覆膜對長江中游春玉米氮肥利用效率及土壤速效氮素的影響

葛均筑， 徐 瑩， 袁國印， 田少陽， 李淑婭， 楊曉妮，

曹湊貴1， 展 茗1*， 趙 明2*

(1農業部長江中游作物生理生態與耕作重點實驗室，華中農業大學植物科技學院，湖北武漢 430070; 2農業部作物生理生態重點實驗室，中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081; 3天津農學院農學與資源環境學院，天津 300384)

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覆膜對長江中游春玉米氮肥利用效率及土壤速效氮素的影響

葛均筑1,2,3， 徐 瑩1， 袁國印1， 田少陽1， 李淑婭1， 楊曉妮1，

曹湊貴1， 展 茗1*， 趙 明2*

(1農業部長江中游作物生理生態與耕作重點實驗室，華中農業大學植物科技學院，湖北武漢 430070; 2農業部作物生理生態重點實驗室，中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081; 3天津農學院農學與資源環境學院，天津 300384)

春玉米; 覆膜; 施氮量; 產量; 氮素積累; 氮肥效率

nitrogen use efficiency

1　材料與方法

1.1試驗設計

表1　不同土層深度基礎地力

表2　長江中游試驗區春玉米生育期及相應降雨量

注(Note): SD—播種期Sowing date; VE—出苗期Seedling stage; V6—拔節期Jointing stage; R1—吐絲期Silking stage; R6—成熟期Maturity stage.

試驗采用裂區設計，主區為地膜覆蓋(film mulching, F)和無地膜覆蓋(no film mulching, NF); 副區為施氮水平，5個水平分別為每公頃施氮 0 kg(N0)、135 kg(N135)、202.5 kg(N202.5)、270 kg(N270)和337.5 kg(N337.5)。因覆膜玉米生育期內不能進行追肥，肥料于播種時一次性基施，全生育期P2O5用量為150 kg/hm2，K2O為180 kg/hm2，復合肥料為山東金正大生態有限公司生產的沃夫特玉米專用緩控釋肥(N ∶P2O5∶K2O為22 ∶8 ∶12)，以氮肥為計算單位，P2O5和K2O用量分別用過磷酸鈣(P2O512%)和氯化鉀(K2O 60%)補足。春玉米品種為宜單 629，定苗密度為 60000 plant/hm2。2013年3月15日播種。

圖1　春玉米播種廂溝模式及取樣點(O、N和B點)示意圖Fig.1　The sketch of spring maize sowing with ditch-degeneration and the sample spots in plot

1.2測定項目與計算

1.2.1 籽粒產量及其構成因素在玉米籽粒生理成熟后，選取小區中間無破壞行4行寬，連續4 m長，統計穗數折合成公頃穗數(EN)，取代表性植株5株，測定干物質積累，剩余穗子全部收獲測鮮重，計算平均穗鮮重，選取接近于平均穗鮮重的樣穗20穗，自然風干后進行室內考種脫粒。產量=20穗樣穗籽粒重(折算按籽粒含水量為14%)×EN/20，籽粒含水量用PM8088谷物水分測定儀測定。

1.2.2 氮素積累量與利用的效率于拔節期(V6)、吐絲期(R1)和生理成熟期(R6)，各小區取代表性樣株3株，V6期分為鞘和葉2部分，R1期分為莖、鞘和葉三部分，R6期分為莖、鞘、葉、苞葉、穗軸和籽粒六部分，105℃殺青30 min，75℃烘干至恒重，稱重后計算干物質積累量。樣品采用微型植物樣品粉碎機粉碎(過0.45 mm篩)留樣備測。

采用H2SO4-H2O2聯合消煮—覬氏定氮法測定氮素含量，參照文獻計算氮素積累量與利用效率[31-33]:

氮素積累量(total nitrogen accumulation amount in plant, TNAA, kg/hm2)=60000 plant/hm2×∑[植株各部位干物質積累量(g/plant)×含氮量(mg/g)]

氮肥農學效率(agronomic efficiency of nitrogen, ANUE, kg/kg)=(施氮區玉米產量-空白區玉米產量)/施氮量

氮肥回收率(nitrogen recovery efficiency, NRE,%)=(施氮區作物氮素積累量-不施氮區作物氮素積累量)/施氮總量×100。

1.3數據統計與分析

用Microsoft Excel 2003進行數據計算和作圖，用SPSS16.0 統計軟件進行方差和相關性分析，采用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2　結果與分析

