不同氮肥水平下玉米根際土壤特性與產量的關系

張學林，徐 鈞，安婷婷，侯小畔，李潮海

（河南農業大學農學院/河南糧食作物協同創新中心/小麥玉米作物學國家重點實驗室，鄭州 450002）

不同氮肥水平下玉米根際土壤特性與產量的關系

張學林，徐 鈞，安婷婷，侯小畔，李潮海

（河南農業大學農學院/河南糧食作物協同創新中心/小麥玉米作物學國家重點實驗室，鄭州 450002）

【目的】明確不同生育時期根際土壤特性與玉米籽粒產量之間的關系，為生產上合理施肥、提高氮素利用效率和減輕環境污染提供理論依據。【方法】2012年大田設置5個氮肥梯度固定施肥樣地（對照、180 kg·hm-2、240 kg·hm-2、300 kg·hm-2和360 kg·hm-2，分別簡寫為CK、N180、N240、N300和N360），并于2012、2013和2014年連續3年在玉米拔節、吐絲、成熟3個關鍵生育時期測定玉米根際和非根際土壤銨態氮、硝態氮、脲酶、過氧化氫酶、pH，同時測定玉米根系和地上部生物量及其氮素累積量，重點分析CK、N240和N360 3個處理根際土壤特性以及植株氮素累積量與玉米籽粒產量之間的關系。【結果】與CK相比，4個施肥處理（N180、N240、N300和N360）3年產量的平均值分別增加了23.85%、36.40%、39.87%和34.78%；其地上部不同階段氮素累積量均顯著高于CK（2012年播種—拔節除外），并隨施肥量增加呈先增加后降低趨勢。與CK相比，4個施肥處理根際土硝態氮含量分別增加 23.38%、57.13%、57.87%和 69.74%，非根際土壤硝態氮分別增加 59.49%、92.01%、132.08%和179.35%。隨施氮量的增加根際土銨態氮含量顯著增加；與CK相比，4個施肥處理3年的非根際土壤銨態氮含量分別增加4.27%、3.51%、5.04%和26.26%。根際土壤pH和非根際土壤pH均隨著氮肥施用量的增加而降低，其中根際土壤和非根際土壤pH的變化范圍分別為4.5—6.7和5.5—7.2。與非根際土pH相比，根際土壤pH平均降低5%。根際土壤脲酶活性隨氮肥用量的增加呈先增加后降低趨勢。與對照相比，4個施氮處理3年非根際土壤脲酶活性平均值分別增加了4.02%、14.73%、24.55%和19.64%。根際土和非根際土過氧化氫酶活性均隨氮肥用量的增加而降低，與CK相比，4個施氮處理3年的非根際土壤過氧化氫酶活性平均值分別降低了3.03%、5.09%、8.24% 和12.67%。CK、N240和N360 3個處理不同生育時期玉米根際土壤特性以及植株氮素累積量與籽粒產量之間的相關分析結果表明，拔節期根際土壤硝態氮含量連續3年均與產量呈顯著正相關。吐絲期玉米根際和非根際土壤硝態氮、根際土壤銨態氮和非根際土pH均與籽粒產量呈顯著正相關；其中2013和2014年根際脲酶活性和根際土壤pH與產量的相關性也達到顯著水平。2013和2014年成熟期根際和非根際土硝態氮含量也與玉米產量呈顯著相關。主成分分析表明，玉米籽粒產量與拔節期土壤硝態氮含量、根際過氧化氫酶、地上部生物量和氮素累積量相關性較強；與吐絲期根際和非根際土壤硝態氮含量、根際土壤銨態氮含量和土壤pH以及地上部生物量及氮素累積量、根系生物量相關性較強；與成熟期地上部生物量和氮素累積量相關性較強。【結論】根據不同生育時期玉米根際土壤特性與籽粒產量之間的關系，進行合理施肥，能夠保證玉米根際養分的有效供應，營造良好的根際土壤環境，提高氮素利用效率、增加玉米籽粒產量。

