基肥减氮对夏玉米品种产量形成和氮利用的影响

(河南科技学院，生命科技学院， 河南 新乡 453003)

化肥投入是提高单位面积产量较为有效的方法之一，其中氮肥起着至关重要的作用，合理施用氮肥的贡献率为45%左右[1]。我国是世界上最大的化学氮肥消耗国，总用量达到了全球总量的33%。但是氮肥的过量施用并没有带来持续的作物高产，反而造成了一系列的环境问题。在我国，为了追求高产出现了氮肥超量施用、不合理施肥等一系列问题，农民常以高量施用氮肥以求高产[1-4]。“一炮轰”或大量氮肥作为底肥施入的方式普遍存在，造成了氮肥利用率低、经济效益下降、土壤残留增加以及大量损失等严峻问题。黄淮海地区夏玉米播种面积较大，实际的施肥量已远远超过最佳经济施氮量[5]，导致氮肥利用率降低，并造成环境污染[6]。如何进行科学的氮肥管理成为近年来养分资源研究的热点[7-10]。

玉米是对氮肥需求较多的作物，氮素的合理施入对提高夏玉米产量和氮肥利用率具有重要意义[11]。但不同生育时期对氮肥的需求量不同，生长前期不需要太多的氮素，拔节期以前玉米对氮素的需求量很少，施入过多的氮素反而导致NO3--N的淋失[12]。以往多数研究集中在不同的施肥量、施肥时期和配施比例对作物生长发育的影响[13-15]，而对在追肥时期和追肥量相同情况下，基肥中氮肥多少对夏玉米生长发育和物质积累的研究相对较少。因此，本试验设置不同的施氮量，分别在生育前期采取高氮和低氮2种施肥方式，研究减少前期氮肥的投入对作物物质生产和产量的影响，解决氮肥的合理运筹问题，为生产上科学施氮提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地情况

试验于2017—2018年在河南省新乡市红旗区乔谢村(35°16′54.92″N，113°56′51.67″E)进行，2年试验分别设置在不同地块上，试验地0～40 cm基础地力见表1。

表1 试验地基础肥力

1.2 试验设计

品种选择广泛种植的郑单958，种植密度5 000株/667 m2。设置3种氮肥处理，分别为：N 1:底施+大口期+吐丝期分别为：N 1：30+120+30 kg/hm2；N 2：120+120+30 kg/hm2；N 0：不施氮肥。磷肥(P2O5)105 kg/hm2和(K2O)120 kg/hm2。作为基肥一次性施入。

1.3 测定方法

干物质积累和叶面积指数(LAI)：分别在9叶展(拔节期)、12叶展(大喇叭口期)、吐丝期、灌浆中期(吐丝后24 d)和成熟期取样，每小区取4株。将叶、茎鞘、苞叶(苞叶+穗轴)、与籽粒4部分分别装袋，于105 ℃下杀青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重测定各部位全氮含量。

LAI=单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积。

叶绿素相对含量(SPAD值)：采用日本美能达公司产手持式SPAD-502型叶绿素计测定植株从上到下部每片叶，每叶测定12点，每个小区测定4株，3次重复。

产量：每小区收获玉米4行(每行5 m)，称所有果穗总鲜重，按平均鲜穗重从所收果穗中随机选取10穗，进行室内考种，考察穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、千粒重，同时测定出籽率和含水率，计算实际产量(按14%折算含水率)。

1.4 数据分析

数据均采用Microsoft Excel 2007软件和SAS 8.0 GLM(GeneralLinearModel)程序进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 基肥中不同施氮量对夏玉米产量及其构成影响

由表2和表3可见，2年均表现为施氮处理产量及其产量构成因素、穗部性状均优于不施氮的对照。2017年施氮处理间在产量、每平米穗数、穗粒数和千粒重表现为N 1略大于N 2，2018年则表现相反趋势，但方差分析表明2年N 1和N 2处理没有显著差异；穗部性状表现趋势相同。可见，基肥中氮肥比例大小对产量和产量构成因素及其穗部性状影响不大，N 1处理(前期低氮)和N 2处理(前期高氮)产量没有明显差异，说明2年试验中基肥中氮肥用量适当减少均没有影响穗部发育和最终产量和千粒重。同时也说明，在后期(大口期和吐丝期)充足氮肥供应的条件下，从播种到大口期生育时期中氮肥的投入多少对产量的影响很小。

表2 基肥中氮肥比例对产量及构成因素的影响

注：同列标注不同小写字母的数值之间在p<0.05水平上差异显著。下同。

表5 基肥中氮肥比例对叶绿素相对含量的影响

表3 基肥中氮肥比例对穗部性状的影响

2.2 基肥中不同施氮量对夏玉米干物重积累的影响

从图1可见，2017年和2018年干物质积累动态趋势一致，在整个生育时期内均表现为施氮处理单位面积干物质积累量大于不施氮对照，且花后差距较花前大，说明相对于开花前期，不施氮对花后植株的物质积累影响更大。

