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在玉米生产中，种植密度和氮肥施用影响产量，但相关机制不明。研究人员以先玉 335 为材料，设置不同种植密度和施氮量开展实验。结果显示，8.25×10?株 /ha 密度、160 - 220 kg/ha 施氮量下产量最高。该研究为玉米高产栽培提供了理论和实践指导。
玉米，作为全球农业经济的重要支柱，在保障粮食安全和促进国际贸易方面占据着举足轻重的地位。然而，我国玉米产量与美国相比存在较大差距，仅为 6.3 t/ha，远低于美国的 11.1 t/ha。在玉米生产过程中，种植密度和氮肥施用是影响产量的关键因素。以往研究多聚焦于种植密度和氮肥施用量对玉米地上部分产量机制变化的影响，却很少关注根系氮吸收、形态分布、氮代谢以及激素分泌对玉米产量的影响。在实际生产中，种植密度过低、氮肥施用过量的问题普遍存在，这不仅导致产量和氮肥利用率低下，还增加了环境污染的风险。因此，探究如何通过优化种植密度和氮肥施用模式，改善玉米根系性状、协调根冠发育、提高产量，成为农业领域亟待解决的关键问题。
为了解决这些问题，来自相关研究机构的研究人员开展了深入研究。研究结果表明，在关中平原半干旱区，种植密度为 8.25×10?株 /ha、氮肥施用量为 160 - 220 kg/ha 时，玉米产量最高。该研究成果为实现玉米绿色高产栽培提供了重要的理论依据和实践指导，相关论文发表在《Field Crops Research》上。
研究人员采用了裂区裂区试验这一关键技术方法。以玉米品种先玉 335 为实验材料，设置了两个种植密度（D1，6.75×10?株 /ha；D2，8.25×10?株 /ha）和五个氮肥施用量（N0，0 kg/ha；N160，160 kg/ha；N220，220 kg/ha；N280，280 kg/ha；N340，340 kg/ha），在 2021 - 2022 年进行了为期两年的田间试验。通过测定根系激素含量、氮代谢酶活性、根系形态指标、地上部干物质积累以及产量和产量构成要素等，深入探究种植密度和氮肥施用量对玉米产量及根系特征变化的影响。
种植密度和氮肥施用量对产量及产量构成要素的影响
研究发现，种植密度和氮肥施用量对玉米产量及产量构成要素均有显著影响。随着种植密度的增加，玉米的有效穗数（ENE）和产量有所上升，百粒重（100 - KW）在 2021 年总体呈上升趋势（但在 N220 处理下有所下降），2022 年则呈下降趋势；单株产量（GYP）下降，每穗粒数（KNE）在两个生长季的变化不显著。D2 处理下的产量范围为 9.0 - 12.5 t/ha，相比 D1 处理，产量提高了 16.0 - 16.8%。同时，增加氮肥施用量能有效缓解因种植密度增加导致的百粒重、每穗粒数和单株产量下降问题，提高产量。在两年的试验中，N160 和 N220 处理下的玉米平均产量相比 N280 和 N340 处理提高了 16.1%。
种植密度和氮肥施用量对根系激素含量和氮代谢酶活性的影响
随着种植密度和氮肥施用量的增加，根系赤霉素（GA）含量、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶活性上升。这些根系激素含量和酶活性的增加，促进了根系长度密度、干物质以及氮在根系和地上部的积累。然而，随着种植密度的增加，吲哚乙酸（IAA）含量和硝酸还原酶（NR）活性下降，同时单株根系体积、根系表面积等根系形态指标以及根冠比、根幅等根系构型指标也有所降低。相反，随着氮肥施用量的增加，IAA 含量和 NR 活性显著增强，促进了根系形态和构型的发展。
结构方程模型分析
通过结构方程模型分析发现，增加玉米产量的主要途径是通过根系赤霉素。赤霉素促进了根系形态的发展，进而增强了地上部干物质积累，最终提高了产量。
研究结论和讨论
综合研究结果可知，在关中平原半干旱区，先玉 335 品种适宜采用减氮密植的栽培模式，其中种植密度为 8.25×10?株 /ha、氮肥施用量为 160 - 220 kg/ha 时产量最高。在减氮密植条件下，玉米产量的增加得益于根系激素水平的提高和根系形态的改善，这扩大了根系吸收氮的面积，使根系能够吸收更多的土壤氮素，促进了地上部干物质积累，进一步协调了根冠发育。该研究为玉米绿色高产栽培提供了科学的理论依据和切实可行的实践指导，有助于推动农业生产的可持续发展，对提高玉米产量、保障粮食安全具有重要意义。