玉米產量；氮肥；根際土壤特性；相關分析；主成分分析

0　引言

【研究意義】玉米是中國重要的糧食作物，其種植面積已超過水稻，躍居第一位［1］。氮肥對糧食作物產量的貢獻率占50%左右［2］，而根際土壤的物理、化學和生物學性質常常影響植物從土壤中吸收營養元素［3］，因此，施用氮肥保證根際土壤養分供應是提高玉米產量的重要措施之一。【前人研究進展】合理施用氮肥、提高玉米產量一直是農業科研人員研究的熱點問題，前人就氮肥用量、氮肥類型、施氮時期等對玉米生長發育、產量形成、氮肥利用效率的影響［4-8］以及多年施肥后土壤環境的變化［9］等方面進行了廣泛深入的研究。根際土壤是植物吸收養分、并與土壤進行相互作用的重要區域，因此，根際土壤養分的轉化、運輸和吸收利用在植物生長過程中扮演著重要角色［10］。為提高作物養分利用效率，前人研究提出了根際土壤管理策略，即通過建立根際區域養分供應和作物養分需求同步的綜合管理體系，以期實現適量施氮、作物高產［11］。針對這一氮肥管理模式，SAIZ-FERNáNDEZ等［12］室內研究發現，根際供應過量的硝態氮將會導致玉米單位面積內細胞數量增多，進而影響整個植株的生長。WENG等［13］和ZHANG等［14］在大田條件下研究了根際氮肥用量、時期、方式對根際土壤養分狀況、微生物變化以及對產量、品質的影響。云鵬等［15］研究認為在高肥力的冬小麥/夏玉米輪作體系中，適當減施氮肥不會影響玉米根際土壤氮素水平，能夠保證玉米穩產，實現減氮增效。雍太文等［16］研究認為小麥/玉米/大豆套作模式通過改善3種作物根際環境，促進了作物地下部根系生長和地上部生物量的增加，從而實現作物增產。【本研究切入點】盡管前人研究認為受作物、根際微生物以及根際微環境交互作用導致的根際土壤特性呈動態變化，表明了根際施肥在作物產量方面的重要性，但是有關不同生育時期這些根際土壤特性與玉米籽粒產量之間的關系并不清楚，而有關這方面的研究還比較缺乏。【擬解決的關鍵問題】本研究連續3年在河南省方城縣進行，對不同氮肥用量條件下玉米不同生育期根際土壤特性的變化及其與玉米產量的關系進行了研究，以期為制定合理的根際氮肥管理措施、實現黃淮海地區玉米高產高效提供科學依據。

1　材料與方法

1.1試驗地點

大田試驗設置在河南省方城縣袁莊村（112°98'E，33°25'N，平均海拔108 m），土壤類型為砂姜黑土。該地區屬于北亞熱帶半濕潤區季風型大陸氣候，1961 —2006年玉米生長季（6—10月）月平均氣溫變幅為14.7℃（10月）到29℃（6月），降雨量為600 mm左右，日照時數為720—1 200 h。該區域冬小麥一般在10月上旬播種并在次年6月收獲，夏玉米一般在6月中旬播種，9月下旬收獲。

1.2試驗設計

2012年玉米播種前設置固定氮肥梯度試驗樣地，5個氮肥處理分別為0 （CK：對照）、180（N180）、240（N240）、300 （N300）和360 kgN·hm-2（N360），試驗采取完全隨機區組設計，重復4次，小區面積為47.6 m2。2012、2013和2014年連續3年于玉米生育期開展試驗。氮肥分別于玉米苗（4葉）期（50%）和大喇叭口期（50%）施入，磷肥（90 kg·hm-2）和鉀肥（120 kg·hm-2）于苗（4葉）期一次施入。氮肥采用尿素，磷肥采用過磷酸鈣，鉀肥采用氯化鉀。2次施肥均開溝施入5 cm土層并覆蓋。試驗所用玉米品種為鄭單958，行距60 cm，種植密度為67 500株/hm2。

