本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高夏玉米產(chǎn)量和氮肥效率的栽培方法。

背景技術(shù)：

玉米是重要的糧食、飼料及經(jīng)濟兼用作物，在谷物生產(chǎn)上占有重要的地位。2014年總播種面積37123.4千公頃，總產(chǎn)量21564.6萬噸，已發(fā)展為中國第一大糧食作物，因而提高玉米產(chǎn)量對于保障國家糧食安全具有重要意義。而肥料是作物的糧食，施肥為作物提供足夠的養(yǎng)分是提高單產(chǎn)的關(guān)鍵。氮素是夏玉米需求量和吸收量最多的營養(yǎng)元素，對玉米的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)等均極為重要。施用氮肥是提高夏玉米產(chǎn)量的主要技術(shù)措施，目前玉米生產(chǎn)中普遍主施氮肥，但實際施氮量已遠遠超過最佳經(jīng)濟施肥量，造成資源浪費，并極易導致環(huán)境污染。

近年來，在不同施氮水平對夏玉米產(chǎn)量、氮利用效率、碳氮代謝、不同生育期光合產(chǎn)物的運輸、氮磷鉀積累與分配及玉米冠層的高光譜特征等方面有較多的研究報道，如鄧小燕等研究報道了玉米/大豆和玉米/甘薯套作模式下不同分隔方式及不同供磷水平對磷素吸收特性及種間相互作用的影響；焦念元等研究報道了施氮量和玉米-花生間作模式對玉米和花生產(chǎn)量、生物量、氮磷吸收與利用以及蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響；高陽等研究報道了不同水氮處理對玉米-大豆間作群體的光能截獲、競爭與利用的影響。但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化的推廣應(yīng)用，不同作物間作給作物的播種、栽培管理及收獲帶來了不便，制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高。目前對于玉米栽培方法迫切需要探索出新的種植模式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于豫北種植區(qū)的提高夏玉米產(chǎn)量和氮肥效率的栽培方法，合理搭配不同氮效率品種間作及配套的施肥措施以改善玉米群體的氮代謝協(xié)調(diào)性，以提升玉米種植的穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性，并有效延長優(yōu)良品種的生產(chǎn)壽命。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

研究發(fā)現(xiàn)玉米氮代謝過程與玉米產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性密切相關(guān)；玉米品種的遺傳基礎(chǔ)決定了不同玉米品種的氮代謝具有基因型差異；進一步的研究表明，不同玉米品種對于氮素的吸收、同化和轉(zhuǎn)運能力以及光合性能不但存在著基因型差異，而且還受到氮肥施用措施(時機、方式、用量等)的干預和影響；因而，根據(jù)玉米品種自身的氮代謝所表現(xiàn)出來的基因型差異，通過間作、施肥等栽培措施改善玉米氮代謝的協(xié)調(diào)性，是提高玉米產(chǎn)量、提升肥料利用效率，減少環(huán)境污染，進而降低生產(chǎn)成本的一種新途徑。

為此，設(shè)計一種提高夏玉米產(chǎn)量和氮肥效率的栽培方法，包括以下步驟：

(1)選取低氮高效玉米品種和高氮高效玉米品種進行間作(優(yōu)選每隔兩行間作)，播種量以達到6～7.5萬株/公頃的種植密度為準；

(2)于苗期施用氮肥(N)110～125kg/hm²、磷肥(P₂O₅)75～90kg/hm²、鉀肥(K₂O)90～120kg/hm²，優(yōu)選距離玉米行15cm、深8～10cm開溝條施后覆土；

(3)于大喇叭口期追施氮肥(N)115～130kg/hm²，優(yōu)選撒施后澆水，使肥料隨水進入土壤；

(3)灌溉、病蟲草害防治等其它田間管理措施同當?shù)剞r(nóng)民習慣一致；

(4)于玉米籽粒乳線消失后按常規(guī)方法進行收獲。

所述低氮高效品種是指施氮量低時產(chǎn)量和氮肥利用效率較高的品種，其中本領(lǐng)域公認的低氮高效品種包括鄭單958；所述高氮高效品種是指施氮量較高時產(chǎn)量和氮肥利用效率較高的品種，其中本領(lǐng)域公認的高氮高效品種包括浚單20。

還可以根據(jù)以下判斷標準來選擇低氮高效品種和高氮高效品種：

高氮高效品種：當施純氮量≥240kg/hm²，灌漿初期穗位葉P/R值(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶與核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶活性比值)大于3.9，即高氮條件下碳、氮代謝協(xié)調(diào)性好；

