不同施氮量對玉米生長、氮吸收利用及產量的影響

王鵬　李連冰　焦峰　殷奎德　張興梅　肖瑤　李佐同

摘要：于半干旱地區黑鈣土在自然降雨條件下，設置4個施氮處理，N1為0 kg/hm2（CK），N2為120 kg/hm2，N3為150 kg/hm2，N4為180 kg/hm2，小區試驗設計，3次重復，研究了不同施氮量對玉米（Zea mays L.）生長、氮吸收與產量的影響規律。結果表明，成熟期N4處理干物質積累量最高，較CK提高了46.62%，差異顯著；N3處理氮吸收量最高，分別較N1和N4提高了28.42%和2.94%，N3顯著高于N1處理；拔節期，葉片內氮分配比例N3、N4顯著低于N1處理，莖內分配比例N3、N4顯著高于N1處理，成熟期子粒中氮分配比例最高；氮肥利用率表現出隨著氮肥施用量增加而降低的變化，N4最低，僅為26.30%；玉米產量、可溶性糖、蛋白質、淀粉、可溶性糖含量不同施氮量處理之間無顯著差異。綜合分析認為，自然降雨條件下玉米氮肥施用量以180 kg/hm2為宜。

關鍵詞：玉米（Zea mays L.）；氮吸收與利用；氮肥；產量

中圖分類號：S143；S513 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）22-5544-04

Abstract： The test under natural rainfall then set 4 different nitrogen treatment as N1 was 0 kg/hm2（control）， N2 was 120 kg/hm2， N3 was 150 kg/hm2， N4 was 180 kg/hm2， plot experimental design with three replications， then studied effect of changes of corn growth， nitrogen uptake and yield in different nitrogen. The results showed that： N4 treatment dry matter accumulation highest and higher than control 46.62% and have significant difference with control in harvest； nitrogen uptake N3 treatment highest and was higher than N1，N4 treatment 28.42%，2.94%， N3 was significant higher than N1； the leaf nitrogen distribution ratio N3，N4 was significantly lower than N1 treatment and significantly higher than N1 treatment in stem when on Jointing stage， nitrogen distribution ratio was highest in grain on maturity； the utilization of nitrogen showed reduce with the increase of nitrogen fertilizer and N4 lowest that only 26.30%. there was no significant difference in corn yield， soluble sugar， protein， starch and soluble sugar content between different nitrogen treatment. Comprehensive analysis that nitrogen fertilizer was 180 kg/hm2 best under natural rainfall.

Key words： corn（Zea mays L.）； nitrogen uptake and utilization； nitrogen； yield

玉米（Zea mays L.）是世界上最重要的糧食兼經濟作物，在各國國民經濟中占重要的地位，因此各國均把玉米生產放在非常重要的地位[1]。氮是植物生長需求量最大的營養元素之一[2]，玉米生育期內供應量的高低對最終產量的形成有巨大的影響。玉米屬于對氮比較敏感的作物，生產中為提高產量常常大量施用氮肥，據統計，美國每年玉米生產中施用氮肥量達到了約82億kg，中國玉米施氮量占到了農業生產中氮肥用量的60%以上[3]。黑龍江省是中國玉米栽培面積較大的省份之一，其產量高低對中國糧食安全具有重要影響[4]。近年來，全球氣候變暖對玉米生產帶來了較大影響，特別是自20世紀90年代以后，黑龍江省的降雨量降低非常顯著，而在21世紀之初，黑龍江省年平均氣溫又顯著升高，很多地區出現了水熱不同步現象，同時降水量分布不均，對玉米產量的提高帶來了巨大挑戰[5]。生產中，為提高玉米產量，人們常常采取灌溉的方式來補充玉米生長中對水分的需求，但是關于自然降雨條件下玉米產量變化的相關研究鮮見報道。本研究以此為契機，詳細研究了自然降雨條件下不同施氮量對玉米養分吸收及產量和質量的變化規律，以期為生產中確定最佳的氮肥施用量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點設在黑龍江省大慶市肇州高科技農業節約灌溉試驗示范管理站園區內（黑龍江省肇州縣肇州鎮）地理位置為N45°42′15.8"，E125°14′38.7"，土壤類型為黑鈣土，玉米品種為雷奧402，前茬作物為玉米，生長季節降雨量為399 mm。土壤養分狀況為土壤有機質31.48 g/kg，堿解氮124.3 mg/kg，速效磷11.5 mg/kg，速效鉀161.6 mg/kg，pH 7.8。2013年氣候條件見表1。

1.2 試驗設計

試驗采用小區試驗， 小區面積144 m×48 m，每處理3行、行長6 m，株距0.3 m，行距1.3 m（種植面積51 300株/hm2），每行40株，共計120株，3次重復，氮肥施用量和施肥方式見表2。追肥采用人工追肥，在壟中間施入5 cm深，注入追肥用的等量水分，然后覆土。試驗于2013年5月14日播種，于6月22日追肥。

