氮肥施用深度對玉米苗期植株生長及養分吸收的影響

俞洪燕++錢曉剛++羅緒強++張勝爽++歐陽金美++張珍明

摘要：通過桶栽的方法，研究氮肥不同施用深度[3 cm（T3）、5 cm（T5）、7 cm（T7）、9 cm（T9）、11 cm（T11）]對玉米苗期根系數量、根體積、根干質量、株高、地上部干物質積累量、葉片葉綠素含量和養分吸收的影響，以期為研究氮肥施用深度對玉米苗期植株生長和養分吸收的影響、玉米苗期施用氮肥的方式提供參考。結果表明，氮肥深施可以在一定程度上促進根系干質量、株高增加，并在一定程度上提高地上部干物質積累量與葉片中葉綠素（葉綠素a+葉綠素b）含量，促進養分吸收；玉米根干質量、根體積均在7 cm深度處理達到最大值；玉米苗期隨著施肥深度的增加，各處理株高由高到低依次為T7>T9>T5>T11>T3；隨著氮肥施用深度的增加，玉米苗期地上部干物質的積累量、葉片中葉綠素（葉綠素a+葉綠素b）含量、葉片和莖中氮、磷、鉀含量最高的均為T9處理。綜合試驗結果可知，氮肥的不同施用深度對玉米苗期植株生長和養分吸收有顯著影響，氮肥深施在土層厚度為7～9 cm時的效果最好。

關鍵詞：氮肥；施用深度；玉米；養分吸收；養分分配

中圖分類號： S147.24；S513.06文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）08-0044-04

玉米苗期傳統的施氮方法是將肥料直接撒在土表或者撒在土表后再覆上1層薄土，但是根系吸收養分必須在一定的距離范圍內進行，這個施肥位置直接影響玉米根系對養分的利用效率。在所有必需營養元素中，氮是限制植物生長和產量形成的首要因素。氮肥在我國農業生產中發揮著重要作用，但是由于使用比例失衡，大大超出作物的實際需求量，導致淺層地下水氮素污染，水質變差，給人們的生活和工業生產帶來不利影響[1-2]。因此，提高作物對氮肥的吸收和利用對于農業發展和改善環境至關重要。提高氮肥利用率的一個重要措施就是做到精準施肥，保證施加到土壤中的氮肥能夠更有效地被利用。許多學者在提高氮肥利用率方面進行了相關研究，發現肥料的不同施用位置不但影響肥料養分在土壤中的運移和轉化[3-5]，也影響養分在作物體內的運移和積累[6-7]，從而影響作物產量和肥料利用效率[8]。玉米苗期在肥料施用深度方面的研究主要集中在種肥施用深度上[9-11]；同時也有研究表明，夏玉米施用磷肥增產效果顯著，磷肥集中深施效果優于淺施，且與其他深度相比，以磷肥集中深施在15 cm土層時效果較好[12]。此外，在肥料施用深度對玉米根系生長的影響方面，研究表明玉米壟溝深追肥與傳統的撒施覆蓋相比更有利于增加深層根系數量[13]。從玉米的整個生育期來看，玉米苗期是養分需求的臨界期，玉米苗期的生長發育狀況對施肥位置比較靈敏，能夠作為判斷養分施入位置是否優劣的重要指標。此外，氮是玉米生長的必需營養元素，旱地養分供應區域相對比較固定，氮的位置效應可能表現得更明顯。本研究通過玉米桶栽試驗，以惠玉908為試驗品種，以氮肥施用的不同深度為試驗因素，對比研究玉米苗期根系、株高、地上部干質量、葉片中的養分含量和葉片中葉綠素的含量，以研究玉米苗期氮肥的最佳施用深度，為玉米苗期氮肥的養分管理提供一定的指導。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗土壤為貴州省貴陽市烏當區大田土，取距離表層 20 cm 以內深度的土壤。將土粒搗細后均勻地裝進桶里，土的高度為35 cm，然后貼上標簽，土壤理化性質：全氮含量 1.5 g/kg，全磷含量189 g/kg，全鉀含量21.99 g/kg，堿解氮含量85.4 mg/kg，速效磷含量18.52 mg/kg，速效鉀含量 55.1 mg/kg，有機質含量42 g/kg，pH值6.5。