2017年各处理干物质积累大于2018年，可能是由于地力不同所致。基肥中氮肥的施入多少，在花前表现为前期高氮条件下单位面积干物质积累量略大于低氮处理，但在花后两处理相差不大，甚至在控氮条件下，干物质积累略大于促氮处理，这可能是因为花后干物质积累对花前的超补偿作用。

2.3 基肥中不同施氮量对夏玉米叶面积指数的影响

由表4可见，2年叶面积指数均在吐丝期达到最大值，在所测时期内表现为施氮处理大于不施氮的对照。施氮与否群体叶面积指数在拔节期三者没有明显差异，但大口期差异逐渐明显，施氮处理叶面积指数显著高于不施氮对照，2年施氮处理规律不太一致，可能和地块本身的基础肥力有关，地力稍高的地块前期低氮对花前群体的生长影响不大；吐丝期和灌浆中期，前期低氮和高氮处理没有明显差异。说明，花前低氮在花后没有造成植株的早衰，与前期高氮处理群体光合性能和功能持续期相当。

表4 基肥中氮肥比例对叶面积指数的影响

2.4 基肥中不同施氮量对夏玉米叶绿素相对含量的影响

叶绿素是光合作物必需物质，施氮与否对植物叶片中叶绿素相对含量影响较大。从表5可知，2年在各生育期中均表现为施氮处理叶绿素相对含量大于不施氮处理，适当氮肥投入能增强作物光合作用，利用干物质生产。各处理在拔节期表现为前期高氮处理叶绿素相对含量显著大于前期低氮和不施氮处理；随着生育进程推进，大口期N 1和N 2处理叶绿素含量显著大于不施氮处理，但2处理间没有显著差异；吐丝期2地块2年上、中、下层次叶绿素相对含量均表现为N 2>N 1>N 0，但2017年N 2处理显著大于N 1处理，B地块2018年N 1和N 2差异不明显；前期控氮处理和促氮处理在灌中期没有显著差异。

2.5 基肥中不同施氮量对夏玉米氮素吸收量和氮素效率特征的影响

2年均表现为不施氮处理下，总氮量和籽粒氮量最低，前期低氮和高氮两处理在总氮量、籽粒氮量和氮收获指数相当，但前期低氮处理下氮素吸收效率和氮素偏生产力要高于前期高氮处理(表6)。2年均表现为基肥低氮条件下分别比高氮处理下氮肥偏生产力高出54.6%和90.6%。

表6 基肥中氮肥量对氮素吸收量和氮素效率特征影响

3 结论与讨论

氮素是玉米一生中吸收量最大的营养元素，施氮量的多少、施氮时期及不同配施比例均会对玉米的生长发育和产量产生重要影响。降低化肥施用量提高肥料利用率成为我国农业生产的必由之路[8]。氮肥施入土壤后主要有3种去向：一是被作物吸收：二是以不同形态在土壤中残留；三是通过不同的机制和途径由土壤-作物体系损失。朱兆良指出，我国水稻和小麦等禾谷类作物的氮肥利用率只有28%～41%，大部分氮素以不同途径损失掉了[12]。作物肥效因施肥量和时期而异，因此根据作物的生长发育需求施肥，减少肥料的流失至关重要。鱼欢研究认为，在一定的范围内，随着氮肥用量的增加，充足的氮素营养满足了作物生长对养分的需求，当氮肥增加到一定量时，作物对氮肥的吸收属于奢侈吸收[13]。赵士诚等研究了氮肥减量后移认为，植株干物质积累量、植株氮积累量和积累速率均没有降低，而氮肥利用率显著增加[14]。冯波等研究认为，合理施用氮素可以显著提高玉米品种的花后氮素积累量和营养器官氮素转运效率，延长花后光合高值持续期，从而增加花后干物质积累量，改善光合特性及干物质与氮素积累的协调性，最终提高产量[15]。

本研究认为，黄淮海地区在追肥不变的情况下，减少基肥中氮肥施入能在提高氮肥利用率的基础上保证产量。与前期施入氮肥较多处理相比，决定产量的花后干物质积累量反有增加趋势，可能因为在前期控氮的条件下，作物自身的补偿效应，也可能因为前期氮素积累量较大对后期氮素积累具有一定的抑制作用。叶片的相对叶绿素含量与促氮处理没有明显差异，说明后期叶片的功能并没有因为前期氮肥的减少受到影响而过早衰减。

不同地块间基础地力存在差异，土壤的供氮能力也不同。本试验2年设置同样，从结果可见，在同等的施肥条件下，2年产量仍相差很大，说明地块本身质量对产量水平高度至关重要，很难靠外源化工肥料弥补，生产实践中要多使用有机肥做到用养结合。2年结果前期高氮和低氮，在产量构成因素、干物质积累、叶面积指数和相对叶绿素上没有显著差异。在本试验条件下，2地块夏玉米均表现为在总施肥量180 kg/hm2(基施30、大口120、吐丝期30 kg/hm2)情况下能满足夏玉米生育期氮肥需要，减少生育前期因雨水过大造成的损失，与前期促氮相比可节省氮肥33%，是较为理想的氮素施用方式。