平衡施肥措施對夏玉米田間群體微環境的影響

聶勝委，張巧萍，張玉亭，寶德俊，何寧

（河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南鄭州450002）

平衡施肥措施對夏玉米田間群體微環境的影響

聶勝委，張巧萍，張玉亭，寶德俊，何寧

（河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南鄭州450002）

以長期不施肥為對照（CK），研究氮磷鉀配施（N2PK）、氮磷鉀與有機肥配施（N2PKM）、氮磷鉀與秸稈還田配施（N2PKS）3種平衡施肥措施對夏玉米田間群體微環境的影響。結果表明，平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）能顯著降低玉米喇叭口期、灌漿期的群體內地面溫度，較不施肥處理分別降低2～10，1～2℃；顯著降低玉米喇叭口期的群體冠層溫度，較不施肥處理降低1～4℃；能有效改善玉米灌漿期的群體冠層溫度；平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）對玉米喇叭口期的群體內CO2含量有小幅的提高效果，對灌漿期則有較大的提高效果，其中，N2PKM，N2PKS施肥措施的提高效果較大；平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）對玉米群體內相對濕度的改善作用不明顯。

平衡施肥措施；夏玉米；群體；微環境；影響

玉米的生長、發育以及產量受施肥措施的影響較大[1-2]，氮（N）磷（P）肥配施可以顯著提高夏玉米生物產量和籽粒產量[3-4]，在干旱年和豐水年，NP肥配施、有機無機肥配施均具有較好的增產效果[5]。玉米對氮素的農學吸收效率在單一施用氮肥時有下降的趨勢，而氮磷鉀配合施用時則有上升趨勢[6-8]；NPK肥配施有機肥玉米產量顯著高于不施肥或者單施無機肥的處理[9-10]。化肥和秸稈配合施用可以促進玉米生長，延緩葉片衰老，增加穗粒數，提高千粒質量[11]和干物質積累速率[12]；氮磷鉀肥配施有機肥能夠促進玉米葉片氮代謝，增強穗位葉硝酸還原酶（NR）活性，增加游離氨基酸和蛋白質含量，改善葉片熒光反應[13]；提高玉米籽實氨基酸總量及必需氨基酸含量[14]。此外，長期施用NPK、有機肥配施化肥可明顯提高微生物量磷含量、堿性磷酸酶活性以及玉米對磷的吸收[15]；采用氮磷（N 217 kg/hm2，P2O5145.5 kg/hm2）配施的調控施肥方式能顯著降低N2O的排放總量和碳強度[16]。

農田小氣候（微環境）是指農田中作物層里形成的特殊氣候，不同農作物、植株密度、株行距、行向、生育期以及葉面積大小等都能形成特定的小氣候[17]。研究發現，改變耕作措施可以有效降低玉米群體內的土壤溫度、群體內溫度，提高土壤濕度[18]。玉米是我國重要的糧飼、能源和經濟作物，由于化肥的過量施用，雖取得了較高的產量，但同時也帶來了嚴重的環境、生態和可持續發展等問題。平衡施肥是依據玉米生長發育所需要的養分特點，結合當前農業生產的形勢而進行優化組合的施肥措施，參照以往有關玉米最佳產量潛力的養分需求結論[19-20]和結合多年的長期定位研究，認為氮磷鉀配施（N2PK）、氮磷鉀與有機肥配施（N2PKM）、氮磷鉀與秸稈還田配施（N2PKS）的平衡施肥措施是有望解決當前化肥過量施用的有效途徑。

本試驗研究不同平衡施肥措施對玉米田間群體微環境的影響，旨在為進一步制定科學合理的施肥措施、獲得玉米高產提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河南省農業科學院國家潮土土壤肥力與肥料效益監測基地（113°40′E，34°47′N），氣候類型為暖溫帶季風氣候，四季分明，年平均氣溫14.4℃，＞10℃年積溫約5 169℃。7月最熱，均溫27.3℃；1月最冷，均溫0.2℃；年平均降雨量645 mm，無霜期224 d，年平均蒸發量1 450 mm，年日照時數約2400h。土壤類型為潮土。試驗前土壤樣品的養分情況為：pH值8.3，有機質（SOM）10.1 g/kg，堿解氮（Alkali-hydrolysable Nitrogen）76.6 mg/kg，有效磷（Olsen-P）6.5 mg/kg，有效鉀（Exchangeable K）74.5 mg/kg，全氮（Total N）0.65 g/kg，全磷（Total P）0.64 g/kg，全鉀（Total K）16.9 g/kg。

