氮肥深追可提高玉米对15N 的吸收、分配及利用

朱宝国，韩旭东，张春峰*，贾会彬，孟庆英，王囡囡，匡恩俊

（1 黑龙江省农业科学院佳木斯分院，黑龙江佳木斯 154007；2 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江哈尔滨 150086）

氮肥深追可提高玉米对15N 的吸收、分配及利用

朱宝国1，韩旭东1，张春峰1*，贾会彬1，孟庆英1，王囡囡1，匡恩俊2

（1 黑龙江省农业科学院佳木斯分院，黑龙江佳木斯 154007；2 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所，黑龙江哈尔滨 150086）

【目的】利用15N 示踪技术，探索不同追氮方式下玉米植株各组织器官氮素吸收、分配及氮素利用率的情况，为指导寒地玉米高产、高效施肥技术提供理论依据。【方法】试验以玉米品种德美亚 3 号为试验材料，设置不施氮肥 (N0)、浅追施一次 (S1)、深追施一次 (D1) 和深追施二次 (D2) 4 个处理。分析了玉米氮素吸收、分配和利用特性，以及肥料贡献和残留。【结果】氮肥深追施处理玉米不同器官干物质积累量高于浅追，深追二次又显著高于一次 (P＜0.05)；除茎外，深追二次玉米各器官氮素含量均显著高于其它处理 (P＜0.05)；氮肥深追玉米各器官氮素积累量高于浅追，除茎和轴差异不显著外，根、叶和籽粒氮素积累量差异显著 (P＜0.05)；深追处理15N 标记氮素含量显著高于浅追 (P＜0.05)，除穗轴外，其它器官间差异达到显著水平 (P＜0.05)；氮素深追15N 在玉米根和籽粒分配率高于浅追，在叶和轴内的分配率相反；深追一次15N 在茎中的分配率高于浅追，深追二次则低于浅追。氮肥深追与浅追相比，氮素利用率分别显著提高了 26.0% 和 14.1% (P＜0.05)；氮肥深追二次与一次相比差异也显著 (P＜0.05)；土壤15N 残留率深追二次和一次处理分别比浅追一次降低 2.1% (P＜0.05) 和1.2%，氮素损失率分别减少了 23.9% 和 12.9% (P＜0.05)，肥料氮素贡献率深追二次和一次分别提高了 3.6% (P＜0.05) 和 0.6%。【结论】氮肥深追可有效提高玉米的干物质积累、氮素吸收、分配及氮素利用率，降低土壤氮素残留率，提高氮肥的贡献率，且氮肥深追二次好于一次深追。

追氮方式；玉米；氮素吸收与分配；氮肥利用率

玉米需氮量较大，需要追施以满足生育后期的养分需要。黑龙江农民习惯玉米追肥一次，但追肥以表施为主，玉米后期经常出现脱肥现象，降低产量和肥料利用率。高强等[1]研究表明，在相同养分条件下，正常年份春玉米分次施肥效果好于一次基施；易镇邪等[2]研究表明，随着氮肥用量的增加玉米干物质积累量相应提高，并且氮肥后移可以提高产量和肥料利用率；茹德平等[3]研究认为玉米对追加15N 化肥的吸收利用率为 28.42%～46.28%，向籽粒运转量为 54.0%～68.0%，追施氮的有效期可连续 3 茬作物，累积利用率为 52.07%～60.39%。苏正义等[4]利用15N 示踪研究认为氮肥深施 10—15 cm 能显著提高玉米产量和肥料利用率。本研究采用15N 标记尿素，在玉米生育的关键时期分次深追，研究氮素在玉米不同器官的吸收与积累动态，探索玉米植株各器官需氮特点，阐明玉米吸收氮素的利用机制，揭示玉米追氮后氮素吸收及积累利用的规律，为玉米施肥的高效利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于 2014～2015 年在黑龙江省农科院佳木斯分院网室内进行，光照充足，通风良好，有遮雨和灌溉设施设备，土壤类型为草甸黑土。其基本养分指标为有机质 35.3 g/kg、pH 6.4、碱解氮 147.8 mg/kg、有效磷 47.0 mg/kg、速效钾 351.4 mg/kg。供试材料选当地主栽玉米品种‘德美亚 3 号’。供试氮肥为普通尿素 (含 N 46%)，15N 标记尿素 (丰度为 10.21 g/kg，含 N 46%，上海化工研究院提供)，磷肥为过磷酸钙(含 P2O543%)，钾肥为氯化钾 (含 K2O 60%)。

