滴灌施肥條件下不同施氮模式對玉米生長和產量的影響

李 波，張凌一，魏新光，姬建梅

(沈陽農業大學水利學院，沈陽 110866)

滴灌施肥是目前效率最高的現代水肥一體化灌溉施肥技術，可以在灌水量、施肥量和施肥時間等方面都達到很高的精度，具有提高水分、養分利用效率、提高作物產量，改善作物品質，促進現代農業可持續發展等諸多優點[1]。目前滴灌施肥技術已被廣泛用于各類作物，如西瓜、小麥、玉米、棉花、番茄等[2-5]，相關的研究工作也不斷深入。水肥是作物生長不可或缺的2個要素。在水分充足的條件下，肥料對作物產量的形成起著主要作用。就玉米而言，氮素是其需求量最大的礦質元素，也是玉米產量和品質的重要影響因素[6]。氮肥的施用可促進糧食增產、農業增效以及農民的增收，但由于施肥不合理，增加了農業生產成本，并帶來了資源的浪費、污染環境等一系列問題。近些年來，由于玉米施氮技術的迅速發展，國內外的學者就玉米施氮模式進行了較多的研究。谷巖等[7]研究氮素水平對玉米穗位葉光合特征及氮代謝關鍵酶活性的影響時發現，在氮肥施用總量為300 kg/hm2時，玉米穗位葉保持較高的光合特性和相關酶活性，為玉米籽粒產量的形成奠定了基礎。李銀坤等[8]通過對不同氮水平下夏玉米農田土壤呼吸動態變化的研究得出，合理的施氮量有利于土壤呼吸速率以及土壤呼吸釋放的總碳量增加。郭丙玉等[9]系統研究了水氮互作對高密度玉米干物質積累、氮素吸收及產量的影響，認為玉米干物質積累與吸氮量均隨灌溉和施氮水平的增加明顯升高。當施氮量大于435 kg/hm2和灌溉量大于900 mm時則呈減少趨勢。在施氮0～435 kg/hm2時，氮肥利用率隨施氮量的增加而升高，此后反而降低。呂鵬等[10]研究發現，玉米拔節期一次性施氮較不施氮增產不顯著，隨著施氮次數的增加產量顯著提高，灌漿期施氮可以顯著提高粒重，從而提高產量。以往的研究多集中在從施氮量、施氮時間及灌溉量等單方面的因素來尋找最佳的施氮模式，而沒有綜合考慮協同效應，不利于玉米節水灌溉施肥技術的完善和應用。

本研究通過采用田間小區對比試驗的方法，深入研究了遼寧棕壤土區滴灌施肥條件下不同施氮量和施氮次數對玉米植株生長、產量的影響，提出科學的施氮模式，以期提高氮肥利用效率，為充分發揮滴灌施肥技術在玉米增產中的作用提供理論依據，具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2015年4-10月在沈陽農業大學大棚區玉米試驗基地進行。該基地位于北緯41°49′26.26″，東經123°34′00.72″。海拔高度55 m，年平均氣溫11 ℃，年平均降水量574.4～684.8 mm，年平均蒸發量1 300 mm，無霜期183 d。試驗區長100 m，寬20 m，供試土壤為沙性棕壤土，試驗地塊0～20 cm耕層基礎理化性質見表1。

表1 土壤理化性質Tab.1 The soil physical and chemical properties

1.2 試驗設計

試驗供試玉米品種為美津599。采用大壟雙行種植模式，玉米株距30 cm，相鄰兩壟間距135 cm，壟上行距45 cm，壟間行距90 cm，壟寬105 cm，壟高15 cm，溝底寬30 cm，種植密度為4.5 萬株/hm2(見圖1)。播種前精選種子，剔除小粒、批粒、碎粒及病蟲粒，選留大小均勻、色澤一致、豐滿籽粒作種子，對其進行翻曬連續2個半天，并對試驗地塊進行對旋耕、翻平耙細和起壟作業，旋耕深度25～30 cm。播種日期為2015年5月1日，播種時根據當地豐產經驗一次性施種肥磷酸二銨150 kg/hm2、硫酸鉀112.5 kg/hm2、尿素37.5 kg/hm2。播種后在土壤表面噴施除草劑進行滅草。

圖1 玉米種植方式和滴灌帶布置示意圖Fig.1 Schematic maize planting pattern and arrangement of drip tape

試驗滴灌帶選用地埋式滴灌帶，小流量滴頭，滴灌管直徑16 mm，壁厚0.6 mm，滴頭間距30 cm。滴灌帶埋設地表下3～10 cm處，灌溉施肥更有效，減少水分蒸發，提高水分利用效率[11]。滴灌帶沿玉米行向鋪設于壟中間，每條滴灌帶控制2行玉米。追肥肥料選取尿素，在充分溶解攪拌后，利用自壓式重力施肥桶將肥料均勻施入。

