施氮模式對遼東地區玉米產量及氮素積累的影響

莫姣嬌 樊 葉 王 璨 張嫣然 謝文錦 劉懿萱 薛兵東 張麗麗

（1.丹東農業科學院 遼寧鳳城 118109；2.鳳城市鳳山街道辦事處 遼寧鳳城 118100）

玉米是重要的糧食作物，2020 年全國玉米產量占糧食總產的38.9%，遼寧省是農業大省，2020 年全省玉米播種面積269.9 萬hm2，占全省農作物總播種面積的63.0%，玉米產量1 793.9 萬t，占全省糧食總產的76.7%，由此可見，保障遼寧省玉米生產平穩有序發展十分必要[1]。 合理施氮是提高玉米產量的有效途徑， 合理施用氮肥不僅是保障玉米產量和品質的前提，還是提高氮肥利用效率、保護土壤環境和大氣環境的有效措施。 有研究表明，我國氮肥的當季利用率僅為30%~35%[2-3]，施肥不合理是造成氮肥損失率偏高的原因之一， 多余的氮肥一方面通過雨水的淋溶作用進入地下水系和湖泊中， 造成硝酸鹽含量超標及水體富營養化問題； 另一方面通過揮發及反硝化作用進入大氣中，造成大氣環境污染[4-5]。 同時，氮肥施用不合理還會因肥料供應不足引起植株生育后期脫肥，從而影響植株的正常生理代謝，導致植株營養體早衰，最終造成減產[6-7]。 前人針對施肥方式對玉米產量、葉面積指數、植株干物質積累量及氮素積累量的研究已有報道[8-10]，不同氣候類型結果不同，遼東地區雨量充沛，夏季多暴雨，雨水淋溶問題突出，針對遼東地區施肥方式的研究還鮮有報道。 本研究通過分析不同施肥方式對玉米生長及物質生產特性的影響，探討適合本地區玉米生產的栽培技術，以期為遼東玉米合理施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用品種為丹玉439， 種植密度5.25 萬株/hm2，氮肥為尿素（含N 量≥464 g/kg），磷肥為過磷酸鈣（含P2O5量≥120 g/kg），鉀肥為氯化鉀（含K2O 量≥600 g/kg）。 田間試驗于2020 年5-9 月在丹東農業科學院試驗基地進行， 土壤類型為棕壤土，0～20 cm 土層肥力見表1。

表1 供試土壤基礎肥力

1.2 試驗設計

采用二因素裂區設計，主區為施肥方式，設置一次性施用（Y）和分次施用（Z）2 種。 一次性施肥的全部氮肥于播種前一次性基施， 后期不追肥； 分次施肥將氮肥的40%于播種前基施， 剩余的60%于大喇叭口期追施。 副區為施氮量，設置低氮（N120）、中氮（N180）和高氮（N240）3 個水平，施肥量分別為120 kg/hm2、180 kg/hm2、240 kg/hm2，各處理全部磷、鉀肥于播種前一次性基施，施用量均為75 kg/hm2。 4 月29 日播種，9 月25 日收獲。

1.3 測定項目和方法

（1）產量：收獲后自然風干稱取總穗鮮重，按平均穗重法選取20 穗進行室內考種， 測定籽粒含水量，計算穗粒數和產量（20 穗籽粒重/20 穗鮮重×總穗鮮重×10 000 m2/小區面積），按14%含水率折算千粒重和產量。

（2）穗數：收獲前調查每小區≥20 粒的果穗數量并折算穗數（小區穗數×10 000 m2/小區面積）。

（3）株高、穗位高和葉面積指數（LAI）：分別于拔節期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期在每小區取有代表性植株3 株，測定株高、穗位高、葉片長和寬， 按葉長×最大葉寬×系數 （未展開葉片系數為0.5，展開葉片系數為0.75）求出各單葉面積后，累加得到單株葉面積，再換算LAI（單株葉面積×單位土地面積內株數/單位土地面積）。

