蔣耿民， 李援農， 周 乾

(西北農林科技大學，旱區(qū)農業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌 712100)

不同揭膜時期和施氮量對陜西關中地區(qū)夏玉米生理生長、產量及水分利用效率的影響

蔣耿民， 李援農*， 周 乾

(西北農林科技大學，旱區(qū)農業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌 712100)

揭膜時期； 施氮量； 生長； 產量； 水分利用效率； 夏玉米

氮是作物生長所必需的營養(yǎng)元素，是植物體內許多重要有機化合物的主要成分之一，也是土壤最為缺乏的營養(yǎng)元素。增施氮肥可以增加綠葉面積，提高葉綠素含量，提高光合速率，延長綠葉功能期，增加產量。但過量施用氮肥，不僅會降低氮肥利用率，而且對周邊環(huán)境及人體健康還會產生負面影響[1-4]。因此，氮素供應的充分與否和作物氮營養(yǎng)狀態(tài)的好壞，在很大程度上影響著作物的生長發(fā)育、產量和品質。

我國于20世紀70年代末引入地膜覆蓋技術，與傳統(tǒng)栽培技術相比，該技術具有節(jié)水增產、增溫、保墑等作用[5-8]。但是，近年來的生產實踐表明，由于地膜覆蓋導熱性差和不透氣的特點，長時間覆蓋地膜會使土壤溫度過高，通氣不良，根系呼吸受阻，造成覆膜作物生長發(fā)育中后期出現不同程度的早衰現象，直接影響了作物產量和品質的進一步提高[9-10]。但是研究發(fā)現，對不同作物在不同時期揭膜，其效果也不盡相同，對覆膜作物在適當的生育時期揭膜，能有效降低地表溫度，增加根系的透氣性和活性，改善光合產物的分配，延緩作物衰老，提高作物產量和水氮利用效率，而在不合適的時間揭膜不但促進作用不明顯，還有可能產生負效應[11-17]。

綜上可知，選擇行之有效的揭膜時期及施氮量對完善陜西省關中地區(qū)夏玉米覆膜栽培技術具有現實指導意義。目前，關于揭膜時期和施氮量雙因素對關中地區(qū)覆膜夏玉米生理生長、產量及水分利用效率影響的研究尚未見詳細報道，鑒于此，本文以陜西關中地區(qū)覆膜夏玉米為研究對象，通過田間小區(qū)試驗，研究了不同揭膜時期和施氮水平對夏玉米生理生長、產量及水分利用效率的影響，旨在篩選出符合本地區(qū)夏玉米生產的覆蓋和施氮模式，為進一步實現優(yōu)質、高產、高效、提高土地生產力、可持續(xù)發(fā)展的旱地節(jié)水農業(yè)提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

1.2 試驗設計

1.3 田間管理

在播種前10 d深翻并平整土地，挖溝起壟，在壟上覆膜，玉米種于壟上壟膜兩側，株距30 cm， 2012年6月16日壟上點播，7月3日定苗，10月10日收獲。磷肥用過磷酸鈣，施磷量為P2O5150 kg/hm2，作為底肥深翻土地前依次均勻撒施。氮肥用尿素，分基肥和追肥兩次施入。苗期(7月4日)施40%，拔節(jié)期(8月15日)施60%。在本地區(qū)已有研究的基礎上[3-4]，結合試驗田實際情況，尿素開溝施入，溝深15 cm左右，施后覆土，壟上不施。整個生育期內不灌溉，生育期內降水量為432.5 mm，且主要集中在7、8、9月份。

1.4 測定項目與方法

1)土壤水分的測定 采用土鉆法分別于夏玉米播種前和收獲期取土測定土壤水分。每個小區(qū)取兩個測點，各個測點沿土壤深度方向每隔10 cm取一個土樣，一共200 cm，用烘干法測定含水率。

土壤貯水量W(mm)=γ×h×ω×10，式中：W為土壤水分總貯存量(mm)；γ為實測土壤容重(g/cm3)；h為土層厚度(cm)；ω為土壤含水率(%)。

2) 夏玉米生長指標的測定 2012年9月28日(成熟期)在每個處理選定具有代表性的5株玉米，用卷尺測量株高，用長寬系數法計算葉面積；在夏玉米成熟收獲時(2012年10月10日)，每個處理選取5株玉米，105℃下殺青20 min，然后于75℃下烘至恒重后稱地上部干物質量。

