不同灌溉方式对玉米氮素吸收及利用效率的影响研究

郑文生，孟 岩，李芳花，孙彦君，刘 潇

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

不同灌溉方式对玉米氮素吸收及利用效率的影响研究

郑文生，孟 岩，李芳花，孙彦君，刘 潇

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

本文基于田间试验，研究了不同灌溉方式对玉米氮素吸收及氮素利用效率的影响。结果表明，玉米籽粒吸氮量高于茎秆吸氮量，占总吸氮量的60%以上；在地下滴灌方式玉米籽粒吸氮量、茎秆吸氮量和总吸氮量都高于其他处理；氮肥利用率与土壤氮素依存率之间存在极显著的负相关关系，氮肥利用率在0.05水平，滴灌带埋深30 cm处理和滴灌带埋深15 cm处理与喷灌处理差异显著，说明地下滴灌方式与喷灌方式比可以显著提高氮素利用率。

灌溉方式；玉米；氮素吸收；氮肥利用效率

氮肥是粮食生产过程中重要的营养元素，也是产量形成过程中重要限制因子[1]，当耕地土壤氮素供应不足时，可通过施用氮肥满足粮食作物对氮素养分的需求，降低氮素供需矛盾。氮肥在粮食生产中施用量最大，增产效果也最显著[2]。但是作物产量与土壤含氮量并非正相关关系，当过度增加氮肥用量时，增产效益逐渐下降，氮肥利用效率持续降低，损失量会逐步升高，土壤氮素残留量也会升高，进而增加了破坏水土环境的风险[3-5]。合理进行氮肥管理既能满足作物的养分需求，又可避免养分流失，是提高氮素利用效率的重要措施。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在黑龙江省水利科技试验研究中心进行。该基地位于东经125°45′，北纬45°22′，属中温带大陆季风性气候，全年平均气温在-4 ℃～5 ℃之间，多年平均降雨量介于400～650 mm。土壤类型为黑土， 0～80 cm剖面的土壤均为粉壤土，平均饱和含水率为0.46 cm3/cm3，田间持水率为0.36 cm3/cm3，凋萎系数为0.20 cm3/cm3，平均干容重为1.34 g/cm3。

1.2 试验设计

供试玉米品种为东福1号，生育期123 d，耕作方式采用大垄双行，垄上行距45 cm，垄间行距85 cm，株距30 cm，种植密度50 000株/hm2。试验处理有喷灌、地表滴灌、地下滴灌(两种，滴灌管埋深分别为15 cm和30 cm)和对照处理(见表1)，3次重复，共15个试验小区。各处理化肥施用量和时间保持一致，采用相同田间管理方式。

灌水和施肥：根据当地经验施基肥磷酸二铵300 kg/hm2，硫酸钾150 kg/hm2，硫酸锌22.5 kg/hm2，折合纯氮量54.0 kg/hm2，有效磷(P2O5)138.0 kg/hm2，有效钾(K2O)81.0 kg/hm2；根据土壤墒情拔节期(7月5日)灌水15 mm；随水追施尿素260 kg/hm2，折合纯氮量为120 kg/hm2氮肥；喷灌施肥采用撒施，然后覆土。地面滴灌和地下滴灌处理使用30 L压差式施肥罐灌水施肥，在施肥罐的进口和出口分别安装精度为5%的压力表，控制通过施肥罐的压差和系统首部压力，施肥罐出口压力恒定为0.10 MPa，压差控制在0.05 MPa左右。为保证均匀施肥，每次施肥前需要先灌入一定量的清水，系统稳定后再进行施肥，最后对系统进行冲洗[6-7]。

表1 试验处理

1.3 测定指标

在玉米收获时，每个处理取三株玉米，然后将玉米放置于烘箱中，设置65 ℃左右烘干至恒重，分别称量玉米茎秆和籽粒重，并分别将玉米茎秆和籽粒样品进行研磨，将研磨的样品放入自封袋内保存，用凯氏定氮仪测试玉米茎秆和籽粒中全氮的含量，计算玉米茎秆和籽粒吸氮量(植株全氮含量乘以地上部分的干物质质量)。

1.4 参数计算

(1)氮肥偏生产力=施氮区产量/施肥量，kg/kg。

(2)氮肥农学利用率=(施氮区籽粒产量-无氮区籽粒产量)/施氮量，kg/kg。

(3)氮肥利用率，反映了作物对施入土壤中的肥料氮的回收效率，即

NRE=(U-U0)/F

(1)

