李澳旗，张 俊，崔晓路，赵 璐，刘 杰 ，胡田田
（西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，杨凌 712100）
水分和氮素是保证作物正常生长发育必需的两个控制因素，二者之间存在密切的相互作用，对作物产量和品质的形成具有重要作用。适量施用氮肥可以提高作物产量和水分利用效率，而过量施用氮肥会破坏作物营养生长与生殖生长的平衡，从而导致产量减少，还会使氮肥通过氨挥发、硝化-反硝化等途径损失进入环境，加剧环境污染的同时威胁人体健康[1-2]。灌水量过大或过小均会影响作物对氮素的吸收，从而影响作物产量[3]。因此，如何通过水氮协同管理，在促进农作物稳产增收的同时，减少氮肥用量，降低环境风险已经成为中国集约化农业绿色生产亟待解决的难题。
近年来，采用氮肥增效剂调控肥料氮素的转化已成为提高氮肥利用效率、减少氮素流失的一种有效途径[4]。常用的氮肥增效剂主要是脲酶抑制剂与硝化抑制剂。脲酶抑制剂能抑制土壤脲酶的活性，减缓尿素的水解过程、降低氨挥发，延长氮肥供应时间；
硝化抑制剂能抑制硝化过程，减少硝酸盐的淋溶损失、降低N2O 的排放量[5]。两者的配合施用能够延缓尿素水解，使其水解产物NH4+在土壤中存留更长时间、还可以降低氨挥发及减少N2O的排放等[6]。氮肥增效剂的作用不仅受温度、湿度等的影响，也受土壤水分等因素的影响[7]。
夏玉米产量的形成主要取决于灌浆这一重要的生长发育过程[8]。灌浆过程易受水分、土壤营养状况和环境温度等环境因素的影响[9]，目前研究主要集中在施氮量[10]、水分胁迫[11]和温度[12]等方面。针对氮肥增效剂对玉米灌浆和产量的影响也有学者进行了研究：张盼盼等[13]发现氮肥减施条件下添加硝化抑制剂可以增强玉米灌浆期氮素代谢能力，提高玉米的籽粒质量。ZHANG等[14]利用15N 标记方法分析了脲酶抑制剂（N-(n-butyl)thiophosphoric triamide）在吉林黑土玉米田上的应用效果，发现添加脲酶抑制剂对玉米的产量无显著影响。可见，前人关于氮肥增效剂对玉米产量的影响研究未曾考虑水分变化的影响，主要集中在水分或氮肥增效剂等单一因素，而且，也缺乏对籽粒灌浆这一内在过程的影响研究，而关于灌水水平和氮肥增效剂类型双因素对夏玉米灌浆特征的综合影响尚鲜见报道。
为此，本文以夏玉米为研究对象，开展不同灌水水平和氮肥增效剂类型的田间试验，采用Richards 方程模拟夏玉米籽粒灌浆过程，研究灌水水平和氮肥增效剂类型对夏玉米各灌浆特征参数的调控效应，分析不同处理对夏玉米干物质转运和产量的影响，以期为水氮协同管理和氮肥增效剂的合理施用提供理论依据。
1.1 试验地概况
试验于2022 年6—10 月在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室节水灌溉试验站（108°24′E，34°20′N）进行，该站海拔506 m，属于暖温带季风半湿润气候区，年平均温度为12.9 ℃，多年平均降水量635 mm，主要集中在7、8、9 月，年平均蒸发量1 500 mm。该试验区土壤质地为重壤土，0～100 cm 土层的田间持水率为24.58%（质量含水率），平均干容重为1.42 g/cm3，凋萎系数为8.5%，0～20 cm 土层的土壤pH 值为8.14，有机质含量为12.02 g/kg，全氮含量为0.89 g/kg，速效磷含量为8.18 mg/kg，碱解氮55.3 mg/kg。该地区地下水埋深较深，向上补给量忽略不计。试验期间气象要素如图1 所示。2022 年试验期间日最高气温出现在播种后21 d，达40.2 ℃，最大降雨量出现在播种后93 d，达31.2 mm。
图1 试验期间降雨量和气温日变化Fig.1 Daily variation of precipitation and air temperature during the experiment
