氮肥后移條件下減量對春玉米產量及氮素吸收利用的影響

隋陽輝王大為王延波

(遼寧省農業科學院玉米研究所,遼寧 沈陽 110161)

玉米是我國重要的糧食作物,其產量高低主要受氮素限制[1]。據調查顯示,傳統玉米施肥方式多以基施為主,而且農民為追求高產大量施用氮肥[2～4]。這種方式不僅不利于玉米獲得高產,還會降低氮肥利用率,增加氮肥流失,造成資源浪費和環境污染,嚴重影響我國生態環境的健康發展[5～7]。因此,適宜的減少氮肥投入,科學運籌施氮模式對實現玉米高產高效、建設綠色生態環境具有重要意義。

遼寧省是我國春玉米生產的主要種植區,玉米栽培模式通常采用一次性基施復合肥或在大喇叭口期追肥1次,這樣的施肥模式不僅使玉米灌漿期氮素虧缺,還會導致灌漿速率下降[8,9],最終影響玉米產量。曹玉軍等研究表明,玉米生育后期的氮吸收積累量是其全生育期的50%左右,所以適宜的將氮肥后移可以增強生育后期玉米對氮素的需求,從而起到提產穩產的作用[10]。因此,探尋該區域氮肥后移下減氮模式已成為該區域玉米生產中亟待解決的重要問題。本研究以國審玉米新品種遼單575為試材,通過對減氮水平及不同施氮模式下玉米干物質積累、產量和氮素利用效率的研究,分析遼單575的增產節氮潛力,為東北地區春玉米高效栽培提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于遼寧省農業科學院沈北新區試驗基地(42.0344°N,123.5698°E)進行。該區域屬于北溫帶大陸性季風氣候。年平均氣溫7.5～8.7 ℃,全年無霜期147～164 d。該地區夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥。試驗地土壤類型為棕壤。試驗開始前土壤基本性質如下:pH=6.3,有機質14.1 g/kg,全氮1.08 g/kg,全磷0.52 g/kg,全鉀18.05 g/kg,有效磷27.2 mg/kg,速效鉀79 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為遼單575(國審玉20180086),供試肥料為過磷酸鈣(P2O5120 kg/hm2),KCl(K2O 90 kg/hm2)。

1.3 試驗設計

播種時間為2019年5月6日,小區采用隨機區組排列,小區面積約為36 m2(10 m×3.6 m),每個處理重復3次。栽培密度為67 500株/hm2。磷鉀肥作為底肥一次性施入。氮肥采用二因素設計,分別為氮水平和施氮模式。設3個氮水平0、180(減氮20%)、N 225 kg/hm2(常規施氮量);CK,不施氮肥為空白對照;3種施氮方式:T1,25%基肥+75%大喇叭口肥;T2,30%底肥+50%拔節肥+20%開花肥;T3,1/3底肥+1/3拔節肥+1/3開花肥。

1.4 測定項目與方法

玉米成熟期采集每小區玉米植株5株,去根部,洗凈,105 ℃殺青30 min,80 ℃烘干至恒重,稱重。植株樣品粉碎后過篩,使用元素分析儀測定植株氮含量。

成熟期選取每小區中間兩行進行人工收獲,用均值法選取10穗,自然風干后進行室內考種,考察穗粒數、百粒重及含水量,最終產量按籽粒含水量為14%進行折算。

收獲指數(%)=籽粒產量/總生物量×100%;

氮素吸收利用率(NREN,%)=(施氮區作物總吸氮量-不施氮區作物總吸氮量)/施氮量×100%;

氮素農學利用率(NAE,kg/kg)=(施氮區作物產量-不施氮區作物產量)/施氮量;

氮素偏生產力(NPFP,kg/kg)=施氮區作物產量/施氮量;氮素生理利用率(NPE,kg/kg)=(施氮區作物產量-不施氮區作物產量)/(施氮區作物總吸氮量-不施氮區作物總吸氮量)

1.5 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 23.0軟件對數據進行統計和分析,并用OriginPro 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 氮肥后移條件下減氮對玉米干物質積累和氮積累量的影響

由表1可知,氮肥水平對玉米單株干物質積累的影響顯著(P<0.05),施氮模式對玉米單株干物質積累的影響不顯著。從氮肥后移條件下減氮條件來看,與常規施氮模式T1相比,減氮下T2模式的單株干物質積累量最高,達349.30 g/株,比CK和T1模式分別增加82.59 g/株和46.71 g/株,但與T1模式差異不顯著(P>0.05)。氮肥后移條件下減氮對玉米氮積累量具有顯著影響(P<0.05)。與常規氮水平T1模式(N225T1)相比,減氮20%下的T2模式(N180T2)玉米氮積累量顯著增高,且與N180水平的其他施氮模式相比,T2模式顯著高于T1和T3模式(P<0.05),分別高37.41 kg/hm2和26.43 kg/hm2。通過ANOVA方差分析可知,施氮模式、氮水平與施氮模式的互作對玉米氮積累量存在顯著和極顯著影響(P<0.05;P<0.01)。

