種植密度和施肥方式對春播鮮食糯玉米產量、品質及氮素吸收利用的影響

姚霄宇，邱 紋，陸虎華，郭 劍，陸大雷*

（1 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室 / 江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心 / 揚州大學農學院，江蘇揚州 225009；2 江蘇沿江地區農業科學研究所，江蘇南通 226541）

糯玉米(ZeamaysL.var.certainKulesh)又稱蠟質玉米，起源于我國西南地區[1]。鮮食糯玉米在乳熟期采收，是集“蔬、果、糧”一體的一類特用玉米[2]，具有口感獨特、營養豐富、生產周期短、種植效益高等優點[3]，是助力我國鄉村振興、農業提質增效的重要作物[4]。鮮食糯玉米種植面積將會穩步增加，采用合理的栽培措施，實現高產優質高效協同，對鮮食糯玉米綠色高質量可持續發展具有重要意義。

密度和肥料是玉米生產中最重要的兩個栽培因子[5]。適宜的種植密度可優化玉米群體結構，實現足群體和壯個體協同，進而提高產量[6]。玉米種植密度過低時，群體穗數不足，產量較低；種植密度過高時，個體間爭水爭肥，植株生長瘦弱、空稈增多，產量下降[7]。氮肥合理施用能夠調節土壤氮素平衡，利于提高植株光合性能，從而促進植株生長發育、物質轉運和產量形成[8]。玉米不同生長時期需肥規律不同，常規化學肥料需要分次施用才能滿足玉米全生育期內養分需求，且存在成本高、肥料浪費和環境污染等問題[9]。與常規化學肥料相比，緩釋肥釋放緩慢，一次性施用就能夠滿足玉米不同生長階段氮素需求，肥料損失少，可實現氮素高效利用和玉米產量同步提升[10-11]。優化種植密度與肥料施用，利于物質轉化效率提高和產量提升[5]。梁永賢等[12]研究認為，密肥互作顯著影響玉米光合能力、氮肥利用效率及產量形成，且二者對玉米籽粒品質均有不同程度影響[13-14]。然而，不同地區[12,15]、不同類型[16-17]、不同播期[18-19]玉米的適宜種植密度和肥料需求存在明顯差異。

江蘇省鮮食糯玉米生產中存在種植密度低(一般情況下為5.25×104株/hm2)、化學肥料施用不當、種植成本大(勞動力成本較高)等問題[2]，嚴重制約著產業綠色高質量發展。近年來，隨著鮮食糯玉米種植面積的不斷擴大和生產中輕簡高效施肥的需求，探索高效、適宜的栽培模式將為鮮食糯玉米高質量發展提供技術支持。為此，本試驗以江蘇省主推品種蘇玉糯11 號為材料，研究不同種植密度和施肥方式對鮮食糯玉米產量、品質和氮素吸收利用的影響，以期為春播鮮食糯玉米高產優質高效栽培提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地概況

供試品種蘇玉糯11 號為中小穗型、半緊湊型鮮食糯玉米品種，在江蘇和浙江省推廣面積較大。供試肥料包括緩釋型復合肥(N∶P2O5∶K2O 為27∶9∶9，肥料名稱為“綠聚能”)、普通復合肥(N∶P2O5∶K2O 為15∶15∶15)和尿素(N=46%)，購自江蘇中東化肥股份有限公司。本研究中緩釋型復合肥為氨基酸緩釋肥，肥料中添加了氨基酸高聚物生物制劑及控失因子等助劑，生物制劑帶有強吸附性的負電荷，通過減少銨態氮的損失和減緩肥料釋放速度達到緩釋效果。同時該生物制劑代謝后能形成氨基酸，具有生物刺激素的功能[20-21]。

試驗于2021—2022 年在江蘇省南通市海門區江心沙農場進行，試驗地土壤為沙壤土，采用五點取樣法對耕作層0—20 cm 土壤基礎養分進行測定(表1)。本試驗2021 年于4 月6 日播種，7 月13 日收獲，生育期共計99 天；2022 年于4 月23 日播種，7 月18 日收獲，生育期共計87 天，生育期內的氣候狀況如圖1 所示。

圖1 2021、2022 年試驗地玉米生育期氣候條件Fig.1 Climate conditions during maize growing season of the experimetal field in 2021 and 2022

表1 試驗地耕層土壤基礎地力Table 1 Basic nutrient contents in 0-20 cm layer of the tested soil

