氮肥施用深度对玉米苗期植株生长及养分吸收的影响

俞洪燕++钱晓刚++罗绪强++张胜爽++欧阳金美++张珍明

摘要：通过桶栽的方法，研究氮肥不同施用深度[3 cm（T3）、5 cm（T5）、7 cm（T7）、9 cm（T9）、11 cm（T11）]对玉米苗期根系数量、根体积、根干质量、株高、地上部干物质积累量、叶片叶绿素含量和养分吸收的影响，以期为研究氮肥施用深度对玉米苗期植株生长和养分吸收的影响、玉米苗期施用氮肥的方式提供参考。结果表明，氮肥深施可以在一定程度上促进根系干质量、株高增加，并在一定程度上提高地上部干物质积累量与叶片中叶绿素（叶绿素a+叶绿素b）含量，促进养分吸收；玉米根干质量、根体积均在7 cm深度处理达到最大值；玉米苗期随着施肥深度的增加，各处理株高由高到低依次为T7>T9>T5>T11>T3；随着氮肥施用深度的增加，玉米苗期地上部干物质的积累量、叶片中叶绿素（叶绿素a+叶绿素b）含量、叶片和茎中氮、磷、钾含量最高的均为T9处理。综合试验结果可知，氮肥的不同施用深度对玉米苗期植株生长和养分吸收有显著影响，氮肥深施在土层厚度为7～9 cm时的效果最好。

关键词：氮肥；施用深度；玉米；养分吸收；养分分配

中图分类号： S147.24；S513.06文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）08-0044-04

玉米苗期传统的施氮方法是将肥料直接撒在土表或者撒在土表后再覆上1层薄土，但是根系吸收养分必须在一定的距离范围内进行，这个施肥位置直接影响玉米根系对养分的利用效率。在所有必需营养元素中，氮是限制植物生长和产量形成的首要因素。氮肥在我国农业生产中发挥着重要作用，但是由于使用比例失衡，大大超出作物的实际需求量，导致浅层地下水氮素污染，水质变差，给人们的生活和工业生产带来不利影响[1-2]。因此，提高作物对氮肥的吸收和利用对于农业发展和改善环境至关重要。提高氮肥利用率的一个重要措施就是做到精准施肥，保证施加到土壤中的氮肥能够更有效地被利用。许多学者在提高氮肥利用率方面进行了相关研究，发现肥料的不同施用位置不但影响肥料养分在土壤中的运移和转化[3-5]，也影响养分在作物体内的运移和积累[6-7]，从而影响作物产量和肥料利用效率[8]。玉米苗期在肥料施用深度方面的研究主要集中在种肥施用深度上[9-11]；同时也有研究表明，夏玉米施用磷肥增产效果显著，磷肥集中深施效果优于浅施，且与其他深度相比，以磷肥集中深施在15 cm土层时效果较好[12]。此外，在肥料施用深度对玉米根系生长的影响方面，研究表明玉米垄沟深追肥与传统的撒施覆盖相比更有利于增加深层根系数量[13]。从玉米的整个生育期来看，玉米苗期是养分需求的临界期，玉米苗期的生长发育状况对施肥位置比较灵敏，能够作为判断养分施入位置是否优劣的重要指标。此外，氮是玉米生长的必需营养元素，旱地养分供应区域相对比较固定，氮的位置效应可能表现得更明显。本研究通过玉米桶栽试验，以惠玉908为试验品种，以氮肥施用的不同深度为试验因素，对比研究玉米苗期根系、株高、地上部干质量、叶片中的养分含量和叶片中叶绿素的含量，以研究玉米苗期氮肥的最佳施用深度，为玉米苗期氮肥的养分管理提供一定的指导。

1材料与方法

1.1试验材料

试验土壤为贵州省贵阳市乌当区大田土，取距离表层 20 cm 以内深度的土壤。将土粒捣细后均匀地装进桶里，土的高度为35 cm，然后贴上标签，土壤理化性质：全氮含量 1.5 g/kg，全磷含量189 g/kg，全钾含量21.99 g/kg，碱解氮含量85.4 mg/kg，速效磷含量18.52 mg/kg，速效钾含量 55.1 mg/kg，有机质含量42 g/kg，pH值6.5。

玉米供试品种为惠玉908，生育期为136 d，株高237 cm，穗粒高93 cm。在3月至4月上旬之间播种最佳，直播和育苗均可。种植密度为42 000～48 000株/hm2，可净作或套作。在苗期进行匀苗，及时中耕除草，加强病虫害防治。该品种适宜种植在贵州省贵阳市、遵义市、安顺市、黔南州、黔东南州、铜仁市、毕节市、黔西南州。

