房孟颖，卢霖，王庆燕，董学瑞，闫鹏，董志强
乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根系形态构建和产量的影响
房孟颖1，卢霖1，王庆燕2，董学瑞1，闫鹏1，董志强1
1中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态重点实验室，北京 100081；
2黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江大庆 163319
根系是玉米获取水分和养分的重要器官，塑造合理的根系结构是发挥玉米高产潜力的关键，也是目前玉米栽培研究中亟待解决的重要科学问题。乙矮合剂和施氮均会影响玉米根系发育，明确乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根系形态构建和产量的影响，可为玉米高产高效栽培管理和合理施肥提供理论和技术依据。2019年和2020年分别在廊坊市燕郊镇大柳店村和北京市顺义区中国农业科学院顺义试验基地开展田间试验，以玉米单交种豫单9953为试验材料，采用裂区试验设计，设置乙矮合剂处理（ECK）和清水对照（CK）为主区；
6个施氮水平0（N0）、96（N96）、132（N132）、168（N168）、204（N204）和240 kg·hm-2（N240）为副区，研究乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根系形态构建和产量的影响。施氮显著增加了根干重、气生根条数、根长、根表面积和根体积，相比不施氮处理，各施氮量下夏玉米根干重、气生根条数，根长、根表面积和根体积分别平均增加15.0%—25.2%、31.7%—71.7%、15.5%—30.8%、19.0%—40.9%和28.8%—54.0%。ECK处理下夏玉米根干重、根层数、1—2层根和气生根条数相比CK分别增加10.4%—17.0%、5.8%—12.6%、10.8%—3.9%和12.5%—79.6%；
在根系形态构建上，相比CK，ECK处理下夏玉米根长、根表面积和根体积分别增加7.5%—21.0%、8.4%—29.3%和14.3%—38.8%，并且在中高氮水平（≥N204）根系直径在1.0 mm以上的根长增幅最大。ECK处理对2019和2020年N0—N168夏玉米单产无显著影响，显著提高了N204和N240夏玉米单产，与CK相比，在N204平均增加6.3%，在N240平均增加3.2%。相关性分析结果表明，夏玉米产量与粒数、千粒重、根长、根表面积和根体积呈极显著正相关，其中产量与根长相关系数最高。乙矮合剂和施氮协同促进了夏玉米根系发育，并提高了中高氮条件下夏玉米单产，在本试验条件下，6展叶期喷施乙矮合剂配施240 kg·hm-2氮肥是适用于环京津地区的夏玉米高产高效栽培技术与氮肥管理方案。
乙矮合剂；
氮肥；
夏玉米；
根系形态建构；
环京津地区
【研究意义】玉米（L.）是我国第一大粮食作物，在保障国家粮食安全中居于重要地位。目前，我国玉米单产虽高于世界平均水平，但只有美国的60%左右，玉米单产水平仍有较大的提升潜力[1]。根系是玉米的主要营养器官，具有吸收、合成、固定和支持的作用，其生长发育和形态构建显著影响玉米对水分和养分的吸收利用。根系发育良好是玉米获得高产的首要条件[2-3]，因此，研究栽培措施对根系构建的影响机制，进而塑造合理的根系结构以实现玉米高产稳产，是目前玉米栽培研究中亟待解决的关键问题。【前人研究进展】植物生长调节剂是一类具有植物激素活性的化学物质，在改善作物生长发育特性、提高作物抗逆性和增加产量方面发挥重要作用，具有用量少、见效快、便于推广等优点，已经成为近年来玉米高产的主导技术之一[4-5]。植物生长调节剂可通过调节根系的形态构建来调节对土壤养分和水分的吸收能力，前人研究认为矮壮素、多效唑等可通过抑制植株赤霉素生物合成促进植株节间缩短，刺激根系发育，提高根系干重、根长密度和根系表面积密度，增强根系对水分、养分的吸收能力，进而提高玉米单产[6-8]。叶面喷施乙烯利可增加玉米的根层数和气生根条数[9]，但值得注意的是，在生产上矮壮素、多效唑和乙烯利单剂使用不当会对玉米产生药害，如使植株过度矮化，不正常生长，甚至减产[10-12]。施氮同样影响玉米生长发育以及根系的形态建成[13]。一方面在形态上具有较大的总根长、总根体积、根系分布密度和有效吸收面积是根系具有较强氮素吸收能力的保障[14]；
另一方面，玉米生育期内根系发育同耕层土壤氮素供应水平密切相关，低氮促进根系纵向伸长，高氮则促进玉米根系横向扩展[15]，因此适当提高施氮量可以显著提高玉米根系的根干重和根长等形态特征指标[16-17]，然而过量施氮会显著抑制根系生长[18]，甚至会导致玉米倒伏。【本研究切入点】乙矮合剂（ethylene-chlormequat- potassium, ECK）是乙烯利和矮壮素的复配剂（乙烯利﹕矮壮素=1﹕3，总有效成分含量28%），目前在我国玉米主产区广泛应用，在改善玉米株型、优化产量构成因素、提高玉米抗倒伏能力和增加产量等方面效果显著[19-20]。兰宏亮[21]研究表明，ECK可提高玉米的根系活力、抗拉力和抗拉强度。然而目前对于ECK和施氮量对玉米根系发育和产量的影响及其互作效应研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】本研究针对环京津地区夏玉米栽培技术与施肥模式单一的问题，基于田间试验研究ECK对不同施氮量下夏玉米根系形态构建和产量的影响及作用机制，为建立环京津地区夏玉米高产高效的栽培技术与氮肥管理