1.2 试验方法

试验采用盆栽法，塑料盆直径 0.3 m，高 0.4 m，桶底侧面有 0.02 m 通气孔 1 个，每桶用土 14 kg，每桶播种 1 穴，每穴 3 粒，深度 0.05 m，出苗后定苗 1株。试验以不施氮肥(N0)为对照，在基施尿素 0.12 g/kg 土的基础上，设浅追施一次(S1)，深追施一次(D1)，深追施二次(D2) 3 个处理，每个处理 6 次重复。一次追肥在拔节期追施尿素 0.3 g/kg 土，二次追肥分别为拔节期和大喇叭口期追施 0.10 g/kg 土和0.20 g/kg 土，追肥深度分为浅追 0～0.05 m，深追0.1～0.15 m。所有处理基施过磷酸钙 0.16 g/kg 土，氯化钾 0.06 g/kg 土。定期移动盆以消除边际效应。

1.3 取样与测定

播种前取土样，用常规分析方法[5]测定土壤基础肥力。玉米成熟期取连续 5 株玉米，105℃ 下杀青30 min，80℃ 烘干至恒重测定根、茎、叶、轴、籽粒干物质量；植株各器官氮素含量采用 ATN-300全自动凯氏定氮仪测定，15N 丰度采用 MAT271 型气体同位素质谱仪检测。

1.4 计算方法

15N 原子百分超=样品或标记氮标记肥料的标记氮丰度 – 标记氮天然丰度；

植物吸收肥料氮量占植株总氮量百分率 Ndff =样品15N 原子百分超/标记肥料15N 原子百分超 × 100%；氮素积累量 (g/kg) = 干物质积累量 × 氮素含量；肥料氮积累量=氮素积累量 × (测定样品标记氮丰度–自然界中标记氮丰度)/肥料标记氮丰度；

植株某一器官15N 积累量 = 该组织或器官的全氮 ×该组织或器官的 Ndff (%)；

植株氮素利用率 = 植株 Ndff% × 植株吸氮量/施氮量 × 100%；

肥料氮土壤残留率 = (土样干重 × 土壤全 N% ×土壤全氮原子百分超)/(施标记肥量 × 肥料 N% × 肥料氮原子百分超) × 100%；

氮肥贡献率 = 植株吸收肥料氮量/植株全氮 × 100%。

1.5 数据处理与分析

采用 DPS 7.05 版软件进行数据统计与分析。用Microsoft Excel 2003 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同追氮方式对玉米不同器官干物质积累的影响

从表 1 可以看出，D1 和 D2 处理玉米各器官干物质量高于其他处理，特别是 D2 处理与其他处理相比差异达到显著水平 (P＜0.05)。除叶和籽粒外，D1、D2 处理与 S1 处理相比差异也达到显著水平(P＜0.05)，N0 对照各器官干物质积累最小，除与D1 处理茎差异不显著外，与其他处理各器官差异达到显著水平 (P＜0.05)。玉米不同器官干物质积累量以籽粒最大，说明生育后期不同器官干物质转移到籽粒中去，来满足籽粒的营养需要。从植株干物质积累总量看，干物质量积累变化顺序依次为 D2＞D1＞S1＞N0 处理。说明在氮素总量不变的条件下，玉米在拔节期追施氮肥深追好于浅追，而从深追次数分析，在玉米拔节期和大喇叭口期分两次深追好于在拔节期一次深追，且显著好于氮肥浅追。

