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Effects of Nitrogen Application and Film Mulching on Yield Performance Parameters and Nitrogen Use Efficiency of Spring Maize in the Middle Reaches of Yangtze River

施氮量与地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能及氮肥利用效率的影响



全 文 :作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(6): 1081−1092 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由湖北省楚天学者启动基金(55204-09135), 国家科技支撑计划项目(2012BAD04B12), 国家公益性行业(农业)科研专项经费项
目(201203096)和农业部作物生理生态与耕作重点实验室开放课题(201306)资助。
* 通讯作者(Corresponding authors): 赵明, E-mail: zhaomingcau@163.net, Tel: 010-82108752; 展茗, E-mail: zhanming@mail.hzau.edu.cn,
Tel: 027-87283775
第一作者联系方式: E-mail: gjz0121@126.com, Tel: 027-87283775
Received(收稿日期): 2013-11-12; Accepted(接受日期): 2014-03-04; Published online(网络出版日期): 2014-04-09.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20140409.1117.007.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.01081
施氮量与地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能及氮肥利用效率的影响
葛均筑 1,2 李淑娅 1,2 钟新月 1 袁国印 1,2 徐 莹 1 田少阳 1
曹凑贵 1 翟中兵 3 刘诗晴 3 展 茗 1,* 赵 明 2,*
1华中农业大学植物科技学院 / 农业部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室, 湖北武汉 430070; 2中国农业科学院作物科学研究
所 / 农业部作物生理生态重点实验室, 北京 100081; 3武穴市现代农业示范中心, 湖北武穴 435415
摘 要: 以宜单 629 为试验材料, 于 2012—2013 年在湖北武穴通过大田试验, 研究施氮量和地膜覆盖对长江中游春
玉米产量及其性能参数的调节效应以及氮肥利用效率的影响。结果表明, 增施氮肥促进春玉米生长发育, 抽雄期和吐
丝期提前 8~12 d, 延长籽粒灌浆期 2~6 d, 全生育期减少 2~7 d; 地膜覆盖促进种子萌发和玉米植株发育, 种子出苗提
前 7~8 d, 抽雄期和吐丝期提前 6~11 d, 生理成熟期提前 3~6 d。增施氮肥和地膜覆盖优化长江中游春玉米产量性能
参数, 增施氮肥使平均叶面积指数(MLAI)提高 81.18%~112.38%, 平均净同化率(MNAR)提高 19.20%~25.82%, 穗粒
数(GN)和千粒重(GW)增加 72.61%~95.30%和 13.09%~21.26%; 同等施氮条件下 , 地膜覆盖提高 MLAI (11.12%~
17.12%)、MNAR (0.80%~10.66%)、HI (0.44%~6.50%)、GN (7.02%~16.07%)和 GW (5.64%~7.93%); 由于产量性能参
数间的超补偿作用, 增施氮肥和地膜覆盖使春玉米籽粒产量提高 6.80%~24.66%和 7.16%~22.19%。施氮量增加显著
降低春玉米氮肥利用效率, 氮肥偏生产力(PFPN)和氮肥农学利用效率(ANUE)分别降低 31.34%~51.20%和 30.39%~
42.12%; 地膜覆盖促进春玉米的氮素吸收能力, 显著提高春玉米氮肥利用效率, PFPN 和 ANUE 分别提高 18.30%~
31.67%和 25.83%~56.80%。统筹考虑长江中游春玉米产量性能优化补偿增产机制和氮肥利用效率特征, 可选用优化
施氮量 202.5~270.0 kg hm–2和覆膜增温降渍, 其产量可达 8995~9220 kg hm–2。
关键词: 春玉米; 氮肥用量; 地膜覆盖; 产量性能; 氮肥利用率
Effects of Nitrogen Application and Film Mulching on Yield Performance Pa-
rameters and Nitrogen Use Efficiency of Spring Maize in the Middle Reaches of
Yangtze River
GE Jun-Zhu1,2, LI Shu-Ya1,2, ZHONG Xin-Yue1, YUAN Guo-Yin1,2, XU Ying1, TIAN Shao-Yang1, CAO
Cou-Gui2, ZHAI Zhong-Bing3, LIU Shi-Qing3, ZHAN Ming1,*, and ZHAO Ming2,*
1 Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Cultivation (The Middle Reaches of the Yangtze River) of Ministry of Agriculture / College of
Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2 Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology of
Ministry of Agriculture / Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3 Wuxue Modern Agriculture
Demonstration Center, Wuxue 435415, China
Abstract: A two-year field experiment using maize hybrid Yidan 629 with nitrogen (N) application and film mulching was con-
ducted in Wuxue, Hubei Province, during 2012–2013 growing season to study the characteristics of yield performance parameters
and N use efficiency of spring maize in the Middle Reaches of Yangtze River. The results showed that film mulching could make
an earlier seed germination times of 7–8 d, N application and film mulching could promote the vegetative growth of spring maize,
the tasseling stage and silking stage were advanced 8–12 d and 6–11 d, respectively, the maturity stage advanced 2–7 d and the
physilogical maturity stage advanced 3–6 d. Compared with the control, the yield performance parameters of spring maize such as
1082 作 物 学 报 第 40卷


