不同施氮量对玉米生长、氮吸收利用及产量的影响

王鹏　李连冰　焦峰　殷奎德　张兴梅　肖瑶　李佐同

摘要：于半干旱地区黑钙土在自然降雨条件下，设置4个施氮处理，N1为0 kg/hm2（CK），N2为120 kg/hm2，N3为150 kg/hm2，N4为180 kg/hm2，小区试验设计，3次重复，研究了不同施氮量对玉米（Zea mays L.）生长、氮吸收与产量的影响规律。结果表明，成熟期N4处理干物质积累量最高，较CK提高了46.62%，差异显著；N3处理氮吸收量最高，分别较N1和N4提高了28.42%和2.94%，N3显著高于N1处理；拔节期，叶片内氮分配比例N3、N4显著低于N1处理，茎内分配比例N3、N4显著高于N1处理，成熟期子粒中氮分配比例最高；氮肥利用率表现出随着氮肥施用量增加而降低的变化，N4最低，仅为26.30%；玉米产量、可溶性糖、蛋白质、淀粉、可溶性糖含量不同施氮量处理之间无显著差异。综合分析认为，自然降雨条件下玉米氮肥施用量以180 kg/hm2为宜。

关键词：玉米（Zea mays L.）；氮吸收与利用；氮肥；产量

中图分类号：S143；S513 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）22-5544-04

Abstract： The test under natural rainfall then set 4 different nitrogen treatment as N1 was 0 kg/hm2（control）， N2 was 120 kg/hm2， N3 was 150 kg/hm2， N4 was 180 kg/hm2， plot experimental design with three replications， then studied effect of changes of corn growth， nitrogen uptake and yield in different nitrogen. The results showed that： N4 treatment dry matter accumulation highest and higher than control 46.62% and have significant difference with control in harvest； nitrogen uptake N3 treatment highest and was higher than N1，N4 treatment 28.42%，2.94%， N3 was significant higher than N1； the leaf nitrogen distribution ratio N3，N4 was significantly lower than N1 treatment and significantly higher than N1 treatment in stem when on Jointing stage， nitrogen distribution ratio was highest in grain on maturity； the utilization of nitrogen showed reduce with the increase of nitrogen fertilizer and N4 lowest that only 26.30%. there was no significant difference in corn yield， soluble sugar， protein， starch and soluble sugar content between different nitrogen treatment. Comprehensive analysis that nitrogen fertilizer was 180 kg/hm2 best under natural rainfall.

Key words： corn（Zea mays L.）； nitrogen uptake and utilization； nitrogen； yield

玉米（Zea mays L.）是世界上最重要的粮食兼经济作物，在各国国民经济中占重要的地位，因此各国均把玉米生产放在非常重要的地位[1]。氮是植物生长需求量最大的营养元素之一[2]，玉米生育期内供应量的高低对最终产量的形成有巨大的影响。玉米属于对氮比较敏感的作物，生产中为提高产量常常大量施用氮肥，据统计，美国每年玉米生产中施用氮肥量达到了约82亿kg，中国玉米施氮量占到了农业生产中氮肥用量的60%以上[3]。黑龙江省是中国玉米栽培面积较大的省份之一，其产量高低对中国粮食安全具有重要影响[4]。近年来，全球气候变暖对玉米生产带来了较大影响，特别是自20世纪90年代以后，黑龙江省的降雨量降低非常显著，而在21世纪之初，黑龙江省年平均气温又显著升高，很多地区出现了水热不同步现象，同时降水量分布不均，对玉米产量的提高带来了巨大挑战[5]。生产中，为提高玉米产量，人们常常采取灌溉的方式来补充玉米生长中对水分的需求，但是关于自然降雨条件下玉米产量变化的相关研究鲜见报道。本研究以此为契机，详细研究了自然降雨条件下不同施氮量对玉米养分吸收及产量和质量的变化规律，以期為生产中确定最佳的氮肥施用量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点设在黑龙江省大庆市肇州高科技农业节约灌溉试验示范管理站园区内（黑龙江省肇州县肇州镇）地理位置为N45°42′15.8"，E125°14′38.7"，土壤类型为黑钙土，玉米品种为雷奥402，前茬作物为玉米，生长季节降雨量为399 mm。土壤养分状况为土壤有机质31.48 g/kg，碱解氮124.3 mg/kg，速效磷11.5 mg/kg，速效钾161.6 mg/kg，pH 7.8。2013年气候条件见表1。

1.2 试验设计

试验采用小区试验， 小区面积144 m×48 m，每处理3行、行长6 m，株距0.3 m，行距1.3 m（种植面积51 300株/hm2），每行40株，共计120株，3次重复，氮肥施用量和施肥方式见表2。追肥采用人工追肥，在垄中间施入5 cm深，注入追肥用的等量水分，然后覆土。试验于2013年5月14日播种，于6月22日追肥。

