全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(2): 301−306 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB118602)和国家玉米产业技术体系项目(CARS-02)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 王璞, E-mail: wangpu@cau.edu.cn
第一作者联系方式: E-mail: xulina1023@yahoo.com.cn
Received(收稿日期): 2011-05-27; Accepted(接受日期): 2011-10-12; Published online(网络出版日期): 2011-12-01.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20111201.0921.008.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.00301
不同氮肥模式对夏玉米冠层结构及部分生理和农艺性状的影响
徐丽娜 黄收兵 陶洪斌 王云奇 祁利潘 王 璞*
农业部作物栽培与耕作学重点实验室 / 中国农业大学农学与生物技术学院, 北京 100193
摘 要: 以郑单 958为试验材料, 设基肥低氮、基肥高氮、第 1次氮肥在拔节期施入和不施氮 4个处理, 研究了施氮
模式对冠层结构及部分生理和农艺性状的影响。结果显示, 施氮处理各指标均优于不施氮处理。适当减少基肥氮量,
具有以下优势: (1)在保证苗期氮肥供给的同时, 每公顷节肥 90 kg; (2)改善了冠层结构, 增加了群体底层的透光率,
使穗上叶和整株的茎叶夹角更紧凑, 与基肥高氮处理相比分别减少 4.33°和 4.67°, 同时降低了株高和穗位高, 缩短了
基部节间长度, 有效防止茎秆倒伏; (3)与前期高氮处理相比, 基肥低氮在灌浆初期叶片的叶绿素相对值和全氮含量
均处于较高水平; (4)基肥低氮处理提高了单位面积的株数, 并减少了秃尖长度, 同时千粒重和穗粒数有所增加, 最终
获得较高产量。第 1次氮肥在拔节期施入, 前期控氮时间过长, 营养元素失衡, 苗期发育不良, 不利于产量形成。
关键词: 夏玉米; 氮肥; 冠层; 产量
Effects of Different Nitrogen Regimes on Canopy Structure and Partial
Physiological and Agronomic Traits in Summer Maize
XU Li-Na, HUANG Shou-Bing, TAO Hong-Bin, WANG Yun-Qi, QI Li-Pan, and WANG Pu*
Key Laboratory of Crop Cultivation and Farming System / College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193,
China
Abstract: Over-fertilized nitrogen leds to irrational crop canopy in summer maize, and thus negatively affected yield production.
Therefore, it is important to study the nitrogen application time and level for the construction of efficient crop canopy. A field
experiment was conducted using summer maize Zhengdan 958 with four nitrogen application regimes including low basal nitro-
gen fertilizer (30 kg ha−1), high basal nitrogen fertilizer (120 kg ha−1), first nitrogen dressing at jointing stage (30 kg ha−1), and
zero-nitrogen. The results showed that canopy structure and other indexes were improved by nitrogen input. Slightly reducing of
basal nitrogen provided the following advantages: (1) The amount of nitrogen fertilizer was significantly reduced without negative
effect to maize seedlings, i.e. 90 kg ha−1 nitrogen saved; (2) The canopy structure was improved with high light transmission rate
at the bottom of canopy and more compact leaf structure. Compared with the treatment of high basal nitrogen fertilizer, the leaf
angel above ear of canopy and mean leaf angel decreased 4.33° and 4.67° respectively in the treatment of low basal nitrogen fer-
tilizer. Simultaneously, plant height and ear height were both reduced and the length of the basal stem internodes shortened, which
effectively prevented stem from lodging; (3) Under low basal nitrogen fertilizer, canopy SPAD value and nitrogen concentration
of the leaf were equivalent with high basal nitrogen treatment; (4) The grain yield was higher under low basal nitrogen fertilizer
than under other nitrogen regimes due to the increase of ear number, thousand grain weight, grain number per ear and the decrease
of bald tip length of the ear. First nitrogen dressing at jointing stage led to worse nitrogen condition before jointing stage, and thus
limited yield formation and crop growth due to runtish seedlings and imbalanced nutrition.
Keywords: Summer maize; Nitrogen fertilizer; Canopy; Yield
为追求高产, 我国北方玉米产区出现了氮肥超
量等不合理施肥问题[1]。我国水稻和小麦等禾谷类
作物的氮肥利用率只有 28%~41%, 大部分氮素以不
同途径损失[2]。大量施肥不但没有提高玉米单产, 反
302 作 物 学 报 第 38卷

