全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(10): 18301838 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31271662), 山东省现代农业产业技术体系建设专项(SDAIT-01-022-05)和国家公益性行业(农业)科研
专项(201203100)资助。
 通讯作者(Corresponding author): 张吉旺, E-mail: jwzhang@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8245838
第一作者联系方式: E-mail: 13953852503@163.com, Tel: 13953852503
Received(收稿日期): 2014-01-15; Accepted(接受日期): 2014-06-16; Published online(网络出版日期): 2014-06-27.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140708.1148.005.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.01830
不同株高夏玉米品种的氮素吸收与利用特性
范 霞 张吉旺* 任佰朝 李 霞 赵 斌 刘 鹏 董树亭
作物生物学国家重点实验室 / 山东农业大学农学院, 山东泰安 271018
摘 要: 选用鲁单 981 (LD981)、郑单 958 (ZD958)和登海 661 (DH661) 3个不同株高玉米品种, 在大田和栽培池条件
下分别设 67 500株 hm–2和 82 500株 hm–2 2个种植密度, 0和 180 kg hm–2 2个施氮量。大田试验的氮肥以开沟方式
施入, 栽培池试验氮肥分别以 5、20和 40 cm深度分层施入, 利用 15N同位素示踪技术研究不同株高夏玉米对氮素的
吸收与利用特性。结果表明, 与 67 500株 hm–2种植密度比较, 82 500株 hm–2种植密度夏玉米籽粒产量及氮素偏生
产力显著提高。夏玉米吸收的氮素 69.3%~77.3%来自土壤, 22.7%~30.7%来自肥料; 土壤氮和肥料氮收获指数分别为
54.6%和 57.5%。与 67 500株 hm–2种植密度比较, 82 500株 hm–2种植密度矮秆品种 DH661氮素积累来自肥料的比
例显著降低, 中品种 ZD958 和高秆品种 LD981 没有显著变化; 中、高秆品种肥料氮收获指数显著降低, 矮秆品种增
加。5 cm土层施氮对植株肥料氮积累量贡献率最大, 40 cm土层施氮对植株肥料氮的贡献率最小, 随着株高增加, 深
层(40 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐增加, 浅层(5 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐降低。中、高秆
品种对土壤深层 40 cm施氮的氮肥回收率较高, 而矮秆品种对土壤浅层 20 cm施氮的氮肥回收率较高; 20 cm和 40 cm
15N在 20~40 cm和 40~60 cm土层残留量分别达到 60%, 说明矮秆品种对 20~40 cm土层氮素回收率较高, 中、高秆
品种对 40~60 cm土层氮素回收率较高。
关键词: 株高; 夏玉米; 土层深度; 氮素回收率; 15N同位素示踪
Nitrogen Uptake and Utilization of Summer Maize Hybrids with Different
Plant Heights
FAN Xia, ZHANG Ji-Wang*, REN Bai-Zhao, LI Xia, ZHAO Bin, LIU Peng, and DONG Shu-Ting
State Key Laboratory of Crop Biology / College of Agriculture, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China
Abstract: In order to explore nitrogen absorption and utilization characteristics of summer maize hybrids with different plant
heights, high-stalk hybrid (Ludan 981, LD981), medium-stalk hybrid (Zhengdan 958, ZD958) and short-stalk hybrid (Denghai
661, DH661) were used in field experiment and and pool cultivation experiment 15N isotopic dilutions. Results showed that the
grain yield and partial factor productivity of fertilizer N (NPFP) at the planting density of 82 500 plants ha–1 increased signifi-
cantly compared with those at 67 500 plants ha–1. The amounts of nitrogen derived from fertilizer N ranged from 69.3% to 77.3%,
N harvest indices of soil and fertilizer N were 54.6% and 57.4%, respectively. The proportion of N accumulation from fertilizer of
short-stalk hybrid at 82 500 plants ha–1 decreased significantly compared with those at 67 500 plants ha–1, while the proportion of
medium-stalk and high-stalk hybrids was not changed significantly. The fertilizer N harvest index of medium and high-stalk hy-
brids decreased significantly, while that of short-stalk hybrid increased significantly. 15N applied in 5 cm soil made the least con-
tribution to the fertilizer nitrogen accumulation of whole plant, 15N application in 40 cm soil made the greatest contribution to the
fertilizer nitrogen accumulation of whole plant. With the increase of plant height, the contribution of 15N in 40 cm soil to the fer-
tilizer nitrogen accumulation gradually decreased. The N recovery rate (NRR) of high-stalk and medium-stalk hybrids at 40 cm
soil layer was higher than that of 5 cm and 20 cm. Contrarily, NRR of short-stalk hybrid at 20 cm higher than those at 40 cm and
5 cm. Therefore, more N uptake of the short-stalk hybrid was from 20–40 cm soil layer, however, more N uptake of high-stalk and
medium-stalk hybrids was from 40–60 cm soil layer.
第 10期 范 霞等: 不同株高夏玉米品种的氮素吸收与利用特性 1831