1.2 試驗設計

試驗為大田試驗，采用裂區試驗設計，密度為主區，設置5 個種植密度： 4.5×104株/hm2(D1)、5.25×104株/hm2(D2)、6.0×104株/hm2(D3)、6.75×104株/hm2(D4)、7.5×104株/hm2(D5)。施肥方式為副區，在總N 量225 kg/hm2下，設置3 個施肥方式：基施普通復合肥N 75 kg/hm2，6 葉期追施尿素N 150 kg/hm2(常規施肥，CF)；緩釋型復合肥一次性基施(SF-b)；緩釋型復合肥6 葉期一次性追施(SF-t)；不施氮肥對照(CK)。

試驗采用寬窄行種植，寬行距0.8 m，窄行距0.4 m，小區面積36 m2，每個處理3 次重復。施肥方式為開溝覆土施用，在窄行中間開溝施肥(溝深0.1 m)。試驗大田參照高產田標準進行管理。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 干物重與全氮含量測定 在吐絲期和鮮食期(即乳熟期，約吐絲后23 天，籽粒含水率60% 左右)，選取3 株長勢一致的植株，吐絲期將樣品分為莖稈+莖鞘、葉片，鮮食期將樣品分為莖稈+莖鞘、葉片、苞葉+穗軸及籽粒，105℃殺青30 min后80℃烘干至恒重，稱重后計算干物質積累量。隨后將各部位粉碎，采用全自動凱氏定氮儀(FOSSKjeltectm8400)測定氮素含量。

1.3.2 產量及籽粒組分含量測定 在鮮食期，收獲各小區中間完整的兩行果穗，去除苞葉后稱重，計算鮮果穗產量(kg/hm2)；取其中具有代表性的10 個果穗，脫下籽粒并稱重計算出籽率，根據出籽率計算鮮籽粒產量(kg/hm2)。籽粒中可溶性糖和淀粉含量采用蒽酮-硫酸比色法測定[22]。籽粒中蛋白質含量=籽粒氮素含量×6.25[23]。

1.4 相關參數計算

營養器官干物質(氮素)轉運量(kg/hm2)=吐絲期營養器官干物質(氮素)積累量-鮮食期營養器官干物質(氮素)積累量

營養器官干物質(氮素)轉運率(%)=營養器官干物質(氮素)轉運量/吐絲期干物質(氮素)積累量×100

營養器官干物質(氮素)貢獻率(%)=營養器官干物質(氮素) 轉運量/鮮食期籽粒干物質(氮素) 積累量×100

收獲指數(%)=籽粒干重/地上部植株干重×100

不同器官氮素分配比例(%)=各器官氮素積累量/植株氮素積累總量×100

參照Moll 等[24]報道的方法計算氮素利用效率相關指標：

氮肥偏生產力(NPFP, kg/kg)=施氮區產量/施氮量

氮肥農學效率(NAE, kg/kg)=(施氮區產量-未施氮區產量)/施氮量

氮素回收率(NRE, %)=(施氮區植株氮素累積量-未施氮區植株氮素累積量)/施氮量×100。

1.5 數據處理與分析

數據利用Excel 2021 進行處理，用Origin 2021作圖，用DPS 7.05 進行方差分析，處理間差異顯著性用最小差異顯著法(LSD 法)進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 種植密度和施肥方式對鮮食糯玉米產量與籽粒組分含量的影響

由圖2 和表2 可知，年份、種植密度和施肥方式對糯玉米鮮果穗和鮮籽粒產量有顯著影響(P＜0.01)。同一施肥條件下，隨著種植密度增加，鮮果穗和鮮籽粒產量先升后降。與D1 相比，D2、D3、D4、D5 密度下鮮果穗兩年平均產量分別增加了4.14%、7.68%、11.68% 和7.17%，鮮籽粒產量分別增加6.09%、7.48%、12.19% 和7.08%，其中D4 下最高。同一密度條件下，與CF 相比，鮮果穗和鮮籽粒產量在SF-b 處理下分別提高2.00% 和2.00%，在SF-t 處理下分別提高5.92%和5.95%。不同年份間，2022 年產量顯著高于2021 年。不同密肥組合間，鮮果穗和鮮籽粒產量均在D4-SF-t 處理下最大，2021年分別為12369.7 和9116.7 kg/hm2，2022 年分別為13248.3 和9834.7 kg/hm2。適度增加種植密度和緩釋肥延后施用相結合可顯著增加產量。