方案提供理论和技术依据。
1.1 试验地概况
试验于2019年和2020年分别在廊坊市燕郊镇大柳店村（39°90¢N，116°84¢E）和北京市顺义区中国农业科学院顺义试验基地（40°13¢N，116°33¢E）进行。试验地属温带大陆性季风气候，2019年6—10月份日平均气温分别为25.6℃、27.3℃、25.1℃、22.0℃和12.5℃，6—10月份逐月累计降雨量分别为7.9、124.0、136.8、72.3和22.8 mm；
2020年6—10月份日平均气温分别为26.6℃、25.5℃、25.6℃、19.8℃和11.1℃，6—10月份逐月累计降雨量分别为17.5、89.7、277.1、45.4和9.3 mm（图1）。2个试验地前茬作物均为冬小麦，土壤类型均为砂壤土，耕层土壤基础地力如表1。
表1 2019—2020年试验地耕层土壤基础地力
图1 2019—2020年夏玉米生育期内日累计降雨量和日平均温度
1.2 试验材料与设计
试验以玉米（L.）单交种豫单9953为材料，采用裂区试验设计，主区为乙矮合剂（ECK）和清水对照（CK），即于玉米6叶展期叶面喷施ECK（中国农业科学院作物科学研究所研制，主要成分为乙烯利和矮壮素）0.45 L，兑水225 L·hm-2，CK喷施等量清水；
副区为氮肥梯度处理，设置6个施氮水平，即0、96、132、168、204和240 kg·hm-2，分别用N0、N96、N132、N168、N204和N240表示，磷肥和钾肥分别施用75和90 kg·hm-2，肥料均在播前一次性基施，每个处理3次重复。试验小区长8 m，宽度6 m，采用60 cm等行距人工点播，留苗密度为82 500株/hm2。播种、收获和田间管理同当地常规方法一致。2019年和2020年均于6月24日播种，2019年于10月7日收获，2020年于10月16日收获。
1.3 测定方法
1.3.1 根系形态指标 2019年和2020年分别于开花期和收获期在每个小区选取3株长势基本一致的玉米植株，以植株的基部为中心，在半径20 cm的水平区域内进行地下垂向0—40 cm（根系分布的密集区和吸收的活跃区）的土壤根系挖掘，清水冲洗根系并剔除杂质，测定玉米开花期和收获期根系的根层数、每层根条数、气生根条数（第6层及以上根系）和根系干重。用扫描仪（Epson Perfection V850 pro）将获取的根系扫描成图片文件，并用根系分析软件（WinRHIZO Pro Vision 5.0）对根系图片进行分析以获得根系形态构建指标。
1.3.2 产量及产量构成因素 玉米成熟后，在小区中部选取两行共计10 m2进行测产，测定有效穗数、出籽率和籽粒含水量，并按照14%含水量折算产量。通过称重法从各小区收获穗中选取20穗调查穗粒数和千粒重（干重），并折算单位面积有效粒数。
1.4 数据统计与分析
试验数据使用Microsoft Excel 2016进行整理与作图，并用SPSS 25.0对数据进行统计分析，LSD（＜0.05）方法用于检验处理间差异的显著性。
2.1 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根系干重的影响
施氮量和乙矮合剂显著影响根干重。施氮显著增加了根系干重（图2—3），2019年开花期和收获期的根干重在各施氮量下较不施氮分别增加11.2%—32.3%和16.6%—43.1%；
2020年开花期和收获期的根干重在各施氮量下较不施氮分别增加2.0%—15.7%和9.6%—18.1%。ECK处理下，2019年开花期和收获期的根干重在各施氮量下较CK增幅分别为2.3%—14.4%和9.5%—35.3%；
2020年开花期和收获期的根干重较CK增幅分别为8.1%—21.3%和3.2%—14.8%。
2.2 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根层数及根条数的影响
2.2.1 根层数 施氮量对根层数无显著影响，2019年根层数在各施氮量下较不施氮降低0.7%—8.1%；
2020年根层数在各施氮量下较不施氮增加幅度为3.8%—7.6%。ECK处理显著增加了夏玉米根系的根层数，2019年根层数在各施氮量下较CK增加幅度为5.1%—14.6%；
2020年根层数在除N0以外的其余各施氮量下较CK增加幅度为5.6%—19.6%（图4）。
CK：对照，喷施等量清水处理；
ECK：乙矮合剂处理；
N0、N96、N132、N168、N204和N240分别表示施氮量为0、96、132、168、204和204 kg·hm-2
a：2019年开花期的根系干重；
b：2019年收获期的根系干重；
c：2020开花期的根系干重；
d：2020收获期的根系干重；
图中不同的小写字母表示同一年份不同处理间在5%水平上差异显著；
*、**和***分别表示在0.05、0.01和0.001水平差异显著。下同
图4 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根层数的影响