Keywords: Plant height; Summer maize; Soil depth; N recovery rate; 15N isotope
氮素是玉米必需的营养元素, 是产量提高的最
重要养分因子。玉米生长发育所需要的氮主要依靠
根系从土壤中吸收, 以施肥方式补充土壤氮是实现
高产的有效措施之一, 合理施用氮肥有利于提高作
物产量。然而, 我国当前不少地区农田氮肥施用偏
多且施用方法也不尽合理, 氮肥地表撒施现象十分
普遍, 氮肥利用率低下, 平均只有 30%~40%, 远低
于世界平均水平 50% [1-2]。
根据氮吸收与利用的基因型差异, 玉米可分为
氮高效和氮低效品种, 氮高效品种氮素积累量、氮
肥回收利用率、氮肥农学效率及氮肥偏生力显著高
于氮低效品种[3-4]。Moll等[5]把氮效率分解为氮素吸
收效率和氮素利用效率, 两者对氮效率的相对重要
性随作物种类、基因型和环境条件的变化而变化。
Moll等[5]认为在低氮条件下氮素利用率起主导作用;
高氮条件下, 氮吸收效率起主导作用。而米国华等[6]
认为, 低氮条件下氮素吸收效率起主导作用, 随着
施氮量的增加氮利用效率在氮效率中的作用越来越
大, 氮吸收效率作用则相对下降。氮高效品种籽粒
氮素主要来自花后根系对氮素的吸收和转移, 而氮
低效品种氮素主要来源于抽雄前茎秆、叶片中积累
氮素的再转移[3]。张耀鸿等[7]认为, 矮秆粳稻花后氮
素吸收量、氮素收获指数及籽粒氮素积累量显著高
于高秆粳稻。关于不同株高类型夏玉米的研究仅仅
在于产量及其构成和干物质积累等方面[8-9], 随着株
高的增加, 花后干物质积累量显著降低; 上部叶片
光合产物转移率相对提高, 中、下部叶片转移率有
所下降。
施氮对玉米氮素积累、转运及氮肥利用率的影
响已有大量研究[10-18]。随施氮量增加, 玉米营养器
官氮素转运量及对籽粒氮的贡献率也增加, 过量供氮
导致转运至籽粒的氮素减少, 氮肥利用率降低[10-12],
分次施氮可以提高氮肥利用率[13-14]。氮肥深施可以
减少氮肥损失提高氮肥利用率, 由于不同地区土壤
和气候条件不同以及作物品种差异, 氮肥深施效果
不尽相同[2]。徐桂玲等[15]认为, 在 0~18 cm内, 施肥
深度每增加 6 cm, 增产 5.73%, 最佳深度 15~18 cm。
黄莺等[16]认为, 氮肥深施比地表撒施的氮肥利用率
提高 6.4%~23.9%, 施肥深度以近玉米根系 10 cm土
层效果最好。李士敏等[17]认为尿素深施 20 cm和深
施 12 cm 氮肥利用率分别比地表撒施高 18.24%和
15.39%。张丽娟等[18]关于小麦对不同土壤层次氮的
研究表明, 小麦对土壤上层(10~20 cm)标记硝态氮
的利用率显著大于下层(40~50 cm和 70~80 cm), 随
着深度增加硝态氮利用率显著降低。但是, 关于不
同株高玉米品种对不同土层氮素吸收和利用特性的
研究鲜见报道。
本试验利用 15N 同位素示踪技术分层施氮, 研
究不同株高夏玉米氮素吸收利用特性, 为夏玉米生
产的氮素科学管理提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
在山东农业大学试验农场大田和栽培池中进行
试验, 大田和栽培池耕层养分基本一致, 0~20 cm 土
层土壤含有机质 1.03%、全氮 0.80 g kg–1、碱解氮 92.46
mg kg–1、速效磷 52 mg kg–1、速效钾 108 mg kg–1。
选用高秆玉米品种鲁单981 (LD981)、中秆玉米
品种郑单 958 (ZD958)和矮秆玉米品种登海 661
(DH661), 设67 500株 hm–2和82 500株 hm–2 2个种
植密度, 0和180 kg hm–2 2个施氮量, 各处理随机排
列, 3次重复。大田氮肥以普通尿素(含氮46.6%), 拔
节期开沟一次施入; 栽培池试验的氮肥按照5、20和
40 cm 分层施入, 分别为施氮总量的50%、30%和
20% (表1), 5、20和40 cm 处15N-尿素的15N 丰度为
5.32%、10.25%和10.25%, 均含氮46.6%, 15N-尿素由
上海化工研究院生产。磷和钾肥分别为过磷酸钙750
kg hm–2 (含 P2O5 12%)和氯化钾300 kg hm–2 (含 K2O
60%), 于拔节期一次施入。6月14日播种, 10月7日收
获测产。
1.2 取样与测定方法
成熟期, 测量每个处理20株代表性植株的株高
和穗位高; 从每个处理分别取5株代表性植株, 将地
上部分分为叶片、茎秆、籽粒和穗轴。挖取栽池试
验植株0~40 cm土层的根系, 洗净, 于80℃烘至恒重
称重后粉碎。取成熟期栽培池土, 分0~10、10~20、
20~30、30~40、40~60、60~80和80~100 cm 7层, 风
干后磨细 , 过80目筛。土壤和植株 15N 丰度采用
Isoprime-100型稳定性同位素测定仪测定。
1.3 氮肥利用效率计算
15N原子百分超 = 15N丰度 – 0.3665
植株积累的氮素来自肥料的比例(N proportion
1832 作 物 学 报 第 40卷

