不同耕作施肥模式對夏玉米干物質積累、產量和氮肥利用率的影響

摘要：針對當前中低產夏玉米田耕層薄、犁底層厚、單施緩釋肥及玉米生育前期氮素供應不足的問題，本試驗以玉米品種聯創839為材料，在施氮240 kg/hm2條件下，設置免耕單層PK肥（無氮肥，SPK）、免耕單層緩釋NPK肥（SNPK）、免耕單層摻混NPK肥（SNMPK）、深松分層PK肥（無氮肥，DPK）、深松緩釋NPK肥（DN-PK）、深松分層NPK肥（DNLPK）共6個處理，所有肥料均一次性基施，研究不同耕作施肥處理對夏玉米干物質積累、產量和氮肥利用率的影響。結果表明，不同耕作施肥處理對玉米成熟期干物質積累量和產量影響顯著，其中DNLPK處理玉米干物質積累量和產量均最高，較DNPK、SNMPK、SNPK處理分別顯著提高了8.8%、5.7%，9.5%、5.4%和13.0%、12.0%：不同耕作施肥處理對莖葉干物質轉運量和轉運率影響顯著，缺氮處理的干物質轉運量和轉運率均較高，其中DPK處理均最高，較DNLPK處理高出511.00 kg/hm2和7.99個百分點：不同耕作施肥處理顯著影響花前干物質對籽粒的貢獻率，缺氮處理的較高，其中SPK處理最高，比DNLPK處理高出11.17個百分點：不同耕作施肥處理對植株氮素積累量影響顯著，其中DNLPK處理最高，較DNPK、SNMPK、SNPK處理分別提高1.9%、3.9%、5.4%，均達顯著水平：不同耕作施肥處理對氮肥表觀利用效率影響顯著，其中DNLPK處理最高，較DNPK、SNMPK、SNPK處理分別提高4.9%、7.1%、11. 0%，均達顯著水平。綜上看出，深松分層施肥技術既能滿足中低產田夏玉米對養分的需求，又能提高氮肥利用率，實現產量提升。該結論可為深松分層施肥技術在生產上大面積推廣應用提供數據支撐和理論依據。

關鍵詞：深松分層施肥：中低產田：夏玉米：干物質積累：產量：氮肥利用率

中圖分類號：S513.06 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024） 08-0096-07

玉米是我國第一大糧食作物，也是重要的飼料作物，其產量水平直接影響到我國糧食安全和飼料供給。我國黃淮海小麥一玉米輪作區常年采用小麥旋耕播種和玉米帶秸直播的耕作模式，導致土壤耕層變薄，犁底層逐年加厚，土壤緊實度增加，作物產量降低，不利于作物根系下扎和養分吸收。深松可以打破犁底層，增加土壤耕層深度，有利于玉米根系生長發育，進而提高玉米干物質積累和產量。施肥是保證玉米產量的重要措施。普通尿素一次性基施，容易造成氮素揮發，降低氮肥利用率，普通尿素分次施用可以減少氮素損失并提高肥料利用率，然而不符合輕簡化生產的要求。控釋尿素是養分緩慢釋放的包膜肥料，具有提高肥料利用率和作物產量及改善作物品質等優點。但控釋尿素養分釋放較慢，玉米生育前期也需要一定的養分供給，因此僅施控釋肥會造成玉米生育前期氮素供應不足。通過普通尿素與控釋尿素配施，或普通尿素與控釋尿素分層施用都可以很好解決這一問題，不僅能保證作物生育期內的養分供應，且肥效長、肥力穩，還能提高氮肥利用率。本試驗通過研究深松分層施肥與免耕單層施肥兩種耕作施肥方式對玉米干物質積累、產量及氮素利用率的影響，旨在形成可推薦應用的新耕作和簡化施肥技術模式，這對保障我國糧食安全和生態環境安全具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

供試玉米品種為聯創839。試驗用緩釋尿素（N 44%）由山東茂施生態肥料有限公司生產；普通尿素（N 46%）由魯西化工集團股份有限公司生產；過磷酸鈣（P2O5 18.0%）和氯化鉀（K2O 60%）均由山東加倍達生物科技有限公司生產。

試驗在郯城縣泉源鎮立平農機化合作社種植基地（34°74＇N，118°42＇E）進行。其平均海拔44.6m，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年降水量超過800mm。試驗田土壤為砂漿黑土，前茬作物為冬小麥，播前耕層土壤養分含量為有機質13.68 g/kg、銨態氮2.06 mg/kg、硝態氮3.21mg/kg、速效磷18.76 mg/kg、速效鉀109.24 mg/kg。

