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• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

高密度种植下氮肥对玉米根系生长及氮代谢的影响

周文丽(), 郝淼艺, 张仁和()   

  1. 西北农林科技大学农学院,712100,陕西杨凌
  • 收稿日期:2024-12-30 修回日期:2025-02-25 出版日期:2026-02-15 发布日期:2026-02-10
  • 通讯作者: 张仁和,主要从事玉米高产高效栽培技术研究,E-mail:zhangrenhe@nwsuaf.edu.cn
  • 作者简介:周文丽,主要从事玉米栽培生理研究,E-mail:2022050008@nwsuaf.edu.cn
  • 基金资助:
    陕西省重点研发计划项目(2024NC-ZDCYL-01-04)

Effects of Nitrogen Fertilizer on Maize Root Growth and Nitrogen Metabolism under High-Density Planting

Zhou Wenli(), Hao Miaoyi, Zhang Renhe()   

  1. College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China
  • Received:2024-12-30 Revised:2025-02-25 Online:2026-02-15 Published:2026-02-10

摘要: 以玉米品种先玉335为材料,设置常规密度处理6.75×104株/hm2(D1)和高密度处理8.25×104株/hm2(D2),以及5个施氮水平(0、160、220、280和340 kg/hm2),分析高密种植下施氮对玉米产量、根系生长分布及氮代谢的影响。结果表明,籽粒产量随施氮量增加呈先增后减的趋势,D2处理下产量显著高于D1处理,高密度种植和优化施氮量(160~220 kg/hm2)的组合较常规管理增产39.1%~51.8%。优化密氮组合可增加根长、根长密度、根表面积、根体积和比根长,并提高根系谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性,且2种酶活性与根系生长分布呈显著正相关。综上,推荐种植密度为8.25×104株/hm2时施纯氮160~220 kg/hm2,该组合通过增强氮代谢酶活性,促进根系生长,增加土壤养分吸收,进而提高玉米产量,可作为陕西关中玉米高产种植模式。

关键词: 玉米, 根系, 密度, 氮肥, 氮代谢, 产量

Abstract:

The effects of nitrogen (N) application on maize yield, root distribution, and N metabolism were analyzed under high-density planting by using the maize cultivar Xianyu 335 as material, setting up a conventional density treatment of 6.75×104 plants/ha (D1) and a high-density treatment of 8.25×104 plants/ha (D2), and applying N at five rates (0, 160, 220, 280, and 340 kg N/ha) per density treatment. The results indicated that with the increasing of N application rate, the maize yield showed a trend of increasing and then decreasing. The yield of D2 treatment was significantly higher than that of D1 treatment and the combination of high-density planting and optimized N application (160-220 kg N/ha) increased the yield by 39.1%-51.8% compared to conventional management. The optimized combination of N rates and planting densities increased root length, root length density, root surface area, root volume, specific root length, as well as the activities of glutamate synthase and glutamine synthetase in roots. The two enzyme activities were positively correlated with root growth distribution. In conclusion, an application of 160-220 kg/ha of N at a planting density of 8.25×104 plants/ha is recommended. This combination enhances nitrogen metabolism enzyme activities, promotes root growth, and increases soil nutrient uptake, thereby improving maize yield. This can serve as a high-yield maize planting model for the Guanzhong region of Shaanxi.

Key words: Maize, Root system, Density, Nitrogen fertilizer, Nitrogen metabolism, Yield