圖2 不同種植密度和施肥方式下春播鮮食糯玉米產量Fig.2 Yield of spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

表2 種植密度和施肥方式對春播鮮食糯玉米產量的作用及其交互作用Table 2 Effects of planting density and fertilization and the interaction on spring-sown fresh waxy maize yield

由表3 可知，相同施肥條件下，籽粒淀粉和可溶性糖含量隨密度增加總體上呈下降趨勢，兩年均在D5 密度下最低；蛋白質含量在2021 年表現為隨密度增加而降低，在2022 年表現為D1≈D3＞D2≈D4＞D5。相同密度條件下，3 種施肥方式間籽粒淀粉和可溶性糖含量總體表現為差異不顯著，而籽粒蛋白質含量在2021 年SF-t 處理下最高，在2022 年各處理間無顯著差異。不同年份間，2022 年的淀粉和蛋白質含量最高，2021 年的可溶性糖含量最多。方差分析表明，種植密度與施肥方式互作顯著影響了籽粒中蛋白質含量。

表3 種植密度和施肥方式下春播鮮食糯玉米籽粒品質 (mg/g)Table 3 The grain quality of spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

2.2 種植密度和施肥方式對鮮食糯玉米干物質積累與轉運的影響

春玉米干物質積累變化趨勢兩年基本一致(圖3)，年份、種植密度和施肥方式均顯著影響著吐絲前、吐絲后和總干物質積累量(表4)。相同施肥條件下，隨密度增加，吐絲期和鮮食期玉米群體干物質積累量先升后降，與D1 相比，D2、D3、D4、D5 密度下吐絲期的干物質積累量平均分別增加14.11%、25.06%、35.70%和34.87%，鮮食期分別增加11.52%、17.92%、24.75%和21.32%，兩時期均在D4 達到最大。種植密度相同時，與CF 相比，SF-b 和SF-t 處理下的干物質積累量在吐絲期、鮮食期分別提升了1.02%、4.30%和1.98%、7.25%，兩時期均表現為SF-t 影響最大。

圖3 不同種植密度和施肥方式下春播鮮食糯玉米干物質積累量Fig.3 Dry matter accumulation in spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

表4 種植密度和施肥方式對春播鮮食糯玉米干物質積累的影響Table 4 Effects of planting density and fertilization mode and the interactions on dry matter accumulation of spring-sown fresh waxy maize

由表5 可見，相同施肥方式下，隨種植密度增加，干物質轉運量、轉運率和貢獻率總體呈增加趨勢，其中2021 年D5 最大，2022 年D4 最大。相同密度下，不同施肥方式間干物質轉運量、轉運率和貢獻率總體表現為CF＞SF-b＞SF-t。收獲指數隨密度增加而下降，在各施肥方式間無顯著差異。與2021年相比，2022 年干物質轉運量、轉運率和貢獻率均較低，收獲指數較高。

2.3 種植密度和施肥方式對鮮食糯玉米氮素積累、轉運與分配的影響

植株吐絲前氮素積累量顯著高于吐絲后氮素積累量，吐絲前氮素積累占比隨種植密度增加而增大(圖4)。相同施肥條件下，與D1 相比，D2、D3、D4和D5 密度下的吐絲期氮素積累量分別增加12.80%、22.3%、30.37%和26.64%，鮮食期氮素積累量分別增加9.62%、15.61%、20.36%和13.92%。相同種植密度下，與CF 相比，SF-b 和SF-t 處理下吐絲期氮素積累量分別增加2.85%和9.75%，鮮食期分別增加2.65%、10.23%。方差分析表明，種植密度與施肥方式顯著影響了鮮食糯玉米吐絲前、吐絲后以及總氮素積累(表6)。

圖4 不同種植密度和施肥方式下春播鮮食糯玉米氮素積累量Fig.4 The N accumulation in spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

表6 種植密度和施肥方式對春播鮮食糯玉米氮素積累量的交互作用Table 6 The interactions of planting density and fertilization mode on N accumulation of spring-sown waxy maize combinations