（4）干物質積累量：在玉米不同生育期分莖鞘、葉片、雌穗、籽粒、苞葉、穗軸取樣測定干重，即于拔節期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期在每小區取有代表性的植株3 株，在鼓風干燥箱中于105℃下殺青30 min， 于80℃烘干至恒重后測定植株干物質量。

（5）氮素積累量：采用凱氏定氮法測定各器官的全氮含量，計算植株氮素積累量。

1.4 數據分析

數據處理及統計分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0 軟件進行。

2 結果與分析

2.1 施肥方式和施氮量對玉米產量及產量構成因素的影響

由表2 可知, 分次施肥處理更利于玉米增產，較一次性施肥處理高0.7%，但穗數顯著下降，較一次性施肥處理降低5.4%， 穗粒數和千粒重均高于一次性施肥處理， 分別比一次性施肥處理高0.4%和1.0%，由此可見， 分次施肥通過協調穗粒數和千粒重的增加，補償了群體穗數缺失的不利影響，從而實現產量的提高。 施氮量對產量和穗數有顯著影響，二者均隨施氮量的增加而升高，N240處理的產量分別比N180和N120高13.5%和16.7%， 穗數分別高1.9%和20.1%；N120處理的穗粒數最高， 分別比N180和N240高13.9%和5.1%；N240和N180處理的千粒重顯著高于N120，分別比N120處理高10.0%和10.8%。 說明適當增施氮肥更利于玉米穗數和千粒重的增加，是保障玉米增產的前提。 施肥方式與施氮量的互作效應對產量、穗粒數和千粒重影響不顯著，對穗數有顯著影響。

表2 施肥方式和施氮量對玉米產量及產量構成因素的影響

2.2 施肥方式與施氮量對玉米株高、 穗位高和LAI的影響

由圖1 可知， 一次性施肥處理植株的株高和穗位高顯著高于分次施肥處理， 分別比分次施肥處理高3.3%和2.8%，主要原因是播種前將全部氮肥一次性施入土體，致使土壤氮量偏高，為植株前期生長提供了更多的氮素營養，促進了植株營養體的生長，不利于植株抗倒能力的提高。 不同施氮量對植株株高和穗位高的影響差異不大，各處理間差異不顯著，均以N240株高和穗位高最高，株高分別比N180和N120處理高1.7%和1.1%，穗位高分別比N180和N120處理高0.6%和3.0%。

圖1 施肥方式和施氮量對株高、穗位高的影響

不同施肥方式下植株不同生育時期LAI 的變化規律見圖2（a）。 隨著生育進程的推進，LAI 呈先上升后降低的變化趨勢，從拔節期到吐絲期直線上升，至吐絲期達到最大，而后緩慢下降。 施肥方式和施氮量處理的變化趨勢一致。 從施肥方式結果可知，一次性施肥處理的LAI 從拔節期至灌漿期均高于分次施肥處理，分別比分次施肥處理高15.0%、10.9%、3.6%和13.5%，成熟期分次施肥的LAI 較一次性施肥處理高15.5%，說明一次性施肥有利于植株生育前期營養體的生長，促進了LAI 的增加，為植株光合生產提供了保障，但生育后期易脫肥，使得成熟期植株LAI 顯著降低。 施氮量對植株LAI 指數的影響結果與施肥方式類似，見圖2（b）。 在生育前期（吐絲前）差異不大，在植株開花后差異明顯， 從拔節期至成熟期，N240和N180處理的LAI 分別比N120處理高8.8%和4.5%、12.6%和6.3%、5.3%和5.6%、9.9%和9.4%、11.3%和19.8%， 說明在一定范圍內增施氮肥是植株保持高LAI 的前提。