4)丙二醛含量的測定 于2012年9月28日(成熟期)，每小區(qū)選取3株具有代表性的玉米植株，取植株穗位葉，作為待測樣品，所有樣品及時放入冰壺中帶回實驗室，洗去葉片表面的塵土和污物，用吸水紙小心擦干表面水分，去除葉脈，混勻。稱取1 g剪碎的樣品，放入研缽中，加入少許0.05 mol/L、pH7.8的磷酸緩沖液在冰浴中研磨，最終得到10 mL勻漿。轉移至離心試管中，在3000 r/min下離心1 min，粗提液再轉移至13000 r/min、4℃下離心20 min，上清液即為酶液。采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)含量[18]。

5) 玉米產量的測定 玉米成熟后取中間兩行(寬0.6 m，長5 m)，人工脫粒測產，并換算成單位面積產量(kg/hm2)，每小區(qū)取12穗，測定玉米穗部性狀特征。

6)水分利用狀況 生育期耗水量計算公式為ET(mm)=P+(Wp-Wh)

式中：ET為作物耗水量(mm)；P為作物生育期降水量(mm)；Wp和Wh分別為播前和收獲時的土壤貯水量(mm)。

水分利用效率的計算公式為WUE[kg/(hm2·mm)]=Y/ET

式中：WUE為作物水分利用效率[kg/(hm2·mm)]；Y為單位面積的籽粒產量(kg/hm2)；ET為作物耗水量(mm)。

1.5 數據處理

采用Excel軟件對試驗數據進行處理； SAS軟件進行方差分析[19]，多重比較用LSD法，顯著性水平為α=0.05；采用OriginPro8軟件作圖。

2 結果與分析

2.1不同揭膜時期和施氮量對夏玉米株高、葉面積和地上部干物質量的影響

不同揭膜時期和施氮處理下夏玉米的株高、葉面積和地上部干物質量見表1。從表1可知，夏玉米的株高、葉面積和地上部干物質量受施氮量、揭膜時期的影響均達到顯著水平(株高F=26.91和5.55；葉面積F=20.38和7.64；地上部干物質量F=38.25和6.35)，而其互作效應均不顯著(株高F=0.32；葉面積F=0.28；地上部干物質量F=1.07)。

在3種施氮量條件下，不同揭膜時期處理之間的株高、葉面積和地上部干物質量的表現規(guī)律一致，均為UT處理的值最大；在不施氮(NZ)處理下，UT處理略大于UJ和MF，差異不顯著；在施氮(NL或NH)處理下，UT處理與二者的差異均達顯著水平，而UJ和MF處理之間差異不明顯。

在相同揭膜時期條件下，施氮(NL或NH)處理的株高、葉面積和地上部干物質量均大于不施氮(NZ)處理，且差異顯著，并且隨著施氮量的增加，株高、葉面積和地上部干物質量均呈現出遞增趨勢，但低氮(NL)與高氮(NH)處理之間差異不顯著。說明適時揭膜加施氮(NL或NH)能顯著提高夏玉米株高、葉面積和地上部干物質量，但當施氮量較高(NH)時，3項生長指標的增長速度會減緩，且與低氮(NL)處理下的值相比差異不大。

表1 不同處理下夏玉米株高、葉面積和地上部干物質量的顯著性分析Table 1 Significant analysis of different uncoveringplastic film periods and nitrogen rates on plant height, leaf area and shoot dry mass of maize

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant different among treatments at the 5% level.

