氮素形態配比對全膜雙壟溝播玉米干物質積累及產量的影響

李春春，高玉紅,2，郭麗琢,2，劉宏勝，錄亞丹，楊 萍，楊天慶

(1.甘肅農業大學農學院， 甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省會寧縣農牧局， 甘肅 會寧 730799)

氮素形態配比對全膜雙壟溝播玉米干物質積累及產量的影響

李春春1，高玉紅1,2，郭麗琢1,2，劉宏勝3，錄亞丹1，楊 萍1，楊天慶1

(1.甘肅農業大學農學院， 甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省會寧縣農牧局， 甘肅 會寧 730799)

為優化隴中干旱、半干旱地區全膜雙壟溝播玉米的氮肥運籌并最終提高子粒產量，通過大田試驗，探索了硝態氮/銨態氮分別按1∶0(N1)、1∶1(N2)、1∶2(N3)、1∶3(N4)、2∶1(N5)、3∶1(N6)配比對旱地全膜雙壟溝播玉米的光合特性、干物質積累、產量及其構成因素的影響。結果表明：硝態氮和銨態氮配施下玉米的葉面積、光合勢相比單施硝態氮均有所提高，以硝銨比為3∶1(N6)最佳，較N1葉面積和光合勢分別提高12.59%～39.85%、13.71%～25.00%。提高硝態氮的施用比例利于改善玉米的光合性能，進而促進干物質積累及產量形成。硝態氮和銨態氮兩種氮素形態配施對玉米的生長發育具有明顯的促進作用，較單施硝態氮的干物質量和產量分別提高了5.45%～52.74%和3.85%～9.93%。其中N6配比下玉米干物質的積累和產量最高，較其它配比分別平均提高了17.13%和4.73%，是最優配比。

氮素形態配比；玉米；全膜雙壟溝播；干物質積累；產量

玉米(ZeamaysL)是我國北方旱農地區主要的糧食、飼料和經濟兼用作物[1]，其產量高低直接影響糧食供應、畜牧業興衰及社會經濟的可持續性發展。影響北方旱區玉米增產的關鍵限制因子是干旱及水分利用效率的低下，作為地膜覆蓋技術的重大革新，全膜雙壟溝播顯著促進了雨水向土壤水和作物水的轉化，改善了土壤的理化性質[2-4]，增強了作物的光合作用[3-4]，增加了玉米的干物質累積量及子粒產量，提高了玉米的水分利用效率[5-6]。由于該技術凸現的保水增產優勢，其在西北旱區玉米等作物上得以廣泛推廣應用[7]。作為一項創新技術，其理論支撐相對薄弱，初步的探索表明，全膜雙壟溝播栽培下的水熱條件發生了深刻的變化，從而改變了養分的供給和吸收[2]，進而影響氮肥等的肥效。探討適應于全膜雙壟溝播栽培條件下的施肥技術，以通過水肥的激勵機制充分發揮全膜雙壟溝播技術的增產潛力，成為新條件下的必需課題。