而给环境造成了严重污染。Baligar等[3]指出, 亚洲
主要作物施用氮肥多而单产低的主要原因之一是氮
素利用率低。采取措施提高氮肥利用效率, 降低其
对环境的不良影响, 对玉米高产、高效和安全生产
具有重要意义[4]。
作物肥效因施肥量和时期而异, 因此根据作物
的生长发育需求施肥, 减少肥料的流失至关重要。
拔节期以前玉米对氮素的需求量很少, 施入过多的
氮素反而导致 NO3–-N的淋失[5]。然而, 生产实践中
氮肥过量或将氮肥作为底肥一次性施入的“一炮轰”
施肥方式仍普遍存在, 造成肥料利用率低经济效益
下降。本文选用不同的施氮量和相同施氮量不同的
施肥时期, 系统研究了冠层形态结构和生理特性的
垂直变化, 以期说明前期适当控氮对玉米植株生长
发育和产量的影响, 为节肥高产提供理论依据和技
术指导。
1 材料与方法
1.1 试验地情况
试验于 2010 年在中国农业大学吴桥试验站
(37°4102″N, 116°37′23″E)进行, 吴桥县位于黑龙港
流域中部 , 年平均气温 12.6 , ℃ 全年≥0℃积温
4 862.9 , ℃ 年均降雨量 562 mm。2010年玉米生育期
间降雨量为 521 mm。试验地 0~20 mm土层含全氮
0.76 g kg−1、有效磷 12.62 mg kg−1、速效钾 140.51 mg
kg−1、有机质 10.2 g kg−1、碱解氮 59.4 mg kg−1。
1.2 试验设计
试验品种为郑单 958, 种植密度 7.5×103 株
hm−2。设置 4 种氮肥模式, N1: 底施+大喇叭口期+
吐丝期为(30+120+30) kg hm−2, N2: 底施+大喇叭口
期+吐丝期为(120+120+30) kg hm−2, N3: 拔节期+大
喇叭口期+吐丝期 (30+120+30) kg hm−2, N4: 对照
为不施氮肥。P2O5 105 kg hm−2和 K2O 120 kg hm−2
作为基肥一次性施入。
1.3 测定方法
在灌浆前期(吐丝后 15 d), 采用 LAI-2000冠层
分析仪测定顶部、穗位层和底层透光率。透光率(%)
＝测定层光强/冠层顶部光强×100。
用米尺和量角器测定株高、穗位高、节间长度
和植株茎叶夹角。
采用日本美能达公司产手持式 SPAD-502 型叶
绿素计测定植株从上到下每片叶叶绿素相对含量
(SPAD 值), 每叶测定 12 点, 每个小区测定 4 株, 3
次重复。
每小区收获玉米 4行(每行 5 m), 称所有果穗总
鲜重, 按平均鲜穗重从所收果穗中随机选取 10 穗,
室内考种, 考察穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行
粒数、千粒重, 同时测定出籽率和含水率, 计算实际
产量(按 14%折算含水率)。
1.4 数据分析
采用 Microsoft Excel 2007 和 SAS 8.0 GLM
(General Linear Model)程序统计分析数据。
2 结果与分析
2.1 冠层结构垂直变化
2.1.1 植株形态变化(株高、穗位高和节间长度)
施氮处理的株高、穗位高和基部节间均大于不
施氮处理。由表 1可见, 在施氮处理中, 基肥低氮处
理能够降低株高和穗位高, 分别较 N2和 N3处理低
0.6 cm、1.7 cm和 8.5 cm、11.1 cm。前期低氮和第 1
次氮肥在拔节期施入处理均缩短了基部第 2 和第 3
节间的长度 , 长度变化相对值也表现出同样的趋
势。一般认为, 基部第 3 节间的长度和抗倒能力密
切相关。N3 处理虽基部第 2、第 3 节间较短, 但株

