黃淮海夏玉米一次性施肥技術效應研究

楊巖，譚德水，江麗華, 3，郭建華，孫克剛，徐鈺，石璟，王梅，劉兆輝

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黃淮海夏玉米一次性施肥技術效應研究

楊巖1,2，譚德水1，江麗華1, 3，郭建華4，孫克剛5，徐鈺1，石璟1，王梅1，劉兆輝6

（1山東省農業科學院農業資源與環境研究所/山東省植物營養與肥料重點實驗室，濟南 250100；2農業部廢棄物基質化利用重點實驗室，濟南 250100；3農業部山東耕地保育科學觀測實驗站，濟南 250100；4北京市農林科學院北京農業信息技術研究中心，北京 100097；5河南省農業科學院 植物營養與資源環境研究所/河南省農業生態與環境重點實驗室，鄭州 450002；6山東省農業科學院，濟南 250100）

【目的】研究一次性施肥技術對黃淮海夏玉米產量、肥料利用效率和經濟效益的影響，為黃淮海夏玉米區實現減肥增效、節本增收及輕簡化生產技術的篩選提供理論依據?！痉椒ā?015年和2016年在河北、河南、山東三省選擇8個試驗地點進行控釋氮肥隨夏玉米播種一次性施用大田試驗。與普通氮肥分次施用（習慣施肥（FP）和優化施肥（OPT））對比，通過設置控釋氮肥等量投入（CRFA）、減量20%控釋氮肥投入（CRFA80%N、CRFB80%N和CRFC80%N），研究一次性施肥技術對黃淮海夏玉米經濟效益的影響，并驗證一次性施肥技術的減量施氮可行性?！窘Y果】（1）與農民習慣施肥（FP）相比，一次性施肥處理對黃淮海區夏玉米株高、穗部性狀和兩年的平均產量均無顯著影響，氮肥農學效率和表觀利用率雖有所提高，但未達顯著性差異；但一次性減氮施肥處理較FP處理，氮肥偏生產力顯著提高了33.85%以上（＜0.05）。此外，CRFA、CRFA80%N、CRFB80%N和CRFC80%N處理相比農民習慣施肥（FP），每季平均節氮量分別為8.15、50.65、50.65、50.65 kg N·hm-2，增加純收入927.40元/hm2以上。（2）除CRFA處理外，其余一次性施肥處理的硝態氮量均顯著低于習慣施肥處理（FP）；一次性減氮施肥處理（CRFA80%N、CRFB80%N、CRFC80%N）0—90 cm土層NO3--N含量顯著低于優化施肥處理（OPT）（＜0.05）?！窘Y論】一次性施肥技術實現了黃淮海夏玉米的輕簡化施肥，提高了氮肥的利用效率，能夠在保證穩產增產的前提下，實現氮肥的減量施用；推薦減少20%氮用量的CRFA施肥模式在黃淮海夏玉米生產上一次性施用。