玉米供試品種為惠玉908，生育期為136 d，株高237 cm，穗粒高93 cm。在3月至4月上旬之間播種最佳，直播和育苗均可。種植密度為42 000～48 000株/hm2，可凈作或套作。在苗期進行勻苗，及時中耕除草，加強病蟲害防治。該品種適宜種植在貴州省貴陽市、遵義市、安順市、黔南州、黔東南州、銅仁市、畢節市、黔西南州。

供試肥料：在試驗中施用的氮肥為尿素（含46%N），磷肥為過磷酸鈣（含12%P2O5），鉀肥為氯化鉀（含60%K2O）。按作物目標產量進行推薦施肥的方法，根據斯坦福公式：養分施用量=（作物所需養分吸收量-土壤養分供應量）÷肥料當季養分利用率，肥料配比N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶0.4 ∶0.2[14]，氮肥按總量的30%計算，確定苗期施肥量，其中氮肥 1.599 g/桶，磷肥8.167 g/桶，鉀肥0.817 g/桶。

試驗器具：試驗桶，開口直徑×高=35 cm×45 cm。

1.2試驗方案

試驗設置5個處理：T3，氮肥施用深度為3 cm；T5，氮肥施用深度為5 cm；T7，氮肥施用深度為7 cm；T9，氮肥施用深度為9 cm；T11，氮肥施用深度為11 cm。每個處理設8個重復。在距離平整土面5 cm的深度播種，一次性播種3粒，播種時間為2015年10月25日，1葉1心時每盆選取長勢一致的玉米苗1株，當玉米長出第3張葉芽時，在距離玉米植株10 cm的水平方向上，分別向距離土面垂直方向3、5、7、9、11 cm的深度施氮肥，在2015年12月15日取樣并進行各指標的測定。

試驗地點在貴州省貴陽市烏當區貴州師范學院地理與旅游學院的試驗大棚基地（地理位置106°75′E，26°63′N），該區屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，溫度適宜。

田間管理：在施肥后定期觀察、澆水和除草。

1.3測定項目與方法

根系各指標測定前，在2015年12月15日取出根，剪掉地上部分，將剩余部分用蒸餾水沖洗干凈，再用吸水紙吸干根系表面的水分待用。根系數量的測定：首先將根系平放，測量每株根系數量。根系體積的測定：采用排水法。根干質量的測定：采用烘干法。株高的測定：測量平整土面至葉片自然伸展的最高處長度。植物地上部干物質質量測定方法：拔節期前將植株裝入已稱質量的樣品袋中，于105 ℃烘箱殺青 30 min，然后于80 ℃烘干至恒質量，冷卻至室溫，用電子天平稱質量。植株葉片中和氮、磷、鉀含量的測定：將玉米樣品烘干粉碎后過0.25 mm篩，稱取0.200 0 g，采用濃H2SO4-H2O2進行消煮，制成樣品待測液，備用。植株氮、磷含量的測定：采用雙通道全自動流動分析儀進行分析。植株鉀含量的測定：采用火焰光度計法[15]。葉片中葉綠素含量的測定：采用丙酮提取法。土壤理化性質測定：參照土壤農化分析方法[16]。