2.1覆膜對不同施氮梯度下長江中游春玉米產量及其構成因素的影響

由表3可知，覆膜、施氮量及二者互作極顯著地提高長江中游春玉米產量。覆膜極顯著地增加穗粒數和粒重，施氮僅對穗粒數影響達極顯著水平，二因素互作對穗數、穗粒數、百粒重的影響均達極顯著水平。

與不覆膜相比，隨施氮量增加覆膜增產幅度顯著減小(表3)，同等施氮水平下分別增產45.89%、45.68%、32.79%和23.54%。相同施氮量時，覆膜對穗粒數的影響未達顯著水平。與不覆膜相比，隨施氮量增加覆膜對穗粒數的影響程度呈先升高后降低趨勢，覆膜時穗粒數分別增加7.77%、30.63%、37.04%、34.74%和21.49%(P<0.05)。與不施氮相比，施氮后覆膜提高春玉米百粒重，但施氮水平間差異未達顯著水平。

由表3可以看出，與N135處理相比，覆膜后N202.5、N270和N337.5產量分別提高6.21%、13.36%和23.67%; 不覆膜分別增產6.36%、24.5%和46.3%。N135與N202.5間無顯著差異，但與N270和N337.5差異達顯著水平，N337.5產量顯著高于N202.5和N270。施氮量對穗數的影響無明顯規律，覆膜時N202.5穗數最高，但不覆膜時N0處理最高。同等條件下，穗粒數隨施氮量增加而顯著增加，且覆膜時各施氮量間差異均達顯著水平，但不覆膜時表現為N337.5>N135≈N202.5≈N270(P<0.05)。覆膜后，春玉米百粒重表現為N337.5>N270>N202.5≈N135(P<0.05)，不覆膜時N135與N270、N337.5差異達顯著水平。

表3　覆膜對不同施氮梯度下長江中游春玉米產量及其構成因素影響

注(Note): 同列數據后不同字母表示同等條件下不同施氮處理間P<0.05水平下的差異顯著 Values followed by different letters within the same column are significantly different between N treatments atP<0.05 level at the same condition.**表示處理因素間差異性達0.01顯著水平 Mean significantly different between treatments atP<0.01 level.

2.2覆膜對不同施氮梯度下長江中游春玉米氮素積累與利用效率的影響

由表4可以看出，春玉米植株氮素累積量(TNAA)隨生育時期顯著增加，覆膜和施氮顯著提高各生育時期TNAA，但二因素互作僅對吐絲期TNAA影響顯著。與N0相比，施氮顯著提高成熟期TNAA。覆膜下，施氮水平間TNAA隨施氮量增加而提高，但幅度降低，N135與N270、N337.5差異顯著，N202.5僅與N337.5差異顯著。不覆膜時，施氮量間TNAA表現為N135≈N202.5

覆膜顯著提高春玉米氮肥農學利用效率(ANUE)，但對氮肥回收率(NRE)無顯著影響; 增施氮肥顯著降低ANUE和NRE; 二因素互作對ANUE和NRE均無顯著影響(表4)。同等施氮水平下，與覆膜相比，不覆膜ANUE分別降低89.08%(P<0.01)、164.23%(P<0.01)、62.47%(P<0.05)和45.31%(P<0.05)，同時NRE降幅為13.13%(P<0.05)、17.64%(P<0.05)、10.58%(P<0.05)和2.34%。與覆膜N135處理相比，隨施氮量增加，ANUE顯著降低，降幅分別為26.21%、38.50%和43.71%，NRE降幅為10.45%、11.05%和16.73%(P<0.05); 無覆膜處理N202.5、N270和N337.5ANUE比NFN135顯著降低47.20%、28.43%和26.75%，而NRE降幅為15.09%(P<0.05)、8.44%和6.39%。

表4覆膜對不同施氮梯度下春玉米氮素積累與利用效率的影響

Table 4N accumulation in different stages of spring maize and N use efficiency under different treatments

處理Treatment氮積累量TotalNaccumulation(kg/hm2)拔節期Jointing吐絲期Silking成熟期MaturityANUE(kg/kg)NRE(%)覆膜N010.3d44.1e91.6dFilmN13512.1d87.7d176.7c31.8a63.0amulchingN202.516.7c110.6c205.8bc23.5b56.4ab(F)N27019.6b125.1b242.9ab19.6c56.0abN337.522.1a164.2a268.6a17.9c52.4b無覆膜N09.6d30.6d63.9dNofilmN1359.8d49.8c137.8c16.8a54.7amulchingN202.512.7c67.7b158.0c8.9c46.0b(NF)N27017.2b72.2b199.2b12.0b50.1abN337.520.5a109.5a236.8a12.3b51.2abFvaluesF66.4**354.8**68.0**7.67**1.03N17.2**532.9**27.4**63.7**13.5*F×N1.0517.9**0.262.90**0.308