2.2不同揭膜時期和施氮量對夏玉米光合作用的影響

光合作用是作物產量形成的主要機制，光合速率在一定程度上反映光合作用的水平[20]。對不同處理下夏玉米灌漿期典型日(2012-09-04)的穗位葉凈光合速率的分析結果(圖1)顯示，夏玉米葉片凈光合速率受施氮量和揭膜時期的影響差異顯著(F=32.59和28.38)，而其互作效應不顯著(F=0.61)。在不施氮(NZ)條件下，與MF相比，UJ和UT處理的葉片光合速率分別提高了15.3%和40.3%；在低氮(NL)條件下，UJ處理的葉片光合速率比MF減少了1.9%，而UT處理則比MF提高了18.9%；在高氮(NH)處理下，UJ和UT處理的葉片光合速率分別比MF提高了3.3%和25.7%?？梢钥闯觯?種施氮量條件下，UT處理的葉片光合速率均高于UJ和MF處理， 且差異達顯著水平，而UJ和MF處理之間差異不顯著。這主要是由于抽雄期揭膜(UT)降低了夏玉米生育后期根區(qū)的土壤溫度，避免了植株氣孔因溫度過高而關閉，從而延長了葉片的光合作用時間。

圖1 不同揭膜時期和施氮量對夏玉米葉片光合 速率的影響Fig.1 Effects of different uncovering plastic film periods and nitrogen rates on leaf photosynthetic rate of summer maize [注(Note): 柱上不同字母表示處理間差異達5% Different letters above the bars mean significant among treatments at the 5% level.]

揭膜時期相同時，在UJ處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理的葉片光合速率比不施氮(NZ)處理分別提高了19.5%和26.0%；在UT處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理分別提高了19.6和25.6%；在MF處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理分別提高了33.4%和48.1%?？梢钥闯?，施氮處理(NL或NH)的葉片光合速率顯著高于不施氮(NZ)處理；與低氮(NL)處理相比，高氮(NH)處理的光合速率有所降低，但兩者差異不顯著。其原因主要是由于適量的氮素提高了葉綠體中有關光合碳同化酶類(如Rubisco)的活性[21-22]，從而提高了玉米葉片的光合速率，當施氮量高(NH)時，玉米對氮肥的吸收屬于奢侈吸收，葉片光合作用不再繼續(xù)增加，而且由于對光合器官造成反饋抑制，還會導致葉片光合速率下降[23]。

圖2 不同揭膜時期和施氮量對夏玉米葉片 丙二醛含量的影響Fig.2 Effects of different uncovering plastic film periods and nitrogen rates on leaf MDA content of summer maize [注(Note): 柱上不同字母表示處理間差異達5%水平 Different letters above bars mean significant among treatments at the 5% level.]

2.3不同揭膜時期和施氮量對夏玉米葉片丙二醛含量的影響

丙二醛(MDA)是植物膜脂過氧化作用的主要產物之一，是反映植物衰老的重要指標，其含量的高低在一定程度上能反映植物細胞膜質損傷的程度[18]。試驗結果(圖2)表明，夏玉米葉片丙二醛含量受施氮量和揭膜時期的影響差異顯著(F=12.36和10.96)，而其互作效應不顯著(F=0.17)。在不施氮(NZ)條件下，與MF處理相比，UJ處理的葉片丙二醛含量增加了4.9%，而UT處理則降低了13.4%；在低氮(NL)條件下，UJ處理的葉片丙二醛含量比MF增加了6.2%， UT處理則降低了20.7%；在高氮(NH)條件下，UJ處理的葉片丙二醛含量比MF增加了9.3%，而UT處理降低了14.1%?？梢钥闯觯?種施氮量條件下，UT處理的葉片丙二醛含量均低于UJ和MF處理，且差異達顯著水平，而UJ和MF處理之間差異不顯著。表明抽雄期揭膜(UT處理)可以顯著降低夏玉米葉片膜脂過氧化程度，減輕細胞膜系統(tǒng)結構和功能受損程度，這是由于適時揭膜促進了細胞分裂素、赤霉素等激素的合成，相應地延長了地上部綠時間，延緩了植株衰老進程。

2.4不同揭膜時期和施氮量對夏玉米產量及其構成因素的影響

不同揭膜時期和施氮處理的夏玉米考種和測產結果見表2。由表2可以看出，在3種施氮量條件下，不同揭膜時期之間的穗部性狀規(guī)律一致，均表現為UT處理優(yōu)于UJ和MF處理，且UJ和MF處理之間差異不明顯。當揭膜時期相同時，低氮(NL)處理的穗部性狀最優(yōu)，高氮(NH)處理次之，不施氮(NZ)處理最差。

