控释尿素施用方式对玉米穗位叶氮代谢的影响

聂良鹏 郭利伟 宁堂原 吕玉虎 张丽霞 郭晓彦 陈雪青 史鹏飞 张琳 潘兹亮

摘    要：试验通过设置4种尿素施用方式，即控释尿素侧施5 cm（C5）和10 cm（C10），控释尿素底施15 cm（CB），普通尿素侧施5 cm（U5），研究其对玉米穗位叶可溶性蛋白和游离氨基酸含量，以及硝酸还原酶、内肽酶和羧肽酶活性的影响。结果表明，与常规尿素相比较，控释尿素深施能够显著提高玉米灌浆中后期穗位叶可溶性蛋白和游离氨基酸含量，以及硝酸还原酶和蛋白水解酶活性;4个处理中以底施效果最优，其次是侧施10 cm。

关键词：玉米;控释尿素;氮代谢;内肽酶;羧肽酶

中图分类号：S513         文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.01.007

Abstract：  The experiment was conducted to study the effects of different fertilizer placement techniques of controlled-released urea on ear leaf nitrogen metabolism， four fertilization methods were set up， which included the controlled-release urea side application of 5 cm （C5） and 10 cm （C10） depth， bottom dressing of controlled-release urea in 15 cm （CB） depth， and inter-row side dressing of normal urea in 5 cm （U5）depth;  soluble protein content， free amino acid content， nitrate reductase activity （NR）， endopeptidase activity （EP） and carboxypeptidase activity （CP） were evaluated. The results showed that compared with conventional urea， the application of controlled-released urea could significantly increase the content of soluble protein and free amino acid， as well as the activity of nitrate reductase and proteolytic enzyme in ear leaf of maize grout in the middle and late stage. In the four treatments， the treatment that bottom dressing of controlled-release urea in 15 cm （CB） was the best fertilizer placement techniques， the second was the controlled-release urea side application of 10 cm （C10）.

Key words： maize; controlled-released urea; nitrogen metabolism; endopeptidase; carboxypeptidase

近年來，玉米在生产中过量施用氮肥现象十分严重[1]，氮肥当季利用率低[2]，因此，如何提高氮肥利用效率，以及氮肥对氮代谢的影响成为当前研究的热点问题。相关研究表明，叶片衰老过程中蛋白质含量的快速下降对叶片氮素营养的再利用起着重要作用[3]，而蛋白水解酶参与蛋白质的降解，叶片衰老期间，内肽酶活力显著提高，在蛋白质降解过程中，内肽酶起着主要作用[4-5]。高玲等[5]研究认为，在小麦叶片衰老过程中，蛋白质分解速率提高，合成速率下降，导致游离氨基酸的浓度升高，进而使小麦叶片内肽酶活力提升。

目前，关于侧施控释尿素的用量对氮素利用和作物产量的影响[6-8]已有较多报道，但有关控释肥侧施深度对玉米氮代谢的影响研究鲜见报道。本研究以郑单958为供试材料，分析控释尿素不同施用方式对玉米籽粒灌浆期间穗位叶氮代谢酶活性的影响，旨在选择最优的控释尿素施用方式，为玉米高产栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于山东农业大学农学试验站（36°10′19″N， 117°9′03″E），该地属于温带半湿润大陆性气候，玉米生育期内降水量为500 mm左右，其中，2012、2013年玉米生育期内降水量分别为337.0，490.5 mm，该地土壤类型为棕壤土，2012年试验前0～20 cm土层土壤pH值为6.56，有机质12.8 g·kg-1、全氮1.0 g·kg-1、碱解氮89.6 mg·kg-1、速效磷51.5 mg·kg-1、速效钾88.7 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试玉米品种为郑单958。

1.3 试验设计

试验采取随机区组设计，共4个处理，分别为C5（用控释尿素在种植行同一侧10 cm处开沟5 cm施肥），C10（用控释尿素在种植行同一侧10 cm处开沟10 cm施肥），CB（用控释尿素在种植行正下方开沟15 cm施肥），U5（用普通尿素在种植行同一侧10 cm处开沟5 cm施肥）。施氮量为225 kg·hm-2，控释尿素为树脂包膜尿素， N质量分数为43.4%。2年试验均于6月21日播种，10月8日收获。每个小区长25 m，宽4 m（畦宽3.6 m），种植6行玉米，3次重复，行距60 cm，株距25 cm，播种深度3～5 cm，播种前进行旋茬处理。磷钾肥施用量均为150 kg·hm-2，全部基施。其他田间管理同常规大田生产。

