超高产夏玉米干物质与氮、磷、钾养分积累与分配特点

探讨超高产夏玉米品种整株干物质与氮、磷、钾养分积累分配特点,为制定高产栽培管理措施提供依据.本文在大田条件下,以登海661(DH661)和郑单958(ZD958)为试验材料,比较研究了超高产夏玉米干物质与氮、磷、钾养分积累分配特点.结果表明,超高产夏玉米DH661在成熟期内整株干物质及氮、磷、钾积累量分别为33475.53 kg/hm2、369.76 kg/hm2、117.85 kg/hm2、285.78 kg/hm2,均显著高于ZD958,较ZD958分别高15.82％、23.72％、32.17％、21.89％.超高产夏玉米DH661的干物质和氮、磷、钾养分在叶片和茎秆中的分配比例均低于ZD958,而籽粒和根系中的分配比例高于ZD958,因而具有较高的养分收获指数与偏生产力.整个生育期内,DH661各器官的养分吸收速率均显著高于ZD958,具有较高的养分吸收效率;茎、叶及根系的氮、磷、钾养分吸收速率在灌浆期前保持较高水平,之后下降较快,而籽粒的氮、磷、钾养分吸收速率于灌浆期后增加较快.吐丝期后,DH661仍能吸收积累较多的养分,因此吐丝后适当追肥对于超高产夏玉米灌浆期养分充足供应至关重要.     

施氮量对不同氮效率玉米品种根系时空分布及氮素吸收的调控

【目的】研究不同氮效率夏玉米根系的时空分布、 植株氮素吸收利用特性及其对氮素用量的响应,探讨玉米氮素高效利用的生理基础,以期探明通过采用氮高效品种、 促进根土互作、 提高根系与水肥时空耦合、 提高玉米氮素利用效率,强化环境友好型生产的有效途径。【方法】试验于2011-2012年在山东农业大学黄淮海玉米技术创新中心（N3618,E11712）和作物生物学国家重点实验室进行,以氮高效玉米品种郑单958（ZD958）和氮低效品种玉米秀青73-1（XQ73-1）为试验材料,在大田条件下设置两个氮素水平（0和315 kg/hm2）,采用土壤剖面取样法和系统取样法分别进行根系相关指标、 干物质及氮素积累与分配的测定。【结果】ZD958整个生育期根系相关指标（根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积及活跃吸收面积）及其在深层土壤（60-100 cm）中所占的比例、 单株生物量、 单株绿叶面积、 植株氮素积累量、 单株籽粒产量均显著高于XQ73-1（P0.05）,抽雄期和完熟期根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积、 根系活跃吸收面积、 单株绿叶面积分别比XQ73-1高12.02%、 8.39%、 25.34%、 34.48%、 29.22%、 7.76%和36.74%、 24.21%、 36.29%、 29.94%、 32.83%、 13.73%,完熟期单株生物量、 植株氮素积累量、 籽粒产量分别比XQ73-1高11.65%、 11.78%、 15.16%。施氮后两品种各指标均显著提高,ZD958和XQ73-1根系干重、 根长密度、 根系TTC还原量、 根系吸收面积、 根系活跃吸收面积、 单株绿叶面积抽雄期分别提高8.13%、 6.12%、 18.08%、 15.10%、 24.71%、 12.06%和7.19%、 4.59%、 10.47%、 10.82%、 13.02%、 7.15%,而完熟期分别提高16.48%、 22.43%、 19.26%、 15.03%、 27.45%、 14.97%和15.02%、 14.59%、 13.01%、 12.81%、 21.95%、 11.06%; 单株生物量、 植株氮素积累量、 单株籽粒产量完熟期分别提高9.40%、 10.08%、 13.43%和5.20%、 8.56%、 9.69%。相关分析表明,植株吸氮量与根长密度、 根系干重、 根系活跃吸收面积呈显著线性正相关（相关系数均在0.8以上）。 ZD958花前根系对氮素的响应度高于XQ73-1,花后则低于XQ73-1。【结论】氮高效玉米品种ZD958根系总量大、 深层土壤根系多、 根系活力高、 氮素吸收能力强; 施氮条件下优势更加明显,对ZD958作用大于XQ73-1,说明氮高效玉米品种发达且分布合理的根系保证了植株对氮素的吸收,有利于进行光合生产、 获得较高籽粒产量。两品种对氮素的响应不同,氮高效品种花前对氮素的响应度高于氮低效品种,花后则相反。因此,可过适度减少氮高效品种花前施氮量、 增加花后施氮量,而适度增加氮低效品种花前施氮量、 降低花后施氮量来促进根系发育,提高氮素利用效率。     