夏玉米籽粒產量受施氮量、揭膜時期的影響差異顯著(F=25.68和12.07)，而其互作效應不顯著(F=0.50)(表2)。與MF處理相比，在不施氮(NZ)、低氮(NL)和高氮(NH)處理下，UJ處理的籽粒產量分別提高了5.1%、1.1%和0.4%，UT處理分別提高了10.9%，13.4%和9.4%。可以看出，在3種施氮量條件下，UT處理的增產效果優(yōu)于UJ和MF處理，且達差異顯著水平，而UJ和MF處理之間差異不明顯。

揭膜時期相同時，在UJ處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理的籽粒產量比不施氮(NZ)處理分別提高了11.2%和13.5%；在UT處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理分別比不施氮提高了14.9%和20.7%；在MF處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理比不施氮分別提高了16.4%和18.0%。可以看出，在相同揭膜時期，夏玉米籽粒產量施氮處理(NL或NH)顯著高于不施氮(NZ)處理，與低氮(NL)處理相比，高氮(NH)處理的籽粒產量有一定程度的減少，但差異不顯著。

2.5不同揭膜時期和施氮量對夏玉米水分利用狀況的影響

由不同施氮條件下各處理夏玉米生育期耗水量的變化趨勢(圖3A)可以看出，施氮量、揭膜時期、施氮量和揭膜時期的交互作用對夏玉米耗水量的影響均不顯著(F=2.76，0.57和0.72)。3種不同施氮量條件下，與MF處理相比，UJ和UT處理并未顯著增加夏玉米生育期耗水量(P>0.05)。當揭膜時期相同時，施氮處理(NL或NH)的夏玉米生育期耗水量高于不施氮(NZ)處理，但差異不顯著。作物水分利用效率是評價節(jié)水效果的一項重要指標。圖3B顯示，施氮量和揭膜時期對夏玉米水分利用效率的影響均達到顯著水平(F=6.36和3.89)，但其互作效應不顯著(F=0.77)。與MF處理相比，在不施氮(NZ)和低氮(NL)條件下，UJ處理的水分利用效率分別提高了3.7%和2.6%，而在高氮(NH)處理下，降低了4.3%；UT處理在3種施氮量條件下比MF處理的水分利用效率依次分別提高了4.8%

表2 不同揭膜時期和施氮量對夏玉米穗部性狀和產量的影響Table 2 Effects of different uncovering plastic film periods and nitrogen rates on ear characteristics andyield of summer maize

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant different among treatments at the 5% level.

圖3 不同揭膜時期和施氮量對夏玉米水分利用的影響Fig.3 Effects of different uncovering plastic film periods and nitrogen rates on water use of summer maize [注(Note): 柱上不同字母表示處理間差異達5%水平 Different letters above bars mean significant among treatments at the 5% level.]

(Nz)，14.6%(NL)和7.0%(NH)?？梢钥闯?，在3種施氮量條件下，UT處理的水分利用效率均為最優(yōu)，而UJ和MF處理之間差異不明顯。

當揭膜時期相同時，在UJ處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理的水分利用效率比不施氮(NZ)處理分別提高了4.6%和7.5%；在UT處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理分別提高了15.9%和18.8%；在MF處理下，高氮(NH)和低氮(NL)處理分別提高了13.4%和8.6%。由此可見，低氮(NL)處理下抽雄期揭膜(UT)對夏玉米水分利用效率的貢獻率最大。

3 討論與結論

在本試驗條件下，揭膜時期和施氮量雖然對玉米的生理生長指標、產量和水分利用效率的調控作用十分顯著，但是二者不具交互作用。

從本研究結果可以看出，適宜的氮肥用量(N 120 kg/hm2，NL)能夠顯著促進玉米植株的生長，增強其水分和養(yǎng)分的供給能力，進而提高產量，這與前人研究結果基本一致[ 25]。本試驗中，與高氮(NH)處理相比，低氮(NL)處理雖然減少了地上部干物質量，但卻增加了籽粒產量，這主要是由于過量施用氮肥，會導致碳水化合物和氮素大量在營養(yǎng)器官累積，而不利于向籽粒的轉移，造成夏玉米生長過程中庫源平衡失調，從而引起產量下降[26]。