氮是植物生長發育中最重要的礦質元素之一，氮肥在植物生態系統生產力的形成中具有重要的支持作用[8]。銨態氮和硝態氮是植物吸收氮素的主要形態，但植物對這兩種形態氮素的吸收和利用以及生理調節過程存在差異[9]。研究表明，當生長介質中同時提供銨態氮和硝態氮的混合氮營養時，許多旱地作物比單一硝態氮源具有更高的氮素吸收利用、干物質積累和經濟產量等[10]。等比例的硝態氮和銨態氮對冬小麥氮素積累和利用的促進作用最大，有利于提高冬小麥子粒蛋白質含量和產量[11]；而對我國西南石灰性黃壤上的枳砧臍橙幼樹而言，硝態氮和銨態氮的比例為3∶1時，植株生長發育最好，氮的吸收量和利用效率最大[12]。可見，旱作作物適宜的硝態氮和銨態氮比例因作物種類及其生態環境而有所差異。全膜雙壟溝播下的土壤水熱環境發生了強烈變化，但全膜雙壟溝播玉米適宜的氮素形態配比研究尚未見報道。本文擬探討硝態氮和銨態氮的施用比例對全膜雙壟溝播玉米干物質積累及產量形成的影響，以期為全膜雙壟溝播條件下旱地玉米的氮肥合理運籌及高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗設于甘肅省會寧縣會師鎮南嘴村的旱川地，試驗區地處北緯35°38′33.2″、東經105°02′15.2″，海拔1 772 m，年均氣溫8.3℃，無霜期155 d，≥10℃的有效活動積溫2 664℃左右，年平均降雨量340 mm，年平均蒸發量1 800 mm，屬溫帶半干旱氣候。供試土壤為黃綿土，地力均勻，肥力中等，耕層(0～30 cm)土壤的基本理化性狀如表1；前茬作物為馬鈴薯。

表1 供試土壤的基本理化性狀

1.2 試驗設計

供試玉米品種為高產抗旱的金蘋果608。以氮素形態配比為試驗因素，采用單因素完全隨機區組設計，共6個處理，以硝態氮和銨態氮的比例(NO3--N/NH4+-N)表示，分別為：1∶0(N1)、1∶1(N2)、1∶2(N3)、1∶3(N4)、2∶1(N5)、3∶1(N6)。施用銨態氮的處理均應施用相應的硝化抑制劑DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸鹽)，以抑制試驗期間銨態氮向硝態氮的轉化，其施用量以銨態氮中純氮的1%計算。每個處理設3次重復。各處理的施肥量分別為N 180 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2和K2O 580 kg·hm-2。硝態氮肥和銨態氮肥分別為硝酸鉀和硫酸銨；磷肥為普通過磷酸鈣；鉀肥為硝酸鉀和硫酸鉀，根據處理要求單獨施用硝酸鉀(N1處理)或二者配合施用(其它5個處理)。氮肥的60%作基肥施入，40%分別在拔節期和灌漿期按1∶1的比例追施，DMPP亦按照銨態氮肥的基肥和追肥比例分次施入；磷肥均作為基肥一次性施入。鉀肥結合氮肥的分期方式施入，保證鉀含量一致。

試驗采用全膜雙壟溝播技術，大壟寬70 cm，小壟寬40 cm。種植密度為67 500 株·hm-2，寬行距70 cm，窄行距40 cm。試驗小區長10 m、寬4.4 m，小區面積44 m2。2015年4月26日播種，10月10日收獲。

出苗后根據葉面積及干物質動態測定要求的次數及每次取樣的株數，選擇并標記相似株，用于葉面積和干物質測定的取樣樣株。

1.3 測定項目及方法

葉面積及光合勢：分別在苗期、拔節期、抽雄期、灌漿期和成熟期采集標記的相似株，采用長寬法測定葉面積，依據測定的葉面積計算光合勢，計算公式如下[13]：

葉面積(cm2)=長(cm)×寬(cm)×0.75；

光合勢(cm2·d·hm-2)=葉面積(cm2·hm-2)×生長天數(d)；

干物質積累量：分別于苗期、拔節期、抽雄期、灌漿期和成熟期，每小區選取標記的相似株5株，取其地上部分，于105℃烘箱中殺青30 min，而后將溫度降至80℃烘干至恒重，分別稱取葉片、莖、苞葉、穗的干物質重量。

干物質增長模型及計算公式[14]：采用Logistic模型來模擬玉米整個生育期內的干物質積累過程，以生育時期t為自變量x，地上部干物質積累量為因變量(y)。其實質是一個干物質累積增長曲線，方程的表達為：

y=K/(1+ae-bx)