1.3田間取樣

2012—2014年分別于玉米拔節（6葉）、吐絲和成熟3個關鍵生育期進行取樣。在每個小區選取長勢均勻的連續3株植株，分別取其地上部和根系生物量，根系生物量的取樣體積為30 cm（長）×30 cm（寬）×20 cm（深）；植株地上部和根系生物量用烘箱殺青30 min后，在80℃烘干至恒重并稱重。小心挖出玉米根系后，采用抖根法提取根際土壤［17］；用土鉆在行距之間取0—20 cm的土壤定義為小區非根際土。籽粒成熟后（乳線消失）收獲小區中間三行的連續20株玉米植株進行計產并考種。

1.4測定分析

玉米植株氮素含量采用凱氏定氮法進行測定。采用 SUN等［18］方法測定根際和非根際土土壤酶活性。其中脲酶活性以5 g土壤中加入定量尿素在37℃條件培養24 h后土壤中銨態氮含量來表示。按照ZHOU等［19］方法測定過氧化氫酶（EC 1.11.1.6）活性，稱取5 g土壤加入5 mL 0.3% H2O2在30℃培育30 min，并用0.1 mol·L-1KMnO4進行滴定。稱取10 g土壤樣品，用50 mL 2 mol·L-1KCl浸提，浸提液采用流動分析儀（Scalar SANplus，Netherlands）分析土壤硝態氮和銨態氮含量。稱取10 g風干土，加入50 mL去離子水于振蕩器上震蕩 30 min，用電位法測定土壤 pH（YOKE PHS-3E.Shanghai，China）。

1.5計算

氮肥回收率（Apparent recovery efficiency of nitrogen：REn），采用成熟期不同施肥處理與對照之間玉米地上部氮素累積量（N accumulation: NA）之差進行計算，計算公式如下［20］：

式（1）中，UN是每個處理中氮的吸收量（kg·hm-2），UN0是不施肥處理的CK（kg·hm-2），FN是每個處理施入無機氮的量（kg·hm-2）。式（2）中，Un-1是每個處理某一時期氮素累積量（kg·hm-2），Un是每個處理與Un-1相鄰后一時期氮素累積量（kg·hm-2）。

1.6統計分析

采用One way ANOVA分析施肥處理之間籽粒產量和氮素利用效率的差異顯著性并采用LSD進行多重比較。采用Pearson Correlation分析玉米籽粒產量與關鍵生育期根際和非根際脲酶、過氧化氫酶、銨態氮、硝態氮、pH以及地上部、地下部生物量和他們的氮素累積量之間的相關性；同時采用R 3.2.2軟件對這些參數進行主成分分析，獲取3個施肥處理各生育時期的主成分雙信息圖。每個樣本向量在因子向量上的垂直投影越長，表明該向量在響應樣本中的表型值越高，每兩個因素的夾角大小表示二者的相關性［21］。所有數據均用Excel 2013進行前期處理，統計分析采用SPSS 19.0統計軟件，采用SigmaPlot 12.5和R 3.2.2軟件進行作圖。

2　結果

2.1玉米籽粒產量、氮肥利用效率和氮素累積量

2012、2013和2014連續3年5個氮肥處理玉米籽粒產量的平均值分別為6 046、7 510、8 271、8 482 和8 173 kg·hm-2。與CK相比，4個施肥處理3年產量的平均值分別增加了 23.85%、36.40%、39.87%和34.78%（圖1-a—圖1-c）。4個施肥處理之間的氮素利用效率差異達顯著水平，其中，N240處理的氮素利用效率值最高（圖1-d—圖1-f）。

圖1　2012、2013和2014年CK、N180、N240、N300和N360處理籽粒產量和氮肥回收率Fig.1 Comparisons of grain yield and REn among five N fertilizer treatments in 2012，2013，2014