mean leaf area index (MLAI), mean net assimilation rate (MNAR), harvest index (HI), grain number per ear (GN) and
1000-kernels weight (GW) increased by 81.18%–112.38%, 19.20%–25.82%, 72.61%–95.30%, and 13.09%–21.26% in N applica-
tion treatment, and increase 11.12%–17.12%, 0.80%–10.66%, 0.44%–6.50%, 7.02%–16.07%, and 5.64%–7.93% in film mulching
treatment. With the super compensative effect of yield performance parameters, the grain yield of spring maize increased by
6.80%–24.66% and 7.16%–22.19%, respectively, resulting from N application and film mulching. The N use efficiency was sig-
nificantly reduced with increasing N application, the partial factor productivity (PFPN) and nitrogen agronomic efficiency (ANUE)
were decreased 31.34%–51.20% and 30.39%–42.12%. Film mulching enhanced N absorbing ability of spring maize, and in-
creased PFPN and ANUE 18.30%–31.67% and 25.83%–56.80%, respectively. Comprehensive considering the super compensa-
tive effect of yield performance parameters and the characteristics of N use efficiency, achieving high yield of 8995–9220 kg ha–1
in spring maize needs the N application of 202.5–270 kg ha–1 with film mulching in the Middle Reaches of Yangtze River.
Keywords: Spring maize; Nitrogen application; Film mulching; Yield performance parameters; Nitrogen use efficiency
玉米是我国第一大粮食作物, 存在区域间发展
不平衡现象, 发展南方玉米是解决南方玉米“产需矛
盾”, 保障国家粮食安全的根本途径[1]。氮素是玉米
生长发育的重要营养元素, 影响玉米籽粒产量和品
质[2], 随肥料投入的增加, 肥料利用效率逐渐下降, 我
国玉米肥料生产效率由13.8 kg kg–1下降至11.5 kg kg–1[3],
合理施氮能够提高玉米产量和氮肥利用效率, 同时
减轻环境负担[4]。国内外学者围绕施氮量对玉米产
量的影响开展了大量研究[5-7], 并从施氮时期[8]、次
数[9]以及收获期[10]分析施氮量对玉米产量的影响规
律。地膜覆盖具有提高土壤温度, 降低田间水分蒸
发, 促进土壤微生物活动, 提高肥料利用效率和作
物产量等作用[11-13], 在小麦[14]、玉米[15-16]、水稻[17]
等作物都有相关研究。针对地膜覆盖和氮肥互作对
作物产量的影响, 蒋耿民等[15]探讨了揭膜时期和施
氮量对西北春玉米产量的影响, 罗付香等[18]研究表
明覆膜可显著降低酰胺态氮肥和缓控释肥的氮素流
失, 提高玉米产量和氮肥效率, 李强等 [19]研究了旱
地小麦氮肥管理和地膜覆盖下产量及氮肥利用效率
变化规律。我国西南和南方玉米区特别是长江中游
具有丰富气候资源, 但春玉米生长季内特别是播种
至拔节期间易遭受低温和渍害等非生物逆境胁迫, 地
膜覆盖可以缓解春玉米生长季的低温和渍害逆境[20-21],
但有关本区域春玉米地膜覆盖后施氮量对产量及氮
肥利用效率的影响未见报道。
“三合结构理论”将产量性能定量化[22], 构建了
产量性能方程Yield = MLAI × MNAR × D × HI = EN ×
GN × GW, 由方程可知玉米产量是产量性能参数相
互补偿协调的结果[23]。针对玉米产量提高过程中产
量性能参数的变化规律, 国内学者从播期[24]、收获
期[25]、种植密度[26]、生态因素[27]、土壤深松[28]以及
超高产水平[29]和周年栽培模式[30]等角度进行了系统
深入的研究。但是施氮量作为调控玉米产量的重要
栽培措施, 其对玉米产量性能参数的影响未见相关
研究报道。
为此, 本文结合长江中游春玉米地膜覆盖增温
降渍的生产特点, 研究地膜覆盖不同施氮量对长江
中游春玉米产量性能和氮肥利用效率的影响, 以明
确长江中游春玉米高产产量性能特征和适宜施氮量,
为长江中游春玉米乃至西南和南方春玉米高产高效
栽培提供理论依据和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地基本情况
湖北省武穴市现代农业示范中心试验基地
(30°00′ N, 115°44′ E)具亚热带季风性湿润气候, 多
年日照辐射总量为 4470 MJ m–2, 年降雨量为
1278.7~1442.6 mm, 年平均气温 16.8℃。2012 年和
2013 年试验期间气象数据见图 1。试验地土壤为冲
积型沙壤土, 0~20 cm土层 pH 5.73, 含有机质 31.37
g kg–1、全氮 1.944 g kg–1、速效磷 27.3 mg kg–1、速
效钾 120.6 mg kg–1。
1.2 试验设计
2012—2013 年种植春玉米品种宜单 629, 定苗
密度为 60 000株 hm–2。采用裂区设计, 主区为氮肥
用量, 5个施氮量水平分别为 0 kg N hm-2 (F0)、135 kg
N hm–2 (F1)、202.5 kg N hm–2 (F2)、270 kg N hm–2 (F3)
和 337.5 kg N hm–2 (F4); 副区为地膜覆盖 (film
mulching, M)和无地膜覆盖(no film mulching, NM)。
因地膜覆盖玉米生育期内不能追肥, 仅于播种时一
次性基施肥料, 全生育期用量为 P2O5 150 kg hm–2,
K2O 180 kg hm–2, 试验用复合肥料为山东金正大生
态有限公司生产的沃夫特玉米专用缓控释肥(N∶
P2O5∶K2O为 22∶8∶12), 以 N肥为计算单位, P2O5
和 K2O用量分别用过磷酸钙(含 P2O5 12%)和氯化钾
(含 K2O 60%)补足。
3 月上旬选用旋耕机将田块旋耕 15~18 cm, 并
使土壤细碎、疏松。采用厢沟种植方式, 即以铧犁
第 6期 葛均筑等: 施氮量与地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能及氮肥利用效率的影响 1083