表 1 栽培池施氮与 15N同位素标记方式
Table 1 Methods of nitrogen fertilizer application and labelling by 15N isotope in the cultivation pool
不同土壤深度的施氮比例 Nitrogen application percentage in different soil depths 15N标记土壤深度
Soil depth labeled by 15N 5 cm 20 cm 40 cm
施氮总量
Total nitrogen (%)
5 cm 15N-尿素 15N-urea (50%) 普通尿素 Urea (30%) 普通尿素 Urea (20%) 100
20 cm 普通尿素 Urea (50%) 15N-尿素 15N-urea (30%) 普通尿素 Urea (20%) 100
40 cm 普通尿素 Urea (50%) 普通尿素 Urea (30%) 15N-尿素 15N-urea (20%) 100

derived from fertilizer, NDFF, %) = 植物样品中 15N
原子百分超/肥料中原子百分超×100;
植株积累的氮素来自肥料氮的量(N amount de-
rived from fertilizer, NDFF, g plant –1) = 植株积累的总
氮量(g plant–1) × 植株积累的氮素来自肥料的比例;
植株积累的氮素来自土壤氮的量(N amount de-
rived from soil, NDFS, g plant –1) = 植株积累的总氮
量 (g plant –1) – 植株积累氮素来自肥料氮的量 (g
plant –1);
氮肥偏生产力 (N partial factor productivity,
NPFP, kg kg–1) = 籽粒产量/施氮量;
氮素收获指数(N harvest index, NHI, %) = 籽粒
氮素积累量/整个植株氮素积累量×100;
肥料氮的回收率(N recovery rate, NRR, %) = 植
株积累的氮素来自肥料氮的量/施氮量×100。
试验数据采用 SPSS 16.0 软件分析方差和
Duncan’s新复极差法多重比较。
2 结果与分析
2.1 籽粒产量和氮肥偏生产力
3个品种的株高和穗位高差异显著。株高和穗
位高均以 LD981 最大, 较 ZD958 分别高 17.0%和
15.0%, 较 DH661分别高 37.6%和 59.1% (表 2), 即
LD981属于高秆品种, ZD958属于中秆品种, DH661
属于矮秆品种。品种、密度和品种与密度之间的互
作对氮肥偏生产力的影响极显著(表3)。与 67 500株
hm–2(低密度)相比, 各品种 82 500 株 hm–2(高密度)
的籽粒产量和氮肥偏生产力均显著增加。与不施氮
处理比较, 施氮后籽粒产量显著增加, 大田和池栽
试验结果基本一致(表 2)。以池栽为例, 与低密度相
比, 高密度 LD981、ZD958和 DH661籽粒产量分别
提高了 8.5%、15.5%和 7.4%; 施氮条件下 LD981、
ZD958和DH661籽粒产量较不施氮处理分别提高了
9.7%、9.9%和 12.1%。高密度下 LD981、ZD958 和
DH661 氮肥偏生产力较低密度分别提高了 5.4%、
9.4%和 4.9%。
2.2 肥料氮和土壤氮积累量
LD981 单株氮素积累总量较 ZD958 和 DH661
分别高 15.0%和 24.5%; LD981土壤氮积累量较
ZD958 和 DH661 分别高 13.0%和 15.2%; ZD958 肥
料氮积累量较 DH661 和 LD981 分别高 58.9%和
12.6%。高密度条件下 LD981、ZD958和 DH661 单
株肥料氮积累量较低密度下分别减少了 7.0%、2.0%
和 27.9%, DH661吸收的肥料氮降幅最大(表 4)。群
体氮素积累量表现为 LD981>ZD958>DH661。高密
度条件下 LD981、ZD958和 DH661群体氮素总积累
量较低密度下分别增加了 12.4%、24.4%和 10.7%,
土壤氮积累量分别增加了 11.8%、26.0%和 20.0%, 而
对于肥料氮积累量, LD981 和 ZD958 分别增加了
14.2%和 20.9%, DH661却减少了 12.5% (表 5)。
LD981吸收的氮素 75.4%来自土壤, 24.6%来自
肥料 ; ZD958 69.8%来自土壤 , 30.2%来自肥料 ;
DH661 74.2%来自土壤 , 25.8%来自肥料。可见
ZD958吸收氮素来自肥料的比例最大, 较 DH661和
LD981 分别高 17.1%和 22.8%。DH661 吸收肥料氮