表1 不同追氮处理玉米不同器官干物质积累量 (g/plant)Table 1 Dry matter accumulation of maize under different nitrogen topdressing treatment

表2 不同追氮方式玉米不同器官氮素含量及积累量 (g/plant)Table 2 N content and accumulation in different organs of maize under different nitrogen topdressing treatment

2.2 追氮处理对玉米不同器官氮素含量和积累量的影响

从表 2 可以看出，追氮提高了玉米各器官成熟期氮素含量和积累量，各器官氮素含量和积累量均显著高于 N0 (P＜0.05)；D2 处理各器官氮素含量除茎外，与其他处理相比差异均达到显著水平 (P＜0.05)，D2 和 D1 处理各器官氮素积累量高于 S1 处理，除茎和轴外，根、叶和籽粒氮素积累量差异均达到显著水平 (P＜0.05)。不同器官氮素积累量不同，成熟期氮素主要积累在籽粒，不同处理间差异显著。说明在玉米拔节期或大喇叭口期深度追施氮肥能够提高不同器官对氮素的吸收积累，以氮肥深追二次效果最好。

2.3 追氮方式对玉米不同器官15N 积累量及分配率的影响

从表 3 可以看出，D2、D1 处理15N 积累量显著高于 S1 处理 (P＜0.05)，D2 处理高于 D1 处理，除轴外，各器官15N 积累量差异达到显著水平 (P＜0.05)。15N 积累量以籽粒最大，茎最小。从15N 分配率得出，根和籽粒的15N 分配 D2 处理和 D1 处理高于 S1处理，叶和轴的 S1 处理高于 D2 处理和 D1 处理，茎部 D1 处理高于 S1 处理，D2 处理低于 S1 处理，籽粒15N 分配变化顺序依次为 D2＞D1＞S1处理。说明不同追氮方式影响着玉米不同器官15N 积累量及氮素在籽粒中的分配率。

表3 不同追氮处理玉米不同器官15N 积累量(mg/plant)及分配率(%)Table 315N accumulation and distribution in different organs of maize under different N topdressing treatment

2.4 追氮方式对玉米植株15N 利用率的影响

从表 4 可以看出，与 S1 处理相比，D2、D1 处理玉米15N 标记氮素利用率分别显著提高了 26.0% 和14.1%，D2 处理与 D1 处理差异也达显著水平 (P＜0.05)；土壤15N 残留率分别降低了 2.1% 和 1.2%，D2 处理与 S1 处理差异达到显著水平 (P＜0.05)；氮素损失率分别显著减少了 23.9% 和 12.9%；氮素贡献率分别提高了 3.6% 和 0.6%，D2 处理与 S1 处理相比差异达到显著水平。

表4 不同追氮方式下玉米植株15N 利用率 (%)Table 4 N use efficiency of maize under different nitrogen topdressing methods

3 讨论

氮肥追施深度和次数能够提高玉米不同器官对氮素的积累量及分配率。谢佳贵[6]等研究表明，氮肥合理运筹有利于植株对氮素的积累量；高飞[7]等研究表明化肥配施有机肥玉米不同器官随着生育期推进，氮积累量不断增加，到成熟期达到最大值，籽粒中氮素积累量最大；张总正[8]等研究表明，深松和施氮能够促进春玉米氮素向籽粒中积累和分配。本研究表明，在氮素总量不变下，氮肥深追和分次深追能够促进不同器官对15N 的积累量，减少15N 在叶和轴中分配率，提高在籽粒中的分配率。