种植密度和施氮量对不同株高夏玉米产量和氮素利用的影响

【目的】 本研究旨在探讨不同株高夏玉米产量和氮素利用对种植密度和施氮量的响应。 【方法】 以矮秆玉米品种登海 661 (DH661)、中秆品种郑单 958 (ZD958) 和高秆品种鲁单 981 (LD981) 为试验材料,在大田条件下设置 2 个种植密度 (67500 和 82500 plant/hm2) 和 3 个施氮量 (N 0、180 和 270 kg/hm2),以不施氮为对照,研究种植密度和施氮量对不同株高夏玉米氮素吸收与利用特性的影响。 【结果】 在密度为 82500 plant/hm2 条件下,品种 DH661、ZD958 和 LD981 的籽粒产量分别较 67500 plant/hm2 分别提高 5.0%、10.2% 和 12.5%;施氮 180 和 270 kg/hm2 处理 DH661、ZD958 和 LD981 的籽粒产量差异不显著。高密度条件下 (82500 plant/hm2),施氮 270 kg/hm2 时 DH661 氮素转运效率和转运氮贡献率较 180 kg/hm2 显著降低,ZD958 和 LD981 变化不显著;低密度条件下 (67500 plant/hm2),施氮 270 kg/hm2 时 DH661 和 ZD958 氮素转运效率和氮素转运贡献率较 180 kg/hm2 显著提高,LD981 的则显著降低。DH661 的氮素利用效率较 ZD958 和 LD981 分别提高 7.4% 和 39.1%,LD981 的氮素吸收效率较 ZD958 和 DH661 品种分别提高 18.9% 和 25.0%。 【结论】 在低密度 67500 plant/hm2 条件下,增施氮肥,矮秆和中秆品种的氮素转运效率和氮素转运贡献率显著降低,而高秆品种的则提高。高密度 82500 plant/hm2 条件下,增施氮肥,矮秆品种氮素转运效率和氮素转运贡献率显著降低,中秆和高秆品种的无显著变化。      

不同年代玉米品种氮素利用效率与其根系特征的关系

【目的】玉米品种根系构型及解剖结构决定着其氮素利用的效率。研究不同年代推广的玉米品种根系构型与解剖结构的演进规律,可为选育高产氮素高效利用型玉米新品种提供理论依据。 【方法】以20世纪80年代至今推广的8个玉米品种掖单13号（YD13）、农大108（ND108）、郑单958（ZD958）、先玉335（XY335）、京科968（JK968）、中单909（ZD909）、登海605（DH605）、登海618（DH618）为试验材料,进行大田和土柱栽培两种试验。大田试验施氮量为N 236.25 kg/hm2和不施氮,土柱试验为N 4.5和1.5 g/plant,定期取样测定根系相关指标、干物质及氮素积累与分配。 【结果】近代玉米品种籽粒产量和氮素积累量均显著高于早期品种,高氮处理2000's以后品种（JK968、ZD909、DH605、DH618）较之前的4个品种分别增加14.7%和11.7%,低氮条件下分别增加16.1%和20.6%;高氮处理,1990's玉米品种ND108、ZD958根系干重较1980's品种YD13平均减少54.2%,2000's以后的品种JK968、ZD909、DH605、DH618较1990's玉米品种平均增加23.2%,但仍少于YD13;次生胚根数目随品种更替呈现逐渐增加趋势;根系皮层通气组织（RCA）占根系横截面积的比例随品种更替呈现增加趋势,而根系皮层细胞层数（CCFN）和细胞大小（CCS）虽有差异,但并无明显变化趋势;2000's以后品种D95（95%的根系干重所达到的土层深度）较之前品种增加23.7%,表明近代品种根系下扎能力增强,在深层土壤中的根系分布比例增加。在同一氮素水平下,根干重、D95、RCA%与氮素积累量呈显著线性正相关,根系呼吸速率和氮素积累量呈显著线性负相关。 【结论】现代玉米品种的氮素吸收量与氮素利用效率显著高于早期品种,在低氮条件下优势更明显。随品种更替,次生胚根数目增多,利于玉米苗期的生长;根系总量呈现先减少后增加的趋势,根系下扎能力明显增强,深层土壤中根系显著增加。现代玉米品种根系RCA占根系横截面积比例显著增加,减少了根系呼吸消耗,有利于产量的提高。     