黃淮海；夏玉米；一次性施肥；減肥；增效

0 引言

【研究意義】黃淮海地區是我國最大的夏玉米主產區，產量約占全國的35%[1]，但由于長期不合理施肥，造成養分利用效率降低，在浪費資源的同時加重了環境的負擔[2-3]。近年來，隨著勞動力成本的提高，夏玉米一次性施肥已為越來越多的學者所推崇[4-6]。開展黃淮海夏玉米一次性施肥應用效果研究，能夠為黃淮海區夏玉米生產實現穩產增產，提高養分利用率，及保障國家糧食安全提供理論基礎和數據參考?！厩叭搜芯窟M展】已有研究表明緩/控釋氮肥因具有養分釋放與作物吸收同步的特點，對提高玉米產量、品質和氮肥利用率有較好的作用[7-10]，因此成為了一次性施肥技術中的重要環節。而夏玉米對氮肥敏感，且耐肥性強，施氮增產效果顯著，合理施用氮肥能有效提高夏玉米產量和氮肥利用率，減輕環境壓力[11-13]。【本研究切入點】黃淮海夏玉米區內針對一次性施肥方式對玉米產量、氮肥效應及氮素平衡影響的研究雖已有一定報道[5,10,14-16]，但研究地塊的面積有限，區域代表性較小，對于一次性施肥在整個黃淮海夏玉米區的應用效果評價缺乏代表性。為此，筆者連續2年在河北、河南、山東3省的8個試驗點進行了一次性施肥技術對夏玉米生長狀況、產量、氮素利用率及0—90 cm土層硝態氮含量分布的影響研究。【擬解決的關鍵問題】旨在摸清一次性施肥在黃淮海區夏玉米上的應用效應，以期為黃淮海夏玉米區合理施肥、實現輕簡化栽培等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗于2015年和2016年在黃淮海夏玉米主產區的河北、河南和山東3省的8處試驗點進行。該區屬暖溫帶半濕潤性季風氣候，氣溫高，蒸發量大，無霜期170—220 d，降雨量豐富，夏季降雨量占全年70%以上。地下水資源豐富，灌溉條件好。試驗點土壤類型及基本養分含量見表1。

1.2 試驗設計

試驗共設7個處理，分別為：（1）不施氮、只施磷鉀肥處理（N0PK）；（2）習慣施肥，根據各地前期調研得出具體的氮磷鉀用量（FP）；（3）優化施肥，根據玉米需肥規律及當地土壤供肥能力對施肥量進行優化（OPT）；（4）控釋肥A替代OPT處理中的氮肥，且氮磷鉀施肥量與OPT處理相同（CRFA）；（5）CRFA處理氮肥減施20%（CRFA80%N）；（6）控釋肥B替代CRFA80%N中的控釋肥A（CRFB80%N）；（7）控釋肥C替代CRFA80%N中的控釋肥A （CRFC80%N）。3次重復，隨機區組排列。試驗用控釋肥A為山東省農業資源與環境研究所研制的水基樹脂包膜的控釋尿素，膜可生物降解，含N 44%，控釋期為30 d；控釋肥B為金正大公司生產的熱固性有機樹脂包膜尿素，含N 29%，控釋期為60 d；控釋肥C為山東省農業資源與環境研究所研制的水基樹脂包膜的控釋尿素，膜可生物降解，含N 44%，控釋期為45 d。其余肥料均由市場購置：氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O512%）、鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%）。

表1 各試驗點土壤類型及養分指標

不同試驗點各處理氮磷鉀施用量如表2所示。磷鉀肥全部一次性底施，大喇叭口期對FP和OPT處理追施氮肥。各試驗點試驗期內均采用高產玉米栽培的管理方法，玉米品種和種植密度均按照當地高產栽培技術推薦。播種時間為6月上旬，在玉米達到生理成熟、乳線完全消失時收獲，收獲時間在10月初。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株性狀、莖稈特征及土樣采集 收獲前去掉兩側邊行各1行及小區兩端各去掉1 m為收獲區，選取連續10株，測量株高，計算平均值；另連續取選20穗考種，調查穗長、穗行數、穗粒數、行粒數和百粒重等。收獲中間2行植株樣品，分別裝入尼龍網袋，曬干脫粒稱重，以含水量14%的重量折算產量[5]。

收獲植株樣品時，采集0—30、30—60、60—90 cm剖面新鮮土樣，土壤樣品由低溫保鮮箱保存，帶回實驗室測定土壤殘留硝態氮含量。

1.3.2 植株、籽粒養分及土壤硝態氮含量 收獲時，連續取5株植株樣品，分為籽粒、莖、葉和其他，計算各器官生物量，并烘干粉碎，測定各器官氮含量及其累積量，計算氮肥利用效率。采用濃H2SO4-H2O2消煮-蒸餾定氮法[17]分析植株各部分全氮含量。土壤樣品硝態氮含量測定采用2 mol·L-1KCl溶液振蕩提取后，利用連續流動分析儀進行測定。

