氮肥減施對夏玉米產量及水氮利用效率的影響

宋世浩 ， 李濱鍵 ， 王景旭

（1.河北工程大學水利水電學院，河北 邯鄲 056002；2.河北省智慧水利重點實驗室，河北 邯鄲 056002）

0 引言

氮肥在我國提高糧食產量的過程中扮演著重要角色，中國作為目前世界上施氮量最大的國家，同時存在著氮肥強度過高、氮肥利用率較低等問題[1]。韓祥飛等[2]通過研究發現夏玉米的產量受施氮量的顯著影響，二者的關系近似拋物線形。Hammad 等[3]在對施氮量與玉米產量之間聯系的研究中發現，在施氮量250 kg/hm2的基礎上減氮16.7%，未造成當地夏玉米減產。鄒曉錦等[4]也在研究中發現，在農民習慣施氮量240 kg/hm2的基礎上減氮10%和20%，玉米產量沒有顯著降低。

作物的田間耗水量可以反映出土壤和作物對水分的消耗情況[4]，其受灌溉制度和降雨量的影響較大[5]。作物的水分利用效率是反映作物的產量和耗水量之間關系的一個指標[6]。氮肥的利用效率可以通過氮肥利用率來反映，然而有研究表明，目前我國氮肥利用率僅有30%~35%，遠低于一些發達國家[7]。長期過量地施用氮肥對作物的產量沒有顯著的提升效果，反而會造成氮肥利用率降低[8-10]。劉夢等[11]研究發現氮肥施用量在200 kg/hm2時，氮肥利用率達到最高，而過高的施氮量會引起這個指標的降低。李銀坤等[12]提出在合理范圍內減少施氮量，不會造成作物減產且能提高氮肥利用率。曹亞娟等[13]研究發現，增加施氮量會抑制玉米的氮素利用效率。張偉納等[14]研究發現，在常規施肥量的基礎上減施氮肥20%，能提高氮肥利用效率。本文通過分析冀南地區不同施氮量對夏玉米產量以及水氮利用效率的影響，探究冀南地區既能增產又能提高水氮利用效率的最佳氮肥施用量。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

大田試驗于2021 年6—9 月份在邯鄲市永年區小龍馬鄉小龍馬村（北緯36°44′15″，東經114°38′16″）進行。試驗區年均氣溫14 ℃，年均降雨量527.8 mm，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。試驗區土壤質地為壤土。夏玉米播種前0~20 cm 土層pH 值為7.74、有機質含量為12.3 g/kg、全氮含量為0.77 g/kg、堿解氮含量為129.7 mg/kg、速效磷含量為43.8 mg/kg、速效鉀含量為116.4 mg/kg，試驗期間降雨量為667.6 mm。

1.2 試驗設計

試驗小區隨機排列，小區面積為6.0 m×5.0 m（30 m2），三次重復，小區間設隔離帶，外圍設保護行。試驗所用夏玉米品種為“福曌88”，播種前施用底肥，磷鉀肥全部作底肥施用，氮肥底肥和追肥各占50%，全生育期內灌水一次，隨灌水追施氮肥。設置四組施氮水平：N3 習慣施肥270 kg/hm2（N3PK）、N2 配方高氮225 kg/hm2（N2PK）、N1 配方低氮180 kg/hm2（N1PK）、N0 配方無氮0 kg/hm2（N0PK）。供試肥料選用N 含量為46%的尿素、P2O5含量為12%的過磷酸鈣、K2O 含量為50%的硫酸鉀，不同處理施肥方案如表1 所示。

表1 不同處理施肥方案

1.3 測定項目與方法

1）植株全氮：奈氏比色法。

2）產量及其構成因素：成熟期隨機選取長勢均勻的一行玉米進行田間測產，三次重復，然后進行室內考種，測產指標主要有百粒重、單穗籽粒質量、穗粒數。

3）作物吸氮量（kg/hm2）=籽粒氮吸收量+莖葉氮吸收量。

4）田間耗水量（mm）=有效降水量+生育期灌水量+播種前土壤貯水量-收獲期土壤貯水量。

5）水分利用效率[kg/(hm2·mm)]=籽粒產量/田間耗水量。

6）氮肥利用率（%）=（施氮區作物吸氮量-不施氮區作物吸氮量）/氮肥施用量×100%。

7）氮肥農學效率（%）=（施氮區產量-不施氮區產量）/該區氮肥施用量×100%。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2016 處理試驗數據，使用SPSS 25.0分析數據并進行差異顯著性檢驗，使用Origin 2018進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 氮肥減施對夏玉米產量的影響

不同施氮量處理對夏玉米籽粒產量和產量結構的影響如表2 所示。可見，施用氮肥對夏玉米產量有顯著的影響（P<0.05），產量隨著施氮量的增加先增加后趨于穩定。夏玉米籽粒產量為N2>N3>N1>N0，與N0 處理相比，施用氮肥的夏玉米籽粒產量提升了29.78%~38.19%。三種施氮處理中，N1 處理較N0 處理增產29.78%，效果最差；隨著施氮量的增加，N2和N3 處理的夏玉米籽粒產量較N0 處理分別增產38.19%和37.66%，二者差異不顯著（P>0.05）。與N3 處理相比，N2 處理產量增長0.39%，N1 處理籽粒產量降低5.73%。