基于ICP-AES技术施钾量对高产夏玉米伤流液特性的影响

选用登海661(DH661)和郑单958(ZD958)为试验材料,设置6个施钾水平,研究高产条件下施钾量对夏玉米伤流量和产量的影响,并利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定伤流液养分浓度.结果表明:伤流液的强度随着施钾量的提高表现为先增加后减小,开花前促进作用大,施钾180kg/hm2时吐丝期DH661和ZD958最高,分别比对照提高24.30％和29.68％.施用钾肥后,促进了花前对钾、钙离子的吸收比例,降低了对锌、铜离子的吸收.开花后,根系伤流显著减少,同时离子浓度降低.施钾肥可以显著提高玉米产量,随施钾量的增加,籽粒产量呈先增高后降低的趋势,DH661和ZD958分别在施钾180,240 kg/hm2时产量达到最高.     

施氮量对超高产夏玉米产量及氮素吸收利用的影响

选用登海661（DH661）和郑单958（ZD958）为试验材料,研究了超高产条件下施氮量对夏玉米产量、氮素利用及其转运规律的影响。结果表明,随着施氮量的增加,子粒产量、植株氮素总积累量和氮肥利用率呈先增加后降低。施氮量为N 240～360 kg/hm2,DH661和ZD958产量分别达12172～15080 和12011～15360 kg/hm2;而氮素利用率和氮肥农学利用率,DH661分别为10.6～23.1%和11.5～13.6%,ZD958分别为24.1～28.6%和9.5～11.4%;植株氮素总积累量和氮肥利用率均达到最大。施N 240～360 kg/hm2,提高了营养器官中氮素转运量和花后氮素同化量,可以有效调控开花前氮素转运及花后直接同化,促进子粒氮素积累,提高产量。在本试验条件下,施 N 240～360 kg/hm2可提高氮肥利用率,实现玉米高产。     

施钾量对高产夏玉米产量和钾素利用的影响

选用登海661 (DH661)和郑单958 (ZD958)为试验材料,研究了高产条件下施钾量对夏玉米产量、钾素吸收和利用特性的影响。结果表明,夏玉米产量、钾素农学利用率和钾素回收率随施钾量的增加先增高后逐渐降低,钾肥偏生产力随施钾量的增加显著降低。通过二次曲线模拟,DH661在施钾量为K2O 184 kg/hm2时产量最高,ZD958在施钾量为201 kg/hm2达到最高产量,前者比后者产量高13.2%,而施钾量低8.56%。达到最高产量时,DH661每生产100 kg籽粒需吸收K2O 2.55kg,而ZD958需吸收K2O 3.20 kg。钾素主要在吐丝前吸收,籽粒中的钾素大部分来源于营养器官的转移,施用钾肥促进了钾素向籽粒的转运。本试验条件下,施K2O为180kg/hm2时,可提高钾肥利用率,获得高产。     

施氮时期对超高产夏玉米产量及氮素吸收利用的影响

选用登海661（DH661）和郑单958（ZD958）为试材,研究了超高产条件下施氮时期对夏玉米子粒产量、氮素利用率以及转运特性的影响。结果表明,拔节期一次性施氮较不施氮增产不显著;随着施氮次数的增加产量显著提高,灌浆期施氮可以显著提高粒重,从而提高产量。拔节期、大口期、花后10d按2:4:4施氮,DH661产量可达14188.9 kg/hm2;基肥、拔节期、大口期、花后10d按1:2:5:2施氮,ZD958产量可达14529.6 kg/hm2。生长期内分次施氮及灌浆期施氮可显著提高植株和子粒中氮素积累,延长氮素积累活跃期;同时可以显著提高氮素收获指数、氮肥农学利用率、氮素表观回收率和氮肥偏生产力。DH661和ZD958在2:4:4和3:5:2施肥方式下开花前和开花后氮素吸收比例分别为51:49和60:40。开花前分次施氮可显著提高氮素转运量和转运效率,灌浆期施氮可显著提高花后子粒氮素同化。DH661和ZD958在2:4:4和3:5:2施肥方式下花后氮素同化量分别占子粒吸氮量63.0%和50.5%。本试验条件下,DH661采用拔节期、大口期、花后10d按2:4:4施入,ZD958基肥、拔节期、大口期、花后10d按1:2:5:2施入或拔节期、大口期、花后10d按3:5:2施入可提高氮素利用率,实现高产高效。     