施肥方式相同時，氮素轉運量、轉運率和貢獻率總體表現為隨密度增加而增加，2021 年D4 最大，2022 年D5 最大。同一密度下，氮素轉運量在各施肥方式間無顯著差異，而氮素轉運率和貢獻率在SF-t 下最低。不同年份間，2021 年的氮素轉運量、轉運率和貢獻率均高于2022 年。同時，種植密度和施肥方式互作對氮素轉運率和貢獻率影響顯著(表7)。

表7 不同種植密度和施肥方式下春播鮮食糯玉米的氮素轉運及其對籽粒的貢獻率Table 7 N translocation and contribution to grains of spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

由圖5 可看出，莖稈+莖鞘氮素占比隨密度增加而逐漸降低，而葉片氮素占比呈相反的趨勢。相同施肥方式下，籽粒氮素占比(即氮素收獲指數)在2021年的各密度間無顯著差異，在2022 年中隨密度增加顯著降低；苞葉+穗軸氮素占比均在兩年的D5 下最低。相同密度下，莖稈+莖鞘氮素占比均在兩年的SF-t 下最大；葉片、苞葉+穗軸和籽粒氮素占比在2021 年各施肥處理間無顯著差異，葉片氮素占比在2022 年的SF-t 下最大，而籽粒氮素占比在2022 年的SF-t 下最低。與2021 年相比，2022 年氮素積累量和籽粒氮素收獲指數較高，氮素分配至葉片、苞葉+穗軸的比例較低。

圖5 不同種植密度和施肥方式下春播鮮食糯玉米氮素的分配Fig.5 N distribution in spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

2.4 種植密度和施肥方式對鮮食糯玉米氮素利用的影響

相同施肥方式下，鮮果穗和鮮籽粒的氮素偏生產力隨密度增加先升后降，D4 下最高；鮮果穗和鮮籽粒的農學效率在2021 年各密度間無顯著差異，在2022 年總體表現為隨密度增加而降低，其中鮮果穗D5 下最低，鮮籽粒D4 下最低；氮素回收率在D3和D4 下顯著高于其他密度。同一密度下，鮮果穗和鮮籽粒的氮素偏生產力、農學效率和回收率在各施肥方式間的變化趨勢一致，均表現為SF-t＞SF-b＞CF。與2021 年相比，2022 年的鮮果穗氮素偏生產力和回收率均較高 (表8)。

表8 不同種植密度和施肥方式組合春播鮮食糯玉米的氮素利用率Table 8 N utilization efficiency of spring-sown fresh waxy maize under different planting density and fertilization combinations

3 討論

3.1 種植密度和施肥方式對鮮食糯玉米產量和籽粒組分含量的影響

合理增密與適量施肥是提高玉米產量的重要栽培措施[25]。適度增密能夠增加葉面積和光合有效輻射，提高干物質積累和植株生產力[26]。本研究發現，一定范圍內(D2～D4)隨密度增加鮮果穗和鮮籽粒產量增幅逐漸增加，但密度達到D5 時產量反而下降。適宜密植充分發揮了群體優勢，優化了葉片光合能力和養分利用效率，并實現了個體群體協調[27]。但密度過高時，群體內資源競爭加劇，營養器官代謝旺盛，光合產物大量消耗，進而造成產量降低[28]。同時，當種植密度高于6.75×104株/hm2時，中小穗型糯玉米外觀、營養和食味品質均顯著降低，不利于鮮食糯玉米銷售[29]。本研究中，施肥條件下籽粒淀粉含量總體表現為D1＞D2＞D3=D4＞D5，可溶性糖含量表現為D1＞D2=D3=D4＞D5，蛋白質含量表現為D1=D3＞D2=D4＞D5。結果表明中等密度(D3、D4)確保產量大幅提高的同時，維持了較高的籽粒組分含量，實現了高產優質協同。前人研究發現，施用緩釋肥有利于提高玉米氮素利用率，增加產量和經濟效益[21]。但是，不同播期間玉米生長期不同，且生育期內環境差異較大，因而其對肥料的需求存在較大差異[30-31]。春玉米播種時溫度較低，玉米前期生長慢，需肥量少，土壤本身所具有的養分即能滿足植株生長所需[32]，因而緩釋肥延后施用可能更有利于滿足植株生育中后期對氮素的需求。Li 等[31]研究發現，春玉米緩釋肥延后到6 葉期一次性施用，通過提高土壤根際氮含量和根系活性而提高玉米產量。王思陽等[32]研究發現，緩釋肥適當延后施用有利于提高春播糯玉米鮮果穗和鮮籽粒產量，其中6 葉期一次性施用促進了籽粒蛋白質的積累。本研究同樣證明，等量施肥條件下，緩釋肥基施對鮮食糯玉米果穗和籽粒增產效果略大于常規施肥方式，而緩釋肥后移施用(SF-t 處理)更有利于產量和籽粒蛋白質含量的提高。因而，適宜種植密度(D4)和6 葉期一次性施用緩釋肥的栽培模式，可實現春播鮮食糯玉米高產高效和優質。

