施肥方式对江苏春玉米产量和物质积累转运的影响

王 珏，成贵根，李 龙，陆卫平，陆大雷

（扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009）

玉米是中国第一大作物，2015年我国玉米种植面积达0.38亿hm2(5.72亿亩)，总产2.24亿t，面积和总产均列第一位，为保障国家粮食安全起到了重要作用[1]。近年来，农户主要通过增施肥料来提高产量，然而过量施肥不仅不能增产，而且形成农业面源污染，威胁生态环境，这与玉米生产的高产、优质、高效、生态、安全的发展方向不符，因而玉米合理施肥一直是研究热点之一[2]。随着我国经济发展，肥料施用已由单纯提高产量转到产量与环境并重，而且环境要求越来越严，农业生产迫切需要养分效率高、环境友好型的肥料，而农村劳动力的转移和规模化种植的推广，劳动力成本的提高和施肥技术的改进，均需要简化施肥技术的缓/控释肥[3]。传统氮肥活性高、损失途径多，且单位面积化肥用量高、利用率低 (20%～35%)，对环境负面影响较大，缓释法增效改性是提升化肥产品性能、提高肥料利用率的重要途径[4,5]。在玉米[6-8]、水稻[9]、小麦[10-12]、油菜[9]、棉花[13-14]、马铃薯[15-16]、甘蔗[17]等作物上研究表明，缓/控释肥能持续不断释放养分，与作物养分吸收基本同步，能较好解决作物中后期的养分需求，协调营养和生殖生长，提高肥料利用率，降低养分损失，同时减少追肥次数，节约投入成本，实现高产高效协同发展。

普通玉米常规施肥方式为基施复合肥并分次追施速效氮肥，生产中玉米追肥多为降雨前后人工撒施，降低肥料利用率并造成环境污染。研究表明，与常规施用速效肥料 (尤其是氮肥) 相比，施用缓/控释肥可以增加根密度，提高土壤中氮含量，减少土壤氮淋失和氮挥发，土壤中后期仍保持较高的脲酶活性[8,10-11,18-22]；增加叶片可溶性蛋白和叶绿素含量，提高硝酸还原酶、过氧化物酶、蔗糖磷酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性，降低丙二醛含量和电导率，增加叶片和茎鞘可溶性总糖和全氮含量，提高花后光合速率和叶绿素荧光参数，有效协调植株碳氮代谢[18,21,23-28]；植株花后干物质和氮素积累量增加，最终增加产量并提高氮肥利用率[10-11,18,21,28-36]。然而也有研究[37]发现，气候潮湿区施用缓释肥后收获期籽粒氮素积累量较多，籽粒含氮量较高，但产量显著降低，其原因主要是春季较低温度下氮素的缓慢释放不能满足玉米植株生长的需求。另外，包膜尿素的施用效果受区域气候条件、耕作措施和施氮量的影响[29-30]。Chilundo等[38]则发现，缓释肥施用对玉米产量、植株氮素吸收和氮素利用率无显著影响，其原因主要是湿热气候条件下土壤中有机物和矿物氮含量较高，同时施氮量较低 (100 kg/hm2) 所致。

江苏省处于南方山地丘陵玉米区和黄淮海玉米区交叉点，属亚热带向温带过渡的湿润季风气候，玉米为第三大粮食作物，根据播期可分为春玉米和夏玉米，多生长在没有灌溉条件的地力贫瘠地区。由于气候条件和种植制度显著不同于我国北方春播玉米区和黄淮夏播玉米区，而玉米高产形成需依靠品种、环境和栽培措施的互相协调，不能简单复制其他区域的高产栽培模式。课题组前期研究[39-40]表明，施氮量为405～450 kg/hm2时本区域玉米方能获得高产。江苏省经济比较发达，劳动力成本较高，为实现玉米的轻简化施肥，本研究在前期研究基础上进一步分析了高产条件下缓释肥等量一次施用对春玉米物质和养分积累转运的影响及其与产量形成的关系，以期为江苏省春玉米的轻简栽培提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验点概况