大田淹水对夏玉米养分吸收与转运的影响

选用郑单958(ZD958)和登海605(DH605)为试验材料,在大田条件下研究淹水对夏玉米氮、磷、钾养分吸收与运转特性的影响。结果表明,淹水胁迫显著降低夏玉米的氮、磷、钾养分积累量,三叶期淹水6 d 对其影响最显著,ZD958和DH605成熟期的氮、磷、钾养分积累量较CK分别减少了50.55%、36.50%、27.21%和42.86%、45.50%、32.53%。淹水胁迫后各器官的养分积累量较CK显著降低,但茎秆和叶片中养分的分配比例较CK升高,籽粒的养分分配比例显著下降,且茎秆和叶片中的养分含量较CK升高,而籽粒中的养分含量较CK显著下降;淹水胁迫后夏玉米各器官的干物质积累量显著降低,三叶期淹水6 d对其影响最显著,ZD958和DH605成熟期的茎秆、叶片、籽粒的干重较CK分别下降25.93%、30.14%、43.39%和28.28%、32.27%、50.28%。淹水胁迫后茎秆和叶片中的养分积累量的降低主要是由于淹水胁迫后干物质积累量显著降低,茎秆和叶片的养分向籽粒的转移量显著降低。三叶期淹水的影响最显著,拔节期淹水次之,开花后10 d淹水影响较小,其影响随淹水胁迫时间的延长而加剧。     

施氮量和种植密度对高产夏玉米产量和氮素利用效率的影响

选用DH661和ZD958为试验材料,设置0、120、240、360 kg/hm2 4个施氮水平和60000、75000、90000株/hm2 3个种植密度,研究了施氮量和种植密度对高产夏玉米产量和氮素利用效率的影响。结果表明,与低密度60000 株/hm2相比,增施氮肥可显著增加90000株/hm2高密度下玉米的单株干物质积累量、群体干物质积累量、籽粒产量、总氮素积累量、氮素转运量。90000万株/hm2种植密度条件下,随施氮量增加,氮素转运效率及贡献率呈上升趋势,而氮肥偏生产力、氮肥农学效率、氮肥利用率呈下降趋势。本试验条件下,适量增施氮肥可以显著提高高种植密度下玉米的籽粒产量和氮素利用效率。综合考虑产量和氮素利用效率两因素,ZD958和DH661两品种获得高产适宜的种植密度为90000株/hm2,施氮量为240360 kg/hm2。     

黄土塬区不同玉米品种间作的竞争力表现

为探明不同玉米品种间作下植株对资源的竞争力变化, 以及竞争对植株生长和产量的影响, 本文利用紧凑型玉米品种"郑单958"和半紧凑型玉米品种"沈单16号", 在两个密度(低密度: 45 000株·hm^-2, 高密度: 75 000株·hm^-2)条件下进行隔行间作田间试验, 测定了不同玉米品种茎叶干物质积累量、株高、穗位高度和根系干物质量及收获期产量和产量构成因素的变化。研究结果表明: 随着生育期的延伸, 玉米茎叶比呈先增加而后逐渐稳定的变化趋势; 茎叶比在营养生长阶段呈明显增长, 灌浆期后间作竞争明显降低了茎叶比; 低密度间作茎叶比有所增加, 高密度间作茎叶比显著降低, "郑单958"表现突出。间作栽培下根冠比随间作密度的增加显著降低, 低密度间作处理之间根冠比差异显著。穗位比、收获指数随间作密度的增加而增加, 穗位比在低密度间作时显著低于单作, 高密度间作时显著增加, "沈单16号"变化较明显; 间作收获指数较单作明显增加, 且随间作密度的增加而增加, "郑单958"变化不稳定, 低密度间作时较单作显著增加, "沈单16号"具有稳定而明显的变化。品种间作竞争可以改变间作种群的产量构成, 穗长和穗粗明显减小, 秃尖长明显缩短。竞争系数具有品种差异, "郑单958"强于"沈单16号"。说明品种间作竞争具有提高玉米产量的能力, 有效利用竞争效应, 有可能实现高效利用资源和发掘玉米增产潜力。     