图 1 2012年(A)和 2013年(B)春玉米生育期间日降雨量和日均温
Fig. 1 Daily total rainfall and average temperature of the experiment site during the growing period of spring maize
in 2012 (A) and 2013 (B)

式开沟器将耕地整成 200~210 cm宽厢面, 厢与厢之
间开 30~40 cm宽沟, 沟深 20~30 cm, 厢沟模式单位
宽度 240 cm。40 cm+80 cm宽窄行播种 4行, 小区
为长 7 m、宽 9.6 m的 4厢 16行区, 小区重复 3次。
小区边做 30 cm 宽埂, 用黑色可降解微膜包埂, 小
区间留 50 cm间隔区。播种前在 40 cm窄行中间开
15~20 cm 深肥料沟, 撒施肥料, 肥料沟两侧开 2~
3 cm深播种沟同时掩埋肥料沟, 人工点播玉米种子
后覆土。将 200 cm宽可降解微膜厢面覆膜拉紧、拉
平, 四边用土封压严实, 每隔 1 m 在厢中间纵向压
一土块, 防止大风揭膜。在出苗后及时破膜放苗, 二
至三叶期间苗, 四至五叶期定苗, 按玉米高产田进
行田间管理。
1.3 测定内容与方法
1.3.1 籽粒产量及其构成因素 在玉米籽粒生理
成熟后, 选取小区中间无破坏行 4 行, 连续 4 m 长,
统计穗数折合成公顷穗数(EN), 取代表性植株 10 株,
烘干全株以计算收获指数(HI = ∑籽粒干重 / ∑全株
干重), 收获剩余穗子, 计算平均穗鲜重, 选取接近
于平均穗鲜重的样穗 20穗, 自然风干后室内考察穗
粒数(GN)和千粒重(GW), 产量(Yield) = 20穗样穗籽
粒重(折算按籽粒含水量为 14%) × EN/20, PM8088
谷物水分测定仪测定籽粒含水量。
1.3.2 平均叶面积指数(MLAI) 玉米定苗后各
小区选取代表性植株 30 株挂牌标记, 拔节期(V6)、
大口期(V12)、开花期(VT)、花后 15 d (R2)、30 d (R3)、
45 d (R4)从每小区取样 3 株, 生理成熟期取 10 株,
测量叶长(l)和叶宽(d), 叶面积(LA) = ∑ l×d×0.75,
叶面积指数(LAI)=LA/10 000×6。参考张宾等[31]方法
计算 MLAI。
1 2
max max max20 2 2
1 2 2( ) ln( ) arctan
21 4 4
a bx b c ad bc dx cMLAI MRLAI LAI LAI x x LAI
d d dcx dx d d c d c
+ − += × = × = + + + ×+ + − −∫
(1)
式中, MLAI 为全生育期相对平均叶面积指数;
LAImax为生育期内最大叶面积指数。
1.3.3 平均净同化率(MNAR) 根据 Evans[32]和
张宾等[22]提出的作物产量性能方程估算下列参数:
MNAR = DMA/LAD (2)
DMA= Y/HI = EN×GN×GW/Y (3)
LAD = MLAI×D (4)
MLAI×D×MNAR×HI=EN×GN×GW (5)
式中, MNAR为平均净同化率, DMA为总干物
质积累; LAD 为生育期内单位土地面积上的绿叶持
续时间; MLAI为生育期内平均叶面积指数; D为出
苗至生理成熟天数; HI为收获指数; EN为单位面积
收获穗数; GN为单穗穗粒数; GW为单穗千粒重。通
过(2)、(3)和(4)也可以推导出(5)式。由作物产量性能
方程可以较好地明确各因素间以及各因素与产量形
成的关系。
1.3.4 氮肥偏生产力(PFPN)和氮肥农学效率(ANUE)
按卢艳丽等 [33]计算方法 , 氮肥偏生产力(nitro-
gen partial factor productivity, PFPN, kg kg–1 N) = 籽
粒产量/施氮量, 氮肥农学效率(agronomic efficiency
of nitrogen, ANUE, kg kg–1 N) = (施氮区玉米产量–
空白区玉米产量)/施氮量。
1.3.5 数据统计与分析 用 Microsoft Excel 2003
计算数据和作图, 用 SPSS16.0统计软件进行方差和
相关性分析, Duncan’s新复极差法进行多重比较。
1084 作 物 学 报 第 40卷


