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。      

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。     

超高产夏玉米根系时空分布特性

比较不同产量水平夏玉米品种根系时空分布的差异,探讨超高产夏玉米品种的根系时空分布特性,为制定高产栽培管理措施提供依据。以超高产夏玉米品种登海661（DH661）为试材,普通品种郑单958（ZD958）为对照,在大田条件下采用土壤剖面取样方法研究了超高产夏玉米DH661与ZD958根系时空分布的差异。在整个生育时期,超高产夏玉米DH661根系干重、根系TTC还原强度、根系TTC还原总量、根系总吸收面积及活跃吸收面积均显著高于ZD958（P0.05）,且抽雄后DH661根系干重、吸收面积及活跃吸收面积在60200 cm土壤深层中所占比例显著高于ZD958（P0.05）,表明DH661的根系在土壤深层分布多,与土壤接触的有效面积大,生育后期仍保持较高的根系活力,对养分的吸收转运能力强。超高产夏玉米DH661具有发达的根系,且土壤深层根系数量多,根系活力高,有利于吸收深层土壤中较多的水分和养分。与土壤接触的有效面积大,对养分吸收转运能力强,有利于根系获得较多的营养物质,促进地上部光合性能的提高,为地上部籽粒的充实提供保障。     

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。     

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。     

调整播期提高春玉米对养分和气候资源的利用效率

  【目的】  温度、光照和降水是影响玉米生长发育的关键气象因子。探讨关键气象因子与氮素吸收运转及产量形成的关系,以期最大限度地提高春玉米对气候资源及氮素的利用效率。  【方法】  以先玉335 (XY335)和郑单958 (ZD958)为供试品种,进行了两年田间定位试验。设早(4月24日)、中(5月4日)、晚(5月14日) 3个播期处理,测定了营养生长期和生殖生长期玉米干物质和氮素累积量及籽粒的运转率,在成熟期测产。利用Hybrid-Maize模型,结合当地气象数据对不同播期处理的产量差及光温资源匹配进行综合模拟与评价。  【结果】  XY335在早、中、晚播期的干物质积累量分别为21233、21249、20311 kg/hm2;氮素积累量分别为184.2、192.5、171.1 kg/hm2;氮素转运率分别为35.1%、45.7%、35.8%;氮素对籽粒氮的贡献率分别为19.4%、29.6%、23.9%;ZD958在早、中、晚播期的干物质积累量分别为21031、20637、20405 kg/hm2;氮素积累量分别为173.7、163.4、154.9 kg/hm2;氮素转运率分别为39.2%、36.4%、25.6%;氮素对籽粒氮的贡献率分别为32.7%、25.4%、13.7%。XY335在中播处理下产量最高,较早播处理和晚播处理分别增加9.9%和17.4%;ZD958在两个试验年份均为晚播处理产量最低,两年平均较早播、中播处理分别减少8.6%、5.4%;品种间比较,XY335产量受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与全生育期太阳总辐射量、营养生长期天数关系较为密切。播期和品种不同造成的产量差异主要与VT—R6期干物质累积量与氮素累积量有关,XY335在花后氮素转运效率优势明显,其产量增加受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与营养生长期天数、全生育期总辐射量有关。  【结论】  播期和品种不同造成的产量差异主要与开花后的干物质累积量与氮素累积量有关,提升氮素转运量可有效促进增产。XY335在花后氮素转运效率优势明显,其产量增加受生殖生长阶段日均温影响较大,ZD958产量增加与营养生长期天数、全生育期总辐射量有关。在本试验条件下,XY335适宜在5月4日左右播种,ZD958适宜早播。     

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.     

