基肥減氮對夏玉米品種產(chǎn)量形成和氮利用的影響

(河南科技學(xué)院，生命科技學(xué)院， 河南 新鄉(xiāng) 453003)

化肥投入是提高單位面積產(chǎn)量較為有效的方法之一，其中氮肥起著至關(guān)重要的作用，合理施用氮肥的貢獻(xiàn)率為45%左右[1]。我國是世界上最大的化學(xué)氮肥消耗國，總用量達(dá)到了全球總量的33%。但是氮肥的過量施用并沒有帶來持續(xù)的作物高產(chǎn)，反而造成了一系列的環(huán)境問題。在我國，為了追求高產(chǎn)出現(xiàn)了氮肥超量施用、不合理施肥等一系列問題，農(nóng)民常以高量施用氮肥以求高產(chǎn)[1-4]。“一炮轟”或大量氮肥作為底肥施入的方式普遍存在，造成了氮肥利用率低、經(jīng)濟(jì)效益下降、土壤殘留增加以及大量損失等嚴(yán)峻問題。黃淮海地區(qū)夏玉米播種面積較大，實(shí)際的施肥量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最佳經(jīng)濟(jì)施氮量[5]，導(dǎo)致氮肥利用率降低，并造成環(huán)境污染[6]。如何進(jìn)行科學(xué)的氮肥管理成為近年來養(yǎng)分資源研究的熱點(diǎn)[7-10]。

玉米是對氮肥需求較多的作物，氮素的合理施入對提高夏玉米產(chǎn)量和氮肥利用率具有重要意義[11]。但不同生育時(shí)期對氮肥的需求量不同，生長前期不需要太多的氮素，拔節(jié)期以前玉米對氮素的需求量很少，施入過多的氮素反而導(dǎo)致NO3--N的淋失[12]。以往多數(shù)研究集中在不同的施肥量、施肥時(shí)期和配施比例對作物生長發(fā)育的影響[13-15]，而對在追肥時(shí)期和追肥量相同情況下，基肥中氮肥多少對夏玉米生長發(fā)育和物質(zhì)積累的研究相對較少。因此，本試驗(yàn)設(shè)置不同的施氮量，分別在生育前期采取高氮和低氮2種施肥方式，研究減少前期氮肥的投入對作物物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響，解決氮肥的合理運(yùn)籌問題，為生產(chǎn)上科學(xué)施氮提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)于2017—2018年在河南省新鄉(xiāng)市紅旗區(qū)喬謝村(35°16′54.92″N，113°56′51.67″E)進(jìn)行，2年試驗(yàn)分別設(shè)置在不同地塊上，試驗(yàn)地0～40 cm基礎(chǔ)地力見表1。

表1 試驗(yàn)地基礎(chǔ)肥力

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

品種選擇廣泛種植的鄭單958，種植密度5 000株/667 m2。設(shè)置3種氮肥處理，分別為：N 1:底施+大口期+吐絲期分別為：N 1：30+120+30 kg/hm2；N 2：120+120+30 kg/hm2；N 0：不施氮肥。磷肥(P2O5)105 kg/hm2和(K2O)120 kg/hm2。作為基肥一次性施入。

1.3 測定方法

干物質(zhì)積累和葉面積指數(shù)(LAI)：分別在9葉展(拔節(jié)期)、12葉展(大喇叭口期)、吐絲期、灌漿中期(吐絲后24 d)和成熟期取樣，每小區(qū)取4株。將葉、莖鞘、苞葉(苞葉+穗軸)、與籽粒4部分分別裝袋，于105 ℃下殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重測定各部位全氮含量。

LAI=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。

葉綠素相對含量(SPAD值)：采用日本美能達(dá)公司產(chǎn)手持式SPAD-502型葉綠素計(jì)測定植株從上到下部每片葉，每葉測定12點(diǎn)，每個(gè)小區(qū)測定4株，3次重復(fù)。

產(chǎn)量：每小區(qū)收獲玉米4行(每行5 m)，稱所有果穗總鮮重，按平均鮮穗重從所收果穗中隨機(jī)選取10穗，進(jìn)行室內(nèi)考種，考察穗長、穗粗、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重，同時(shí)測定出籽率和含水率，計(jì)算實(shí)際產(chǎn)量(按14%折算含水率)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2007軟件和SAS 8.0 GLM(GeneralLinearModel)程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基肥中不同施氮量對夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成影響

