全 文 ：高产夏玉米的种植密度和肥料效应研究
王宝忠　潘家荣　郑兴耘　温贤芳
(中国农业科学院原子能利用研究所　北京　100094)
应用电子计算机和二次通用旋转组合设计法 ,以玉米种植密度和 N、P、K 施肥
量为供试因子 ,玉米籽粒产量和经济效益为目标 ,得出了夏玉米产量分别为 ≥
10500kg/ hm2 ,11250kg/ hm2 和 12000kg/ hm2 的高产高效益的种植密度和 N、P、K施
肥方案。种植密度为 97200 株/ hm2 ,施纯 N 33214kg/ hm2 ,施 P2O5 11118kg/ hm2 和
K2O 15010kg/ hm2 ,籽粒产量 ≥10500 kg ;种植密度 105000 株/ hm2 ,施纯 N 36712kg/
hm2 ,施 P2O5 11010kg/ hm2 和 K2O 150kg/ hm2 ,籽粒产量 ≥11250kg/ hm2 ;种植密度
105000 株/ hm2 ,施纯 N 43914kg/ hm2 ,施 P2O5 12010kg/ hm2 和 K2O 150kg/ hm2 ,籽
粒产量 ≥12000kg/ hm2 。籽粒产量从 10500 kg/ hm2 增加到 12000kg/ hm2 ,扣除成本
每 hm2 纯收益增加 60315 元。
关键词 :夏玉米 　密度 　肥料效应
此文于 1998 年 4 月 27 日收到。
前 言
山东禹城市是黄淮海平原主要玉米生产基地之一。位于鲁北黄泛区的南部 ,属华北湿润
半湿润暖温带地区 ,地下水、地上水资源丰富。玉米产量徘徊在 7000kg/ hm2 左右。Nitoicener
根据玉米干物质生产能力预测玉米最高产量可达到 31385kg/ hm2 ,黄淮海地区种植的玉米绝
大部分为夏玉米 ,研究高产夏玉米的种植密度和 N、P、K肥料配比。提高栽培管理水平 ,将大
幅度提高玉米产量和效益。
近几年来 ,回归设计开始应用于栽培和肥料试验中 ,但设计方法多用两次回归正交旋转设
计 ,很少采用通用旋转设计 ,由于后者比前者所需试验处理少 ,且能使预测值方差 D (y) ,在区
间 0 < P < 1 内基本相等 ,所以采用通用旋转设计更有意义。因此本试验采用两次通用旋转设
计法进行高产夏玉米的种植密度和肥料效应试验。
材 料 与 方 法
试验在山东省禹城市中国农业科学院试验区农场中进行 ,前茬是小麦 ,土壤为浅色草甸
土。播前 0～20cm 土壤养分是总氮 01083 % ,有机质 0197 % ,碱解氮 65ppm ,速效磷 37ppm ,速
效钾 10917ppm ,速效锌 1112ppm。供试品种为掖单 5 号 ,播种期为 6 月 15 日。试验采用二次
通用旋转设计 ,试验因子密度为 (x1) 、施氮 (x2) 、施 P2O5 (x3)和施 K2O (x4) ,因子水平设计如表
1。按照二次通用旋转设计共 31 个小区 ,加上 1 个不施肥小区。每小区播种 6 行 ,行距 016m ,
行长 8m。小区面积 2818m2 。氮肥为尿素 ,含氮量为 46 % ,分 3 次施用 ,苗肥 (415 叶)施 30 % ,
353　核 农 学 报　1998 ,12 (6) :353～358Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
孕穗肥 (11 叶) 施 60 %和攻穗肥 (吐绿期) 10 %。磷肥为过磷酸钙 ,含 P2O5 15 % ,钾肥为硫酸
钾 ,含 K2O 50 %。磷、钾肥在 415 叶期 1 次施入。施肥方法为开沟深施 ,沟深 10cm ,并结合浇
水。其它管理与大田正常管理一致。9 月 28 日收获 ,每小区收中间 4 行计产。
表 1 　试验因子和水平编码
Table 1 　Experimental factors and codes of levels
编　码
Code
x1
密度
Density ( Plants/ hm2)
x2
N
(kg/ hm2)
x3
P2O5
(kg/ hm2)
x4
K2O
(kg/ hm2)
- 2 45000 0 0 0
- 1 60000 120 60 75
0 75000 240 120 150
1 90000 360 180 225
2 10500 480 240 300
间距　Level difference 15000 120 60 75
结 果 与 分 析
(一)种植密度与肥料效应方程
对试验结果进行微机计算 ,得出种植密度与肥料效应方程 :
　 　 y = 21113358 + 010060488x1 + 16120654x2 + 11907883x3 + 61825648x4 +
010005117x1x2 + 0100002031x1x3 - 01000399x1x4 + 01063415x2x3 +
0105474x2x4 + 011485448x3x4 + 01000004805x21 - 01441536x22 - 015317726x23
- 011675835x24
方差分析结果 : 　　F1 = 01401 < F0105 = 4106NS
F0105 = 2133 < F2 = 31205 3 < F0101 = 3162
F1 为 01401 小于 F0105 = 4106 ,证明无失拟因素 ,而 F2 为 31205 大于 F0105 = 2133 差异达
显著水准。说明模拟方程的玉米实际产量与种植密度和肥料效应达到了显著水准。