玉米根系对局部氮磷供应响应的基因型差异

【目的】土壤养分具有异质性,揭示不同基因型玉米根系对于养分异质性的响应规律,对提高不同玉米品种氮、磷利用效率具有重要意义。 【方法】本试验在水培条件下,利用分根系统研究3个玉米杂交种苗期根系对氮、磷两种养分局部供应响应的基因型差异。 【结果】根系对局部供氮的响应存在基因型差异,浚单20和中农玉99侧根生长对局部供氮的响应较敏感,显著提高了局部供氮（+N）一侧的侧根长,增幅达到79%、50%,而NE15无显著响应;浚单20和中农玉99主要提高了+N一侧直径大于0.12 mm的侧根长度。根系生长对于局部供磷（+P）的反应同样存在基因型差异,NE15显著提高+P一侧根系生物量和轴根长,增幅达到38%和24%,中农玉99显著提高+P一侧的侧根长达到35%;在+P侧,浚单20主要增加了直径大于0.12 mm的侧根长度,NE15主要增加直径介于0.12~0.24 mm的侧根长度,而中农玉99主要增加直径小于0.12 mm的极细侧根长度。局部供氮对3个品种侧根生长的促进作用强于局部供磷,而对缺氮一侧根系生长的抑制作用均大于缺磷一侧。不同玉米基因型苗期根系生物量、侧根长（尤其是直径>0.12 mm的侧根）对于局部供应氮、磷存在显著的互作效应,局部供氮对浚单20的侧根生长（尤其是直径>0.12 mm的侧根）的促进作用显著高于局部供磷,而NE15的根系生长（尤其是根系生物量）对局部供磷的响应强度大于局部供氮。 【结论】对于不同养分特性的玉米杂交种,苗期根系对局部供应不同种类养分的响应存在显著的基因型差异,在生产中可以针对品种特性采取不同的施肥措施,以便发挥其生物学潜力。     

根系高效铵吸收系统是玉米获取氮素的重要补充机制

【目的】本研究旨在通过对植株根系铵吸收特征研究,揭示旱地玉米的氮素营养特征,研究结果为玉米补充氮素营养提供了一定的理论依据。 【方法】以玉米高产品种“郑单 958”为供试材料,采用水培试验模拟了玉米植株生长中的氮素营养环境,研究了玉米幼苗生长对不同氮素形态的反应;采用非损伤微测技术 (NMT),重点研究了不同供氮状况下玉米根系对 NH₄+ 的吸收特征,并与其吸收硝态氮的规律进行了比较;利用实时定量 PCR 技术,初步揭示了玉米根系中的铵吸收蛋白 (AMT) 基因对铵的响应特征。 【结果】单一供应铵态氮条件下,玉米地上部鲜重、全株干重及根系含氮量与纯硝态氮条件下相近,表明铵态氮也可作为玉米的有效氮源。非损伤微测研究结果表明,玉米幼苗根系铵吸收过程呈典型的高亲和吸收特征 (表观 Km 值约为 60 μmol/L),推测这一过程是由高亲和的转运体蛋白介导。氮饥饿预处理使根系的铵吸收速率 Vmax 和 Km 值分别降低了约 3 倍和 1 倍。这一现象与水稻等作物不同,暗示玉米的铵吸收过程可能不存在反馈抑制现象。另外,介质中硝态氮的存在对根系的铵吸收具有显著抑制作用 (抑制效果 > 20%);在供试微摩尔浓度范围内,根系对 NO₃– (100 μmol/L) 的吸收速率显著低于对相同浓度 NH₄+ 的吸收。进一步对主要在玉米根系中表达的铵吸收蛋白基因 ZmAMT1;1a 和 ZmAMT1;3 的定量 PCR 分析表明,上述基因在维持供铵状态下的表达量较缺氮处理均有显著提高,与铵吸收测定结果相符。 【结论】玉米根系中保留着高效铵吸收系统,在低硝态氮浓度下,该系统对铵态氮的高效吸收可作为其获取足够氮源的一个重要的机制。高硝态氮则抑制玉米根系对铵态氮的吸收,以避免氮素吸收利用系统在功能上的冗余。     

