增加种植密度、合理减少氮肥施用,从根系形态分布与激素分泌方面调控氮素吸收来提高产量的反应机理尚不明确。因此选用玉米品种先玉335,采用农户普遍种植密度67500 plant·hm~(-2)(D1)和高产种植密度82500 plant·hm~(-2)(D2)2个播种密度和5个氮肥施用水平,即不施氮0 kg·hm~(-2)(N0)、较常规施氮量减少55%的160kg·hm~(-2)(N160)、较常规施氮量减少27%的220 kg·hm~(-2)(N2adaptive immune20)、常规施氮量280kg·hm~(-2)(N280)以及较常规施氮量增加27%的kg·hm~(-2)(N340),通过对产量及产量构成,氮素积累、转运与利用,根系生物学特征、根系氮素代谢关键酶活性及植物激素含量的测定,探究高密度种植下何种施氮水平能够实现玉米高产高效,明确密氮优化组合下产量、氮素吸收利用与根系生物学和根系生selleck NMR理特性的关系,得出主要结论:1、密氮优化组合能够提高玉米产量。高密度(D2)与160-220kg·hm~(-2)施氮量的密氮优化组合常规管理(N280D1)增产39.1%-51.8%。在D2(8.25万株·hm~(-2))密度下,2021年和2022年分别于N160(12.53 t·hm~(-2))和N220(12.51 t·hm~(-2))处理下获得最高产;280 kg·hm~(-2)施氮下产量较N220略有下降,但二者无显著差异,而340kg·hm~(-2)施氮下产量下降,第一年较N160产量降低25.6%,第二年较N220处理降低28.5%,施氮量、密度与年份三因素互作对产量有显著影响,2021年产量表现为D2N160>D1N220,第二年则为D2N220>D1N160,高产高效的氮肥施用量还受降水量、温度等的影响。2、密氮优化组合能够稳定单株根系氮素吸收,提高地上部氮素积累,促进营养器官氮素向籽粒转运,增强群体氮素利用效率。增加密度时单株氮素含量积累减小,施用氮肥,单株氮素积累、单位根干重氮素吸收、单位根长氮素吸收均增加,在N160-N220处理下达到最大,与N280差异不显著,而N340处理大幅下降。密氮优化组合与普遍栽培管理(N280D1)相比,氮素转运对籽粒贡献率提高23.8%-51.9%,氮素利用效率提高2.5%-8.7%,氮肥偏生产力提高41.2%-77.6%,氮肥农学利用效率提高38.3%-97%。氮素收获指数则相反,随着施氮量的增加先减小后增加,在N160和N220处理下最小,较N280D1降低19.1%和29.9%。3、密氮优化组合下良好的根系构建促进氮素吸收利用,密度与施氮量显著影响根系形态分布。密氮优化组合下,根系表面积、体积、长度、根长密度和比根长均最大,根系行间与株间张角、行间最大宽度和最大宽度比最大,而张角比和株间最大宽减小,根系向行间生长,整体构型紧缩,表现为行间扩展、纵向延伸,尤其90%根系在土壤35-40cm深度分布最大,显著高于N280处理。高氮下根系呈现浅根化,根系表面积、体积、长度和根长密度减小,施氮过多抑制根系的生长、分布。4、高密度下适量减少氮肥施用通过调节植物激素分泌来构建良好的根系分布,提高根系氮素代谢,促进氮素吸收转运。根系不同生理指标对根系生物学特征和氮素吸收利用影响不同。高密条件下,施氮过多降低根Bucladesine系氮素代谢酶活性;密氮优化组合中硝酸还原酶活性与N280D1无显著差异,而谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶的活性分别提高26.7%和47.3%,且二者与根系生长分布和氮素积累转运显著正相关。高密度下增施氮肥促进赤霉素形成,抑制细胞分裂素与生长素的合成。密氮优化组合中生长素含量分泌较N280D1大,但无显著差异;赤霉素和细胞分裂素较N280D1显著提高9.7%和21.5%。赤霉素与根系氮素吸收呈显著负相关,细胞分裂素则相反。密氮优化组合中较低的赤霉素和较高水平细胞分裂素调节根系行间生长、纵向延伸,细胞分裂素与生长素协同促进根系氮代谢。当种植密度为82500 plant·hm~(-2),推荐施用氮肥160-220 kg·hm~(-2),该组合增产39.1%-51.8%、氮肥偏生产力增加41.2%-77.6%。通过根系的植物激素代谢调控根系在行间的生长分布,根表面积、体积、长度、根长密度以及比根长最大,特别是35-40cm土层,促进对土壤剖面氮素的吸收,而根系吸收的硝酸盐刺激硝酸还原酶活性增强正反馈促进根系氮素吸收,增强谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶活性;同时密氮优化组合保持花后较高的生长素和细胞分裂素分泌,保持氮素代谢关键酶活性,增进根系吸收的氮素转运到地上部,使营养器官氮素向籽粒转运进而提高产量。