2012、2013和2014年連續3年不同生育時期植株地上部氮素累積量呈動態變化（圖2），其中拔節-吐絲期和吐絲-成熟期之間氮素累積量均顯著高于播種-拔節期；2013和2014年，CK處理玉米生育期氮素累積量呈先增加后降低趨勢，而其他4個施氮處理（N180、N240、N300和N360）則呈逐漸增加的趨勢。4個施肥處理之間（N180、N240、N300和N360），拔節-吐絲期和吐絲-成熟期 2個階段的氮素累積量均隨施肥量的增加呈先增加后下降趨勢。

2.2玉米生育期根際和非根際土壤性質

與CK相比，4個施肥處理3年根際土硝態氮含量平均值分別增加 23.38%、57.13%、57.87%和69.74%（表1），非根際土硝態氮分別增加59.49%、92.01%、132.08%和179.35%。隨施氮量的增加根際土壤銨態氮含量顯著增加，且5個氮肥處理之間的差異達顯著水平（表1）。與CK相比，4個施肥處理3年非根際土銨態氮含量平均值分別增加4.27%、3.51%、5.04%和26.26%。根際和非根際土壤pH（表1）均隨著氮肥施用量的增加而降低。根際土壤和非根際土壤 pH的變化范圍分別為 4.5—6.7和 5.5—7.2。與非根際土pH相比，5個處理的根際土壤pH值平均降低5 %。與CK相比，4個施氮處理3年的土壤 pH平均值分別降低了 3.9%、5.9%、7.5%和 9.8%。玉米生育期根際和非根際土壤含水量呈動態變化（表2），且 5個施肥處理之間的根際土壤含水量差異不顯著；其中2014年根際土和非根際土之間差異達顯著水平。與 CK相比，4個施氮處理 3年非根際土壤脲酶活性平均值分別增加了 4.02%、14.73%、24.55%和19.64%（表3）。根際和非根際土壤過氧化氫酶活性隨氮肥用量的增加而降低（表3），與CK相比，4個施氮處理3年的非根際土壤過氧化氫酶活性平均值分別降低了3.03%、5.09%、8.24%和12.67%。

2.3玉米籽粒產量與各時期土壤參數的相關分析和主成分分析

由5個處理玉米產量和氮肥回收率（圖1）可知，施氮量達到并超過240 kg·hm-2后，玉米籽粒產量不再顯著增加、但氮肥回收率顯著下降；當施氮量達到360 kg·hm-2時，產量開始有下降的趨勢，且氮肥回收率顯著下降。為此，選取CK、N240和N360 3個具有代表性的處理進行相關分析和主成分分析。2012、2013 和2014年玉米3個生育期各主要因子與籽粒產量的相關分析，結果（表4）表明，拔節期，玉米根系生物量和根際土壤硝態氮含量連續3年均與產量呈顯著正相關。吐絲期，玉米地上部生物量及其氮素累積量、根生物量、根際和非根際土壤硝態氮含量、根際土壤銨態氮含量和非根際土pH均與籽粒產量呈顯著正相關；其中2013和2014年根系氮素累積量、根際脲酶活性以及根際土壤pH與產量的相關性均達到顯著水平。成熟期，植株地上部生物量及其氮素累積量、根系生物量均與玉米產量呈顯著相關。其中2013和2014年與根部氮素累積量、根際土壤硝態氮含量以及非根際土硝態氮含量相關性也達顯著水平。

圖2　2012、2013和2014年各生育期地上部氮素累積量的比較Fig.2 Temporal variations of aboveground N accumulation during maize growth periods in 2012，2013 and 2014

表1　2012—2014年玉米生育期5個處理土壤特性的比較Table 1 Comparisons of rhizosphere and bulk soil characteristics among N fertilizer treatments in 2012，2013 and 2014

表2　2012—2014年玉米各生育期土壤含水量變化Table 2 Temporal variations of soil moisture content during maize growth periods in 2012，2013 and 2014