2 结果与分析
2.1 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米生育
时期的影响
由表1可以看出, 与不施氮肥相比, 氮肥可显著
促进春玉米生长发育, 拔节期提前 1~5 d, 抽雄期和
吐丝期提前 4~12 d, 延长春玉米生殖生长 0~3 d,
提高春玉米生殖生长阶段占全生育期比重 3.45%~
12.65%, 提高产量(P<0.05)。地膜覆盖促进种子萌发
和玉米生长发育, 使春玉米出苗提前 7~8 d, 抽雄期
和吐丝期提前 6~11 d, 收获期提前 3~6 d, 开花后生
殖生长期延长 2~6 d, 提高生殖生长阶段占全生育期
比重 0.50%~9.74%, 显著提高产量(图 2)。

表 1 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米生育时期的影响(月/日)
Table 1 Effects of nitrogen application and film mulching on growth stage of spring maize in the middle
Reaches of Yangtze River (month/day)
处理
Treatment
播种期
Sowing
出苗期
Emergence
拔节期
Jointing stage
抽雄期
Tasseling stage
吐丝期
Silking stage
生理成熟期
Physiological maturity
生育期天数
Total days (d)
2012
MF0 3/16 3/26 4/27 6/8 6/9 8/1 128
MF1 3/16 3/26 4/26 6/3 6/4 7/28 124
MF2 3/16 3/26 4/26 6/1 6/2 7/26 122
MF3 3/16 3/26 4/25 5/28 5/29 7/24 120
MF4 3/16 3/26 4/25 5/28 5/29 7/24 120
NMF0 3/16 4/3 5/10 6/14 6/15 8/5 124
NMF1 3/16 4/3 5/7 6/10 6/11 8/3 122
NMF2 3/16 4/3 5/7 6/9 6/10 8/1 120
NMF3 3/16 4/3 5/5 6/6 6/7 7/30 118
NMF4 3/16 4/3 5/5 6/6 6/7 7/30 118
2013
MF0 3/15 3/27 5/1 6/7 6/9 7/26 121
MF1 3/15 3/27 4/28 6/4 6/5 7/23 118
MF2 3/15 3/27 4/27 6/1 6/2 7/20 115
MF3 3/15 3/27 4/26 5/28 5/29 7/18 113
MF4 3/15 3/27 4/26 5/28 5/29 7/18 113
NMF0 3/15 4/3 5/11 6/18 6/19 8/1 120
NMF1 3/15 4/3 5/9 6/14 6/15 7/27 116
NMF2 3/15 4/3 5/6 6/9 6/10 7/25 112
NMF3 3/15 4/3 5/6 6/6 6/7 7/22 109
NMF4 3/15 4/3 5/6 6/6 6/7 7/22 109
MF0: 地膜覆盖施氮量 0 kg N hm–2处理; MF1: 地膜覆盖施氮量 135 kg N hm–2处理; MF2: 地膜覆盖施氮量 202.5 kg N hm–2处理;
MF3: 地膜覆盖施氮量 270 kg N hm–2处理; MF4: 地膜覆盖施氮量 337.5 kg N hm–2处理; NMF0: 无地膜覆盖施氮量 0 kg N hm–2处理;
NMF1: 无地膜覆盖施氮量 135 kg N hm–2处理; NMF2: 无地膜覆盖施氮量 202.5 kg N hm–2处理; NMF3: 无地膜覆盖施氮量 270 kg N
hm–2处理; NMF4: 无地膜覆盖施氮量 337.5 kg N hm–2处理。
MF0: Film Mulching and nitrogen application of 0 kg N hm–2; MF1: Film Mulching and nitrogen application of 135 kg N hm–2; MF2:
Film Mulching and nitrogen application of 202.5 kg N hm–2; MF3: Film Mulching and nitrogen application of 270 kg N hm–2; MF4: Film
Mulching and nitrogen application of 337.5 kg N hm–2; NMF0: No Film Mulching and nitrogen application of 0 kg N hm–2; NMF1: No Film
Mulching and nitrogen application of 135 kg N hm–2; NMF2: No Film Mulching and nitrogen application of 202.5 kg N hm–2; NMF3: No
Film Mulching and nitrogen application of 270 kg N hm–2; NMF4: No Film Mulching and nitrogen application of 337.5 kg N hm–2.

2.2 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米产量
及其性能参数的影响
2.2.1 对产量的影响 施氮量和地膜覆盖对长江
中游春玉米籽粒的增产趋势在年份间保持一致(图
2), 但 2013年不同处理间差异比 2012年表现更为显
著。2012年结果表明, 与 F1处理相比, F4处理在地
膜覆盖和非地膜覆盖情况下产量提高 11.86%和
17.08%, 差异达显著水平, 但在其他处理间差异未
第 6期 葛均筑等: 施氮量与地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能及氮肥利用效率的影响 1085



图 2 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米产量的影响
Fig. 2 Yield of spring maize under different treatments of
nitrogen application and film mulching in the Middle Reaches
of the Yangtze River
MF: 地膜覆盖肥料处理, NMF: 无地膜覆盖肥料处理。误差线上
不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。
MF: Film Mulching and nitrogen application; NMF: No Film
Mulching and nitrogen application. Different letters above error
bars indicate significantly different at 0.05 probability level among
treatments.

