施肥方式對江蘇春玉米產量和物質積累轉運的影響

王 玨，成貴根，李 龍，陸衛平，陸大雷

（揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心，江蘇揚州 225009）

玉米是中國第一大作物，2015年我國玉米種植面積達0.38億hm2(5.72億畝)，總產2.24億t，面積和總產均列第一位，為保障國家糧食安全起到了重要作用[1]。近年來，農戶主要通過增施肥料來提高產量，然而過量施肥不僅不能增產，而且形成農業面源污染，威脅生態環境，這與玉米生產的高產、優質、高效、生態、安全的發展方向不符，因而玉米合理施肥一直是研究熱點之一[2]。隨著我國經濟發展，肥料施用已由單純提高產量轉到產量與環境并重，而且環境要求越來越嚴，農業生產迫切需要養分效率高、環境友好型的肥料，而農村勞動力的轉移和規模化種植的推廣，勞動力成本的提高和施肥技術的改進，均需要簡化施肥技術的緩/控釋肥[3]。傳統氮肥活性高、損失途徑多，且單位面積化肥用量高、利用率低 (20%～35%)，對環境負面影響較大，緩釋法增效改性是提升化肥產品性能、提高肥料利用率的重要途徑[4,5]。在玉米[6-8]、水稻[9]、小麥[10-12]、油菜[9]、棉花[13-14]、馬鈴薯[15-16]、甘蔗[17]等作物上研究表明，緩/控釋肥能持續不斷釋放養分，與作物養分吸收基本同步，能較好解決作物中后期的養分需求，協調營養和生殖生長，提高肥料利用率，降低養分損失，同時減少追肥次數，節約投入成本，實現高產高效協同發展。

普通玉米常規施肥方式為基施復合肥并分次追施速效氮肥，生產中玉米追肥多為降雨前后人工撒施，降低肥料利用率并造成環境污染。研究表明，與常規施用速效肥料 (尤其是氮肥) 相比，施用緩/控釋肥可以增加根密度，提高土壤中氮含量，減少土壤氮淋失和氮揮發，土壤中后期仍保持較高的脲酶活性[8,10-11,18-22]；增加葉片可溶性蛋白和葉綠素含量，提高硝酸還原酶、過氧化物酶、蔗糖磷酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性，降低丙二醛含量和電導率，增加葉片和莖鞘可溶性總糖和全氮含量，提高花后光合速率和葉綠素熒光參數，有效協調植株碳氮代謝[18,21,23-28]；植株花后干物質和氮素積累量增加，最終增加產量并提高氮肥利用率[10-11,18,21,28-36]。然而也有研究[37]發現，氣候潮濕區施用緩釋肥后收獲期籽粒氮素積累量較多，籽粒含氮量較高，但產量顯著降低，其原因主要是春季較低溫度下氮素的緩慢釋放不能滿足玉米植株生長的需求。另外，包膜尿素的施用效果受區域氣候條件、耕作措施和施氮量的影響[29-30]。Chilundo等[38]則發現，緩釋肥施用對玉米產量、植株氮素吸收和氮素利用率無顯著影響，其原因主要是濕熱氣候條件下土壤中有機物和礦物氮含量較高，同時施氮量較低 (100 kg/hm2) 所致。

江蘇省處于南方山地丘陵玉米區和黃淮海玉米區交叉點，屬亞熱帶向溫帶過渡的濕潤季風氣候，玉米為第三大糧食作物，根據播期可分為春玉米和夏玉米，多生長在沒有灌溉條件的地力貧瘠地區。由于氣候條件和種植制度顯著不同于我國北方春播玉米區和黃淮夏播玉米區，而玉米高產形成需依靠品種、環境和栽培措施的互相協調，不能簡單復制其他區域的高產栽培模式。課題組前期研究[39-40]表明，施氮量為405～450 kg/hm2時本區域玉米方能獲得高產。江蘇省經濟比較發達，勞動力成本較高，為實現玉米的輕簡化施肥，本研究在前期研究基礎上進一步分析了高產條件下緩釋肥等量一次施用對春玉米物質和養分積累轉運的影響及其與產量形成的關系，以期為江蘇省春玉米的輕簡栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗點概況