1.2 试验设计
以灌水量和氮肥增效剂类型为试验因素，采用裂区设计，试验方案见表1。其中灌水量为主区，氮肥增效剂类型为副区。考虑了当季降水量条件下的充分、非充分灌溉，灌水量设2 个灌溉定额，分别为40 mm（W1）和60 mm（W2）；
副区在单施尿素（U）的基础上添加不同类型氮肥增效剂：脲酶抑制剂（本试验选用最常用的 NBPT，正丁基硫代磷酰三胺 N -(n-butyl)thiophosphoric triamide）、硝化抑制剂（本试验选用最常用的DCD，双氰胺 Dicyandiamide）、双效抑制剂选用（NBPT+DCD）。共8 个处理，各3 次重复。
表1 试验方案Table 1 Test scheme
每个试验小区长5.5 m，宽3.6 m，面积19.8 m2，共24 个小区，各小区随机排列。供试夏玉米品种为郑单958，种植行距60 cm，株距24 cm，播种密度70 922 株/hm2。于6 月17 日播种，10 月10 日收获，全生育期共计102 d。
所有处理氮、磷、钾肥用量相同，分别为180 kg/hm2（以N 计）、90 kg/hm2（以P2O5计）、60 kg/hm2（以K2O 计），氮、磷、钾肥的供体分别是尿素（含N 46%）、过磷酸钙和氯化钾，均一次性基施。3 种氮肥增效剂由索尔维中国公司生产提供，均按推荐使用量使用。NBPT 为蓝色液体，密度：1.12 kg/L，每吨尿素建议添加量：3 kg；
DCD 为蓝色液体，密度：1.17 kg/L，每吨尿素建议添加量5.85 kg；
NBPT+DCD 为无色液体，密度：1.17 kg/L，每吨尿素建议添加量5.85 kg。氮肥增效剂与尿素拌匀后也作为基肥一次施入，撒施后翻埋入土。灌水方式为管灌，分别于6 月21 日和8 月15 日灌水，W1 水平每次灌20 mm，W2 水平每次灌40 mm。
1.3 测定项目及方法
百粒质量的测定：于夏玉米吐丝刚开始时，将每个小区吐丝一致的植株挂牌标记，从吐丝1 d 开始每隔5 d 采一次样，共采样6 次。每次采样从标记植株中随机选取3 个大小均匀的果穗，剥下中部籽粒，去除非完整籽粒后混合均匀，随机数出100 粒，放入烘箱内105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，用万分之一天平称量并记录百粒质量。
干物质质量：于吐丝期和成熟期每小区随机选取长势一致的植株3 株，立即将植株按茎鞘、叶和籽粒等器官分开。在105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量后称质量。
营养器官干物质转运量为吐丝期与成熟期营养器官干质量的差值；
营养器官干物质转运率为营养器官干物质转运量占吐丝期营养器官干质量的百分比；
营养器官干物质对籽粒的贡献率为营养器官干物质转运量占成熟期籽粒干质量的百分比。
产量的测定：每小区收获中间2 行，并剔除两端各0.5 m，消除边际效应的影响，风干后脱粒，以测定产量（按14% 标准质量含水率折算产量）和产量构成因素（穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数和百粒质量）。
1.4 基于Richards 模型描述灌浆过程的方法
玉米籽粒灌浆过程模拟多采用Logistic 模型[15-17]，但Logistic 模型是Richards 模型的一种特殊形式，后者较前者多一个决定曲线形状的参数N，Richards 模型可塑性强，拟合度高，能更好地描述籽粒灌浆过程[18]。因此，本文采用Richards 模型研究不同灌水量下氮肥增效剂添加对玉米籽粒灌浆过程的影响规律。
1.4.1 模型拟合