达显著水平。2013年结果表明春玉米产量随施氮量
增加而显著增加, 与 F1 处理相比, 地膜覆盖其他 3
个处理产量分别提高 6.21%、13.36%和 23.67%; 非
地膜覆盖下分别增产 6.36%、24.5%和 46.3%, F1处
理与 F3 和 F4 处理差异达显著水平, F2 和 F3 与 F4
处理间差异达显著水平。
地膜覆盖显著提高长江中游春玉米产量, 且随
施氮量增加增产幅度显著减小(图 2)。在相同施氮水
平下, 2012 年地膜覆盖春玉米分别增产 13.38%、
16.46%、13.36%、12.12%和 11.26%, 2013年分别为
1.23%、45.89%、45.68%、32.79%和 23.54%。
2.2.2 对产量性能参数的影响 由表 2可以看出,
长江中游春玉米平均叶面积指数(MLAI)随施氮量增
加而提高。2012 年覆膜和非覆膜均表现为 F1 和 F2
与 F3 和 F4 处理间差异显著, F1 与 F2 处理间和 F3
与 F4处理间无差异; 2013年 4个氮肥处理间 MLAI
差异均达显著水平。地膜覆盖显著提高春玉米生育
期内 MLAI, 而且随施氮量增加地膜覆盖对 MLAI
的影响显著提高。
平均净同化率(MNAR)反映作物光合产物形成
产量的能力。长江中游春玉米 MNAR呈随施氮量增
加而逐渐提高的趋势, 但处理间有波动(表 2)。在地
膜覆盖下, 施氮量对春玉米 MNAR影响差异不显著;
非地膜覆盖下, 2012年 F2处理显著高于其他 3个氮
肥用量处理, 2013年 F4处理与 F1和 F2处理间差异
达显著水平。地膜覆盖对长江中游春玉米 MNAR整
体无显著影响, 仅 F1处理下是否覆膜间差异达显著
水平。
增施氮肥和地膜覆盖显著促进长江中游春玉米
生长发育(表2)。春玉米生育期天数(D)随施氮量增加
而逐渐降低, D值减少 2~7 d, 地膜覆盖可以延长籽
粒灌浆期, D值增加 2~4 d。
长江中游春玉米收获指数(HI)随施氮量增加而
提高(表 2), 2012年 F2处理 HI显著低于 F4处理, F1
与 F2和 F2与 F4间差异未达显著水平; 2013年结果
表明地膜覆盖下 F4处理 HI显著大于其他 3个处理,
F3 大于 F1 和 F2 (P<0.05), 非地膜覆盖下施氮量对
HI 影响未达显著水平。2 年研究结果表明, 在相同
施氮量水平下地膜覆盖对 HI无显著影响。
由表 2 可知, 施氮量和地膜覆盖对长江中游春
玉米穗数的影响无明显规律(表 2), 但显著影响穗粒
数(GN)和千粒重(GW)。GN 随施氮量增加而增加,
2012年结果表明施氮量间 GN差异不显著; 2013年
结果表明, 地膜覆盖下 GN 随施氮量增加显著增加,
而非地膜覆盖下 F4处理与其他 3个处理差异达显著
水平。相同施氮水平下, 2013 年结果表明地膜覆盖
春玉米 GN 显著大于非覆膜处理。GW 随施氮量的
增加而显著提高, F1处理显著小于 F3和 F4两个处
理, F1与 F2处理间和 F3与 F4处理间无差异, 2013
年地膜覆盖下 F2与 F3和 F4处理差异达显著水平。
2 年结果分析表明, 地膜覆盖提高 GW, 且随施氮量
增加显著性逐渐降低, 在 F1 和 F2 水平地膜覆盖显
著提高 GW, 但 F3和 F4水平差异不显著。
相关性结果表明(表 3), 施氮量与长江中游春玉
米产量、MLAI、GN 和 GW 呈正相关, 相关性达显
著或极显著水平, 与 D呈显著(2012)或极显著(2013)
负相关, 与MNAR相关性在 2013年达显著水平, 与
HI 和 EN 均未达显著相关。春玉米产量与光合性能
参数 MLAI和 MNAR呈显著或极显著正相关, 与 D
呈极显著负相关, 而与 HI 无显著相关; 产量与产量
构成因素 EN无显著相关, 与 GN和 GW相关性达极
显著水平。产量性能参数间相关性差异较大, MLAI
与 D 呈极显著负相关, 与 GN 和 GW 呈极显著正相
关; MNAR与 D呈显著负相关, 与 GN呈显著正相关;
D 与 GN 和 GW 均呈极显著负相关; 2013 年地膜覆
盖处理结果表明 HI与 GN和 GW呈显著正相关, 其
他 3个处理未达显著水平; EN与 GN和 GW不相关;
GN与 GW显著正相关。
1086 作 物 学 报 第 40卷


