氮肥运筹对滴灌夏玉米产量及产量构成因素的影响

杨飞,张振亚,刘馨月,杨进,许红根,高尚,李璐璐,王克如,李少昆,明博,肖春花

(1 石河子大学农学院/绿洲生态农业重点实验室,新疆 石河子 832003;2 中国农业科学院作物科学研究所/农业部作物生理生态重点实验室,北京 100081)

黄淮海平原是典型的一年两熟制区域,冬小麦-夏玉米为该区主要种植模式。区域内夏玉米种植面积约占全国玉米播种面积的30%[1],是我国重要的玉米产区。氮肥是玉米生长发育和产量形成的重要营养元素[2]。玉米各生育阶段的氮素需求不同,合理的氮肥供给能够促进玉米氮素吸收和生长发育,从而提高氮肥利用效率[3-4]。氮肥一次性基施难以满足玉米全生育期对氮肥的需求,容易造成生育后期缺氮,引起叶片早衰和籽粒灌浆性能下降[5],从而影响产量。氮肥多次施用能够改善玉米生育中后期的氮营养状况,有效提高植株生物量和籽粒产量[6-9],从而实现提升氮素利用效率和降低氮素损失量的目的。本试验采用滴灌技术,精确控制处理间氮肥施用量及施用时间,研究不同氮肥运筹对夏播玉米产量形成及产量构成的影响,为区域减肥增效提供理论支撑。

1 材料方法

1.1 试验点概况

本试验于2018—2019年在河南新乡中国农业科学院作物科学研究所综合试验基地进行(35°10′N,113°47′E)。该地区属温带大陆性气候,年均气温14 ℃,降水量573 mm。两年试验期间气象条件见图1。

图1 2018年和2019年玉米生育时期日均温度和有效降水量

土壤养分基础理化性质为:有机质17.78 g/kg,有效磷12.93 mg/kg,速效钾139.09 mg/kg,pH7.6。其中2018—2019年试验地土壤全氮含量分别为1.10 g/kg和1.30 g/kg。

1.2 试验设计

供试品种为黄淮海夏播玉米区主栽品种郑单958(ZD958)和京农科728(JNK728)。

施氮量设置0、150、250、350 kg/hm24个水平,分别于播种前、六叶展、十二叶展及吐丝期施用,各氮肥运筹处理如表1所示。各处理设3次重复,处理区面积为42 m2。

表1 氮肥运筹试验设计

试验以尿素(纯N含量46%)作氮肥,处理区利用水肥一体化设施进行氮肥精确施用,滴灌水量110 mm,以氮肥完全溶解施完为准,各处理区水量一致。过磷酸钙(P2O5,12%,90 kg/hm2)、氯化钾(K2O,60%,12 kg/hm2)播前撒施一次性基施。

小区行距0.6 m,间距2 m。2018年6月17日播种,种植密度7.5万株/hm2,等行距60 cm,株距22 cm,9月28日收获品种JNK728,10月12日收获品种ZD958。2019年6月18日播种,种植密度75 000株/hm2,等行距60 cm,株距22 cm,9月29日收获品种JNK728,10月20日收获品种ZD958。其他管理和当地大田管理相同。

1.3 测定项目及方法

植株生育时期的记录。在玉米生长期间,记录各个小区的生育期和收获期日期。

测产考种。玉米成熟期各小区选取实收测产,每个小区选取5 m2行的区域重复3次进行测产,按大小穗比例及平均穗重取10穗室内考种,测定籽粒含水量。以含水量14%计算各小区籽粒产量;产量构成包括穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、百粒重、籽粒含水量。

1.4 氮肥后移指数

为了分析评价不同氮肥运筹处理的增产效果,本研究以生长中、后期施肥量占总施肥量的百分比,定义了氮肥后移指数(P),其计算公式为:

其中Wi为不同施氮时期赋以不同的权重,本研究在播种期(W1=1)、拔节期(V6,W2=2)、大口期(V12,W3=3)以及吐丝期(VT,W4=4)等施肥关键期分别赋权重1～4,Ni为各时期施肥量,Ntotal为处理的总施肥量,P等于所有施肥时期占比的加权和。因此,P的值域为0～4,无肥对照的氮肥后移指数P0为0,全部氮肥在吐丝期施用时氮肥后移指数达到极值4。

本研究各氮肥运筹处理的氮肥后移指数参见表1。

1.5 数据处理及分析

采用Microsoft Excel 2007整理汇总数据,使用SPSS 18.0 统计分析软件进行方差分析,不同处理采用Duncan法进行差异性检验(P＜0.05);使用Curve Expert pro作图。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹对玉米生育进程的影响

不同氮肥处理下夏玉米生长发育进程见表2。不同施肥用量的各个小区苗期、穗期及粒期在2018年相差2～3天、2019年相差2～5天。不同氮肥运筹模式对夏玉米生长生育时期无显著影响。

表2 不同氮肥处理下夏玉米生长发育进程

2.2 氮肥运筹对产量和产量构成因素的影响

不同氮肥运筹处理下产量及其产量构成因素的变化及多重比较结果(表3)显示:2018年各氮素运筹处理间产量均无显著差异,2019年不同处理间产量表现出显著差异,2018年地力等自然因素导致产量无显著差异。产量最高的3个处理郑单958是Nfzzt(12.19 t/hm2)、Nfztt(11.85 t/hm2)和Nfzt(11.84 t/hm2),而京农科728是Nfzt(11.41 t/hm2)、Nftzt(11.40 t/hm2)和Nfzzt(11.27 t/hm2),总施氮量水平为25 g/m2和35 g/m2,均为施用基肥、间隔1～2个时期后再进行追肥的氮肥运筹处理。产量最低的3个处理郑单958分别为Nz(9.16 t/hm2)、Nzftt(10.17 t/hm2)和Nzfzt(11.07 t/hm2),而京农科728为Nz(8.88 t/hm2)、Nzfzt(9.27 t/hm2)和Nzftt(9.79 t/h m2)。2个品种产量表现最低的氮肥处理一致,均为未施肥或未施基肥的运筹处理。

