河北省山前平原鮮食玉米優化氮肥用量及對玉米產量和養分利用率的影響

朱彥輝，楊軍方，劉玉強，郭貴峰，丁民偉，賈良良*

（1.石家莊市農林科學研究院，河北 石家莊 050000；2.河北省農林科學院農業資源環境研究所，河北石家莊 050051）

鮮食玉米因經濟價值高、市場前景廣闊而深受農民的喜愛，近年來在河北省發展迅速，目前全省鮮食玉米種植面積已達7 萬hm2以上，主要分布在河北省西北部（張家口）、東部（唐山）以及中部的保定和石家莊周邊地區，其中太行山前平原區的石家莊和保定等是主要產區[1]。由于鮮食玉米經濟效益高，市場需求大，因此農民偏愛增施化肥特別是氮肥以提高產量，致使生產上重視化肥、輕視有機肥、施肥比例不合理的問題日益突出[2]。隨著國家“化肥零增長”要求的提出，優化氮肥用量成為目前鮮食玉米發展中的重要環節。玉米對氮素比較敏感，氮素供應不足會造成玉米嚴重減產，目前普通子粒玉米的養分調控措施已經基本成熟[3，4]。鮮食玉米的收獲物主要是果穗，其養分需求規律與常規子粒玉米明顯不同。目前，國內鮮食玉米的養分管理研究集中在我國南方省份[5～7]，主要是對不同甜、糯玉米的養分吸收利用特征和養分效率等進行了研究，而北方地區鮮食玉米的氮肥優化用量研究較少。在河北省山前平原區的石家莊市，通過田間施氮量試驗研究鮮食玉米的養分吸收和產量形成規律，探討化肥減施的比例，以期為該區鮮食玉米產業健康發展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在石家莊市農林科學研究院試驗場進行。該區地處河北省山前平原區，屬溫帶大陸性氣候，光熱資源豐富，年平均氣溫14.6 ℃，年平均降水量為479.6 mm，年蒸發量為858.5 mm。試驗田土壤類型為輕壤質褐土，土壤肥力中等，基礎土壤（0～20 cm）養分含量為有機質13.1 g/kg、有效磷48.3 mg/kg、速效鉀128.5 mg/kg，土壤pH 值6.89。

1.2 試驗材料

玉米試材為鮮食玉米品種京科糯2000。施用肥料為尿素（N 含量46%）、重鈣（P2O5含量43%）和硫酸鉀（K2O 含量50%）。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 2020 年6 月12 日播種玉米，9 月1日收獲鮮穗。試驗玉米施氮量設0（不施，N0，CK）、75 （N75）、 150 （N150）、 225 （N225）、 300 （N300） 和375 kg/hm2（N37）56 個處理，采用隨機區組設計，3次重復。氮肥分基肥（占施肥量的40%） 和拔節期追肥（占施肥量的60%）2 次施用，其中基肥在播種時與種子同播，追肥在玉米8 葉期施入。各處理在玉米播種前均隨整地施入磷肥（P2O）5和鉀肥（K2O） 各90 kg/hm2；其他田間管理措施一致。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 地上部生物量和吸氮量。分別在玉米5 葉期、8 葉期、12 葉期和收獲期，每小區均隨機取10 株，烘干后測定玉米植株地上部生物量。將烘干后的樣品分成全株、果穗、子粒等，分別進行研磨粉碎，采用半微量凱氏法[8]測定全氮含量。計算地上部氮素吸收量和氮肥利用率：

氮肥利用率=（施氮處理植株總吸氮量-不施氮處理植株總吸氮量）/施氮量×100%

1.3.2.2 鮮穗產量。鮮穗收獲時，每小區取連續30 株收獲計產，折合單位面積的鮮穗產量。

1.3.3 數據統計分析 利用Microsoft Excel 2003 軟件進行數據的錄入與制圖；利用SAS 8.1 軟件進行數據的顯著性檢驗；并利用非線性回歸模型Nlin 對產量與施肥量數據進行統計分析，以確定最優施氮量。

2 結果與分析

2.1 施氮量對鮮食玉米鮮穗產量的影響

不施氮條件下，玉米鮮穗產量為12 831 kg/hm2。隨著施氮量（x）的增加，玉米鮮穗產量（y）呈逐漸增加趨勢（圖1），二者回歸方程為y=13 002.44+14.87x（R2=0.902**）。計算結果顯示，施氮量為178.2 kg/hm2時鮮穗產量最高，為15 652 kg/hm2。施氮量超過178.2 kg/hm2后，繼續增施氮肥，玉米鮮穗產量增加不明顯。由此認為，本研究條件下，鮮食玉米的優化施氮量為178.2 kg/hm2。