低氮高效品種：在低氮(施純氮量≤120kg/hm²)和高氮(施純氮量≥240kg/hm²)條件下，灌漿初期穗位葉片P/R值均大于4.4，即在不同施氮水平上均能較好維持碳、氮代謝協(xié)調(diào)性。

本發(fā)明的積極有益技術(shù)效果如下：

(1)本發(fā)明合理利用玉米種內(nèi)遺傳多樣性進行不同基因型玉米間作，既能克服玉米同其它作物間作所帶來的不便、豐富群體遺傳多樣性、優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，還能提高玉米群體的抗逆性、穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性，并有效延長優(yōu)良品種的生產(chǎn)壽命；在本發(fā)明中利用不同玉米品種間作及施肥措施，能集約利用光、熱、肥、水等自然資源的種植方式，實現(xiàn)土地、養(yǎng)分和水熱資源在時間和空間上的集約化利用。本發(fā)明實踐研究表明，合理的玉米品種間作、混作可以通過協(xié)調(diào)作物間的競爭與互補關(guān)系，充分利用自然資源，減少病蟲害等方面提高作物群體產(chǎn)量和整體經(jīng)濟效益。

(2)本發(fā)明間作種植模式下，隨著施氮量的增加，吐絲期和灌漿期的玉米凈光合速率有顯著的增加；不同氮效率玉米品種間作改善了群體質(zhì)量和碳、氮營養(yǎng)，提高了光合速率；本發(fā)明栽培方法可提高凈光合速率7.43～47.68％，地上部生物量增加2.76～15.19％，協(xié)同增加了穗粒數(shù)和千粒重，較單作增產(chǎn)5.31～8.82％；并且提高了夏玉米氮素積累量，氮肥利用率提高3.10～3.47個百分點，氮肥農(nóng)學效率提高1.08～2.64kg·kg^-1。

附圖說明

圖1為不同品種夏玉米間作對氮素養(yǎng)分積累量的影響；

圖2不同品種夏玉米間作對地上部生物量的影響。

具體實施方式

以下以選擇2014年度的栽培試驗為具體實施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護范圍不限于此。

實施例1夏玉米栽培施肥試驗：

1、材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2014年6月～10月在河南省鶴壁市淇濱區(qū)鉅橋鎮(zhèn)劉寨村進行，供試土壤為黏壤質(zhì)潮土，種植模式為小麥玉米輪作。供試土壤有機質(zhì)為17.83g·kg^-1，堿解氮為98.79mg·kg^-1，速效磷為15.82mg·kg^-1，速效鉀為166.50mg·kg^-1。

1.2試驗設(shè)計

試驗為裂區(qū)試驗設(shè)計，主區(qū)為種植模式：鄭單958單作(用ZD958表示，下同)，浚單20單作(用XD20表示，下同)，鄭單958和浚單20間作(2:2)(用ZD958││XD20表示，下同)；副區(qū)為施氮水平：N0-不施氮，N1-240kg·hm^-2，N2-450kg·hm^-2。各處理磷鉀肥施用一致，磷肥(P₂O₅)75kg·hm^-2、鉀肥(K₂O)90kg·hm^-2，磷、鉀肥苗期一次性施入，氮肥50％苗期施用，50％做大喇叭口期追肥。小區(qū)面積32m²，三次重復，隨機區(qū)組排列。

供試玉米品種為浚單20和鄭單958兩個超高產(chǎn)玉米品種，種植密度為67500株/公頃。2014年6月15日種，10月1日收獲。灌溉、病蟲草害防治等其它田間管理措施同當?shù)剞r(nóng)民習慣一致。

1.3測定項目與方法

播種施肥前采集0～30cm基礎(chǔ)土壤樣品，常規(guī)方法測定土壤養(yǎng)分。在玉米的關(guān)鍵時期(大喇叭口期、吐絲期、灌漿期)測定各小區(qū)夏玉米葉片的SPAD值(前期取玉米植株的最新完全展開葉，抽穗后取植株穗位葉)，用日本產(chǎn)SPAD502測定，每個小區(qū)測20片同一位置的葉片，取平均值。

成熟期，每個小區(qū)收獲30穗玉米，裝入尼龍網(wǎng)袋，曬干稱重，以含水量14％折算作為小區(qū)產(chǎn)量，另取10穗玉米進行考種，調(diào)查穗長、穗行數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等。收獲時采集各小區(qū)代表性植株樣品2株，在105℃殺青15分鐘，然后在65℃烘干至恒重，用天平稱重，測定植株的干物重，常規(guī)方法測定植株和籽粒的養(yǎng)分。

