栽培施肥模式对华北旱作玉米生长及氮肥利用率的影响

刘 震，徐玉鹏，娄翼来，王秀领，浦玉朋，阎旭东

（1.河北省沧州市农林科学院，河北沧州 061001；2.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；3.河北省邯郸市农牧局土壤肥料站，河北邯郸 056000）

玉米是我国三大作物之一，既是粮食，也是重要的畜牧业原料。因此，保障玉米产量对我国粮食安全具有重要的意义［1］。玉米作为河北省的主要粮食作物，常年种植面积约为300万hm2，占全国种植面积的9.5%，产量目前居于全国第5位［2］。其中春玉米种植面积占玉米总面积的20%左右［3］，但由于河北省旱作地区春季干旱少雨且分布不均，不利于春玉米追肥。常规春玉米一般采用“种肥同播”的栽培方式，播种时将玉米复合肥一次性底施，即传统的“一炮轰”施肥。这种施肥方式的优势在于操作简便，适于大面积推广。但缺点也显而易见，过量肥料进入土壤中，当季未被植物吸收利用，单位面积肥料残留量增加，不但引起肥料利用率下降，造成资源浪费，还会导致玉米生长后期因缺肥造成早衰，导致不同程度的减产。同时，由于玉米生长季雨水充足，氮素随雨水淋失，易对地下水源造成污染，随之带来一系列生态环境问题［4］。目前，世界氮肥利用率平均水平为40%～60%，而我国目前氮肥利用率约为35%，据估算，我国每年损失的氮肥至少在1 500万t［5］，大量未被吸收的氮肥通过挥发、淋洗、径流等多种方式损失［6］。

缓释肥具有一次施用长期有效的特点，可以满足玉米不同时期对于养分的需求，同时缓释肥可以通过硝化抑制剂和脲酶抑制剂减少土壤中亚硝化细菌等微生物活性、抑制脲酶对尿素的催化作用，从而延缓土壤中尿素的水解速度和减少氨的挥发损失［7-8］，减少对环境污染，也节省了后期追肥的成本。已有研究表明，施用缓释肥可以提高作物产量［9-11］，但目前缓释肥研究方向主要集中在肥料配方及工艺上，对缓释肥配套的栽培技术研究较少。因此，本试验通过田间试验比较起垄覆膜栽培模式和平作不覆膜栽培模式下缓释肥对于玉米产量及氮肥利用率的影响，并进一步分析不同栽培模式下的氮素积累与分配特征，为合理使用缓释肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种为河南农业科学院粮食作物研究所选育的玉米品种郑单958。

1.2 试验地概述

试验于2016年5月8日种植于河北省沧州市农林科学院黄骅试验基地（地理位置38°24′N、117°00′E），年均温度为13℃，≥10℃积温为4 349℃·d，年均降水量约为600 mm。土壤为潮土，0～20 cm土层有机质含量为12.5 g/kg、碱解氮含量为37.3 mg/kg、速效磷含量为9.5 mg/kg、速效钾含量为268.1 mg/kg。2016年降水量及积温见图1。

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，设不同栽培模式为主区，设垄作覆膜（RC）和平作不覆膜（FB）2个水平，不同施肥处理为裂区不施氮（CK）、施用复合肥（CF）和缓释肥一次性基施（SRF）3个水平，共计6个处理，每个处理3次重复，小区面积66 m2（11 m×6 m）。主区采用机械起垄，垄宽70 cm，垄高15～20 cm，垄距40 cm，平作采用宽窄行播种方式，宽行距70 cm，窄行距40 cm，种植密度均为75 000株/hm2。副区肥料施用量依据农业部发布《2016年春季主要农作物科学施肥技术指导意见》，缓释肥处理采用河南心连心化肥有限公司生产的商品缓释肥（N-P2O5-K2O为26% -10% -12%），含N 195 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2；复合肥处理采用普通尿素、过磷酸钙和硫酸钾配制与缓释肥处理相同养分含量的复混肥。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 叶面积指数 于苗期、大口期、收获期分别从每小区取生长一致的代表性样株5株，量取叶长和叶宽，按照长宽系数法计算单株叶面积（系数为0.75），叶面积指数（LAI）＝该土地面积上总叶面积/土地面积。

1.4.2 地上部干物质量积累及植株氮素含量测定 于玉米苗期、大口期和收获期，每个小区取代表性植株3株，于105℃下杀青30 min，80℃烘干至恒质量并测定干物质量，样品粉碎用于植株养分含量测定。植株养分含量测定采用H2SO4-H2O2硝化，采用凯氏定氮法测定其全氮含量。