表3 不同氮肥运筹处理下产量及其产量构成因素的变化及多重比较

表3(续)

2年间穗数在氮肥运筹处理间的差异表现不显著,仅有2018年京农科728的Nf和Nft显著低于其他处理,但未能造成产量的显著下降。百粒重、穗粒数在处理间表现出了复杂的显著性变化,但两者间没有相关关系,氮肥运筹处理主要通过影响百粒重和穗粒数两因素最终调节产量。在产量表现具有差异性的2019年试验中,百粒重在该各处理间的排序及其差异显著性与产量不同。总施肥量增加或后期增施氮素并未显著提升百粒重水平。而穗粒数变化与产量表现一致,施用基肥并在中后期追施氮素可以显著提高并保持较高的穗粒数,是产量提高的重要因素。

2.3 产量与产量构成因素的回归分析

通过逐步回归分析构建产量预测模型,结果(表4)表明:产量构成因素均与产量具有显著关系。回归模型在2018年达到显著水平、2019年为极显著水平,拟合优度在0.579～0.896之间。2019年郑单958百粒重因素因统计显著性检验未被引入回归模型,造成模型拟合优度明显下降,表明百粒重对产量具有较大的影响。

表4 产量预测模型

对构建的逐步回归模型进行通径分析,结果(表5)表明:郑单958品种穗粒数无论与产量的简单相关还是对产量的直接作用方面均占据首要位置,是引起处理间产量变化的关键因素,穗数的作用次之,百粒重的作用较小。京农科728在2018年穗数的作用较大,这可能与当年Nf和Nft处理下穗数显著下降有关,但产量与其他处理间的差异未达到显著水平;2019年的表现则与郑单958相似。因此,协同产量构成要素间的关系可能是影响京农科728产量的关键。

表5 产量与产量构成因素的通径分析

2.4 氮素运筹与产量及其构成因素的相关分析

为了分析氮肥运筹处理下产量和产量构成因素表现出的复杂变化,本研究以不同时期施肥以及不同的氮肥运筹模式(分次施肥模式s,连续施肥模式c以及基肥加分次施肥模式b+s)与上述因素间进行Kandall’s tau-b秩相关分析,结果见表6。

表6 氮肥运筹处理下产量和产量构成因素的相关分析

以氮肥后移指数与产量进行回归分析,结果(图2)表明:2019年两品种产量表现与氮肥后移指数间存在极显著的二次曲线关系。随氮肥后移指数的升高,产量表现出先增高后降低的趋势。无肥处理与氮肥后期施用占比高时产量较低,而氮肥后移指数在1.5～2.5之间时产量较高。两品种相比,郑单958的产量比京农科728高7.54%,且出现最高产量的氮肥后移指数也高于京农科728。

图2 氮肥后移指数对产量的影响

3 讨论

氮肥是限制玉米生长和产量形成的首要因素,但在夏播区增施氮肥的增产效应并不明显,甚至会引发氮肥过量损失[10]。本研究表明,产量随施氮量增加呈先升高后降低的趋势,但施氮量处理水平间产量差异不显著,这表明增施氮肥并非是进一步提高夏玉米产量的关键性措施。

大量研究认为,优化施氮量和施氮运筹可以达到产量与氮肥利用率的协同提高[11-13]。文熙宸等[14]研究发现氮肥后移能够显著提高玉米花后干物质积累和最大增长速率以及向籽粒中转运速率,从而提高干物质积累量和粒重;夏来坤等[7]研究表明在3叶期结合12叶期追肥处理的氮肥运筹方式有效降低了氮素损失,且氮肥利用率最高;李宗新[15]等研究发现黄淮海平原地区夏玉米应适当增加大口期追肥以提高氮肥利用效率;赵士诚[5]等发现氮肥后移至吐丝期能起到养分供应与作物吸收同步的作用,因而提高了氮素利用率和作物的产量;LUIS López-bellido等[16]认为拔节期追肥对氮肥利用率效果最好。

本研究结果表明,随氮肥后移指数的升高,产量表现出先增高后降低的趋势。无肥处理与氮肥后期施用占比高时产量较低,而氮肥后移指数在1.5～2.5之间时产量较高。施用基肥并在12叶展或吐丝期追施氮肥的处理产量显著高于其他运筹处理,这与穗粒数的显著提升有关。品种间,氮高效品种JNK728的产量表现与氮肥运筹处理关系更密切,但施氮量水平间差异不显著;而高肥品种ZD958的产量在高氮和增加后期施氮量处理下显著增高。

综上所述,合理确定施氮量和施肥运筹需要根据产量目标和品种特性进行综合考虑。

4 结论

随着施氮量的增加,产量表现为先升高后降低的趋势,且施氮量水平间产量不显著;现有栽培管理下黄淮海夏播区继续提高氮肥施用量并不能进一步显著提高产量;两个区域主栽品种,氮高效品种JNK728施氮150 kg/hm2时产量最高,ZD958则为250 kg/hm2;基肥结合12叶展或吐丝期追肥的施氮运筹能够显著提高穗粒数并最终获得更高的产量表现。因此,黄淮海夏播玉米应综合考虑施肥技术与施肥成本,控制总施氮量并分次施用氮肥,是提高夏播玉米产量的有效途径。