1.4數據處理

用Excel 2007進行數據整理，用SPSS Statistics 19進行統計分析。

2結果與分析

2.1不同氮肥施用深度對玉米苗期根系的影響

根系是作物重要的吸收、合成、固定和支持器官，在植物生長發育、產量形成中起重要作用，根系發育狀況、數量及其在土壤中的分布與作物對水分、養分的吸收能力密切相關[17]。由表1可知，各處理下根系數量排序為T5>T7>T9>T11>T3，其中，T5處理分別比T3、T7、T9、T11處理多23.0%、70%、11.5%、15.1%，根系數量出現先增加后減少的現象，但是各處理間差異不顯著；各處理下玉米苗期根系體積排序為T7>T9=T3>T11>T5，且T7處理顯著高于其他各處理，其他處理間差異不顯著，說明相比其他施肥深度，氮肥施用深度為7 cm最有利于根系體積的增加；各處理玉米苗期根系干質量的排序為T7>T9>T5=T3>T11，T7處理根系干質量分別比T3、T5、T9、T11處理增加了25.0%、25.0%、3.4%、30.4%，且T7、T9處理的根系干質量顯著高于其他處理。以上結果表明，施肥深度對玉米苗期根系數量影響不大，但施肥深度過淺，不利于根系吸收養分，因此根系數量、根系體積會有所下降；隨著施肥深度加深，根系吸收的養分增多，根系同化養分后進一步生長發育，根系干質量也增加，但施肥過深時，玉米苗期根系在縱向上還未能完全發育至更深處，導致養分無法被吸收，養分利用率降低。

2.2不同氮肥施用深度對玉米苗期株高的影響

株高是施肥深度對玉米生長影響最直觀的指標。從圖1可以看出，不同氮肥施用深度的玉米苗期株高由高到低排序為T7>T9>T11>T5>T3，表現為先增后減的趨勢，說明氮肥施用深度為7 cm時，對玉米苗期株高的影響是最大的，氮肥施用深度為9 cm時，株高次之；T9處理株高分別比T3、T5、T7、T11處理株高增加了20.6%、18.3%、3.0%、15.8%。

2.3不同氮肥施用深度對玉米苗期地上部干物質的積累

干物質積累是玉米產量形成的物質基礎，增加干物質產量對實現玉米高產有重要意義[18]。由圖2可見，不同氮肥施用深度處理下玉米苗期地上部干物質的積累量由高到低排序為T9>T7>T5>T11>T3；氮肥施用深度為9 cm時，對玉米苗期地上部干物質積累量的影響是最大的，T9處理地上部干物質的積累量分別比T3、T5、T7、T11處理增加了32.7%、10.6%、9.0%、14.1%。結果表明，玉米苗期地上部干物質的積累量隨著氮肥施用深度的不同表現為先增后減的趨勢，適當深施可以促進同化物向地上部轉運。可能因為適當深施有利于根系吸收更多的養分，將這些養分運輸到地上部同化，增加了地上部的質量，同時也為后期玉米的生殖生長奠定了基礎。

2.4不同氮肥施用深度對玉米苗期葉片中葉綠素含量的影響

葉綠素是反映光合強度的重要生理指標，由表2可見，不同施肥深度的玉米苗期葉片中葉綠素含量也有所變化。葉綠素a（Ca）含量由高到低排序為T9>T7>T11>T5>T3，T9處理與其他各處理間差異顯著，T9處理葉綠素a含量分別比T3、

T5、T7、T11處理提高了103.2%、46.5%、22.3%、24.8%；葉綠素b（Cb）含量由高到低排序為T9>T7>T11>T5=T3，T9處理與其他各處理間差異顯著，比T3、T5處理均增加了47.4%，分別比T7、T11處理增加了21.7%、40.0%；玉米苗期葉片中葉綠素a+葉綠素b（Ca+Cb）含量由高到低依次為T9>T7>T11>T5>T3，T9處理分別比T3、T5、T7、T11處理增加了90.1%、467%、22.2%、27.3%；玉米苗期T3、T5、T7、T9、T11處理葉片中葉綠素a與葉綠素b的比（葉綠素a ∶葉綠素b）分別為 3 ∶1、5 ∶1、5 ∶1、4 ∶1、5 ∶1。綜合分析表明，氮肥施用深度增加有利于葉綠素含量的增加。

