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玉米产量在过去十几年已显著提高,而氮的利用效率(NUE)则由于氮肥过量施用而远远落后于这一增长。由于现代杂交种对氮肥的反应更强,因此,以高氮肥投入来提高产量,却导致氮素淋溶问题和氮素回收率低。每个玉米品种都有其遗传和农艺特性,应通过优化农艺管理措施加以发挥品种特性,挖掘作物生产潜力。在此背景下,本研究进行了两年田间试验(2017年和2018年),通过RCBD田间设计,定量化我国主要的高产玉米品种(ZD958,XY335)在不同的氮素投入(0N,120N,240N,450N)和种植密度下(67,500和90,000株ha-1)的氮素吸收和再分配,并研究其氮密互作效应。这项研究的具体目标是:a)研究氮素吸收和转运的变化规律,b)评估氮素施用量和种植密度对干物质积累,作物产量和产量构成因子的影响,c)研究高氮和高密度相互作用对作物冠层内光分布、光合性能和气体交换参数的影响;d)定量高密群体不同土壤深度下的Nmin淋溶程度,以定量化群体氮素吸收量;e)定量不同种植密度下的氮需求和再分配。主要研究结果如下:1)高密度显著提高群体产量,而过量施氮并没有带来产量显著提高。XY335在高密度(90,000株ha-1)下在240N时最大谷物产量为16.91 Mg ha-1,随后在高植物密度下在240N时ZD958达到14.66 Mg ha-1。与低密度群体相比,240N的高密度群体ZD958和XY335的产量分别提高了24%和31%。从结果可以看出,与ZD958相比,XY335对高氮的响应更强。但是,与240N相比,处理450N并没有显著提高品种农艺性能及其产量,高密度下XY335和ZD958的产量分别为16.09和13.86 Mg ha-1,低于240N的群体产量。两玉米品种花前干物质积累平均ZD958占41%和XY335占37%。花后干物质积累大约为59-63%,其中约74%的干物质积累发生在快速灌浆期(30 DAS)。高密度使每株干物质减少了7%,与低植物密度相比,花后单株干物平均减少了2.26%。2)与ZD958相比,各项农艺参数(干物质积累,N吸收,百粒重,干物质积累速率,穗粒数)结果表明XY335对种植密度的压力耐受性更高。高密下,平均单株谷物产量(GYP)降低9%,每株植物的干物质积累平均降低了7%。总氮的吸收也受到负面影响(平均减少9%)。高密度下,对照区(0N)吐丝期单株氮素吸收量较低密度降低了29%,在240N处理下,XY335和ZD958的单株氮素吸收量分别降低6%和11%。与对照相比,高密度条件下的氮素吸收总量较低密度降低24%,而对于其他氮素处理(120N,240N,450N)平均降低5%,这表明高氮有助于缓解高密度的压力。在吐丝初期,高密度植株的叶片、叶鞘和苞叶中的氮素含量较低密度降低约20%,茎杆氮素含量降低15.6%;而在成熟期,叶片、叶鞘、苞叶和籽粒的氮素含量分别降低17.5%、11.5%、25.5%和7.2%。3)与ZD958相比,XY335的单株籽粒产量主要来源于千粒重的增加。结果显示,与ZD958相比,XY335增加的籽粒产量(GY)也来源于花后干物质积累,以及较高的花后氮吸收率。XY335的氮素利用率(NUE)较ZD958高21%。XY335氮素吸收效率比ZD958高24%,而ZD958对氮素转运效率比XY335高10%。ZD958的氮素转运效率也比XY335高17%,而且ZD958最终籽粒的氮素转运比例比XY335高32%。因此,ZD958的叶片再活化效率较XY335更高。在吐丝初期,ZD958叶片、叶鞘和苞叶的器官氮素含量分别比XY335高9%、25%和17%,而XY335的茎部氮素含量较ZD958高9.6%。在成熟期,ZD958叶片、叶鞘和苞叶的器官氮素含量分别比XY335高3.6%、23.8%、14.9%,但茎部和籽粒氮素含量分别比XY335高5.8%和12%。XY335中最终籽粒中的氮素含量(g·株-1)平均比ZD958高22%。4)营养后期(V12,VT)的氮供应改善了两个品种生殖后期(R3,R5)的气体交换参数(光合作用,气孔导度和蒸腾速率),其中450N和240N导致更高的光合性能。通常,上部叶片和穗位叶的XY335的光合作用速率更高,但品种间差异的显著性相对较低。关于植物密度的影响,两品种在2018年高密度下光合作用速率都得到了提高。高氮群体光合作用增强归因于冠层内高密度下光穿透率增加,以及叶片SPAD值的提高。这意味着在高密度下花后后期,处于竞争中的单个作物由于较高的干物质积累速率而倾向于加速碳水化合物的代谢,这是首次定量化高密度下群体光合与氮平衡。5)高氮处理240N和450N显著提高了玉米的光合作用。由于在高密度下较高的花后干物质积累速率,再加上由于适量氮施用而增加的光合产物产量和冠层透光率,从而导致干物质积累增加并最终提高了谷物产量,然而过量氮施用后高密度群体光合作用与干物质积累平衡被打破。240N处理和450N处理的光合速率基本相同,因此平均产量差异也不显著。较其他处理,450N处理的不同土壤深度的氮过剩(0-20cm=19,20-40cm=12 mg NO3 kg–1)最大。由于吐丝后期光合作用极小,进而影响粒重和产量的提高。作物对种植密度的响应表明,XY335在高密度下表现出了较好的农艺性能,因为它比ZD958具有更强的密度胁迫耐受力。平衡吐丝前后氮素吸收,可以保证更多的同化物质分配到籽粒中,而在吐丝后30天,籽粒灌浆率的提高有助于在高植株密度和高施氮量条件下提高籽粒产量。过量供氮并未显著增加产量的主要原因是高氮下光合氮素利用率显著降低以及深层土壤残留氮素过量累计导致。