1.3 采样方法与测定项目

试验分别于玉米拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期取玉米整株样品，105 ℃杀青，70 ℃烘干，烘干后称量干重，用以计算玉米干物质积累量，然后粉碎，进行植株氮磷钾养分的化验分析。植株全氮测定采用过氧化氢-硫酸消化，半微量凯氏定氮法[6]，全磷含量采用钒钼黄比色法[6]，全钾含量测定采用火焰光度法[6]。玉米产量测定采取小区测产的方式，取测产区中间1垄10株玉米测产，同时每个处理留样品化验和质量鉴定。

1.4 统计分析

试验数据用Excel表格处理，差异显著性检验采用DPS软件分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对玉米干物质积累的影响

由图1可知，玉米干物质积累量呈现出随着生育期延后一直增加的趋势，成熟期达到最高值。整个生育期，N4处理的干物质积累量始终处于最高值，在拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期的干物质积累量分别较N1（CK）高1 561.57、1 915.03、3 944.29、6 338.46 kg/hm2，方差分析结果表明，拔节期和成熟期N4处理干物质积累量均显著高于对照，在孕穗期和灌浆期与对照之间无显著差异；拔节期和孕穗期N2仅次于N4处理，两个处理间分别相差586.53、369.19 kg/hm2，无显著差异，拔节期N2显著高于CK；灌浆期和成熟期N3仅次于N4处理，两个生育期分别较N4处理低1 005.31、3 562.61 kg/hm2，成熟期N3显著低于N4处理，N3与N1处理之间无显著差异。从干物质积累量上来看，N4处理可以显著促进玉米干物质积累量的增加。

2.2 不同施氮量对玉米氮吸收的影响

由图2可知，随着生育期延后，玉米氮吸收量表现出持续增加的趋势。拔节期，3个施用氮肥处理的氮吸收量分别较N1（CK）高7.70、12.54、18.29 kg/hm2，方差分析结果表明，N4显著高于N1（CK），N1、N2、N3之间无显著差异；孕穗期和灌浆期的氮吸收量N4处理处于最高值，分别较N1（CK）高40.03、71.33 kg/hm2，N4与N1处理之间差异显著；灌浆期的氮吸收量N3较N4处理低21.99 kg/hm2，两个处理之间无显著差异，N3与N1之间无显著差异；成熟期4个处理的氮吸收量分别达到了159.34、197.33、204.62、198.78 kg/hm2，其中，N3处理氮吸收量最高，较N1（CK）提高了28.42%，两个处理之间差异显著，N2、N3与N4处理之间无显著差异。

2.3 不同施氮量对玉米氮分配的影响

由表3可知，不同氮肥施用量对氮元素在玉米不同器官中的分配具有一定的影响，在拔节期，叶片中氮肥分配比例随着氮肥施用量的增加呈降低的趋势，其中N1分配比例显著高于N3、N4处理，茎内分配比例随着氮肥施用量的增加呈升高的趋势，其中N3、N4显著高于N1处理，表明在拔节期增加氮肥施用量可以促进氮元素在茎内分配量的增加。孕穗期叶片内分配比例仍然以N1最高，N4最低，两个处理间无显著差异，茎内N4分配比例最高，N2最低，无显著差异；果皮、果心内氮分配比例表现为施肥处理高于无肥处理，在果心中，N2、N4分配比例显著高于N1处理，证明在该生育期内施肥可以显著提高果心内氮分配比例；灌浆期子粒中氮分配比例最高，果皮中分配比例最低，从不同处理对氮分配的影响来看，各器官内氮肥施用量不同氮分配比例不会出现显著差异；成熟期叶片内氮分配比例N1最高，各处理间无显著差异，茎、果皮、果心内不同处理之间所有施肥处理的氮分配比例相近，无显著差异；子粒内所有施肥处理的氮分配均高于无肥处理，其中N3最高，N1最低，两者无显著差异。

2.4 不同施氮量对玉米氮肥利用率的影响

由表4可知，氮肥施用量不同，在玉米的不同生育期，氮肥的利用率存在着一定的差异。在拔节期，N4处理氮肥利用率最高，其次为N3处理，N2最低，但是不同处理之间无显著差异；孕穗期N4分别高于N2、N3处理3.03个百分点、10.27个百分点，无显著差异；灌浆期N4最高，N3最低，两个处理之间相差14.66个百分点；成熟期各处理的氮肥利用率表现出随着氮肥施用量的增加而增加的变化，其中N2分别比N3、N4提高5.99、9.89个百分点，各处理之间无显著差异。

