緩釋肥配施對夏玉米灌漿特性的影響

李旭錚，李援農，鄒奇芳，丁午陽

（西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌 712100）

0 引 言

隨著我國新型城鎮化的不斷推進，勞動人口不斷轉移，從而出現了鄉村青壯年勞動力短缺現象，致使農民管理粗放采用“一炮轟”等不合理的施肥方式[1]。目前廣泛使用的氮肥為速效尿素，約占所有氮肥的73.4%[2,3]。然而，速效尿素極易水解成銨態氮，通過快速硝化反應轉化成硝酸鹽，再經過淋溶、徑流、揮發造成土壤酸化和硬化[4]、地下水及大氣污染[5,6]。速效尿素對施肥技術及田間管理要求較高，種植所需人工成本高，在玉米種植中需播前基施加拔節期追肥兩次施肥。

為減少環境污染、提高氮肥利用率同時滿足農民對施肥技術簡便性的需求，一次性輕簡化施肥技術被推廣使用，即在播種前將緩釋肥一次施入。緩釋肥作為新興亟待推廣的長效肥料，最大的特點是養分釋放規律與作物養分需求規律基本一致，能夠減少施肥次數，一次性基施就能滿足作物全生育期的養分需求[7]。目前我國緩釋肥的施用比例仍然很低，這是由于施用緩釋肥的增產與追肥勞動成本、施氮量減少所帶來的經濟效益的提升不能彌補肥料成本的增加[8]，為此可通過緩釋肥與尿素配施以降低肥料成本，推廣一次性輕簡化施肥技術在農業生產中的應用。

灌漿是夏玉米生長發育過程中重要的生育階段，籽粒灌漿速率和有效灌漿時間決定了籽粒庫容充實程度，籽粒積累量最終決定了玉米產量[9-11]。目前對夏玉米灌漿過程的研究主要集中在玉米品種[12]、播期[13]、種植密度[14]、種植模式[15,16]、水氮運籌[17,18]等方面，緩釋肥配施對夏玉米灌漿過程的影響研究較少，且研究多使用Logistic 模型[19,20]。由于Logistic 模型固定了曲線形狀參數N=1，缺乏可塑性，而Richards 模型較Logistic 模型增加了曲線形狀參數N，可塑性更強，擬合度更高，描述籽粒灌漿過程更合適[10,21]。

為此，本研究以陜西關中地區夏玉米為研究對象，設置不同配施比例，應用Richards模型對夏玉米籽粒灌漿過程進行擬合，分析不同配施比例下的灌漿特征參數，揭示緩釋肥配施對灌漿過程的影響規律，并探究緩釋肥配施對夏玉米光合性能、干物質積累及產量的影響，以期獲得最佳配施比，為夏玉米的高產提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年6月15日至2020年10月2日在陜西省楊凌區西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室灌溉試驗站（北緯34°17′38″，東經108°04′08″，海拔521 m）進行。該試驗站所在地為暖溫帶季風半濕潤氣候，年均輻射總量475.5 kJ/m2，多年平均氣溫13.0 ℃，多年平均蒸發量1 500 mm，年平均降水量632 mm，降水年內季節分配不均勻，7-9月份降水占全年的70%左右。耕作層土壤理化性質（0～30 cm）：pH 值8.22，有機質11.25 g/kg，全氮0.95 g/kg，速效磷23.31 mg/kg，速效鉀88.48 mg/kg，土壤田間持水量23%～25%（質量含水率），平均干容重為1.4 g/cm3。逐日氣象資料由試驗站內的氣象站獲取，試驗期間的氣溫與降雨如圖1所示，2020年玉米生育期降雨量為529 mm，其中有效降雨量（日降雨量大于5 mm）為483.3 mm。

圖1 2020年夏玉米生長季日降雨量和氣溫數據Fig.1 Daily rainfall and temperature data during summer maize growing seasons in 2020

