氮肥运筹对夏玉米产量、品质及植株养分含量的影响

姜涛

(安徽省农业科学院作物研究所，安徽合肥230031)

据国家统计局数据显示［1］，我国玉米种植面积已经超过水稻，跃居第一位。玉米产量和品质与氮肥有重要相关性，合理的氮肥施用量和运筹方式不仅是夏玉米获得优质、高产的关键，还是提高氮肥利用率、降低成本、获得较高经济效益，避免或减少由于施肥过量所带来的环境污染和危害的有效途径［2－4］。目前，在施氮量和基追比例对玉米产量、品质影响方面的研究有大量报道［5－9］，但是，在施氮量、基追比例和追肥时期三者的交互效应研究方面鲜有报道。本试验研究从施氮量、基追比例和追肥时期三者的交互效应方面入手，研究氮肥施用量与运筹方式对夏玉米产量、品质和植株养分含量的影响，为淮北平原砂姜黑土地区玉米生产中氮肥的合理运筹提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在安徽省农业科学院阜南县试验基地，地处东经 115°43'43″，北纬 32°45'9″，属暖温带半湿润季风气候区南缘，具有明显的过渡带气候特征。常年降水量900 mm左右，日照时数2252.5 h，日照百分率51%，太阳辐射年总量每平方厘米121.6千卡，无霜期222 d。

试验地土质为砂姜黑土，耕层0—20 cm土壤有机质含量 13.12 g/kg、全氮0.90 g/kg、碱解氮87.05 mg/kg、速效磷16.50 mg/kg、速效钾136.00 mg/kg。前茬作物为小麦。

1.2 试验设计

本试验选用弘大8号玉米品种为试验材料，设置不同的施氮量、追肥时期和基追比，研究在不同施氮量和基追比条件下夏玉米最适合的高产优质氮肥运筹方式。采用大田试验，设置一个对照(CK)和5 个施氮量处理，即 N0、N150、N225、N300、N375，分别表示施氮(N)0、150、225、300、375 kg/hm2;磷、钾肥全部基施(P2O590 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2)。N0、N150处理氮肥全部基施;N225、N300、N3753个施氮量处理的氮肥运筹方式均为基肥，拔节期和大喇叭口期追肥，基追比(基肥∶拔节肥∶大喇叭口期追肥)设为10∶0∶0(A1)、5∶0∶5(A2)、3∶5∶2(A3)。共组合为12个处理(CK、N0、N150、N225A1、N225A2、N225A3、N300A1、N300A2、N300A3、N375A1、N375A2、N375A3)，每个处理3次重复;小区面积(4.2 m×6 m)25.2 m2，共36个小区，完全随机区组排列。种植密度67500 plant/hm2，行距60cm，株距25cm，其他管理措施同大田。

1.3 测定项目与方法

在玉米播种前与收获后采集0—20 cm土壤样品;成熟期全部收获中间3行玉米(总7行)，装入尼龙网袋晒干，脱粒称重，以含水量14%的重量作为小区产量。另取10穗玉米进行考种，调查穗长、穗行数、穗粒数、行粒数和百粒重等;取植株样品，测定生物量及植株氮、磷、钾含量和籽粒氮、磷、钾含量及品质指标。

土壤有机质含量用重铬酸钾容量法测定;碱解氮用碱解扩散法;速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼蓝比色法;速效钾用NH4OAc浸提—火焰光度法测定。

植株及籽粒全量氮、磷、钾含量的测定方法分别为:用凯氏定氮法测定全氮;钼锑抗比色法测全磷;火焰光度计法测定全钾。蛋白质含量通过全氮计算得到，即，蛋白质含量(%)=全氮(g/kg)×6.25/10;粗脂肪用残余法;粗淀粉用旋光法进行测定［10］。

1.4 数据处理

运用Microsoft Excel 2003软件进行计算及作图;SPSS 16.0数据处理系统进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹方式对玉米产量的影响