圖2 施肥方式和施氮量對植株LAI 的影響

2.3 施肥方式與施氮量對玉米干物質積累的影響

施肥方式對植株干物質積累量的影響結果見圖3。 隨著生育進程的推進，植株干物質積累量不斷增加，不同施肥方式間變化趨勢一致，大喇叭口期至灌漿期是植株干物質積累的主要階段， 一次性施肥和分次施肥處理植株干物質積累量分別占全生育期干物質積累量的61.1%和62.2%。 一次性施肥顯著提高了拔節期植株的干物質積累量， 較分次施肥處理高27.7%，大喇叭口期一次性施肥的促進作用減緩至5.2%，待分次施肥處理追肥后，吐絲期、灌漿期和成熟期一次性施肥處理的植株干物質積累量較分次施肥處理分別僅高0.7%、0.7%和1.2%， 其原因主要是一次性施肥處理將全部氮肥于播種前施入土體，為拔節期和大喇叭口期植株提供了更高量的氮肥，從而促進了植株營養體生長，待分次施肥處理追肥后，促進作用被抵償， 所以吐絲期以后一次性施肥和分次施肥處理間干物質積累量差異不明顯。

圖3 施肥方式對玉米干物質積累量的影響

由圖4 可知， 植株的干物質積累量隨施氮量的增加而升高，不同生育時期表現出相同的變化趨勢，大喇叭口期至灌漿期是植株干物質積累的主要階段，N240、N180和N120處理的植株干物質積累量分別占全生育期干物質積累量的61.6%、61.8%和61.4%。增加施氮量顯著提高了拔節期、 大喇叭口期和灌漿期植株的干物質積累量， 各生育時期植株干物質積累量均以N240處理最高，拔節期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期N240處理植株干物質積累量分別比N180處理高6.2%、2.0%、1.9%、1.7%和1.9%， 比N120處理分別高18.3%、13.3%、3.3%、6.5%和4.5%， 說明充足的氮肥供給是植株干物質積累的保障。

圖4 施氮量對玉米干物質積累量的影響

2.4 施肥方式與施氮量對玉米氮素積累的影響

由圖5 可知， 植株氮素積累量隨生育進程的推進不斷增加， 拔節期至吐絲期是植株氮素積累的主要階段， 一次性施肥和分次施肥處理植株氮素積累量分別占全生育期氮素積累量的61.2%和72.0%。 可以看出， 一次性施肥處理更有利于拔節期和大喇叭口期植株氮素積累量的提高， 較分次施肥處理分別高30.6%和5.0%，分次施肥對吐絲期以后植株的氮素積累更有利，吐絲期、灌漿期和成熟期分次施肥較一次性施肥處理的氮素積累量分別提高15.8%、8.9%和4.2%， 原因可能是一次性施肥為拔節期和大喇叭口期植株暫時提供了更高量的氮肥， 為植株前期生長提供了充足的氮素，待追肥以后，分次施肥處理的氮肥水平提高，氮素供應能力增強，保障了植株生長所需的氮素，促進了植株氮素積累量的增加。

圖5 施肥方式對玉米氮素積累量的影響

隨著生育進程的推進， 植株氮素積累量不斷增加，不同施氮水平變化趨勢一致（圖6）。 植株氮素積累主要集中在植株開花（吐絲期）以前，拔節期至吐絲期N240、N180和N120處理植株氮素積累量分別占全生育期氮素積累量的68.6%、67.4%和63.8%。植株氮素積累量隨施氮量的增加而提高， 各生育時期變化趨勢相同，不同生育時期植株氮素積累量均以N240處理最高，拔節期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期植株氮素積累量較N180處理分別提高4.4%、2.6%、4.5%、3.8%和2.7%， 較N120處理分別提高14.8%、17.9%、14.8%、8.7%和8.6%，說明充足的氮肥供應是植株積累氮素的前提， 適度提高施氮量更有利于植株氮素的積累。