2.5不同氮肥施用深度對玉米苗期葉片中的氮、磷、鉀含量的影響

從表3可以看出，在玉米苗期，各個處理玉米葉片中氮含量由大到小排序為T9>T7>T5>T11>T3，T9處理分別比T3、T5、T7、T11處理增加了6.3%、5.0%、3.1%、5.1%，其中T9處理與T3、T5、T11處理之間的差異已達到顯著水平；各個處理玉米葉片中磷含量由大到小排序為T9>T11>T7>T5>T3，T9處理分別比T3、T5、T7、T11處理增加了28.5%、209%、15.8%、14.2%，其中T9處理與各處理之間的差異已達到顯著水平；各個處理玉米葉片中鉀含量由大到小排序為T9>T7>T11>T3>T5，T9處理分別比T3、T5、T7、T11處理增加了36.8%、237%、6.8%、17.3%，T9處理與T3、T5、T11處理之間的差異已達到顯著水平。

氮肥施用深度為9 cm時玉米苗期葉片中氮、磷、鉀含量最高，主要因為玉米從苗期至拔節期，以根系的生長及葉片的建成為中心，根系發育質量直接影響玉米對養分的吸收和轉運；根系在7～9 cm深度時生長最好，對養分的吸收也就最充分，向地上部轉運的也就越多。

2.6不同氮肥施用深度對玉米苗期莖中的氮、磷、鉀含量的影響

對不同施肥深度進行對比發現，施肥深度為9 cm時玉米苗期莖中養分氮、磷、鉀含量均有明顯提高，且不同元素之間的提高含量有差異，不同處理含量由大到小排序為T9>T7>T11>T5>T3；方差分析表明，不同施肥深度莖中氮、磷、鉀含量存在顯著差異（P<0.05）（表4）。施肥深度的增加，增加了植物根的養分吸收面積，從而為宿主提供更多的養分，而不同養分在植物不同部位的富集有差異，最終導致不同施肥量提高氮、磷、鉀在玉米不同部位的分布，這與前人研究施肥促進植物對養分吸收的效果[19]是一致的。

3討論

充足的養分供應是作物高產的基礎，科學的養分管理措施是將合適的肥料品種和適宜的用量在合適的施肥時期施在恰當的位置，并與最佳農藝管理措施相結合，從而實現作物的高產優質和高效生產[20]。施肥深度直接影響土壤養分的供應狀況，對作物的生長、肥料利用、土壤養分轉化及環境效應有著重要影響[21]。玉米苗期追肥一般采用將肥料撒在土表再覆蓋1層薄土的方法，這樣的施肥方式導致土壤表層氮肥含量高，而下層含量較低，隨著玉米根系不斷生長發育，大部分具有吸收能力的根系不能吸收到充足的養分，一方面容易造成氮肥的浪費，另一方面造成產量的低下。本研究根據不同氮肥施用深度對玉米生長狀況、養分吸收的影響，確定苗期準確的追肥深度，在某種程度上適當地調節了氮素在土壤中的分布，從而促進玉米產量、氮肥利用率的提高。