供試材料為江蘇省主推品種蘇玉29 (SY29) 和蘇玉30 (SY30)。供試肥料為綠聚能復合肥 (N∶P2O5∶K2O = 27%∶9%∶9%，為緩釋型復合肥，該復合肥中添加了氨基酸高聚物生物制劑，該生物制劑帶有很強吸附性的負電荷，能減少氨態氮的損失，同時該生物制劑代謝后能形成氨基酸，具有生物刺激素的功能)、普通復合肥 (N∶P2O5∶K2O = 15%∶15%∶15%) 和尿素 (N 46%)，均購自江蘇中東化肥股份有限公司。

試驗于2015—2016年在揚州大學實驗農牧場進行。前茬空閑，地力中等，土質為砂壤土。0—20 cm耕層2015年含有機質13.2 g/kg、全氮0.92 g/kg、堿解氮82.3 mg/kg、速效磷8.32 mg/kg、速效鉀62.2 mg/kg；2016年含有機質14.7 g/kg、全氮1.20 g/kg、堿解氮85.3 mg/kg、速效磷7.67 mg/kg、速效鉀64.0 mg/kg。

1.2 試驗設計

2015年3月17日播種，8月5日收獲；2016年3月26日播種，8月6日收獲。施肥量N、P2O5、K2O分別為405、135、135 kg/hm2。緩釋型復合肥施肥方式 (SF) 為播種時在小行距中間開溝 (深5 cm) 一次性條施；常規施肥方式 (CF) 為播種時在小行距中間開溝 (深5 cm) 條施常規復合肥 (N、P2O5、K2O分別135、135、135 kg/hm2) 并拔節期在小行距中間開溝 (深5 cm) 追施N 270 kg/hm2，以不施肥作對照(CK)。采用裂區試驗設計，以品種為主區、以肥料類型為裂區，小區面積為64 m2，大、小行距分別為0.7、0.3 m，密度為82500株/hm2，三次重復。其他管理按高產田要求進行。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 籽粒產量及其構成 成熟期收獲各小區中間兩行果穗，實收測產，籽粒產量以14%含水率計算。同時隨機取10個果穗，計數穗粒數，計數后隨機剝取三個果穗籽粒，測定千粒重。

1.3.2 干物質量 在吐絲期和成熟期各處理分別取長勢均勻一致有代表性的3株玉米，按不同器官 (吐絲期為葉片、葉鞘、莖稈；成熟期為葉片、葉鞘、莖稈、苞葉、穗軸、籽粒) 分開，105℃殺青30 min后80℃恒溫烘干至恒重后稱重。

1.3.3 葉面積指數

單株葉面積 = 葉長 × 葉寬 × 0.75

葉面積指數 (LAI) = 葉片總面積/土地面積

粒葉比 (g/dm2) = 單位面積粒重/葉面積

1.3.4 氮素含量 樣品烘干后測定干物質重量后，將其粉碎過0.15 mm篩 (100目)，H2SO4-H2O2消煮后用全自動凱氏定氮儀 (Kjeltec 8400，FOSS，Denmark) 測定氮含量。

1.4 參數計算

干物質 (氮素) 轉運量 (kg/hm2) = 吐絲期營養器官 (莖稈、葉片、葉鞘) 干物質 (氮素) 重量-成熟期營養器官 (莖稈、葉片、葉鞘) 干物質 (氮素) 重量

氮肥利用率 (NUE，%) = (施氮區氮素吸收量-無氮區氮素吸收量)/施氮量 × 100

氮素偏生產力 (NPFP，kg/kg) = 施氮區產量/施氮量

氮素農學效率 (NAE，kg/kg) = 投入增產量/投入總氮量

1.5 數據分析方法

采用DPS 7.05軟件進行統計分析，采用Microsoft Excel 2013作圖。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成因素

施肥方式對江蘇春玉米籽粒產量及其構成有顯著影響 (圖1)。施肥顯著提高了玉米粒重，與CF處理相比，SF處理對蘇玉30粒重無顯著影響，蘇玉29粒重在2016年度較高，2015年度兩處理間無顯著差異。SF與CF處理間穗粒數在2016年度無顯著差異，但2015年度兩品種均為SF處理下較高 (蘇玉29和蘇玉30較CF處理分別高16.0%和13.4%)。兩品種籽粒產量均表現為SF處理高于CF處理，蘇玉29和蘇玉30分別高24.7%和17.8%。品種間相比，2016年度蘇玉30和蘇玉29籽粒產量無顯著差異，2015年度蘇玉29籽粒產量顯著高于蘇玉30。