供试材料为江苏省主推品种苏玉29 (SY29) 和苏玉30 (SY30)。供试肥料为绿聚能复合肥 (N∶P2O5∶K2O = 27%∶9%∶9%，为缓释型复合肥，该复合肥中添加了氨基酸高聚物生物制剂，该生物制剂带有很强吸附性的负电荷，能减少氨态氮的损失，同时该生物制剂代谢后能形成氨基酸，具有生物刺激素的功能)、普通复合肥 (N∶P2O5∶K2O = 15%∶15%∶15%) 和尿素 (N 46%)，均购自江苏中东化肥股份有限公司。

试验于2015—2016年在扬州大学实验农牧场进行。前茬空闲，地力中等，土质为砂壤土。0—20 cm耕层2015年含有机质13.2 g/kg、全氮0.92 g/kg、碱解氮82.3 mg/kg、速效磷8.32 mg/kg、速效钾62.2 mg/kg；2016年含有机质14.7 g/kg、全氮1.20 g/kg、碱解氮85.3 mg/kg、速效磷7.67 mg/kg、速效钾64.0 mg/kg。

1.2 试验设计

2015年3月17日播种，8月5日收获；2016年3月26日播种，8月6日收获。施肥量N、P2O5、K2O分别为405、135、135 kg/hm2。缓释型复合肥施肥方式 (SF) 为播种时在小行距中间开沟 (深5 cm) 一次性条施；常规施肥方式 (CF) 为播种时在小行距中间开沟 (深5 cm) 条施常规复合肥 (N、P2O5、K2O分别135、135、135 kg/hm2) 并拔节期在小行距中间开沟 (深5 cm) 追施N 270 kg/hm2，以不施肥作对照(CK)。采用裂区试验设计，以品种为主区、以肥料类型为裂区，小区面积为64 m2，大、小行距分别为0.7、0.3 m，密度为82500株/hm2，三次重复。其他管理按高产田要求进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 籽粒产量及其构成 成熟期收获各小区中间两行果穗，实收测产，籽粒产量以14%含水率计算。同时随机取10个果穗，计数穗粒数，计数后随机剥取三个果穗籽粒，测定千粒重。

1.3.2 干物质量 在吐丝期和成熟期各处理分别取长势均匀一致有代表性的3株玉米，按不同器官 (吐丝期为叶片、叶鞘、茎秆；成熟期为叶片、叶鞘、茎秆、苞叶、穗轴、籽粒) 分开，105℃杀青30 min后80℃恒温烘干至恒重后称重。

1.3.3 叶面积指数

单株叶面积 = 叶长 × 叶宽 × 0.75

叶面积指数 (LAI) = 叶片总面积/土地面积

粒叶比 (g/dm2) = 单位面积粒重/叶面积

1.3.4 氮素含量 样品烘干后测定干物质重量后，将其粉碎过0.15 mm筛 (100目)，H2SO4-H2O2消煮后用全自动凯氏定氮仪 (Kjeltec 8400，FOSS，Denmark) 测定氮含量。

1.4 参数计算

干物质 (氮素) 转运量 (kg/hm2) = 吐丝期营养器官 (茎秆、叶片、叶鞘) 干物质 (氮素) 重量-成熟期营养器官 (茎秆、叶片、叶鞘) 干物质 (氮素) 重量

氮肥利用率 (NUE，%) = (施氮区氮素吸收量-无氮区氮素吸收量)/施氮量 × 100

氮素偏生产力 (NPFP，kg/kg) = 施氮区产量/施氮量

氮素农学效率 (NAE，kg/kg) = 投入增产量/投入总氮量

1.5 数据分析方法

采用DPS 7.05软件进行统计分析，采用Microsoft Excel 2013作图。

2 结果与分析

2.1 产量及其构成因素

施肥方式对江苏春玉米籽粒产量及其构成有显著影响 (图1)。施肥显著提高了玉米粒重，与CF处理相比，SF处理对苏玉30粒重无显著影响，苏玉29粒重在2016年度较高，2015年度两处理间无显著差异。SF与CF处理间穗粒数在2016年度无显著差异，但2015年度两品种均为SF处理下较高 (苏玉29和苏玉30较CF处理分别高16.0%和13.4%)。两品种籽粒产量均表现为SF处理高于CF处理，苏玉29和苏玉30分别高24.7%和17.8%。品种间相比，2016年度苏玉30和苏玉29籽粒产量无显著差异，2015年度苏玉29籽粒产量显著高于苏玉30。