占氮素总积累量的比例高密度较低密度降低了
21.2%, 而 LD981和 ZD958变化不显著(表 5)。
2.3 不同来源氮素的收获指数
品种、品种与密度互作对氮素收获指数影响极
显著(表 3)。3个品种相比较, 总氮、肥料氮和土壤氮
收获指数均以 ZD958最大。ZD958总氮收获指数平
均57.3%, 较LD981和DH661分别高5.8%和4.2%; 其
肥料氮收获指数平均 61.4%, 较 LD981 和 DH661 高
8.3%和 12.4%; 其土壤氮收获指数平均 55.5%, 分别
比 LD981和 DH661高 4.2%和 0.5%。ZD958和 LD981
肥料氮收获指数较土壤氮收获指数分别高 10.0%和
6.4%; DH661低密度条件土壤氮素收获指数比肥料氮
高 5.0%, 高密度条件下肥料氮的收获指数反而略高
于土壤氮。高密度条件下 ZD958总氮、肥料氮和土壤
氮收获指数较低密度下分别降低了 3.9%、8.3%和 1.8%,
LD981分别降低了 3.6%、9.9%和 1.3%, DH661则分别
提高了 6.2%、12.0%和 4.1% (表 6)。
第 10期 范 霞等: 不同株高夏玉米品种的氮素吸收与利用特性 1833


表 2 不同夏玉米品种的株高、穗位高、籽粒产量和氮肥偏生产力
Table 2 Plant height, ear height, grain yield, and N partial factor productivity (NPFP) of different summer maize hybrids
栽条件
Cultivation
method
品种
Hybrid
密度
Density
(plants hm–2)
施氮量
Nitrogen rate
(kg hm–2)
株高
Plant height
(cm)
穗位高
Ear height
(cm)
籽粒产量
Grain yield
(kg hm–2)
氮肥偏生产力
NPFP
(kg kg–1)
67500 0 312.0 a 135.5 a 11177.0 d —
180 312.4 a 135.1 a 11713.0 bc 65.2 ab
82500 0 310.1 a 130.5 ab 11622.0 bcd —
鲁单 981
LD981
180 312.4 a 127.3 b 12271.0 a 68.4 a
67500 0 251.5 c 113.6 cd 10336.0 e —
180 260.5 b 117.5 c 11263.0 cd 63.7 b
82500 0 257.4 bc 110.3 d 11621.0 bcd —
郑单 958
ZD958
180 256.4 bc 112.7 c 11998.0 ab 70.4 a
67500 0 215.2 e 84.8 e 10594.0 e —
180 221.1 de 86.0 e 11531.0 bcd 65.2 ab
82500 0 221.6 de 83.8 e 10324.0 e —
大田
Field
登海 661
DH661
180 225.1 d 88.9 e 12295.0 a 68.7 a
67500 0 277.1 a 116.7 bc 10700.6 g —
180 274.4 a 116.0 bc 12086.7 cd 67.1 b
82500 0 274.2 a 122.7 ab 11957.6 de —
鲁单 981
LD981
180 274.9 a 124.8 a 12728.0 a 70.7 a
67500 0 248.3 b 100.8 d 10132.7 h —
180 248.1 b 102.1 d 11725.5 e 65.1 bc
82500 0 247.3 b 114.5 c 12323.1 bc —
郑单 958
ZD958
180 236.3 c 105.4 d 12816.5 a 71.2 a
67500 0 208.6 d 69.6 f 9975.4 h —
180 208.4 d 71.4 ef 11440.0 f 63.6 c
82500 0 200.4 e 77.9 e 10959.0 b —
池栽
Pool
登海 661
DH661
180 205.9 de 71.3 ef 12005.5 d 66.7 b
同一列同一栽培方式标以不同字母的值在 0.05水平上差异显著。
Values labeled by different letters in each column of for the same cultivation method are significantly different between treatments at
0.05 probability level.