使用Richards 方程对夏玉米籽粒灌浆过程进行描述[19]，对夏玉米籽粒灌浆过程进行拟合，用决定系数R2对模型进行评价，其范围为[0,1]，越接近1 表明模型的拟合度越高。Richards 方程为：
式中t为吐丝后天数，d；
W为t对应的百粒质量，g；
A为理论上灌浆结束时的百粒质量，g，B为初级参数；
K为生长速率参数；
N为形状参数[20]。
1.4.2 灌浆特征参数
籽粒灌浆速率（g/d）方程[20]为
当t=0 时，得到起始生长势R0如下：
对Richards 方程求二阶导数，得灌浆速率变化率R"为
当R"=0 时，得籽粒灌浆速率达到最大值的时间Tmax（d）为
将Tmax代入公式（4）可以得到最大灌浆速率Vmax(g/d)为
活跃灌浆期天数即5%A～95%A的天数[18]（D/d）。
1.4.3 灌浆阶段
灌浆速率方程两个拐点[18]的灌浆时间t1和t2为
百粒质量达99%A时为实际灌浆终期t3为
1.5 数据处理
使用Excel 2021 对数据进行处理与统计分析；
使用SPSS 23.0 软件进行方差分析，使用LSD 法（α=0.05）多重比较，采用OriginPro 2023 软件作图和Nonlinear拟合。
2.1 夏玉米产量及其构成
水分和氮肥增效剂对夏玉米产量及产量构成因素的影响如表2 所示。
表2 不同处理下夏玉米产量及其构成Table 2 Yield and its composition of summer maize under different treatments
氮肥增效剂类型对夏玉米籽粒产量及其构成（百粒质量除外）的影响均达显著或极显著水平，灌水水平仅对籽粒产量和百粒质量的影响达显著或极显著水平，二者交互作用对籽粒产量、穗长、百粒质量、行粒数、穗粒数的影响达显著或极显著水平。两个灌水水平下，3 种氮肥增效剂下夏玉米的籽粒产量均显著高于U。相同氮肥增效剂类型下，W2 水平下的夏玉米籽粒产量均较W1 有所提高，NBPT、DCD、NBPT+DCD、U 分别提高6.55%、5.36%、10.53%和6.07%。说明增加灌水量至60 mm，可使氮肥增效剂的增产效果增强，且对NBPT+DCD 的增产效果最为明显。两个灌水水平下，NBPT+DCD 和DCD 均较NBPT 表现出更大的增产幅度。总体而言，W2 水平下，DCD 和NBPT+DCD 这两个处理的籽粒产量最高。
与W1 水平相比，W2 显著增加了DCD 和NBPT+DCD 处理夏玉米的百粒质量，而这两个处理的籽粒产量也最高。W1 水平下，3 种氮肥增效剂的百粒质量与U差异不显著；
W2 水平下，仅DCD 的百粒质量显著大于U，NBPT 和NBPT+DCD 与U 差异不显著。
W1 水平下，DCD 和NBPT+DCD 的穗长显著大于U，NBPT 与U 无显著差异；
W2 水平下，NBPT 和NBPT+DCD 的穗长显著大于U，DCD 与U 无显著差异。较高的灌水量有利于提高NBPT 的穗长，但不利于DCD 的穗长提高。NBPT+DCD 和U 在两个灌水水平下的穗长无显著差异。W1 水平下，不同氮肥增效剂类型下穗粗差异不显著，而W2 水平下以NBPT 和NBPT+DCD 处理最高，U 和DCD 相对较小。这说明DCD 在提升夏玉米穗粗上未体现效果。较U 相比，所有氮肥增效剂均未体现提高穗行数的效果。
W1 水平下，3 种氮肥增效剂较U 相比，均显著提高了夏玉米的行粒数；
W2 水平下，NBPT+DCD 和NBPT的行粒数显著大于U，DCD 和U 无显著差异。较高的灌水量有利于增加NBPT 的行粒数，对NBPT+DCD 的行粒数增加无明显效果，不利于DCD 行粒数的增加。W1水平下，NBPT+DCD 和NBPT 的穗粒数显著大于U，DCD 和U 无显著差异；