主成分分析表明，2012、2013和2014年連續3 年3個氮肥處理在玉米關鍵生育時期均得到了很好的分離（圖3—圖5）。連續3年，拔節期第一主成分所解釋比例分別為37.4%、64.65%和77.61%，第二主成分的解釋比例分別25.2%、15.0%和6.91%（圖3）。玉米吐絲期，第一主成分將施肥處理（N240和N360）和不施肥處理（CK）分離，第二主成分將CK、N360 與N240分離（圖4）。成熟期，對第一主成分的解釋主要是產量、地上部和地下部干物質以及氮素累積量，對第二主成分的解釋主要是根際和非根際土壤銨態氮含量、土壤pH以及土壤過氧化氫酶活性（圖5）。

2012、2013和2014年3個處理玉米產量與拔節期各主要因子的關系表明（圖3）：與CK相比，N240 和N360處理在產量（Y）的垂直投影較長，表明產量在N240和N360處理中表型值顯著高于CK；而N240 和 N360 2個處理在產量的垂直投影點相近，表明N240和N360 2個處理的產量相近。2013和2014年，產量與拔節期土壤硝態氮含量、根際過氧化氫酶、地上部生物量和氮素累積量夾角較小，相關性較強。依據以上判別方法，與CK相比，N240和N360處理的產量、地上地下生物量和氮素累積量、根際和非根際土壤硝態氮和銨態氮含量均較高，脲酶活性較強；而土壤pH和過氧化氫酶活性較低。這表明氮肥用量不僅影響籽粒產量高低和玉米植株養分積累，同時改變了其所處的土壤微環境和土壤養分狀況。與N240相比，N360處理拔節期地上和地下生物量和氮素累積量以及土壤銨態氮含量較低，而土壤硝態氮含量相似，這表明隨著氮肥輸入量的繼續增加，N360處理在拔節期不僅積累了較多的地上和地下部干物質，同時造成土壤中大量的銨態氮積累，并沒有轉化為硝態氮供應給植株吸收利用。相較于非根際土，N240和N360 2個處理之間根際土壤pH的差值大于非根際土壤，這表明在N240處理基礎上繼續施用氮肥，根際土壤pH會顯著降低。

表3　2012、2013、2014年玉米各生育期脲酶和過氧化氫酶活性Table 3 Temporal variations of rhizosphere and bulk soil urease and catalase activities duringmaize growth periods in 2012，2013，2014

表4　2012　—2014年3個處理（CK、N240和N360）玉米籽粒產量與3個生育期地上部、根部、土壤特性的相關性Table 4 The relationships ofmaize yields with aboveground biomass and their N accumulation，root biomass and root N accumulation，and soil properties in 2012-2014 （n=12）

圖3　2012、2013和2014年拔節期主成分雙因素圖Fig.3 Principle components analysis at jointing stage in 2012，2013 and 2014

玉米產量與吐絲期各因子的主成分分析（圖4），表明籽粒產量和吐絲期地上部生物量及氮素累積量、根系生物量、根際和非根際土壤硝態氮含量、根際土壤銨態氮含量和土壤pH相關性較強。與CK相比，N240和N360處理地上部生物量和氮素累積量以及土壤無機氮含量均較高且土壤脲酶活性較強，而土壤pH較低，土壤過氧化氫酶活性較弱。與N240相比，N360處理雖然非根際土壤中無機氮含量較高，土壤pH和過氧化氫酶活性較低，但2個處理根際土壤硝態氮含量、地上部生物量和氮素累積量投影點相近、沒有顯著差異。

圖4　2012、2013和2014年吐絲期主成分雙因素圖Fig.4 Principle components analysis at silking stage in 2012，2013 and 2014