其中，K為干物質最大積累量上限，a和b為常數。

干物質積累速率(g·d-1)=干物質積累量(g)/干物質積累時間(d)。參照蓋鈞鎰等[15-17]的方法計算干物質積累速率及干物質積累時間參數。

產量及其構成因子：收獲時每小區中間行隨機取樣5株，進行室內考種(穗長、穗粗、穗粒數、百粒重)；按小區單收單打，測得小區實際產量。

1.4 數據分析

用Microsoft Excel 2007軟件處理數據和作圖，用SPSS17.0軟件對相關數據進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同氮素形態配比對玉米光合特性的影響

2.1.1 玉米葉面積的動態變化 由表2可以看出，單一施用硝態氮的N1處理，苗期至成熟期其葉面積均處于6個處理中的最低水平，且除苗期外，其葉面積均顯著低于其它5個兩種氮素形態配合施用的處理，表明全部施用硝態氮肥不利于葉片的生長。隨著銨態氮比例的升高(N2、N3、N4)，葉面積呈降低趨勢，N2、N3、N43個處理間的差異顯著程度因生育時期而異，拔節前差異不顯著，拔節后隨生育時期的推進，差異逐漸加大。隨硝態氮比例的增加(N5、N6)，葉面積呈增加趨勢。各時期N6、N5的葉面積均顯著大于N1，且除拔節期之外，也顯著大于銨態氮比例較高的N4，表明銨態氮比例較高不利于玉米葉面積的擴展，而增大硝態氮的比例有助于增加光合面積，為干物質積累奠定良好的基礎；硝態氮和銨態氮的用量比例為3∶1時最利于葉片的生長，也更有利于延遲葉片的衰老。

表2 不同氮素形態配比對玉米葉面積的影響/(cm2·plant-1)

注：表中同列中不同小寫字母表示在5%水平上差異顯著，下同。

Note: Different letters in the same column indicate significance among treatments at 5% level. The same as below.

2.1.2 玉米光合勢的變化 由表3可以看出，苗期～拔節期、拔節期～抽雄期、抽雄期～灌漿期、灌漿期～成熟期，N1處理均較其它處理顯著降低了玉米的光合勢，降低幅度為4.86%～25.00%；N6的光合勢在各時期均為6個處理中的最高值，且除苗期外，均顯著高于銨態氮比例較高的N4處理，其總光合勢亦顯著高于N5之外的其它3個兩種氮素形態配合施用的處理；N2、N3和N5的總光合勢亦較N1、N4分別高出12.16%～13.21%和4.29%～5.26%(P<0.05)。以上結果表明，與單施硝態氮相比，硝態氮和銨態氮兩種氮素形態配施更有利于提高玉米的光合勢；配合施用時，銨態氮比例較高不利于玉米的光合作用，而適當提高硝態氮的比例有助于改善光合性能，其中，N6處理下玉米各時期的光合勢及總光合勢最高，可為干物質積累和高產奠定良好的基礎。

2.2 不同氮素形態配比對玉米干物質積累量的影響

2.2.1 氮素形態配比對干物質積累的影響 由圖1可以看出，在整個生育期中，與其它處理相比，N1處理的干物質積累量均處于最低水平，而N6處理均為最高水平。苗期N6和N2較N1高13.79%和10.34%(P<0.05)；拔節期至灌漿期，N1的干物質積累量較其它處理低6.58%～52.74%(P<0.05)，表明N6、N5、N2、N3和N4處理更有利于增加生育期間的干物質積累量。成熟期各處理下干物質積累量從高到低排序均為N6>N5>N2>N3>N4>N1，與N1處理相比較，N6、N5、N2、N3、N4的干物質量分別提高23.67%、14.72%、14.22%、11.89%、5.45%(P<0.05)。由此可見，與單施硝態氮相比，硝態氮和銨態氮兩種氮素形態配施對干物質的積累具有明顯的促進作用，且促進作用隨硝態氮比例的增加而增加。玉米的干物質積累量因兩種氮素形態比例的調整而變化，提高硝態氮的施用比例有利于促進玉米的干物質積累，其中，N6處理下干物質累積量最高，能夠為玉米高產奠定基礎。