2.2 干物質積累

施肥方式對春玉米吐絲期和成熟期干物質積累有顯著影響。施肥顯著提高了植株吐絲期和成熟期的干物質積累量，且增幅SF處理高于CF處理 (圖2)。與CF處理相比，SF處理下吐絲期、成熟期和吐絲—成熟期干物質積累量蘇玉29分別增加了9.1%、14.7%和10.4%，蘇玉30分別增加了9.8%、21.1%和26.2%。兩年結果表明，SF處理下蘇玉29和蘇玉30成熟期干物質積累量無顯著差異，但CF處理下蘇玉29成熟期干物質積累量高于蘇玉30。

圖 1 不同施肥方式下春玉米籽粒產量Fig. 1 Grain yields of spring maize under different fertilization modes

圖 2 兩種施肥方式下春玉米不同生育期干物質積累量Fig. 2 Dry matter accumulation of spring maize in different growing stages under two fertilization modes

2.3 干物質轉運

植株吐絲后，營養器官 (莖稈、葉片、葉鞘) 中所貯存的非結構性碳水化合物向籽粒轉運。由表1可知，施肥處理下莖稈中轉移的干物質顯著增加，但SF和CF處理間無顯著差異。葉鞘中物質轉運除蘇玉30在2016年度CF處理下有所增加外，其他處理與對照間均無顯著差異。葉片中物質轉運量品種間年度表現不一，2015年度施肥方式對葉片干物質轉運量無顯著影響，2016年度中物質轉運量在施肥處理下增加，但蘇玉29在SF處理下增加較多，而蘇玉30在CF處理下增加較多。總體上，營養器官(莖稈 + 葉片 + 葉鞘) 轉運量在施肥處理下增加，增幅蘇玉29 SF處理 (2256.0 kg/hm2) 高于CF處理(1832.3 kg/hm2)，蘇玉 30 SF 處理 (1254.8 kg/hm2) 低于CF處理 (1462.3 kg/hm2)。

表 1 兩種施肥方式下春玉米營養器官吐絲后的物質轉運量(kg/hm2)Table 1 Post-silking dry matter translocation from vegetative organs of spring maize under two fertilization modes

2.4 葉面積指數(LAI)和粒葉比

施肥顯著增加了吐絲期植株的LAI，且增幅SF處理大于CF處理 (圖3)。SF處理下蘇玉29和蘇玉30的LAI分別比CF處理提高7.6%和9.6%。粒葉比在施肥處理下增加，但不同施肥方式間無顯著差異。

圖 3 施肥方式對春玉米LAI和粒葉比的影響Fig. 3 Effects of fertilization modes on LAI and grain weight/LAI of spring maize

2.5 氮素積累

隨著生育進程推進，植株氮素積累量顯著增加，至成熟期達到最大值。施肥顯著增加了植株氮素積累量，且增幅表現為SF處理大于CF處理 (圖4)。吐絲期、成熟期和吐絲后植株氮素積累量SF處理較CF處理蘇玉29分別增加了3.8%、13.3%和33.3%，蘇玉30分別增加了14.5%、19.2%和30.1%。

圖 4 施肥方式對春玉米氮素積累的影響Fig. 4 Effects of fertilization modes on plant nitrogen accumulation of spring maize

2.6 氮素轉運

植株吐絲后莖稈、葉片和葉鞘中氮素發生轉運，氮素轉運量最大的是葉片，其次是莖稈 (表2)。施肥顯著增加植株花后氮素轉運量，增幅SF處理較高 (蘇玉29和蘇玉30分別為180.0和190.0 kg/hm2)，CF處理較低 (蘇玉29和蘇玉30分別為165.8和162.5 kg/hm2)，SF處理較CF處理蘇玉29和蘇玉30分別高8.6%和16.9%。但器官間、年度間、品種間表現不一。莖稈中氮素轉運量蘇玉29在2015年度SF處理下最大，2016年度表現相反；蘇玉30在2016年度SF處理下最大，2015年度則與CF處理無顯著差異。葉片中氮素轉運量蘇玉30在兩年度均以SF處理下較高，蘇玉29在2016年度表現與蘇玉30相同，2015年與CF處理無顯著差異。葉鞘中氮素轉運量2015年度兩品種均為SF處理下較高，2016年度蘇玉29施肥處理下僅在SF處理下降低，而蘇玉30施肥處理下增加且在CF處理下增幅較高。