2.1.1氮肥全部基施对玉米产量的影响 由图1可知，在氮肥全部基施条件下，玉米产量均随施氮量增加呈二次抛物线趋势。施氮量从0 kg/hm2增加到300 kg/hm2时，玉米产量逐渐增加;当施氮量增加到375 kg/hm2时，产量反而降低，其中N300处理的产量比对照增加114.15%，比其他施氮处理增产5.04%～80.78%。这说明玉米施用氮肥符合报酬递减规律，在一定范围内，玉米产量随施氮量增加而提高，但超过一定量后增施氮肥并不能使产量持续增加，反而下降。在高氮条件下由于作物生育前期冠层内透光率较低，冠层结构较不合理，导致生育后期叶片提早衰老，使后期光合性能降低，不但起不到增产效果，还会造成肥料的浪费和对环境的污染［11］，因此氮肥的施用量要控制在适当的范围内。不同土壤肥力、不同玉米产量水平的氮肥最佳用量存在差异，本试验中在氮肥基施条件下，通过对玉米产量和施氮量进行二次多项式方程回归分析，得到方程Y=－0.0446X2+27.361X+5333.3，其 R2=0.9954，表明玉米产量与施肥量有显著的相关性。通过对方程求解，可以得到在氮肥全部基施条件下，施氮量为 307 kg/hm2时，产量最高为 9529.6 kg/hm2。

图1 不同施氮量对玉米产量的影响Fig．1 Effect of different N application rates on maize yield

2.1.2氮肥运筹方式对玉米产量的影响 施氮时期和追施比例显著影响玉米的产量。由图2可以看出，在施氮量为 N 225 kg/hm2、300 kg/hm2、375 kg/hm2的处理中，相同施氮量不同氮肥运筹方式下玉米产量出现了相同的变化趋势，即A2(5∶0∶5)＞A3(3∶5∶2)＞A1(10∶0∶0)，氮肥追施比例为 A2的处理与氮肥全部基施处理A1的玉米产量有显著的差异。在相同施氮量条件下，氮肥后移注重苗肥的同时重施穗肥，有利于玉米形成壮苗、增加粒重、提高产量，原因是大喇叭口期是决定玉米雌穗大小、粒数多少和提高产量的关键时期［12］，此期追肥既可促进植株生长与雌穗分化，又有提高光合作用，延长叶片功能期和增花、增粒、提高粒重的作用，因此，在一个适当施肥量内，大喇叭口期重施氮肥有利于增加玉米产量。

图2 不同氮肥运筹方式对玉米产量的影响Fig．2 Effect of different N applications regime on maize yield

通过对不同氮肥运筹方式下，玉米产量(Y)与施氮量(X)进行多项式回归分析，得到产量与施氮量的二次回归方程(表1)，表1显示，3种氮肥运筹模式下产量与施氮量呈极显著相关性，生产中可以根据模型来计算最大产量及其对应的最佳施氮量。

各施氮处理的玉米产量均极显著高于对照和不施氮处理，比对照增产83.3% ～140.5%，比N0处理增产54.7%～103.0%;其中施氮量为N 300 kg/hm2，基肥∶拔节肥∶大喇叭口期追肥为5∶0∶5的处理 A2产量最高为 10902 kg/hm2，比 CK增产140.5%，比N0处理增产94.2%。根据土壤肥力变化、玉米品种氮素吸收积累特性和目标产量水平的不同，适宜的氮肥用量、施氮时期和追施比例也将发生变化，本试验中最适氮肥运筹方式为基肥∶拔节肥∶大喇叭口期追肥为5∶0∶5(A2)，最佳施肥量为300 kg/hm2。

2.2 氮肥运筹方式对玉米籽粒养分含量与品质的影响

2.2.1对玉米籽粒养分含量的影响 由表2可以看出，在氮肥全部基施条件下，随着施氮量的增加玉米籽粒中的氮、磷、钾素养分含量呈先增后减的变化趋势。不同施氮量各处理籽粒的氮、磷、钾养分含量分别比对照增加8.7% ～63.8%、36.6% ～69.0%、77.7% ～119.6%，差异达显著水平，可见，适量增施氮肥能显著增加玉米籽粒氮、磷、钾养分含量。N0处理的籽粒氮、磷、钾养分含量分别比对照高8.7%、36.6%、77.7%，说明在不施氮肥的情况下，施磷、钾肥也有助于增加玉米对土壤中氮、磷、钾的吸收，提高玉米籽粒的品质。

