张盼盼，李志源，刘京宝，黄 璐，乔江方，李 川，张美微，刘 锋

（1. 河南省农业科学院粮食作物研究所，河南郑州 450002；2. 河南省禹州市农业机械技术中心，河南禹州461670；3. 安徽省固镇县湖沟镇农业技术综合服务中心，安徽蚌埠 233700）

黄淮海地区是我国重要的玉米生产区，该区玉米产量约占全国玉米总产量的1/3，维持该区的玉米高产对于我国粮食安全有重要作用。增施氮肥可以有效提高玉米产量，而我国氮肥的当季利用率仅为30%～40%，远低于发达国家[1‑3]。我国氮肥施用量居世界第一，氮肥过量施用，导致农业生产成本增加，不仅未能显著增加产量，还造成水体富营养化、温室效应和土壤肥力下降等一系列环境问题[4‑5]。提高氮肥利用率对我国玉米产业的可持续发展具有重要意义。提高玉米对氮素的吸收利用能力是提高氮素利用效率的最佳途径[6‑10]。

研究发现，不同类型玉米品种对氮素的吸收利用存在显著差异，高产氮高效玉米品种在高氮和低氮条件下的氮肥利用效率均较高[11‑14]。因此，选育和推广高产氮高效玉米品种是提高我国氮肥利用率、保障粮食安全和维护生态可持续发展的一项重要措施。前人研究发现，郑单958、金山27、郑单17、伟科702 为氮高效品种[15]。随着玉米育种产业的迅速发展，国内玉米品种不断交替更新，黄淮海地区玉米品种较多，对氮素的利用效率存在较大差异，筛选新的更多的高产氮高效玉米品种具有重要的现实意义。为此，以主推或有望在未来生产中大面积推广种植的玉米品种为研究对象，分析其在正常氮和减施氮肥下的产量变化，筛选出适合黄淮海夏玉米生产区的高产氮高效玉米品种，以期为提高黄淮海地区高产氮高效玉米品种的推广使用、保障该区的粮食安全和维护生态环境奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

大田试验在河南省农业科学院现代农业科技试验示范基地（新乡市原阳县，113°42′4″E、35°0′17″N）进行。供试土壤为黄褐土，玉米播种前，0～30 cm 土层土壤含全氮0.74 g/kg、碱解氮60.1 mg/kg、有效磷42.9 mg/kg、速效钾163.0 mg/kg、有机质33.0 g/kg，pH值为8.83。

供试玉米品种共41个，是从黄淮海地区征集的已主推的审定品种先玉335（XY335）、中玉303（ZY303）、郑单958（ZD958）、京农科728（JNK728）、京科968（JK968）、京科999（JK999）、京单58（JD58）、豫单188（YD188）、豫单132（YD132）、郑单309（ZD309）、郑单326（ZD326）、吉单83（JD83）、辽单575（LD575）、德单1104（DD1104）、晋单73 号（JD73）、德单1403（DD1403）、登海111（DH111）、登海1717（DH1717）、京科9683（JK9683）、九玉J03（JY03）、金海13 号（JH13）、国禾918（GH918）、潞玉1403（LY1403）、伟玉178（WY178）、优迪919（YD919）以及有望在未来生产中大面积推广种植的品种中农大675（ZND675）、中玉749（ZY749）、中玉4688（ZY4688）、丹玉631（DY631）、丹玉439（DY439）、新单88（XD88）、陇单639（LD639）、吉单436（JD436）、吉单817（JD817）、谷神玉66（GSY66）、省原96（SY96）、京华830（JH830）、松玉432（SY432）、松玉435（SY435）、圣泰808（ST808）、吉单868（JD868）。

供试肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）、氯化钾（含K2O 60%）。

1.2 试验设计

试验采用两因素随机区组设计，主因素为施氮（纯N）水平，分别是225 kg/hm2（正常施氮量)和180 kg/hm2（减氮20%），设定为N1 和N2 处理；副因素为41 个玉米品种。共82 个处理，每个处理重复3 次，6行区，行长5 m，行间距0.6 m。氮肥按照2∶1 进行基施、大喇叭口期追施，磷、钾肥全部基施（P2O5、K2O均为100 kg/hm2）。玉米播种方式为人工播种，种植密度为75 000 株/hm2。播种后及时封闭除草，玉米生育期内适时中耕除草和喷洒农药防治病虫害，其他田间管理措施与当地大田生产管理保持一致。

1.3 测定项目及方法

在玉米成熟期，收获每小区中间2行玉米，晒干脱粒，测定含水量和籽粒质量，并折合含水率（14%）计算产量。

依据目前比较认可的MOLL 等[16]的氮效率理论，计算各小区的氮效率。氮效率=产量/供氮量（土壤有效氮量和施氮量之和）。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010 和SPSS 22 进行统计与分析，用LSD法和Duncan’s 新复极差法进行多重比较；采用组连接的系统聚类法对各品种的产量进行聚类分析；按照刘建安等[17]的方法，以正常氮和低氮下的平均氮效率为标准，将各品种划分为不同的氮效率类型。