供试肥料：在试验中施用的氮肥为尿素（含46%N），磷肥为过磷酸钙（含12%P2O5），钾肥为氯化钾（含60%K2O）。按作物目标产量进行推荐施肥的方法，根据斯坦福公式：养分施用量=（作物所需养分吸收量-土壤养分供应量）÷肥料当季养分利用率，肥料配比N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶0.4 ∶0.2[14]，氮肥按总量的30%计算，确定苗期施肥量，其中氮肥 1.599 g/桶，磷肥8.167 g/桶，钾肥0.817 g/桶。

试验器具：试验桶，开口直径×高=35 cm×45 cm。

1.2試验方案

试验设置5个处理：T3，氮肥施用深度为3 cm；T5，氮肥施用深度为5 cm；T7，氮肥施用深度为7 cm；T9，氮肥施用深度为9 cm；T11，氮肥施用深度为11 cm。每个处理设8个重复。在距离平整土面5 cm的深度播种，一次性播种3粒，播种时间为2015年10月25日，1叶1心时每盆选取长势一致的玉米苗1株，当玉米长出第3张叶芽时，在距离玉米植株10 cm的水平方向上，分别向距离土面垂直方向3、5、7、9、11 cm的深度施氮肥，在2015年12月15日取样并进行各指标的测定。

试验地点在贵州省贵阳市乌当区贵州师范学院地理与旅游学院的试验大棚基地（地理位置106°75′E，26°63′N），该区属于亚热带湿润性季风气候，温度适宜。

田间管理：在施肥后定期观察、浇水和除草。

1.3测定项目与方法

根系各指标测定前，在2015年12月15日取出根，剪掉地上部分，将剩余部分用蒸馏水冲洗干净，再用吸水纸吸干根系表面的水分待用。根系数量的测定：首先将根系平放，测量每株根系数量。根系体积的测定：采用排水法。根干质量的测定：采用烘干法。株高的测定：测量平整土面至叶片自然伸展的最高处长度。植物地上部干物质质量测定方法：拔节期前将植株装入已称质量的样品袋中，于105 ℃烘箱杀青 30 min，然后于80 ℃烘干至恒质量，冷却至室温，用电子天平称质量。植株叶片中和氮、磷、钾含量的测定：将玉米样品烘干粉碎后过0.25 mm筛，称取0.200 0 g，采用浓H2SO4-H2O2进行消煮，制成样品待测液，备用。植株氮、磷含量的测定：采用双通道全自动流动分析仪进行分析。植株钾含量的测定：采用火焰光度计法[15]。叶片中叶绿素含量的测定：采用丙酮提取法。土壤理化性质测定：参照土壤农化分析方法[16]。

1.4数据处理

用Excel 2007进行数据整理，用SPSS Statistics 19进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同氮肥施用深度对玉米苗期根系的影响

根系是作物重要的吸收、合成、固定和支持器官，在植物生长发育、产量形成中起重要作用，根系发育状况、数量及其在土壤中的分布与作物对水分、养分的吸收能力密切相关[17]。由表1可知，各处理下根系数量排序为T5>T7>T9>T11>T3，其中，T5处理分别比T3、T7、T9、T11处理多23.0%、70%、11.5%、15.1%，根系数量出现先增加后减少的现象，但是各处理间差异不显著；各处理下玉米苗期根系体积排序为T7>T9=T3>T11>T5，且T7处理显著高于其他各处理，其他处理间差异不显著，说明相比其他施肥深度，氮肥施用深度为7 cm最有利于根系体积的增加；各处理玉米苗期根系干质量的排序为T7>T9>T5=T3>T11，T7处理根系干质量分别比T3、T5、T9、T11处理增加了25.0%、25.0%、3.4%、30.4%，且T7、T9处理的根系干质量显著高于其他处理。以上结果表明，施肥深度对玉米苗期根系数量影响不大，但施肥深度过浅，不利于根系吸收养分，因此根系数量、根系体积会有所下降；随着施肥深度加深，根系吸收的养分增多，根系同化养分后进一步生长发育，根系干质量也增加，但施肥过深时，玉米苗期根系在纵向上还未能完全发育至更深处，导致养分无法被吸收，养分利用率降低。

2.2不同氮肥施用深度对玉米苗期株高的影响

株高是施肥深度对玉米生长影响最直观的指标。从图1可以看出，不同氮肥施用深度的玉米苗期株高由高到低排序为T7>T9>T11>T5>T3，表现为先增后减的趋势，说明氮肥施用深度为7 cm时，对玉米苗期株高的影响是最大的，氮肥施用深度为9 cm时，株高次之；T9处理株高分别比T3、T5、T7、T11处理株高增加了20.6%、18.3%、3.0%、15.8%。