表1 玉米产量与施氮量的回归方程模型Table 1 Regression equation model of corn yield and nitrogen application rate

表2 不同氮肥运筹方式对玉米籽粒养分含量的影响(g/kg)Table 2 Effects of different nitrogen applications regime on nutrient contents of maize grains

在相同施氮量不同氮肥运筹方式下，玉米籽粒氮素含量变化趋势为:N225A2＞N225A1＞N225A3;N300A2＞N300A1＞N300A3;N375A2＞N375A3＞N375A1。肥料运筹方式A2(基肥∶拔节肥∶大喇叭口期追肥为5∶0∶5)处理的籽粒氮素含量大于A1和A3，说明重施基肥和穗肥能显著提高玉米籽粒的氮素养分含量。

2.2.2对玉米籽粒品质的影响 各施肥处理玉米籽粒的粗脂肪和粗淀粉含量高于对照(见表3)，但差异不显著。而与对照(CK)相比，增施氮肥显著提高了玉米籽粒中粗蛋白的含量，增幅为1.94～4.07个百分点，达到极显著差异水平。

1)氮肥全部基施对玉米籽粒品质的影响 由表3可知，在氮肥全部基施条件下，随着施氮量的增加，玉米籽粒的粗脂肪、粗蛋白和粗淀粉含量的变化趋势基本一致，均随施氮量的增加呈先增后减，这与王春虎［3］等人的研究结果一致。N150、N225、N300和N375处理玉米籽粒的粗蛋白含量比对照(CK)增加1.94～4.07个百分点，差异达极显著水平;而N225、N300、N375处理间的粗蛋白含量差异不显著。随着施氮量的增加，粗淀粉和粗脂肪含量的变化幅度不大，与不施氮肥处理N0相比，施用氮肥后籽粒粗淀粉和粗脂肪的含量分别增加0.06～1.01、－0.14～0.23个百分点，各处理间差异不显著。可见，施氮量对玉米籽粒粗淀粉和粗脂肪含量没有明显影响。

2)氮肥运筹方式对玉米籽粒品质的影响 由表3还可以看出，在基肥∶拔节肥∶大喇叭口期追肥比例为 A1(10∶0∶0)、A2(5∶0∶5)的两种氮肥运筹方式下，随着施氮量的增加，玉米籽粒粗蛋白和粗淀粉含量呈先增后减的变化趋势，表现出一定的规律性;粗脂肪的含量却随着施氮量的增加出现了减少的变化趋势。在A3(3∶5∶2)氮肥运筹方式下，玉米籽粒中粗蛋白含量出现了随施氮量的增加而增加的变化趋势，而粗淀粉含量则出现了先减后增的情况，粗脂肪与粗淀粉含量有相反的变化趋势。在相同的施氮量条件下，玉米籽粒粗蛋白含量在A2(5∶0∶5)氮肥运筹方式下最高，说明该种氮肥运筹方式能改善玉米籽粒品质。本试验结果表明，不同氮肥运筹方式对玉米籽粒品质的影响不同，在重施基肥和大喇叭口肥的条件下，增加施氮量使玉米籽粒中粗蛋白和粗淀粉含量先增后减，而粗脂肪含量呈现逐渐减少的趋势;当兼顾基肥和大喇叭口肥，同时重施拔节肥时，随施氮量增加玉米籽粒粗蛋白含量逐渐增加、粗脂肪含量先增后减，而粗淀粉含量则是先减后增，但整体差异不显著。

表3 不同氮肥运筹方式对玉米籽粒品质的影响(%)Table 3 Effects of different nitrogen applications regime on quality of maize grains

2.3 对玉米植株养分含量的影响

由表4可以看出，在氮肥基施条件下，随着施氮量的增加，玉米秸秆氮和钾的含量呈先增后减的抛物线变化趋势，而磷含量则呈先减后增再降的S型曲线变化趋势。与对照相比较，不同施氮量条件下玉米收获期秸秆氮、钾含量显著高于对照，各处理植株氮素养分含量比对照高17.5% ～47.6%，钾素比对照高15.5% ～48.4%，其中，施氮量为 N 225 kg/hm2的处理其秸秆氮素和钾素含量最高，分别比对照高47.6%和48.4%，各处理间差异达极显著水平。表明适当的施氮量能增加夏玉米秸秆中氮素、钾素的含量，施氮量过少和过多均不利于秸秆氮素含量的增加。