表 1 不同氮肥模式下植株形态特征
Table 1 Plant characteristics under different nitrogen fertilizer regimes
处理
Treatment
株高
Plant height (cm)
穗位高
Tassel height (cm)
基部第 2节间
The basal second length (cm)
基部第 3节间
The basal third length (cm)
N1 262.8 A 105.2 B 8.60 A (+4.72) 12.53 AB (+7.35)
N2 263.4 A 113.7 AB 9.23 A (+12.43) 13.24 A (+13.44)
N3 264.5 A 116.3 A 8.97 A (+9.18) 11.94 B (+2.25)
N4 260.5 A 105.3 B 8.21 A (100) 11.68 B (100)
括号内为相对于不施氮对照节间长度的相对值。节间长度的相对值=(施氮处理−不施氮处理)/不施氮处理, 不同的大写字母表示
在 5%水平下差异显著。
The relative value in the brackets is the length of internode compared with control. The relative value in the brackets = (nitrogen
treatment−zero-nitrogen treatment) / zero-nitrogen treatment, values followed by different capital letters within a column are significantly
different at the 5% probability level.

第 2期 徐丽娜等: 不同氮肥模式对夏玉米冠层结构及部分生理和农艺性状的影响 303


高和穗位高均较大, 可能因为第 1 次施肥时期为拔
节期, 加速了基部第 3 节间以上节间的伸长速度 ,
茎秆细弱, 产量较低。前期低氮(N1)能缩短基部节间
的长度, 增强抗倒能力, 最终产量与前期高氮(N2)
处理产量相当。不但节约了氮素, 同时也是一种有
效抗倒的栽培措施。可见, 前期适当控氮能有效防
止植株倒伏, 但控制时间过长对产量不利。
2.1.2 不同氮肥运筹下冠层透光率、叶倾角和叶面
积指数变化 从表 2可知, 底层叶面积指数在 N2
和 N1 没有显著差异, 与 N3 和 N4 差异显著, 穗位
叶面积指数、穗位和底层叶倾角、透光率在 4 种氮
肥模式下均没有显著差异。因此, 氮肥处理对冠层
结构的影响相对较小。N2处理下穗位和底层叶倾角
均最大, 透光率最小, 说明适当控氮的措施在一定
范围内能调节群体冠层结构, 使穗位层以上叶片更
趋向直立, 有利于底部叶片接受光线, 增加底层透
光率。但是仅靠氮肥调控来调节冠层的结构效果不
显著。

表 2 不同氮肥模式下透光率、叶倾角和叶面积指数变化
Table 2 Changes of canopy light transmittance, leaf angle, and LAI under different nitrogen fertilizer regimes
穗位 Ear layer 底层 Bottom 处理
Treatment 叶倾角
Leaf angle (°)
透光率
Transmittance (%)
叶面积指数
Leaf area index
叶倾角
Leaf angle (°)
透光率
Transmittance (%)
叶面积指数
Leaf area index
N1 55.00 A 13.20 A 2.73 A 53.00 A 6.30 A 3.58 AB
N2 59.33 A 12.45 A 2.70 A 57.67 A 5.83 A 3.73 A
N3 54.67 A 12.83 A 2.71 A 51.67 A 6.60 A 3.32 B
N4 56.50 A 13.00 A 2.60 A 51.33 A 7.70 A 3.24 B
不同的大写字母表示在 5%水平下差异显著。
Values followed by different capital letters within a column are significantly different at the 5% probability level.

