河北省山前平原鲜食玉米优化氮肥用量及对玉米产量和养分利用率的影响

朱彦辉，杨军方，刘玉强，郭贵峰，丁民伟，贾良良*

（1.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050000；2.河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北石家庄 050051）

鲜食玉米因经济价值高、市场前景广阔而深受农民的喜爱，近年来在河北省发展迅速，目前全省鲜食玉米种植面积已达7 万hm2以上，主要分布在河北省西北部（张家口）、东部（唐山）以及中部的保定和石家庄周边地区，其中太行山前平原区的石家庄和保定等是主要产区[1]。由于鲜食玉米经济效益高，市场需求大，因此农民偏爱增施化肥特别是氮肥以提高产量，致使生产上重视化肥、轻视有机肥、施肥比例不合理的问题日益突出[2]。随着国家“化肥零增长”要求的提出，优化氮肥用量成为目前鲜食玉米发展中的重要环节。玉米对氮素比较敏感，氮素供应不足会造成玉米严重减产，目前普通子粒玉米的养分调控措施已经基本成熟[3，4]。鲜食玉米的收获物主要是果穗，其养分需求规律与常规子粒玉米明显不同。目前，国内鲜食玉米的养分管理研究集中在我国南方省份[5～7]，主要是对不同甜、糯玉米的养分吸收利用特征和养分效率等进行了研究，而北方地区鲜食玉米的氮肥优化用量研究较少。在河北省山前平原区的石家庄市，通过田间施氮量试验研究鲜食玉米的养分吸收和产量形成规律，探讨化肥减施的比例，以期为该区鲜食玉米产业健康发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在石家庄市农林科学研究院试验场进行。该区地处河北省山前平原区，属温带大陆性气候，光热资源丰富，年平均气温14.6 ℃，年平均降水量为479.6 mm，年蒸发量为858.5 mm。试验田土壤类型为轻壤质褐土，土壤肥力中等，基础土壤（0～20 cm）养分含量为有机质13.1 g/kg、有效磷48.3 mg/kg、速效钾128.5 mg/kg，土壤pH 值6.89。

1.2 试验材料

玉米试材为鲜食玉米品种京科糯2000。施用肥料为尿素（N 含量46%）、重钙（P2O5含量43%）和硫酸钾（K2O 含量50%）。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 2020 年6 月12 日播种玉米，9 月1日收获鲜穗。试验玉米施氮量设0（不施，N0，CK）、75 （N75）、 150 （N150）、 225 （N225）、 300 （N300） 和375 kg/hm2（N37）56 个处理，采用随机区组设计，3次重复。氮肥分基肥（占施肥量的40%） 和拔节期追肥（占施肥量的60%）2 次施用，其中基肥在播种时与种子同播，追肥在玉米8 叶期施入。各处理在玉米播种前均随整地施入磷肥（P2O）5和钾肥（K2O） 各90 kg/hm2；其他田间管理措施一致。

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 地上部生物量和吸氮量。分别在玉米5 叶期、8 叶期、12 叶期和收获期，每小区均随机取10 株，烘干后测定玉米植株地上部生物量。将烘干后的样品分成全株、果穗、子粒等，分别进行研磨粉碎，采用半微量凯氏法[8]测定全氮含量。计算地上部氮素吸收量和氮肥利用率：

氮肥利用率=（施氮处理植株总吸氮量-不施氮处理植株总吸氮量）/施氮量×100%

1.3.2.2 鲜穗产量。鲜穗收获时，每小区取连续30 株收获计产，折合单位面积的鲜穗产量。

1.3.3 数据统计分析 利用Microsoft Excel 2003 软件进行数据的录入与制图；利用SAS 8.1 软件进行数据的显著性检验；并利用非线性回归模型Nlin 对产量与施肥量数据进行统计分析，以确定最优施氮量。

2 结果与分析

2.1 施氮量对鲜食玉米鲜穗产量的影响

不施氮条件下，玉米鲜穗产量为12 831 kg/hm2。随着施氮量（x）的增加，玉米鲜穗产量（y）呈逐渐增加趋势（图1），二者回归方程为y=13 002.44+14.87x（R2=0.902**）。计算结果显示，施氮量为178.2 kg/hm2时鲜穗产量最高，为15 652 kg/hm2。施氮量超过178.2 kg/hm2后，继续增施氮肥，玉米鲜穗产量增加不明显。由此认为，本研究条件下，鲜食玉米的优化施氮量为178.2 kg/hm2。