1.4 样品采集、测定项目及方法

玉米开花时分别将同一天开花的植株进行挂牌标记，在开花及花后每10 d将标记的玉米穗位叶中部叶片取下，用液氮固定后置于-80 ℃冰箱保存，用来测定相关酶活性。

酶液的提取参照王东等[9]的方法进行。可溶性蛋白含量测定按MARION[10]的方法进行;游离氨基酸含量采用茚三酮法[11]进行测定;叶片内硝酸还原酶（NR）活性测定采用活体法进行;内肽酶（EP）与羧肽酶（CP）活性测定参照VERNON[12]和吴光南等[13]的方法进行。

1.5 数据处理与统计分析

通过DPS 7.05软件进行数据处理与统计分析，显著性检验和多重比较采用最小显著极差法（LSD 0.05）进行，运用Sigma Plot 10.0软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方式对玉米穗位叶可溶性蛋白含量的影响

由图1可以看出，穗位叶可溶性蛋白含量随着生育进程的推移不断降低。无论是2012年还是2013年，3个控释尿素处理的可溶性蛋白含量均表现为：CB>C10>C5;而普通尿素处理U5的可溶性蛋白含量在2012年始花期介于CB和C10处理之间，在开花10，20 d和2013年始花期介于C10和C5处理之间，其他时间均低于3个控释尿素处理。由此可见，控释尿素处理玉米穗位叶在初花至收获期间可溶性蛋白含量的下降幅度均低于普通尿素（U5）处理，表明控释尿素的缓慢释放可以减缓玉米生长后期穗位叶可溶性蛋白含量的降低，其中以CB处理效果最好，在玉米收获期时，其2012年可溶性蛋白含量比C5和C10分别高出50.5%和21.0%，其次是C10 处理，表明深施控释尿素可以提高穗位叶中可溶性蛋白的含量，底施更有利于维持玉米中后期穗位叶中较高的可溶性蛋白含量。

2.2 不同处理对穗位叶游离氨基酸含量的影响

由图2可知，2年总体趋势基本一致，各处理游离氨基酸含量均表现出先降低后升高，然后再降低的趋势，除C5处理在2012年于花后10 d下降至最低值后上升外，其他处理均于花后20 d下降到最低点后又开始升高，且所有处理均在花后30 d达到一个阶段性高点，然后一直下降，至花后50 d达到最低值。2012年，始花期玉米穗位叶游离氨基酸含量表现为C10>CB>U5>C5，花后10 d表现为CB>C10>U5>C5，花后20 d表现为C10>C5>CB>U5，花后30 d表现为CB>C5>C10>U5，花后40 d表现为CB>C10>U5>C5，花后50 d表现为CB>C10>C5>U5;2013年，始花期玉米穗位叶游离氨基酸含量表现为C10>U5>CB>C5，花后10 d表现为CB>C10>U5>C5，花后20，30，40，50 d均表现为CB>C10>C5>U5。以花后50 d时玉米穗位叶游离氨基酸含量计，与普通尿素相比，控释尿素深施能提高玉米灌浆中后期穗位叶游离氨基酸含量，以底施效果最优。

2.3 不同处理对穗位叶硝酸还原酶活性的影响

各处理玉米穗位叶中的硝酸还原酶（NR）活性表现出单峰变化趋势，2012和2013年均在花后20 d时达到峰值（图3），且2年处理的变化趋势基本一致，以2012年数据进行说明。在花后10 d，施用控释尿素处理的NR活性低于常规尿素;但开花20 d及以后，控释尿素处理的NR活性均显著高于常规尿素处理，表明施用控释尿素有利于玉米生长发育中后期维持较高的NR活性;在NR活性达到峰值时（花后20 d），控释尿素的3种施用方式表现为CB>C10>C5，其中CB与C5之间差异显著，开花30，40，50 d虽然也表现出这种趋势，但三者之间差异均不显著。综上所述，底施、深施控释尿素均有利于提高土壤NR活性。

2.4 不同处理对玉米蛋白水解酶活性的影响

不同处理玉米内肽酶（EP）活性呈现出单峰变化趋势，2012，2013年均在花后30 d达到峰值，2年趋势表现基本一致（图4A、4B），以2012年数据进行说明。在始花期，各处理EP活性表现为C10>CB>U5>C5，处理间差异显著;花后10 d，表现为CB>C10>U5>C5，前二者间差异不显著，其他处理间差异均显著;花后20，30 d，表现为C10>CB>C5>U5，除峰值时C10和CB处理之间差异不显著外，各处理间差异均显著;花后40，50 d时，表现为CB>C10>C5>U5，处理间差异均显著。综合而言，与普通尿素相比，控释尿素能显著提高玉米灌浆中后期穗位叶EP活性，以底施控释尿素效果最好。

