缓释肥分层底施对夏玉米生长、干物质积累和产量的影响

宫 宇，段巍巍，王贵彦，陈宗培，陈召月，薛佳欣，李 奔

(河北农业大学 农学院/河北省作物生长调控重点实验室，河北 保定 071000)

玉米是我国主要的粮食作物，也是重要的饲料和工业原料。随着农村人口向城市的转移，从事农业生产的劳动力逐渐减少，玉米简化栽培技术势在必行。缓释肥分层底施是指应用长效缓释肥料，采用机械化耕作，在播种的同时，将肥料施入不同土层，既能够满足作物生育期间持续的养分需求，又与农民对简化栽培技术的要求相吻合。因此，研究缓释肥分层底施对玉米生长发育的影响及其生产实践效果具有重要意义。研究表明，施用缓释肥料是减少施肥次数的重要途径，并且能增加作物产量[1-2]。玉米专用缓释肥减少了肥料养分损失，提高了肥料养分利用率[3-5]。张博等[6]认为，缓释肥促进了夏玉米对氮、磷、钾养分的吸收利用，尤其可以显著提高氮肥利用率，保证土壤后期速效氮的供应[7]，从而增加玉米干物质的积累量[8]。金容等[9]研究发现，普通尿素掺混一定比例的控释尿素一次性底施可显著提高玉米各生育时期耕层土壤的含氮量，增加玉米中后期的氮素积累量，从而提高产量。石宁等[10]认为，控释肥能够实现减氮不减产,原因是减少了氮肥损失,降低了土壤中硝态氮的累积和迁移。张培苹[11]认为，玉米施用缓释肥主要通过增加穗粒数和粒质量实现增产。在低湿耕地上，玉米分层配比施用化肥较种肥+追肥模式增产效果显著，增产率达6.8%～36.4%[12]。无论是普通化肥分层施用还是控释掺混肥分层施用均较不分层施肥提高冬小麦产量[13]。张美微等[14]认为，分层施肥方式主要是通过提高玉米植株叶面积指数和干物质积累，达到增产效果。李飒等[15]研究发现，玉米的籽粒产量主要来源于开花后光合产物的积累[16-18]。完熟期干物质积累的多少在很大程度上是由花后干物质积累量决定的，提高花后干物质积累量及积累比例是获取高产的途径。氮肥运筹对玉米干物质积累、分配、转运有着重要影响[19-20]。目前，对于玉米缓释肥及其分层施用的研究主要集中在肥料利用率、土壤和植株养分等方面，而在对玉米生长和干物质积累及转运的影响方面鲜有报道。鉴于此，研究了缓释肥分层底施对玉米群体生长、干物质积累与转运以及产量的影响，旨在为玉米简化施肥技术的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验田概况

试验于2018年在河北农业大学曲周试验站进行。该地位于河北省南部太行山东麓海河平原的黑龙港流域，地处东经114°50′115°13′、北纬36°34′36°57′，平均海拔39.6 m，属暖温带大陆性季风气候。试验田土壤为潮褐土，播前耕层土壤养分含量为有机质10.5 g/kg、全氮1.25 g/kg、碱解氮24.09 mg/kg、速效磷21.96 mg/kg、速效钾122 mg/kg。

1.2 试验设计

供试玉米品种为鑫瑞25，采用随机区组试验设计，设3个施肥模式处理，分别是缓释肥分层底施模式(M1)、普通化肥底施模式(M2)、普通化肥底施+追施模式(M3，当地农户传统施肥模式)。其中，M1模式施肥量为N 210 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，氮肥类型为缓释尿素，分上、下2层施入，上层施肥深度为0～15 cm，下层施肥深度为15～30 cm，上、下层施氮肥比例为3∶7，磷、钾肥全部施入下层；M2模式施肥量与M1相同，肥料类型为复合肥+速效尿素，肥料作为底肥一次性施入，深度0～15 cm；M3模式底肥施用复合肥，拔节期追施速效尿素，深度0～15 cm，施肥量为N 357 kg/hm2，P2O5132 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2，氮肥基追比为12∶5。小区面积72 m2(12 m×6 m),每个处理重复3次，密度67 500株/hm2，60 cm等行距种植，2018年6月15日播种，9月30日收获，其他管理措施与常规高产农田相同。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 叶面积 分别于玉米拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期、成熟期取样，每个重复取长势均匀的植株3株，测定全部叶片的长度和宽度，计算叶面积。