表 2 氮肥用量和地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能参数的影响
Table 2 Effects of nitrogen application and film mulching on yield performance parameters of spring maize in the
Middle Reaches of Yangtze River
光合性能参数 Photosynthetic characteristics parameters 产量构成参数 Yield components parameters 处理
Treatment MLAI MNAR (g m–2 d–1) D (d) HI EN (ear hm–2) GN (No. ear–1) GW (g)
2012
MF0 1.526±0.08 c 4.202±0.45 b 128 a 0.479±0.02 ab 62033±153 a 258.3±36.4 b 283.8±13.3 c
MF1 2.784±0.09 b 5.494±0.06 a 124 ab 0.463±0.01 ab 56258±586 b 465.6±26.0 a 330.6±8.7 b
MF2 2.874±0.18 b 5.794±0.43 a 122 ab 0.458±0.05 b 55508±349 b 463.3±43.9 a 348.4±4.8 ab
MF3 3.045±0.10 a 4.868±0.36 ab 120 b 0.519±0.02 a 61928±502 a 449.7±10.7 a 348.4±32.8 ab
MF4 3.073±0.07 a 5.124±0.14 ab 120 b 0.503±0.01 a 57945±428 b 466.2±31.0 a 359.0±5.4 a
NMF0 1.240±0.04 c 4.509±0.16 c 124 a 0.503±0.00 a 53955±1205 a 271.7±22.8 b 255.3±8.8 c
NMF1 2.596±0.08 b 4.993±0.09 b 120 ab 0.469±0.00 b 57248±547 a 424.5±71.4 a 306.4±5.5 b
NMF2 2.516±0.16 b 5.731±0.18 a 120 ab 0.459±0.12 b 54510±379 a 465.3±39.9 a 312.6±6.4 ab
NMF3 2.760±0.10 a 5.222±0.29 b 118 b 0.476±0.00 ab 54908±1032 a 495.6±5.4 a 312.0±11.4 a
NMF4 2.814±0.03 a 5.009±0.16 b 118 b 0.505±0.02 a 54765±985 a 490.1±40.9 a 321.6±7.0 a
2013
MF0 1.397±0.07 e 4.103±0.17 b 121 a 0.446±0.01 c 57000±1414 c 235.6±14.3 e 241.4±8.4 d
MF1 2.531±0.04 d 5.476±0.07 a 118 ab 0.452±0.01 c 60000±152 ab 458.3±32.4 d 276.2±7.8 c
MF2 2.792±0.05 c 5.388±0.08 a 115 ab 0.454±0.01 c 61500±1211 a 481.1±7.3 c 278.4±0.7 c
MF3 2.912±0.10 b 5.474 ±0.64 a 113 b 0.466 ±0.01 b 59500±707 b 503.8±11.5 b 287.0±2.4 b
MF4 3.070±0.14 a 5.448±0.298 a 113 b 0.484±0.01 a 59500±927 b 530.1±0.3 a 299.4±2.7 a
NMF0 1.299±0.09 e 4.469±0.23 c 120 a 0.435±0.07 a 60500±921 a 219.0±32.1 c 262.4±1.9 b
NMF1 1.985±0.16 d 4.808±0.40 bc 116 ab 0.442±0.03 a 57500±1121c 350.9±42.6 b 266.2±0.6 b
NMF2 2.180±0.09 c 4.832±0.43 bc 112 ab 0.446±0.02 a 58500±707 bc 351.1±17.4 b 270.2±8.9 ab
NMF3 2.488±0.01 b 5.038±0.15 ab 109 b 0.445±0.00 a 60000±508 ab 373.9±0.4 b 282.3±5.5 a
NMF4 2.643±0.01 a 5.472±0.39 a 109 b 0.453±0.00 a 60000±685 ab 436.3±37.1 a 284.6±4.5 a
MLAI: 平均叶面积指数; MNAR: 平均净同化率; D: 生育天数; HI: 收获指数; EN: 穗数; GN: 穗粒数; GW: 千粒重。不同小写字
母表示处理间差异达 0.05显著水平。处理英文缩写同表 1。
MLAI: mean leaf area index; MNAR: mean net assimilation rate; D: growth days; HI: harvest index; EN: ear number per hm2; GN: grain
number per ear; GW: 1000-kernel weight. Values followed by different letters are significantly different at 0.05 probability level among
treatments. Other abbreviations are the same as given in Table 1.

2.3 施氮量和地膜覆盖对长江中游春玉米氮肥
利用效率的影响
由图 3 可知, 施氮量和地膜覆盖对长江中游春
玉米氮肥利用效率的影响在年份间趋势一致。随施
氮量增加 , 春玉米氮肥偏生产力(PFPN)显著降低 ,
当施氮量增加至 270 kg hm–2时 PFPN降低不显著。
与 F1 处理相比, 2 年结果表明地膜覆盖下其他 3 个
处理 PFPN降低 29.31%、44.53%和 52.90%, 非地膜
覆盖处理分别降低 33.36%、42.22%和 49.50%。春玉
米氮肥农学利用效率(ANUE)随施氮量变化趋势与
PFPN一致, 在施氮量增加到 202.5 kg hm–2时ANUE
降低不显著。地膜覆盖下, F2、F3和 F4处理 ANUE
比 F1 处理低 26.11%、40.26%和 47.42%, 非地膜覆
盖下分别降低 34.66%、33.12%和 36.83%。
地膜覆盖显著提高春玉米 PFPN 和 ANUE, 且
随施氮量增加差异逐渐减小。在相同施氮量水平下,
春玉米 PFPN 分别降低 27.57% (P<0.05)、37.48%
(P<0.05)、22.45%和 18.95%, ANUE分别降低 54.19%
(P<0.05)、 88.78% (P<0.05)、 36.83% (P<0.05)和
27.55% (P<0.05)。
第 6期 葛均筑等: 施氮量与地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能及氮肥利用效率的影响 1087