3.2 種植密度和施肥方式對鮮食糯玉米物質積累、轉運與分配的影響

高效的物質積累、轉運與分配是玉米產量提升的基礎[33]。前人研究發現，一定密度范圍內玉米群體干物質和氮素積累量與轉運量隨密度增加而提高[12]，本研究結論相似。然而，較高的氮素轉運量意味著莖稈和葉片營養物質的減少，反而會增加玉米生育后期葉片早衰、植株倒伏風險，對產量形成造成不良影響[34]。Liu 等[35]研究表明，與營養器官的物質轉運相比，玉米吐絲后葉片光合作用產生物質積累對籽粒產量的影響更大。本研究中，較等量常規施肥和緩釋肥基施，6 葉期一次性施用緩釋肥顯著增加了干物質與氮素積累量以及吐絲后干物質與氮素占比，降低了氮素轉運量，表明緩釋肥延后施用提高了吐絲后植株光合同化能力，進而緩解了增密造成的不良效應[36-37]。吐絲后營養器官中氮素的分配反映了植株氮素向籽粒轉移情況，直接影響作物氮素利用效率[38]。本研究中，隨種植密度增加，糯玉米籽粒收獲指數逐漸降低，但氮素分配到葉片的比例逐漸提高。葉片氮素占比增加提升了群體的光合性能[39-40]，從而發揮密植優勢，這可能是適宜密度下收獲指數較低而氮素利用率較高的原因。此外，氮密互作對玉米光能利用率的調控受年際間氣候條件的影響較大，尤其是吐絲至成熟期間太陽輻射量的改變[27]。作物產量和生物量的積累主要取決于光能資源質量和作物對光能的利用效率[41]。本研究中兩年間干物質與氮素積累量差異較大，這主要是由于2022 年氣溫較高、日照時數較長與降水適宜，適宜玉米生長，促進了物質積累；而2021 年生育后期持續降水引起漬害并造成寡照，導致物質積累較少、引起營養器官中養分提前轉運[42]。

3.3 種植密度和施肥方式對鮮食糯玉米氮素利用效率的影響

優化種植密度與施肥方式是實現玉米高產高效的重要栽培措施[43]。隋陽輝等[44]研究發現，中等密度下適度減氮能較好地協調玉米個體與群體的關系，并通過調控株型、維持光合性能等構建合理群體，從而獲得較高的群體產量和氮素利用效率。程前等[45]研究表明，夏玉米中高密度與緩釋肥基施互作充分發揮了密植增產與緩釋肥后期供氮的優勢，從而提高氮素利用效率。本研究結果表明，玉米氮素利用率隨種植密度增加先增后降，在施肥方式間以6 葉期一次性施用緩釋肥表現更佳。同時，兩年間最高產量和最高氮素利用率均出現在中高密度(D4)和緩釋肥6 葉期施用的組合下。因此，適當增加種植密度并結合緩釋肥后移能夠充分保證糯玉米生育期內氮素供應，促進玉米氮素吸收，在增產同時提高了氮素利用率，實現了江蘇省春播鮮食糯玉米的高產高效。

4 結論

適度增加種植密度與緩釋肥6 葉期一次性追施相結合的栽培方式提高了吐絲前、后干物質和氮素積累量，增加了吐絲后干物質積累占比，充分發揮了密植群體的產量潛力，維持了較高的籽粒組分含量和鮮果穗(鮮籽粒) 產量，并提高了氮素利用率。綜合分析表明，在江蘇省春播鮮食糯玉米實際生產中，應用6.75×104株/hm2的種植密度，在適宜施肥量條件下將常規普通復合肥+6 葉期追施尿素的兩次施肥方式優化為6 葉期一次性施用N 225 kg/hm2緩釋肥，提高了鮮食糯玉米的產量和品質，在提高氮素利用率的同時減少了施肥用工，實現了高產優質高效輕簡協同。