2.2 冠层叶片生理指标的垂直变化
2.2.1 不同氮肥运筹下冠层叶片全氮含量垂直变化
从图 1 可见, 冠层叶片全氮含量在 4 种氮肥模
式下均表现为上部叶片>中部叶片>下部叶片, 有研
究认为叶片中氮素和叶片的光合作用具有显著相关
性 , 顶部叶片受光照较好 , 合成较多的光合产物 ,
同时加速对氮素的需求。冠层叶片全氮含量表现为,
N1和 N2处理相差不大, 两处理均大于 N3处理, 不
施氮处理最小。因此, 在追肥量相同的情况下, 基肥
低氮并没有减少灌浆中后期冠层叶片中氮素的含量,
在保证产量的同时, 减少氮肥投入, 提高了肥料的

图 1 不同氮肥模式下冠层叶片全氮含量垂直变化
Fig. 1 Canopy vertical structures of the total nitrogen content
under different nitrogen fertilizer regimes
第 7片叶是穗位叶。The 7th leaf is the spike leaf.
利用效率, 并有助于塑造优化的冠层结构。
2.2.2 不同氮肥运筹下冠层叶片叶绿素含量相对值
垂直变化 如图 2所示, 4种氮肥模式下叶片的叶
绿素含量均表现为中部叶片大于上部和下部叶片 ,
在整株叶片中以穗位叶和穗上两片叶的叶绿素含量
最大, 说明花后中上部叶片氮素吸收较多, 生长较
旺盛, 是产生有机物的主要“源”器官, 对籽粒的充
实和产量形成具有重要作用。
全株叶片的叶绿素相对含量均表现为施氮处
理高于不施氮的对照处理 , 不施氮处理植株叶片
在灌浆中期出现衰老现象 , 可能是因为氮素提前

图 2 不同氮肥模式下冠层叶片叶绿素相对含量垂直变化
Fig. 2 Canopy vertical structures of SPAD under different
nitrogen fertilizer regimes
第 7片叶是穗位叶。The 7th leaf is the spike leaf.
304 作 物 学 报 第 38卷

转运出去 , 叶片中叶绿素含量下降导致光合作用
受到抑制, 二者相互制约。在施氮处理中, N1和 N2
处理叶片叶绿素含量略大于 N3, N3 处理叶片叶绿
素含量较低可能与前期控氮时间相对较长有关系 ,
这说明基肥很重要 , 它对苗期植株的形态建成影
响很大, 在保证植物体正常代谢的情况下, 适当少施
既可以节约用肥, 提高肥料的利用效率, 又不至于造
成植株后期缺氮影响产量。而 N1和 N2处理在整个冠
层叶片中差异很小。因此, 在后期追肥相同的情况下,
前期低氮并没有影响到后期叶片的生理功能。
2.3 不同氮肥运筹下的产量和产量构成
不同氮肥处理下, 群体产量表现为 N1和 N2处
理大于 N3和 N4 处理, 前期低氮处理(N1)每平米株
数、千粒重、穗行数及其行粒数均优于其他处理, 秃
尖长度要小于其他处理。而 N3处理与 N1施氮量相
同, 但第 1 次施肥在拔节期, 由于前期控氮时间过
长, 使得苗期植株发育不良, 后期的氮肥施用并没
有弥补前期缺氮的损失, 最终产量也较低。由此可
见, 基肥低氮(N1)处理下能有效防止倒伏, 增加单
位面积的株数; 使后期光合产物有效地转移到籽粒
中去, 并减少秃尖长度, 同时千粒重和穗粒数有所
增加, 最终获得较高产量。因此, 基肥低氮并没有使
产量降低 , 反而有所增加 , 同时增加了抗倒能力 ,
增加了总穗数; 相反 , 前期氮肥用量过多 , 倒伏危
险加大, 同时期收获时植株贪青晚熟, 造成千粒重
下降, 不利于产量的提高。

