氮肥调控对阿富汗半干旱区玉米（Zea mays L.）生长及籽粒生产力的影响研究

《Nitrogen》：Nitrogen Matters: Assessing the Effects of Nitrogen Fertilization on Maize Growth and Grain Productivity

本研究系统评估了尿素氮肥（0、38.4、76.8、115.2 kg ha?1）在阿富汗巴尔赫省钙质土上对玉米生长生理及产量的影响。结果表明，氮肥施用显著提升植株株高、叶面积指数（LAI）、SPAD值（叶绿素含量）及生物量，最高氮水平（115.2 kg ha?1）下生物产量达216.6 t ha?1，籽粒Brix值（可溶性糖）提升至8.6%。相关性分析显示SPAD值与产量性状呈强正相关。研究为半干旱区玉米氮肥精准管理提供了实证依据。

　　

引言

玉米（Zea mays L.）是阿富汗仅次于小麦和水稻的第三大谷物作物，在粮食安全与农业经济中占据重要地位。然而，当地土壤普遍贫瘠，氮素匮乏严重制约玉米产量。氮作为植物叶绿素、酶和蛋白质的关键组分，直接影响光合作用与营养吸收。尽管研究表明玉米氮需求量为150–200 kg ha^?1，但阿富汗缺乏针对当地土壤与气候的精准施肥方案。本研究旨在通过田间试验，明确尿素氮肥在半干旱条件下对玉米生长、生理及产量的优化效应，为区域氮管理策略提供依据。

材料与方法

试验于2019年在巴尔赫大学农场开展，采用随机区组设计，设4个氮水平（0、38.4、76.8、115.2 kg ha^?1），重复10次。供试品种为当地主栽品种"Sharq 02"，行距75 cm，株距30 cm。土壤为粉壤质钙质土，pH 8.1，有机质0.5%，初始氮含量15 mg kg^?1。测定指标包括株高、叶数、叶面积、SPAD值、叶面积指数（LAI）、作物生长速率（CGR）、生物量、籽粒数量、百粒重及Brix值。数据通过ANOVA和Tukey检验（p < 0.05）分析，相关性分析采用Python实现。

结果

生长参数

氮肥显著促进玉米营养生长。最高氮处理（T₃，115.2 kg ha^?1）下，株高达260.2 cm，叶数20.64片，单株果穗数9个，穗长31.67 cm，穗直径7.66 cm，均显著优于对照组。根长在T₃处理下增至27.86 cm（55 DAS），表明氮素同步促进地下部发育。

植物生长与SPAD

生理参数对氮响应明显：T₃处理叶面积指数（LAI）达12.99，作物生长速率（CGR）为27.77 g m^?2d^?1，SPAD值在85 DAS时升至58.34，反映叶绿素合成增强。这些指标均与氮剂量呈正相关，且T₂（76.8 kg ha^?1）与T₃差异不显著，提示氮肥效应存在阈值。

植物生物量与水分含量

生物量积累随氮增加而提升。T₃处理下，茎秆鲜重达3.36 kg plant^?1（85 DAS），根鲜重309.8 g，根干重33.2 g。茎秆与根系含水量在生长中期（55 DAS）受氮肥显著促进，但至成熟期（85 DAS）各组差异缩小，表明氮素主要影响中前期水分利用效率。

产量性状

氮肥对产量构成要素均产生积极影响。T₃处理下，每行籽粒数47.34粒，单穗籽粒数672粒，单株籽粒数5505粒，百粒重45.83 g，生物产量达21.66 kg m^?2，较对照组（10.66 kg m^?2）翻倍。T₂处理产量接近T₃，再次验证76.8 kg ha^?1可能为经济高效施氮量。

氮肥对籽粒Brix的影响

氮肥显著提升籽粒品质，T₃处理Brix值最高（8.6%），对照组仅为5.3%。SPAD值与Brix呈强正相关，说明氮素通过增强光合作用促进糖分积累。

相关性分析

株高、叶面积、SPAD值与生物产量极显著正相关（p < 0.001），证实这些性状可作为氮素效应与产量的预测指标。SPAD与Brix的关联进一步凸显氮肥对品质的调控作用。

讨论

本研究结果与全球多个玉米氮肥研究一致：氮素通过促进叶面积扩展与叶绿素合成，提升光合同化能力，进而驱动生物量与产量形成。根系的积极响应说明氮素优化了养分吸收效率。然而，T₂与T₃处理间差异微弱，提示过量氮投入可能引发收益递减，需权衡经济效益与环境风险。Brix值的改善为氮肥提升谷物营养品质提供了新证据。未来研究应关注氮磷钾互作、基因型差异及精准施肥技术在半干旱区的集成应用。

结论

在阿富汗半干旱条件下，氮肥施用（尤其是76.8–115.2 kg ha^?1）显著优化玉米生长生理性状与产量品质。综合考虑产量增益、经济效益及环境可持续性，推荐76.8 kg ha^?1为当地玉米氮肥最佳用量。该方案为区域玉米高产优质栽培提供了可靠技术支撑。