2.5 不同施氮量对玉米产量质量的影响

由表5可知，不同氮肥施用量玉米产量存在一定的差异，N3处理产量最高，分别高于N1、N2、N4处理196.08、757.80、326.42 kg/hm2，所有处理之间无显著差异，表明在自然降水条件下，不同施氮量不会对玉米产量产生显著影响；还原糖含量N3处理最高，较N1（CK）提高0.03个百分点，4个处理之间无显著差异，证明不同施氮处理不会显著改变玉米子粒内的还原糖含量；淀粉含量仅N3较CK高0.99个百分点，N2、N4处理均低于CK，4个处理之间无显著差异；蛋白质含量N3处理最高，较CK提高了0.60个百分点，无显著差异，N4较CK低0.95个百分点；可溶性糖含量N2处理最高，分别高于N1、N3、N4处理1.85、3.69、3.32个百分点，方差分析结果表明，4个处理之间无显著差异。从试验结果来看，N3处理对提高玉米子粒产量、淀粉和蛋白质含量效果最佳。

3 小结与讨论

本试验结果表明，3个施用氮肥处理的干物质积累量均高于对照，这与在棉花[7]、早熟禾[8]上的研究结果相似，证明了氮肥对促进植物生长有良好的作用，其中氮肥施用量越高，干物质积累量越高，N4处理显著高于对照，N2、N3处理与对照之间无显著差异；玉米施用氮肥可以促进植株对氮营养的吸收，其中N3处理显著高于对照，这与刘慧颖等[9]的研究结果相似。从玉米氮分配變化上来看，拔节期茎内氮分配比例表现出随着氮施用量增加而增加的变化，而叶片表现为氮分配比例降低；成熟期氮肥施用量的不同各器官内氮分配比例存在差异，但是差异不显著，表明氮肥施用量不同对氮元素在玉米各器官内分配的影响较小。不同施肥处理的氮肥利用率在不同生育期表现不同，但是在成熟期表现为随着氮肥施用量的增加而降低的变化趋势，从试验结果来看，N2处理氮肥利用率达到了36.18%，而N4处理也达到了26.30%，该结果与吕丽华等[10]的研究结果相似，表明玉米的氮肥利用率在自然状态下处于较稳定的状态。玉米产量、还原糖、蛋白质含量N3最高，可溶性糖含量N2处理最高，但是所有处理之间均无显著差异，证明不同施氮量不会对玉米产量和质量产生显著影响。

2013年气候条件比较特殊，降雨量偏多，与历年平均降雨量相比差别较大，因此，2013年的试验数据是在特殊年份取得的，不代表該地区常规年份的气候特点，当年的数据仅供参考。从2013年试验地点的气象变化上来看，在5月和8月，试验地点的气温均较往年有所提高，而其他月份均低于历年平均温度变化；从降水量变化上来看，试验期间的5月、6月和8月均高于历年平均值，7月和9月低于历年平均值。由于降雨量的增加导致了施用氮肥对玉米产量与养分吸收发生了变化，进而导致了处理间差异不显著。综合分析认为，自然降水条件下氮肥施用量以180 kg/hm2为宜。

参考文献：

[1] 王艳朋.氮胁迫条件下玉米籽粒和秸秆品质及N、P、K含量的QTL分析[D].郑州：河南农业大学，2008.

[2] 张吉立.旅游景观园林早熟禾合理施肥试验研究[J].中国土壤与肥料，2012（4）：65-69.

[3] 陈新平，周金池，王兴仁，等.小麦-玉米轮作制中氮肥效应模型的选择—经济和环境效应分析[J].土壤学报，2000，37（3）：346-354.

[4] 张 妍，钱春荣.黑龙江省玉米单产现状与发展策略[J].东北农业大学学报，2010，41（7）：155-157.

[5] 孙彦坤，田宝星，高 见，等.气候变化对黑龙江省黑土区玉米气候生产潜力的影响[J].东北农业大学学报，2013，44（11）：44-49.

[6] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，1999.

[7] 李伶俐，房卫平，谢德意，等.施氮量对杂交棉干物质积累、分配和氮磷钾吸收、分配与利用的影响[J].棉花学报，2010，22（4）：347-353.

[8] 张吉立.氮磷钾不同配比对旅游景观早熟禾生长的影响[J].山东农业科学，2013，45（11）：74-76.

[9] 刘慧颖，韩瑛祚，华利民.施氮方式对玉米氮吸收及土壤养分、N2O排放的影响[J].中国土壤与肥料，2013（6）：17-21.

[10] 吕丽华，陶洪斌，王 璞，等.种植密度对夏玉米碳氮代谢和氮利用率的影响[J].作物学报，2008，34（4）：718-723.

（责任编辑 韩 雪）