1.2 試驗材料

供試玉米品種為浚單20。

1.3 試驗設計

試驗小區為完全隨機排列，選取的4個處理為：N2PK（氮磷鉀化肥配施）；N2PKM（氮磷鉀化肥和有機肥配施）；N2PKS（氮磷鉀化肥和玉米秸稈還田配施）；CK（種植，不施肥）。小區面積45 m2，每個試驗處理重復3次。試驗選用的氮肥、磷肥、鉀肥分別為：尿素（CO（NH2）2）、磷酸二氫鈣（Ca（H2PO4）2）、硫酸鉀（K2SO4），有機肥和玉米秸稈還田均是在小麥播種前整地時施入，玉米季各施肥處理施用的肥料為無機肥。施肥處理的施氮量（或標準）相同，磷肥、鉀肥作基肥一次施入，無機氮肥的基肥∶追肥為6∶4，各處理施肥量列于表1。

玉米等行距種植，行距60 cm，株距19 cm，密度為6.75萬株/hm2。分別在2013，2014年當年6月上旬播種，至當年的9月中下旬收獲。其他田間管理措施各處理均一致。

表1 各處理施肥措施下氮、磷、鉀肥料的施用量kg/hm2

1.4 測定項目及方法

在玉米喇叭口期（2013-07-25，2014-07-22）、灌漿期（2013-08-24，2014-08-20）測定田間群體冠層溫度（℃）、群體內地表溫度（℃）、群體內二氧化碳含量（mg/L）、空氣相對濕度（%）、空氣溫度（℃）以及最上部完全展開葉（灌漿期為穗位葉）SPAD值等指標，成熟期各處理實收測產。

玉米群體冠層和群體內地表溫度用紅外線測溫儀測定，群體內二氧化碳（CO2，mg/L）、相對濕度（%）、溫度（℃）用CO2Meter計測定，葉片葉綠素含量用SPAD計測定。

1.5 數據分析

數據用Excel，SPSS等軟件進行整理分析，用LSD法進行顯著性分析，P≤0.05，P≤0.01分別表示顯著和極顯著差異水平。

2 結果與分析

2.1 平衡施肥措施下玉米產量的變化

在相同的管理條件下，平衡施肥措施取得了較高的籽粒產量。從圖1可以看出，2013年玉米成熟期，CK處理的玉米籽粒產量（2 074.2 kg/hm2）最低，N2PKS，N2PKM，N2PK處理的產量分別為9 621.9，8 396.4，9 369.2 kg/hm2，均極顯著高于CK，但平衡施肥處理間差異不顯著，其產量大小依次為N2PKS＞N2PK＞N2PKM。2014年玉米籽粒產量趨勢與2013年相近，CK處理的玉米籽粒產量（1628.0kg/hm2）最低，均極顯著低于平衡施肥處理；施肥處理間，N2PK處理顯著低于N2PKM處理，產量大小依次為N2PKM（8 221.2 kg/hm2）＞N2PKS（7 776.2 kg/hm2）＞N2PK（6 614.0 kg/hm2）。

2.2 平衡施肥措施下玉米群體內地面溫度的變化

從表2可以看出，在玉米喇叭口期，2013年，CK處理的群體內地面溫度為34.09℃，極顯著高于N2PK（31.37℃），N2PKM（31.38℃），N2PKS（31.52℃）處理，高出2～3℃，但不同施肥處理間則差異不顯著。2014年，CK（47.79℃）處理玉米喇叭口期的群體地面溫度顯著高于N2PK（41.07℃），N2PKM（39.87℃）處理，極顯著高于N2PKS（37.28℃）處理，高出6～10℃，不同施肥處理間雖存在一定的差異，但是不顯著。