1.2 試驗設計

實驗所用玉米品種為‘鄭丹958’，所用肥料為普通氮肥（尿素，N≥46%）、緩釋氮肥（硫包衣氮肥，N≥37%）、磷肥（過磷酸鈣，P2O5≥16%）、鉀肥（農業用硫酸鉀，K2O≥51%）。于2020年6月15日播種，同年10月2日收獲，全生育期長110 d。實驗采用隨機區組設計，小區面積16 m2（長4 m×寬4 m），3 次重復。種植行方向為南北種植，行距50 cm，株距30 cm。試驗共6 個處理，將緩釋氮肥（C）與尿素（N）按不同摻混比例一次性配施，緩釋肥與尿素配施比為1∶0、3∶1、1∶1、1∶3、0∶1，分別用C1N0、C3N1、C1N1、C1N3、C0N1表示，對照處理（CK）不施氮肥。各小區施用磷、鉀肥量相同，施肥量分別為P2O5120 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2，氮素含量均為180 kg/hm2。采用人工點播種植方式，播種前兩天施肥翻耕。除草、殺蟲等管理措施均按同一標準完成。

1.3 測定項目及方法

灌漿過程測定：在玉米進入吐絲期后，每處理選取30 株長勢均勻的植株掛牌標記，以6 d 為間隔進行取樣，每次每處理取3個果穗，在玉米穗中部人工剝粒，隨機數100粒，105°C殺青，75°C烘干至恒重后稱重。

光合速率測定：用LI-6800 便攜式光合測量系統測定，10∶00-12∶00 選擇3 片穗位葉，測定時光強1 250 μmol/(m2·s)，CO2濃度400μmol/mol。

葉綠素含量測定：取玉米穗位葉，用分光光度法[22]測定葉綠素含量，重復3次，取其平均值。

干物質積累量測定：將玉米地上部干物質放入干燥箱105 ℃殺青半小時，然后75 ℃烘干至恒重。

產量及產量因素測定：收獲時，每小區隨機選取6 株(中間部位)，風干后測定產量因素及含水率并脫粒稱量，計算標準含水率產量。

1.4 灌漿模型及特征參數

以吐絲后時間t為自變量，對應時間所測得的百粒重（W）為因變量，利用Richards 方程[23]方程模擬灌漿速率，方程表達式為∶

式中：A為生長終值（灌漿結束時的百粒重）；N為環境充分系數，決定曲線形狀；B為初級參數；K為生長速率參數；方程擬合情況用決定系數R2表示。

對Richards方程求一階導得灌漿速率方程∶

在灌漿分析時還需要確定次級參數∶

起始生長勢：

灌漿速率最大時的百粒重Wmax：

最大灌漿速率及其時間：

平均灌漿速率：

灌漿活躍期（大約完成總積累量的90%)：

對Richards方程求二階導，并令為零可得擬合曲線兩個拐點的時間，t1、t2為：

設99%為實際灌漿終期為t3，則∶

灌漿期主要分為漸增期、快增期和緩增期3個部分，設開花日為t0，則漸增期持續時間T1=t1-t0；快增期持續時間T2=t2-t1；緩增期持續時間T3=t3-t2。將t1、t2、t3分別代入式（1）得到漸增期、快增期、緩增期結束時的籽粒重量W1、W2、W3，則各階段平均灌漿速率分別為V1=W1/T1、V2=(W2-W1)/T2、V3=(W3-W2)/T3，各階段對應生長比率分別為P1=W1/A、P2=(W2-W1)/A、P3=(W3-W2)/A。

1.5 數據分析

用Excel 2010 對數據進行整理與分析，用SPSS 18.0 軟件進行回歸分析和最小顯著差異法（LSD）方差分析，用Origin 2022進行方程擬合和制圖。

2 結果與分析

2.1 緩釋肥配施下夏玉米籽粒灌漿Richards 模型擬合分析

夏玉米籽粒灌漿擬合方程參數及決定系數見表1。由表1可知各處理決定系數R2均大于0.99，表明Richards模型能較好的模擬夏玉米灌漿過程，擬合結果可用于進一步分析籽粒灌漿特性。Richards 擬合曲線見圖2，由圖2可知，各處理夏玉米籽粒灌漿曲線均有上下2個拐點，在下拐點以下曲線增長緩慢，在上下拐點之間急劇上升，在上拐點以上，增長又趨于緩慢，呈“慢-快-緩”的增長趨勢。

表1 不同處理下的Richards模型參數Tab.1 Parameters of Richards Model under different treatments

圖2 不同處理下籽粒灌漿Richards 擬合曲線Fig.2 Richards fitting curve of grain filling under different treatments