2.7 氮素利用率

施肥方式顯著影響植株對氮肥的吸收利用。由表3可知，與CF處理相比，SF處理有利于提高春玉米的氮肥利用率、氮素偏生產力和氮素農學效率，蘇玉29分別高19.0%、12.4%和16.6%，蘇玉30分別高35.8%、9.0%和11.9%。

3 討論

前人研究表明，和常規施肥相比，施用緩釋肥可以增加花后物質積累并增加玉米產量[10-11,28-36]。本研究同樣發現，高產施肥 (N、P2O5、K2O分別為405、135、135 kg/hm2) 條件下，蘇玉29和蘇玉30的籽粒產量在施用緩釋型復合肥處理下較常規施肥處理分別增加了12.6%和9.2%，產量增加主要是由于增加了花后干物質積累量 (蘇玉29和蘇玉30分別增加了10.4%和26.2%)，這與前人研究結果相似。但本研究發現，花后營養器官轉運量兩品種表現不同，蘇玉29增加了23.1%，而蘇玉30則降低了14.2%。由此可知不同品種在緩釋肥處理下的增產機理并不相同，蘇玉29依賴于花后干物質積累與營養器官物質轉運的協同調控，而蘇玉30則主要依靠花后光合產物的直接作用。從LAI來看，吐絲期LAI蘇玉29和蘇玉30緩釋型復合肥處理較常規肥處理分別高7.6%和9.6%，而粒葉比施肥方式間無顯著差異，較高的LAI形成較多的光合產物，這也是緩釋型復合肥處理下產量較高的原因之一。

表 2 兩種施肥方式春玉米營養器官吐絲后氮素轉運(kg/hm2)Table 2 Post-silking nitrogen translocation from vegetative organs of spring maize under two fertilization modes

表 3 兩種施肥方式下春玉米氮肥利用率Table 3 Nitrogen use efficiency of spring maize under two fertilization modes

本研究結果表明，緩釋型復合肥處理下植株整個生育期氮素積累量，尤其是花后氮素積累量 (蘇玉29和蘇玉30分別增加33.3%和30.1%) 和營養器官氮素轉運量 (蘇玉29和蘇玉30分別增加8.6%和16.9%) 均高于施用常規肥，表明施用緩釋型復合肥有利于植株主動吸收養分并促進營養器官養分轉運，進而增加氮素利用率、偏生產力和農學效率[10-11,18,35-36]。亦有研究[38]發現，緩釋肥施用對玉米產量、植株氮素吸收和氮素利用率無顯著影響。分析其差異原因發現，不同區域的氣候條件 (如濕度、溫度、降雨量)、耕作制度 (小麥-玉米輪作、玉米單作)、耕作方式 (露地栽培、覆膜栽培等)、施氮量等均顯著影響緩釋肥施用效果[9-11,37-38]。小麥上[10-11]發現緩釋肥施用可以提高籽粒產量和氮素利用率，而滿建國等[41]則發現緩釋肥與常規分次施肥對產量和肥料利用率的調節效果相似。水稻上研究亦發現，緩釋肥施用可以增加植株氮素吸收量[9,42]，并促進結實期氮素轉運[43]，提高氮素利用率，但施肥方式以基肥 + 分蘗肥效果較好[44-45]。造成這種差異的原因可能是不同包膜材料與技術下氮素釋放差異所致，同時不同作物生長周期、生育期間生態環境、作物類型與施肥方式均顯著影響研究結果[4,7]。因此，玉米生產中應根據當地生態氣候條件、土壤類型和養分豐缺程度，采用合理包膜和控釋技術，使其釋放速率與作物生長發育需求相符，促進中后期植株生長，提高籽粒產量，增加肥料利用率，減少環境污染，實現玉米生產的省工增效，環境友好。

4 結論

在南方山地丘陵春玉米區向黃淮海夏玉米區的過渡地區，春玉米高產施肥 (N、P2O5、K2O分別為405、135、135 kg/hm2) 條件下，與常規施肥方式 (基施復合肥 + 拔節期追施穗肥) 相比，施用緩釋型復合肥可以提高吐絲期LAI，增加整個生育期尤其是花后干物質和氮素積累，同時促進營養器官養分轉運，獲得高產，并提高氮素利用率、偏生產力和農學效率，實現輕簡施肥、省工增效、環境友好。