相關研究表明，無論是進行田間試驗，或者是土壤植株測試，合理的施氮量范圍大多數為150～250 kg/hm2，推薦施氮量的調節范圍大多在100 kg/hm2以內[12,13]。試驗以不同施氮量和施氮次數為試驗因素，設置4個施氮量水平(不含底肥)：75、125、175和225 kg/hm2，分別用N1、N2、N3和N4表示；施氮次數設置1次、2次和3次3個水平，用T1、T2和T3表示。1次施氮處理將設計施氮量在拔節期全部施入，2次和3次施氮處理將設計施氮量平均分成2和3次在拔節期、抽穗期和灌漿期分別施入。按照完全組合試驗設計，共12個處理：T1N1、

表2 施氮處理設計Tab.2 The design of Nitrogen treatment

T1N2、T1N3、T1N4、T2N1、T2N2、T2N3、T2N4、T3N1、T3N2、T3N3、T3N4，另設不施氮處理(T0N0)為對照。總共13個處理，各處理組合見表2，每個處理3個重復，共39個小區，小區尺寸為3 m×8 m，隨機排列布置。

1.3 觀測內容和方法

(1)株高和葉面積指數。在每個處理中選生長狀況良好、具有代表性的3株玉米植株掛牌標記作為監測樣本連續監測，在拔節期、抽穗期、灌漿期和成熟期測定株高和所有完全展開葉片的長和寬。葉面積指數由公式(1)求得：

(1)

式中：n為第j株的總葉片數；m為測定株數；ρ種為種植密度；Lij為第j株玉米的第i葉長；βij為第j株玉米的最大葉寬。

(2)干物質積累。分別在玉米拔節期、抽雄期、灌漿期和成熟期，每個處理選擇具有代表性的連續3株植株作為監測樣本，測定玉米植株地上部分的鮮質重，取整個植株樣品(地上部分)放入烘干箱內105 ℃殺青30 min，之后80 ℃下烘干至恒重，然后稱其干物質重。

(3)產量和氮肥農學效率。在玉米收貨時，每個處理取大壟雙行連續各10株玉米，共計20株玉米，考種并測產，產量換算成每公頃產量。氮肥農學效率：

AE=(YN-Y0)/FN

式中：YN為施氮處理籽粒產量；Y0為對照組籽粒產量；FN為氮肥施用量[14]。

1.4 數據分析方法

所有數據分析運用統計分析軟件SPSS19.0，分析圖表制作基于Excel和Originpro8.5軟件。

2 結果與分析

2.1 不同施氮處理對玉米株高的影響

圖2描述了不同施氮處理對玉米株高的影響。由圖2可以看出，玉米株高在整個生育期中持續上升，到灌漿期后基本保持不變。當施氮次數一定時，玉米的株高隨施氮量的增加呈增加趨勢，說明在一定范圍內增加施氮量有利于玉米株高的增長，增長趨勢顯著(p<0.05)。當施氮量一定時，1次施氮處理的株高在生育期大部分階段均大于2次和3次施氮處理。如在灌漿期，1次施氮處理的株高均值分別比2次和3次施氮處理增加4.5%和13.2%。但是，與拔節期相比，2次施氮處理株高均值較1次施氮處理的株高均值降低幅度在抽穗期和灌漿期減小，而3次施氮處理株高均值較1次施氮處理的株高均值降低幅度則相反。這是因為拔節期是營養生長期，抽穗后玉米進入生殖生長期，抽穗期施氮對株高影響減小，而灌漿期施氮對株高幾乎沒有影響。因此，在拔節期將全部氮肥一次施入會顯著促進植株高度的增長，而在玉米生育后期施氮可能對玉米產量及品質等產生更多影響。

2.2 不同施氮處理對玉米葉面積指數的影響

玉米植株 95%以上的干物質都是由葉片光合作用合成的， 葉面積是植物截獲光能的物質載體，其大小直接影響到玉米的經濟產量和對光能的截獲[15]。由圖3可以看出，各處理玉米

圖2 不同施氮處理對玉米株高的影響Fig.2 Effect of different Nitrogen treatment on maize plant height

圖3 不同施氮處理對玉米葉面積指數的影響Fig.3 Effect of different Nitrogen treatment on maize leaf area index

葉面積指數隨著生育期的延長先增大后減小，變化趨勢基本一致。當施氮次數一定時，葉面積指數隨施氮量的增加而增加，但增加趨勢不顯著(p>0.05)。當施氮量一定時，1次施氮處理的葉面積指數在玉米生育前期均大于2次和3次處理，如在拔節期，1次施氮處理的葉面積指數均值分別比2次和3次施氮處理增加2.3%和8.2%。隨著生育期的推移，1次施氮處理葉面積指數的增加趨勢逐漸減弱，在抽穗期，1次施氮處理的葉面積指數比2次和3次施氮處理增加2.1%和3.0%，在灌漿期，增加率減小為1.8%和1.8%，說明施氮次數對葉面積指數的影響主要體現在拔節期，在這一時期一次大量施氮能顯著提高玉米葉面積指數，而分期多次施氮能在玉米生育后期減緩葉片的衰老，更多的促進果實的發育。