氮肥追施深度和次数能够提高玉米氮素利用率，减少氮素损失。吴永成[9]等通过对夏玉米15N 示踪研究表明，一次追施15N 标记氮肥的回收率为41.2%～47.8%，15N 残留率为 40.7%～47.5%；李伟波等[10]研究认为氮肥深施并增加追肥次数肥料氮的总损失为 16%～27%，土壤残留率为 34%～54%；王宜伦等[11]研究表明氮肥后移能够提高夏玉米氮肥利用率和农学效率，晚收条件下氮肥利用率提高了 3.5%～6.9%，氮肥农学效率提高了 0.8～1.6 kg/kg。本研究利用15N 标记技术研究表明，氮肥分次深追降低了土壤氮肥残留率和氮素损失率，15N 残留率为 13.66%～14.57%，15N 损失率为 16.62%～27.62%。氮肥损失率与李伟波研究几乎相同，但残留率明显降低，可能是土壤类型不同导致，需进一步研究。与氮肥浅追相比，氮肥分两次深追可显著提高氮肥利用率14～26 个百分点，肥料氮贡献率提高 0.6～3.4 个百分点，并显著降低氮素损失率。

4 结论

氮肥深追可显著提高玉米不同器官的氮积累量和在籽粒中的分配率。在氮肥总量不变条件下，氮肥深追玉米氮肥残留率为 13.7%～14.6%，氮肥损失率为 16.6%～27.6%。氮肥深追与浅追相比，氮肥利用率可提高 14.1%～26.0%，氮肥贡献率可提高0.6%～3.6%。氮肥二次深追效果好于一次。

[1]高强, 李德忠, 汪娟娟, 等. 春玉米一次性施肥效果研究[J]. 玉米科学, 2007, 15(4): 125–128. Gao Q, Li D Z, Wang J J. et al. Effects of single fertilization for spring maize[J]. Journal of Maize Sciences, 2007, 15(4): 125–128.

[2]易镇邪, 王璞, 张红芳, 等. 氮肥类型与施用量对夏玉米生长发育及氮肥利用的影响[J]. 华北农学报, 2006, 2(1): 115–120. Yi Z X, Wang P, Zhang H F, et al. Effect of type and application rate of nitrogen fertilizer on development and nitrogen utilization in summer maize[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2006, 2(1): 115–120.

[3]茹德平, 赵彩霞, 李习军, 等.15N示踪技术研究高产小麦、玉米的施氮规律[J]. 核农学报, 2005, 19(2): 151–154. Ru D P, Zhao C X, Li X J, et al. Studies on utilization of nitrogen by wheat and maize with15N tracer method[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2005, 19(2): 151–154.

[4]苏正义, 韩晓日, 李春全, 等. 氮肥深施对作物产量和氮肥利用率的影响[J]. 沈阳农业大学学报, 1997, 28(4): 292–296. Su Z Y, Han X R, Li C Q, et al. Effect of deep placement of N fertilizers on crop yield and use efficiency of nitrogen[J]. Journal of Shenyang Agricultural University, 1997, 28(4): 292–296.

[5]中国土壤学会. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技出版, 2000. The Chinese Society of Soil. Soil agricultural chemical analysis methods[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000.

[6]谢佳贵, 韩晓日, 王立春, 等. 不同施氮模式对春玉米产量、养分吸收及氮肥利用率的影响[J]. 玉米科学, 2013, 21(2): 135–138. Xie J G, Han X R, Wang L C, et al. Effect of different nitrogen application modes on maize yield, nutrition uptake and utilization efficiency[J]. Journal of Maize Sciences, 2013, 21(2): 135–138.

[7]高飞, 李威, 逄研, 等. 不同氮肥处理对春玉米氮吸收分配及产量的影响[J]. 作物杂志, 2015(4): 97–101 Gao F, Li W, Pang Y, et al. Effects of different nitrogen fertilizers on nitrogen absorption, distribution and yield of spring maize[J]. Crops, 2015(4): 97–101.

[8]张总正, 秦淑俊, 李娜, 等. 深松和施氮对夏玉米产量及氮素吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(4): 790–798. Zhang Z Z, Qin S J, Li N, et al. Effects of subsoiling and N fertilizer application on dry matter accumulation, nitrogen use efficiency and yield of summer maize[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(4): 790–798.

[9]吴永成, 王志敏, 周顺利, 等.15N 标记和土柱模拟的夏玉米氮肥利用特性研究[J]. 中国农业科学, 2011, 44(12): 2446–2453. Wu Y C, Wang Z M, Zhou S L, et al. Studies on the characteristics of nitrogen fertilizer utilization in summer maize based on techniques of soil column and15N-label[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(12): 2446–2453.