1.4.3 产量及构成因素的测定 玉米生理成熟后，按小区测定各处理产量。每小区取样20株，当玉米籽粒自然风干后，进行室内考种，测定穗行数、行粒数、百粒质量等产量构成因素。

1.4.4 相关养分指标

氮素累积量（NA）＝该时期地上部干物质量×植株含氮量；

氮肥农学利用率（AEN）＝（施氮区玉米产量-对照区玉米产量）/施氮量；

氮肥表观利用率（REN）＝（施氮区玉米地上部吸氮量-对照区玉米地上部吸氮量）/施氮量×100%。

1.4.5 数据处理 本试验所用产量数据采用Excel 2016进行处理，采用SPSS 19.0统计软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同栽培模式下施肥对玉米产量的影响

由图2中可以看出，同对照（CK）相比，2种模式下复合肥处理及缓释肥处理玉米产量均显著提高（P＜0.05），且缓释肥处理（SRF）的玉米产量均显著高于复合肥（CF）。起垄覆膜栽培（RC）模式下，SRF处理产量较CF和CK处理分别提高10.45%和38.76%。平作不覆膜栽培（FB）模式下，SRF处理比CF和CK处理产量分别提高5.55%和16.57%。在相同栽培模式下，均表现为SRF＞CF＞CK，不同栽培模式下，以RC-SRF处理产量最高，比FB-SRF处理产量提高10.85%，差异达到显著水平（P＜0.05）。

2.2 不同栽培模式下缓释肥对玉米生育期地上部干物质积累的影响

由表1可以得出，在相同栽培模式下，复合肥处理（CF）和缓释肥处理（SRF）地上部干物质量在大口期和收获期均显著高于对照（CK），CF处理和SRF处理大口期前地上部干物质量没有显著差异，收获期时SRF处理地上部干物质量显著高于CF处理。起垄覆膜栽培（RC）模式下，SRF处理收获期地上部干物质量比CF处理高12.80%，平作不覆膜栽培（FB）模式下SRF处理增幅为15.33%。各处理中，以RCSRF处理收获期地上部干物质量最高，并且显著高于其他处理，增幅为7.68%～88.32%。在相同栽培模式下，SRF处理的大口期后地上部干物质增加量占全生育期的比重显著高于CK处理；不同栽培模式下，相同施肥处理间均表现为RC模式高于FB模式，CK、CF和SRF增幅分别为3.3、2.54、2.42百分点。

从以上结果可以得出，同平作不覆膜栽培模式相比，起垄覆膜栽培模式可以显著提高玉米大口期后地上部干物质量增加量占全生育期的比重。同时，各处理，起垄覆膜栽培模式配合缓释肥后，玉米收获期地上部干物质量最高。在相同栽培模式下，缓释肥效果对地上部干物质量的影响效果显著高于常规复合肥。

表1 不同处理玉米地上部干物质量

2.3 不同栽培模式下缓释肥对玉米叶面积指数（LAI）的影响

由图3可以看出，在相同栽培模式下，各处理苗期叶面积指数（LAI）无显著差异。不同栽培模式下，对应处理间LAI也呈现相同规律。

在相同栽培模式下，缓释肥（SRF）处理和复合肥（CF）处理大口期LAI显著高于对照（CK）处理。起垄覆膜（RC）栽培模式下，CF处理和SRF处理分别比CK高13.55% 和21.37%。平作不覆膜（FB）栽培模式下，CF处理和SRF处理分别比CK高7.47%和12.94%。而CF处理和SRF处理间的LAI没有显著差异。

收获期时，各处理LAI有不同程度的降低。在RC栽培模式和FB栽培模式下，与大口期相比，CK处理LAI的降幅分别为18.68%和20.15%，CF处理的降幅分别为14.41%和13.99%，SRF处理的降幅分别为1.81%和6.38%。SRF处理的LAI显著高于CF处理。综合2种栽培模式（RC、FB）及3种施肥处理（CK、CF和、SRF）比较结果，与大口期相比，收期期RC-SRF处理的LAI降幅最小目，该处理的LAI显著高于FB-SRF处理。

2.4 不同栽培模式下缓释肥对玉米各生育期氮素积累的影响

由表2可知，在相同栽培模式下，苗期氮素积累量规律为CF＞SRF＞CK。大口期和收获期CF处理和SRF处理氮素积累量均大于CK处理；而CF处理和SRF处理相比，苗期时氮素积累量表现为CF处理＞SRF处理，大口期和收获期则变为SRF处理＞CF处理。在2种不同栽培模式下，RC-SRF处理大口期和收获期较RC-CF处理氮积累量分别提高20.38%和18.55%，FB-SRF处理大口期和收获期较FBCF处理氮积累量分别提高26.64%和16.11%。收获期各处理中RC-SRF处理氮素积累量最高，且显著高于其他处理。结果表明，同对照及施用复合肥处理相比，施用缓释肥能够显著提高玉米大口期后氮素积累量，并且在起垄覆膜播种模式下效果最佳。

