水氮耦合對玉米產量和品質及生理特性的調控研究.pdf

1、本試驗于2008～2009年在山東省黃淮海玉米技術創(chuàng)新中心和山東省作物生物學重點實驗室進行。本研究采用盆栽的方式，田間試驗和室內生理生化測定相結合的技術路線。選用鄭單21為研究材料，設置三個水分處理：土壤水分含量為田間持水量的40％（W1）、60％（W2）、80％（W3）；四個施氮水平：不施氮（N0）、施控釋氮肥105kg/h㎡（N1）、210kg/h㎡（N2）、315kg/h㎡（N3），研究水氮耦合對玉米產量和品質及生理特性的調控機制

2、，主要研究結果如下：
　　 1水氮耦合對玉米產量的影響
　　 相同水分條件下，玉米的產量隨著施氮量的增加而增加，其中W1水分條件下，各施肥處理玉米產量最低；W2水分條件下，施肥處理增產幅度相對較大，較N0處理分別增產13.93～32.48％，差異顯著；W2N3處理產量最高，表明輕度水分脅迫下可以通過適當增加肥料的投入來獲得產量。而W3水分條件下，各施肥處理分別比N0處理增產14.37％～21.83％，W3N2與W3N3處

3、理產量最高且無顯著差異，表明在正常水分條件下，控釋氮肥的量減少25％（N2）仍可達到很高產量。相同氮肥水平，不同水分條件，各處理產量隨著水分的增加而增加，說明水分能夠顯著提高玉米產量。經顯著性檢驗，水分為主效應，水氮耦合效應達極顯著水平（p<0.01）。
　　 2水氮耦合對玉米品質的影響
　　 水氮耦合對玉米淀粉含量及其組分含量的影響較大。各個水分條件下，隨施氮量的增加，玉米總淀粉含量增加，即N3>N2>N1>N0。不同

4、水分條件有一定差異，W2水分條件下，施肥處理差異顯著；W3和W1條件下的N2與N3處理差異不顯著，經顯著性檢驗，水氮耦合效應達顯著水平（p<0.05）。W2N3、W3N2和W3N3處理的淀粉含量最高且三者差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于淀粉的積累和增加，水氮耦合對支鏈淀粉的影響與總淀粉趨勢一致。對直鏈淀粉含量來說，不施氮處理要顯著高于施氮處理，N3處理表現最低，說明施肥不利于直鏈淀粉的增加。水分對直鏈淀粉含量的影響不顯著，但水

5、氮耦合對其影響顯著。支直比隨著施氮量的增加有增加的趨勢。
　　 水氮耦合對玉米籽粒蛋白質含量的影響不同，水分脅迫能夠提高玉米籽粒蛋白質含量。W1水分條件下，各施氮處理蛋白質含量最高，W2次之，W3最低。施氮可以提高玉米的蛋白質含量，相同水分條件下，蛋白質含量隨施氮量的增加而提高。經顯著性檢驗，從20 d到成熟，玉米蛋白質含量的水氮耦合效應均達顯著水平（p<0.05）。
　　 3水氮耦合對玉米產量和品質影響的生理機制

6、>　　 3.1水氮耦合對玉米光合特性的影響
　　 水分脅迫條件下，葉面積指數、葉綠素含量顯著降低，尤其是重度水分脅迫。隨施氮量的增加，葉面積指數、旗葉葉綠素a含量和葉綠素b含量明顯增加。W2N3和W3N2處理的上述指標最高且差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于提高光合速率。
　　 水氮耦合對玉米穗位葉凈光合速率的影響顯著。開花期水分處理W3的光合速率最高，W2次之，W1表現為最低；相同水分條件下，W2各施氮處理的

7、光合速率表現為隨著施氮量的增加而增加；W1各施氮處理之間差異不顯著；W3條件下，表現為N2和N3處理最高，N1次之。W2N3、W3N2和W3N3處理的光合速率最高且差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，持續(xù)的高光合有利于玉米產量的提高。經顯著性檢驗，玉米光合速率的水氮耦合效應達極顯著水平（p<0.01），后期水分的效應要高于肥料的效應。
　　 在相同施氮量下，葉片的最大光化學效率隨著水分含量的增加而增加。在輕度水分脅迫和正常水分條