2 结果与分析

2.1 施氮量对不同玉米品种产量的影响

表1显示了施氮量和品种及其交互作用对不同玉米品种产量的影响，施氮量对玉米产量的影响达显著水平，品种对玉米产量的影响达极显著水平，而二者交互作用对玉米产量的影响不显著。本试验中，玉米产量平均为10.69 t/hm2，具体来说，N1 处理玉米产量平均为10.83 t/hm2，N2 处理玉米产量降低，平均为10.54 t/hm2。N1处理下，以JK999的产量最高，为13.38 t/hm2；YD132、ZY303、DY631、DH111、DH1717、WY178 和JD83 产量较高，平均为12.27 t/hm2，与JK999 无显著差异；随后是SY432、LY1403、DD1403 和YD919；SY96 产量最低，仅为8.74 t/hm2；除JK999、YD132、ZY303 外，其他品种与ZD958 均无显著差异。N2 处理下，以JK999 产量最高，为13.29 t/hm2；ZY303、ZY4688、DD1403、DD1104、SY432、LY1403、LD575、YD188 和JH830 产量较高，平均为11.88 t/hm2，与JK999 无显著差异；LD639 产量最低，为7.68 t/hm2；除JK999、ZY303、LD639 外，其他品种与ZD958之间均无显著差异（图1）。

表1 施氮量对玉米产量影响的方差分析Tab.1 ANOVA’s analysis of effect of nitrogen rate on maize yield

图1 不同施氮量处理下41个玉米品种产量Fig.1 The yields of 41 maize varieties under different nitrogen rates

2.2 不同玉米品种平均产量分析

对41 个玉米品种在2 个施氮量下的平均产量进行聚类分析，将其划分为高产品种、中产品种和低产品种3种类型，结果如图2所示。从图2可以看出，JK999 和ZY303 属于高产品种，产量都超过12.86 t/hm2；XY335、ZND675、ZY749、ZD958、ZY4688、JNK728、JK968、JD58、YD188、YD132、ZD309、ZD326、JD83、DY631、DY439、LD575、XD88、DD11404、JD73、DD1403、DH111、DH1717、JK9683、JD436、JD817、JY03、JH13、GH918、GSY66、LY1403、WY178、JH830、YD919、SY432、SY435、ST808 和JD868 属于中产品种，产量在9.24～12.13 t/hm2；LD639 和SY96 为低产品种，产量均低于9.14 t/hm2。与其他品种的平均产量相比，JK999 和ZY303 的产量分别提高了26.3%和24.3%。

2.3 不同玉米品种氮效率分析

本试验条件下，41 个玉米品种的氮效率平均为27.9 kg/kg（表2）。施氮量对玉米氮效率的影响达显著水平，N1 处理下各玉米品种的平均氮效率为26.6 kg/kg；N2 处理下各玉米品种的平均氮效率提高，为29.2 kg/kg。具体来看，2 个施氮量处理下各玉米品种间的变化趋势与产量结果基本一致，N1和N2 处理下均以JK999 氮效率最高，分别是32.9 kg/kg 和36.8 kg/kg。N1 处理下，SY96 的氮效率最低，为21.5 kg/kg；N2 处理下，LD639 的氮效率最低，为21.3 kg/kg。

表2 不同施氮量处理下41个玉米品种的氮效率Tab.2 Nitrogen efficiencies of 41 maize varieties under different nitrogen rates

续表2 不同施氮量处理下41个玉米品种的氮效率Tab.2（Continued） Nitrogen efficiencies of 41 maize varieties under different nitrogen rates

根据各玉米品种在2个施氮量下的氮效率平均值，把41 个玉米品种划分为4 种类型，如图3 所示。双高效型，即高氮低氮高效型，此类玉米品种在2个施氮量下的氮效率均高于平均值，位于图3的Ⅰ区，包括JK999、ZY303、ZY4688、DD1403、DD1104、SY432、LY1403、LD575、YD188、XY335、YD132、WY178、JD73、DY631、XD88、JD83和DH111等17个品种。低氮高效型，此类玉米品种在N1 处理下的氮效率低于平均值，在N2 处理下的氮效率高于平均值，位于图3 的Ⅱ区，包括ZD958、JNK728、JK968、JH13 和JH830 等5 个品种。双低效型，即高氮低氮低效型，此类玉米品种在2 个施氮量下的氮效率均低于平均值，位于图3 的Ⅲ区，包括LD639、ZY749、DY439、SY96、ZD326、JK9683、JY03、JD868、JD436、GH918、GSY66、JD58、JD817和ZND675等14个品种。高氮高效型，此类玉米品种在N1 处理下的氮效率高于平均值，在N2 处理下的氮效率低于平均值，位于图3 的Ⅳ区，包括DH1717、YD919、SY435、ST808和ZD309等5个品种。