表4 不同氮肥运筹方式对玉米秸秆氮、磷、钾养分含量的影响(g/kg)Table 4 Effects of different nitrogen applications regime on N，P and K of maize Stover

在相同施氮量不同氮肥运筹方式下，玉米秸秆氮素含量的变化趋势为:N225A3＞N225A1＞N225A2;N300A3＞N300A2＞N300A1;N375A2＞N375A3＞N375A1;肥料运筹方式A3处理的秸秆氮素含量大于A1和A2。

3 讨论与结论

本试验研究表明，在氮肥全部基施条件下，产量均随施氮量的增加整体呈二次抛物线趋势，这与已有的研究结果相似［13－17］。氮肥后移有利于增加玉米粒重，从而增加产量，其中施氮量为 N 300 kg/hm2，基肥∶拔节肥∶大喇叭口期追肥的比例为5∶0∶5时产量最高，原因是试验地土壤为砂姜黑土，属典型的低产土壤，因此，经济最佳施氮量相对较高。

玉米大喇叭口期为营养生长和生殖生长的并进阶段，根、茎、叶的生长非常旺盛，体积迅速扩大、干重急剧增加，同时，雄穗已发育成熟，各器官间开始争夺养分，群体和个体以及个体之间矛盾日益突出，大喇叭口期到籽粒建成期是玉米吸收氮素强度最大的时期［18－19］，也是决定玉米产量的关键时期，此期重施氮肥能获得显著增产效果［20］，本试验也得出相似的研究结果，其中，以重施大喇叭口肥的氮肥运筹方式A2的籽粒产量最高。

本试验中，氮肥基施条件下，在一定施氮量范围内，适当增加施氮量能有效增加夏玉米秸秆中氮素、钾素含量，并显著增加玉米籽粒中的氮、磷、钾含量，但过多施用氮肥反而使籽粒养分含量下降。不同氮肥运筹方式中，在相同施氮量条件下，重施基肥和大喇叭口肥能显著提高夏玉米籽粒氮素含量。当重施拔节肥，兼顾基肥和大喇叭口期施肥能显著提高夏玉米秸秆的氮素含量，因为拔节期是玉米营养生长旺盛时期，对养分的需求量较大，重施拔节肥，能满足玉米拔节期根、茎、叶大量生长的养分需求，能显著提高夏玉米秸秆中的氮素养分含量，但是，玉米拔节期过多追施氮肥易使第三、第四节间伸长，造成倒伏，因此，要考虑合理的追肥量。

有研究认为［21］，施用氮肥不同程度地增加了玉米籽粒蛋白质、淀粉和脂肪酸的含量，但也有研究表明［22］，增施氮增加籽粒粗蛋白、粗脂肪含量的同时却降低了粗淀粉的含量。在本研究中，不同氮肥运筹方式对玉米籽粒品质的影响不同，与不施氮肥处理相比，增施氮肥能显著提高玉米籽粒的粗蛋白含量，随施氮量的增加，粗蛋白含量呈先增后减的变化趋势。在重施基肥和大喇叭口肥的氮肥运筹方式A2中，各施氮量处理的籽粒粗蛋白含量相对较高，差异显著，但氮肥运筹方式对粗淀粉和粗脂肪含量的影响不明显。

综上所述，在砂姜黑土中低产田种植夏玉米的最佳施氮量为N 300 kg/hm2，最佳氮肥运筹方式为A2，即基肥∶拔节肥∶大喇叭口期追肥的比例为5∶0∶5，但是，考虑到生态环境效应和农业的可持续发展，应减少化学肥料的使用量，同时要注意增施有机肥，以培肥土壤，提高地力，减少氮肥在环境中的残留和积累，减少潜在的农田环境污染，提高氮肥增产效果。

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