圖1 施氮量對鮮食玉米果穗產量的影響Fig.1 Effect of nitrogen application rate on ear yield of fresh maize

2.2 施氮量對鮮食玉米地上部生物量和氮吸收的影響

施氮量對鮮食玉米不同生育期的地上部生物量影響不同（圖2）。5 葉期，不同施氮量處理的玉米地上部生物量均無顯著差異；8 葉期，N375處理的玉米地上部生物量顯著＞N0和N150處理，而其他各處理之間差異均不顯著；12 葉期，N375處理的地上部生物量最高，達到 4 012 kg/hm2，顯著＞N0處理 （3 499 kg/hm2），但其他各處理之間差異均不顯著；收獲期，N375處理的地上部生物量最高，為6 689 kg/hm2，顯著＞N150、N75和N0處理，但與N225和N300處理差異均不顯著。總體來看，本研究條件下當施氮量超過150 kg/hm2后，增施氮肥對鮮食玉米地上部生物量影響不顯著，這可能與當地土壤基礎肥力相對較高有關。

圖2 施氮量對鮮食玉米不同生育期地上部生物量的影響Fig.2 Effect of nitrogen application rate on aboveground biomass at different growth stages

施氮量對鮮食玉米不同生育期的地上部吸氮量影響不同（圖3）。5 葉期，不同施氮量處理的地上部吸氮量差異均不顯著；8 葉期，N375處理的地上部吸氮量顯著＞N0和N75處理，但其他各處理之間差異均不顯著；12 葉期，N375處理的地上部吸氮量顯著＞N0、N75和N150處理；收獲期，高施氮量N375和N300處理的地上部吸氮量顯著＞N0和N75處理，但與N150和N225處理間差異并不顯著。可以看出，高施氮量對鮮食玉米地上部吸氮量有明顯的促進作用。

圖3 施氮量對鮮食玉米不同生育期地上部吸氮量的影響Fig.3 Effect of nitrogen application rate on aboveground nitrogen uptake at different growth stages

收獲期，施氮處理的鮮食玉米子粒吸氮量差異不顯著，但均＞N0處理，且除N75外的其他處理與N0處理差異均達到了顯著水平，其中N375處理的指標植較N0處理提高了43.2%；秸稈吸氮量均＞N0處理，指標值隨施氮量的增加而逐漸升高，不同施肥量處理之間差異較大，且除N75外其他處理與N0處理差異均達到了顯著水平，其中N375處理的指標值較N0處理提高了78.1%，也明顯＞N75和N150處理（圖4）。表明在過量施氮條件下，鮮食玉米體內的氮素并未轉化成子粒產量，而是更多地分配給了秸稈。

圖4 收獲期鮮食玉米籽粒和秸稈的吸氮量Fig 4 Nitrogen uptake of grains and straws of fresh maize at harvest stage

2.3 施氮量對鮮食玉米氮肥利用率的影響

隨著施氮量的增加，玉米的氮肥利用率呈逐漸降低趨勢，其中N75處理的氮肥利用率最高，達到22.3%；其次是N150和N225處理，氮肥利用率分別為20.8%和15.6%（表1）。由此推斷，本研究確定的優化施氮量178.2 kg/hm2條件下，鮮食玉米的氮肥利用率處于15.6%～20.8%。該指標遠低于常規玉米的氮肥利用率26.1%[3]～42.1%[9]，因此，優化氮肥用量和田間管理措施以提升鮮食玉米的氮肥利用率，仍具有較大的空間。

表1 施氮量對鮮食玉米氮肥利用率的影響Table 1 Effect of nitrogen application rate on nitrogen use efficiency of fresh maize