1.3.3 有關指標計算和統計方法

變異系數[18]（CV）=標準差/均值 （1）

氮肥農學效率（NAE，kg·kg-1）=（施氮區籽粒產量－不施氮區籽粒產量）/施氮量[19]（2）

氮肥表觀利用率（NRE，%）=（施氮區植株地上部養分吸收量-不施氮區植株地上部養分吸收量）/施氮量×100[20]（3）

氮肥偏生產力（PFPN，kg·kg-1）= 籽粒產量/施氮量[5]（4）

氮素需求量（ANA，kg·t-1）=植株地上部分氮素養分積累量/產量[5]（5）

養分積累量（kg·hm-2）=（非收獲物干重×非收獲物氮素含量）+（收獲物干重×收獲物氮素含量）[5]（6）

表2 各試驗點施肥情況

1.4 數據統計分析

采用Excel 2010和SAS 8.1 軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果

2.1 一次性施肥對黃淮海區夏玉米株高及穗部性狀的影響

表3所示數據為2015年和2016年8個試驗點相關指標的平均值。與不施氮肥處理（N0PK）相比，2015年和2016年其余各處理施用氮肥后使夏玉米的株高、穗長、穗粗分別增加17.47%、21.81%、8.60%和16.28%、21.34%、11.22%以上，均達顯著性差異水平（＜0.05），但對禿尖長無顯著影響；此外，一次性施肥的CRFA、CRFA80%N、CRFB80%N、CRFC80%N處理與FP、OPT處理的各項指標均無顯著差異，表明一次性施肥技術對黃淮海區夏玉米長勢及外觀性狀無顯著影響。

2.2 一次性施肥對黃淮海區夏玉米產量及其構成因素的影響

從表4可以看出，一次性施肥處理和OPT處理與FP處理相比，在穗粒數和百粒重上并無顯著差異。2016年，FP和OPT處理的百粒重較N0PK處理顯著增加9.20%和9.69%（＜0.05），但與一次性施肥技術各處理無顯著差異；與N0PK處理相比，各處理的平均產量均有較大幅度增產，除2015年的CRFC80%N處理外，其余處理在2年試驗期內的增產效果穩定且顯著（＜0.05）。各處理兩年的產量變異系數均保持在0.20左右，說明各試驗點不同處理間的產量穩定性較好，但各處理2016年的產量變異系數較2015年均有所增加，可能與山東桓臺縣生態與可持續發展試驗站和河北農科院大河試驗站玉米成熟期時當地陰雨天氣較多而整體減產有關。與FP處理相比，CRFA處理2年的平均增產率最高，達7.91%，且2016年各一次性施肥技術處理的增產率較2015年均有較大提高，表明一次性施肥技術對于黃淮海區夏玉米的穩產增產效應明顯。

表3 不同處理對夏玉米株高及穗部性狀的影響

同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同

Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level. The same as below

由于黃淮海夏玉米種植區內的氣溫、降水等氣候環境因素存在較大差異，一次性施肥技術在不同土壤類型上對夏玉米平均產量水平影響變異較大（表5）。在棕壤上，除CRFC80%N外，其余一次性施肥處理較FP處理均表現出較好的穩產增產效果，其中CRFA處理的增產率最高，達12.74%；在褐土上，僅CRFA處理出現穩產增產效果，其中在砂姜黑土上的增產率為7.17%，達顯著性水平（＜0.05）；在潮土上，一次性施肥處理均表現出較好的增產效果，其中CRFC80%N的增產率顯著高于FP處理（＜0.05），達11.66%；一次性施肥處理在砂姜黑土上未表現出明顯的穩產增產效果。利用一次性施肥技術的4個處理中，CRFA和CRFA80%N處理在不同土壤類型上均表現出較好的穩產增產效果，說明控釋肥A對于黃淮海夏玉米區不同土壤類型的適應性相對較好，能夠作為黃淮海夏玉米區輕簡化施肥技術的推薦備選措施。