1.3 采樣方法與測定項目

試驗分別于玉米拔節期、孕穗期、灌漿期、成熟期取玉米整株樣品，105 ℃殺青，70 ℃烘干，烘干后稱量干重，用以計算玉米干物質積累量，然后粉碎，進行植株氮磷鉀養分的化驗分析。植株全氮測定采用過氧化氫-硫酸消化，半微量凱氏定氮法[6]，全磷含量采用釩鉬黃比色法[6]，全鉀含量測定采用火焰光度法[6]。玉米產量測定采取小區測產的方式，取測產區中間1壟10株玉米測產，同時每個處理留樣品化驗和質量鑒定。

1.4 統計分析

試驗數據用Excel表格處理，差異顯著性檢驗采用DPS軟件分析。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量對玉米干物質積累的影響

由圖1可知，玉米干物質積累量呈現出隨著生育期延后一直增加的趨勢，成熟期達到最高值。整個生育期，N4處理的干物質積累量始終處于最高值，在拔節期、孕穗期、灌漿期、成熟期的干物質積累量分別較N1（CK）高1 561.57、1 915.03、3 944.29、6 338.46 kg/hm2，方差分析結果表明，拔節期和成熟期N4處理干物質積累量均顯著高于對照，在孕穗期和灌漿期與對照之間無顯著差異；拔節期和孕穗期N2僅次于N4處理，兩個處理間分別相差586.53、369.19 kg/hm2，無顯著差異，拔節期N2顯著高于CK；灌漿期和成熟期N3僅次于N4處理，兩個生育期分別較N4處理低1 005.31、3 562.61 kg/hm2，成熟期N3顯著低于N4處理，N3與N1處理之間無顯著差異。從干物質積累量上來看，N4處理可以顯著促進玉米干物質積累量的增加。

2.2 不同施氮量對玉米氮吸收的影響

由圖2可知，隨著生育期延后，玉米氮吸收量表現出持續增加的趨勢。拔節期，3個施用氮肥處理的氮吸收量分別較N1（CK）高7.70、12.54、18.29 kg/hm2，方差分析結果表明，N4顯著高于N1（CK），N1、N2、N3之間無顯著差異；孕穗期和灌漿期的氮吸收量N4處理處于最高值，分別較N1（CK）高40.03、71.33 kg/hm2，N4與N1處理之間差異顯著；灌漿期的氮吸收量N3較N4處理低21.99 kg/hm2，兩個處理之間無顯著差異，N3與N1之間無顯著差異；成熟期4個處理的氮吸收量分別達到了159.34、197.33、204.62、198.78 kg/hm2，其中，N3處理氮吸收量最高，較N1（CK）提高了28.42%，兩個處理之間差異顯著，N2、N3與N4處理之間無顯著差異。

2.3 不同施氮量對玉米氮分配的影響

由表3可知，不同氮肥施用量對氮元素在玉米不同器官中的分配具有一定的影響，在拔節期，葉片中氮肥分配比例隨著氮肥施用量的增加呈降低的趨勢，其中N1分配比例顯著高于N3、N4處理，莖內分配比例隨著氮肥施用量的增加呈升高的趨勢，其中N3、N4顯著高于N1處理，表明在拔節期增加氮肥施用量可以促進氮元素在莖內分配量的增加。孕穗期葉片內分配比例仍然以N1最高，N4最低，兩個處理間無顯著差異，莖內N4分配比例最高，N2最低，無顯著差異；果皮、果心內氮分配比例表現為施肥處理高于無肥處理，在果心中，N2、N4分配比例顯著高于N1處理，證明在該生育期內施肥可以顯著提高果心內氮分配比例；灌漿期子粒中氮分配比例最高，果皮中分配比例最低，從不同處理對氮分配的影響來看，各器官內氮肥施用量不同氮分配比例不會出現顯著差異；成熟期葉片內氮分配比例N1最高，各處理間無顯著差異，莖、果皮、果心內不同處理之間所有施肥處理的氮分配比例相近，無顯著差異；子粒內所有施肥處理的氮分配均高于無肥處理，其中N3最高，N1最低，兩者無顯著差異。

2.4 不同施氮量對玉米氮肥利用率的影響

由表4可知，氮肥施用量不同，在玉米的不同生育期，氮肥的利用率存在著一定的差異。在拔節期，N4處理氮肥利用率最高，其次為N3處理，N2最低，但是不同處理之間無顯著差異；孕穗期N4分別高于N2、N3處理3.03個百分點、10.27個百分點，無顯著差異；灌漿期N4最高，N3最低，兩個處理之間相差14.66個百分點；成熟期各處理的氮肥利用率表現出隨著氮肥施用量的增加而增加的變化，其中N2分別比N3、N4提高5.99、9.89個百分點，各處理之間無顯著差異。