2.2.2 根条数 两年试验结果表明，年份、施氮量和ECK处理显著影响夏玉米的根条数（表2）。施氮量显著影响夏玉米每层根的根条数，第1—2层根条数2019和2020年在各施氮量下较N0分别增加7.0%—13.2%和1.2%—25.2%；
第3层根条数2019年在各施氮量下较N0增加7.0%—22.7%，2020年在除N240以外的其余施氮量下较N0增幅为4.8%—9.6%；
第4层根条数2019年在各施氮量下较N0增加13.5%—41.3%，2020年在除N96以外的其余施氮量下较N0增加5.0%—11.4%；
第5层根条数2019年在各施氮量下较N0增加22.8%—44.6%，2020年在除N96以外的其余施氮量下较N0增加3.0%—10.2%；
气生根的根条数2019年和2020年在各施氮量下较N0分别增加22.8%—74.7%和12.7%—75.6%。与CK相比，ECK处理显著增加每层根的根条数，第1—2层根条数2019年在各施氮量下较CK增加11.6%—34.9%，2020年在除N168以外的其余各施氮量下较CK增加幅度为7.3%—32.9%；
第3层根条数2019年在除N0和N168以外其余施氮量下较CK增加0.9%—37.0%，2020年在N96、N132和N240下较CK增加幅度为1.7%—23.1%；
第4层根条数2019年在除N204以外，其余施氮量下较CK增加3.9%—17.7%，2020年在除N0和N96以外其余各施氮量下较CK增加幅度为2.6%—16.2%；
第5层根条数2019年在各施氮量下较CK增加1.1%—27.6%，2020年在除N0和N96以外其余各施氮量下较CK增加幅度为2.6%—16.2%；
气生根的根条数2019年在各施氮量下较CK增加10.6%—133.9%；
2020年在除N96以外的各施氮量下较CK增加幅度为12.7%—44.9%。
表2 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根条数的影响
CK：对照，喷施等量清水处理；
ECK：乙矮合剂处理；
同一列同一年份不同小写字母表示处理间在5%水平差异显著；
*、**和***分别表示在0.05、0.01和0.001水平差异显著；
ns表示差异不显著。下同
CK: Control, spraying the same amount of water treatment; ECK: Ethylene-chlormequat-potassium treatment; Different lowercase letters in the same column and same year indicate significant difference between treatments at 0.05 level; *, ** and *** mean significant difference at 0.05, 0.01 and 0.001 levels, respectively; ns indicates no significant difference. The same as below
2.3 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根系形态构型的影响
2.3.1 夏玉米开花期根系形态构型 如表3所示，按照根系直径范围在0—0.5、0.5—1.0、1.0—2.0和＞2.0 mm将玉米根系组成分为4个部分。两年试验结果表明，根系直径小于0.5 mm的根系长度占比最大，占总根长的72.9%，直径在0.5—1.0和1.0—2.0 mm的根长分别占总根长的10.7%和9.5%，直径＞2.0 mm的根长占总根长的7.0%以下。
年份、施氮量和ECK处理显著影响夏玉米开花期的根长、根表面积和根体积。相比N0，2019年各施氮量下夏玉米开花期根系的根长、根表面积和根体积分别增加22.4%—45.0%、29.4%—80.0%和48.7%—106.1%，其中根系直径在0—0.5、0.5—1.0、1.0—2.0和＞2.0 mm的根系长度相比N0分别增加23.9%—53.1%、24.1%—46.8%、5.7%—24.4%和35.0%—88.3%；
2020年各施氮量下夏玉米开花期根系的根长、根表面积和根体积分别增加11.7%—28.5%、11.4%—22.7%和10.9%—26.5%，其中根系直径在0—0.5、0.5—1.0、1.0—2.0和＞2.0 mm的根系长度相比N0分别增加8.3%—23.2%、7.6%—25.1%、5.0%—19.0%和9.7%—27.4%。ECK处理显著增加夏玉米开花期根系的根长、根表面积和根体积，与CK相比，2019年根长、根表面积和根体积在除N0以外各施氮量下增加幅度分别为14.2%—32.9%、28.7%—44.2%和28.0%—65.4%；
2020年根长在除N96以外的其余各施氮量下增加4.0%—32.3%，根表面积和根体积在各施氮量下分别增加1.3%—65.9%和5.5%—97.7%。从根长分布上看，ECK处理下，2019年根系直径在0—0.5、0.5—1.0、1.0—2.0和＞2.0 mm的根系长度在除N0以外的其余施氮量下较CK增加幅度分别为11.9%—30.7%、2.8%—22.2%、16.2%—37.0%和20.1%—53.9%，2020年根系直径在0—0.5和0.5—1.0 mm的根系长度在除N96以外的其余施氮量下较CK的增加幅度分别为9.4%—43.4%和2.9%—56.8%，直径在1.0—2.0和＞2.0 mm的根系长度在各施氮量下较CK的增加幅度分别为6.8%—25.1%和4.3%—70.8%。