表4 不同處理對試驗期內夏玉米產量及其構成因素的影響

表5 不同處理對不同土壤類型夏玉米產量的影響

2.3 一次性施肥對黃淮海區夏玉米氮肥利用效率的影響

由表6可知，與FP處理相比，一次性施肥技術在試驗期內，對黃淮海區夏玉米的氮肥農學效率、氮肥表觀利用率及氮素吸收量均表現出一定程度的提高趨勢，但未達顯著性差異水平。在氮肥偏生產力上，一次性施肥技術的各處理亦表現出較明顯的增長趨勢，其中一次性減氮施肥處理在2年的試驗期內均顯著提高了氮肥偏生產力（＜0.05），CRFA80%N、CRFB80%N和CRFC80%N處理在2015年和2016年分別較FP處理增加32.15%、31.27%、27.55%和40.94%、36.43%、45.45%，平均提高達33.85%。因此，一次性減氮施肥技術能夠在實現黃淮海區夏玉米輕簡化管理的同時，顯著提高氮肥偏生產力，明顯提高氮肥利用率。

2.4 一次性施肥對黃淮海區夏玉米0-90cm土壤NO3--N含量的影響

圖1為各試驗點不同處理2016年夏玉米收獲時0—90 cm土層NO3--N含量平均值分布情況。由圖可知，0—30 cm土層，CRFA和FP處理的硝態氮含量顯著高于其余處理（＜0.05），分別達18.00和17.40 mg·kg-1。0—90 cm土層范圍內，除CRFA處理外，其余處理的硝態氮量均顯著低于FP處理，此外，OPT處理的土壤NO3--N含量顯著高于一次性減氮施肥處理（＜0.05），達9.16 mg·kg-1。

表6 不同處理夏玉米氮肥利用效率

圖1 不同處理對0—90 cm土層硝態氮含量的影響

2.5 一次性施肥技術經濟效益分析

不同處理經濟效益分析如表7所示，一次性施肥技術處理的夏玉米產值較FP處理均不同程度提高，其中CRFA處理的產值最高，達14 444.92 元/hm2，且由于其為一次性施肥，省去了后期追肥900 元/hm2的人工費，因此其收益亦高于其他處理，較FP處理增收1 772.61元/hm2，說明一次性減量施肥能夠減少追肥人工投入，增加農民純收入。此外，CRFA80%N和CRFA處理的收益均高于OPT處理，CRFB80%N和CRFC80%N處理則略低于OPT處理，說明控釋肥A在黃淮海夏玉米區的整體適應性相對較好，且CRFA80%N處理可作為農民增收的推薦施肥技術。

表7 不同處理經濟效益分析

各處理成本核算依據如下：玉米價格按1.60元/kg計；普通肥料N按3.91元/kg計，控釋氮A、B和C按較普通氮分別增加1.30、2.17和1.50元/kg N計；追肥勞動力價格按900元/hm2計（只有FP和OPT有追肥用工）

The cost accountings are as follows: The price of maize is calculated by 1.60 yuan/kg; Common urea fertilizer price is 3.91 yuan/kg, and controlled release nitrogen fertilizer A (CRFA) is1.30 yuan/kg N higher than urea, B(CRFB) is 2.17 yuan/kg N higher than urea, and C (CRFC) is 1.50 yuan/kg N higher than urea; The price of labor for topdressing is 900 yuan/hm2(only treatments of FP and OPT need additional employment in topdressing)