(二)夏玉米籽粒产量 ≥10500kg/ hm2 、11250kg/ hm2 和 12000kg/ hm2 的优化方案和效益分析
表 2 说明玉米籽粒产量从 1066810kg/ hm2 增至 1212415kg/ hm2 ,主要是种植密度和氮用
量增加的贡献 ,P、K施用量变化比较小。其产量后者比前者增产 145615kg/ hm2 或 13165 % ,
其纯收入后者比前者每 hm2 增加 60315 元或 12187 %。表现高投入高产出高效益。
(三)试验各因子对夏玉米籽粒产量的影响
11 种植密度对夏玉米籽粒产量的影响 :从表 3、表 4 和表 5 可以看出 ,夏玉米籽粒产量为
1066810～1212415 kg/ hm2 ,试验种植密度在 45000～105000 株/ hm2 ,以高密度实现了高产高
效益。Bonhome 等 (1982)指出 ,玉米的干物质产量与它所接受的光辐射成正比 ,密度影响冠层
的光能利用率 ,在玉米增产中起了 16 %～21 %的增产作用。Dorvillez. D 等[1 ]的试验结果表
明 ,种植密度 100000、120000 和 150000 株/ hm2 ,行距为 018m 时 ,其产量分别达 6640、7230 和
7390kg/ hm2 ,种植密度分别为 120000、150000、200000 和 250000 株/ hm2 ,行距为 0145m 时 ,产
量分别为 8060、8800、8940 和 8930kg/ hm2 。美国实现 2322415kg/ hm2 产量的种植密度为
88950～98835 株/ hm2 ,全国玉米高产协作组掖单 13 号密度试验范围在48000～90000 株/ hm2 ,
453 核　农　学　报 12 卷
表 2 　处理组合与试验结果
Table 2 　Experimental results of t reatment combination
处理号
Treatment No.
x1 x2 x3 x4
产量
Yield
(kg/ hm2)
1 1 - 1 - 1 - 1 840010
2 1 - 1 - 1 1 879310
3 1 - 1 1 - 1 855010
4 1 - 1 1 1 906115
5 1 1 - 1 - 1 1069210
6 1 1 - 1 1 1065715
7 1 1 1 - 1 1075915
8 1 1 1 1 1314310
9 - 1 - 1 - 1 - 1 662515
10 - 1 - 1 - 1 1 724210
11 - 1 - 1 1 - 1 714415
12 - 1 - 1 1 1 724015
13 - 1 1 - 1 - 1 868915
14 - 1 1 - 1 1 894115
15 - 1 1 1 - 1 871616
16 - 1 1 1 1 933010
17 2 0 0 0 1017910
18 - 2 0 0 0 660910
19 0 - 2 0 0 549310
20 0 2 0 0 948610
21 0 0 - 2 0 748810
22 0 0 2 0 873310
23 0 0 0 - 2 729610
24 0 0 0 2 929215
25 0 0 0 0 814015
26 0 0 0 0 856210
27 0 0 0 0 845710
28 0 0 0 0 829917
29 0 0 0 0 846114
30 0 0 0 0 865810
31 0 0 0 0 839410
32 0 - 2 - 2 - 2 513415
以 79500 株/ hm2 产量最高 ,比 48000 株/ hm2 增产 2913kg/ hm2 (28133 %) ,90000 株/ hm2 比
48000 株/ hm2 增产 191515kg/ hm2 (18163 %) 。本试验的研究结果与以上结果一致 ,表明争取
玉米高产 ,增加密度是一项重要的技术措施。当前玉米生产水平比较低 ,这与种植密度不足有
着重要的关系。
玉米是 C4 植物 ,比 C3 植物 (如小麦) 有较强的光合作用 ,即较大的 CO2 固定量和较弱的
光呼吸作用[5 ] ,这主要表现在 : (1) C4 植物固定 CO2 的途径比 C3 植物多 ,C3 植物只有 C3 (32磷
酸甘油酸)循环 ,而 C4 植物除 C3 循环外 ,还有 C42二羧酸 (草酸乙酸)循环 ; (2) C4 植物比 C3 植
物固定 CO2 的能力强 ,光合速率分别为 40～80 和 15～35mg CO2/ dm2·h ; (3) C4 植物比 C3 植
物有较低的 CO2 补偿点 ,分别为 0～10 和 30～700mg/ kg ; (4) C4 植物比 C3 植物有较低的光呼
553　6 期 高产夏玉米的种植密度和肥料效应研究
吸 ,通过光呼吸耗损光合固定 CO2 新形成的有机物比例分别为 2 %～5 %和 25 %～50 % ; (5)
C4 植物比 C3 植物有较高的干物质生产率 ,分别为 4～5 和 015～2gDW/ dm2/ d。因此 ,玉米增
加种植密度更有利于实现高产 ,玉米作为 C4 植物比小麦 (C3 植物)有着更高的生产潜力。
21 施氮量对夏玉米籽粒产量的影响 :增施氮肥对玉米实现 10500～12000kg/ hm2 起着重
要作用 (表 3、表 4 和表 5) ,这与玉米是 C4 植物 ,比 C3 植物 (小麦)对氮肥的利用率高有关。从
植株总干物质/ 总 N ,总 C/ 总 N 和总可溶性蛋白质/ 总 N 来看 ,都是 C4 植物比 C3 植物高 ,此