W2 水平下，仅NBPT 的穗粒数显著大于U。NBPT 在增加夏玉米行粒数和穗粒数上较DCD 和NBPT+DCD 的效果更为明显。从产量构成来讲，NBPT 增产更多的表现为提升夏玉米的行粒数、穗粒数，而DCD 和NBPT+DCD 表现在增加夏玉米的百粒质量。
2.2 不同灌水水平和氮肥增效剂类型下夏玉米籽粒灌浆Richards 模型的拟合分析
由Richards 模型模拟不同灌水水平和氮肥增效剂类型下夏玉米籽粒质量增长动态过程，模拟后得到的参数结果见表3。各处理决定系数R2均在0.99 以上，表明用Richards 模型拟合不同灌水水平和氮肥增效剂下夏玉米籽粒百粒质量动态过程是可行的。Richards 模型拟合的夏玉米籽粒百粒质量增长动态过程见图2。各处理下籽粒增长曲线均呈“慢—快—趋缓”的增长趋势。
图2 不同灌水水平和氮肥增效剂类型下夏玉米籽粒灌浆Richards 拟合曲线Fig.2 Richards fitting curves of grain filling of summer maize under different water levels and nitrogen synergist types
灌水水平对理论上灌浆结束时最终百粒质量（A）的影响达显著水平（P＜0.05），氮肥增效剂类型与灌水水平的交互效应对A的影响达极显著水平（P＜0.01）。与W1 水平相比，W2 仅显著增加NBPT+DCD 处理的A，增幅27.47%。W1 水平下，DCD 的A显著高于U，而NBPT+DCD 和NBPT 与U 无显著差异；
W2 水平下，3种氮肥增效剂间差异显著，但仅有NBPT+DCD 的A显著高于U。由于初级参数（B）、生长速率参数（K）、形状参数（N）3 个参数为Richards 模型的基础参数，作为夏玉米籽粒灌浆的评判标准进行量化分析意义不大，因此本文未进行分析。
2.3 籽粒灌浆特征参数分析
表4 为根据初始参数计算出的夏玉米灌浆特征参数。氮肥增效剂类型和灌水水平×氮肥增效剂类型对起始生长势（R0）的影响都达极显著水平（P＜0.01）；
灌水水平和氮肥增效剂类型对达到最大灌浆速率的时间（Tmax）达到显著水平（P＜0.05），二者的交互作用达到极显著水平（P＜0.01）；
灌水水平×氮肥增效剂类型对最大灌浆速率（Vmax）达显著水平（P＜0.05）；
灌水水平和灌水水平×氮肥增效剂类型对灌浆期持续时间（T）的影响都达显著水平（P＜0.05）；
氮肥增效剂及二者交互作用对平均灌浆速率的影响达显著水平（P＜0.05）；
灌水水平和氮肥增效剂类型及二者交互作用对活跃灌浆期天数（D）的影响均达显著水平（P＜0.05）。
与U 相比，仅在W2 水平下DCD 的R0有显著提高W1 水平下，相较于U，DCD 未能有效提高R0；
W2 水平下，DCD 的R0显著高于其他处理，说明DCD 在较高的灌水水平下能显著提高夏玉米起始生长势，其胚乳细胞分裂较快，相较于其他3 种处理灌浆开始时间早，另2 种氮肥增效剂未表现出优势。
与W1 水平相比，W2 显著推迟了达到最大灌浆速率Tmax，平均推迟2.71 d。2 个灌水水平下，DCD、NBPT+DCD 和U 的Tmax均没有显著差异，但W1 水平下这3 个处理分别比NBPT 早1.691、1.957 和1.440 d 而在W2 水平下则都比NBPT 有所延迟。NBPT 下，两个灌水水平Tmax几乎相同；
其余处理下则表现为W2 水平Tmax比W1晚3.164～4.245 d。W1 处理下NBPT 在较低的灌水水平下较其他处理晚，增加灌水量也未改变Tmax，而增加灌水量对DCD、NBPT+DCD 和U 对Tmax均有延迟效果。
W1 水平下，DCD 和NBPT+DCD 的Vmax显著大于U，NBPT 与U 无显著差异；