于玉米吐絲期和灌漿期，在晴朗的上午用LI-6400型便攜光合儀測定夏玉米葉片光合指標，每小區(qū)選取代表性植株3株測定其穗位葉，求平均值。

1.4相關(guān)指標計算

氮素積累量(kg·hm^-2)＝非收獲物干重×非收獲物養(yǎng)分含量+收獲物干重×收獲物養(yǎng)分含量；

氮肥利用率(％)＝(施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量－不施氮肥區(qū)植株地上部氮素積累量)/施氮肥量×100；

氮肥農(nóng)學效率(kg·hm^-2)＝(施氮肥區(qū)產(chǎn)量－不施氮肥區(qū)產(chǎn)量)/施氮肥量。

1.5數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel、DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

2、結(jié)果與分析

2.1兩不同品種夏玉米間作對產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

由表1可知，不同氮水平處理下，兩品種間作產(chǎn)量均顯著高于單作。N0水平下ZD958││XD20較ZD958和XD20分別增產(chǎn)8.82％和6.34％；N1和N2水平下分別增產(chǎn)7.19％、5.88％和6.53％、5.31％。該兩品種間作可協(xié)同提高穗粒數(shù)和千粒重而增加產(chǎn)量。ZD958││XD20下，N1和N2分別增產(chǎn)9.55％和11.22％；穗粒數(shù)和千粒重分別增加2.23％、8.01％和8.74％、7.31％；說明施氮240kg·hm^-2的ZD958││XD20即可達到較高產(chǎn)量。表1中同列不同字母表示同一氮水平下不同種植模式差異顯著(P<0.05)，括號內(nèi)不同字母表示間作種植模式下不同氮水平間差異顯著(P<0.05)。

表1兩不同品種夏玉米間作對產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響

2.2兩不同品種夏玉米間作對氮素養(yǎng)分積累量的影響

由圖1可知，在N0和N1水平下ZD958的氮素養(yǎng)分積累量均高于ZD958││XD20和XD20；在N2水平下ZD958││XD20的氮素養(yǎng)分積累量均高于ZD958和XD20，分別增加7.11％和7.44％，但差異不顯著。ZD958││XD20下，施氮對夏玉米氮素養(yǎng)分的積累有顯著的增加作用，N1水平和N2水平分別增加19.46％和8.92％。說明低氮水平下有利于ZD958的氮素養(yǎng)分積累量的增加，而高氮水平下則ZD958││XD20的氮素養(yǎng)分積累量較高。

2.3兩不同品種夏玉米間作對SPAD值的影響

由表2可知，各施氮水平下，在夏玉米生長的大喇口期、吐絲期和灌漿期ZD958││XD20SPAD值均大于ZD958和XD20，其中N0水平下，大喇口期和吐絲期ZD958││XD20的SPAD值均達到顯著水平；N1水平下，在灌漿期ZD958││XD20顯著高于XD20。N2水平下在吐絲期ZD958││XD20顯著高于XD20。ZD958││XD20下增施氮肥，對夏玉米生長的大喇口期、吐絲期和灌漿期的SPAD值均有顯著增加作用。說明不同施氮水平下，SPAD值均是ZD958││XD20效果較好。

表2兩不同品種夏玉米間作對SPAD值的影響

2.4兩不同品種夏玉米間作對光合速率的影響

光合速率的強度決定了光合產(chǎn)物積累的速度，由表3可以看出，吐絲期，不同施氮水平ZD958││XD20的凈光合速率均顯著高于ZD958和XD20。N0水平下，吐絲期ZD958││XD20的凈光合速率較ZD958和XD20單作分別增加47.68％和30.89％；N1和N2水平下分別增加27.31％、22.16％和19.20％、7.43％。灌漿期ZD958││XD20的凈光合速率高于ZD958和XD20，但差異不顯著；隨著施氮量的增加在吐絲期和灌漿期對氣孔導度、細胞間隙CO₂濃度和蒸騰速率有一定影響，但不顯著。ZD958││XD20下，夏玉米凈光合速率和氣孔導度均隨著施氮量的增加，且均隨生育期的推進而降低。吐絲期和灌漿期的玉米凈光合速率有顯著的增加，吐絲期N1水平和N2水平分別增加31.90％和50.74％；灌漿期N1和N2水平下分別增加14.20％和26.22％。N1和N2水平下吐絲期和灌漿期兩品種間作種植模式的氣孔導度和蒸騰速率均比N0水平有顯著增加，對細胞間隙CO₂濃度有一定影響，但不顯著。說明ZD958││XD20下適量施氮即可達到較高的凈光合速率。