成熟期主成分分析（圖5），表明2013和2014年玉米籽粒產量與地上部生物量和氮素累積量夾角很小、相關性強。與N240相比，N360處理土壤無機氮含量較高、土壤 pH和過氧化氫酶活性均較低，但 2個處理產量和地上部氮素累積量差異較小。這表明在N240處理基礎上繼續增施氮肥不僅沒有提高產量，而且可能造成成熟期土壤中可利用性氮素過度累積和土壤環境惡化。

3　討論

3.1玉米不同生育期土壤特性與籽粒產量的關系

玉米籽粒產量與不同生育時期的土壤特性密切相關［22］。相關分析和主成分分析均表明，玉米籽粒產量與拔節、吐絲和成熟期根際土壤硝態氮含量呈顯著正相關（表4和圖3—圖5）。硝態氮是玉米吸收氮素的主要形式［12］，玉米生長發育過程中土壤可利用性氮素的供應，能夠促進根系生物量增加，擴大根系養分吸收面積，為地上部生長發育提供養分［11］。ZHANG等［17］研究發現玉米生育期土壤微生物群落結構和酶活性呈動態變化，這些活性變化改善了土壤可利用性氮素的供應，能夠促進玉米產量的提高。本研究發現玉米籽粒產量與拔節期和吐絲期土壤 pH均呈顯著負相關（表4、圖3—圖4），這表明在一定范圍內適度的土壤酸化可能會促進土壤養分的活化，提高產量［11］。與CK相比，拔節期和吐絲期N240和N360處理非根際土pH降低，可能是因為尿素在土壤中轉化為銨態氮進而在微生物的作用下轉化為硝態氮的過程中，釋放的H+較多使得土壤變酸［10］，而根際土pH降低則可能是玉米根吸收銨態氮過程中為保持電荷平衡釋放質子的原因［23］。玉米土壤過氧化氫酶活性與土壤 pH呈正相關（圖3—圖5），隨著pH減小土壤過氧化氫酶活性降低，土壤解毒功能也下降；當pH＜5.0時，過氧化氫酶活性幾乎完全喪失［24］。因此，適宜的氮肥用量能夠降低拔節期和吐絲期土壤pH，酸化土壤，促進土壤養分活化和供應；而氮肥過量，土壤嚴重酸化、土壤解毒功能顯著降低，反而不利于增加作物籽粒產量。

圖5　2012、2013和2014年成熟期主成分雙因素圖Fig.5 Principle components analysis at maturity stage in 2012，2013 and 2014

玉米籽粒產量與吐絲期植株地上部和地下部生物量以及它們的氮素累積量呈顯著正相關，而且與玉米根際和非根際土壤硝態氮含量、根際脲酶活性以及土壤pH顯著相關（表4、圖4），這表明玉米籽粒產量的增加不僅依賴地上部養分轉運再分配和根部養分吸收能力，而且需要根際土壤和非根際土壤提供大量的可利用性養分［25］。王璞等［26］研究認為吐絲期土壤可利用性氮素充足供應，顯著提高子粒第二灌漿峰值，促進子粒氮素積累，提高玉米籽粒產量。玉米籽粒產量與成熟期根際硝態氮的相關性表明（表4、圖5），后期適宜的可利用性氮素供應，可以維持根系功能，減少細胞中對生物體有害的活性氧產生和積累，防止早衰，避免減產［27］。而產量與成熟期地上部生物量、地上部氮素累積量以及根系生物量的相關性（表4、圖5）表明籽粒產量高低更多的與成熟期植株體內物質和養分的轉運有關［28-29］。由此看出，拔節期玉米根際土壤可利用性氮素供應是構建根系豐產群體、穩定玉米產量的基礎；吐絲期不僅需要根際土壤和非根際土壤提供充足的可利用性養分，而且需要良好的根際微環境以促進根系生長和養分吸收；玉米生育后期根際土壤可利用性氮素的合理供應能夠防止玉米根系早衰。