W2 水平下，3 种氮肥增效剂的Vmax均显著大于U。W1 处理下DCD、W2 处理下NBPT+DCD 和DCD 的Vmax显著大于其他处理。说明DCD 在两个灌水水平下的Vmax均较高，而NBPT+DCD在较高的灌水水平下才能使其发挥提高Vmax的优势。增加灌水量并未提高U 的Vmax，但提高了NBPT 的Vmax。
W2 水平下DCD 和U 的平均灌浆速率略小于W1，NBPT 表现为相反，NBPT+DCD 在两个灌水水平下无显著差异。说明较高的灌水量仅能提升NBPT 的平均灌浆速率。W1 水平下，DCD 和NBPT+DCD 的平均灌浆速率显著大于U 和NBPT，分别较U 提高19.67%和10.59%；
W2 水平下，3 种氮肥增效剂的平均灌浆速率均显著大于U。
DCD、NBPT+DCD 和U 在W2 水平下的T较W1下分别增加了10.47、5.92 和5.91 d，NBPT 在两个灌水水平下表现相同。说明较高的灌水量对NBPT 在延长灌浆期持续时间的效果并未起到明显作用。W1 水平下，3 种氮肥增效剂与U 处理的T差异均不显著；
W2 水平下，NBPT+DCD、DCD 和U 差异不显著，但NBPT 显著小于U。
与W1 水平相比，W2 显著延长了除NBPT 之外的其他处理的活跃灌浆期天数D。较高的灌水量对DCD和NBPT+DCD 延长D的效果优于U。W2 水平下的NBPT+DCD 的D显著大于其他处理，说明较高的灌水量下尿素添加NBPT+DCD 能够显著提高夏玉米活跃灌浆期天数。
综上，灌水水平的影响更多表现在较高的灌水水平能延长夏玉米总灌浆时间和活跃灌浆期天数，氮肥增效剂对夏玉米灌浆的促进作用更多表现在提高其平均灌浆速率。总的来说，较高的灌水量下尿素添加硝化抑制剂和双效抑制剂夏玉米的总灌浆时间较长和平均灌浆速率较高。
2.4 籽粒灌浆速率动态变化及不同灌浆阶段分析
如图3 所示，不同处理下籽粒灌浆速率均随着灌浆进程的推进先增大后减小。较高的灌水水平下灌浆后期（吐丝后16～26 d）的灌浆速率仍能保持在0.859～1.066 g/d 的较高水平；
两个灌水水平下DCD 和NBPT+DCD 的灌浆速率曲线基本始终在U 上方，对应着灌浆速率大于U。
图3 不同处理夏玉米籽粒灌浆速率动态Fig.3 Dynamics of grain filling rate of summer maize for different treatments
表5 为根据Richards 模型拟合的夏玉米灌浆各阶段灌浆特征参数。灌水水平对灌浆快增期持续天数T2和灌浆缓增期平均灌浆速率的影响达显著水平（P＜0.05），氮肥增效剂类型对灌浆快增期持续天数和平均灌浆速率的影响达显著水平（P＜0.05），灌水水平×氮肥增效剂类型对灌浆各阶段的持续天数和灌浆速率均达显著水平（P＜0.05）。
表5 不同处理下夏玉米籽粒各阶段灌浆持续天数和灌浆速率Table 5 Grain filling duration days and rates in different stages of summer maize under different
W1 水平下，NBPT 的T1较U 相比显著延长，DCD、NBPT+DCD 和U 无显著差异；
NBPT+DCD 的灌浆渐增期平均灌浆速率显著大于U，DCD 和U 无显著差异，NBPT显著小于U。W2 水平下，NBPT+DCD 的T1显著大于其他处理，NBPT 和U 无显著差异，DCD 显著小于U；
NBPT和DCD 的籽粒灌浆渐增期平均灌浆速率无显著差异但显著大于U。可见，在灌浆渐增期，NBPT+DCD 在W1 水平下主要提高灌浆速率，而在W2 水平下既延长灌浆持续天数又提高了灌浆速率。
两个灌水水平下的转运率无显著差异。从氮肥增效剂类型来看，各处理的茎鞘+叶片的转运率由大到小依次为NBPT+DCD,NBPT,DCD,U3 种氮肥增效剂的转运率依次比U 大45.33%、23.42%和19.58%。NBPT+DCD在两个灌水水平下的茎鞘+叶片的转运率无显著差异。NBPT+DCD 和NBPT 下茎鞘+叶片的籽粒贡献率均显著大于U；