表3 不同氮素形態配比對玉米光合勢的影響/(104 cm2·d·hm-2)

2.2.2 玉米干物質積累的方程 不同氮素形態配比下玉米全生育期植株干物質量均呈“S”型曲線的變化趨勢(圖1)。以生育時期(t)為自變量(x)、地上部干物質積累量(g)為因變量(y)，對其進行Logistic方程擬合(表4)，結果表明：不同氮素形態配比處理下干物質積累的模擬方程的決定系數R2在 0.9992～0.9998之間，均達到極顯著水平(P<0.01)，說明各處理的干物質積累與生育時期的關系均符合Logistic生長規律。作為最大干物質積累上限的參數K，其從高到低的排序為：N6>N5>N2>N3>N4>N1，說明硝態氮和銨態氮兩種氮素形態配施較單一硝態氮更能夠促進干物質的累積，干物質累積量的潛力因氮素形態配比比例的不同而產生差異，K值隨著硝態氮比例的增大而逐漸增大，銨態氮比例的增大抑制了K值增加，表明硝態氮和銨態氮配施時，硝態氮比例的增大更有利于積累較多的干物質。

圖1 不同氮素形態配比下玉米干物質積累的動態

表4 不同氮素形態配比處理下玉米植株

2.2.3 氮素形態配比對玉米干物質積累速率的影響 由圖2可以看出，苗期～灌漿期，玉米植株干物質積累的速率比較快，灌漿期的積累速率達到最大，之后逐漸降低。干物質積累速率因氮素形態配比的不同而存在一定差異，硝態氮和銨態氮配施的干物質積累速率較單施硝態氮增幅明顯，增加幅度因配比比例而異，其中，N6的積累速率較高。苗期，N6較N1、N3、N4、N5增加6.96%～12.84%(P<0.05)；拔節期，N6較其它處理增加15.24%～52.42%(P<0.05)；抽雄期，N6較N1、N3、N4處理分別增加30.70%、17.43%和20.43%(P<0.05)；灌漿期，N6高達6.66 g·d-1，均高于其它處理。成熟期，干物質積累速率降低，處理間差異不顯著(P>0.05)。

2.2.4 氮素形態配比對玉米干物質分配的影響 玉米干物質在不同器官之間的分配比例隨生育時期的推進而發生變化(圖3)。隨著生育進程的推進，營養器官所占的比例逐漸減少，生殖器官的分配比例逐漸上升。苗期，葉、莖干物質重分別占地上干物質總量的82.11%～83.14%、16.86%～17.89%，各處理間無顯著差異；拔節期，葉片所占干物質比例逐漸減小，莖所占比例逐漸增大，二者分別占地上干物質總量的50.72%～54.12%、45.88%～49.28%，處理間差異亦不顯著；苗期和拔節期玉米進行營養生長，說明不同氮素形態配比不影響干物質在營養器官間的分配比例。抽雄期，玉米開始進入生殖生長，穗的分配比例為7.15%～9.49%，N5、N6較其它處理分別高9.72%～27.83%和13.93%～32.73%(P<0.05)，表明硝態氮比例的增加更有利于干物質向穗部分配。之后隨著生育進程的推進，穗分配比例逐漸增加，營養器官的分配比例開始下降。成熟期N6處理營養器官的分配比例均低于其它處理，表明該處理下有更多的同化物轉到子粒中，從而獲得較高的經濟產量；N1處理的葉分配比例較其它處理顯著高出11.16%～20.38%(P<0.05)，可見，與硝態氮和銨態氮兩種氮素形態配施相比，單一硝態氮不利于同化物向生殖器官的轉移。