图3 41个玉米品种的氮效率类型Fig.3 Nitrogen efficiency types of 41 maize varieties

2.4 不同氮效率类型玉米品种的产量变化

依据不同玉米品种的氮效率类型划分结果，对各类型玉米品种的产量进行分析，结果如图4所示。从图4可以看出，正常氮处理下双高效型、高氮高效型玉米品种的产量分别为11.71、11.18 t/hm2，二者之间无显著差异，均显著高于双低效型和低氮高效型玉米品种，前两者产量较后两者平均提高了13.6%。低氮处理下双高效型、低氮高效型玉米品种的产量分别为11.5、10.8 t/hm2，均显著高于高氮高效型和双低效型玉米品种，前两者产量较后两者平均提高了15.2%。

图4 不同施氮量处理下不同氮效率类型玉米品种的产量Fig.4 Yield of different nitrogen efficiency types of maize varieties under different nitrogen rates

3 结论与讨论

农业农村部印发的玉米绿色品种指标体系中，关于玉米资源节约型绿色品种的一个指标就是“在减氮20%试验条件下，其产量水平与现有施氮水平条件下主推品种产量相当”[18]。因此，氮肥减施20%后的产量变化是玉米绿色品种评价的一个重要指标。本研究发现，41个玉米品种在正常施氮量处理下，玉米产量平均为10.83 t/hm2，减施氮肥20%时，玉米平均产量降至10.54 t/hm2，施氮量对产量的影响达到显著水平。孙晓等[19]在黄土台塬区的研究也发现，与施氮量225 kg/hm2相比，180 kg/hm2氮肥水平下，春玉米产量显著降低了19.1%。本研究还发现，在正常施氮量和减氮20%两个处理下，吉单868、郑单958、九玉J03、京科999 和中玉303 的产量变化幅度均较小，即它们在减施氮肥20%时产量均没有明显下降。因此，它们属于低氮不敏感品种，是潜在的绿色品种，可结合其他性状如根系、叶绿素含量、光合作用和氮素代谢等指标[20‑22]，进一步做多年多点的大田验证。2015 年农业农村部提出并开展了“化肥农药使用量零增长行动”[23]，在化肥施用量不增加甚至减施的基础上，推广使用氮不敏感品种，是玉米取得高产的关键措施。从本研究结果来看，吉单868、郑单958、九玉J03、京科999 和中玉303可作为首选品种。

本研究还发现，与其他玉米品种的平均产量相比，京科999 和中玉303 产量分别提高了26.3%和24.3%，属于高产品种，2 个品种在正常氮和减施氮肥20%两个处理下均获得较高的产量，表明在高、低地力水平下均可进一步推广使用京科999和中玉303两个高产品种，同时结合相应的栽培管理措施，以达到高产的目的。

在不同肥力条件的土壤上，选择适宜的玉米品种，有可能实现玉米高产和高效[24]。本研究中，对41 个玉米品种的氮效率进行分析，将41 个品种划分为不同的氮效率类型，京科999 和中玉303 等17个品种属于双高效型，登海1717 和优迪919 等5 个品种为高氮高效型，郑单958和京农科728等5个品种为低氮高效型。这些结果表明，在中高肥力土壤上，可以推广使用京科999、中玉303、登海1717 和优迪919 等双高效型和高氮高效型品种；在低肥力土壤上，可以推广使用京科999、中玉303、郑单958和京农科728等双高效型和低氮高效型品种。王亚卿[25]根据2 a 玉米氮效率结果将20 个玉米品种划分为4种类型，得到浚单20和浚单29两个双高效型品种、伟科702 一个高氮高效型品种。王玲敏等[26]以15个玉米品种为研究对象，根据氮效率将各品种划分为不同类型，郑单958、浚单20、蠡玉13、浚单18和漯单9 号是双高效型品种，农大108、NE8、豫禾988、豫丰335 和洛玉4 号为双低效型品种。造成品种类型划分结果不一致的原因，可能与所采用供试玉米品种、试验区气候条件和大田土壤养分状况有关。一般来说，与玉米氮低效型品种相比，氮高效型品种具有较发达的根系以吸收氮素和较充足的库容以储存氮素进而提高穗结实能力[27‑30]。本研究发现的京科999 和中玉303 等氮高效品种，其对氮素的吸收和利用生理机制需进一步深入研究。

综合考虑产量和氮效率，京科999 和中玉303为高产氮高效品种，可以在黄淮海夏玉米生产区进行大面积推广使用，结合实施相应的栽培管理措施，达到玉米高产、高效和环境友好的目的。