2.3 不同施氮處理對玉米地上部分干物質積累的影響

干物質是衡量玉米植株生長發育的重要指標之一[16]。通過施加氮肥可為玉米生長提供充足的營養，促進莖葉的發育及其光合效率，進而影響玉米的干物質積累[17,18]。

表3 不同施氮處理對玉米地上部分干物質積累量的影響Tab.3 Effect of different Nitrogen treatment on maizedry matter accumulation above ground

注：同列施氮次數相同的處理中標有不同字母表示差異達到5%顯著水平。

表3描述了不同施氮處理對玉米地上部分干物質積累量的影響。由表3可以看出，各處理玉米植株干物質積累量隨著生育期的推進而不斷增加，呈上升趨勢。在施氮次數相同的情況下，玉米各生育期的干物積累量會隨施氮量增加而增加，以灌漿期為例，對3次施氮時不同施氮量處理的干物質積累做方差分析，達到顯著水平(p<0.05)，試驗結果表明，增加施氮量能顯著提高玉米干物質積累能力。

在施氮量一定時，3次施氮的干物質積累量在拔節期明顯小于1次和2次施氮處理，在成熟期又高于1次和2次施氮處理。在拔節期，1次施氮處理的干物質積累量比2次和3次施氮處理提高7.6%和11.4%；而在成熟期，1次施氮處理的干物質積累量比2次和3次施氮處理低2.6 %和8.5%，這可能是因為玉米生育后期需氮量升高，在拔節期1次大量施氮只能在短期內提高作物干物質積累能力，在生育后期會由于養分供給不足減緩干物質的積累能力。

2.4 不同施氮處理對玉米產量和氮肥農學效率的影響

由表4可以看出，施氮可以顯著提高玉米產量。隨著施氮量的增加，玉米產量呈增加趨勢。施氮量為225 kg/hm2的處理比175、125和75 kg/hm2處理平均增產2%、7%和10%。對3次施氮不同施氮量處理的產量做方差分析，差異性達到顯著水平(p<0.05)，當施氮量進一步增加至175～225 kg/hm2時，其產量差異不顯著(p>0.05)，且氮肥農學效率有所下降。該結果表明在此試驗條件下適宜的公頃施氮量為175～225 kg/hm2。

表4 不同施氮處理對產量氮肥農學效率的影響Tab.4 Effect of different Nitrogen treatment on yield andnitrogen agronomic efficiency

在玉米生長期多次分期施肥，能夠有效提高養分利用率，增加玉米產量[19]。由表4可知，在施氮量相同的情況下，隨著施氮次數的增加，玉米的產量和氮肥農學效率顯著增加，3次施氮處理的氮肥農學效率顯著高于1次和2次施氮處理，說明在確定總施氮量的條件下實行多次分期施肥能提高玉米的氮肥農學效率。3次施氮處理的產量比2次和1次施氮處理平均提高了3%和6%，說明合理的多次分期施肥能夠在生育后期提供玉米生長所需要的養分，進而顯著提高玉米產量。而在充足的施氮量下，適宜的施氮次數對玉米的增產效果更加明顯。

3 結 論

本文通過田間小區對比試驗，研究了遼寧棕壤土區滴灌條件下不同施氮模式對玉米生長和產量的影響，主要有以下結論。

(1)在一定范圍內，玉米的株高隨施氮量的增加呈增加趨勢，增長趨勢顯著(p<0.05)，1次施氮處理條件下的玉米株高在生育期大部分階段均大于2次和3次施氮處理，在拔節期將全部氮肥一次施入會顯著促進植株高度的增長；施氮次數對葉面積指數的影響主要體現在拔節期，在這一時期期，1次施氮處理的葉面積指數均值分別比2次和3次施氮處理增加2.3%和8.2%，遠高于抽穗期和灌漿期。在這一時期一次大量施氮能顯著提高玉米葉面積指數，而分期多次施氮能在玉米生育后期減緩葉片的衰老，促進果實的發育。

(2)在施氮量相同的情況下，3次施氮的干物質積累量在拔節期小于1次和2次施氮處理，而在成熟期又高于1次和2次施氮處理。表明在拔節期1次大量施氮只能在短期內提高作物干物質積累量，在生育后期會由于養分供給不足減緩干物質的積累能力；在施氮次數相同的情況下，增加施氮量能夠顯著提高玉米干物質積累能力(p<0.05)。

(3)施氮可以顯著提高玉米產量。施氮量在75～225 kg/hm2時，玉米產量隨施氮量增加呈增加趨勢。施氮量為225 kg/hm2的處理比175、125和75 kg/hm2處理平均增產2%、7%和10%，但施氮量為175 kg/hm2和225 kg/hm2時產量差異不顯著(p>0.05)，且氮肥農學效率下降。在施氮量相同的情況下，隨著施氮次數的增加，玉米的產量和氮肥農學效率顯著增加(p<0.05)，表明在確定總施氮量的條件下，實行多次分期施肥能提高玉米的氮肥農學效率，并且適宜的施氮次數對玉米的增產效果更加明顯。

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