3 討論

氮素是夏玉米生長所必需的重要元素[21]，也是夏玉米產量形成的重要限制因子[22]，氮肥施用不當，不但容易造成作物減產和氮肥利用率下降，還會引發一系列的環境問題[23-25]。近年來，在提高化肥利用率方面，國內已有一些成果報道，如氮肥深施、平衡施肥、以水帶肥、腐殖酸配施等技術[21,26-27]，但在提高肥料利用率的同時，顯著增加玉米產量的能力仍有待進一步提高[28]。研究表明，作物生育期內干物質的積累是產量形成的基礎，干物質積累的水平決定了最終籽粒產量的高低[29-31]。玉米的干物質生產主要來自葉片的光合作用[32]。生育后期干物質積累多，說明花后光合生產能力強[33]。周寶元等[34]研究發現，與常規施肥處理比，施用緩釋肥明顯改善了玉米的光合性能，使植株開花后仍然保持較高的葉面積指數和光合速率，且下降緩慢，有利于生產更多的光合產物，此外，緩/控釋肥根據玉米生長特性進行選擇性釋放，顯著提高花后土壤氮素的供應能力[9]，從而改善后期光合性能，延緩了葉片衰老[35]。因此，施用緩/控釋肥料是提高作物產量和肥料利用率的重要手段和方法[34,36]。研究表明，與等氮量的常規施肥相比，緩控釋氮肥在不同地區不同土壤對玉米均有不同程度的增產[5,37-38]，與本試驗一次性施肥技術中施用緩/控釋氮肥的結果相吻合。由此可知，夏玉米底肥一次性施用緩/控釋肥能滿足夏玉米全生育期養分需求，節約追肥成本，從而實現輕簡化生產。

本試驗條件下，2016年夏玉米收獲時，OPT處理0—90 cm土層中NO3--N含量顯著低于等施氮量的CRFA處理（圖1），這可能是OPT處理的氮肥非一次性施入，減少了淋溶等損失比例，并在一定程度上提高了氮肥利用效率（表6），從而減少了土壤中NO3--N的累積。而CRFA處理的養分釋放相對較慢，能夠明顯減少肥料氮的損失[38]，在氮肥吸收量基本相當的情況下（表6），勢必有可能造成土壤殘留氮含量的升高。因此，在計算后茬作物的施肥量時應考慮土壤中殘留氮的供肥能力，否則長此以往，勢必會增加對大氣和地下水環境的污染風險[38]。一次性減氮施肥處理在保證穩產增產、減少土壤NO3--N的累積，提高氮素利用效率和農民收入方面均有良好的表現，其中CRFA80%N和CRFB80%N的表現尤為穩定。

本試驗期內，優化施肥和一次性施肥技術處理的氮肥利用率均較農民習慣處理有所提高，與王宜倫等[5]提出的減低施氮量可有效提高氮肥利用效率的結論相一致，但如何在保證穩產增產及保持土壤地力或培肥土壤的前提下，進一步提高氮肥利用效率，優化節約用肥仍需要進行深入的研究。

4 結論

黃淮海夏玉米底肥一次性施用緩/控釋氮肥對夏玉米的生長狀況和產量影響效果并不顯著，但在黃淮海夏玉米區內的棕壤、潮土和砂姜黑土上表現出較好的穩產增產效果，較好地滿足了夏玉米生育后期對氮素的吸收利用，提高了產量和氮肥偏生產力，其中CRFA和CRFA80%N處理在黃淮海夏玉米區不同土壤類型上均表現出較好的穩產增產效果，平均增產率分別為7.91%和4.64%。

采用夏玉米專用緩/控釋肥一次性施用，避免了夏玉米生育后期的追肥，節約了追肥人工成本，實現了黃淮海夏玉米輕簡化和高效施肥的目的。其中一次性減量施用氮肥處理能夠保證黃淮海夏玉米的穩產增產，并有效提高氮素利用效率，其中氮肥偏生產力較FP處理顯著提高33.85%。從配合國家化肥使用量零增長以及化肥減量施用政策考慮，推薦減少20%氮用量的CRFA施肥模式在黃淮海夏玉米生產上一次性施用。