外 ,从叶片可溶性蛋白质/ 叶片 NO -3 含量的比值 ( mg/ mmol) 来看 ,也是 C4 植物比 C3 植物高
(何新华 ,Oaks 和李启明 ,1992) 。Wolfe. D W 等研究发现 [2 ] ,施氮处理造成相当稳定的溶质差
异 ,计算的压力势比无氮处理低 50 %。氮素作为许多有机溶质的组成以及多种光合酶的重要
成分 ,在田间玉米植株的水分关系中具有重要的作用。施氮与未施氮植株之间的绿叶面积的
峰值相差 40 %～50 %。较低的有效氮可能通过限制溶质的积累而影响到叶面积的扩展。缺
氮造成低位叶片过早枯死。施氮处理比未施氮显著提早玉米的幼穗分化 ,提高籽粒的灌浆速
率 ,从而提高了籽粒产量和生物产量。所以充足的氮源供给是实现玉米高产的重要措施。
表 3 　夏玉米籽粒产量 Ε 10500、11250 和 12000kg/ hm2 的优化方案和纯利润
Table 3 　Optimizing schemes for high yield of more than 10500 , 11250 or
12000kg/ hm2 for sumer maize and their net profit
产量指标
Yield
(kg/ hm2)
密度
Density
( Plants/ hm2)
N
(kg/ hm2)
P2O5
(kg/ hm2)
K2O
(kg/ hm2)
计算产量
Calculated yield
(kg/ hm2)
纯利润
Net profit
( Yuan/ hm2)
投产比
Ratio of
input to
outputΕ 10500 97200 33214 11311 150 1066810 468910 1∶8129Ε 11250 105000 36712 11510 150 1147210 505513 1∶8143Ε 12000 105000 43914 12010 150 1212415 529215 1∶7187
表 4 　夏玉米籽粒产量 Ε 10500kg/ hm2 、利润 > 0 频数分布表(本次统计 183 次)
Table 4 　Fequency dist ribution of high yield of more than 10500
kg/ hm2 and profit of more than zero for summer maize
编码
Code
x1 (密度)
Density
次　数
Times
频数 ( %)
Frequency
x2 (N)
次　数
Times
频数 ( %)
Frequency
x3 ( P2O5)
次　数
Times
频数 ( %)
Frequency
x4 ( K2O)
次　数
Times
频数 ( %)
Frequency
- 2 0 010 0 010 41 2214 33 1810
- 1 0 010 25 1317 39 2113 38 2018
0 12 616 46 2511 36 1917 41 2214
1 71 3818 58 3117 34 1816 38 2018
2 100 5416 54 2915 33 1810 33 1810
方　差
Variance
0162 1102 1142 1137
　　在本试验条件下 ,夏玉米实现 10500～12000kg/ hm2 推荐施氮量 33214～43914kg/ hm2 。
这与目前美国高产玉米推荐的施肥方案相似 ,即灌溉地施纯氮 396～543kg/ hm2 ,旱地施纯氮
24715～43915kg/ hm2 。
31 密度与施氮量对玉米籽粒产量的影响 :玉米籽粒产量 (表 3) 从 1066810kg/ hm2 增至
653 核　农　学　报 12 卷
1212415kg/ hm2 。前者的种植密度为 97200/ hm2 ,施氮量为 33214kg/ hm2 。而后者的种植密度
为 105000/ hm2 ,施氮量为 43914kg/ hm2 ,即产量增加 ,种植密度和施氮量同时增加。夏玉米籽
粒产量 ≥10500kg/ hm2 和 ≥11250kg/ hm2 利润 > 0 的频数分布 (表 4 ,表 5) 也可看出 ,随着种
植密度和施氮量的提高 ,频数值增加。Miller 等在 1980 年研究了种植密度和施肥用量与玉米
籽粒产量的关系 ,也得出了增加种植密度的同时必须增加氮肥用量可获得更佳的增产效果。
这与本试验的结果是一致的。
表 5 　夏玉米籽粒产量 Ε 11250kg/ hm2 、利润 > 0 频数分布表(本次统计 67 次)
Table 5 　Fequency dist ribution of high yield of more than 11250 kg/ hm2
and profit of more than zero for summer maize
编码
Code
x1 (密度)
Density
次　数
Times
频数 ( %)
Frequency
x2 (N)
次　数
Times
频数 ( %)
Frequency
x3 ( P2O5)
次　数
Times
频数 ( %)
Frequency
x4 ( K2O)
次　数
Times
频数 ( %)
Frequency
- 2 0 010 0 010 15 2214 11 1614
- 1 0 010 0 010 15 2214 15 2214
0 0 010 19 2813 13 1914 15 2214