2.3.2 夏玉米收获期根系形态构型 施氮处理显著增加2019年和2020年夏玉米收获期根系的根长、根表面积和根体积（表4）。2019年根长在除N132的其余各施氮量下较N0增加11.4%—39.3%，2020年在各施氮量下较N0增加12.2%—16.0%；
2019年根表面积和根体积在各施氮量下较N0分别增加8.4%—55.1%和23.5%—75.7%，2020年在各施氮量下较N0分别增加5.7%—12.3%和7.8%—19.4%。从根长分布上看，2019年根系直径在0—0.5和0.5—1.0 mm的根系长度在除N132以外的其余施氮量下较N0分别增加10.0%—35.4%和5.9%—36.9%，在1.0—2.0和＞2.0 mm的根系长度在各施氮量下较N0分别增加7.3%—27.6%和20.9%—64.7%，2020年根系直径在0—0.5、0.5—1.0、1.0—2.0和＞2.0 mm的根系长度在各施氮量下较N0分别增加3.7%—6.7%、2.7%—13.9、1.1%—9.3%和8.4%—16.7%。ECK处理显著增加夏玉米收获期的根长、根表面积和根体积，2019年根长在N0、N132和N168下较CK分别增加5.1%、2.8%和16.7%，2020年在各施氮量下较CK增加2.9%—45.4%；
根表面积2019年在除N96外其余各施氮量下较CK增加2.4%—21.4%，2020年在各施氮量下较CK增加3.3%—13.8%；
根体积2019年在除N132以外的其余各施氮量下较CK增加1.0%—29.1%，2020年在各施氮量下较CK增加4.4%—28.2%。从根长分布上看，ECK处理根系直径在1.0—2.0和＞2.0 mm的根系长度显著增加，2019年在除N240以外的其余各施氮量下较CK分别增加1.6%—21.9%和1.6%—29.4%，2020年在除N0以外的其余各施氮量下较CK增加幅度分别为4.7%—30.0%和6.1%—33.8%。
表3 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米开花期根系形态构型的影响
：根径。下同: Root diameter. The same as below
2.4 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米产量及产量构成因素的影响
两年试验结果表明，施氮量和ECK处理显著影响夏玉米产量（表5）。2019年夏玉米产量随施氮量增加呈增加趋势，各施氮量下较N0增幅为13.7%—32.3%；
2020年夏玉米产量在各施氮量下较N0增幅为18.3%—25.6%。ECK处理下，2019年夏玉米产量在N0—N168时较CK下降，而在N204和N240时较CK分别增加5.2%和4.5%；
2020年夏玉米产量在N0—N168和N240时相比CK无显著差异，在N204时较CK显著增加7.4%。从产量构成因素上看，施氮和ECK处理主要通过增加千粒重影响玉米产量，相比N0，2019年和2020年玉米千粒重在各施氮量下最大增幅分别为10.3%和5.1%；
ECK处理下，2019年千粒重在N204和N240时显著高于CK，较CK分别增加5.2%和4.5%；
2020年千粒重在各施氮量下增加2.8%—8.8%，其中在施氮量为N96、N132和N204时差异显著。
表4 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米收获期根系形态构型的影响
2.5 根系形态指标和根干重与产量的相关性分析
如表6所示，玉米产量与粒数、千粒重、根长、根表面积和根体积呈极显著正相关，相关系数分别为0.546、0.573、0.599、0.579和0.538，其中产量与根长的相关系数最大，表明相比其他根系形态指标，根长与产量的关系最为密切。千粒重与根长、根表面积和根体积呈极显著正相关，相关系数分别为0.772、0.751和0.675。根干重与根表面积和根体积相关系数分别为0.551和0.682，呈极显著正相关。根长与根表面积和根体积的相关系数分别为0.942和0.840，呈极显著正相关。根表面积和根体积呈极显著正相关，相关系数为0.960。
表5 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米产量与产量构成因素的影响
3.1 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根系干重、根层数及根条数的影响
根系的生长发育状况会影响作物地上部获取资源的能力，进而影响作物生长发育和产量形成[22]。施氮影响玉米根系的形态建成，王宁等[23]研究表明，施肥能够促进不同土壤类型玉米根系生长，增加根系生物量；
杜红霞等[24]研究认为，适量施氮（250 kg·hm-2）可以促进根系生长，显著增加玉米根干重。玉米大田生产上合理使用植物生长调节剂可有效促进根系发育[25]。叶面喷施乙烯利可增强玉米根系活性，刺激气生根的发育，并促进根系下扎[10]；