致謝：各試驗點及當地農業科學院相關人員對本試驗的田間管理及樣品采集均做了大量的工作，特此感謝！

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（責任編輯 李云霞，趙伶俐）

The Effects of One-off Fertilization of Summer Maize in Huang-Huai-Hai Region

YANG Yan1,2, TAN DeShui1, JIANG LiHua1, 3, GUO JianHua4, SUN KeGang5, XU Yu1, SHI Jing1, WANG Mei1, LIU ZhaoHui6

(1Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences/Shandong Province Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer, Jinan 250100;2Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization, Ministry of Agriculture, Jinan 250100;3Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation (Shandong), Ministry of Agriculture, Jinan 250100;4Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097;5Institute of Plant Nutrition, Agricultural Resources and Environmental Science, Henan Academy of Agricultural Science/Henan Key Laboratory of Agricultural Eco-Environment, Zhengzhou 450002;6Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100)

【Objective】In order to provide a theoretical basis for the selection of simplified production techniques, to realize the fertilizer reduction and increasing efficiency, saving cost and increasing income in Huang-Huai-Hai region, the effects of one-off fertilization on the yield, nitrogen use efficiency and economic effects of summer maize were studied.【Method】The field experiments of one-off application of controlled release nitrogen fertilizer on maize was carried out in 8 test points selecting from Hebei, Henan and Shandong province from 2015 to 2016, the economic effects of one-off fertilization on summer maize in Huang-Huai-Hai region were studied to verify the feasibility of the nitrogen reduction of one-off fertilization. the one-off fertilization treatments of CRFA (the amount of nitrogen input in controlled release nitrogen fertilizer was equivalent to OPT treatment), CRFA80%N, CRFB80%N and CRFC80%N (with the amount of nitrogen input in controlled release nitrogen fertilizer was 20% reduction) were set to compare with the multiple application of common nitrogen fertilizer (FP treatment and OPT treatment).【Result】(1) Compared with FP treatment, the one-off fertilization had no significant effect on plant height, ear characters, and the average value of 2 years’ yield of summer maize in Huang-Huai-Hai region, even though the N agronomic efficiency (NAE) and N recovery efficiency (NER) had been increased; However, partial factor productivity from applied N (PFPN) of one-off reduced fertilization were significantly improved more than 33.85%. Inaddition, there were 8.15, 50.65, 50.65 and 50.65 kg N·hm-2saving of the CRFA, CRFA80%N, CRFB80%N and CRFC80%N treatment in one maize season, respectively. one-off fertilization increased net income more than 927.40 yuan·hm-2. (2) In addition to the CRFA treatment, the NO3--N contents of the remaining treatments of one-off fertilization were significantly lower than FP, and 0-90 cm soil NO3--N content of the treatments of one-off reduced fertilization (CRFA80 % N, CRFB80% N, CRFC80% N) were significantly lower than OPT (＜0.05). 【Conclusion】one-off fertilization realized the simplified fertilization of summer maize in Huang-Huai-Hai region, increased the nitrogen use efficiency, which could realize the fertilizer reduction and ensuring stable yield at the same time. It was recommended that the fertilization mode of controlled released nitrogen with reducing 20% should be applied to the summer maize production in Huang-Huai-Hai region.

Huang-Huai-Hai region; summer maize; one-off fertilization; fertilizer reduction; efficiency increasing

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.20.009

2018-01-18；

2018-06-25

國家重點研發計劃（2018YFD0200600）、農業部行業專項（201303103）、山東省重點研發計劃（2016ZDJS08A02）

楊巖，Tel：0531-66659631；E-mail：tornado23@126.com。通信作者江麗華，Tel：0531-66659096；E-mail：jiangli8227@sina.com。通信作者劉兆輝，Tel：0531-66659546；E-mail：liuzhaohui@saas.ac.cn