2.3不同氮肥施用深度对玉米苗期地上部干物质的积累

干物质积累是玉米产量形成的物质基础，增加干物质产量对实现玉米高产有重要意义[18]。由图2可见，不同氮肥施用深度处理下玉米苗期地上部干物质的积累量由高到低排序为T9>T7>T5>T11>T3；氮肥施用深度为9 cm时，对玉米苗期地上部干物质积累量的影响是最大的，T9处理地上部干物质的积累量分别比T3、T5、T7、T11处理增加了32.7%、10.6%、9.0%、14.1%。结果表明，玉米苗期地上部干物质的积累量随着氮肥施用深度的不同表现为先增后减的趋势，适当深施可以促进同化物向地上部转运。可能因为适当深施有利于根系吸收更多的养分，将这些养分运输到地上部同化，增加了地上部的质量，同时也为后期玉米的生殖生长奠定了基础。

2.4不同氮肥施用深度对玉米苗期叶片中叶绿素含量的影响

叶绿素是反映光合强度的重要生理指标，由表2可见，不同施肥深度的玉米苗期叶片中叶绿素含量也有所变化。叶绿素a（Ca）含量由高到低排序为T9>T7>T11>T5>T3，T9处理与其他各处理间差异显著，T9处理叶绿素a含量分别比T3、

T5、T7、T11处理提高了103.2%、46.5%、22.3%、24.8%；叶绿素b（Cb）含量由高到低排序为T9>T7>T11>T5=T3，T9处理与其他各处理间差异显著，比T3、T5处理均增加了47.4%，分别比T7、T11处理增加了21.7%、40.0%；玉米苗期叶片中叶绿素a+叶绿素b（Ca+Cb）含量由高到低依次为T9>T7>T11>T5>T3，T9处理分别比T3、T5、T7、T11处理增加了90.1%、467%、22.2%、27.3%；玉米苗期T3、T5、T7、T9、T11处理叶片中叶绿素a与叶绿素b的比（叶绿素a ∶叶绿素b）分别为 3 ∶1、5 ∶1、5 ∶1、4 ∶1、5 ∶1。综合分析表明，氮肥施用深度增加有利于叶绿素含量的增加。

2.5不同氮肥施用深度对玉米苗期叶片中的氮、磷、钾含量的影响

从表3可以看出，在玉米苗期，各个处理玉米叶片中氮含量由大到小排序为T9>T7>T5>T11>T3，T9處理分别比T3、T5、T7、T11处理增加了6.3%、5.0%、3.1%、5.1%，其中T9处理与T3、T5、T11处理之间的差异已达到显著水平；各个处理玉米叶片中磷含量由大到小排序为T9>T11>T7>T5>T3，T9处理分别比T3、T5、T7、T11处理增加了28.5%、209%、15.8%、14.2%，其中T9处理与各处理之间的差异已达到显著水平；各个处理玉米叶片中钾含量由大到小排序为T9>T7>T11>T3>T5，T9处理分别比T3、T5、T7、T11处理增加了36.8%、237%、6.8%、17.3%，T9处理与T3、T5、T11处理之间的差异已达到显著水平。

氮肥施用深度为9 cm时玉米苗期叶片中氮、磷、钾含量最高，主要因为玉米从苗期至拔节期，以根系的生长及叶片的建成为中心，根系发育质量直接影响玉米对养分的吸收和转运；根系在7～9 cm深度时生长最好，对养分的吸收也就最充分，向地上部转运的也就越多。

2.6不同氮肥施用深度对玉米苗期茎中的氮、磷、钾含量的影响

对不同施肥深度进行对比发现，施肥深度为9 cm时玉米苗期茎中养分氮、磷、钾含量均有明显提高，且不同元素之间的提高含量有差异，不同处理含量由大到小排序为T9>T7>T11>T5>T3；方差分析表明，不同施肥深度茎中氮、磷、钾含量存在显著差异（P<0.05）（表4）。施肥深度的增加，增加了植物根的养分吸收面积，从而为宿主提供更多的养分，而不同养分在植物不同部位的富集有差异，最终导致不同施肥量提高氮、磷、钾在玉米不同部位的分布，这与前人研究施肥促进植物对养分吸收的效果[19]是一致的。

3讨论

充足的养分供应是作物高产的基础，科学的养分管理措施是将合适的肥料品种和适宜的用量在合适的施肥时期施在恰当的位置，并与最佳农艺管理措施相结合，从而实现作物的高产优质和高效生产[20]。施肥深度直接影响土壤养分的供应状况，对作物的生长、肥料利用、土壤养分转化及环境效应有着重要影响[21]。玉米苗期追肥一般采用将肥料撒在土表再覆盖1层薄土的方法，这样的施肥方式導致土壤表层氮肥含量高，而下层含量较低，随着玉米根系不断生长发育，大部分具有吸收能力的根系不能吸收到充足的养分，一方面容易造成氮肥的浪费，另一方面造成产量的低下。本研究根据不同氮肥施用深度对玉米生长状况、养分吸收的影响，确定苗期准确的追肥深度，在某种程度上适当地调节了氮素在土壤中的分布，从而促进玉米产量、氮肥利用率的提高。