表2 平衡施肥措施對玉米喇叭口期、灌漿期群體內地面溫度的影響℃

玉米灌漿期的群體內地面溫度變化趨勢與喇叭口期類似，2013年，CK處理的地面溫度（36.04℃）最高，極顯著高于平衡施肥處理，高出2～3℃；N2PK，N2PKM，N2PKS處理的地面溫度較低，分別為33.57，33.61，32.63℃，相互間溫度差較小，且差異不顯著。2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理玉米灌漿期的群體內地面溫度分別為30.71，29.58，29.14，29.18℃，CK處理顯著或極顯著高于N2PK，N2PKM，N2PKS處理，但不同平衡施肥處理之間差異不顯著。

2.3 平衡施肥措施下玉米群體冠層溫度的變化

從表3可以看出，玉米喇叭口期，2013年CK（33.78℃）處理的冠層溫度稍高，N2PK，N2PKM， N2PKS施肥處理的冠層溫度偏低，分別為32.80，32.19，32.22℃，其中，CK處理極顯著高于平衡施肥N2PKM，N2PKS處理，而不同施肥處理間差異不顯著。2014年，CK（37.18℃）處理玉米喇叭口期的冠層溫度高于N2PK（36.16℃），N2PKM（36.28℃），N2PKS（32.97℃）處理，N2PKS的溫度最低，且顯著低于CK，N2PK，N2PKM處理。

表3 平衡施肥措施對玉米喇叭口期、灌漿期群體冠層溫度的影響℃

玉米灌漿期，2013年，施肥處理的冠層溫度均低于CK（34.53℃），其中，N2PKM，N2PKS處理顯著低于CK，但平衡施肥處理間差異不顯著；N2PK，N2PKM，N2PKS的冠層溫度分別為33.38，33.23，32.54℃。2014年，玉米灌漿期的CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理間的冠層溫度差異不明顯。

2.4 平衡施肥措施下玉米葉片葉綠素含量的變化

玉米葉片葉綠素含量的多少，能直接反映出葉片對光合器官功能的強弱，間接體現出群體對周圍環境因子調控能力的大小。從表4可以看出，玉米喇叭口期，2013年CK處理上部完全展開葉SPAD值（26.36）極顯著低于N2PK（41.43），N2PKM（44.82），N2PKS（43.27）處理，低15～18個單位，而平衡施肥處理之間差異不大。2014年，玉米喇叭口期CK（31.38）處理葉片SPAD值同樣極顯著低于N2PK（46.72），N2PKM（45.90），N2PKS（48.19）處理，低14～16個單位，但N2PK，N2PKM，N2PKS處理間差異不顯著。

表4 平衡施肥措施對玉米喇叭口期、灌漿期葉片SAPD值的影響

玉米穗位葉對籽粒灌漿的影響最大，2013年，玉米灌漿期CK處理玉米穗位葉SPAD值最小，為28.76，N2PK，N2PKM，N2PKS處理的SPAD值較高，分別為55.06，54.97，54.20，CK處理極顯著低于平衡施肥處理，低約26個單位。2014年，玉米灌漿期N2PK，N2PKM，N2PKS，CK處理的SPAD值分別為53.71，52.13，51.49，30.95，CK極顯著低于施肥處理，低約21個單位。

2.5 平衡施肥措施下玉米群體內二氧化碳、相對濕度的變化

玉米群體內二氧化碳的含量受到大氣CO2含量、群體的呼吸、土壤的呼吸等多種因素的影響。從圖2可以看出，玉米喇叭口期，2013年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理間玉米群體內CO2濃度差異不顯著；2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理的群體內CO2濃度分別為379.93，380.20，380.40，383.13 mg/L，所有處理間玉米群體內CO2濃度差異均不顯著。

玉米灌漿期，2013年，CK處理的群體內CO2濃度最低，N2PKM，N2PKS施肥處理的較高，N2PK介于二者之間，其中，N2PKS處理最高，顯著高于CK處理；2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理的群體內二氧化碳濃度含量分別為348.75，363.53，366.28，354.08 mg/L，其中，CK處理最低，顯著低于N2PKM處理。