式(1)中：NRE为氮肥利用率，%；U为施肥后玉米收获时地上部的吸氮总量，kg；U0为不施氮肥时玉米收获期地上部的吸氮总量,kg;F为化肥氮的投入量,kg。

(4)农作物产量对土壤肥力的依存率[8]，即土壤基础肥力对农作物单产的贡献份额用式(2)来表示：

(2)

式(2)中：X为不施氮肥产量，即土壤基础肥力的产量，kg/hm2；Ymax为施氮肥后的产量，kg/hm2。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对玉米吸氮量的影响

测定各处理的籽粒和茎秆含氮量，分别计算籽粒、茎秆吸氮量，及总吸氮量，进行多重比较，结果见表2。从表2中数据可以看出，各试验处理的玉米籽粒吸氮量大小顺序为：滴灌带埋深30 cm处理、滴灌带埋深15 cm处理、地面滴灌处理、喷灌处理、CK处理，分别是153.13 kg/hm2、142.03 kg/hm2、137.17 kg/hm2、117.16 kg/hm2和109.39 kg/hm2，分别比对照处理提高了39.99%、29.84%、25.40%和7.10%。通过方差分析可知在0.05水平，滴灌带埋深30 cm处理与喷灌处理和对照处理之间差异显著，滴灌带埋深15 cm处理、地面滴灌处理、喷灌处理和对照处理相互之间差异不显著，滴灌带埋深30 cm处理与滴灌带埋深15 cm处理之间差异不显著，说明地下滴灌方式与对照处理比可以显著提高玉米籽粒吸氮量。

表2 玉米吸氮量多重比较

各试验处理的玉米茎秆吸氮量大小顺序为：滴灌带埋深15 cm处理、滴灌带埋深30 cm处理、喷灌处理、对照处理、地面滴灌处理，分别是93.70 kg/hm2、82.78 kg/hm2、73.38 kg/hm2、71.54 kg/hm2和68.67 kg/hm2。滴灌带埋深15 cm处理、滴灌带埋深30 cm处理、喷灌处理、地面滴灌处理茎秆吸氮量分别比对照处理提高了30.98%、15.71%、3.41%、和-4.01%。通过方差分析可知在0.05水平，滴灌带埋深15 cm处理的茎秆吸氮量与地面滴灌处理、喷灌处理和对照处理差异显著，滴灌带埋深15 cm处理与滴灌带埋深30 cm处理不显著，这说明地下滴灌方式与对照处理比可以显著提高玉米茎秆吸氮量。

各试验处理的玉米总吸氮量大小顺序为：滴灌带埋深30 cm处理、滴灌带埋深15 cm处理、地面滴灌处理、喷灌处理和对照处理，分别是236.21 kg/hm2、235.73 kg/hm2、205.84 kg/hm2、191.14 kg/hm2和180.94 kg/hm2。分别比对照处理提高了30.55%、30.28%、13.76%和5.64%。通过方差分析可知在0.05水平，滴灌带埋深30 cm处理和滴灌带埋深15 cm处理与喷灌处理和对照处理差异显著，在0.01水平，滴灌带埋深30 cm处理和滴灌带埋深15 cm处理与对照处理差异显著，这说明地下滴灌方式与对照处理比可以极显著地提高玉米总吸氮量。

由此可知，地下滴灌处理提高了玉米籽粒吸氮量、茎秆吸氮量和总吸氮量，这主要是由于地下滴灌处理是在玉米根系层进行灌溉施肥，氮素会快速运移到玉米根系附近，有利于玉米对氮素的吸收利用。

对不同灌溉处理下玉米籽粒吸氮量、茎秆吸氮量及占总吸氮量的比例进行比较(表3)。可见，籽粒的吸氮量占总吸氮量的比例在60%以上，高低顺序为地面滴灌处理、滴灌带埋深30 cm处理、喷灌处理、对照处理和滴灌带埋深15 cm处理；玉米籽粒吸的氮量高于茎秆吸氮量。

表3 玉米籽粒和茎秆吸氮量分析

2.2 不同灌溉方式对玉米氮肥利用效率的影响

计算不同灌溉处理下玉米氮肥利用效率，分别计算氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、氮肥利用率和土壤氮素依存率，并进行多重比较，结果见表4。