1.3.2 干物质积累量 与叶面积测量同步进行。在各个生育时期，测定取得样株的叶面积后将植株按器官分离，置于105 ℃烘箱中杀青30 min，随后于80 ℃烘干至恒质量，冷却后称质量(天平精确度0.01 g)，并计算干物质积累量及其转运情况。计算公式如下：

花后干物质积累量=成熟时干质量-抽雄期干质量(即花前干物质积累量)；

营养器官干物质转运量=营养器官最大干质量-成熟期干质量；

营养器官干物质转移率=(营养器官最大干质量-成熟期干质量)÷营养器官最大干质量×100%；

营养器官对籽粒的贡献率=(营养器官最大干质量-成熟期干质量)÷籽粒干质量×100%。

1.3.3 作物生长分析 群体生长率(CGR)=(w2-w1)/(t2-t1)；净同化率(NAR)=[(lnL2-lnL1)/(L2-L1)]×[(w2-w1)/(t2-t1)]。

式中，L1、w1和t1为第1次测定时的单位面积叶面积、植株干质量和测定时间；L2、w2和t2为第2次测定时的单位面积叶面积指数、植株干质量和测定时间。

1.3.4 产量及产量构成因素 玉米成熟时，每个处理收获10 m 2行果穗，称取所有果穗的总鲜质量，按平均鲜穗质量从中选取20穗。考察穗部性状及产量构成指标，包括穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量等，测定籽粒含水量，按14%水分折算产量。

1.4 数据处理

运用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 缓释肥分层底施对夏玉米生长的影响

2.1.1 群体生长率 群体生长率反映作物单位时间内单位面积的群体干物质生产情况。由表1可见，M1、M3模式夏玉米群体生长率均在大喇叭口期—抽雄期达到最大值，分别为50.47、46.31 g/(m2·d)，M2模式夏玉米群体生长率在拔节期—大喇叭口期最高，为37.95 g/(m2·d)。拔节期—大喇叭口期3个模式夏玉米群体生长率均差异显著，表现为M2>M1>M3。大喇叭口期—抽雄期M1和M3模式的群体生长率分别是M2模式的2.82倍和2.59倍；抽雄期—灌浆期3个模式间差异不显著；灌浆期—成熟期3个模式间群体生长率均差异显著，M1和M3模式分别是M2模式的3.37倍和2.07倍。可见，M1模式下夏玉米在生育后期仍能保持较高的群体生长率，更利于后期干物质的积累；而M2模式下夏玉米仅在生育前期具有较高的群体生长率。

表1 缓释肥分层底施对夏玉米各生育时期群体生长率的影响Tab.1 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on population growth rate of summermaize at different growth stages

g/(m2·d)

注：同列不同小写字母表示在5%水平上差异显著，下同。

Notes:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 5% level,the same below.

2.1.2 净同化率 表2显示，M1和M3模式下夏玉米净同化率全生育期均表现为升—降—升的趋势,大喇叭口期—抽雄期净同化率最高，抽雄期—灌浆期最低；M2模式下夏玉米净同化率全生育期呈降低—升高的趋势，拔节期—大喇叭口期最高，抽雄期—灌浆期最低。拔节期—大喇叭口期M3模式净同化率分别较M1、M2 模式显著降低28.9%、37.7%，M2模式的净同化率最高，说明底肥常规深度施肥方式有利于玉米前期的生长。不同模式间大喇叭口期—抽雄期和抽雄期—灌浆期净同化率差异均不显著。不同模式间灌浆期—成熟期净同化率差异显著，M1模式分别是M2和M3模式的2.37倍和 1.55倍，说明缓释肥分层底施处理在生育后期仍能保持较高的光合生产能力。