由图4-C，D可知，从始花期至花后20 d，U5羧肽酶（CP）活性不断降低，C10和CB表现为先升高后降低，在花后10 d达到峰值，C5在2012年表现为先降低后升高，而2013年表现为降低趋势;从花后30 d开始，各处理CP活性均呈降低趋势，且U5处理的CP活性均低于3个控释尿素处理，除2013年花后50 d时差异不显著，其他均达显著水平;花后50 d时，CP活性表现为：CB>C10>C5>U5，其中，C5和C10之间差异不显著，其他处理之间差异均显著。综合而言，控释尿素能提高玉米生长发育中后期穗位叶羧肽酶（CP）活性，以底施控释尿素效果最好。

2.5 指标相关性分析

由表1可知，玉米穗位叶各指标之间存在一定的正相关关系，其中可溶性蛋白含量与硝酸还原酶（NR）和羧肽酶（CP）活性以及游离氨基酸含量均极显著正相关;NR又与内肽酶（EP）和CP活性极显著正相关，与游离氨基酸含量显著正相关;游離氨基酸含量亦与EP活性极显著正相关，与CP活性显著正相关。

3 结论与讨论

有研究表明，不同的氮肥类型对作物的氮素吸收利用影响不同[7， 14]，控释尿素处理的玉米吸氮量高于常规尿素处理[15-16]，同一氮素水平条件下，控释尿素底施的优势显著高于侧施[14]，控释尿素不但可以提高氮素利用效率，而且对环境的污染较小[17]。然而，控释尿素虽具有较多优点，但要发挥其最大功效还需与相应的种植和田间管理技术相结合[18]。本试验中，在开花前期控释尿素对玉米穗位叶可溶性蛋白和游离氨基酸含量以及硝酸还原酶、内肽酶和羧肽酶活性并没有表现出显著优势，但玉米灌浆中后期效果显著优于普通尿素的各指标，这与前人研究结果基本一致[19-20]，说明控释尿素处理的氮代谢旺盛;4种处理中以底施（CB）效果最好，这与邵蕾等[14]的研究结果基本一致，说明底施控释尿素更能发挥其优势，原因可能是底施控释尿素，根系的正下方就是肥料，不但这些氮素更容易被根系获取，而且氮肥可以诱导根系下扎，从而提高氮肥吸收利用[8]。

硝酸还原酶活性可作为作物产量和籽粒蛋白质含量的筛选指标，其与作物产量、籽粒蛋白质含量相关性分析呈正相关[21]。本试验中，玉米穗位叶硝酸还原酶活性与可溶性蛋白含量极显著正相关，可能是由于硝酸还原酶活性影响氨基酸吸收，进而影响蛋白质合成[22]。王月福等[23]研究发现，小麦旗叶衰老过程中可溶性蛋白质含量逐渐下降，充足的氮素营养可以提高旗叶可溶性蛋白质含量。也有研究表明，钾素有利于提高灌浆前期和中期小麦旗叶中可溶性蛋白质的含量[24]。本试验中，深施（C10）控释尿素可以提高穗位叶可溶性蛋白含量，底施（CB）更有利于维持玉米中后期较高的可溶性蛋白含量。

叶片中氮的调运主要受蛋白水解酶调节，内肽酶是玉米籽粒灌浆过程中最主要的蛋白水解酶[4]，其活性变化与蛋白质降解密切相关[22]。高玲等[5]研究发现，内肽酶活性可用来反映旗叶中蛋白质降解能力的强弱。本试验中，玉米穗位叶内肽酶（EP）活性显著高于羧肽酶（CP），且与游离氨基酸呈极显著正相关，这与焦念元等[25]在玉米功能叶蛋白水解酶相关研究结果一致。

综上所述，与常规尿素处理相比较，控释尿素能够显著提高玉米灌漿中后期穗位叶可溶性蛋白和游离氨基酸含量，以及硝酸还原酶和蛋白水解酶活性，其中底施效果优于侧施5，10 cm。

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收稿日期：2018-07-20

基金项目：公益性行业（农业）科研专项经费（201503121-05）;山东省农业重大应用技术创新项目（2017）;信阳市农业科学院科研项目（2018）

作者简介：聂良鹏（1988—），男，河南信阳人，研究实习员，硕士，主要从事土壤肥料与植物营养研究。

通讯作者简介：潘兹亮（1964—），男，河南光山人，研究员，主要从事土壤肥料与植物营养方面的研究。