表3兩不同品種夏玉米間作對光合速率的影響

2.5兩不同品種夏玉米間作對地上部生物量的影響

由圖2可以看出，N0和N1水平下，ZD958││XD20的地上部生物量較XD20均顯著增加，N1和N2水平下ZD958││XD20的地上部生物量均高于ZD958，但差異不顯著。N1水平下ZD958││XD20較ZD958和XD20分別增加2.76％和10.47％。N2水平下，ZD958││XD20的地上部生物量均高于ZD958和XD20，但差異不顯著，較ZD958和XD20分別增加0.21％和6.41％。ZD958││XD20下，施氮對地上部生物量有增加作用，NI和N2水平下地上部生物量分別增加13.23％和15.19％，但N2和N1水平間沒有顯著差異。說明ZD958││XD20下施氮240kg·hm^-2即可達到較高的生物量。

2.6兩不同品種夏玉米間作對氮肥利用效率的影響

由表4可知，N1水平下ZD958││XD20的氮肥利用率較XD20提高了3.10個百分點，而低于ZD958；N2水平下ZD958││XD20氮肥利用率較ZD958和XD20分別提高了3.32和3.47個百分點。N1、N2水平下，ZD958││XD20的氮肥農(nóng)學效率較ZD958分別提高了2.64、1.31kg·kg^-1，較XD20分別提高了2.19、1.08kg·kg^-1。低氮下ZD958氮肥利用率較高，而高氮下ZD958││XD20氮肥利用率較高，ZD958││XD20在施氮240kg·hm^-2氮肥農(nóng)學效率最高。表1括號內(nèi)為間作種植模式較浚單20單作下的氮肥利用率和農(nóng)學效率，括號外為間作種植模式較鄭單958單作下的氮肥利用率和農(nóng)學效率。

表4不同品種夏玉米間作對氮肥利用效率的影響

3、結(jié)果

在適宜的種植模式和管理條件下，玉米產(chǎn)量的提高取決于穗粒數(shù)的增加和千粒重的提高，在一定施氮范圍內(nèi)，玉米產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加；本發(fā)明試驗條件下，不同氮水平處理下，該兩品種間作產(chǎn)量均顯著高于單作；不施氮水平下ZD958││XD20較ZD958和XD20分別增產(chǎn)8.82％和6.34％；施氮240和450kg·hm^-2水平下分別增產(chǎn)7.19％、5.88％和6.53％、5.31％。ZD958││XD20下，施氮240kg·hm^-2和施氮450kg·hm^-2產(chǎn)量分別增加9.55％和11.22％；穗粒數(shù)和千粒重分別增加2.23％、8.01％和8.74％、7.31％。該兩類氮效率玉米品種間作協(xié)同增加了穗粒數(shù)和千粒重，進而提高了產(chǎn)量。

兩不同基因型(氮效率不同)玉米合理間作，不僅可以豐富群體遺傳多樣性、優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)、增強群體抗逆性，而且能夠有效延長優(yōu)良品種的生產(chǎn)壽命。適宜的施氮和有機肥可以延長干物質(zhì)積累的旺盛時期，使玉米干物質(zhì)總量積累速率最大的時刻推后1～3d，增加了玉米的干物質(zhì)積累量。本試驗條件下，ZD958││XD20在不同氮水平下的地上部生物量均大于ZD958和XD20。光合作用是玉米進行物質(zhì)生產(chǎn)的基本生理過程，適量施用氮素可以減少花后葉片中氮素的輸出，延緩葉片衰老，維持較高的光合速率，為籽粒灌漿提供充足的碳水化合物。本試驗不同氮水平下，吐絲期ZD958││XD20的凈光合速率顯著高于ZD958和XD20，大喇口期、吐絲期和灌漿期ZD958││XD20SPAD值均大于ZD958和XD20。本發(fā)明間作種植模式下，隨著施氮量的增加，吐絲期和灌漿期的玉米凈光合速率有顯著的增加。該不同氮效率玉米品種間作改善了群體質(zhì)量和碳素營養(yǎng)，提高了光合速率。

以上試驗及多年種植實踐表明表明，該不同氮效率品種夏玉米間作可以提高夏玉米氮素積累量。本發(fā)明試驗研究表明施氮240kg·hm^-2ZD958││XD20氮肥利用效率高于XD20而低于ZD958，施氮450kg·hm^-2ZD958││XD20氮肥利用效率均高于ZD958和XD20；施氮240kg·hm^-2和450kg·hm^-2下ZD958││XD20的氮肥農(nóng)學效率均高于ZD958和XD20。不同氮效率玉米品種間作提高了高氮水平下的夏玉米氮肥利用效率。