表 3 品种和种植密度对氮素利用(池栽)相关指标的方差分析(P > F)
Table 3 Analysis of variance (P > F) for effects of hybrid and plant density on indices related to nitrogen utilization (pool cultivation)
指标
Indices
变异来源
Origin of variance
平方和
Sum of squares
自由度
Freedom degree
均方
Equal squares
F值
F-value
显著水平
Significance level
品种 Hybrid(H) 47.3 2 23.6 94.5 0
密度 Density(A) 81.9 1 81.9 327.7 0
H×A 7.8 2 3.9 15.5 0
误差 Error 3.0 12 0.3
氮肥偏生产力
N partial factor
productivity
总和 Total 81909.6 18
品种 Hybrid(H) 113.6 2 56.8 227.2 0
密度 Density(A) 37.0 1 37.0 147.9 0
H×A 138.1 2 69.1 276.3 0
误差 Error 3.0 12 0.25
15N回收率
15N recovery rate
总和 Total 28852.2 18
品种 Hybrid(H) 4.9 2 2.4 9.7 0
密度 Density(A) 0.5 1 0.5 2.0 0.18
H×A 56.8 2 28.4 113.5 0
误差 Error 3.0 12 0.3
氮素收获指数
N harvest index
总和 Total 55376.5 18
1834 作 物 学 报 第 40卷

表 4 不同株高夏玉米对不同来源氮素的吸收
Table 4 Nitrogen uptake from different sources in summer maize hybrids with different plant height
肥料氮 Nitrogen derived from fertilizer
5 cm 20 cm 40 cm 合计 Total
土壤氮
Nitrogen derived
from soil
品种
Hybrid
密度
Density
(plants hm–2)
氮素积累量
Nitrogen
accumulation
(g plant–1) (g plant–1) (%) (g plant–1) (%) (g plant–1) (%) (g plant–1) (%) (g plant–1) (%)
67500 4.08 a 0.37 e 9.1 0.36 a 8.8 0.27 a 6.5 1.00 c 24.4 3.08 a 75.6 鲁单 981
LD981 82500 3.75 ab 0.39 d 10.3 0.31 c 8.3 0.23 c 6.2 0.93 d 24.8 2.82 b 75.2
67500 3.37 bc 0.49 b 14.6 0.29 d 8.7 0.25 a 7.4 1.04 ab 30.7 2.34 f 69.3 郑单 958
ZD958 82500 3.43 bc 0.47 c 13.8 0.31 c 9.1 0.24 b 6.9 1.02 bc 29.8 2.41 e 70.2
67500 3.63 bc 0.53 a 14.7 0.32 b 8.8 0.19 d 5.3 1.04 a 28.8 2.59 c 71.2 登海 661
DH661 82500 3.29 c 0.37 d 11.1 0.26 e 7.9 0.12 e 3.7 0.75 e 22.7 2.54 d 77.3
同一列标以不同字母的值表示在 0.05水平上差异显著。
Values labeled by different letters in each column are significantly different between treatments at 0.05 probability level.

表 5 种植密度对不同株高夏玉米群体氮素积累的影响
Table 5 Effects of plant density on N accumulation of summer maize hybrids with different plant heights
品种
Hybrid
密度
Density
(plants hm–2)
总氮
Total nitrogen
(kg hm–2)
肥料氮
Nitrogen derived from
fertilizer (kg hm–2)
土壤氮
Nitrogen derived from
soil (kg hm–2)
15N氮回收率
15N recovery rate
(%)
肥料氮比例
N proportion derived
from fertilizer (%)
67500 275.2 b 67.2 b 208.0 b 37.3 b 24.4 a 鲁单 981
LD981 82500 309.3 a 76.7 a 232.6 a 42.6 a 24.8 a
67500 227.8 b 69.9 b 157.9 b 38.8 b 30.7 a 郑单 958
ZD958 82500 283.4 a 84.5 a 198.9 a 46.9 a 29.8 a
67500 245.0 b 70.5 a 174.5 b 39.1 a 28.8 a 登海 661
DH661 82500 271.1 a 61.7 b 209.4 a 34.3 b 22.7 b
同一列标以不同字母的值表示在 0.05水平上差异显著。
Values labeled by different letters in each column are significantly different between treatments at 0.05 probability level.

