《International Journal of Agronomy》：Effects of Fertilizer Nitrogen on Dry Matter and Grain Yields of Hybrid Maize (Zea mays L.) Varieties
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本研究深入探讨了在加纳土壤肥力年际下降的背景下，施用氮肥对杂交玉米产量性状的关键影响。通过在Samreboi地区为期两年的田间试验，系统评估了三种玉米品种（Ahuofe, Dzifoo, Kunjor Wari）在四种施氮水平（0, 60, 90, 120 kg N ha-1）下的表现。研究发现，从60 kg N ha-1提高到120 kg N ha-1能显著提升玉米的籽粒产量、植株生物量、每穗粒数及收获指数，尤其在Dzifoo和Ahuofe品种上效果最为显著。该结果为在相关农业生态区优化氮肥管理、提升玉米生产力提供了重要科学依据。
氮肥对杂交玉米（Zea mays L.）品种干物质与籽粒产量的影响
1. 引言
玉米（Zea mays L.）是全球重要的禾本科作物，是继水稻和小麦之后的第三大谷物。在加纳，玉米是最广泛种植和消费的谷物，提供了约25%的总卡路里摄入量。然而，土壤肥力的年际下降对作物生产构成了重大挑战。氮（N）是提高农业生产力的关键元素，能促进植物对钾（K）、磷（P）等必需矿物质的利用。玉米是一种“重氮”作物，在生长周期中需要大量养分，氮素不足会严重影响其产量，据报道，氮胁迫可导致开花后3周内约85%的籽粒败育。尽管氮肥对全球粮食安全贡献巨大，但在加纳，关于特定矿质肥料施用量对不同玉米品种产量影响的研究尚不充分。因此，本研究旨在探究不同施氮量对Dzifoo、Ahuofe和Kunjor Wari三种杂交玉米品种在雨养条件下、沙壤土中的干物质生产、产量及产量构成因素的影响。
2. 材料与方法
试验于2022年小雨季和2023年大雨季在加纳西部省Wassa Amenfi West市的Samreboi进行。试验地土壤为低肥力沙壤土，有机质含量和pH值较低。研究采用3×4因子设计，排列在随机完全区组设计中，设三次重复。第一个因子为三个玉米品种：Ahuofe、Dzifoo和Kunjor Wari；第二个因子为四个施氮水平：0、60、90和120 kg N ha-1。氮源为NPK 15-15-15和尿素，分两次施用：50%的NPK在基肥期（种植后10天）施用，50%的尿素在10叶期（种植后35天）施用。对照小区不施用任何肥料（0 kg N ha-1）。试验进行了标准的农艺管理，包括播种前种子处理、间苗、人工除草以及使用化学药剂（Warrior Super）防治秋粘虫（Spodoptera frugiperda）。在生理成熟期进行收获，并测量了多项产量参数，包括每株穗数、穗长、穗直径、每穗粒数、收获指数、地上部干生物量产量和籽粒产量。使用R Studio软件进行数据分析，采用方差分析（ANOVA），并使用5%概率水平的邓肯多重范围检验（DMRT）进行均值分离。
3. 结果
3.1. 处理对产量及产量构成因素的影响
3.1.1. 每株穗数、穗直径和穗长
在2022年和2023年，施氮水平与品种的互作对每株穗数均有显著影响。在2022年，Dzifoo品种在120 kg N ha-1处理下获得了最高的每株穗数（1.73 ± 0.12）。在2023年，Dzifoo品种在120 kg N ha-1处理下同样获得了最高的每株穗数（1.8 ± 0.20）。穗直径方面，两个季节中，Ahuofe品种在120 kg N ha-1处理下均获得了最大的穗直径（2022年：4.51 ± 0.11 cm；2023年：4.99 ± 0.12 cm）。穗长结果类似，两个季节中，Ahuofe品种在120 kg N ha-1处理下均获得了最长的穗长（2022年：15.12 ± 0.19 cm；2023年：15.56 ± 0.21 cm），且与Dzifoo和Kunjor Wari品种在相同施氮水平下的结果无显著差异。所有参数的最低值均出现在不施氮的对照处理中。
3.1.2. 每穗粒数、籽粒产量、植株总生物量和收获指数
施氮水平与品种的互作对每穗粒数、籽粒产量、植株生物量和收获指数在所有研究中均有显著影响。在籽粒产量方面，两个季节中，Dzifoo和Ahuofe品种在120 kg N ha-1处理下均获得了最高的产量。例如，2022年Dzifoo产量为5.72 ± 0.04 t ha-1，Ahuofe为5.71 ± 0.03 t ha-1；2023年Dzifoo产量为5.80 ± 0.02 t ha-1，Ahuofe为5.77 ± 0.02 t ha-1。Kunjor Wari品种在不施氮处理下的产量最低。植株生物量表现出类似的趋势，两个季节中，Dzifoo和Ahuofe在120 kg N ha-1处理下获得了最高的生物量产量（例如，2023年分别为13.58 ± 0.32 t ha-1和13.61 ± 0.10 t ha-1）。每穗粒数也随着施氮量的增加而增加，在2023年，Dzifoo品种在120 kg N ha-1处理下获得了最多的每穗粒数（528.27 ± 8.77）。收获指数（HI）反映了作物将同化产物转化为经济产量（籽粒）的效率。在2022年，Kunjor Wari品种在120 kg N ha-1处理下获得了最高的收获指数（44.6 ± 0.42%）；在2023年，Dzifoo品种在相同处理下获得了最高的收获指数（42.7 ± 0.80%）。总体而言，大雨季（2023年）的籽粒产量高于小雨季（2022年）。
4. 讨论
产量构成因素的改善，如穗直径和穗长的增加，可能与施氮促进了细胞分裂和伸长、提高了光合作用及同化物向穗部的转运有关。每穗粒数的增加也与氮素供应充足直接相关，氮胁迫是导致籽粒败育的关键因素。较高的收获指数表明在最佳氮供应下，干物质能更有效地向籽粒分配。籽粒产量的显著提升是多个产量构成因素（每株穗数、每穗粒数、粒重、穗长和穗直径）协同改善的结果。氮素通过增强植物的营养生长，为光合作用提供更庞大的“源”，从而为籽粒灌浆这个“库”提供更充足的“原料”，最终形成更多、更饱满的籽粒。大雨季产量更高，可能归因于该季节更适宜的生长条件，如降雨量和分布更理想，减少了养分通过侵蚀、径流、淋溶、反硝化和挥发造成的损失。不同品种对氮肥的响应存在差异，Dzifoo和Ahuofe的表现优于Kunjor Wari，这可能与品种自身在干物质分配、氮素利用效率方面的遗传特性有关。
5. 结论与建议
施用氮肥改善了Dzifoo、Ahuofe和Kunjor Wari杂交玉米品种的干物质生产、籽粒产量和产量构成因素。其中，对Dzifoo和Ahuofe品种施用120 kg N ha-1的氮肥，比Kunjor Wari品种获得更好的响应。这表明该施氮量足以满足Dzifoo和Ahuofe的需求，使它们在支持籽粒生长和形成的干物质分配方面比Kunjor Wari更高效。建议在其他农业生态区对Dzifoo和Ahuofe品种测试120 kg N ha-1的施氮量，以期获得玉米的最佳产量。未来可进一步测试不同氮肥源在这些品种上的效果，并进行成本效益分析，以确定可接受处理的边际回报率。