DCD 与U 无显著差异。相较于DCD 和U，NBPT+DCD 和NBPT 下籽粒的充实更多来源于茎鞘+叶片。
从氮肥增效剂类型来看，DCD 和NBPT+DCD 的籽粒灌浆快增期平均灌浆速率显著大于U。W1 水平下，NBPT 的T2较U 相比显著延长，DCD、NBPT+DCD 和U 无显著差异；
W2 水平下，DCD 的T2显著大于U。W1 水平下，NBPT 的籽粒灌浆快增期平均灌浆速率显著小于其他处理；
W2 水平下则显著大于其他处理。可见，W2 更有利于提高NBPT 的籽粒灌浆快增期平均灌浆速率，W1 更有利于其延长灌浆持续天数，其他处理则表现了相反的规律。
在籽粒灌浆缓增期，较W1 水平相比，W2 显著增加了DCD 与U 的T3及NBPT 与NBPT+DCD 的平均灌浆速率。W1 水平下，3 种氮肥增效剂的T3与U 无显著差异；
DCD 的平均灌浆速率显著高于其他处理。W2 水平下，仅DCD 的T3显著高于U，平均灌浆速率表现为3 种氮肥增效剂均显著大于U，而NBPT+DCD 和DCD显著大于NBPT。NBPT+DCD 的平均灌浆速率最大，结合其他两个阶段的灌浆速率处于较低水平说明这一处理主要是通过提升灌浆缓增期的灌浆速率来提升整体灌浆速率。DCD 在W2 水平下更有利于夏玉米延长灌浆持续时间和提高灌浆速率。W2+DCD 总的灌浆时间最长，且优化了3 个灌浆阶段的时长比例，灌浆快增期和缓增期的灌浆时间最长，灌浆速率较高。
2.5 营养器官干物质转运分析
夏玉米茎鞘和叶片转运量和转运率受氮肥增效剂和灌水水平×氮肥增效剂类型的影响达显著水平（P＜0.05）；
夏玉米茎鞘+叶片对籽粒的贡献率受灌水水平和氮肥增效剂的影响达显著水平或极显著水平。由表6 可知，各处理贮存在茎鞘的同化物的转运量及对籽粒贡献率都超过叶片，说明干物质转运对籽粒产量的贡献主要来源于茎鞘，不同处理的转运率表现不同。两个灌水水平下的转运率无显著差异。从氮肥增效剂类型来看，各处理的茎鞘+叶片的转运率由大到小依次为NBPT+DCD,NBPT,DCD,U 3 种氮肥增效剂的转运率依次比U 大45.33%、23.42%和19.58%。NBPT+DCD 在两个灌水水平下的茎鞘+叶片的转运率无显著差异。NBPT+DCD 和NBPT 下茎鞘+叶片的籽粒贡献率均显著大于U；
DCD 与U 无显著差异。相较于DCD 和U，NBPT+DCD 和NBPT 下籽粒的充实更多来源于茎鞘+叶片。
2.6 籽粒灌浆特征参数与产量及其构成相关性分析
将籽粒灌浆特征参数与产量和产量构成因素进行相关性分析见表7。穗长、穗粗、穗行数、行粒数和穗粒数与籽粒灌浆参数之间的相关性较小，未达到显著水平，仅百粒质量与T、T2和T3呈显著正相关；
说明百粒质量主要受灌浆持续时间影响，且受灌浆快增期和缓增期的灌浆持续时间影响最大。可以说明，W2+DCD 的百粒质量最大，是由于其灌浆时间最长。产量与T呈显著正相关，与籽粒灌浆缓增期平均灌浆速率呈极显著正相关，说明提高夏玉米灌浆缓增期的灌浆速率且延长其总的灌浆时间有利于产量的提升。
表7 不同籽粒灌浆特征参数与产量及其构成相关性Table 7 Correlation between different grain filling characteristic parameters with yield and its composition
3.1 起始生长势