A為灌漿結束時的理論百粒重，緩釋肥配施處理均高于尿素、緩釋肥單施處理，且隨緩釋肥配施比例增大理論百粒重先增大再減小，以C3N1 處理最高為34.58 g，較CK 處理增加了33.67%。參數N值大小反映曲線形狀和灌漿庫容限制情況，各處理N<1，隨緩釋肥配施比例的提高N值呈下降趨勢，可見，緩釋肥配施能保證灌漿物質來源更加充分，提高籽粒百粒重。

2.1.1 灌漿特征參數

根據Richards 模型參數計算得到的夏玉米灌漿特征參數見表2。

表2 不同處理下夏玉米灌漿特征參數Tab.2 Characteristic parameters of summer maize grain filling under different treatments

起始生長勢R0反映受精子房的生長潛力，由表2可知，隨緩釋肥配施比例的提高，R0不斷升高，表明緩釋肥的施用可促進籽粒灌漿的早啟動，加快胚乳細胞的分裂速度，提高灌漿速率。R0的提高使達到最大灌漿速率時間提前，其中C3N1處理最短為22.93 d，相較于CK 處理縮短了1.15 d，C0N1處理最長，為24.89 d，各處理達到最大灌漿速率時間隨緩釋肥配施比例提高而先縮短再延長，說明適量緩釋肥配施可使最大灌漿速率時間提前。隨緩釋肥配施比例的提高最大灌漿速率及平均灌漿速率先增加再降低均以C3N1 處理最高。夏玉米籽粒灌漿速率最大時的百粒重以C3N1 處理最大，較C1N0 處理、C0N1處理分別提高8.07%、4.29%。緩釋肥配施處理灌漿活躍期持續時間為41.94～43.02 d，較C0N1 處理延長1.25～2.33 d，對照處理CK 灌漿活躍期最短僅為34.67 d。可見，適量緩釋肥配施可有效調控灌漿特征參數，優化灌漿過程，提高籽粒百粒重。

2.1.2 灌漿時期劃分

夏玉米各灌漿階段特征參數見表3。

表3 不同處理下籽粒灌漿各階段持續時間、平均灌漿速率及生長比率Tab.3 Duration,average filling rate and growth ratio of grain filling stages under different treatments

由表3可知，施肥處理夏玉米各階段持續時間均表現為緩增期>快增期>漸增期，灌漿速率表現為快增期>漸增期>緩增期。在漸增期，隨緩釋肥配施比例的提高，生長比率呈下降趨勢，灌漿持續時間先降低后升高，以C3N1 處理最短較C1N0 處理、C0N1 處理分別縮短1.02 d、2.63 d，灌漿速率先升高再降低以C3N1 處理最高；CK 處理生長比率及灌漿持續時間最大。

快增期和緩增期表現相同，隨緩釋肥配施比例的提高灌漿持續時間及生長比率不斷增加，灌漿持續時間以C1N0 處理最高較C0N1 處理延長1.6 d（快增期）、6.17 d（緩增期）。灌漿速率呈先增加再降低趨勢，以C3N1 處理最高較C1N0 處理、C0N1 處理在快增期分別提高0.081 g/d、0.069 g/d，在緩增期分別提高0.023 g/d、0.016 g/d；CK 處理生長比率及灌漿持續時間均表現為最低。

可見，單施緩釋肥可維持較高的后期灌漿活性，但會造成玉米貪青晚熟，緩釋肥配施處理主要通過減少漸增期持續時間，增加快增期和緩增期的持續時間、灌漿速率來提高籽粒灌漿積累量。

2.2 緩釋肥配施對葉綠素含量及凈光合速率的影響

夏玉米穗位葉葉綠素含量、凈光合速率見圖3和圖4。由圖3和圖4可知，各處理葉綠素含量、凈光合速率呈相似規律，均呈先上升再下降趨勢，對照處理（CK）穗位葉葉綠素含量及凈光合速率在各生育期均顯著低于施氮處理，說明供氮可提高穗位葉的葉綠素含量及凈光合速率，適量的氮肥供應可避免玉米早衰保障穩產高產。葉綠素含量、凈光合速率在拔節期以C0N1 處理最高，分別較緩釋肥配施處理提高3.92%～16.06%、14.14%～35.27%；在吐絲期隨緩釋肥配施比例的提高先升高再降低，以C3N1 處理最高；在灌漿期隨緩釋肥配施比例的提高而提高，顯著高于尿素單施處理，以C1N0處理最高。緩釋肥配施處理在吐絲期、灌漿期分別較C0N1 處理提高葉綠素含量3.51%～17.14%、8.89%～24.11%，提高凈光合速率12.22%～19.94%、7.02%～29.20%。表明高比例緩釋肥配施有利于提高玉米生育后期葉綠素含量及凈光合速率，從而提高光合效率達到高產穩產效果。