表 3 氮肥用量与长江中游春玉米产量性能参数的相关系数
Table 3 Correlation coefficient between nitrogen application and yield performance parameters of spring maize in
Middle Reaches of the Yangtze River
NA Yield MLAI MNAR D HI EN GN GW
2012
NA 1 0.796** 0.815** 0.159 –0.707* 0.256 0.179 0.670* 0.782**
Yield 1.000 0.971** 0.659* –0.970** 0.110 –0.520 0.969** 0.805**
MLAI 1 0.490 –0.974** 0.250 0.264 0.914** 0.844**
MNAR 1.000 –0.610 –0.590 –0.683* 0.742* 0.360
D 1.000 –0.090 0.600 –0.962** –0.825**
HI 1.000 0.530 0.100 0.250
EN 1.000 –0.620 –0.420
GN 1.000 0.728*
MF
GW 1.000
NA 1 0.832** 0.799** 0.168 –0.707* 0.208 0.195 0.816** 0.744*
Yield 1 0.979** 0.714* –0.961** –0.360 0.320 0.934** 0.869**
MLAI 1 0.610 –0.976** –0.390 0.387 0.917** 0.867**
MNAR 1.000 –0.700* –0.670* 0.030 0.662* 0.580
D 1.000 0.520 –0.500 –0.896** –0.861**
HI 1.000 –0.400 –0.350 –0.350
EN 1.000 0.230 0.300
GN 1.000 0.952**
NMF
GW 1.000
2013
NA 1 0.869** 0.876** 0.649* –0.959** 0.869** 0.149 0.843** 0.892**
Yield 1.000 0.987** 0.903** –0.915** 0.663* 0.657* 0.995** 0.948**
MLAI 1 0.840** –0.933** 0.697* 0.664* 0.986** 0.923**
MNAR 1 –0.737* 0.320 0.643* 0.901** 0.864**
D 1 –0.750* –0.520 –0.902** –0.893**
HI 1 0.210 0.643* 0.662*
EN 1 0.655* 0.490
GN 1 0.928**
MF
GW 1.000
NA 1 0.937** 0.951** 0.773** –0.955** 0.215 0.143 0.851** 0.816**
Yield 1 0.968** 0.857** –0.896** 0.315 0.090 0.955** 0.701*
MLAI 1 0.761* –0.956** 0.217 0.038 0.911** 0.740*
MNAR 1 –0.684* 0.004 0.246 0.792** 0.551
D 1 –0.204 –0.061 –0.819** –0.774**
HI 1 –0.173 0.387 0.170
EN 1 –0.116 0.153
GN 1 0.522
NMF
GW 1
**表示相关性达 0.01极显著水平; *表示相关性达 0.05显著水平。NA: 氮肥用量; Yield: 籽粒产量。其余缩写同图 2和表 2。
** Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed); * Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed). NA: nitrogen application.
Other abbreviations compound with their given in Figure 2 and Table 2.
1088 作 物 学 报 第 40卷



图 3 氮肥用量和地膜覆盖对长江中游春玉米氮肥偏生产力(A)和氮肥农学利用效率(B)的影响
Fig. 3 Nitrogen partial factor productivity (PFPN, A) and agronomic efficiency of nitrogen (ANUE, B) under different treatments of
nitrogen application and film mulching in the Middle Reaches of the Yangtze River
MF: 地膜覆盖肥料处理, NMF: 无地膜覆盖肥料处理。误差线上不同小写字母表示处理间差异达 0.05显著水平。
MF: film mulching and nitrogen application; NMF: no film mulching and nitrogen application. Different letters above error bars indicate
significantly different at 0.05 probability level among treatments.