表4 玉米氮肥利用效率

从表4可以看出，土壤氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和土壤氮素依存率各处理之间差异不显著，氮肥利用率在0.05水平，滴灌带埋深30 cm处理和滴灌带埋深15 cm处理与喷灌处理差异显著，在0.01水平各处理之间差异不显著，这说明地下滴灌方式与喷灌方式比可以显著提高氮素利用率；各试验处理的土壤氮肥偏生产力大小顺序为：滴灌带埋深15 cm处理、滴灌带埋深30 cm处理、地面滴灌处理、喷灌处理；氮肥农学利用率大小顺序为：滴灌带埋深15 cm处理、滴灌带埋深30 cm处理、地面滴灌处理、喷灌处理；土壤氮素依存率大小顺序为：喷灌处理、地面滴灌处理、滴灌带埋深30 cm处理、滴灌带埋深15 cm处理；氮肥利用率大小顺序为：滴灌带埋深30 cm处理、滴灌带埋深15 cm处理、地面滴灌处理、喷灌处理，分别是46.06%、45.66%、20.75%和8.50%。可见地下滴灌方式氮肥利用率高于地面滴灌处理和喷灌处理。

绘制各灌溉处理氮肥利用率与土壤氮素依存率之间的关系图，见图1。

图1 不同灌溉方式氮肥利用率与土壤氮素依存率之间的关系

由图1可知，随着氮肥利用率的提高，土壤氮素依存率逐步降低，进行相关性分析可知，氮肥利用率与土壤氮素依存率之间存在极显著的负相关关系，氮肥利用率与土壤氮素依存率间泊松相关系数为-0.782。

3 结 论

(1)玉米籽粒吸的氮量高于茎秆吸氮量，籽粒的吸氮量占总吸氮量的60%以上，可见玉米籽粒利用了大部分的氮素，因此在施肥过程中在保证玉米营养生长的需要前提下，选择生殖生长期进行追肥，会有利于氮肥的吸收和利用。

(2)不同灌溉方式条件下土壤氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和土壤氮素依存率各处理之间差异不显著，氮肥利用率在0.05水平，滴灌带埋深30 cm处理和滴灌带埋深15 cm处理与喷灌处理差异显著，说明地下滴灌方式与喷灌方式比可以显著提高氮素利用率。

(3)氮肥利用率与土壤氮素依存率之间存在极显著的负相关关系。

[1] 银敏华，李援农，李昊，等.氮肥运筹对夏玉米根系生长与氮素利用的影响[J] .农业机械学报，2016，47(6)：129-138.

[2] 纪德智.不同氮肥对春玉米氮磷钾吸收与土壤氮素残留的影响[D]. 哈尔滨：东北农业大学，2014.

[3] Hodge C A，Neculai N P. Pollution control in fertilizer production [M]. New York: CRC Press， 1994.

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[5] 岳文俊，张富仓，李志军，等. 水氮耦合对甜瓜氮素吸收与土壤硝态氮累积的影响[J].农业机械学报，2015，46(2)：88-96，119.

[6] Li J, Meng Y, Li B. Field evaluation of fertigation uniformity as affected by injector type and manufacturing variability of emitters[J]. Irrigation Science, 2007, 25(2): 117-125.

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Effects of different irrigation method on maize uptaking nitrogen and NRE

ZHENG Wensheng，MENG Yan，LI Fanghua, SUN Yanjun，LIU Xiao

(HeilongjiangProvincialHydraulicResearchInstitute,Harbin150080,China)

Based on field experiment, studied on the influence of the different irrigation methods for the nitrogen uptake and utilization efficiency. The results showed that N accumulation of maize kernel is more than its of maize haulm, is more than 60% of the total N accumulation. N accumulation of total maize, maize kernel and haulm is more than them of other treatment. Relationship between utilization rate of nitrogen fertilizer and soil nitrogen dependent rate is extremely significant negative correlation. Utilization rate of nitrogen fertilizer at the 0.05 level, difference between drip irrigation belt 30 cm depth treatment, drip irrigation belt 15 cm depth and sprinkler irrigation treatment is significant, the way of subirrigation can significantly improve the utilization efficiency of nitrogen.

irrigation method；maize；nitrogen uptake；NRE

国家科技支撑计划项目(2014BAD12B01)；水利部“948”技术引进项目(201425)；黑龙江省财政厅科研计划项目(201101)；黑龙江省水利科技项目(201310)

郑文生(1970-)，男，高级工程师，研究方向为农业节水理论与技术。

S274.2

A

2096-0506(2016)12-0001-04