圖3 不同緩釋肥配施處理對夏玉米穗位葉葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of different ratios of CRU treatments on chlorophyll content in ear leaf of maize

圖4 不同緩釋肥配施處理對夏玉米穗位葉凈光合速率的影響Fig.4 Effects of different slow-release fertilizer combination treatments on the net photosynthetic rate of leaf in the panicle position of summer maize

2.3 緩釋肥配施對干物質的影響

由圖5可知，夏玉米地上部干物質量在全生育期內呈S 形曲線增加趨勢，在苗期各處理干物質積累量差異不顯著，在拔節期至成熟期各施氮處理的干物質量均顯著高于對照處理（CK），拔節期C0N1 處理顯著高于緩釋肥配施處理較C1N0 處理、C3N1 處理、C1N1 處理、C1N3 處理分別提高7.34%、4.73%、1.73%、0.19%。處理間干物質積累量差異隨生育進程推進而增大，吐絲期后緩釋肥配施處理干物質積累量顯著高于尿素、緩釋肥單施處理，以C3N1 處理最高，C3N1 處理較C0N1 處理、C1N0 處理在吐絲期分別提高26.99%、11.78%；在灌漿期分別提高28.26%、20.71%；在成熟期分別提高26.54%、12.04%。吐絲期后干物質積累量總體表現為C3N1處理>C1N1處理>C1N3處理>C1N0處理>C0N1處理>CK 處理。以上結果表明緩釋肥配施較尿素單施促進了夏玉米的干物質積累，且配施比為3∶1（C∶N）時對吐絲期后干物質積累量的提升效果最優。

圖5 不同緩釋肥配施處理對夏玉米干物質積累量的影響Fig.5 Effects of different slow-release fertilizers on dry matter accumulation of Summer Maize

2.4 緩釋肥配施對產量的影響

表4為不同施肥方式對玉米產量和產量構成因素的影響的試驗結果。

表4 不同施肥方式對玉米產量和產量構成因素的影響Tab.4 Effects of different fertilization methods on maize yield and yield components

由表4可知，緩釋肥配施較尿素單施增產顯著。隨著緩釋肥配施比例提高，夏玉米產量呈先增加后降低趨勢，以C3N1處理最高，C3N1處理產量較C1N1處理、C1N3處理、C1N0處理、C0N1 處理、CK 處理分別增產9.87%、12.69%、26.56%、16.08%、53.88%。夏玉米產量構成因素中，各施肥處理間穗長、穗粗及穗行數差異不顯著，但顯著高于對照處理（CK）；C3N1 處理行粒數顯著高于其他處理，分別較C1N1 處理、C0N1 處理、C1N0 處理提高5.10%、9.22%、8.80%；各處理百粒重差異顯著，以C3N1 處理最高。可以看出，緩釋肥配施比為3∶1（C∶N）時增產效果最優。

采用逐步線性回歸法建立最優回歸方程，將產量作為因變量，產量構成因素（穗長、穗粗、穗行數、行粒數、百粒重）作為自變量，得到∶產量=353.994×百粒重+235.228×行粒數-10 124.246，判別系數R2=0.953。說明百粒重及行粒數顯著影響夏玉米產量，而穗長、穗行數、穗粗則對夏玉米產量無顯著影響，即緩釋肥配施條件下夏玉米產量提高的決定性產量構成因素是百粒重及行粒數。