從圖3可以看出，玉米喇叭口期，2013年，群體相對濕度所有處理間差異均不顯著；2014年，群體相對濕度所有處理間差異也均不顯著，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理分別為32.61%，33.97%，33.90%，33.21%。玉米灌漿期，2013，2014年，各處理群體的相對濕度差別不大，處理間均未達到顯著水平。

3 討論與結論

群體微環境是一個相對特定的空間范圍，作物一方面受到溫度、濕度、風速等外界環境因子的影響，同時在其植株群體生長的過程中對群體的微環境也起到一定的調節或改善作用，使其自身的生理生化代謝活動適應群體微環境要求，最終獲得較高的籽粒產量。施肥對產量的影響，前人研究得出，NPK肥配施有機肥玉米產量顯著高于不施肥或者單施無機肥的處理[9]。本研究在相同的管理條件下，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施取得了較高的籽粒產量，而且均極顯著高于CK（不施肥）處理，這與以往的研究結論相吻合，說明本研究的前期設計是合理的。本研究發現，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施對群體微環境影響最明顯的是溫度，無論是群體內地面、上部冠層，還是群體內環境，都具有較顯著的改善或調節效果。這種效果可能首先來自于玉米群體生長的內在因素，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施能增強光合器官的功能，可提高玉米喇叭口期上部完全展開葉和灌漿期穗位葉的葉綠素含量，SPAD值較CK處理分別增加14～18個單位和21～26個單位，進而影響葉片的生理反應過程，如促進夏玉米葉片氮代謝，增強吐絲后期穗位葉硝酸還原酶活性，增加游離氨基酸和蛋白質含量，改善葉片熒光反應[13]，延緩葉片衰老[11]；通過光合作用、蒸騰作用等生理活動影響周圍的熱分布。同時，微環境適宜的較低溫度又對玉米生長季外部的高溫起到了緩沖和保護效果，進而促進了玉米的生長。

本研究結果表明，平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）能顯著降低玉米喇叭口期、灌漿期的群體內地面溫度，較CK（不施肥）處理分別降低2～10，1～2℃；顯著降低玉米喇叭口期的群體冠層溫度，較CK處理降低1～4℃，能有效改善玉米灌漿期的群體冠層溫度；提高玉米喇叭口期上部完全展開葉和灌漿期穗位葉的葉綠素含量，較CK處理SPAD值分別增加14～18個單位和21～26個單位。不同平衡施肥措施之間對群體內地面溫度、冠層溫度以及葉片SPAD值的影響差異不顯著。平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）對玉米喇叭口期的群體內CO2含量有小幅的提高效果，在灌漿期的群體內CO2含量有較大的提高效果，其中，N2PKM，N2PKS施肥措施的提高效果較大；對玉米群體內相對濕度的改善作用不明顯。

［1］聶勝委，黃紹敏，張水清，等.長期定位施肥對作物效應的研究進展[J].土壤通報，2012，43（4）：979-986.

［2］聶勝委，黃紹敏，張水清，等.長期定位施肥對土壤效應的研究進展[J].土壤，2012，44（2）：188-196.

［3］郭玲玲.“3414”測土配方施肥對玉米產量和養分吸收的影響[J].山西農業科學，2015，43（5）：576-578，633.

［4］YANG S M，LI F M，MALHI S S，et al.Long-term fertilization effects on crop yield and nitrate nitrogen accumulation in soil in Northwestern China[J].AgroJ，2004，96：1039-1049.

［5］樊廷錄，周廣業，王勇，等.甘肅省黃土高原旱地冬小麥—玉米輪作制長期定位施肥的增產效果[J].植物營養與肥料學報，2004，10（2）：127-131.

［6］李秀英，李燕婷，趙秉強，等.褐潮土長期定位不同施肥制度土壤生產功能演化研究[J].作物學報，2006，32（5）：683-689.

［7］張越，王創云，鄧妍，等.不同施肥處理對玉米光合特性及產量形成的影響[J].山西農業科學，2015，43（4）：430-433，438.

［8］賈改花，許進堂.不同氮磷鉀用量對潮土中產田玉米產量和肥料利用的影響[J].河南農業科學，2012，41（7）：73-75.