表2 不同施氮量對夏玉米產量及產量構成因素的影響

施用氮肥能顯著地提高夏玉米的穗粒數（P<0.05），施氮處理的夏玉米穗粒數較N0 提高了25.81%~32.33%。施氮量達到N2 處理大小時，增加氮肥施用量對夏玉米穗粒數沒有顯著影響（P>0.05），N3與N2處理下，夏玉米穗粒數差異較小。

施用氮肥對夏玉米百粒重的影響不顯著（P>0.05）。相較于N0，施用氮肥能對夏玉米百粒重有一定的促進作用，為3.19%~4.79%。

2.2 氮肥減施對夏玉米水分利用效率的影響

不同施氮量處理對夏玉米生育期內耗水量及水分利用效率的影響情況如表3 所示。可見，施用氮肥對耗水量的影響不顯著（P>0.05），四種施氮量處理下，夏玉米生育期耗水量差異不大，在681.73 mm~689.93 mm 之間。隨著施氮量的增加，夏玉米生育期內耗水量變化沒有明顯規律。

表3 不同施氮量對夏玉米水氮利用效率的影響

施加氮肥對夏玉米的水分利用效率有顯著影響（P<0.05），水分利用效率隨著施氮量的增加先增大后趨于穩定。四種施氮量處理下的水分利用效率從大到小為N3>N2>N1>N0。與N0 處理相比，施用氮肥能較大提高夏玉米的水分利用效率，提高了29.95%~38.73%，而不同施氮量對夏玉米水分利用效率的影響不顯著（P>0.05）。在N3 習慣施氮量的基礎上減施氮肥，N2 處理下的水分利用效率變化不大，降低了0.78%，N1處理降低了6.32%。

2.3 氮肥減施對氮肥利用率的影響

由表3 可知不同施氮量處理對夏玉米氮肥利用率和氮肥農學效率的影響情況，不同施氮量處理下，夏玉米氮肥利用率變化范圍為33.50%~41.30%，N2>N1>N3，隨著施氮量的增加先增后減，N2 處理下氮肥利用率最高，為41.30%；N3 處理下氮肥利用率最低，為33.50%。在N1 處理的基礎上增加施氮量對氮肥利用率的影響不顯著（P>0.05），但當施氮量達到N2 處理大小時，施氮量的增加對氮肥利用率影響顯著（P<0.05）。在N3 習慣施氮量的基礎上減施氮肥，N2 處理下的氮肥利用率較N3 增長23.28%，N1處理下的氮肥利用率較N3增加18.63%。

不同施氮量氮肥農學效率變化范圍為10.59%~12.89%，N2>N1>N3，隨施氮量的增加先增后減。在N1 處理的基礎上增加施氮量對氮肥農學效率的影響不顯著（P>0.05），當施氮量達到N2 處理大小時，增加施氮量對氮肥農學效率顯著影響（P<0.05）。在N3習慣施氮量的基礎上減氮施肥，N2 處理下的氮肥農學效率較N3 增加21.72%，N1 處理下的氮肥農學效率較N3增加18.60%。

3 結論

1）施加氮肥能顯著提升冀南地區夏玉米的產量（P<0.05）。與N0 相比，施氮處理夏玉米增產29.78%~38.19%。N1 處理增產幅度最小，為29.78%；N2 和N3 處理增產幅度分別為38.19%和37.66%，二者差異不顯著（P>0.05）。施加氮肥對夏玉米百粒重的影響不顯著（P>0.05），對夏玉米穗粒數的影響顯著（P<0.05），與N0 處理相比，施加氮肥的夏玉米穗粒數提高25.81%~32.33%。

2）施氮量對夏玉米生育期耗水量沒有顯著影響（P>0.0 5），對水分利用效率有顯著的影響（P<0.05）。與N0 處理相比，施用氮肥水分利用效率提升29.95%~38.73%。N1 處理的提升效果最小，為29.95%；N2 與N3 處理對夏玉米水分利用效率的促進效果比較明顯，分別為37.65%和38.73%，在N3 處理的基礎上減施氮肥，N2 處理下的水分利用效率變化不大，降低了0.78%，N1處理降低了6.32%。

3）氮肥利用率和氮肥農學效率隨施氮量的增加都呈先增后減的趨勢，N2>N1>N3。氮肥利用率在N1 處理下為39.74%，N2 處理下達到最大，為41.30%，變化不顯著（P>0.05）；與N1、N2 相比，N3處理（33.50%）顯著降低（P<0.05）；在N3 習慣施氮量的基礎上減施氮肥，N2 處理下的氮肥利用率較N3 增長23.28%，N1 處理下的氮肥利用率較N3 增加18.63%。氮肥農學效率變化范圍為10.59%~12.89%，在N3 習慣施氮量的基礎上減氮施肥，N2 處理下的氮肥農學效率較N3 增加21.72%，N1 處理下的氮肥農學效率較N3 增加18.60%。