表 3 不同氮肥模式下产量构成及穗部性状变化
Table 3 Yield and spike characteristics under different nitrogen fertilizer regimes
处理
Treat.
产量
Yield
(kg hm−2)
每平米
有效株数
Efficient plants
per m2
穗粒数
Grain num-
ber
per ear
千粒重
1000-grain
weight (g)
穗粗
Ear
diameter
(cm)
穗长
Ear length
(cm)
秃尖
Barren ear
tip length
(cm)
穗行数



行粒数
Number of
grains per
row
N1 9539.68 A 7.75 A 527.98 A 256.87 A 3.08 A 15.55 A 0.71 A 15.33 A 34.43 A
N2 8908.75 B 7.65 A 505.84 AB 248.24 A 3.36 A 15.54 A 0.87 A 15.27 A 33.13 AB
N3 8500.39 B 7.54 A 495.29 AB 251.39 A 3.33 A 15.10 AB 0.98 A 14.93 A 33.17 AB
N4 8643.98 B 7.64 A 476.72 B 244.02 A 3.31 A 14.40 B 0.89 A 14.87 A 32.07 B
不同的大写字母表示 5%水平下差异的显著性。
Values followed by different capital letters within a column are significantly different at the 5% probability level.

3 讨论
夏玉米生育时期较短, 对肥料反应敏感。前人
对氮肥研究较多, 氮肥水平及其氮肥运筹对玉米器
官建成、冠层结构和产量品质均有重要影响。归结
起来氮肥对玉米冠层的影响主要在形态特征和功能
方面。氮肥对玉米冠层的形态特征影响研究较多 ,
集中在器官建成、株高、茎粗、叶面积大小等方
面[5-8]。本试验研究认为, 前期低氮(N1)能降低株高
和穗位高, 减小穗位以上叶片的叶倾角, 穗上部和
整株叶倾角较N2处理分别减少 4.33℃和 4.67 , ℃ 增
加冠层中下部的透光率, 从而增强群体的光合能力,
同时使得株型更紧凑 , 增强了耐密性; 另外 , 前期
适当控氮缩短了基部节间长度, N1、N2和 N3基部
第 2 节间的长度变化相对值分别为 4.72%、12.43%
和 9.18%, 第 3节间分别为 7.35%、13.44%和 2.25%,
增强了群体的抗倒伏能力。但氮肥对冠层的调控效
果不太显著。第 1 次氮肥在拔节期施入处理(N3)因
前期控氮时间过长 , 导致前期土壤氮素供应不足 ,
节间虽短但较细弱, 前期高氮(N2)叶片中游离氮较
多, 光合产物糖类消耗于叶片本身合成蛋白质, 影
响茎秆充实, 并在阴蔽条件下, 节间分生组织细胞
变长, 细胞壁变薄, 容易发生倒伏。魏凤珍等[9]研究
认为, 植株抗倒伏能力随基肥中氮量和总施氮量的
增加而降低, 采用前轻(基肥少施)中重(拔节期多追)
后补(孕穗期适当补追)氮肥运筹模式, 可明显提高
小麦茎秆的抗倒能力。本试验结果与此相同, 在玉
米生育时期内, 采用基肥低氮的方式能够降低株高
和穗位高, 缩短基部节间的长度, 尤其是与抗倒显
著相关的基部第 3 节间的长度。可见, 采取前控中
促后补的施肥方式能有效防止玉米倒伏, 为丰产提
供基础。
玉米产量的高低与群体的冠层功能密切联系 ,
高效的冠层能增强植株的光合能力, 生产较多的干
物质。氮影响籽粒发育, 一方面通过碳同化途径影
响同化物的供应, 另一方面也影响籽粒自身的库活
性, 从而影响内部的物质代谢[10]。吐丝后叶片光合
速率直接影响玉米最终产量, 吐丝后叶片光合作用
的降低与叶绿素含量的降低相关[11]。在一定范围内,
Number of
rows per
ear
第 2期 徐丽娜等: 不同氮肥模式对夏玉米冠层结构及部分生理和农艺性状的影响 305