3 結論與討論

3.1 討論

鮮食玉米的收獲期較常規子粒玉米早，收獲物為鮮食果穗，而鮮食果穗對水分含量等有特殊要求，因此，鮮食玉米的養分吸收規律和氮素利用效率等與常規玉米明顯不同。本研究條件下，鮮食玉米的鮮穗產量與施氮量之間存在明顯的線性+平臺關系，其拐點即為優化施氮量，指標值為178.2 kg/hm2。該推薦施氮量與李明悅等[10]在天津附近試驗得到的玉米優化施氮量195 kg/hm2比較接近，但明顯低于時成俏等[7]在廣西等地試驗得到的玉米優化施氮量300 kg/hm2，與高磊等[6]以甜玉米為試驗材料得到的優化施氮量250 kg/hm2相比也有很大差距。王鑫等[11]研究發現，糯玉米品種渝糯7 號在基肥+拔節期追施氮肥150 kg/hm2的情況下，蛋白質、可溶性糖和淀粉含量均較高。陳國清等[12]對糯玉米的研究也發現，氮磷鉀肥配施和拔節期追氮對糯玉米品質具有顯著影響。可見，對鮮食玉米推薦施肥時，要根據鮮食玉米品質的需求進行適當調整，不能簡單地以產量等因素為單一的推薦指標。因此，進一步分析不同施氮處理下鮮食玉米的品質指標，對于指導鮮食玉米施肥具有更重要的意義。

從本研究結果來看，自8 葉期開始，高施氮處理的植株地上部吸氮量均高于低施氮處理，且部分處理間差異達到了顯著水平，尤其以收獲期的植株地上部吸氮量來看各處理間差異更為明顯，表明適當增施氮肥可以明顯促進鮮食玉米地上部對氮素的吸收。進一步分析發現，隨著施氮量的增加，鮮食玉米的子粒吸氮量占總吸氮量的比例呈逐漸下降趨勢，而秸稈吸氮量所占比例卻呈增加趨勢，表明高施氮量導致的鮮食玉米氮素吸收的增加更多地轉移到了秸稈中，而對子粒的貢獻較小。這提示，在一定范圍內控制鮮食玉米氮肥用量，并不會對鮮食玉米的產量造成明顯影響。此外，鮮食玉米的養分吸收量明顯受到播種密度的影響[13]，密度增加會對果穗產量、植株地上部養分吸收等造成明顯影響[14，15]，本研究條件下的鮮食玉米播種密度為52 500 株/hm2，其在更高密度種植條件下的氮素吸收與分配規律還需要進一步深入研究。

綜合來看，本研究條件下，N150和N225處理的氮肥利用率分別為20.8%和15.6%，推測優化施氮量178.2 kg/hm2時的氮肥利用率應為15.6%～20.8%，該結果與李明悅等[10]優化施氮量195 kg/hm2時的氮素利用效率20.5%、劉威等[16]試驗得到的19.5%的氮素利用率比較接近。李明悅等[17]利用有機肥替代部分化學氮肥研究發現，替代30%的氮肥可顯著提高鮮食玉米的氮肥利用率；安文博等[18]利用緩控釋肥料替代常規氮肥，在降低氮肥用量25%基礎上實現了鮮食玉米的穩產提質，并顯著降低了氨揮發損失和硝態氮淋失風險，大幅度提高了氮肥利用率。在糯玉米上利用緩控釋肥一次性使用，可減少施氮量14.4%，鮮果穗產量提高12.3%，氮肥利用率較習慣施肥提高26.4%[19]。另外，方成等[20]在化肥減施基礎上配施微生物菌劑，雖然鮮食玉米的產量增幅不顯著，但顯著提高了鮮食玉米的可溶性糖、可溶性蛋白和Vc 含量，并顯著改善了土壤的肥力狀況，提高了土壤微生物菌群數量。由此可見，在氮肥用量優化的基礎上進一步優化氮肥劑型，推廣應用緩控釋肥料、有機替代、配施微生物菌劑等措施，有望進一步提高鮮食玉米的氮肥利用效率和改善農田土壤肥力狀況，為鮮食玉米綠色生產提供技術支撐。

3.2 結論

本研究條件下，河北省山前平原鮮食玉米的優化施氮量為178.2 kg/hm2，相對應的果穗產量為15 652 kg/hm2。

施用氮肥可以促進鮮食玉米地上部植株對氮素的吸收，且隨著施氮量的增加和生育進程呈增加趨勢。鮮食玉米收獲期，高量施用氮肥處理的地上部吸氮量顯著高于不施用氮肥和低氮處理，但秸稈的氮素增加率高于子粒的氮素增加率，氮素更多地是促進了秸稈吸氮量的增加。

鮮食玉米的氮素利用率隨著施氮量的增加呈逐漸降低趨勢，其中N150和N225處理的氮素利用率分別為20.8%和15.6%。因此推測，在優化施氮量178.2 kg/hm2條件下，河北省山前平原鮮食玉米的氮肥利用率為15.6%～20.8%。