3.2氮肥用量改變土壤特性影響玉米籽粒產量

土壤氮素營養狀況是影響玉米生長、發育并決定籽粒產量的主要因素［30］，而不同的氮肥用量顯著改變了玉米根際土壤特性，這可能是影響籽粒產量的重要原因之一［31］。與不施肥相比，施肥以后土壤可利用性氮素增加，微生物活性和功能（脲酶、過氧化氫酶）增強，促進玉米根系養分吸收，增加籽粒產量［32］，但是過量施用氮肥則會降低產量。過量施用氮肥一方面改變了玉米根際和非根際土壤特性和微環境，進而影響植株對養分的吸收和利用［33］。劉宏勝等［34］研究認為，不同施肥水平下隨著肥料用量的增加，脲酶和過氧化氫酶活性呈現先增加后下降的趨勢。本研究發現，與N240相比N360處理土壤pH、脲酶和土壤過氧化氫酶活性均降低（圖3—圖4），表明進一步增加氮肥用量后土壤變酸，解毒能力降低，土壤微環境變化影響根系生長發育，降低根系對養分的吸收［9，11］，而玉米產量和氮素累積量降低也印證了這一機制（圖2）。

另一方面，隨氮肥用量的增加，植物體內氮素含量可能作為局部和遠程信使調節自身對氮素吸收，而根系的模塊化結構使植株在生長過程能夠靈敏的感知和捕捉土壤養分的這些變化［12，32］。與 N240相比，繼續增施氮肥后盡管增加了拔節期和吐絲期根際土和非根際土銨態氮含量，然而并沒有提高地上部生物量和氮素累積量，這表明在N240基礎上繼續增施氮肥后，為避免地上部植株積累過量氮素，影響植物光合線性電子傳遞，降低光合作用［12，35-36］，植株體內硝態氮作為直接信號可能對玉米根系的養分吸收產生了反饋［12］，抑制根系生長并降低養分吸收量［37］。拔節期和吐絲期N360處理非根際土壤無機氮和根際銨態氮含量均較高，而根際土壤硝態氮含量沒有繼續增加，也表明繼續增施氮肥后根際土壤銨態氮向硝態氮的微生物轉化過程可能受到了抑制［38］。

長期定位試驗隨著年份的增加，施肥處理之間的土壤特性也會發生變化。主成分分析表明，2012—2014年第一主成分和第二主成分之和呈逐漸增加的趨勢（圖3—圖5），這表明隨著處理的進行土壤各指標對施肥處理的解釋更全面，且處理之間的分離更明顯。與2012年相比，2013—2014年CK處理的pH有上升的趨勢，而土壤無機氮含量呈下降的趨勢；與 2012年不同，2013和2014年N240和N360 2個處理土壤無機氮含量出現了差別，脲酶和過氧化氫酶活性也隨著施氮量增加而下降進而產生差異（表4、圖3—圖5）。這表明，氮素供應不足會影響玉米群體構建、植株中后期養分吸收嚴重不足造成早衰，進而減產；而過量施入氮肥不僅會造成土壤環境惡化、氮素轉化受阻，而且玉米植株養分吸收和籽粒產量也不再增加，浪費資源，降低經濟效益甚至污染環境。

4　結論

施氮肥條件下玉米不同生育時期的根際土壤特性與籽粒產量的高低密切相關。根際作用主要是通過改善作物可利用性氮素的供應影響產量的變化，其中，拔節期根際土壤硝態氮、吐絲期根際和非根際土壤硝態氮以及成熟期土壤硝態氮均與籽粒產量顯著相關。根際作用另一方面則是通過改善根系微環境維持較好的土壤解毒能力，保證土壤氮素轉化和供應順利進行，促進根系生長和根系吸收養分吸收，防止根系早衰。生產上應根據玉米不同生育時期的根際特性進行合理施肥，既保障玉米不同生育時期對養分的需求，又營造良好的根際土壤環境，提高氮素利用效率，促進產量增加。

References

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（責任編輯 楊鑫浩，李莉）

Relationship Between Rhizosphere Soil Properties and Yield of Maize at Different Nitrogen Levels