玉米叶片的叶绿素含量和光合速率与叶片含氮量呈
正相关, 氮素供应失调导致光合能力下降[12]。陈传
永等[13]研究认为, 氮代谢消耗的光合产物较高, C/N
值下降 , 叶片衰老加快 , 影响吐丝后光合速率 , 进
而影响玉米产量。本研究认为, 适当减少基肥中氮
肥的比例, 将部分氮肥后移, 补施花粒肥的施肥方
式和前期促氮相比, 并没有使灌浆期叶片中叶绿素
和全氮降低, 叶片的功能较强, 能够构造出高效的
冠层结构。鱼欢等 [14]研究认为 , 在一定的范围内 ,
随着氮肥用量增加, 充足的氮素营养满足了作物生长
对养分的需求, 当氮肥增加到一定量时, 作物对氮肥
的吸收属于奢侈吸收, 叶片光合作用以及生物量不再
增加, 达到饱和状态。并认为基施氮 45 kg hm−2, 在拔
节期追施氮 101 kg hm−2或 135 kg hm−2即可满足玉米
生长对氮素的需求并获得最大产量。赵士诚等[15]研究
氮肥减量后移认为, 植株干物质积累量、植株氮积累
量和积累速率均没有降低, 而氮肥利用率显著增加。
丁明伟[16]也指出, 当施氮量较少时, 仅大喇叭口期施
用虽有利于后期光合产物的生成, 但由于前期缺肥,
导致营养体发育不良, 影响后期干物质的积累; 大喇
叭口肥和花粒肥的施用有利于后期光合产物的形成。
前期施肥有利于营养体的生长和发育, 而后期施氮肥
则有利于后期干物质的积累, 并且促进同化产物由营
养体向籽粒中的转移; 但如果施肥过早(如只施底肥
或苗肥)或过晚(如只施粒肥)时均对产量不利[17]。本试
验结果表明, 前期控氮处理(N1: 基肥 30 kg hm−2 +大
口 120 kg hm−2 +吐丝 30 kg hm−2; N3: 拔节期 30 kg
hm−2 +大口 120 kg hm−2 +吐丝 30 kg hm−2)使千粒重增
加, 减少秃尖长度, 但由于N3处理第 1次施肥在拔节
期, 前期控氮时间相对较长, 使植株拔节以前矿质元
素无法满足正常生理需求, 另外, N、P、K营养元素失
衡, 苗期植株发育不良, 不利于产量形成; 而N1处理,
既能保证苗期正常发育, 而且能通过控肥达到蹲苗作
用, 使植株壮而不旺, 为丰产提供了基础。N2处理(基
肥 120 kg hm−2 +大口 120 kg hm−2 +吐丝 30 kg hm−2),
由于前期施氮过多, 造成苗期植株生长旺盛, 在玉米
籽粒形成期氮代谢旺盛, 消耗过多的光合产物, 不利
于产量的提高。
4 结论
适当减少基肥中氮肥的投入, 每公顷可节省肥
料 90 kg hm−2, 与前期促氮处理相比节约氮肥 33.3%,
但生育后期(灌浆期)并没有影响籽粒灌浆期叶片中
氮素含量, 冠层中叶绿素含量和前期促氮处理并没
有显著性差异。基肥低氮能减小穗位以上叶片的茎
叶夹角, 使得光线在冠层内分布更均匀; 能缩短基
部节间的长度, 增强植株的抗倒能力。最终产量由
于减少了秃尖长度, 增加了有效穗数和千粒重而得
到提高。前期控氮时间过长(第 1次氮肥在拔节期施
入), 营养元素失衡, 导致苗期植株发育不良, 在同
等施肥量的情况下不利于提高产量。
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