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。     

不同氮效率基因型高产春玉米花粒期干物质与氮素运移特性的研究

以先玉335（XY335）、 郑单958（ZD958）、 内单314（ND314）及四单19（SD19）4 个不同氮效率基因型高产春玉米品种为材料,研究了在当地农户常规施氮（FCN）和高产施氮（HYN）水平下其花粒期的干物质、 氮素转移及积累特性。结果表明,两个施氮水平下先玉335与郑单958均较内单314与四单19有显著的增产效果。农户常规施氮水平下,产量高低为郑单958、 先玉335内单314、 四单19,分别为13512、 13381、 12260和11932kg/hm2;高产施氮水平下,各品种产量表现为先玉335郑单958内单314四单19,分别为16364、 15895、 13916和12717 kg/hm2。农户常规施氮水平下,氮高效型品种与氮低效型品种间产量形成的差异主要来自于花前营养器官干物质转移量;而在子粒氮素积累上,氮高效型品种与氮低效型品种间的差异主要来自于吐丝期之后的氮素合成量。高产施氮水平下,氮高效型品种与氮低效型品种间产量形成的差异来自于花前营养器官干物质转移量与吐丝期之后干物质的合成,且在子粒氮素积累上,氮高效型品种与氮低效型品种间的差异来自于营养器官氮素转移量与吐丝期之后氮素合成量。氮高效型品种在农户常规施氮及高产施氮水平下均能有效提高子粒产量及氮素含量,且在高施氮量条件下更能有效利用氮素,增加花粒期干物质及氮素吸收转移量。     

种植密度对河北夏玉米生理成熟后茎秆抗倒能力及产量的影响

河北地区由于受光热资源限制,夏玉米收获时籽粒含水率普遍偏高,成为阻碍机械粒收技术推广应用的重要因素。虽然通过延迟收获可降低籽粒水分,但茎秆倒伏问题将进一步增加粒收难度。基于此,本试验于2019年选择迪卡517(DK517)、京农科728(JNK728)和豫单9953(YD9953)3个适宜机械粒收的品种为材料,以郑单958(ZD958)为对照,2020年新增张单258(ZD258)、张粒178(ZL178)和郑原玉432(ZYY432)3个品种,并设置3个种植密度,分别为6×10⁴(D1)、7.5×10⁴(D2)和9×10⁴株·hm^-2(D3),研究品种间及种植密度对生理成熟期倒伏率、茎秆形态特征、解剖特征、力学特征及产量的影响。结果表明,试验所选品种除了对照ZD958,其他品种均于吐丝后67 d籽粒含水率降至25%以下,达到了GB/T 21962-2008 标准中机械粒收对籽粒含水率的要求,其中YD9953和ZL178在吐丝后67 d的籽粒含水率比吐丝后25 d平均降低了35.1和42.0个百分点。在生理成熟期,相同密度下YD9953、ZL178、ZYY432的总倒伏率显著低于其他品种,其中在D1和D2密度下的总倒伏率均低于5%,符合机械粒收对倒伏率的要求。分析倒伏相关性状发现,株高和穗位高对密度的响应因品种而异;各品种茎秆基部第3节间单位体积干重和抗折力均随密度的增加而降低。D3密度下,ZL178的节间单位体积干重与D1相比,降幅最小(7.9%)。D2密度下,YD9953、ZL178和ZYY432的抗折力比均值分别提高28.7%、21.5%和28.4%;相同密度下ZL178、JNK728、YD9953的维管束数目和木质化程度高于其他品种。相关性分析发现,倒伏率和纤维素含量与抗折力呈显著正相关(R²=0.70、0.51),可作为评定玉米茎秆抗倒伏能力的关键指标。D2密度下ZL178和YD9953的产量与对照ZD958差异不显著但高于其他处理。综合考虑品种脱水特性、产量和站秆期间抗倒伏能力,ZL178和YD9953在密度7.5×10⁴株·hm^-2下能够兼顾高产和抗倒。本研究结果可为河北夏玉米光热资源限制区推广机械粒收提供理论参考。