籽粒灌浆起始势R0能够反映其受精子房的生长潜势，R0值与胚乳细胞分裂速度成正比，与分裂周期成反比，籽粒灌浆越早开始启动表现为R0值越大[21]。本研究中，供试两个灌水水平下夏玉米籽粒灌浆的R0无显著差异，可能与两个灌水水平间的差异不够大有关。已有研究发现，重度水分胁迫会降低作物的R0[22]，猜测是本研究中W1 水平未对夏玉米造成水分胁迫。硝化抑制剂可以减缓NH4+向NO2-和NO3-转化的速率，提升土壤中微生物对肥料氮的固持作用[23]。本研究中DCD 的R0最高，说明施用DCD 时，玉米灌浆启动早，优先得到光合产物。其本质是DCD 通过抑制亚硝化细菌的活性，阻止NH4+-N的第一步氧化，从而减少NO2-的累积，进而抑制NO3-的形成[24]，使氮素长时间以NH4+的形态存留在土壤中，更好地被作物吸收利用，促进光合作用，使籽粒发育前期拥有充足的“源”，因此R0最高。脲酶抑制剂通过延缓尿素水解，延长尿素的扩散时间[25]，从而降低土壤中NH4+的浓度和氨挥发损失[26]。但脲酶抑制剂的作用时间一般较短[27]，到吐丝时尿素的水解已经完全不受影响，甚至还有可能促进其他途径如硝化和反硝化过程的N 损失[28]，此时玉米叶片光合产物的输出量下降，对光合器官产生了反馈抑制作用[29]，导致“枯本竭源”，这可能是本研究中NBPT 的R0最低的原因。氮肥增效剂的施用量可能也会影响其效果，减少NBPT 的剂量是否增加R0，仍需进一步研究。DCD 水溶性强，易被微生物利用，其作用效果受水分影响很大[30]，本研究中W2+DCD 处理的R0最大，说明较高的灌水量可以使DCD 更好地发挥效果。
3.2 籽粒灌浆速率与灌浆持续时间
有两种谷物产量与籽粒灌浆过程关系的理论：一种是产量的主要决定因素是灌浆速率[31]；
另一种是产量的主要决定因素是籽粒灌浆的持续时间[32]。这两个性状受品种遗传特性和环境因素的影响。有研究表明，不同品种的玉米灌浆启动快慢不同，灌浆活跃期也不同[33-34]。梁海燕等[35]认为适度干旱胁迫可促进小麦籽粒灌浆速率，但重度干旱胁迫会显著降低小麦籽粒灌浆速率。刘占军等[36]得出不同氮肥管理对吉林春玉米生长发育和籽粒灌浆的影响不同。本研究发现，不同灌水水平和氮肥增效剂类型对灌浆期持续时间和灌浆速率均有明显影响。
本研究中，灌浆持续时间与籽粒质量呈显著正相关（表7）。已有研究表明，水分胁迫会缩短作物灌浆持续时间[37]。本研究中较高的灌水水平推迟了籽粒达到最大灌浆速率的时间，同时也延长了灌浆期持续时间（表4），水分在灌浆初期对扩充“库”起着重要作用，说明充足的水分供应使籽粒胚的体积不受限制，籽粒灌浆有足够大的“库”。在较高的灌水水平下，施用DCD延长了总的灌浆期持续时间，可能是因为施用硝化抑制剂能提高作物体内NH4+-N 含量和灌浆期NO3--N 含量[38]，有利于夏玉米对氮素的吸收利用。受灌水和氮肥增效剂交互作用的影响，结合W2+DCD 处理的起始生长势最大即最早开始启动籽粒灌浆，因此较其他处理优先得到光合产物，有充足的时间灌浆，吐丝后到达最大灌浆速率的天数较长，结合该处理平均灌浆速率较快、灌浆时间最长，认为W2+DCD 与其他处理相比，更能促进灌浆，进而提高玉米籽粒的充实度和产量。有研究表明，土壤通气性、抑制剂用量和土壤水分含量对硝化抑制剂的抑制效果影响较大[39]，本试验条件下，W2 更有利于DCD抑制硝化作用，保持源库畅通，源器官制造的光合产物快速运往库。
籽粒灌浆进程由灌浆渐增期（T1）、快增期（T2）和缓增期（T3）3 个阶段构成，优化灌浆期3 个阶段的时长比例，缩短渐增期，增加籽粒灌浆快增期和缓增期向库容转运物质的持续时间，可提高玉米产量[40]。本研究中灌水水平和氮肥增效剂主要影响夏玉米灌浆快增期和缓增期的灌浆时长。W2 水平下玉米的籽粒灌浆快增期、缓增期持续时间要显著高于W1，这与玉米灌浆后期对水分需求量大[41]有关。相较于其他处理，W2+DCD 的T1较短，T2和T3最长，说明其通过减少渐增期天数、增加快增期及缓增期天数来优化灌浆期3 段时长比例，进而维持玉米生长后期较高的灌浆活性，使其能够保持较高的灌浆速率，最终提高夏玉米籽粒质量。
3.3 干物质转运和产量