图1 施氮量对鲜食玉米果穗产量的影响Fig.1 Effect of nitrogen application rate on ear yield of fresh maize

2.2 施氮量对鲜食玉米地上部生物量和氮吸收的影响

施氮量对鲜食玉米不同生育期的地上部生物量影响不同（图2）。5 叶期，不同施氮量处理的玉米地上部生物量均无显著差异；8 叶期，N375处理的玉米地上部生物量显著＞N0和N150处理，而其他各处理之间差异均不显著；12 叶期，N375处理的地上部生物量最高，达到 4 012 kg/hm2，显著＞N0处理 （3 499 kg/hm2），但其他各处理之间差异均不显著；收获期，N375处理的地上部生物量最高，为6 689 kg/hm2，显著＞N150、N75和N0处理，但与N225和N300处理差异均不显著。总体来看，本研究条件下当施氮量超过150 kg/hm2后，增施氮肥对鲜食玉米地上部生物量影响不显著，这可能与当地土壤基础肥力相对较高有关。

图2 施氮量对鲜食玉米不同生育期地上部生物量的影响Fig.2 Effect of nitrogen application rate on aboveground biomass at different growth stages

施氮量对鲜食玉米不同生育期的地上部吸氮量影响不同（图3）。5 叶期，不同施氮量处理的地上部吸氮量差异均不显著；8 叶期，N375处理的地上部吸氮量显著＞N0和N75处理，但其他各处理之间差异均不显著；12 叶期，N375处理的地上部吸氮量显著＞N0、N75和N150处理；收获期，高施氮量N375和N300处理的地上部吸氮量显著＞N0和N75处理，但与N150和N225处理间差异并不显著。可以看出，高施氮量对鲜食玉米地上部吸氮量有明显的促进作用。

图3 施氮量对鲜食玉米不同生育期地上部吸氮量的影响Fig.3 Effect of nitrogen application rate on aboveground nitrogen uptake at different growth stages

收获期，施氮处理的鲜食玉米子粒吸氮量差异不显著，但均＞N0处理，且除N75外的其他处理与N0处理差异均达到了显著水平，其中N375处理的指标植较N0处理提高了43.2%；秸秆吸氮量均＞N0处理，指标值随施氮量的增加而逐渐升高，不同施肥量处理之间差异较大，且除N75外其他处理与N0处理差异均达到了显著水平，其中N375处理的指标值较N0处理提高了78.1%，也明显＞N75和N150处理（图4）。表明在过量施氮条件下，鲜食玉米体内的氮素并未转化成子粒产量，而是更多地分配给了秸秆。

图4 收获期鲜食玉米籽粒和秸秆的吸氮量Fig 4 Nitrogen uptake of grains and straws of fresh maize at harvest stage

2.3 施氮量对鲜食玉米氮肥利用率的影响

随着施氮量的增加，玉米的氮肥利用率呈逐渐降低趋势，其中N75处理的氮肥利用率最高，达到22.3%；其次是N150和N225处理，氮肥利用率分别为20.8%和15.6%（表1）。由此推断，本研究确定的优化施氮量178.2 kg/hm2条件下，鲜食玉米的氮肥利用率处于15.6%～20.8%。该指标远低于常规玉米的氮肥利用率26.1%[3]～42.1%[9]，因此，优化氮肥用量和田间管理措施以提升鲜食玉米的氮肥利用率，仍具有较大的空间。

表1 施氮量对鲜食玉米氮肥利用率的影响Table 1 Effect of nitrogen application rate on nitrogen use efficiency of fresh maize