2.2 干物质积累

施肥方式对春玉米吐丝期和成熟期干物质积累有显著影响。施肥显著提高了植株吐丝期和成熟期的干物质积累量，且增幅SF处理高于CF处理 (图2)。与CF处理相比，SF处理下吐丝期、成熟期和吐丝—成熟期干物质积累量苏玉29分别增加了9.1%、14.7%和10.4%，苏玉30分别增加了9.8%、21.1%和26.2%。两年结果表明，SF处理下苏玉29和苏玉30成熟期干物质积累量无显著差异，但CF处理下苏玉29成熟期干物质积累量高于苏玉30。

图 1 不同施肥方式下春玉米籽粒产量Fig. 1 Grain yields of spring maize under different fertilization modes

图 2 两种施肥方式下春玉米不同生育期干物质积累量Fig. 2 Dry matter accumulation of spring maize in different growing stages under two fertilization modes

2.3 干物质转运

植株吐丝后，营养器官 (茎秆、叶片、叶鞘) 中所贮存的非结构性碳水化合物向籽粒转运。由表1可知，施肥处理下茎秆中转移的干物质显著增加，但SF和CF处理间无显著差异。叶鞘中物质转运除苏玉30在2016年度CF处理下有所增加外，其他处理与对照间均无显著差异。叶片中物质转运量品种间年度表现不一，2015年度施肥方式对叶片干物质转运量无显著影响，2016年度中物质转运量在施肥处理下增加，但苏玉29在SF处理下增加较多，而苏玉30在CF处理下增加较多。总体上，营养器官(茎秆 + 叶片 + 叶鞘) 转运量在施肥处理下增加，增幅苏玉29 SF处理 (2256.0 kg/hm2) 高于CF处理(1832.3 kg/hm2)，苏玉 30 SF 处理 (1254.8 kg/hm2) 低于CF处理 (1462.3 kg/hm2)。

表 1 两种施肥方式下春玉米营养器官吐丝后的物质转运量(kg/hm2)Table 1 Post-silking dry matter translocation from vegetative organs of spring maize under two fertilization modes

2.4 叶面积指数(LAI)和粒叶比

施肥显著增加了吐丝期植株的LAI，且增幅SF处理大于CF处理 (图3)。SF处理下苏玉29和苏玉30的LAI分别比CF处理提高7.6%和9.6%。粒叶比在施肥处理下增加，但不同施肥方式间无显著差异。

图 3 施肥方式对春玉米LAI和粒叶比的影响Fig. 3 Effects of fertilization modes on LAI and grain weight/LAI of spring maize

2.5 氮素积累

随着生育进程推进，植株氮素积累量显著增加，至成熟期达到最大值。施肥显著增加了植株氮素积累量，且增幅表现为SF处理大于CF处理 (图4)。吐丝期、成熟期和吐丝后植株氮素积累量SF处理较CF处理苏玉29分别增加了3.8%、13.3%和33.3%，苏玉30分别增加了14.5%、19.2%和30.1%。

图 4 施肥方式对春玉米氮素积累的影响Fig. 4 Effects of fertilization modes on plant nitrogen accumulation of spring maize

2.6 氮素转运

植株吐丝后茎秆、叶片和叶鞘中氮素发生转运，氮素转运量最大的是叶片，其次是茎秆 (表2)。施肥显著增加植株花后氮素转运量，增幅SF处理较高 (苏玉29和苏玉30分别为180.0和190.0 kg/hm2)，CF处理较低 (苏玉29和苏玉30分别为165.8和162.5 kg/hm2)，SF处理较CF处理苏玉29和苏玉30分别高8.6%和16.9%。但器官间、年度间、品种间表现不一。茎秆中氮素转运量苏玉29在2015年度SF处理下最大，2016年度表现相反；苏玉30在2016年度SF处理下最大，2015年度则与CF处理无显著差异。叶片中氮素转运量苏玉30在两年度均以SF处理下较高，苏玉29在2016年度表现与苏玉30相同，2015年与CF处理无显著差异。叶鞘中氮素转运量2015年度两品种均为SF处理下较高，2016年度苏玉29施肥处理下仅在SF处理下降低，而苏玉30施肥处理下增加且在CF处理下增幅较高。