圖6 施氮量對玉米氮素積累量的影響

3 討論與結論

科學施肥是提高肥料利用效率、 保障作物產量的重要措施，氮是作物生長必需的營養元素，是產量形成的重要因子。 關于科學施用氮肥已有大量報道，調查吉林省110 塊玉米田發現， 一次性施肥玉米田雨量充足年份與習慣施肥玉米田產量無明顯差異，干旱年份會造成減產[11]；黃淮海夏玉米種植區，一次性施肥與農民習慣性分次施肥玉米田的株高、 穗粒數、百粒重和產量均無顯著差異[12]；山西晉北春玉米種植區， 一次性施肥對玉米產量和干物質積累量的影響作用不明顯[13]；長江中游春玉米種植區，一次性施肥與常規分次施肥處理相比籽粒產量、穗粒數、百粒重及植株干物質積累量均無明顯差異[14]。本研究中，一次性施肥處理與分次施肥處理的產量、 穗粒數、千粒重及大喇叭口期、 吐絲期、 灌漿期和成熟期植株的干物質積累量均無明顯差異， 這與前人的研究結果一致。

株高是衡量作物生長發育狀況的重要指標之一， 可在一定程度上反映植株的生長速度和健壯程度[15]；葉面積指數和作物產量高低息息相關，可通過調節群體葉面積指數進而影響作物產量[16]。在寧夏中部，分次施肥可增加植株全生育期的綠葉面積，提高植株葉面積指數[17]。 本研究中，一次性施肥處理的株高和穗位高分別比分次施肥處理增加3.3%和2.8%，拔節期至灌漿期植株的葉面積指數較分次施肥處理高3.6%~15.0%，成熟期較分次施肥降低15.5%，其原因主要是一次性施肥處理的全部氮肥于播種前一次性施入土體，為植株生長提供了更多的氮素營養，促進了植株營養體生長，從而提高了植株的株高、穗位高及拔節期至灌漿期的葉面積指數， 成熟期一次性施肥處理LAI 顯著降低的原因可能是肥料施用時間過長使得植株過早脫肥造成的。

植株內氮素養分是干物質積累和產量形成的物質基礎，在吉林省公主嶺市，一次性基施氮肥與分次施肥處理對苗期植株的氮素積累量無明顯影響，但顯著降低了拔節期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期和成熟期的植株氮素積累量[18]；黑龍江大慶市，與一次性施肥處理相比， 分次施肥更利于植株氮素積累量的提高[19]；吉林省中部地區，分次施肥植株的氮素積累量顯著高于一次性基施處理[20]。 本研究中，一次性施肥處理將全部氮肥于播種前施入土體， 而分次施肥處理將氮肥的40%施入土體， 剩余的60%氮肥于大喇叭口期以后追施， 使得一次性施肥處理植株生育前期的氮肥施用量高于分次施肥處理， 因此分次施肥植株拔節期和大喇叭口期植株的氮素積累量低于一次性施肥處理，分別低30.6%和5.0%，追肥后土體中氮肥得到補充，因此吐絲期、灌漿期和成熟期分次施肥植株的氮素積累量增加， 分別比一次性施肥處理高15.8%、8.9%和4.2%，說明分次施肥更利于植株生育后期的氮素積累。

由此可見，遼東地區，雖然一次性施肥在植株生育前期提供了更高量的氮肥， 促進了拔節期至灌漿期植株葉面積指數的增加， 為植株物質生產提供了光合“源”，還增加了植株的穗數和干物質積累量，為植株干物質積累提供了儲存“庫”，但由于生育后期脫肥嚴重， 不能滿足植株生育后期物質生產的氮素需求，造成植株穗粒數、千粒重及植株氮素積累量降低，最終對產量產生不利影響。 分次施肥通過協調植株穗粒數和千粒重的增加， 補償了穗數缺失對產量造成的不利影響， 提高了植株生育后期的氮素積累能力；同時，分次施肥可降低植株的株高和穗位高，增強植株的抗倒性， 因此認為分次施肥更符合本地區的生產實際。