表 6 种植密度对不同株高夏玉米氮素收获指数的影响
Table 6 Effects of plant density on the nitrogen harvest index of summer maize hybrids with different plant heights
氮素收获指数 Nitrogen harvest index (%) 品种
Hybrid
密度
Density
(plants hm–2)
总氮
Total nitrogen
肥料氮
Nitrogen derived from fertilizer
土壤氮
Nitrogen derived from soil
67500 55.1 c 59.6 b 53.6 cd 鲁单 981
LD981 82500 53.1 d 53.7 e 52.9 d
67500 58.4 a 64.0 a 56.0 a 郑单 958
ZD958 82500 56.1 b 58.7 c 55.0 ab
67500 53.3 d 51.5 f 54.1 c 登海 661
DH661 82500 56.6 b 57.7 d 56.3 a
同一列标以不同字母的值表示在 0.05水平上差异显著。
Values labeled by different letters in each column are significantly different between treatments at 0.05 probability level.

2.4 不同土壤深度氮对植株肥料氮积累量的贡献
种植密度对植株肥料氮积累量的贡献率影响不
显著, 而施氮深度对植株肥料氮积累量的贡献率影
响显著。种植密度与施氮深度互作对 LD981 和
ZD958 的叶片、茎秆及 LD981 根系的影响显著, 对
全株及其他器官影响不显著; 而种植密度与施氮深
度互作对DH661全株及其器官肥料氮积累量的贡献
率影响显著(表 7)。
5 cm层氮对植株肥料氮贡献率最大, 20 cm次之,
40 cm最小。5 cm层对DH661的肥料氮贡献最大, 比
ZD958和 LD981分别高 9.2%和 29.2%; 20 cm和 40 cm
层以 LD981 最大, 分别比 ZD958 高 24.0%和 0.9%;
比 DH661高 5.2%和 60.9% (表 8)。可见随着植株株
高的增加, 深层(40 cm)氮对植株肥料氮积累量贡献
逐渐增加 , 浅层(5 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡
献逐渐降低。
第 10期 范 霞等: 不同株高夏玉米品种的氮素吸收与利用特性 1835


表 7 种植密度和施氮深度对夏玉米不同器官肥料氮贡献率影响的方差分析(P > F)
Table 7 Analysis of variance (P > F) for the effects of plant density and nitrogen depth on the contribution to fertilizer nitrogen
indifferent organs
品种
Hybrid
变异来源
Source of variance
全株
Whole plant
叶片
Leaf
茎秆
Stalk
根系
Root
籽粒
Grain
穗轴
Cob
种植密度 Plant density (A) 0.546 0.549 0.551 0.558 0.551 0.577
施氮深度 Nitrogen depth (B) 0 0.019 0.003 0 0 0.012
鲁单 981
LD981
A×B 0.052 0.002 0.002 0 0.305 0.702
种植密度 Plant density (A) 0.552 0.539 0.625 0.750 0.555 0.594
施氮深度 Nitrogen depth (B) 0 0 0 0 0.001 0
郑单 958
ZD958
A×B 0.200 0.015 0.045 0.580 0.452 0.242
种植密度 Plant density (A) 0.955 0.893 0.985 0.860 0.980 0.898
施氮深度 Nitrogen depth (B) 0 0 0 0 0 0
登海 661
DH661
A×B 0.003 0 0 0 0.009 0.024

表 8 不同土壤深度氮对不同夏玉米肥料氮积累量的贡献和 15N回收率
Table 8 Contribution of fertilizer nitrogen from different soil depths and 15N recovery in different summer maize hybrids
不同土壤深度施氮对植株肥料氮积累量的贡献
Contributions of fertilizer nitrogen to whole plant (%)
15N回收率
15N recovery (%) 品种
Hybrid
密度
Density
(plants hm–2) 5 cm 20 cm 40 cm 5 cm 20 cm 40 cm
67500 35.9 a 37.5 a 26.7 b 26.81 c 46.54 b 49.85 a 鲁单 981
LD981 82500 42.1 a 33.8 a 24.2 b 36.04 c 48.22 b 51.91 a
67500 47.3 a 26.9 b 25.9 b 36.39 b 34.46 b 49.84 a 郑单 958
ZD958 82500 45.0 a 30.6 b 24.5 b 41.94 c 47.54 b 57.41 a
67500 49.4 a 33.6 b 17.2 c 38.66 b 43.81 a 33.56 c 登海 661
DH661 82500 51.4 a 34.2 b 14.5 c 36.04 b 39.88 a 25.49 c
同一列标以不同字母的值表示在 0.05水平上差异显著。
Values labeled by different letters in each column are significantly different between treatments at 0.05 probability level.

