减施氮肥对玉米产量及氮肥利用率的影响

包改丽 何永健 吴海兰 吕庆长 蒋祥先 高连彰

（宣威市农业技术推广中心，云南宣威 655400）

玉米是世界三大粮食作物之一。我国玉米种植面积占世界玉米种植面积的22%，玉米总产量占世界玉米总产量的1/5，在确保国家粮食安全中具有举足轻重的地位。化肥在粮食作物增产中起着重要的作用[1]。氮肥作为一种大量元素肥料，是粮食作物增产的重要肥力因素，也影响玉米的氮肥利用率[2-3]。适量增施氮肥可以提高玉米中后期群体和单叶的光合能力，延长中下部叶片的功能期，对产量提升具有重要意义[4-6]。长期以来，我国普遍存在氮肥施入量过大、氮肥利用效率低、氮素淋失导致农田水土污染等问题。据2016年统计，我国农作物化肥施用量达到346.5 kg/hm2，远高于世界平均水平（120 kg/hm2）；肥料利用率仅30%左右[7]，玉米氮肥利用率为21.6%[8]。减肥、减药可减轻环境压力，是我国农业发展的战略目标[9]。氮肥的合理施用受到区域作物、土壤和气候的影响，在解决施用量、施用时期及不同时期的分配比例等问题时，核心在于施肥量的控制[10]。宣威市是云南省旱粮生产区，玉米常年播种面积8.67万hm2，在旱粮作物种植中占很大的比重。本试验通过研究半干旱地区减施氮肥对玉米产量、氮肥利用率及经济效益的综合影响，旨在为宣威地区玉米高产高效生产中氮肥的合理调控提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2020年4—10月在宣威市板桥街道宣威市现代农业种业园内进行，地处东经104°03′、北纬 26°06′，海拔 1 970 m。年均温 13.3℃，年均降雨量980 mm。试验地土壤肥力中等，土质为红壤，前作为马铃薯。土壤基本理化性状为有机质34 g/kg、碱解氮 117 mg/kg、有效磷 47 mg/kg、速效钾 91 mg/kg、pH值5.5。

1.2 试验材料

玉米品种为宣会7号，由宣威市宣会种业有限公司提供。供试肥料：27%宣农复混肥（12-8-7），由宣农测土配方肥研发中心生产；27%马铃薯腐殖酸肥（10-8-9），由云南云天化股份有限公司生产；32%农家乐1号（18-9-5），由云南绿之源肥业有限公司生产；45%七乡130测土配方肥（27-9-9），由文山市国农测土配方施肥中心生产；40%农家乐2号（22-10-8），由云南绿之源肥业有限公司生产；碳菌双优（腐殖酸生物有机肥，有效活菌数≥3亿个/g，腐殖酸≥20%，有机质≥70%，可溶性腐殖酸≥3%，pH值≥7，富含硅、钙、镁、硫、锌、硼等中微量元素），由云南农管家生物科技有限公司生产。

1.3 试验设计

本试验共设9个处理，各处理施肥量和施肥方式设计具体见表1。3次重复，采用随机区组设计，每个小区面积21 m2，种植密度60 000株/hm2，四周设保护行。

表1 不同处理的施肥量和施肥方式

1.4 试验实施

试验于4月8日采用四轮拖拉机开沟，肥料按行称量后人工撒施沟内，然后覆土、浇水、盖膜。4月10日人工定距播种，4月18日出苗，单株留苗。6月23日按要求追1次肥，9月24日收获。喷药、除草等农艺措施同当地常规管理一致。

1.5 测定指标及方法

灌浆期、乳熟期用手持式叶绿素测定仪（SPAD-502叶绿素仪）测定穗位下第一片叶的叶绿素含量，每个小区连续测量10株。乳熟期测定株高、穗位高，每个处理连续测10株，3次重复，求平均值。9月24日，每个小区收中间4行，测产，每个品种连续取10穗进行考种。计算公式如下：

1.6 数据统计与分析

试验数据使用SPSS 20.0进行方差分析，用Excel进行数据整理与统计。

2 结果与分析

2.1 对玉米形态特征的影响

由表2可知，施氮处理均显著增加玉米的株高和穗位高。处理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8（减施氮肥）的株高、穗位高与处理N1（常规施肥）间无显著差异；处理 N2、N3、N4、N5、N6、N7的穗位系数与处理 N1间无显著差异，处理N8的穗位系数较处理N1降低了0.03，处理N8的穗位系数与处理N1间差异显著。

表2 不同处理对玉米株高和穗位系数的影响

2.2 对玉米叶绿素含量的影响

由表3可知，所有处理的玉米乳熟期较灌浆期的叶绿素含量均有所下降，处理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8（减施氮肥）较处理N1叶绿素含量下降均较快。施氮肥处理均能显著增加灌浆期和乳熟期的叶绿素含量。处理N5较处理N1增加了灌浆期叶绿素含量，处理 N2、N3、N4、N6、N7、N8较处理 N1均降低了叶绿素含量， 处理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8灌浆期的叶绿素含量与处理N1差异不显著，说明氮肥减施并未显著降低玉米灌浆期的叶绿素含量。 处理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8乳熟期的叶绿素含量较灌浆期的叶绿素含量均有所降低，处理N6的叶绿素含量降低的幅度最大，说明氮肥施用量越少，叶绿素含量降低越快。处理N6乳熟期的叶绿素含量较处理N1降低6.5%，处理N6与处理N1叶绿素含量差异显著，说明施氮量降低到198 kg/hm2时，玉米乳熟期的叶绿素含量较常规施肥处理显著降低。 处理 N2、N3、N4、N5、N7、N8乳熟期叶绿素含量与处理N1差异不显著，说明减施氮肥处理并未显著降低玉米乳熟期叶绿素含量。