1 0 010 25 3713 13 1914 15 2214
2 67 100 23 3413 11 1614 11 1614
方　差
Variance
0100 0180 1142 1134
　　41 夏玉米籽粒产量与 P、K用量的关系 : P、K化肥对促进玉米根系生长及养分吸收运输
和干物质积累起着重要的作用。在增加密度和氮肥施用量的基础上必须配施 P、K肥。在本
试验条件下 ,实现玉米籽粒产量 10668～12124kg/ hm2 ,施 P2O5 11311～12010kg/ hm2 ,施 K2O
150kg/ hm2 。目前美国高产玉米推荐施肥方案与本研究结果接近 ,即土壤中有效 P2O5 含量 11
～25ppm ,施 P2O5 9910～14815kg/ hm2 ,土壤速效 K2O 81～160ppm ,施 K2O 14815～19810kg/
hm2 。
51 在本试验条件下各因素对夏玉米高产的影响顺序为 :种植密度 > 施氮量 > 施钾量 > 施
磷量 ,与小麦的施磷量 > 施氮量 > 施钾量 > 种植密度的研究结果是完全不同的 ,这可能与玉米
为 C4 植物而小麦是 C3 植物有关。
参 考 文 献
1 　Dorvillez D ,Derieux M. 在高密度下极早熟玉米施用生长调节剂的增产作用. 于耀永译. 国外农学 :杂粮作物 ,1986 , (1) :36
～39
2 　Wolfe 　D 　W. Effect of interaction between water and nitrogen on maize yield. Agron J ,1988 ,80 (6) :865～870
3 　陈国平. 美国玉米生产及考察后的反思. 作物杂志 ,1992. 2 :1～5
4 　丁希泉. 农业回归设计. 长春 :吉林出版社 ,1986
5 　张福锁 ,等. 土壤与植物营养研究新动态 (第三卷) ,北京 :北京农业出版社 ,1995. 88～92
6 　王宝忠 ,等. 小麦高产的基本苗和肥料效应的研究. 核农学报 ,1997 , (增刊) :57～61
753　6 期 高产夏玉米的种植密度和肥料效应研究
EFFECT OF PLANT DENSITY AND FERTIL IZATION ON HIGH YIELD OF
MAIZE( Zea mays L. )
Wang Baozhong 　Pan Jiarong 　Zheng Xingyun 　Wen Xianfang
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , CA A S , Beiji ng 　100094)
ABSTRACT
A f ield trial at a popular design ,t wice2rotating design , was conducted to investigate the ef2
fect of plant density and application of N, P and K on the high yield of maize( Zea mays L) . By
computer model ing ,a package of techniques in plant density and fertil ization for both high yield
and high economic benef it was set up. It was suggested that the plant density ,appl ication rates of
N, P and K would be 97200 plants/ hm2 , 33214 kg N/ hm2 , 11118 kg P2O5/ hm2 and 150 kg
K2O/ hm2 respectively for grain yield of higher than 10500 kg/ hm2 . While for grain yield of
higher than 11250kg/ hm2 , the corresponding values would be 105000 plants/ hm2 , 36712 kg
N/ hm2 ,11010kg P2O5/ hm2 and 150 kg K2O/ hm2 respectively ,and for grain yield of higher than
12000kg/ hm2 , the corresponding values would be 105000 plants/ hm2 , 43914 kg N/ hm2 , 120kg
P2O5/ hm2 and 150 kg K2O/ hm2 respectively. An increase of economic prof it was 594105 Yuan/
hm2 when yield increased from 10500kg/ hm2 to 12000 kg/ hm2 and the ratio of input to output
was 1∶7187～8143.
Key words :Summer maize , density , effect of fertilizer
853 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1998 ,12 (6) :353～358