圖2 不同氮素形態配比下干物質的積累速率

圖3 不同氮素形態配比下干物質的分配

2.3 不同氮素形態配比對子粒產量及產量構成因素的影響

由表5可以看出，子粒產量因氮素形態配比的不同而有較大差異。各處理產量從高到低的順序是N6>N5>N2>N3>N4>N1。與N1相比，其它5個處理的產量均顯著提高，其增幅為3.85%～9.93%(P<0.05)。N6較N5之外的其它處理高3.31%～9.93%(P<0.05)。N5雖與N2間差異不顯著，但與N3、N4間的差異達到顯著水平，分別比其增加了3.25%和3.89%。可見，兩種氮素配施較單一硝態氮肥能夠提高子粒產量，但隨著銨態氮比例的增加，產量呈降低趨勢；增加硝態氮的比例有利于提高子粒產量。

產量構成因素也因氮素形態配比而異(表5)。與單施硝態氮相比，兩種氮素形態配施有利于提高穗長、穗粗、穗粒數和百粒重。N6的穗長和穗粗較N1分別高出10.00%和5.77%(P<0.05)。雖然其它各處理在穗長和穗粗上無顯著性差異，但穗粒數存在較大差異，N6較N1、N4分別高出15.02%和8.87%(P<0.05)，且N2、N3、N5與N1處理間的差異達到顯著水平，可見，銨態氮比例的增加對子粒形成產生了一定的抑制作用。氮素形態配比對百粒重的影響較大，隨著硝態氮比例的增加，百粒重增加明顯，N6處理較其它處理高出6.06%～16.67%(P<0.05)。因此，通過合理增加硝態氮的用量比例，使硝態氮和銨態氮的比例達2∶1或3∶1時，可顯著增加百粒重，進而促進產量的形成。

表5 不同氮素形態配比對玉米產量及產量構成因素的影響

3 結論與討論

葉片是有機物質生產的主要器官，其面積大小及光合作用的強弱對玉米的生長發育有重要的影響[18]。全膜雙壟溝播具有顯著的增溫和保水效應，改善了土壤的理化性質[2-4,13]，有效增加了光合面積、增大了光合勢[3-4,13]。全膜雙壟溝播玉米在不同氮素形態配比處理下的單株葉面積變化趨勢一致，但葉面積大小因配比不同而存在很大差異。硝態氮和銨態氮為3∶1的N6處理可顯著增加全生育期的葉面積和光合勢，改善了玉米的光合性能，為獲得高產奠定了基礎。曹翠玲和李生秀等[19]在小麥上的研究表明，氮素形態配比影響小麥的葉面積和葉綠素含量，銨/硝態氮比例為50∶50時，小麥地上部分葉面積最大，小麥成熟后生物量和產量最高。這些研究均表明，硝態氮和銨態氮的配施比例影響作物的光合性能，利于光合作用的適宜配比因作物種類而異。

干物質積累是子粒產量形成的物質基礎，促進干物質向子粒轉運和分配是高產的關鍵[20]。本研究結果表明，硝態氮和銨態氮配施的干物質積累量均高于單一的硝態氮源，當硝態氮和銨態氮比例小于3∶1后，隨銨態氮比例的逐漸增大，干物質量明顯降低，這與樊衛國等[12]研究結果基本相似，即混施75∶25的硝態氮和銨態氮能夠促進臍橙的生長發育和提高氮的吸收及利用效率。氮素形態配比雖明顯改變了玉米干物質積累量的大小，但未改變干物質積累的總體態勢，這與魏景云等[21]研究結果一致。不同氮素形態配比下玉米干物質積累的Logistic模型均達到極顯著相關水平，不同氮素形態配比雖然改變了特征參數值，但并不改變生長模型，可為生產上確定氮素形態配比提供參考。孫文濤[22]、金繼運[23]的研究指出，玉米在灌漿期以后干物質積累增加量較為平緩，主要是此時玉米秸稈和葉片的增加量已呈緩慢下降趨勢，表現出的只是子粒中干物質的積累。本試驗中，干物質快速積累期以單一硝態氮處理的積累速率最低；硝態氮和銨態氮兩種氮素形態配比中，隨著硝態氮比例的增大，干物質積累速率增加，且最大積累速率出現的時間比較晚，硝態氮和銨態氮比例為3∶1時玉米全生育期均保持了較高的增長速率。不同氮素形態配比下玉米干物質積累速率 “慢—快—慢”的增長規律與孫文濤[22]和金繼運[23]的研究結果一致。