3 讨论
作物产量取决于作物的生长发育过程。氮素作
为植物生长发育的必需养分, 亏缺会导致植株生长
速率变慢, 植株变弱, 叶片小而黄, 产量降低。地膜
覆盖具有增温保墒的作用[15,34], 促进作物生长发育,
增加全生育期有效积温[35], 提高产量。关于氮素供
应对玉米生长发育的影响, Ma等[36]研究表明玉米氮
肥供应不足, 引起玉米叶片早衰, 籽粒提前成熟。本
研究表明, 增施氮肥促进长江中游春玉米生长发育,
生理成熟期提前, 全生育期天数减少, 这与 Ma 等[36]
研究结果不符。分析主要原因可能是, 在本研究条
件下, 随施氮量降低长江中游春玉米营养生长速率
减缓, 与其它施氮处理相比, F0 处理抽雄期和吐丝
期延迟, 营养生长阶段延长 8~12 d, 但由于后期脱
肥早衰, 生殖生长阶段缩短 1~3 d, 导致春玉米生育
时期随施氮量减少反而增加 2~7 d。经计算, 不同施
氮处理春玉米生殖生长阶段积温, 2012 年覆膜处理
和非覆膜处理分别为 1532~1559℃ d和 1498~1549℃ d,
2013年为 1348~1397℃ d和 1256~1310℃ d, 施氮量
处理间生殖生长阶段积温差异不显著, 但随施氮量
的减少积温降低。刘天朋等[37]在四川泸县研究杂交
糯高粱也发现, 随施氮量的增加抽穗期和成熟期提
前 2~3 d, 全生育期减少 2~3 d。但由于玉米生育期
随施氮量增加反而减少这个现象较为特殊, 是否为
长江流域特殊现象或者是地力因素, 需要在长江流
域不同地区和不同地力水平下进一步试验验证。Liu
等 [38]研究结果表明地膜覆盖缩短玉米营养生长期,
延长玉米灌浆期, 提高玉米灌浆期占全生育期比重,
显著提高玉米产量。在本研究条件下, 地膜覆盖缩
短玉米营养生长期 1~3 d, 延长玉米灌浆期 2~6 d, 增
加玉米灌浆期占全生育期比重 0.50%~9.74%, 提高玉
米籽粒产量(P<0.05), 与 Liu等[38]研究结果吻合。
玉米产量主要来源于干物质的积累以及干物
质向籽粒的转运分配, 叶面积的大小和高效叶面积
持续期以及平均净同化率决定玉米干物质的生产
能力[22,25,39-40]。玉米产量决定于库容量的大小, 是由
穗数、穗粒数和千粒重共同决定的。优化协调产量
性能参数, 实现产量性能参数间的相互超补偿作用,
充分发挥产量性能参数的共效差异补偿机制是形成
高产的重要途径之一[19]。大量研究表明[41-42], 增施
氮肥可以提高玉米叶面积指数和收获指数, 增加干
物质积累 , 增加穗粒数 , 优化籽粒灌浆进程 , 提高
粒重。曹玉军等[34]研究表明, 地膜覆盖显著提高春
玉米叶面积指数和光合势及干物质积累量, 王勇等[43]
研究表明地膜覆盖可以增加穗粒数 30~57 粒, 显著
提高千粒重(52.7~101.0 g)。在本研究条件下, 与 F0
相比 , 随施氮量增加长江中游春玉米 MLAI 增加
81.18%~112.38%; MNAR 随施氮量增加呈非线性变
化趋势, 以 F2处理增加幅度最大, 为 25.82%, F3处
理最小, 为 19.20%; 在 F1 和 F2 施氮量下长江中游
春玉米 HI呈降低趋势, 但在 F3和 F4处理下分别提
高 2.31%和 4.40%; 长江中游春玉米穗粒数和千粒重
随施氮量 的增加分 别增加 72.61%~95.30%和
13.09%~ 21.26%。相关性分析表明, 施氮量与长江中
游春玉米 MALI、D、GN和 GW呈显著或极显著相
关, 与MNAR相关性在 2013年为显著水平, 由此可
以看出, 增施氮肥不同程度地优化长江中游春玉米
第 6期 葛均筑等: 施氮量与地膜覆盖对长江中游春玉米产量性能及氮肥利用效率的影响 1089


产量性能因素 MLAI、MNAR、HI 和 GN、GW, 提
高了玉米籽粒产量。在本研究中, 同等施氮量条件
下 , 覆 膜 提 高 长 江 中 游 春 玉 米 MLAI
11.17%~17.12%, 增加 MNAR 0.80%~10.66%, 提高
HI 0.44~6.50%, GN和 GW分别提高 7.02%~16.07%
和 5.64%~7.93%。以上分析表明, 地膜覆盖同步提高
长江中游春玉米光合性能参数和产量构成参数, 通
过产量性能参数的共效差异补偿机制实现了增产
(P<0.05)。同时在本研究中, 长江中游春玉米产量随
施氮量的增加增产幅度逐渐降低, 说明施氮量对春
玉米产量的影响大于地膜覆盖。
作物产量形成对氮素的需要具有一定的范围[44],
当过量施氮后造成氮肥利用效率降低[45-46]和环境污
染[4]。对夏玉米研究表明[47], 施氮量从 168 kg hm–2
增加至 240 kg hm–2, 氮肥利用效率从 31.5%降低至
24.7%, 氮肥偏生产力降低 28.1%, 优化氮肥追施比
例, 在保证产量同时, 提高氮肥利用效率 27.5%, 对
小麦[48]也有相同结论。在本研究中, 长江中游春玉
米 PFPN 和 ANUE 随施氮量增加分别降低 31.34%~
51.20%和 30.39%~42.12%; 适当减少施氮量, 即从
337.5 kg hm–2降低至 270 kg hm–2, 春玉米籽粒产量
降低 7.09%, PFPN 和 ANUE 将分别提高 16.75%和
11.36%。地膜覆盖增加土壤微生物活性, 提高植物
对氮素的吸收能力, 冬小麦研究结果表明 [19], 地膜
覆盖提高 PFPN 19.0%~34.8%。在本研究中, 地膜覆
盖显著提高长江中游春玉米 PFPN 和 ANUE, 不同
施氮量下 PFPN 和 ANUE 提高幅度分别为
18.30%~31.67%和 25.83%~56.80%, 以氮肥用量为
202.5 kg hm–2时提高幅度最大, 与李强等[19]的小麦
研究结果一致。
4 结论
增施氮肥和地膜覆盖可促进长江中游春玉米的
生长发育, 显著提高春玉米叶面积指数和叶面积持
续期, 增加干物质积累能力和干物质向籽粒的转运,
同时增加库容量, 增加穗粒数和提高千粒重, 充分
发挥产量性能参数的共效机制, 实现长江中游春玉
米的高产。地膜覆盖提高长江中游春玉米氮肥利用
率, 适当降低施氮量可以实现产量和氮肥利用率的
协同增长。覆膜条件下长江中游春玉米适宜施氮量为
202.5~270 kg hm–2, 其产量可达 8995~9220 kg hm–2。
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