2.7 氮素利用率

施肥方式显著影响植株对氮肥的吸收利用。由表3可知，与CF处理相比，SF处理有利于提高春玉米的氮肥利用率、氮素偏生产力和氮素农学效率，苏玉29分别高19.0%、12.4%和16.6%，苏玉30分别高35.8%、9.0%和11.9%。

3 讨论

前人研究表明，和常规施肥相比，施用缓释肥可以增加花后物质积累并增加玉米产量[10-11,28-36]。本研究同样发现，高产施肥 (N、P2O5、K2O分别为405、135、135 kg/hm2) 条件下，苏玉29和苏玉30的籽粒产量在施用缓释型复合肥处理下较常规施肥处理分别增加了12.6%和9.2%，产量增加主要是由于增加了花后干物质积累量 (苏玉29和苏玉30分别增加了10.4%和26.2%)，这与前人研究结果相似。但本研究发现，花后营养器官转运量两品种表现不同，苏玉29增加了23.1%，而苏玉30则降低了14.2%。由此可知不同品种在缓释肥处理下的增产机理并不相同，苏玉29依赖于花后干物质积累与营养器官物质转运的协同调控，而苏玉30则主要依靠花后光合产物的直接作用。从LAI来看，吐丝期LAI苏玉29和苏玉30缓释型复合肥处理较常规肥处理分别高7.6%和9.6%，而粒叶比施肥方式间无显著差异，较高的LAI形成较多的光合产物，这也是缓释型复合肥处理下产量较高的原因之一。

表 2 两种施肥方式春玉米营养器官吐丝后氮素转运(kg/hm2)Table 2 Post-silking nitrogen translocation from vegetative organs of spring maize under two fertilization modes

表 3 两种施肥方式下春玉米氮肥利用率Table 3 Nitrogen use efficiency of spring maize under two fertilization modes

本研究结果表明，缓释型复合肥处理下植株整个生育期氮素积累量，尤其是花后氮素积累量 (苏玉29和苏玉30分别增加33.3%和30.1%) 和营养器官氮素转运量 (苏玉29和苏玉30分别增加8.6%和16.9%) 均高于施用常规肥，表明施用缓释型复合肥有利于植株主动吸收养分并促进营养器官养分转运，进而增加氮素利用率、偏生产力和农学效率[10-11,18,35-36]。亦有研究[38]发现，缓释肥施用对玉米产量、植株氮素吸收和氮素利用率无显著影响。分析其差异原因发现，不同区域的气候条件 (如湿度、温度、降雨量)、耕作制度 (小麦-玉米轮作、玉米单作)、耕作方式 (露地栽培、覆膜栽培等)、施氮量等均显著影响缓释肥施用效果[9-11,37-38]。小麦上[10-11]发现缓释肥施用可以提高籽粒产量和氮素利用率，而满建国等[41]则发现缓释肥与常规分次施肥对产量和肥料利用率的调节效果相似。水稻上研究亦发现，缓释肥施用可以增加植株氮素吸收量[9,42]，并促进结实期氮素转运[43]，提高氮素利用率，但施肥方式以基肥 + 分蘖肥效果较好[44-45]。造成这种差异的原因可能是不同包膜材料与技术下氮素释放差异所致，同时不同作物生长周期、生育期间生态环境、作物类型与施肥方式均显著影响研究结果[4,7]。因此，玉米生产中应根据当地生态气候条件、土壤类型和养分丰缺程度，采用合理包膜和控释技术，使其释放速率与作物生长发育需求相符，促进中后期植株生长，提高籽粒产量，增加肥料利用率，减少环境污染，实现玉米生产的省工增效，环境友好。

4 结论

在南方山地丘陵春玉米区向黄淮海夏玉米区的过渡地区，春玉米高产施肥 (N、P2O5、K2O分别为405、135、135 kg/hm2) 条件下，与常规施肥方式 (基施复合肥 + 拔节期追施穗肥) 相比，施用缓释型复合肥可以提高吐丝期LAI，增加整个生育期尤其是花后干物质和氮素积累，同时促进营养器官养分转运，获得高产，并提高氮素利用率、偏生产力和农学效率，实现轻简施肥、省工增效、环境友好。