种氮效率比较

不同玉米品种氮效率见表6。由表6 可知，不同玉米品种氮肥偏生产力表现为TK601＞DK159＞JK968＞MC738＞XY1715＞HB701＞MC670，其中，TK601 与DK159、JK968 之间差异不显著，与其他品种间差异均达到显著水平。氮素吸收效率表现为TK601＞JK968＞DK159＞XY1715＞MC738＞HB701＞MC670，其中，TK601 与其他品种间差异均达到显著水平。氮素收获指数表现为MC670＞XY1715＞HB701＞JK968＞MC738＞TK601＞DK159，其中，MC670 与其他品种之间差异均达到显著水平。

表6 不同玉米品种氮效率Tab. 6 Nitrogen efficiency of different maize varieties

3 讨论与结论

玉米干物质的积累和转运特征对玉米籽粒产量具有重要影响［11-12］。有研究表明，花后干物质积累量和转运率与籽粒产量之间有极显著正相关关系［13］。在茎、叶和鞘等营养器官中，干物质积累、转运和分配对玉米籽粒产量起着关键作用，其中，叶片干物质转运对籽粒的贡献更大，而茎鞘相较于叶片要小［14-15］。本研究结果显示，TK601的干物质积累量高于DK159、JK968，但无显著差异，与XY1715、MC738、HB701、MC670间差异达到显著水平，与MC670相比，吐丝期与完熟期分别高了25.34%、20.14%，茎鞘和叶片器官干物质转运率TK601较MC670分别高了25.80%、24.15%，更高的干物质积累量和转运量也是TK601籽粒产量高于其他玉米品种的主要原因。

不同玉米品种氮素积累与分配具有基因型的差异。刘建安等［16］研究表明，在相同的施氮量下，不同玉米品种在产量和氮效率上有显著差异。与氮低效品种相比，氮高效品种具有更高的干物质积累量和氮素积累量。本研究结果表明，TK601较其他品种具有更高的干物质积累量和氮素积累量，完熟期总氮素积累量TK601较MC670高了40.72%，籽粒氮积累量较MC670高了35.47%。不同玉米品种的氮效率可用2个指标来衡量，一个是氮素吸收效率，另一个是氮素利用效率，而在氮素吸收效率和氮素利用效率对玉米籽粒产量的影响上，前人的研究结论不一。MOLL等［17］研究结果表明，在低氮条件下，氮素利用效率对产量起着主导作用，而在高氮条件下，氮素吸收效率才是决定产量的主要因素。米国华等［18］研究结果显示，不管是在低氮还是高氮的情况下，氮素的吸收效率对产量的影响要高于氮素的利用效率。本研究结果显示，TK601具有较高的籽粒产量和氮素吸收效率，本试验条件下氮素吸收效率对产量起了主导作用。

TK601 籽粒产量与JK968、DK159 之间的差异不显著，但显著高于MC738、XY1715、HB701、MC670。TK601、JK968、DK159均具有较高的氮素积累量、转运量，是高产氮高效品种，三者中TK601籽粒产量更具优势，是西辽河平原灌区玉米高产氮高效栽培首选品种。