张帅等[26]试验结果表明，在玉米8叶期和16叶期用乙烯利进行双重化控处理增加了玉米根系表面积、最大扩展宽度以及根系吸收面积，缩小了根系与地面的夹角。矮壮素通过抑制赤霉素的合成提高内源性细胞分裂素和脱落酸的水平，进而诱导根系发生。叶德练等[27]研究认为，烯效唑和矮壮素复配剂拌种处理可以显著提高小麦分蘖期的根干重和根条数，并提高耕层的根长密度和根重密度。本研究结果表明，施氮显著增加了夏玉米根系干重，但对根层数无明显影响。施氮对不同根层根条数的影响受试验年份和乙矮合剂处理的双重影响，2019年对照下施氮对气生根条数无显著影响，乙矮合剂处理后施氮显著增加气生根根条数；
2020年对照和乙矮合剂处理下施氮均显著增加了1—2层根和气生根的根条数。2019年和2020年施氮对根系干重和气生根根条数影响差异可能与试验年份玉米生育期内有效降雨量相关，如图1所示，2019和2020年7—9月份累计降雨量分别为208.3和322.5 mm，2019年为偏干旱年型，尤其是在7月下旬至8月上旬，持续的干旱严重抑制了玉米根系发育；
2020年为适水年型，耕层水肥充足有利于根系发育，尤其是侧根的发育。乙矮合剂处理显著增加了不同施氮量下玉米根干重、根层数和第1—2层及气生根的根条数，其中气生根（6层及以上）根条数增幅最大，这表明乙矮合剂处理有效促进了玉米根系发育，这与前人通过乙烯利或矮壮素单剂处理后的研究结果基本一致[26-27]。此外，乙矮合剂处理相比对照显著增加了玉米根系第1—2层根和气生根的根条数，一方面可能是因为乙矮合剂处理抑制了茎秆赤霉素合成[10,28-29]，导致茎秆赤霉素含量降低，进而解除了赤霉素（同生长素互作）对根原基的抑制效应[30]，促进了根系发育；
另一方面可能是因为乙矮合剂促进了叶片光合同化物的合成，但抑制了茎节生长（一般表现为缩短增粗、干重下降）[19-21]，进而增加了根系光合同化物的供给，促进了根系生长，但乙矮合剂对玉米根系根层数及根条数的调控机制有待于进一步研究。
表6 根系形态指标、根干重与产量的相关性分析
3.2 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米根系形态构建影响
根长、根表面积、根体积等根系形态指标可以反映根系对水分和养分的吸收能力[22,31]。较大的根长能够提高水分的吸收能力，从而使作物更好地应对干旱胁迫，维持作物生长过程中的水分平衡[32]。根系表面积和根体积直接反映了作物根系与土壤的接触面积，是表征根系吸收能力的重要指标，其中根系表面积由根长和根直径共同决定[33]。由于根系生长具有“趋肥性”，因此土壤养分状况对根系生长具有“可塑性”，MAIZLISH等[34]田间试验结果表明，玉米根长随施氮量增加而增加；
李秧秧等[35]研究表明，施氮能够增加玉米根长并降低根冠比；
而NANAGARA等[36]研究认为玉米根长不受施氮量的影响。由于试验条件和研究方法的差异，目前关于玉米根系生长与施氮量的关系尚未明确。植物生长调节剂同样会影响根系构型。苏黎等[37]试验结果表明，0.05%—0.1%浓度乙烯利浸种能够增加黑麦草幼苗根系总表面积、根系总长度和侧根数；
玉米在经乙烯利处理后，根系活性和气生根发育增强且根量在土壤深层的分布增多[38]。本研究结果表明，乙矮合剂和施氮均显著增加了玉米根系长度、根表面积和根体积，并且在乙矮合剂处理下，随着施氮量增加，玉米根长、根表面积和根体积的增幅大于对照，这表明乙矮合剂和施氮协同促进了玉米根系发育。从根系构型上看，玉米根系中根系直径在0.5 mm以内的根系长度占总根长的70%左右，根系直径在1.0 mm以上的根系长度占总根长的16%左右，乙烯可提高生长素（IAA）氧化酶活性，抑制IAA的合成，进而促进玉米节根发育[39]，矮壮素可抑制赤霉素（GA）合成，提高根系内部IAA/GA比值，有利于木质部分化，刺激根系伸长[40]；
氮素能够促进细胞分裂素（CTK）的合成，提高CTK含量，刺激侧根发生[41-42]。笔者进一步分析发现，乙矮合剂处理显著增加了根系直径在1.0 mm以上的根系长度，而施氮则主要增加了直径在0—0.5 mm的根系长度，这些结果表明乙矮合剂和施氮在调控玉米根系形态构建上的作用机制不同，乙矮合剂可能主要刺激根系发生和纵向伸长，而施氮则主要促进根系横向伸展。
3.3 乙矮合剂对不同施氮量夏玉米产量与产量构成因素的影响
氮肥对作物产量的影响具有临界效应，适宜范围内施氮可以有效提高作物产量，氮肥用量超出适宜范围后，施氮对产量的贡献率下降[43-45]，在华北地区，施氮量在≤240 kg·hm-2范围内，玉米的千粒重和粒数均随施氮量的增加而增加[46]。本研究结果表明，增施氮肥通过增加夏玉米粒数和千粒重而提高产量，这与前人研究结果基本一致。乙矮合剂处理后，夏玉米粒数减少，千粒重增加；
在施氮量≤N168时，夏玉米产量与对照相比差异不显著，在N204和N240条件下，玉米产量显著增加，表明乙矮合剂的作用效果与夏玉米的施氮量密切相关。在两年田间试验中，乙矮合剂在不同氮肥水平对玉米籽粒千粒重的调控效果存在一定差异。综合气象数据分析发现，2019年和2020年在玉米大喇叭口期—花后22 d有效降雨量分别为136.8和277.7 mm，由于两年试验除在播种前进行灌溉外，玉米生育期内均未进行补充灌溉，2019年开花期至灌浆初期高温少雨，影响雌穗小花分化和授粉情况，从而影响千粒重和产量，使得2019年和2020年玉米籽粒千粒重和产量出现调控差异。