2.5 不同施氮量對玉米產量質量的影響

由表5可知，不同氮肥施用量玉米產量存在一定的差異，N3處理產量最高，分別高于N1、N2、N4處理196.08、757.80、326.42 kg/hm2，所有處理之間無顯著差異，表明在自然降水條件下，不同施氮量不會對玉米產量產生顯著影響；還原糖含量N3處理最高，較N1（CK）提高0.03個百分點，4個處理之間無顯著差異，證明不同施氮處理不會顯著改變玉米子粒內的還原糖含量；淀粉含量僅N3較CK高0.99個百分點，N2、N4處理均低于CK，4個處理之間無顯著差異；蛋白質含量N3處理最高，較CK提高了0.60個百分點，無顯著差異，N4較CK低0.95個百分點；可溶性糖含量N2處理最高，分別高于N1、N3、N4處理1.85、3.69、3.32個百分點，方差分析結果表明，4個處理之間無顯著差異。從試驗結果來看，N3處理對提高玉米子粒產量、淀粉和蛋白質含量效果最佳。

3 小結與討論

本試驗結果表明，3個施用氮肥處理的干物質積累量均高于對照，這與在棉花[7]、早熟禾[8]上的研究結果相似，證明了氮肥對促進植物生長有良好的作用，其中氮肥施用量越高，干物質積累量越高，N4處理顯著高于對照，N2、N3處理與對照之間無顯著差異；玉米施用氮肥可以促進植株對氮營養的吸收，其中N3處理顯著高于對照，這與劉慧穎等[9]的研究結果相似。從玉米氮分配變化上來看，拔節期莖內氮分配比例表現出隨著氮施用量增加而增加的變化，而葉片表現為氮分配比例降低；成熟期氮肥施用量的不同各器官內氮分配比例存在差異，但是差異不顯著，表明氮肥施用量不同對氮元素在玉米各器官內分配的影響較小。不同施肥處理的氮肥利用率在不同生育期表現不同，但是在成熟期表現為隨著氮肥施用量的增加而降低的變化趨勢，從試驗結果來看，N2處理氮肥利用率達到了36.18%，而N4處理也達到了26.30%，該結果與呂麗華等[10]的研究結果相似，表明玉米的氮肥利用率在自然狀態下處于較穩定的狀態。玉米產量、還原糖、蛋白質含量N3最高，可溶性糖含量N2處理最高，但是所有處理之間均無顯著差異，證明不同施氮量不會對玉米產量和質量產生顯著影響。

2013年氣候條件比較特殊，降雨量偏多，與歷年平均降雨量相比差別較大，因此，2013年的試驗數據是在特殊年份取得的，不代表該地區常規年份的氣候特點，當年的數據僅供參考。從2013年試驗地點的氣象變化上來看，在5月和8月，試驗地點的氣溫均較往年有所提高，而其他月份均低于歷年平均溫度變化；從降水量變化上來看，試驗期間的5月、6月和8月均高于歷年平均值，7月和9月低于歷年平均值。由于降雨量的增加導致了施用氮肥對玉米產量與養分吸收發生了變化，進而導致了處理間差異不顯著。綜合分析認為，自然降水條件下氮肥施用量以180 kg/hm2為宜。

參考文獻：

[1] 王艷朋.氮脅迫條件下玉米籽粒和秸稈品質及N、P、K含量的QTL分析[D].鄭州：河南農業大學，2008.

[2] 張吉立.旅游景觀園林早熟禾合理施肥試驗研究[J].中國土壤與肥料，2012（4）：65-69.

[3] 陳新平，周金池，王興仁，等.小麥-玉米輪作制中氮肥效應模型的選擇—經濟和環境效應分析[J].土壤學報，2000，37（3）：346-354.

[4] 張 妍，錢春榮.黑龍江省玉米單產現狀與發展策略[J].東北農業大學學報，2010，41（7）：155-157.

[5] 孫彥坤，田寶星，高 見，等.氣候變化對黑龍江省黑土區玉米氣候生產潛力的影響[J].東北農業大學學報，2013，44（11）：44-49.

[6] 鮑士旦.土壤農化分析[M].北京：中國農業出版社，1999.

[7] 李伶俐，房衛平，謝德意，等.施氮量對雜交棉干物質積累、分配和氮磷鉀吸收、分配與利用的影響[J].棉花學報，2010，22（4）：347-353.

[8] 張吉立.氮磷鉀不同配比對旅游景觀早熟禾生長的影響[J].山東農業科學，2013，45（11）：74-76.

[9] 劉慧穎，韓瑛祚，華利民.施氮方式對玉米氮吸收及土壤養分、N2O排放的影響[J].中國土壤與肥料，2013（6）：17-21.

[10] 呂麗華，陶洪斌，王 璞，等.種植密度對夏玉米碳氮代謝和氮利用率的影響[J].作物學報，2008，34（4）：718-723.

（責任編輯 韓 雪）