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氮素对玉米生长及生理特性的影响

2011-08-13 23:57 来源:农业 人参与在线咨询

摘  要:综述了氮素对玉米生长及生理特性的影响,阐明了氮素在玉米产量形成中的重要性,为玉米高产研究提供理论参考。
关键词:氮素;玉米;生理特性
    玉米是我国的重要粮食、饲料加工和工业原料作物,在国民经济发展和人民生活中占有重要的地位。在耕地面积减小,资源约束加大,生态环境恶化的情况下,要发展粮食生产,保障国家粮食安全,就必须依靠科技的力量,提高单产是满足未来玉米需求的根本途径。氮是植物生长发育中最重要的元素,以施肥的方式补充土壤氮是实现作物高产优质的有效措施之一。为此,本文就氮肥对玉米生长及生理特性的影响进行综述,以期为大面积提升玉米的产量及持续高产提供理论参考与技术支撑。
    一、氮素对玉米农艺性状的影响
    玉米在生长周期中易感氮不足,被称为氮指示植物,玉米农艺性状受氮肥影响明显。如果缺氮,将表现植株细弱,叶色黄绿,底部叶片逐渐向上变黄干枯,雄穗发育延迟或雌穗不能发育,成穗少,粒少,产量明显下降。当氮肥供应充足时,植株枝叶繁茂,躯体高大。当然,过量施氮肥也会对植物生长发育造成负面影响,如植株徒长、根冠比小、营养生长过剩而影响生殖生长等。
    周晓舟和唐创业研究了氮磷钾对秋玉米农艺性状和植株养分的影响,认为施氮极显著增加了秋玉米的株高、穗位高、茎粗、全氮量和全磷量。宋朝玉等研究也认为,氮肥对增加株高、茎粗、穗长、行粒数、穗粒数、千粒重有显著的作用。
    根系形态对氮的吸收显得尤为重要。已有研究表明,增加氮的供应对根系生长的影响可能表现为促进、抑制作用。当氮素缺乏时,相对较多的光合产物被根系利用,形成较大的根系,以便吸收更多的氮素,在高氮供应条件下,根系的生长量降低,从而降低其对深层养分、水分利用的能力。对氮利用效率具有显著差异的两份玉米自交系进行研究,比较它们在不同氮水平下根系形态的动态变化以及对氮的反应。结果表明,在氮素胁迫下,苗期根系形态直接与氮效率相关,它对氮素的高效吸收具有重要作用。陈范骏等研究表明,西玉3号在低氮条件下,在苗期即建立了强大的根系,有利于增强全生育期氮素的吸收,因而表现出高效特性;而高光效1号的情况相反,在高氮条件下具有强大的根系,全生育期大量地吸收氮素,因而表现出高产特性。
    勾玲等认为,倒伏是玉米增加群体密度的主要限制因素,并且茎秆抗倒力学性状与农艺性状密切相关。大多数关于茎秆抗倒力学性状的研究主要从茎秆抗压碎强度、外皮穿刺强度和抗拉弯强度等指标进行考察,并认为玉米茎秆压碎强度与茎倒伏呈显著负相关。袁志华等由茎秆系数的表达式推出,若茎秆高度增加一倍,同时茎粗增加到根号2倍,而茎秆系数值不变,即茎秆抗倒伏能力不变;同时,她还认为,对于同一玉米品种,肥力不同,其秆长、穗位、截面尺寸等茎秆性状不同,茎秆系数不同,抗倒伏能力也就不同。但在玉米群体中,高密度种植和高氮肥施用均易造成倒伏,倒伏率每增加1%,大约减产108 kg/hm2。
    二、氮素与玉米光合生产的关系
    氮肥与光合作用的关系表现在光合叶面积的大小、光合持续时间长短和叶片衰老等方面。增施氮肥可增加LAI和叶面积持续期,进而增加群体光合和子粒产量。施用氮肥可增加玉米叶绿素含量,但Costa等认为,施氮对叶绿素的影响仅能维持20 d,其主要通过增加叶面积来提高产量。Greef等指出,在叶片含氮量0.2—1 mgN/cm2范围内,叶绿素含量及C02通量与叶片含氮量呈正相关,PEP羧化酶和RuBP羧化酶活性随施氮量增加而增加。Osaki等指出,成熟期施氮并不影响叶片RuBP羧化酶活性和叶绿素含量,但增加了PEP羧化酶活性。适宜氮肥用量下,RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性较强。由于氮是碳同化关键酶RuBP羧化酶和PEP羧化酶及叶绿素的重要组成部分,因而营养体过量的氮素转移将导致叶片早衰及光合能力下降。何萍等认为,氮肥用量不足或过量,均加速了生长后期叶面积系数及穗位叶叶绿素含量的下降过程,使叶片衰老提早。韩晓日等研究了不同施肥处理对玉米穗位叶光合指标的影响,认为适宜的施肥量可保持穗位叶光合指标的适宜状态,并能保持较长的高光合持续期。玉米一生中穗位叶对子粒碳水化合物的供应最重要,其叶绿素含量以抽雄期最高,其次为灌浆期,成熟期最低,与抽雄期相比适宜氮肥处理叶绿素含量灌浆期与之较为接近,而施氮不足及过量施氮的处理在灌浆期则显著减少。氮素施用对光合速率具有较大影响。田纪春等研究指出,氮素后移处理光合速率达到最大值的时间一般向后推迟1~5d,光合速率高效持续期则一般延长1~2d。子粒形成的碳、氮可通过玉米后期的碳同化、根系氮吸收及营养体的碳、氮向子粒转移而实现。Osaki发现,玉米体内RuBP羧化酶的更新及蛋白质合成,减少不必要的过剩的氮代谢消耗,从而促进光合产物向子粒转运。
    叶片含氮量对光合能力的影响很大,主要是通过羧化作用有关酶的含量而起作用。黄高宝等发现,适量供氮能提高叶片净Pn和NR活性,提高干物质积累和子粒产量。郑强等认为,叶绿素含量与整株含氮率呈极显著线性关系。氮素能促进叶绿素、蛋白质及酶的合成,并使光合产物及时被利用,以免积累过多而抑制光合作用,所以氮素供应充足时,光合增强。Osaki等认为,营养体过量的氮素转移将导致叶片早衰及光合能力下降,而氮肥用量的增加确减少了玉米叶片碳水化合物的积累,但若供氮过少,使叶片C/N值过低,叶片氮代谢旺盛,光合产物的输出率降低,造成光合产物对光合器官的反馈抑制。John也发现,叶片含氮量的增加,同化速率增加;但是叶片含氮量增加到一定程度时,同化速率不再增加。开花时植株生物量和含氮量与子粒产量呈正相关。金继运等研究磷钾营养与玉米后期碳氮关系发现,在维持叶片较高含氮量从而维持较高光合活性的同时,保证有足够根系氮素和营养体氮素向子粒转移,是玉米高产再高产的关键。
    三、氮素在玉米氮代谢中的调节作用
    玉米产量对氮素化肥的反应随着施氮量和氮素形态而发生变化,氮肥对提高产量和品质以及生产效率是极其重要的。Lafitte等证明,子粒产量与利用效率呈显著正相关,施氮和不施氮时的相关系数分别为0.72和0.85。

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