3.4 根系形态指标和根干重与产量之间的关系
玉米产量与根系形态指标和根干重的相关性分析说明，玉米的各根系形态构型指标和根干重在玉米根系生长发育过程中相互影响。同时，玉米产量的形成也受根系形态构型指标的影响[47]，因此可以通过乙矮合剂配施适宜的氮肥来促进玉米根系的生长发育，良好的玉米根系结构可以吸收充足的水分和养分来供给玉米地上部生长，进而提高产量。
乙矮合剂促进了夏玉米根系发育并提高了夏玉米单产。相比对照，叶面喷施乙矮合剂显著增加了夏玉米根干重、根层数和气生根条数，尤其是在中高氮（≥N204）条件下，乙矮合剂显著增加了玉米根长、根表面积、根体积和直径在1.0 mm以上的根系长度。因此，叶面喷施乙矮合剂配施204 kg·hm-2氮肥可作为环京津地区夏玉米增产增效技术进行推广应用。
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Effects of Ethylene-Chlormequat-Potassium on Root Morphological Construction and Yield of Summer Maize with Different Nitrogen Application Rates
FANG MengYing1, LU Lin1, WANG QingYan2, DONG XueRui1, YAN Peng1, DONG ZhiQiang1
1Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Eco-physiology and Cultivation, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081;2College of Agriculture, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, Heilongjiang
Root is an important organ for maize to obtain water and nutrients, and a developed root structure is the key to maximum maize yield potential, which is currently an important issue to be solved in maize cultivation research. Ethylene- chlormequat-potassium and nitrogen application can affect the development of the maize root system. The aim of this study was clarify the effects of ethylene-chlormequat-potassium on the construction of summer maize root morphology and yield under different nitrogen application rates, so as to provide the theoretical and technical basis for the improvement of high yield and efficient cultivation management and rational fertilization of maize.In 2019 and 2020, the field experiments were carried out in Daliudian village, Yanjiao town, Langfang city, Hebei province, and Shunyi Experimental Base, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Shunyi district, Beijing, respectively, using maize single cross Yudan 9953 as experimental material. A split-zone experimental design was used, with the ethylene-chlormequat-potassium treatment (ECK) and the clear water control (CK) as the main zones, and the six nitrogen levels of 0 (N0), 96 (N96), 132 (N132), 168 (N168), 204 (N204) and 240 kg·hm-2(N240) as the secondary zones, aiming to analyze the effects of ECK on root morphology and yield of summer maize at different nitrogen application rates.The nitrogen application