1.2 供試農機

玉米免耕施肥精播機（2BYFSF-4）、玉米免耕深松全層施肥精播機（2BMSQFY-4），均由河北農哈哈機械集團有限公司生產。

1.3 試驗設計

試驗共設6個處理，分別為：免耕單層PK肥（無氮肥，SPK）、免耕單層緩釋NPK肥（氮肥為緩釋尿素，SNPK）、免耕單層摻混NPK肥（氮肥為30%普通尿素+70%緩釋尿素，SNMPK）、深松分層PK肥（無氮肥，DPK）、深松緩釋NPK肥（上下層氮肥為緩釋尿素，DNPK）、深松分層NPK肥（上層普通尿素N量72 kg/hm2，下層緩釋尿素N量168 kg/hm2，DNLPK），所有處理肥料均做底肥一次性施人。每處理均進行大區試驗，大區面積0.3 hm2。免耕單層施肥深度10 cm，深松分層施肥深度10 - 25 cm。玉米種植密度75 000株/hm2，于2023年6月18日采用上述兩種農機進行播種，10月7日收獲。各處理具體肥料用量見表1。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 玉米干物質測定

小喇叭口期、大喇叭口期、吐絲期、乳熟期和成熟期分別取長勢一致的3株玉米，分成葉片、莖、苞葉+軸、籽粒4部分，裝入牛皮紙袋，105℃殺青30 min后，80℃烘干至恒重，稱重。

1.4.2 全氮含量測定

用小型粉碎機將植株和籽粒磨碎，過40目篩，H2S04 -H2 02消煮，用凱氏定氮儀（KDY-9810）測定全氮含量。

1.4.3 玉米產量測定

玉米成熟后，每小區取20m2測產，選取10株長勢均勻的玉米進行考種，測定穗長、穗粗、禿尖長、行粒數、穗行數、穗粒數和千粒重。脫粒，烘干后稱重，按14%含水量折算小區和公頃產量。

1.4.4 干物質積累轉運及氮肥利用相關指標測定

各指標計算公式如下：

干物質轉運量（kg/hm2）=吐絲期營養器官干重一成熟期營養器官干重：

干物質轉運率（%）=干物質轉運量／吐絲期營養器官干重×100：

花前干物質對籽粒的貢獻率（%）=干物質轉運量／成熟期籽粒干重×100：

植株吸氮量（kg/hm2）=植株干重×氮含量；

氮肥表觀利用效率（%）=（施氮區地上部吸氮量一不施氮區地上部吸氮量）／施氮量×100；

氮肥農學效率（kg/kg）=（施氮區產量一不施氮區產量）／施氮量：

氮肥偏生產力（kg/kg）=施氮區產量／施氮量；

氮素吸收效率=成熟期玉米植株氮素積累總量／施氮量。

1.5 數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2003和SPSS24.0軟件進行計算、作圖和方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同耕作施肥處理對玉米干物質積累的影響

由表2可知，不同耕作施肥處理玉米干物質積累量隨生育期推進而增加，成熟期達到最大值。不同耕作施肥處理對玉米成熟期干物質積累量影響顯著：施氮處理組，深松施肥處理玉米干物質積累量高于免耕施肥處理，其中DNLPK處理最高，達22 032.50 kg/hm2，較DNPK、SNMPK、SNPK處理顯著提高，增幅分別為8. 8%、9.5%、13.0%，而DNPK、SNMPK處理分別較SNPK處理增加3.8%、3.2%；不施氮處理（SPK、DPK）玉米干物質積累量均低于16 000.00 kg/hm2，表明氮素缺乏嚴重限制玉米干物質積累。

綜上可知，氮素用量一定的情況下，緩控尿素和普通尿素摻混基施處理（SNMPK、DNLPK）較緩控尿素基施處理（SNPK、DNPK）更有利于促進玉米干物質積累，分層摻混施肥處理（DNLPK）玉米干物質積累量最高。

2.2 不同耕作施肥處理對玉米干物質轉運的影響

從表3看出，不同耕作施肥處理對葉片干物質轉運量有顯著影響，SPK處理的最高，達373.25kg/hm2，SNPK處理最低，SPK、DPK、DNPK處理間無顯著差異，均顯著高于SNPK處理。

不同耕作施肥處理對玉米莖干物質轉運量有顯著影響，DPK處理的最高，SPK、DPK兩缺氮處理均顯著高于施氮處理，SPK和DPK處理間及DNLPK、SNMPK和SNPK處理間均無顯著差異，DNPK處理最低，顯著低于其他處理。

不同耕作施肥處理對玉米莖+葉干物質轉運量有顯著影響，SPK、DPK兩缺氮處理均顯著高于施氮處理，其中，DPK處理的最高，較DNLPK處理高出511.00 kg/hm2。SPK與DPK處理間及各施氮處理間均無顯著差異。