2.5 不同栽培模式下缓释肥对农学效率及氮肥表观利用率的影响

由表3可以看出，在起垄覆膜（RC）栽培模式下，缓释肥（SRF）处理的氮肥农学效率（AEN）和氮肥表观利用率（REN）显著高于复合肥（CF）处理；在平作不覆膜（FB）栽培模式下，SRF处理的AEN和REN呈现相似规律，均有提高，但AEN未达显著水平。同RC-CF处理相比，RC-SRF处理的AEN和REN提高51.17%和41.11%，FB-SRF同FB-CF处理相比，AEN、REN增幅分别为39.00%、34.47%。不同栽培模式下比较，RC-CF处理同FB-CF处理相比，AEN没有显著提高，但REN显著提高；RC-SRF处理同FB-SRF处理相比，AEN和REN增幅分别为66.62%和34.44%。说明施用缓释肥可以提高氮肥利用率，不同栽培模式对氮肥利用率也会产生影响。各处理中，以起垄覆膜栽培模式配合施用缓释肥的氮肥利用率最高。

表2 不同处理玉米各生育期氮素积累量

表3 不同处理玉米氮肥农学利用率及表观利用率

3 讨论与结论

研究表明，起垄覆膜可以提高玉米产量及旱地农田水分利用率［12-13］，不同的栽培措施可以通过改变土壤环境影响作物养分吸收［14-16］，同时，袁雪娇等研究表明施用缓释肥可以提高玉米后期氮素物质积累，增强玉米乳熟期后干物质积累量及营养器官干物质转运量，施用缓释肥后春玉米产量高于常规复合肥处理［17］。在本试验中，起垄覆膜栽培模式下各处理产量均高于对照，增幅为5.55%～25.64%；起垄覆膜栽培模式（RC）下，缓释肥处理大口期后干物质增加量占全生育期的比重较不施肥处理及复合肥处理分别增加5.13、3.74百分点，平作不覆膜栽培模式（FB）分别增加6.01、2.15百分点。玉米生长前期，复合肥处理中氮肥水解后形成无机氮，容易超过玉米吸收能力及土壤固持能力而淋洗至土壤深层，导致玉米合成能力不足，影响前期干物质积累［18］。而缓释肥根据玉米生长特性进行养分释放，大口期后养分释放能力加强，速率加快，为玉米生长提供了充足的养分。本试验中缓释肥处理大口期前干物质量积累同复合肥处理之间无显著差异，大口期后干物质量显著高于复合肥处理，说明施用缓释肥有利于春玉米后期干物质积累。而产量主要受植物生长阶段的光合代谢产物的影响，因此导致成熟期缓释肥处理产量显著高于复合肥处理。

隽英华等研究表明，长期过量施用氮肥会造成大量氮素在土壤中盈余，提前促进茎叶等营养生长［19］；张经廷等研究表明，叶片对氮素供给更加敏感，过量氮胁迫会促使叶片氮素累积高峰提前，加快叶片氮素再转运，使叶片早衰，进而对植物光合作用产生不利影响，严重时甚至导致作物减产［20］；任昊等发现，同一生育时期内氮素积累量较高的处理产量较高［21-22］。本试验中也得出相似结果，相同栽培模式下，缓释肥处理收获期叶面积指数显著高于对照处理及复合肥处理；除苗期外各生育时期缓释肥处理氮素积累量均高于其余处理，缓释肥产量均高于相同模式下复合肥处理。说明施用缓释肥可以延长叶片功能期，降低氮素损失率，提高氮素积累量及利用率。不同栽培模式下，起垄覆膜栽培模式产量优于平作不覆膜栽培模式。但由于起垄、覆膜对作物生长也起到一定作用，因此二者及施肥等栽培措施对本地区玉米产量影响的权重系数还有待于进一步研究。

充足的养分是实现春玉米高产的重要因素之一，由于春玉米生物量较大，没有专业追肥机械，追肥不便，在当前农业劳动力缺乏的情况下完全依靠人工进行追肥不符合农业发展趋势。起垄覆膜配施缓释肥既能满足春玉米在生育期内养分需求，解决了玉米追肥难的问题，利用起垄覆膜技术，提高了氮素积累量及利用率。同常规种植模式相比，提高了产量，同时固定目标产量后对旱作地区减少化肥使用量，降低氮素进入环境后带来的风险也起到了重要的作用。