3.1苗期施氮深度對玉米根系生長的影響

根系是玉米吸收養分的最主要器官，根系長度、數量、體積決定氮肥吸收量的多少[22]。苗期玉米雖然對養分的需求量并不大，但是由于根系發育不完善，玉米所能吸收的養分也并不多，因此也容易出現養分缺乏的現象。在對水稻的研究中發現[23-24]，播種后0～20 d根系生長緩慢，根系主要集中在0～5 cm土層，吸收范圍有限，淺層施入的速效養分能較快地被根系吸收，縮短了養分向根表遷移的距離，提高了水稻對養分的吸收速率；播種30 d后，隨著根系突破橫向生長，逐漸向下生長，接觸到深層的養分位點，施肥深度在5、10、15 cm處理下養分吸收量顯著增加，與本研究結果基本一致，本研究施肥時間在長出3張葉芽時，玉米根系在縱向上已經開始伸長了，因此氮肥適當深施有利于根系數量、根系體積和根系干質量的增加。但是有人提出“根系冗余生長”的觀點，認為根量過大造成無效消耗，對產量產生不利影響[25]，因此苗期 7 cm 施氮深度最終對產量的影響還有待進一步研究。玉米苗期施氮深度的適當加深也利于提高玉米株高，有利于光合作用的進行、有機物質的積累，地上部干物質質量也就相應增加，這與李振等關于玉米苗期干物質質量在種下6～12 cm處理下最高的研究結果[9]一致。地上部干物質積累可為后期實現玉米的高產創造一定的基礎。

3.2苗期施氮深度對玉米葉綠素的影響

光合作用是作物正常生長發育、產量形成的基礎，施肥，特別是氮肥施用的調控，在改善玉米土壤理化性狀、根際微生物活性的基礎上，可改變作物葉綠素含量，有助于增強作物光合能力，從而形成高產[26]。但是，化肥增產效果是有限的，過量施用化肥不僅對作物無益，還會直接導致產投比下降、土壤退化、肥料大量流失而污染水體等其他負面影響[27]。因此，探索合理、高效的氮肥施用深度，以提高肥料利用率、增強施肥對作物生產的貢獻，進而減少養分損失，是值得重點關注的熱點。葉綠素相對含量的消長規律是反映葉片生理活性變化的重要指標之一，同時也反映葉片光合作用的強弱[28]。影響玉米葉片光合特性的因素有很多，如葉綠素含量的升高，就可提高玉米的光合速率。Liu等對甜葉菊施肥的研究表明，與不施肥處理相比，施化肥處理的葉綠素含量更高，移栽后60 d后有機肥處理的葉綠素含量明顯高于不施肥處理[29-30]。本試驗也得出了相似的結果：隨著施肥深度的增加，玉米苗期葉片中葉綠素的含量增加，表明氮肥施用的深度可改變作物葉綠素含量的變化，有助于增強作物光合能力，從而形成高產。

3.3苗期施氮深度對玉米氮磷鉀吸收的影響

玉米苗期氮肥施用深度適當加深有利于促進玉米植株氮、磷、鉀的吸收與利用，提高氮肥利用效率，這與宋日等的研究結果[13]一致。但也有研究認為，苗期與種子同層施肥或種下6 cm施肥對玉米、大豆植株的氮磷鉀吸收影響較大[9-10]，產生這種差異主要原因一方面是玉米苗期施肥時間不同，如果施肥時間是在播種期，由于玉米根系還沒有生長，因此施肥深度應該淺一些，但是苗肥一般是在3葉期以后施用，此時根系已經生長，并且是這個階段的主要生長器官，適當深施的效果就優于淺施；另一方面，大豆的根系在形態上與玉米有一定差異，也會導致施肥深度上的不同反應。另外，本試驗選用的惠玉908在貴州省的種植面積較大，因此本試驗結果對其他品種的影響還有待進一步研究。

4結論

不同施氮深度對玉米植株生長發育有顯著影響，其中施肥深度7～9 cm能夠使玉米獲得最佳的肥效表現：通過顯著增加根系干質量而促進作物生長；通過增加葉片葉綠素含量，促進光合作用的進行，進而提高玉米株高、地上部干質量。玉米苗期氮肥施用深度為9 cm時，葉片、莖中的氮、磷、鉀含量顯著高于其他處理，通過增加氮肥施用深度，能夠顯著提高肥料利用效率，為植株生育后期有充足的干物質，以及氮素向籽粒轉移提供保證，從而獲得高產。綜合分析本研究表明，合理的苗期適當深施有利于提高肥料的利用效率。

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