不同耕作施肥處理對玉米莖+葉干物質轉運率和花前干物質對籽粒的貢獻率有顯著影響，SPK、DPK兩缺氮處理顯著高于施氮處理。其中，DPK處理的干物質轉運率最高，較DNLPK處理高出7.99個百分點：SPK處理花前干物質對籽粒的貢獻率最高，較DNLPK處理高出11.17個百分點。SPK與DPK處理間及各施氮處理間均無顯著差異。

綜上可知，氮素缺乏時，生育后期干物質積累受到限制，營養器官中有更多干物質轉運到籽粒，花前干物質對籽粒的貢獻率較大。

2.3 不同耕作施肥處理對玉米產量及其構成因素的影響

從表4中看出，不同耕作施肥處理對玉米穗粗有顯著影響。施氮處理組，DNLPK、DNPK處理穗粗分別較SNMPK、SNPK處理顯著增加。DN-LPK與DNPK處理間及SNMPK與SNPK處理間均無顯著差異。不施氮處理（SPK、DPK）穗粗均顯著低于施氮處理。

不同耕作施肥處理對穗長有顯著影響。施氮處理組，DNLPK、DNPK、SNMPK處理穗長值較大，均顯著高于SNPK處理，增幅分別達3.9%、2.8%、2.2%，DNLPK和DNPK處理間無顯著差異，SPK、DPK處理穗長均顯著低于施氮處理。不施氮處理SPK、DPK的玉米禿尖長顯著高于施氮處理。

不同耕作施肥處理對穗粒數有顯著影響。施氮處理組，DNLPK處理穗粒數最多，較DNPK、SNMPK、SNPK處理顯著增加，增幅分別達2.2%、1 .9%、2.6%；不施氮處理SPK、DPK的穗長均顯著低于施氮處理。

不施氮處理SPK、DPK的百粒重、籽粒產量均顯著低于施氮處理。施氮處理組，DNLPK處理籽粒產量最高，較DNPK、SNMPK、SNPK處理分別顯著高出5.7%、5.4%、12.0%，DNPK和SNMPK處理無顯著差異，SNMPK較SNPK處理顯著高出6.2%。

綜上可知，氮素是影響玉米產量的重要因素之一，缺氮會造成穗粗、穗長、穗粒數、百粒重顯著減少，禿尖長顯著增加，玉米籽粒產量顯著降低。

2.4 不同耕作施肥處理對玉米不同部位氮積累的影響

2.4.1 對不同部位氮積累量的影響

從表5中看出，施氮處理組，深松施肥處理葉片氮積累量高于免耕施肥處理，DNLPK處理玉米葉片氮積累量最高，達到45.42 kg/hm2，較DNPK、SNMPK、SNPK處理顯著提高，增幅分別達3.5%、4.0%、6.2%，DNPK、SNMPK、SNPK處理間無顯著差異。不施氮處理SPK、DPK的葉片氮積累量均顯著低于施氮處理。

不同耕作施肥處理對莖氮積累量有顯著影響。施氮處理組，深松施肥處理顯著高于免耕施肥處理，DNLPK處理最高，達37.00 kg/hm2，DN-PK處理次之，二者分別較SNMPK、SNPK處理提高3.6%、6.7%和2.0%、5.0%。SNMPK較SNPK處理顯著提高，增幅3. 0%。不施氮處理SPK、DPK的莖氮積累量均顯著低于施氮處理。

不同耕作施肥處理對苞葉+軸氮積累量有顯著影響。施氮處理組，深松施肥處理顯著高于免耕施肥處理，DNLPK處理最高，達27.23 kg/hm2，DNPK處理次之，二者分別較SNMPK、SNPK處理提高10.7%、12.9%和8.5%、10.7%。SNMPK和SNPK處理間差異不顯著。不施氮處理SPK、DPK的苞葉+軸氮積累量均顯著低于施氮處理。

不同耕作施肥處理對籽粒氮積累量有顯著影響。施氮處理組，深松施肥處理顯著高于免耕施肥處理，DNLPK處理最高，達137.33 kg/hm2，較DNPK、SNMPK、SNPK處理顯著提高，增幅分別為1.5%、2.7%、3.4%，DNPK較SNMPK、SNPK處理顯著提高，增幅分別為1.2%、1.9%，SNMPK與SNPK處理間無顯著差異。不施氮處理SPK、DPK的籽粒氮積累量均顯著低于施氮處理。