3 结论与讨论

3.1 讨论

鲜食玉米的收获期较常规子粒玉米早，收获物为鲜食果穗，而鲜食果穗对水分含量等有特殊要求，因此，鲜食玉米的养分吸收规律和氮素利用效率等与常规玉米明显不同。本研究条件下，鲜食玉米的鲜穗产量与施氮量之间存在明显的线性+平台关系，其拐点即为优化施氮量，指标值为178.2 kg/hm2。该推荐施氮量与李明悦等[10]在天津附近试验得到的玉米优化施氮量195 kg/hm2比较接近，但明显低于时成俏等[7]在广西等地试验得到的玉米优化施氮量300 kg/hm2，与高磊等[6]以甜玉米为试验材料得到的优化施氮量250 kg/hm2相比也有很大差距。王鑫等[11]研究发现，糯玉米品种渝糯7 号在基肥+拔节期追施氮肥150 kg/hm2的情况下，蛋白质、可溶性糖和淀粉含量均较高。陈国清等[12]对糯玉米的研究也发现，氮磷钾肥配施和拔节期追氮对糯玉米品质具有显著影响。可见，对鲜食玉米推荐施肥时，要根据鲜食玉米品质的需求进行适当调整，不能简单地以产量等因素为单一的推荐指标。因此，进一步分析不同施氮处理下鲜食玉米的品质指标，对于指导鲜食玉米施肥具有更重要的意义。

从本研究结果来看，自8 叶期开始，高施氮处理的植株地上部吸氮量均高于低施氮处理，且部分处理间差异达到了显著水平，尤其以收获期的植株地上部吸氮量来看各处理间差异更为明显，表明适当增施氮肥可以明显促进鲜食玉米地上部对氮素的吸收。进一步分析发现，随着施氮量的增加，鲜食玉米的子粒吸氮量占总吸氮量的比例呈逐渐下降趋势，而秸秆吸氮量所占比例却呈增加趋势，表明高施氮量导致的鲜食玉米氮素吸收的增加更多地转移到了秸秆中，而对子粒的贡献较小。这提示，在一定范围内控制鲜食玉米氮肥用量，并不会对鲜食玉米的产量造成明显影响。此外，鲜食玉米的养分吸收量明显受到播种密度的影响[13]，密度增加会对果穗产量、植株地上部养分吸收等造成明显影响[14，15]，本研究条件下的鲜食玉米播种密度为52 500 株/hm2，其在更高密度种植条件下的氮素吸收与分配规律还需要进一步深入研究。

综合来看，本研究条件下，N150和N225处理的氮肥利用率分别为20.8%和15.6%，推测优化施氮量178.2 kg/hm2时的氮肥利用率应为15.6%～20.8%，该结果与李明悦等[10]优化施氮量195 kg/hm2时的氮素利用效率20.5%、刘威等[16]试验得到的19.5%的氮素利用率比较接近。李明悦等[17]利用有机肥替代部分化学氮肥研究发现，替代30%的氮肥可显著提高鲜食玉米的氮肥利用率；安文博等[18]利用缓控释肥料替代常规氮肥，在降低氮肥用量25%基础上实现了鲜食玉米的稳产提质，并显著降低了氨挥发损失和硝态氮淋失风险，大幅度提高了氮肥利用率。在糯玉米上利用缓控释肥一次性使用，可减少施氮量14.4%，鲜果穗产量提高12.3%，氮肥利用率较习惯施肥提高26.4%[19]。另外，方成等[20]在化肥减施基础上配施微生物菌剂，虽然鲜食玉米的产量增幅不显著，但显著提高了鲜食玉米的可溶性糖、可溶性蛋白和Vc 含量，并显著改善了土壤的肥力状况，提高了土壤微生物菌群数量。由此可见，在氮肥用量优化的基础上进一步优化氮肥剂型，推广应用缓控释肥料、有机替代、配施微生物菌剂等措施，有望进一步提高鲜食玉米的氮肥利用效率和改善农田土壤肥力状况，为鲜食玉米绿色生产提供技术支撑。

3.2 结论

本研究条件下，河北省山前平原鲜食玉米的优化施氮量为178.2 kg/hm2，相对应的果穗产量为15 652 kg/hm2。

施用氮肥可以促进鲜食玉米地上部植株对氮素的吸收，且随着施氮量的增加和生育进程呈增加趋势。鲜食玉米收获期，高量施用氮肥处理的地上部吸氮量显著高于不施用氮肥和低氮处理，但秸秆的氮素增加率高于子粒的氮素增加率，氮素更多地是促进了秸秆吸氮量的增加。

鲜食玉米的氮素利用率随着施氮量的增加呈逐渐降低趋势，其中N150和N225处理的氮素利用率分别为20.8%和15.6%。因此推测，在优化施氮量178.2 kg/hm2条件下，河北省山前平原鲜食玉米的氮肥利用率为15.6%～20.8%。