［9］ZHANG H M，WANG B R，XU M G，et al.Crop yield and soil responses to long-term fertilization on a red soil in Southern China[J]. Pedosphere，2009，19（2）：199-207.

［10］楊永輝，武繼承，王洪慶，等.氮肥施用量對砂壤質潮土玉米生長及水分利用效率的影響[J].河南農業科學，2013，42（10）：55-58，69.

［11］曹彩云，鄭春蓮，李科，等.長期定位施肥對夏玉米光合特性及產量的影響研究[J].中國生態農業學報，2009，17（6）：1074-1079.

［12］曹彩云，李科江，崔彥宏，等.長期定位施肥對夏玉米子粒灌漿影響的模擬研究[J].植物營養與肥料學報，2008，14（1）：48-53.

［13］周曉琳，薛登峰，劉樹堂，等.長期定位施肥對夏玉米氮代謝的影響[J].中國農學通報，2009，25（2）：85-88.

［14］鄒德乙，劉小虎，韓曉日，等.長期定位施肥對作物籽實氨基酸含量影響[J].沈陽農業大學學報，1997，28（2）：120-124.

［15］HUJ L，LINXG，WANGJ H，et al.Arbuscular mycorrhizal fungus enhances crop yield and P-uptake of maize（Zea mays L.）：A field case study on a sandy loam soil as affected by long-term P-deficiency fertilization[J].Soil Biology and Biochemistry，2009，41（12）：2460-2465.

［16］郭耀東，鄔剛，武小平，等.不同施肥方式對玉米產量和溫室氣體排放的影響[J].山西農業科學，2012，40（10）：1067-1070.

［17］李明桃.農田小氣候理論探索[J].園藝與種苗，2014（12）：27-30，53.

［18］聶勝委，張玉亭，湯豐收，等.粉壟耕作后效對夏玉米群體微環境的影響[J].山西農業科學，2016，44（3）：348-352.

［19］褚清河，潘根興，郭耀東，等.玉米品種產量潛力水平形成原理及其與施肥的關系[J].山西農業科學，2013，41（8）：838-842.

［20］張佳，王永亮，郭彩霞，等.不同土壤肥力條件下高產玉米氮肥最佳用量研究[J].山西農業科學，2013，41（2）：155-159.

Effects of Balanced Fertilization on Population Micro Environment in Summer Maize Farmland

NIE Shengwei，ZHANGQiaoping，ZHANGYuting，BAODejun，HE Ning
（Institute ofPlant Nutrition and Resources and Environment，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

In this manuscript,micro-environment ofsummer maize's group under 4 different fertilization practices,such as CK（no fertilizer）,N2PK（inorganic N and P and K fertilizer）,N2PKM（inorganic N,P,K fertilizer with manure）,and N2PKS（inorganic N,P, K fertilizer with manure straw）,were studied.The results showed that balanced fertilization practices（N2PK,N2PKM and N2PKS）could significantly reduce summer maize's group inner ground temperature at both belling mouth stage and filling stage respectively compared with CK treatment,about 2-10℃（at belling mouth stage）and 1-2℃（at filling stage）were decreased.Moreover,summer maize's group canopy temperature was also significantly reduced,and 1-4℃（at belling mouth stage）was decreased.At the same time, balanced fertilization practices could effectivelyimprove summer maize's group canopytemperature at fillingstage.Additionally,balanced fertilization practices（N2PK,N2PKMand N2PKS）had little effects on carbon dioxide（CO2）content within the group at belling mouth stage,however,they had larger effects on CO2content within the group at filling stage,especially the N2PKM and N2PKS practices. Balanced fertilization practices had noeffects on relative humiditywithin the maize's group.

balanced fertilization measures;summer maize;group;microenvironment；effect

S513.062

：A

：1002-2481（2017）06-0960-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.24

2017-03-03

河南省農業科學院優秀青年科技基金項目（2013YQ15）；國家自然科學基金項目（31301284）；“十二五”科技支撐計劃項目（2012BAD14B08）

聶勝委（1979-），男，河南汝州人，副研究員，博士，主要從事農作制度、循環農業以及作物施肥等方面的研究工作。