significantly increased root dry weight, number of aerial roots, root length, root surface area and root volume. Compared with no nitrogen application, root dry weight, the number of aerial roots, root length, root surface area and root volume increased by 15.0%-25.2%, 31.7%-71.7%, 15.5%-30.8%, 19.0%-40.9% and 28.8%-54.0% on average with different nitrogen application rates, respectively. Compared with CK, ECK treatment increased root dry weight, number of root layers, number of roots in 1 to 2 layers and the number of aerial roots in summer maize with different nitrogen application rates by 10.4%-17.0%, 5.8%-12.6%, 10.8%-33.9% and 12.5%-79.6%, respectively; On the construction of root morphology, compared with CK, ECK treatment significantly increased the total root length, root surface area and root volume of summer maize with different nitrogen application rates by 7.5%-21.0%, 8.4%-29.3% and 14.3%-38.8%, respectively, and the root length with root diameter > 1.0 mm was significantly increased at medium and high nitrogen levels (N≥N204). Compared with CK, ECK treatment had no significant effect on summer maize yield per unit area in 2019 and 2020 under N0-N168, but significantly increased summer maize yield in 2019 and 2020 under N204 and N240, which increased by an average of 6.3% with N204 and 3.2% with N240. Correlation analysis showed that kernel number, 1000-kernel weight, root length, root surface area and root volume were positively correlated with summer maize yield, and the correlation coefficient between yield and root length was the highest.ECK and nitrogen could synergistically promote maize root development and increase summer maize yield under high nitrogen conditions. In the current study, spraying ECK at the V6 growth stage combined with 204 kg·hm-2N fertilizer was a suitable cultivation technique and N fertilizer management practice for high-yielding summer maize in the Beijing-Tianjin area.
ethylene-chlormequat-potassium; nitrogen; summer maize; root morphology construction; Beijing-Tianjin area
2022-01-17；
2022-08-02
国家自然科学基金（32071961）、国家重点研发计划（2018YFD0200608）
房孟颖，E-mail：fangmengying166@163.com。通信作者闫鹏，E-mail：yanpeng01@caas.cn。通信作者董志强，E-mail：dongzhiqiang@caas.cn
（责任编辑 杨鑫浩）
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