图1

2021-2022年玉米生育期的日均温度和日降水量变化

表1

2021-2022年不同密度和氮肥处理对玉米产量及其构成因素的影响

年份
Year
密度处理
Density
treatment
氮肥处理
N treatment
(kg/hm2)
穗数
Ear number
(×104 plants/hm2)
穗粒数
Kernel number
per ear
百粒重
100-grain
weight (g)
出籽率
Kernel
percentage (%)
籽粒产量
Grain yield
(×104 kg/hm2)
2021 D1 N0 6.72c 470.08a 31.05c 0.79bc 0.78c
N1 6.78c 476.95a 35.40bc 0.82ab 0.94abc
N2 6.56c 539.09a 39.89ab 0.76c 1.07ab
N3 6.17c 496.80a 36.09bc 0.82ab 0.90bc
N4 6.22c 517.39a 32.86c 0.80ab 0.84b
D2 N0 7.17ab 486.21a 38.27ab 0.82ab 1.09a
N1 7.50a 552.21a 40.39a 0.82ab 1.25a
N2 5.94c 502.00a 37.44abc 0.84a 1.03abc
N3 6.39c 491.84a 37.07abc 0.81ab 0.95abc
N4 7.22ab 476.35a 33.59bc 0.80ab 0.93bc
FF value 密度 * ns * * **
施氮量 * ns * ns **
密度×施氮量 ns ns ns * ns
2022 D1 N0 5.87bc 404.57de 33.76ab 0.70ab 0.79c
N1 5.60c 484.40bc 35.39a 0.79ab 0.96bc
N2 5.92bc 488.17bc 34.83ab 0.78ab 1.00bc
N3 5.17c 460.60bcd 34.96ab 0.74ab 0.82c
N4 5.87bc 441.20cde 35.38a 0.71ab 0.92bc
D2 N0 7.57a 399.27e 33.90ab 0.77ab 1.01abc
N1 6.99a 423.21de 35.37a 0.82a 1.04abc
N2 7.47a 501.50a 33.64ab 0.75ab 1.25a
N3 6.88ab 480.77bc 33.04ab 0.65b 1.09ab
N4 7.31a 398.90e 30.80b 0.80ab 0.90bc
FF value 密度 ** ns ns * *
施氮量 ns ** ns ns *
密度×施氮量 ns * ns * ns

图2

2021-2022年不同密度和氮肥处理对玉米根系形态的影响 不同大写字母表示不同种植密度处理之间差异显著(P < 0.05),不同小写字母表示同一密度下不同施氮量处理之间差异显著(P < 0.05)。“*”、“**”和“***”分别表示在P < 0.05、P < 0.01和P < 0.001水平上存在显著影响,“ns”表示影响不显著。下同。

图3

2021-2022年不同密度和氮肥处理对玉米根系构型的影响 RIA:根系行间张角;RRA:根系株间张角;MRIW:根系行间最大宽度;MRRW:根系株间最大宽度;RA:根系行间与株间最大张角比;RW:根系行间与株间最大宽度比;RSA:根表面积;RV:根体积;RL:根长;RLD:根长密度;SRL:比根长;RSR:根冠比。

图4

2021-2022年不同密度和氮肥处理对玉米根系氮代谢酶活性的影响

表2

产量、根系生物学特性以及生理指标的相关性分析

指标Index RIA RRA MRIW MRRW RA RW RSA RV RL RLD SRL RSR NR GS GOGAT GY
RIA 1.000
RRA 0.809** 1.000
MRIW 0.708** 0.734** 1.000
MRRW 0.295* 0.194 0.306* 1.000
RA 0.148 -0.452** -0.127 0.121 1.000
RW 0.330* 0.473** 0.609** -0.551** -0.261* 1.000
RSA 0.582** 0.506** 0.529** 0.136 0.063 0.325* 1.000
RV 0.372** 0.212 0.270* 0.006 0.236 0.209 0.806** 1.000
RL 0.600** 0.547** 0.596** 0.212 0.029 0.340** 0.767** 0.560** 1.000
RLD 0.583** 0.528** 0.591** 0.193 0.028 0.359** 0.692** 0.524** 0.969** 1.000
SRL 0.290* 0.319* 0.358** 0.209 -0.069 0.161 0.637** 0.460** 0.803** 0.761** 1.000
RSR 0.690** 0.704** 0.681** 0.267* -0.113 0.362** 0.600** 0.360** 0.657** 0.627** 0.266* 1.000
NR 0.163 0.157 0.075 -0.122 -0.030 0.153 0.410** 0.242 0.323* 0.233 0.312* 0.122 1.000
GS -0.105 -0.095 0.008 -0.203 0.002 0.175 0.028 0.124 0.087 0.125 0.153 -0.088 0.064 1.000
GOGAT 0.485** 0.368** 0.504** 0.287* 0.127 0.191 0.676** 0.563** 0.741** 0.718** 0.655** 0.521** 0.498** 0.142 1.000
GY 0.198 0.183 0.331** 0.053 -0.007 0.221 0.163 0.177 0.356** 0.425** 0.142 0.274* -0.005 0.348** 0.395** 1.000
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