不同耕作施肥處理對植株氮積累量有顯著影響。施氮處理組，深松施肥處理顯著高于免耕施肥處理，DNLPK處理最高，達246.97 kg/hm2，較DNPK、SNMPK、SNPK處理顯著提高，增幅分別為1.9%、3.9%、5.4%，DNPK較SNMPK、SNPK處理顯著提高，增幅分別為2.0%、3.4%，SNMPK較SNPK處理間顯著提高。不施氮處理SPK、DPK的植株氮積累量均顯著低于施氮處理。

綜上，缺氮會降低玉米不同部位氮積累量，而施氮處理中，DNLPK處理玉米葉片、莖、苞葉+軸、籽粒和植株的氮積累量均明顯高于DNPK、SNMPK、SNPK處理，其中葉片、籽粒和植株均差異顯著。

2.4.2 對不同部位氮積累比例的影響

從表6中看出，不同耕作施肥處理對玉米葉片氮積累比例影響不顯著：各施氮處理組莖的氮積累比例均顯著高于不施氮處理SPK、DPK;施氮處理組，深松施肥處理苞葉+軸氮積累比例顯著高于免耕施肥處理，DNLPK、DNPK處理分別較SNMPK、SNPK處理高出6.5%、7.1%，DNLPK與DNPK處理間及SNMPK與SNPK處理間均無顯著差異。

不同耕作施肥處理對玉米籽粒氮積累比例影響顯著，且缺氮處理顯著高于施氮處理，其中SPK處理最高，為60.08%，DPK處理次之，為58.96%；施氮處理組，SNPK、SNMPK分別顯著高于DN-PK、DNLPK。

綜上可知，氮素缺乏時，葉、莖、苞葉+軸等營養器官中的氮更多轉運到籽粒中。

2.5 不同耕作施肥處理對玉米氮素利用率的影響

從表7中可以看出，不同耕作施肥處理間玉米氮肥偏生產力、氮肥表觀利用效率、氮肥農學效率、氮素吸收效率均存在顯著差異，各指標均以DNLPK處理最高，DNPK、SNMPK處理次之，SNPK處理最低。其中，DNLPK處理氮肥表觀利用效率較DNPK、SNMPK、SNPK處理分別提高4.9%、7.1%、11.0%，差異均達顯著水平。說明DNLPK處理更能提升玉米的氮肥利用率。

3 討論與結論

合理的耕作和施肥技術結合可以改善作物生長環境，增加土壤肥力和提高作物產量。張麗光等研究認為，滅茬旋耕深松全層簡化施肥方式可顯著提高玉米光合特性、產量和經濟效益。宋朝玉等研究認為，分層施肥促進夏玉米根系對養分的吸收和轉運，提高肥料利用率和玉米籽粒產量。馬陽研究認為，在施用控釋氮肥情況下，深松分層施肥比免耕淺施肥更能提高玉米成熟期干物質積累量和籽粒產量，控釋尿素與普通尿素按7：3摻混基施比全部施用控釋尿素或全部施用普通尿素，顯著增加玉米穗粒數和百粒重，提高玉米產量。本研究結果表明，免耕單層施肥處理中，摻混施肥處理SNMPK比緩釋肥處理SNPK玉米干物質積累量和玉米籽粒產量分別提高7.1%和3. 2%：深松分層施肥處理中，以DN-LPK處理干物質積累量和玉米籽粒產量最高，比DNPK處理分別提高8.8%和5.7%，與免耕單層緩釋肥處理SNPK比，分別提高13.0%和12.0%。深松分層施氮促進作物對氮肥的吸收，進而提高氮積累量和利用率。趙亞麗等研究認為，分層施肥作物氮積累量可提高10.5%。

本研究結果表明，DNLPK處理植株氮積累量較DNPK、SNMPK、SNPK處理均顯著提高，增幅分別為1 .9%、3.9%、5.4%，氮肥表觀利用效率以DNLPK處理最高，較DNPK、SNMPK、SNPK處理均顯著提高，增幅分別為4. 9%、7.1%、11.0%。綜上可知，黃淮海地區小麥玉米一年兩熟條件下，采取兩季作物全量秸稈還田、小麥季旋耕、玉米季免耕播種的種植制度，中低產田玉米季采用深松分層施肥（上層施普通尿素純N 72 kg/Fhm2+下層施緩釋尿素純N 168 kg/hm2）播種技術，有利于打破土壤犁底層，促進根系下扎，從土壤中吸收更多的水分和養分，玉米地上部積累更多的干物質，進而提高玉米產量，這對玉米高產高效生產具有促進作用。此耕作施肥模式的推廣應用對實現黃海地區夏玉米持續高產、穩產具有重要意義。

基金項目：山東省農業重大技術協同推廣計劃項目“玉米綠色高效生產模式構建與示范推廣”（SDNYXTTG- 2023 - 35）；山東省 玉米產業技術體系臨沂綜合試驗站（SDAIT-02-23）