氮素对玉米幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响

采用水培试验,比较分析了氮素对高产玉米杂交种幼苗生长、根系形态及氮素吸收利用效率的影响。结果表明,在一定氮素范围内供氮量的增加能够促进玉米地上部的生长,也促进东单90（DD90）和沈玉21（SY21）根系干重的增加,而高量供氮会抑制根系的生长,导致根冠比下降。郑单958（ZD958）在8.0 mmol/L氮水平下地上部受抑制的程度大于根系,造成根冠比有所增加。在各氮素水平下,东单90具有很好的根系形态,提高了氮素的吸收能力,从而提高氮素积累量。随氮浓度的增加,玉米植株氮素吸收效率增大而氮素生理利用效率减小,无论在低氮还是高氮条件下,郑单958和东单90的氮素吸收效率均显著高于沈玉21和郝育12（HY12）,氮素生理利用效率却显著低于沈玉21和郝育12。不同品种对氮素的响应存在显著差异,东单90和郑单958耐低氮和对氮素吸收的能力强,郑单958耐高氮能力相对较弱,沈玉21和郝育12对氮素需求量大,耐低氮能力弱。适宜的氮素供应能更好地协调根系与地上部的关系,促进根系形态发育,增加根系对氮素的接触面积,促进根系对氮素的高效吸收。     

Soil Characteristics Overwhelm Cultivar Effects on the Structure and Assembly of Root-Associated Microbiomes of Modern Maize

Modern breeding primarily targets crop yield traits and is likely to influence root-associated microbiomes, which play significant roles in plant growth and health. The relative importance of soil and cultivar factors in shaping root-associated microbiomes of modern maize (Zea mays L.) remains uncertain. We conducted a pot experiment in a controlled environment using three soils (Mollisol, Inceptisol, and Ultisol) and four contrasting cultivars, Denghai 605, Nonghua 816, Qiaoyu 8, and Zhengdan 958, which are widely planted in China. We used 16S rRNA gene amplicon sequencing to characterize the bacterial communities in the bulk soil, rhizosphere, and endosphere. Our results showed that the four cultivars had different shoot biomass and root exudate total organic carbon and organic acid contents. The microbiomes in the bulk soil, rhizosphere, and endosphere were different. We observed apparent community divergence between soils rather than cultivars, within which edaphic factors substantially contributed to microbiome variation. Moreover, permutational multivariate analysis of variance corroborated significant contributions of soil type but not cultivar on the root-associated microbiome structure. Differential abundance analysis confirmed that each soil presented a distinct root microbiome, while network analysis indicated different co-occurrence patterns of the root microbiome among the three soils. The core root microbiome members are implicated in plant growth promotion and nutrient acquisition in the roots. In conclusion, root-associated microbiomes of modern maize are much more controlled by soil characteristics than by cultivar root exudation. Our study is anticipated to help improve breeding strategies through integrative interactions of soils, cultivars, and their associated microbiomes.     

夏播玉米根系分布与含氮量对氮肥类型与施氮量的响应

连续两年施用不同氮肥和用量,考察了夏玉米（郑单958）根系在不同土层的分布与含氮量,分析其与产量、地上部氮素累积量的相关性。结果表明:1）施氮抑制夏玉米生育前期根系生长与下扎,抑制作用表现为:复合肥＞包膜尿素＞尿素;施氮使吐丝期0—25与50—80 cm土层根量增大,25—50 cm土层根量减少;总根量表现出:尿素＞复合肥＞包膜尿素,且差异显著。2）施氮显著提高夏玉米9叶展开期0—25 cm土层与吐丝期25—80 cm土层根系含氮量;氮肥类型影响根系含氮量,且差异显著。3）吐丝期25—80 cm土层根系含氮量与产量呈显著正相关（P＜0.05),与地上部氮素累积量呈极显著正相关（P＜0.01﹚;在25—50 cm,根系鲜重密度、体积密度和干重密度与产量及氮素累积量表现为负相关,在其他土层表现为正相关。其中,0—80 cm土层根系干重密度与产量呈显著正相关（P＜0.05),0—25 cm土层根系鲜重密度与产量、0—80 cm土层根系鲜重密度与氮素累积量呈明显正相关（P＜0.1）。可见,玉米根系分布与含氮量明显受到氮肥类型与施氮量的影响,施氮主要通过提高表土层根系鲜重、根系总鲜重与总干重及中下层根系含氮量实现夏玉米增产增效目的。