2.5 不同土层氮素(15N-尿素)的利用与残留
2.5.1 不同土壤深度氮素(15N-尿素)的利用 品
种及密度与品种互作对氮素回收率的影响极显著
(表3)。3个品种的氮素回收率以 ZD958最大 , 较
LD958和 DH661分别高7.3%和16.8% (表5)。LD981
和 ZD958对40 cm肥料氮回收率最大, 对5 cm肥料
氮回收率最小; 而 DH661对20 cm 肥料氮回收率最
大 , 对40 cm 肥料氮回收率最小。高密度条件下
LD981对5、20和40 cm肥料氮回收率较低密度下分
别提高了 34%、 3.6%和 4.1%, ZD958分别提高了
15.3%、38%和15.2%, DH661则分别降低了6.8%、
9%和24% (表8)。
2.5.2 不同土壤深度中 15N的残留 5、20和 40 cm
15N在土壤较深层次(60~80 cm和80~100 cm)残留量占
总残留的比例分别为 0.6%~4.0%和 0.5%~3.0%, 均
较小。5 cm 15N 在 0~10 cm 土层中残留比例最大,
0~20 cm土层残留 15N占到了土壤总残留 15N的 60%
以上; 20 cm 15N在 20~40 cm土层的残留占到了土壤
总残留的 60%; 40 cm 15N在 30~60 cm土层残留量达
到 60%以上(表 9)。20 cm和 40 cm 15N在 0~20 cm
土层均有部分残留 , 可能是作物根系吸收水分使
20 cm和 40 cm 15N随之上移造成。5、20和 40 cm
处的标记氮在 0~20、20~40和 40~60 cm土层中的残
留占到了总残留量的 60%以上 , 可以用夏玉米对
5、20和 40 cm 15N的吸收利用分别来表示夏玉米植
株对 0~20、20~40和 40~60 cm土层中氮素的吸收与
利用情况。
3 讨论
玉米吸收的氮素来源于肥料和环境, 而环境中
的氮素以土壤自身所含氮素为主。不同土壤条件下,
作物吸收的土壤氮和肥料氮所占比例不尽相同。前
人关于作物对肥料氮和土壤氮的积累特性做了大量
研究但结果不尽相同。有的认为, 成熟期小麦吸收
的氮 67%来自土壤, 33%来自肥料[19-22]; 巨晓棠等[23]
认为, 55%来自土壤, 45%来自肥料; 而马兴华等[24]
认为 75%来自土壤, 25%来自肥料。王小彬等[25]对旱
地玉米氮素吸收利用的研究表明, 土壤氮和肥料氮
1836 作 物 学 报 第 40卷

表 9 收获后不同土壤深度 15N的残留比例
Table 9 Percentage of residual 15N in soil layer to total residual 15N after harvesting
各土层残留 15N占总残留量的比例
Percentage of residual 15N in each soil layer to total residual 15N (%) 品种
Hybrid
密度
Density
(plants hm–2)
土壤深度
Soil depth
(cm) 0–10 cm 10–20 cm 20–30 cm 30–40 cm 40–60 cm 60–80 cm 80–100 cm
5 64.0 11.6 13.8 7.0 2.1 1.0 0.5
20 4.8 31.9 34.2 24.2 3.2 0.9 0.8
67500
40 4.0 3.7 11.7 55.4 21.2 2.2 1.8
5 42.9 15.1 17.6 16.6 6.2 0.6 0.9
20 5.1 8.8 23.9 40.3 19.5 1.3 1.1
鲁单 981
LD981
82500
40 13.4 8.4 8.9 23.7 38.9 4.0 2.6
5 41.2 32.8 13.0 5.2 2.5 2.4 3.0
20 5.6 16.9 39.3 28.4 7.7 1.1 0.9
67500
40 3.2 2.6 17.8 64.3 9.5 1.3 1.3
5 32.8 32.3 18.2 10.4 2.9 2.1 1.3
20 3.9 16.9 34.5 34.2 9.2 0.9 0.5
郑单 958
ZD958
82500
40 1.0 4.3 12.0 60.7 19.9 1.4 0.7
5 31.2 34.3 22.7 7.3 2.2 1.0 1.3
20 4.8 5.5 22.0 37.6 26.5 2.7 1.0
67500
40 1.0 0.9 1.7 34.6 57.5 3.4 0.9
5 52.2 18.9 12.5 11.6 2.5 1.0 1.3
20 1.7 11.7 45.0 21.6 18.1 1.3 0.6
登海 661
DH661
82500
40 0.6 1.2 2.1 85.5 9.4 0.9 0.5