注(Note): ANUE —氮肥農學效率Agronomic efficiency of fertilizer nitrogen; NRE—氮肥回收率Nitrogen recovery efficiency. 同列數據后不同字母表示同等條件下不同施氮處理間P<0.05水平下的差異顯著 Values followed by different letters within the same column are significantly different between N treatments atP<0.05 level under the same condition.*,**表示處理因素間差異性達0.05、0.01顯著水平 Mean significantly different between treatments atP<0.05 andP<0.01 levels.

2.3覆膜對不同施氮水平下長江中游春玉米田土壤硝態氮含量的影響

表5　覆膜對不同施氮水平的土壤硝態氮含量(mg/kg)的影響

注(Note): 同列數據后不同字母表示同等條件下不同施氮處理間5%水平下差異顯著 Values followed by different letters in the same column are significantly different between N treatments atP<0.05 level under the same condition.*,**表示處理因素間差異性達0.05、0.01顯著水平 Mean significantly different between treatments atP<0.05 andP<0.01 levels.

2.4覆膜對不同施氮水平下長江中游春玉米田土壤銨態氮含量的影響

表6　覆膜對不同施氮水平的土壤銨態氮含量動態(mg/kg)的影響

注(Note): 同列數據后不同字母表示同等條件下不同施氮處理間5%水平下差異顯著 Values followed by different letters in the same column are significantly different between N treatments atP<0.05 level under the same condition.*,**表示處理因素間差異性達0.05、0.01顯著水平 Mean significantly different between treatments atP<0.05 andP<0.01 levels.

3　討論與結論

本研究結果表明，施氮和覆膜均極顯著地提高了長江中游春玉米不同生育時期的氮素積累量，但二因素互作僅對吐絲期氮素積累量具有極顯著的效應。吐絲前的營養生長階段是春玉米穗粒數形成的關鍵時期，吐絲后的籽粒灌漿期是粒重形成的關鍵時期。吐絲期氮素積累量差異說明覆膜促進了春玉米不同施氮梯度下氮素的吸收積累，為增加穗粒數奠定了良好的基礎; 成熟期氮素積累量無明顯差異，說明覆膜顯著促進了籽粒灌漿期不同氮肥水平下籽粒氮素的積累，彌補吐絲期營養器官氮素積累量的差異，優化籽粒灌漿過程，提高春玉米百粒重。增施氮肥顯著降低春玉米的氮肥農學利用效率，覆膜顯著提高同等施氮量春玉米氮肥農學利用效率，但二因素互作對氮肥農學利用效率無顯著影響; 增施氮肥春玉米氮肥回收率顯著降低，但覆膜及二因素互作對氮肥回收率無顯著影響。

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Effects of film mulching on nitrogen use efficiency of spring maize and soil available nitrogen variations in the middle reaches of Yangtze River

GE Jun-zhu1,2,3, XU Ying1, YUAN Guo-yin1,2, TIAN Shao-yang1, LI Shu-ya1,2, YANG Xiao-ni1,CAO Cou-gui1, ZHAN Ming1*, ZHAO Ming2*

(1MOAKeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSystemfortheMiddleReachesoftheYangtzeRiver/CollegeofPlantScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan,Hubei430070,China; 2MOAKeyLaboratoryofCropPhysiologyandEcology/InstituteofCropSciences,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China; 3CollegeofAgronomy,ResourcesandEnvironment,TianjinAgriculturalUniversity,Tianjin300384,China)

spring maize; film mulching; nitrogen application rate; grain yield; nitrogen accumulation;

2014-09-24接受日期: 2015-05-25網絡出版日期: 2015-09-29

國家科技支撐計劃項目(2012BAD04B12); 國家公益性行業(農業)科研專項經費項目(201503122); 農業部作物生理生態與耕作重點實驗室開放課題(201306)資助。

葛均筑(1982—)，男，山東莒縣人，博士，講師，主要從事玉米高產生理生態研究。E-mail: gjz0121@126.com

E-mail: zhaomingcau@163.net; zhanming@mail.hzau.edu.cn

S147.35

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1008-505X(2016)02-0296-11