2.2 缓释肥分层底施对夏玉米干物质积累的影响

由图1A可以看出，拔节期3个模式的夏玉米干物质积累量表现为M1最高，其次是M2，M3最低，但差异不显著；大喇叭口期干物质积累量表现为M2>M1>M3，模式间差异不显著；抽雄期M1模式干物质积累量分别较M2和M3模式显著提高34.1%和22.6%，M2、M3模式差异不显著；灌浆期3种模式间差异均显著，M1、M2、M3干物质积累量分别为12 473、10 448、11 090 kg/hm2；成熟期M1模式分别比M2、M3模式显著提高29.0%、20.3%。可见，缓释肥分层底施模式下，玉米抽雄期及以后能够维持较高的干物质积累能力。图1B显示，M1模式花前和花后的干物质积累量均显著高于M2和M3模式，而M2与M3模式花前的干物质积累量无显著差异；M1、M2、M3模式花后干物质积累量差异显著，分别为9 841、7 930、8 358 kg/hm2，占总干物质积累量的49.7%、51.7%、50.8%。

表2 缓释肥分层底施对夏玉米各生育时期净同化率的影响

Tab.2 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on net assimilation rate of summer maize at different growth stages g/(m2·d)

不同小写字母表示同一时期不同模式在5%水平上差异显著Different lowercase letters indicate that the difference among different patterns in the same period is significant at 5% level图1 缓释肥分层底施对夏玉米干物质积累及其阶段特征的影响Fig.1 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on dry matter accumulation of maize and its stage characteristics

2.3 缓释肥分层底施对夏玉米营养器官干物质转运的影响

从表3看出，M1模式叶片、茎鞘的干物质转运量均与M2、M3模式差异显著，其中，M1模式叶片干物质转运量显著低于M2、M3模式，茎鞘的干物质转运量则介于M2与M3模式之间，比M2模式低43.4%，比M3模式高42.9%；M1模式叶片和茎鞘干物质转运总量较M2模式显著降低40.8%，较M3模式显著提高 10.1%。

表3 缓释肥分层底施对夏玉米营养器官干物质转运特征和贡献率的影响Tab.3 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on dry matter transportation characteristic of maize vegetative organs and its contribution proportion to grain

3个处理叶片、茎鞘的干物质转运率与干物质转运量的变化趋势一致。M1模式叶片的干物质转运率显著低于M2和M3模式；3个模式间茎鞘的干物质转运率差异显著，表现为M2>M1>M3；M1模式叶片和茎鞘的总转运率与M3模式差异不显著，二者分别较M2模式显著降低35.3%和29.2%。

M1模式叶片的转运量对籽粒的贡献率最低，显著低于M2模式，与M3模式差异不显著；M2模式茎鞘的转运量对籽粒的贡献率分别较M1和M3 模式显著提高89.8%和148.0%；M1模式叶片和茎鞘的转运量对籽粒的总贡献率与M3模式无显著差异，分别比M2模式显著降低44.7%和45.2%。这是由于库源反馈调节的作用，籽粒发育与灌浆对干物质量需求较大，M2模式生育中后期干物质积累能力较低，导致营养器官积累的干物质向籽粒转运较多。

2.4 缓释肥分层底施对夏玉米穗部性状和产量特征的影响

由表4可知，M1、M2、M3模式夏玉米穗行数、行粒数和穗数差异不显著，穗粒数和产量表现趋势一致，均为M1、M3模式显著高于M2模式，M1和M3模式穗粒数差异不显著，产量表现为M1模式较M2模式高 13.9%，较M3模式高5.2%。3个模式百粒质量差异均不显著。收获指数总体表现为M3>M2>M1，M1模式的收获指数分别较M2、M3模式降低 12.5%、16.9%，与M2模式差异不显著，与M3模式差异显著，M2模式与M1、M3之间差异均不显著。

表4 缓释肥分层底施对夏玉米穗部性状与产量特征的影响Tab.4 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on ear characters and yield characteristics of maize

3 结论与讨论

3.1 缓释肥分层底施模式对夏玉米群体生长率和净同化率的影响

增加灌浆期、结实期的干物质生产能力是提高作物生物产量和经济产量的主要途径[21]，作物群体生长率的高低决定了生物量的高低[22]。本研究结果表明，各施肥模式下夏玉米群体生长率在玉米生育后期差异显著，缓释肥分层底施显著高于其他2个模式，说明分层施肥处理玉米在产量形成的关键时期能获得大量的干物质积累，以保证源源不断的营养输送到籽粒中，增加产量。净同化率是衡量作物光合能力的重要指标之一。本研究结果表明，夏玉米的净同化率峰值基本出现在大喇叭口—抽雄期以及灌浆期—成熟期2个阶段，呈升—降—升的变化趋势，这与侯玉虹等[23]的研究结果基本一致。大喇叭口期至灌浆期不同施肥模式间的净同化率差异均不显著，灌浆期—成熟期夏玉米净同化率表现为M1>M3>M2，呈显著差异，这可能是因为随着深层缓释肥中养分逐渐释放，缓释肥分层底施处理的玉米能在生长后期持续获取充足的养分供植株生长，有利于干物质积累。