产量的形成主要来自花前贮藏物质的转运和花后功能叶片的光合产物积累[42]。吐丝前营养器官同化物的转运是籽粒灌浆的重要物质来源[43]。水分是物质吸收、运输的介质，从而对同化物的转运产生影响。有研究得出[44]，不同的水分条件下作物的干物质转运率不同，在本研究中，两个灌水水平下的干物质转运率接近，可能与两个水分梯度差异较小有关。三种氮肥增效剂的干物质转运率均大于U，原因可能是，施用氮肥增效剂后土壤中氮素存留时效得以延长[45]，作物氮素生理代谢增强，能够更好地协调氮代谢和碳代谢之间的关系，库源互馈作用使营养器官中大量干物质向籽粒转运[46]。有研究表明，施用硝化抑制剂的处理可以提高玉米在灌浆期维持较高的光合效率[14]，提高玉米吐丝后体内游离氨基酸、可溶性蛋白含量和主要器官氮积累量[47]。本研究中DCD 转运率及对籽粒的贡献率均较小，但DCD 的产量大于NBPT，说明DCD 的产量更多的来源于吐丝后的同化产物，而非营养器官的物质转运[48]。
穗粒数和百粒质量是作物产量的重要组成部分。在本研究中，水分和氮肥增效剂的增产效果也体现在穗粒数的提高和百粒质量的增加，增产原因可能是氮肥增效剂通过聚能网中的高分子物质与尿素发生作用，将施肥点周围土壤中的养分活化并富集[49]，在玉米根部形成充分的养分库促进了根系生长，使玉米可以更高效的吸收和利用水分和养分，提高穗位叶光合能力，在保持较高且稳定的光合作用的同时，改善了叶片活性氧产生及清除之间的平衡关系，延缓叶片衰老[9]，阻止生育后期叶面积的急剧缩小，延缓叶片同化光合产物能力减弱的趋势，促进同化物向玉米籽粒中转移[50]，增加籽粒质量进而提高作物产量。本研究发现灌水量从40 mm 增加至60 mm，可使氮肥增效剂的增产效果增强。其原因可能是灌溉量的增加提高了土壤含水量，有利于氮肥增效剂的溶解、迁移与扩散[51]，从而促进夏玉米根系对土壤养分的吸收和主动运输。大量研究证实，在中国蔬菜[52]和玉米[53]等不同作物生产系统中，氮肥配施硝化抑制剂在提高氮肥利用率的同时可以增加作物产量。在本研究中，相同的灌水水平下，DCD 处理下籽粒质量显著高于其他处理，产量最高。
中国土壤类型众多，氮肥增效剂的作用效果可能因土壤类型而不同，同时还应考虑灌水水平带来的不同影响。因此，要结合当地的土壤类型、气候条件、生态环境和栽培管理条件等，进一步揭示氮肥增效剂的作用机理与效果，因地制宜选择最佳氮肥增效剂类型，加快氮肥增效剂在中国推广应用的进程。
为探索不同灌水水平下添加氮肥增效剂对夏玉米籽粒灌浆和产量形成的影响规律，本文通过田间试验结合Richards 模型，发现不同灌水量下尿素添加适宜氮肥增效剂能够促进夏玉米灌浆进而提高产量，结果表明：
1）3 种氮肥增效剂的添加均使夏玉米营养器官干物质转运率较单施尿素增大，且双效抑制剂（NBPT+DCD）和脲酶抑制剂（NBPT）的转运率大于硝化抑制剂（DCD）。3 种氮肥增效剂均可提高夏玉米产量，以DCD 和NBPT+DCD 的效果优于NBPT。增加灌水量至60 mm，可使氮肥增效剂的增产效果增强，NBPT、DCD 和NBPT+DCD的产量分别提高了6.55%、5.36%和10.53%。
2）3 种氮肥增效剂较单施尿素均可提高夏玉米平均灌浆速率，且NBPT+DCD 和DCD 提高了灌浆快增期的灌浆速率。两个灌水水平相比较，W2（灌溉定额60 mm）水平推迟了达到最大灌浆速率的时间，使夏玉米灌浆缓增期仍能够保持较高的灌浆速率，通过延长灌浆快增期的灌浆时间进而延长总的灌浆持续时间。
3）W2+DCD 处理能够有效提高夏玉米籽粒灌浆的起始生长势，其总灌浆期持续时间延长且优化了灌浆期3 段时长比例，最大灌浆速率和各阶段平均灌浆速率均较高，能够有效提高产量，是本试验中灌水水平和氮肥增效剂类型的最佳组合。
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