8、件下，隨施氮量的增加，玉米葉片PSⅡ實際光化學效率、PSⅡ反應中心的最大光化學效率和光化學猝滅明顯提高，W2N3和 W3N2處理最高且差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于提高光合速率，水氮耦合效應都達顯著水平（p<0.05）。
　　 3.2水氮耦合對玉米碳代謝關鍵酶活性的影響
　　 W1水分條件下，各施氮處理的SPS活性要顯著高于不施氮處理，但施氮處理間差異不顯著。W2和W3各處理表現出隨著施氮量的增加而增加的變化

9、，差異達到顯著水平。從不同水分來看，總體表現為W3>W2>W1，隨著水分脅迫的加劇，葉片的SPS活性隨之下降。W2N3和W3N2處理的SPS活性最高且差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于蔗糖向淀粉的轉化，提高玉米品質。
　　 3.3水氮耦合對玉米氮代謝關鍵酶活性的影響
　　 同一水分條件下，施氮處理的GS活性都顯著高于N0，隨著施氮量的增加，各處理的GS活性表現出增加的趨勢。相同施氮量情況下，整個生育期W3和W2處

10、理的GS活性都要顯著高于W1，且W3各處理在開花20 d之前要顯著高于W2處理，之后差異不顯著。W2N3和W3N2處理的SPS活性最高且差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于籽粒的灌漿。經顯著性檢驗，花后各個時期，玉米穗位葉的GS活性的水氮耦合效應都達到極顯著水平（p<0.01），水氮的單作效應也表現為顯著。
　　 3.4水氮耦合對玉米氮素積累的影響
　　 相同水分條件下，氮素積累隨著施氮量的增加而顯著增加。不同水分

11、處理間比較，表現為W3>W2>W1，表明水分有利于玉米對氮素的吸收與積累。W2N3、W3N2和W3N3處理的氮素積累量最高，三者之間差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于提高玉米的氮素利用率。
　　 所有施氮處理相比，其氮肥農學效率隨施氮量增高而下降，相同施氮量比較，隨著水分含量的增加而增加，差異達到顯著水平，W2N3和W3N2處理的氮肥農學效率要比W2N2和W3N3處理高。不同處理的氮肥利用率在20.2％～36.6％，平均

12、為28.1％，變化趨勢與氮肥農學效率一致。相同水分條件下，隨著施氮量的增加，各處理的氮素依存率降低。
　　 3.5水氮耦合對玉米活性氧代謝和膜脂過氧化的影響
　　 水分脅迫顯著降低穗位葉、籽粒和根系SOD、POD、CAT活性及可溶性蛋白含量，而丙二醛含量增加。相同水分條件下，隨著施氮量的增加，可以不同程度提高SOD、POD和CAT的活性。隨著氮肥的增加，玉米穗位葉、籽粒和根系的MDA含量逐漸下降。W2N3、W3N2和W3

13、N3處理的穗位葉、籽粒和根系SOD、POD、CAT活性及可溶性蛋白含量最高，三者之間差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于保護葉片酶系統(tǒng)活性。經顯著性檢驗，水氮耦合對SOD、POD和CAT提高和MDA降低的效應達顯著水平。
　　 3.6水氮耦合對玉米根系特性的影響
　　 水氮耦合有利于根干重和根體積的增加，W2水分條件下，各施氮處理表現為隨著施氮量的增加而增加，W1水分條件下，各施氮處理差異不顯著，W3水分條件下，前

14、期N3處理要高于N2，后期二者無差異。相同施氮量，不同水分間比較，W3>W2>W1，差異顯著。相同水分條件下，W1各施氮處理玉米的根系活力呈直線下降，處理間差異不顯著。W2和W3水分條件下，各處理根系活力隨著施氮量的增加而增加，水氮耦合效應達到顯著水平。相同施氮處理下，不同水分處理表現為W3>W2>W1，差異顯著。W2N3、W3N2和W3N3處理的根干重、根體積和根系活力最高，三者之間差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于根系保持較

15、高的吸收供養(yǎng)能力。
　　 3.7水氮耦合對玉米內源激素的影響
　　 水分脅迫顯著降低玉米穗位葉、籽粒和根系中內源激素GA、ZR、LAA的含量，不利于胚乳細胞的分裂、分化以及籽粒的灌漿，影響玉米產量的提高。W2N3、W3N2和W3N3處理的穗位葉、籽粒和根系中內源激素GA、ZR、IAA的含量最高，三者之間差異不顯著，均顯著高于其它耦合處理，有利于提高玉米籽粒胚乳細胞分化合籽粒灌漿。
　　 水分脅迫對ABA含量的影響