3.1苗期施氮深度对玉米根系生长的影响

根系是玉米吸收养分的最主要器官，根系长度、数量、体积决定氮肥吸收量的多少[22]。苗期玉米虽然对养分的需求量并不大，但是由于根系发育不完善，玉米所能吸收的养分也并不多，因此也容易出现养分缺乏的现象。在对水稻的研究中发现[23-24]，播种后0～20 d根系生长缓慢，根系主要集中在0～5 cm土层，吸收范围有限，浅层施入的速效养分能较快地被根系吸收，缩短了养分向根表迁移的距离，提高了水稻对养分的吸收速率；播种30 d后，随着根系突破横向生长，逐渐向下生长，接触到深层的养分位点，施肥深度在5、10、15 cm处理下养分吸收量显著增加，与本研究结果基本一致，本研究施肥时间在长出3张叶芽时，玉米根系在纵向上已经开始伸长了，因此氮肥适当深施有利于根系数量、根系体积和根系干质量的增加。但是有人提出“根系冗余生长”的观点，认为根量过大造成无效消耗，对产量产生不利影响[25]，因此苗期 7 cm 施氮深度最终对产量的影响还有待进一步研究。玉米苗期施氮深度的适当加深也利于提高玉米株高，有利于光合作用的进行、有机物质的积累，地上部干物质质量也就相应增加，这与李振等关于玉米苗期干物质质量在种下6～12 cm处理下最高的研究结果[9]一致。地上部干物质积累可为后期实现玉米的高产创造一定的基础。

3.2苗期施氮深度对玉米叶绿素的影响

光合作用是作物正常生长发育、产量形成的基础，施肥，特别是氮肥施用的调控，在改善玉米土壤理化性状、根际微生物活性的基础上，可改变作物叶绿素含量，有助于增强作物光合能力，从而形成高产[26]。但是，化肥增产效果是有限的，过量施用化肥不仅对作物无益，还会直接导致产投比下降、土壤退化、肥料大量流失而污染水体等其他负面影响[27]。因此，探索合理、高效的氮肥施用深度，以提高肥料利用率、增强施肥对作物生产的贡献，进而减少养分损失，是值得重点关注的热点。叶绿素相对含量的消长规律是反映叶片生理活性变化的重要指标之一，同时也反映叶片光合作用的强弱[28]。影响玉米叶片光合特性的因素有很多，如叶绿素含量的升高，就可提高玉米的光合速率。Liu等对甜叶菊施肥的研究表明，与不施肥处理相比，施化肥处理的叶绿素含量更高，移栽后60 d后有机肥处理的叶绿素含量明显高于不施肥处理[29-30]。本试验也得出了相似的结果：随着施肥深度的增加，玉米苗期叶片中叶绿素的含量增加，表明氮肥施用的深度可改变作物叶绿素含量的变化，有助于增强作物光合能力，从而形成高产。

3.3苗期施氮深度对玉米氮磷钾吸收的影响

玉米苗期氮肥施用深度适当加深有利于促进玉米植株氮、磷、钾的吸收与利用，提高氮肥利用效率，这与宋日等的研究结果[13]一致。但也有研究认为，苗期与种子同层施肥或种下6 cm施肥对玉米、大豆植株的氮磷钾吸收影响较大[9-10]，产生这种差异主要原因一方面是玉米苗期施肥时间不同，如果施肥时间是在播种期，由于玉米根系还没有生长，因此施肥深度应该浅一些，但是苗肥一般是在3叶期以后施用，此时根系已经生长，并且是这个阶段的主要生长器官，适当深施的效果就优于浅施；另一方面，大豆的根系在形态上与玉米有一定差异，也会导致施肥深度上的不同反应。另外，本试验选用的惠玉908在贵州省的种植面积较大，因此本试验结果对其他品种的影响还有待进一步研究。

4结论

不同施氮深度对玉米植株生长发育有显著影响，其中施肥深度7～9 cm能够使玉米获得最佳的肥效表现：通过显著增加根系干质量而促进作物生长；通过增加叶片叶绿素含量，促进光合作用的进行，进而提高玉米株高、地上部干质量。玉米苗期氮肥施用深度为9 cm时，叶片、茎中的氮、磷、钾含量显著高于其他处理，通过增加氮肥施用深度，能够显著提高肥料利用效率，为植株生育后期有充足的干物质，以及氮素向籽粒转移提供保证，从而获得高产。综合分析本研究表明，合理的苗期适当深施有利于提高肥料的利用效率。

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