ZHANG Xue-lin，XU Jun，AN Ting-ting，HOU Xiao-pan，LI Chao-hai
（Agronomy College，Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops/State Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science，Zhengzhou 450002）

【Objective】Making the relationship between rhizosphere soil properties and maize grain yield clear could help managing nitrogen （N） fertilizer application，improving N use efficiency and reducing environmental pollution. 【Method】A field experiment with three N fertilizer treatments （Control: CK； 180 kg N·hm-2:N180； 240 kg N·hm-2: N240； 300 kg N·hm-2: N300 and 360 kg N·hm-2: N360） was established in 2012，and was carried out during maize growth periods in 2012，2013，and 2014，respectively. Both rhizosphere soil and bulk soil NH4+-N，NO3--N，urease，catalase，pH value，root and aboveground biomass and their N accumulation were measured at critical stages during maize growth periods，and their relationships with maize grain yield were analyzed. 【Result】In comparison with CK，the maize grain yield of four N fertilizer treatments increased by 23.85%，36.40%，39.87% and 34.78% for the three annual average，respectively，and their aboveground N accumulation was significantly higher than that of CK. Rhizosphere soil NO3--N content of four N fertilizer treatments for their three years average increased by 23.38%，57.13%，57.87% and 69.74% in comparison with the CK，and 59.49%，92.01%，132.08% and 179.35% for their bulk soil NO3--N content，respectively. With the N fertilizer rate increasing，the bulk soil NH4+-N content increased by 4.27%，3.51%，5.04% and 26.26%，respectively. Both rhizosphere soil and bulk soil pH decreased with the increasing of N application rate，their ranges were 4.5-6.7 and 5.5-7.2，and the bulk soil pH value was 5% higher than that of rhizosphere soil. Rhizosphere soil urease activity increased with the N fertilizer rate increasing，and bulk soil urease activities of four N treatments for their three years average increased by 4.02%，14.73%，24.55% and 19.64%，respectively，in comparison with the CK. Bulk soil catalase activities decreased with the N fertilizer rate increasing，and reduced by 3.03%，5.09%，8.24% and 12.67% in four N fertilizer treatments in comparison with CK. The rhizosphere soil and bulk soil characteristics of CK，N240 and N360 treatments were used to analyze their relationship with maize yield. Pearson correlation analysis showed that rhizosphere soil NO3--N content at jointing stage； rhizosphere and bulk soil NO3--N，rhizosphere soil NH4+-N and bulk soil pH at silking stage were all significantly and positively correlated with grain yield. Rhizosphere soil urease enzyme activity and pH at silking stage in 2013 and 2014 were significantly correlated with grain yield，and rhizosphere soil and bulk soil NO3--N content at maturity stage in 2013 and 2014 were also significantly correlated with the yield. Principal component analysis indicated that rhizosphere soil NO3--N content，catalase activity，aboveground biomass and their N accumulation at jointing stage； rhizosphere soil and bulk soil NO3--N content，rhizosphere soil NH4+-N，bulk soil pH，aboveground biomass and their N accumulation at silking stage，and aboveground biomass and their N accumulation at maturity stage were all significantly correlated with grain yield.【Conclusion】All of these results indicated that according to the relationship between rhizosphere soil properties at different stages and maize grain yield，a suitable N fertilizer methods should be taken to ensure the soil available N supply，create a favorable rhizosphere soil environment，improve N utilization efficiency，and increase grain yield.

maize yield； nitrogen fertilizer； rhizosphere soil characteristics； correlation analysis； principal component analysis

2015-12-29；接受日期：2016-05-10

國家公益性行業（農業）科研專項（201203100）、河南省教育廳科學技術研究重點項目（13A210491）

聯系方式：張學林，Tel：13643867669；E-mail：xuelinzhang1998@163.com。通信作者李潮海，Tel：0371-63555629；E-mail：lichaohai2005@163.com