由表2和表3可見，2年均表現(xiàn)為施氮處理產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素、穗部性狀均優(yōu)于不施氮的對照。2017年施氮處理間在產(chǎn)量、每平米穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重表現(xiàn)為N 1略大于N 2，2018年則表現(xiàn)相反趨勢，但方差分析表明2年N 1和N 2處理沒有顯著差異；穗部性狀表現(xiàn)趨勢相同。可見，基肥中氮肥比例大小對產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素及其穗部性狀影響不大，N 1處理(前期低氮)和N 2處理(前期高氮)產(chǎn)量沒有明顯差異，說明2年試驗(yàn)中基肥中氮肥用量適當(dāng)減少均沒有影響穗部發(fā)育和最終產(chǎn)量和千粒重。同時(shí)也說明，在后期(大口期和吐絲期)充足氮肥供應(yīng)的條件下，從播種到大口期生育時(shí)期中氮肥的投入多少對產(chǎn)量的影響很小。

表2 基肥中氮肥比例對產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

注：同列標(biāo)注不同小寫字母的數(shù)值之間在p<0.05水平上差異顯著。下同。

表5 基肥中氮肥比例對葉綠素相對含量的影響

表3 基肥中氮肥比例對穗部性狀的影響

2.2 基肥中不同施氮量對夏玉米干物重積累的影響

從圖1可見，2017年和2018年干物質(zhì)積累動態(tài)趨勢一致，在整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)均表現(xiàn)為施氮處理單位面積干物質(zhì)積累量大于不施氮對照，且花后差距較花前大，說明相對于開花前期，不施氮對花后植株的物質(zhì)積累影響更大。

2017年各處理干物質(zhì)積累大于2018年，可能是由于地力不同所致。基肥中氮肥的施入多少，在花前表現(xiàn)為前期高氮條件下單位面積干物質(zhì)積累量略大于低氮處理，但在花后兩處理相差不大，甚至在控氮條件下，干物質(zhì)積累略大于促氮處理，這可能是因?yàn)榛ê蟾晌镔|(zhì)積累對花前的超補(bǔ)償作用。

2.3 基肥中不同施氮量對夏玉米葉面積指數(shù)的影響

由表4可見，2年葉面積指數(shù)均在吐絲期達(dá)到最大值，在所測時(shí)期內(nèi)表現(xiàn)為施氮處理大于不施氮的對照。施氮與否群體葉面積指數(shù)在拔節(jié)期三者沒有明顯差異，但大口期差異逐漸明顯，施氮處理葉面積指數(shù)顯著高于不施氮對照，2年施氮處理規(guī)律不太一致，可能和地塊本身的基礎(chǔ)肥力有關(guān)，地力稍高的地塊前期低氮對花前群體的生長影響不大；吐絲期和灌漿中期，前期低氮和高氮處理沒有明顯差異。說明，花前低氮在花后沒有造成植株的早衰，與前期高氮處理群體光合性能和功能持續(xù)期相當(dāng)。

表4 基肥中氮肥比例對葉面積指數(shù)的影響

2.4 基肥中不同施氮量對夏玉米葉綠素相對含量的影響

葉綠素是光合作物必需物質(zhì)，施氮與否對植物葉片中葉綠素相對含量影響較大。從表5可知，2年在各生育期中均表現(xiàn)為施氮處理葉綠素相對含量大于不施氮處理，適當(dāng)?shù)释度肽茉鰪?qiáng)作物光合作用，利用干物質(zhì)生產(chǎn)。各處理在拔節(jié)期表現(xiàn)為前期高氮處理葉綠素相對含量顯著大于前期低氮和不施氮處理；隨著生育進(jìn)程推進(jìn)，大口期N 1和N 2處理葉綠素含量顯著大于不施氮處理，但2處理間沒有顯著差異；吐絲期2地塊2年上、中、下層次葉綠素相對含量均表現(xiàn)為N 2>N 1>N 0，但2017年N 2處理顯著大于N 1處理，B地塊2018年N 1和N 2差異不明顯；前期控氮處理和促氮處理在灌中期沒有顯著差異。