在一定范圍內，干物質積累量與產量正相關[24]，高生物量是高產的物質基礎[25]，因此，增強玉米生育期內干物質的積累能力是提高子粒產量的有效途徑[26]。和單一硝態氮處理相比，硝態氮和銨態氮兩種氮素形態配施因對干物質積累具有提高作用而對子粒產量的形成具有一定的促進作用，且隨著硝態氮比例的增大，促進作用明顯。銨態氮比例的增大因降低了穗長、穗粗、穗粒數和百粒重而顯著降低了子粒產量，銨態氮比例較高不利于玉米產量的形成。

在旱地全膜雙壟溝播栽培技術下，玉米的葉面積、光合勢和干物質均以硝態氮與銨態氮配施高于單一硝態氮處理。硝態氮和銨態氮3∶1的配比利于玉米生長發育及子粒產量形成。

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Effectsofdifferentratiosofnitratetoammoniumondrymatteraccumulationandyieldofmaizeplantinginfurrowsunderalternatingnarrowandwideridgescompletelymulched

LI Chun-chun1, GAO Yu-hong1,2, GUO Li-zhuo1,2, LIU Hong-sheng3, LU Ya-dan1, YANG Ping1, YANG Tian-qing1

(1.CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China; 2.GansuProvincialKeyLabofAridLandCropScience,Lanzhou,Gansu730070,China; 3.HuiningAgriculturalHusbandryBureau,Huining,Gansu730799,China)

Field experiment was used to study the effects of different ratios of nitrate to ammonium on dry matter accumulation and yield formation of maize planting in furrows under alternating narrow and wide ridges completely mulched. NO3--N/NH4+-N was in the ratios of 1∶0(N1), 1∶1(N2), 1∶2(N3), 1∶3(N4), 2∶1(N5) and 3∶1(N6). Photosynthetic characteristics, dry matter accumulation and grain yield were determined under different treatments. The results showed that the NO3--N and NH4+-N mixture ratio could increase leaf area and photosynthetic potential of maize compared with the single nitrogen form. Among them, the fertilizer ratio of 3∶1(N6) was the best treatment, the leaf area and photosynthetic potential of maize was increased 12.59%～39.85%、13.71%～25.00%, respectively, compared with the N1. Increasing the proportion of nitrate fertilizer improved photosynthetic performance, and then promoted dry matter accumulation and yield formation. Mixed supply of nitrate and ammonium fertilizer significantly promoted maize growth and development, the dry matter accumulation and yield were higher 5.45%～52.74% and 3.85%～9.93% than that of the single NO3--N. N6 was the best treatment which had the highest dry matter accumulation and grain yield, which increased by 17.13% and 4.73% than those of other treatments.

different ratios of nitrate to ammonium; maize; planting in furrow under alternating narrow and wide ridges completely mulched; dry matter accumulation; grain yield

1000-7601(2017)03-0198-06doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.31

2016-05-18

：2017-02-06

：國家自然基金項目(31460331)；甘肅省干旱生境作物學重點實驗室開放基金(GSCS-2012-16)

李春春(1992—)，女，甘肅華池人，碩士研究生，研究方向為旱地與綠洲農作制。 E-mail：250664634@qq.com。

郭麗琢，女，教授，主要從事作物栽培與生理生態研究。 E-mail:guolz@gsau.edu.cn。

S143.1

： A