对当季氮素吸收的贡献率分别是 60%和 40%; 潘晓
丽等[26]报道, 夏玉米吸收肥料氮与土壤氮的比例接
近 1∶1, 随着土壤肥力水平提高玉米吸收肥料氮比
例下降。本研究表明玉米吸收氮素 69.3%~77.3%来
自土壤, 22.7%~30.7%来自肥料, 这可能与本试验地
土壤肥力和施氮量有关。高密度条件下, 矮秆玉米
品种 DH661吸收的肥料氮所占比例显著降低, 而高
秆品种 LD981和中秆 ZD958吸收肥料氮所占比例没
有显著变化。氮素收获指数(NHI)是衡量作物体内氮
素向籽粒转移的重要参数, 反映氮素在植株体内的
分配情况, 具有明显的基因型差异。徐祥玉等[27]研
究认为, 氮素收获指数和氮效率显著正相关, 氮素
收获指数能够比较好地反映氮效率。本研究表明 ,
ZD958 的土壤氮和肥料氮的收获指数均最大, 所以
相对 LD981 和 DH661, ZD958 氮效率较高。3 个品
种肥料氮收获指数平均 57.5%, 比土壤氮素收获指
数高 5.0%。与低密度相比较, 高密度条件下 LD981
和 ZD958肥料氮收获指数显著降低, DH661肥料氮
收获指数显著增加。
氮肥深施利于减少氨挥发和径流损失, 氮肥深
施比地表撒施氮肥利用率高, 适宜的施用深度则既
要考虑到尽量减少氮肥损失, 又要考虑到能及时被
作物根系吸收[2]。玉米根系主要集中分布在 40 cm
土层内, 不同类型玉米品种根系垂直分布不同, 戚
廷香等[28]认为, 掖单 22和豫玉 22在 10~40 cm土层
中的根系占根系总量的 50%多, 而登海 9 号和农大
108却占 60%; 掖单 22和豫玉 22在 50~70 cm土层
的根系占根系总量的比例相对较低, 占近 30%, 而
登海 9号和农大 108只有 23%左右; 4个品种在 80~
100 cm土层的根系占根系总量的比例中相差不大。
根系分布直接影响氮素的吸收与利用, 当根系分布
与土壤氮素耦合较好时表现较强的吸收能力。本研
究表明, 高秆品种 LD981和中秆品种 ZD958对深层
(40 cm )15N的回收率大, 矮秆品种 DH661对 20 cm
15N回收率大, 这可能与根系的分布有关。随着株高
增加, 深层(40 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡献逐
渐增加, 浅层(5 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡献
率逐渐降低。5、20和 40 cm处标记氮在 0~20、20~40
和 40~60 cm残留量达到了 60%以上, 因此 5、20和
40 cm的氮素可分别代表 0~20、20~40和 40~60 cm
土层中的氮素, 可见中、高秆品种对 40~60 cm土层
氮的回收率较高; 矮秆品种对 20~40 cm土层氮的回
收率较高。因此, 玉米生产中应根据不同玉米品种
的氮素利用特性 , 适当深施 , 减少氮肥损失 , 提高
第 10期 范 霞等: 不同株高夏玉米品种的氮素吸收与利用特性 1837


氮肥利用率。
4 结论
3个玉米品种吸收的氮素平均 69.3%~77.3%来自
土壤 , 22.7%~30.7%来自肥料 , 土壤氮收获指数为
54.6%, 肥料氮收获指数为 57.5%。肥料氮收获指数
均以中秆品种最大 , 但高密度条件下矮秆品种变
大、中秆和高秆品种变小。随着株高增加 , 深层
(40 cm)施氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐增加,
浅层 5 cm施氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐降
低。中、高秆品种对 40~60 cm即较深土层氮的回收
率较高, 而矮秆品种对 20~40 cm较浅土层氮的回收
率较高。
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