3.2 缓释肥分层底施模式对夏玉米干物质积累和转运的影响

作物生育期内的干物质积累是产量形成的基础，籽粒产量的高低取决于干物质的积累、分配与转运规律[24-25]，且主要决定于生育后期的光合生产能力。生育后期光合生产的干物质量对籽粒的贡献率高达78%～84%[26]。本研究结果表明，玉米抽雄前各施肥模式间干物质积累差异不显著，抽雄—成熟期缓释肥分层底施模式的玉米干物质积累量显著高于其他2个处理，M3模式显著高于M2模式，这是因为随着生育时期的推进，缓释肥分层底施模式深层缓释肥养分逐渐释放，能源源不断地为玉米干物质积累提供养分，使玉米的干物质积累量一直保持在较高水平上，M3模式拔节期追肥后有利于植株器官建成，为干物质的积累奠定了基础。周宝元等[27]研究认为，随着玉米生育后期干物质积累的增加，玉米对氮素的吸收量也逐渐增加，缓释肥的养分持续释放在时间上有利于玉米对氮素的吸收，与本研究结果一致。

营养器官干物质的转运与分配是玉米籽粒产量形成的重要因素[20,28]。本研究结果表明，3个处理中M2 模式无论是叶片还是茎鞘的干物质转运量、转运率以及对籽粒的贡献率均最高，说明M2模式在玉米生育后期光合能力急速下降，无法为籽粒提供充足的养分，促使茎、叶、鞘中的大量养分向籽粒转运，致使植株出现早衰。刘克礼等[29]提出，玉米各器官向籽粒转运的干物质总量对籽粒的贡献率应在20%左右，过高会引起植株早衰，影响植株后期光合产物的形成。本研究结果显示，M2模式下夏玉米的干物质转运总量对籽粒的贡献率高达38.7%，引起植株严重早衰，虽然前期有充足的养分供应，促进了营养库的建成，但后期营养源供应不足，仍无法保证产量。杨国航等[30]认为，只有保持植株前后期肥料供应平衡，才能使植株在前期形成良好的库容并保持后期持续的资源供给，形成库—源的良好结合，从而达到高产目的。本研究结果中，缓释肥分层底施模式叶片的干物质转运量和转运率均显著低于其他2个处理，可能是缓释肥分层底施模式采取浅层和深层缓释肥结合，使玉米在整个生育期间均能获得充足的养分，后期玉米叶片具有较强的光合能力，能生产较多的光合产物以满足籽粒的生长发育。缓释肥分层底施模式干物质转运量对籽粒的贡献率为21.4%，在为籽粒提供充足养分的同时植株也不至于出现早衰，库源协调性较好。

3.3 缓释肥分层底施模式对夏玉米穗部性状、产量及产量构成因素的影响

鲍玉巧[31]研究发现，采用缓释肥与速效肥结合比常规基追肥分次施肥或“一炮轰”施肥的增产效果显著。肖尧[32]认为，与底肥+追肥相比，缓释肥有效提高了穗粒数，从而提高了玉米籽粒产量。本研究结果表明，缓释肥分层底施模式的夏玉米籽粒产量显著高于普通化肥底施模式，与普通化肥底施+追施模式差异不显著。不同施肥模式间夏玉米的穗部性状差异不大，缓释肥分层底施主要增加了穗粒数，从而增加了产量，这可能是因为分层施肥能在全生育期提供充足的养分供给，并有利于根系的发育，玉米在中后期仍具有较强的干物质生产能力。普通化肥底施模式在玉米生长中后期养分供应能力有限，干物质积累量较少，从而影响了穗粒数。缓释肥分层底施模式产量较普通化肥底施+追施模式增加虽不显著，但分层施肥减少了施肥次数和施肥量，减少了人工的投入，降低了成本，增加了收入，符合当前农民对玉米简化栽培技术的要求。