3 討 論

3.1 緩釋肥配施對夏玉米生理指標及干物質積累的影響

緩釋肥的施用維持了生育后期較高的光合速率及葉綠素含量，增加了吐絲后光合同化物的積累及分配，促進較多的光合同化物向籽粒的轉運，進而實現增產，研究顯示同化物供應不足是籽粒灌漿不良的主要因素之一[24]。姬景紅[25]等研究發現緩釋肥配施可提高葉綠素含量及凈光合速率，提高葉片功能期延續時間，有效延緩功能葉片的衰老，與本研究結論一致。干物質積累是玉米籽粒形成的物質基礎，而花后干物質的積累與分配是決定籽粒產量主要因素[26]。本研究中在玉米生長發育前期，尿素單施處理的干物質積累量高于施用緩釋肥的處理尤其是緩釋肥單施處理，但在吐絲后緩釋肥配施處理的干物質積累量隨緩釋肥配施比例提高而先升高再降低以C3N1 處理最高，且施用緩釋肥處理的干物質積累量均顯著高于尿素單施處理，表明緩釋肥配施養分釋放規律更貼合玉米的需肥規律，緩釋肥配施處理較緩釋肥單施處理保證了前期養分充足，較尿素單施處理避免了后期養分不足。緩釋肥配施增加了干物質積累量，尤其是花后干物質積累量，進而提高籽粒產量。

3.2 緩釋肥配施對夏玉米灌漿及產量的影響

在玉米高產栽培種植中，粒重的提高是產量的提升的主導因素[27]，最終粒重的形成，主要受灌漿速率及灌漿持續時間的影響[28,29]，提高粒重的關鍵在于增強快增期灌漿速率，避免玉米在灌漿末期早衰，增強緩增期灌漿速率，加快光合產物向籽粒的轉運[30]。付江鵬等[16]研究表明，百粒重與各灌漿階段的灌漿速率均呈顯著正相關，與灌漿持續時間相關不顯著，其中快增期灌漿速率對百粒重影響最顯著。錢春榮等[31]研究表明，減少漸增期庫容建成時間，增加快增期、緩增期持續時間，對玉米產量具有提高效果，本研究中，緩釋肥配施縮短了漸增期持續時間，提高了快增期、緩增期的灌漿速率及灌漿持續時間，從而提高粒重。王樂等[32]發現，籽粒灌漿速率最大時的生長量和灌漿活躍期是影響百粒重的主要因素，百粒重的提高是提高玉米產量的原因之一。劉明等[33]研究表明，玉米粒重與灌漿活躍期相關性較小，與最大灌漿速率和平均灌漿速率呈顯著正相關。本研究結果表明，緩釋肥配施處理籽粒的最大灌漿速率、平均灌漿速率、灌漿速率最大時生長量隨緩釋肥配施比例的提高而先升高再降低，以C3N1 處理最高，灌漿活躍期隨緩釋肥配施比例的提高不斷提高，以C1N0處理最高，由于C1N0 處理灌漿速率較低，導致其百粒重較低，與李偉的研究結論一致[19]。

玉米種植中，緩釋肥的施用可顯著增加產量。程虎虎[34]在研究發現包膜緩釋肥、緩釋肥復合肥及緩釋配施均可顯著提高玉米穗長、穗粒數、千粒重及產量。本研究結果表明，緩釋肥配施可顯著提高產量，C3N1 處理產量最高較C0N1 處理、C1N0 處理分別增產26.56%、16.08%，C1N0 處理產量的下降可能是由于緩釋肥前期養分釋放不足后期養分供過于求，導致前期脫肥后期貪青晚熟[19]。穗粒數，百粒重是影響玉米產量的重要因素[35]，Yue[36]等研究發現合理的氮供應增加了穗粒數和百粒重，從而提高產量，陶振水[37]等研究發現施用緩釋肥處理較施用尿素處理，增產8.67%，穗粒數提高10.21%，本研究中緩釋肥配施條件下夏玉米產量提高的決定性產量構成因素是百粒重及行粒數，且以C3N1 處理最優，表明配施比為3∶1（C∶N）是較為合理的施氮方式。

4 結 論

一次性基施模式下緩釋肥可為玉米生育后期提供充足養分，延長葉片功能期，從而保證后期仍有較高的凈光合速率及葉綠素含量，干物質積累及灌漿能力。緩釋肥配施可顯著提高產量及產量構成因素，產量提高的決定性產量構成因素是行粒數及百粒重。根據Richards模型，緩釋肥配施有利于提高起始生長勢，縮短籽粒達到最大灌漿速率的時間，提高達到最大灌漿速率時的百粒重，延長灌漿活躍期，延長快增期、緩增期持續時間及灌漿速率進而提高百粒重。在夏玉米一次性基施模式下，配施比3∶1（C∶N）為最佳施肥策略。