2.5 基肥中不同施氮量對夏玉米氮素吸收量和氮素效率特征的影響

2年均表現(xiàn)為不施氮處理下，總氮量和籽粒氮量最低，前期低氮和高氮兩處理在總氮量、籽粒氮量和氮收獲指數(shù)相當(dāng)，但前期低氮處理下氮素吸收效率和氮素偏生產(chǎn)力要高于前期高氮處理(表6)。2年均表現(xiàn)為基肥低氮條件下分別比高氮處理下氮肥偏生產(chǎn)力高出54.6%和90.6%。

表6 基肥中氮肥量對氮素吸收量和氮素效率特征影響

3 結(jié)論與討論

氮素是玉米一生中吸收量最大的營養(yǎng)元素，施氮量的多少、施氮時(shí)期及不同配施比例均會對玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響。降低化肥施用量提高肥料利用率成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必由之路[8]。氮肥施入土壤后主要有3種去向：一是被作物吸收：二是以不同形態(tài)在土壤中殘留；三是通過不同的機(jī)制和途徑由土壤-作物體系損失。朱兆良指出，我國水稻和小麥等禾谷類作物的氮肥利用率只有28%～41%，大部分氮素以不同途徑損失掉了[12]。作物肥效因施肥量和時(shí)期而異，因此根據(jù)作物的生長發(fā)育需求施肥，減少肥料的流失至關(guān)重要。魚歡研究認(rèn)為，在一定的范圍內(nèi)，隨著氮肥用量的增加，充足的氮素營養(yǎng)滿足了作物生長對養(yǎng)分的需求，當(dāng)?shù)试黾拥揭欢繒r(shí)，作物對氮肥的吸收屬于奢侈吸收[13]。趙士誠等研究了氮肥減量后移認(rèn)為，植株干物質(zhì)積累量、植株氮積累量和積累速率均沒有降低，而氮肥利用率顯著增加[14]。馮波等研究認(rèn)為，合理施用氮素可以顯著提高玉米品種的花后氮素積累量和營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率，延長花后光合高值持續(xù)期，從而增加花后干物質(zhì)積累量，改善光合特性及干物質(zhì)與氮素積累的協(xié)調(diào)性，最終提高產(chǎn)量[15]。

本研究認(rèn)為，黃淮海地區(qū)在追肥不變的情況下，減少基肥中氮肥施入能在提高氮肥利用率的基礎(chǔ)上保證產(chǎn)量。與前期施入氮肥較多處理相比，決定產(chǎn)量的花后干物質(zhì)積累量反有增加趨勢，可能因?yàn)樵谇捌诳氐臈l件下，作物自身的補(bǔ)償效應(yīng)，也可能因?yàn)榍捌诘胤e累量較大對后期氮素積累具有一定的抑制作用。葉片的相對葉綠素含量與促氮處理沒有明顯差異，說明后期葉片的功能并沒有因?yàn)榍捌诘实臏p少受到影響而過早衰減。

不同地塊間基礎(chǔ)地力存在差異，土壤的供氮能力也不同。本試驗(yàn)2年設(shè)置同樣，從結(jié)果可見，在同等的施肥條件下，2年產(chǎn)量仍相差很大，說明地塊本身質(zhì)量對產(chǎn)量水平高度至關(guān)重要，很難靠外源化工肥料彌補(bǔ)，生產(chǎn)實(shí)踐中要多使用有機(jī)肥做到用養(yǎng)結(jié)合。2年結(jié)果前期高氮和低氮，在產(chǎn)量構(gòu)成因素、干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)和相對葉綠素上沒有顯著差異。在本試驗(yàn)條件下，2地塊夏玉米均表現(xiàn)為在總施肥量180 kg/hm2(基施30、大口120、吐絲期30 kg/hm2)情況下能滿足夏玉米生育期氮肥需要，減少生育前期因雨水過大造成的損失，與前期促氮相比可節(jié)省氮肥33%，是較為理想的氮素施用方式。