本試驗條件下，施氮量和揭膜時期的組合為NLUT的處理(N 120 kg/hm2，抽雄期揭膜)葉片凈光合速率最大，葉片丙二醛含量最小，玉米產量、產量構成因素(穗長、穗粗、穗粒數及百粒重)和水分利用效率最高，玉米株高、葉面積和地上部干物質量均較大，而且這些指標與不同施氮量和揭膜時期的組合處理下的最大值均無顯著差異。這說明從產量效應和資源高效利用、環(huán)境等綜合效應方面考慮，抽雄期揭膜(UT)和施氮量N120 kg/hm2(NLUT)的組合有較優(yōu)的節(jié)水、減氮和增產效果。

綜合考慮揭膜時期、施氮量以及二者的交互作用對玉米生理生長指標、產量和水分利用效率等因素的影響，在關中地區(qū)覆膜玉米栽培模式下，抽雄期揭膜和施氮量為N 120 kg/hm2較為適宜。本試驗中雖然揭膜時期和施氮量沒有交互作用，但是二者各自對玉米的生理生長指標、產量和水分利用效率的調控作用均十分顯著，而在實際生產中，某一區(qū)域適宜的氮肥用量是隨地力水平而變的，因此對于適時揭膜的節(jié)水增產潛力的研究還是很有必要的；另外，本試驗中抽雄期揭膜增加玉米產量，是否與當年后期降水量有關，還有待通過對不同降水年份的揭膜試驗來驗證。

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Effectsofdifferentuncoveringplasticfilmperiodsandnitrogenratesonphysiology,growth,yieldandwateruseefficiencyofsummermaizeinGuanzhongRegion,ShaanxiProvince

JIANG Geng-min， LI Yuan-nong*， ZHOU Qian

(KeyLaboratoryforAgriculturalSoilandWaterEngineeringinAridArea,MinistryofEducation/NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Field experiments were carried out to verify the optimum uncovering plastic film period and nitrogen rate for higher yield, water use efficiency and better physiology, growth condition of maize in mulched fields in the Guanzhong Region, Shaanxi Province and to provide basis for the development of rational cultivation measures. Under field condition, three uncovering plastic film periods (uncovering plastic film at the jointing-tasselling stage, uncovering plastic film at the tasselling stage and mulching plastic film) and three nitrogen rates (N 0, 120 and 240 kg/ha) were applied to study the interaction between uncovering plastic film period and nitrogen rate on physiology, growth, yield and water use efficiency of film mulching summer maize. The results show that uncovering plastic film period and nitrogen rate have significant effects on physiology, growth, yield and water use efficiency of summer maize, and the interactive effect between them is not significant. Through improving the gas and heat conditions around the roots, and increasing the root activity, the uncovering plastic film at the tasselling stage increases the plant height, leaf area, and dry mass accumulation and leaf photosynthetic rate, decreases the leaf MDA content, and has better ear characters, yield and water use efficiency in comparison with the mulching plastic film treatment under the three nitrogen rates. However, there are no significant differences between the uncovering plastic film at the jointing-tasselling stage and the mulching plastic film treatments. With the same uncovering plastic film period, applying nitrogen fertilizer amounts of NL(N 120 kg/ha) or NH(N 240 kg/ha) are better than that of the NZ(N 0) treatment in the physiology, growth, yield and water use efficiency of summer maize, however, there are no significant differences between the NHand NLtreatments. As the increasing of nitrogen rates, the leaf photosynthetic rate, yield and water use efficiency are decreased, while the leaf MDA content is increased. In this study, taking yield, water and nitrogen use efficiencies and environment effect into consideration, the appropriate uncovering plastic film period and nitrogen rate of summer maize in mulched fields in the Guanzhong Region are uncovering plastic film at the tasselling stage and N 120 kg/ha respectively, the yield and water use efficiency of which are 11362 kg/ha and 34 kg/(ha·mm).

uncovering plastic film period; nitrogen rate; growth; yield; water use efficiency; summer maize

2013-01-19接受日期2013-04-26

國家“863”計劃項目(2011AA1005A4)資助。

蔣耿民(1985—)，男，河南南陽人，博士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術方面的研究。 E-mail: jianggengmin@yahoo.com.cn。 * 通信作者 Tel: 029-87082901, E-mail: liyuannong@163.com

S513.062; S345

A

1008-505X(2013)05-1065-08