表3 不同处理对玉米叶绿素含量的影响

2.3 对玉米产量和氮肥利用效率的影响

从图1可以看出，施用氮肥能使玉米显著增产，增幅为18.00%～31.42%。处理N5较处理N1增产4.32%，处理N3较处理N1增产2.56%，处理N7较处理N1增产0.84%，差异不显著。处理N2较处理N1减产1.39%，处理N4较处理N1减产9.10%，处理N6较处理N1减产1.00%，处理N8较处理N1减产2.74%，差异均不显著。由此说明，在一定程度上减施氮肥不会造成玉米减产。

图1 不同处理对玉米产量的影响

减施氮肥对氮肥的偏生产力有显著影响。从图2 可以看出，与处理 N1相比，处理 N2、N3、N5、N6、N7、N8均能显著增加玉米的氮肥偏生产力，增幅分别为48.19%、39.62%、41.22%、89.43%、88.64%、23.25%；处理N1与处理N4差异不显著。从图3可以看出，处理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8玉米氮肥农学效率与处理N1无显著差异。

图2 不同处理对玉米氮肥偏生产力的影响

图3 不同处理对氮肥农学效率的影响

2.4 对玉米经济效益的影响

由表4可知，成本表现为处理N3（有机肥与无机肥结合）>处理N6（长效玉米专用肥一次性底施）>处理 N1（常规施肥）>处理 N5（长效玉米专用肥）>处理N4（推荐施肥）>处理 N2（马铃薯腐殖酸肥）>处理 N8（七乡130测定配方施肥追肥）>处理N7（七乡130测定配方施肥不追肥）>处理N0（不施肥）。

表4 不同处理玉米经济效益分析

纯收益表现为处理N5>处理N7>处理N2>处理N1>处理N8>处理N6>处理N4>处理N0（不施肥）>处理N3。处理N7较处理N1增收1 491元/hm2，处理N5较处理N1增收1 618.88元/hm2，处理N2较处理N1增收62.78元/hm2，其余处理纯收益均较处理N1减少。

3 结论与讨论

玉米籽粒产量主要来源于玉米叶片的光合产物，氮是叶绿素的组成成分，作物缺氮，叶绿素含量减少，光合作用减弱。有研究表明，施肥量过少或过多均可以降低植株叶片的叶绿素含量和光合速率，合理的施肥量和施肥方式能够增加玉米叶片的叶绿素含量，延长叶面积指数高值持续期，提高其光合速率，最终提高产量[11]。Osaki等[12]研究表明，过量氮素运转导致叶片早衰及光合能力下降，不利于提高作物产量。过量氮肥造成玉米贪青徒长，延长玉米的生育期。在土壤水分供应充足的条件下，适量减施氮肥不会造成春玉米减产，反而有增产作用[13]。张盼盼等[14]研究发现，玉米吐丝后，穗位叶的SPAD值相对稳定，至花后40 d和成熟期时，SPAD值显著下降。本研究中，玉米灌浆期至乳熟期SPAD值显著下降，且施氮量越少，下降速度越快。施氮量降至198 kg/hm2时，玉米乳熟期的叶绿素含量较常规施肥处理显著降低。本研究中，减施氮肥处理并未显著降低灌浆期叶绿素的含量，乳熟期的叶绿素含量也未显著降低。同时，减施氮肥处理也未显著降低玉米的产量。

肥料偏生产力是评价肥料利用效率的重要指标。目前，世界氮肥偏生产力的平均水平是58kg/kg[15]。本研究中，氮肥偏生产力在30.11～57.04 kg/kg之间，氮肥减施处理均能显著增加玉米的氮肥偏生产力（增幅23.25%～89.43%），以减氮47.89%处理最高（接近世界平均水平），常规施肥处理远低于世界平均值。农户可以通过采用种植绿肥等方式培肥地力、合理轮作、秸秆还田、测土配方施肥、施用有机肥和复合肥等措施提高肥料利用率。长期以来，我国农作物种植普遍偏施氮肥，有机肥投入量较低，需进行科学的指导和调整。推广配方合理的复合肥，可以进一步提高肥料利用率。

试验结果表明，8个减施氮肥处理中有3个减施氮肥处理较常规施肥处理增产，但增产幅度不大，增幅在0.78%～4.44%之间，以施用长效玉米专用肥处理增幅最大，其次是有机肥与无机肥结合处理，再次是七乡130测土配方施肥不追肥处理。从经济效益看，长效玉米专用肥处理效益最好，其次是七乡130测土配方施肥不追肥处理，再次是马铃薯腐殖酸肥处理，常规施肥处理居第4位，有机肥与无机肥结合处理效益最差。有机肥具有养分全面、肥效长、污染少、增强土壤肥力、提高作物产量和改善产品品质等重要作用[16]。有机肥与无机肥结合，短期经济效益最低，但从长期来看对土壤有一定的改良作用。七乡130测土配方施肥不追肥（减氮46.68%）、长效玉米专用肥（减氮26.15%）、马铃薯腐殖酸肥（减氮29.8%）这3个施肥处理在大幅减少施氮量的同时，不明显降低籽粒的产量。综合来看，本研究中以施用长效玉米专用肥、七乡130测土配方施肥不追肥和马铃薯腐殖酸肥处理较理想，较常规施肥处理增产增收效果好，可达到节肥增效的目的。本研究的数据仅为一年的试验结果，不同种类肥料受该区域气候条件、土壤类型和管理措施等影响表现不同，因而需要通过长期定位试验获取更多的参数指标，进一步探讨不同种类肥料的节肥增效机理。