[10]李伟波, 李运东, 王辉. 用15N研究吉林黑土春玉米对氮肥的吸收利用[J]. 土壤学报, 2001, 38(4): 476–482. Li W P, Li Y D, Wang H. Application and recovery of15N-fertilazer for spring maize in black soil of jinlin.[J]. Acta Pedologica Sinica, 2001, 38(4): 476–482.

[11]王宜伦, 张许, 李文菊, 等. 氮肥后移对晚收夏玉米产量及氮素吸收利用的影响[J]. 玉米科学, 2011, 19(1): 117–120. Wang Y L, Zhang X, Li W J, et al. Effects of postponing N application on yield and N absorption and utilization of summer maize in later harvest time[J]. Journal of Maize Sciences. 2011, 19(1): 117–120.

Improvement of nitrogen fertilizer dressing in deep soil on absorption, allocation and utilization of15N of maize

ZHU Bao-guo1, HAN Xu-dong1, ZHANG Chun-feng1*, JIA Hui-bin1, MENG Qing-ying1, WANG Nan-nan1, KUANG En-jun2
( 1 Jiamusi Branch, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Jiamusi, Heilongjiang 154007, China; 2 Institute of Soil Fertilizer and Environment Resource, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150086, China )

【Objectives】Using the15N tracing technology, we analyzed effects of different nitrogen topdressing methods on absorption, distribution and utilization of nitrogen of maize in cold zone, and offered theoretical assistance to the reasonable fertilization of the maize.【Methods】Maize cultivar Demeiya 3 was used as material in a field pot experiment, the field experiment was set with the different nitrogen topdressing methods, namely, N0 (without N), once surface topdressing (S1), once deep topdressing (D1) and twice deep topdressing (D2). The dry mater biomass and N use efficiencies were analyzed.【Results】Deep dressing of nitrogen were more effective in the biomass accumulation than surface dressing (S1), and the effect of the D2 was better than that of the D1 treatment (P＜0.05). The N contents in all the tested organs, except in stem, in the treatment D2 were significantly higher than D1 and S1 (P＜0.05)，and the N accumulation in D2 were significantly higherthan in D1 and S1 in all the organs but for stem and shaft (P＜0.05)；The labeling15N abundance in D2 and D1 are higher than in S1 (P＜0.05) as well, but for axis1 (P＜0.05)；The distribution of15N in roots and seeds were significantly higher in D2 than in D1 and S1，but those in the leaves and axis were higher in S1 than in D1 and D2；Compared with S1, The use efficiency of15N in D2, and D1 were improved by 26.0% and 14.9% respectively (P＜0.05) ,the residue of15N decreased by 2.1% (P＜0.05) and 1.2% respectively, and the loss of nitrogen in D2 and D1 were reduced by 23.9% and 12.9% respectively，the contribution of N fertilizer on the increase of n use efficiency were improved 3.6% and 0.6% in D2 and D1 respectively (P＜0.05).【Conclusions】Twice deep dressing of nitrogen fertilizer performs satisfactory in increasing the absorption and distribution of N in different organs of maize, and increase the usage efficiency of nitrogen and the contribution rate of nitrogen fertilizer to the yield, reducing residues and losses of N in soil. Therefore the measurement should be recommended in the cold area tested.

nitrogen topdressing; maize; absorption and allocation; nitrogen use efficiency

S156

A

1008–505X(2016)06–1696–05

2016–01–12 接受日期：2016–03–06

黑龙江省科研机构创新能力提升专项计划项目（YC2014D002）；国家公益性行业（农业）科研专项（201503116-1）；黑龙江省农业科技创新工程重点项目（ZD010）资助。

朱宝国（1982—），男，黑龙江依兰人，硕士，助理研究员，主要从事土壤肥料与植物营养研究。

E-mail：zhubaoguo82@163.com。* 通信作者 E-mail：chunfeng-1@163.com