表1 氮肥后移條件下減氮對玉米干物質積累和氮積累量的影響Table 1 Effects of postponing and reduction nitrogen application on dry matter and N accumulation of maize

2.2 氮肥后移條件下減氮對玉米氮素利用效率的影響

由圖1可知,氮肥后移條件下減氮對玉米氮素利用效率有顯著影響(P<0.05)。與常規施氮模式T1相比,氮肥后移T2模式的氮素吸收利用率顯著升高(表2)。氮肥后移下減氮處理N180T2的氮素吸收利用率顯著高于其他處理(圖1A)單從氮水平來看,N180的氮素吸收利用率、農學利用率和偏生產力要高于N225(常規施氮量)。單從施氮模式來看,氮肥后移比常規模式(T1)的氮素利用效率高,其中T2模式比T3模式的氮素吸收利用率高4.78%(表2)。N180T2處理的氮素農學利用率和氮素偏生產力顯著高于其他處理(除N180T3差異不顯著外)(圖1B,C)。通過ANOVA方差分析可知,氮水平、施氮模式、氮水平與施氮模式的互作對玉米氮素吸收利用率存在顯著和極顯著影響(P<0.05;P<0.01)(表2)。

表2 氮水平與施氮模式對玉米氮素利用效率的方差分析Table 2 ANOVA analysis of nitrogen use efficiency of maize by nitrogen application and nitrogen patterns

圖1 氮肥后移條件下減氮對玉米氮素利用效率的影響Figure 1 Effects of postponing and reduction nitrogen application on nitrogen use efficiency of maize

2.3 氮肥后移條件下減氮對玉米產量及產量構成因素的影響

由表3可知,與空白對照(CK)相比,氮肥后移下減氮處理N180T2和N180T3的產量分別提高27.6%和15.9%,其中N180T2顯著提高玉米產量(P<0.05)。與常規施氮量T2模式相比(N225T2),減氮處理N180T2模式提高玉米產量1.94 t/hm2。進一步對玉米產量構成因素進行分析可知,N180T2處理的行粒數和收獲指數均是最高,分別為39.87個和55.13%。

表3 氮肥后移條件下減氮對玉米產量及產量構成因素的影響Table 3 Effects of postponing and reduction nitrogen application on yield and yield components of maize

3 結論與討論

玉米在不同生育時期對氮肥的需求不盡相同,根據玉米生長所需的養分科學運籌不僅能提高玉米產量,還能有效提高氮肥利用率,從而實現玉米高產高效目標[11]。前人研究表明,玉米獲得高產既要保證花前營養器官對氮素的積累,又要滿足花后籽粒灌漿和穗部發育對氮素的需求[12,131];而氮肥后移能顯著提高玉米花后氮素向籽粒轉運速率,進而提高玉米產量和氮素利用率[14]。侯云鵬等研究指出,基肥∶拔節肥∶開花肥為3∶5∶2的施氮模式能有效地平衡玉米生育前、后期對氮素的需求,既能保證玉米營養生長階段的養分需求,又能補充生殖生長階段的養分供應,最終實現高產高效[11]。究其原因,可能與基施氮肥比例過大易造成無機氮淋溶有關;而提高追肥比例,適宜將氮肥后移可以提高玉米生育后期耕層土壤氮素有效性[15]。趙營等研究發現,玉米開花至灌漿階段的氮積累量占整個生育期的60%以上[16],此階段是玉米產量構成因素(穗粒數和粒重)形成的重要時期[17],因此在此階段適宜的提高氮素供應比例,可有效促進穗部發育,提高玉米產量[18]。本研究表明,減氮20%即可達到理想的單株干物質量和氮積累量;在不同氮肥后移模式中,以T2(30%底肥+50%拔節肥+20%開花肥)模式對玉米單株干物質積累、氮素吸收利用率與產量等方面的提高最優。在減氮至180 kg/hm2條件下,科學運籌氮肥比例為3∶5∶2(底肥∶拔節肥∶開花肥)為該區域較好的節氮運籌模式。本研究結果表明,傳統施氮模式T1(25%基肥+75%大喇叭口肥)由于玉米生長前期氮肥全部施用,一部分養分沒有被作物吸收利用而流失,一部分集中在玉米前期的營養生長,導致生殖生長時期養分供應不足、碳水化合物向玉米穗部的轉運能力下降,使玉米的產量和氮素利用率降低。氮肥運籌T3(1/3底肥+1/3拔節肥+1/3開花肥)則可能由于前期營養生長階段氮肥后移量過過多,限制了玉米前期的生長發育,同時影響了玉米的冠層結構,使玉米產量和氮素利用率沒有得到充分發揮,而T2模式恰好平衡了玉米營養生長階段與生殖生長階段的養分供給,最終促進玉米產量和氮素吸收利用率及氮素偏生產力的提升。

綜上所述,氮肥后移比例為30%底肥+50%拔節肥+20%開花肥時,可以減少氮肥投入到180 kg/hm2,此施氮模式為該地區最佳節氮運籌模式。