滴灌施肥条件下不同施氮模式对玉米生长和产量的影响

李 波，张凌一，魏新光，姬建梅

(沈阳农业大学水利学院，沈阳 110866)

滴灌施肥是目前效率最高的现代水肥一体化灌溉施肥技术，可以在灌水量、施肥量和施肥时间等方面都达到很高的精度，具有提高水分、养分利用效率、提高作物产量，改善作物品质，促进现代农业可持续发展等诸多优点[1]。目前滴灌施肥技术已被广泛用于各类作物，如西瓜、小麦、玉米、棉花、番茄等[2-5]，相关的研究工作也不断深入。水肥是作物生长不可或缺的2个要素。在水分充足的条件下，肥料对作物产量的形成起着主要作用。就玉米而言，氮素是其需求量最大的矿质元素，也是玉米产量和品质的重要影响因素[6]。氮肥的施用可促进粮食增产、农业增效以及农民的增收，但由于施肥不合理，增加了农业生产成本，并带来了资源的浪费、污染环境等一系列问题。近些年来，由于玉米施氮技术的迅速发展，国内外的学者就玉米施氮模式进行了较多的研究。谷岩等[7]研究氮素水平对玉米穗位叶光合特征及氮代谢关键酶活性的影响时发现，在氮肥施用总量为300 kg/hm2时，玉米穗位叶保持较高的光合特性和相关酶活性，为玉米籽粒产量的形成奠定了基础。李银坤等[8]通过对不同氮水平下夏玉米农田土壤呼吸动态变化的研究得出，合理的施氮量有利于土壤呼吸速率以及土壤呼吸释放的总碳量增加。郭丙玉等[9]系统研究了水氮互作对高密度玉米干物质积累、氮素吸收及产量的影响，认为玉米干物质积累与吸氮量均随灌溉和施氮水平的增加明显升高。当施氮量大于435 kg/hm2和灌溉量大于900 mm时则呈减少趋势。在施氮0～435 kg/hm2时，氮肥利用率随施氮量的增加而升高，此后反而降低。吕鹏等[10]研究发现，玉米拔节期一次性施氮较不施氮增产不显著，随着施氮次数的增加产量显著提高，灌浆期施氮可以显著提高粒重，从而提高产量。以往的研究多集中在从施氮量、施氮时间及灌溉量等单方面的因素来寻找最佳的施氮模式，而没有综合考虑协同效应，不利于玉米节水灌溉施肥技术的完善和应用。

本研究通过采用田间小区对比试验的方法，深入研究了辽宁棕壤土区滴灌施肥条件下不同施氮量和施氮次数对玉米植株生长、产量的影响，提出科学的施氮模式，以期提高氮肥利用效率，为充分发挥滴灌施肥技术在玉米增产中的作用提供理论依据，具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015年4-10月在沈阳农业大学大棚区玉米试验基地进行。该基地位于北纬41°49′26.26″，东经123°34′00.72″。海拔高度55 m，年平均气温11 ℃，年平均降水量574.4～684.8 mm，年平均蒸发量1 300 mm，无霜期183 d。试验区长100 m，宽20 m，供试土壤为沙性棕壤土，试验地块0～20 cm耕层基础理化性质见表1。

表1 土壤理化性质Tab.1 The soil physical and chemical properties

1.2 试验设计

试验供试玉米品种为美津599。采用大垄双行种植模式，玉米株距30 cm，相邻两垄间距135 cm，垄上行距45 cm，垄间行距90 cm，垄宽105 cm，垄高15 cm，沟底宽30 cm，种植密度为4.5 万株/hm2(见图1)。播种前精选种子，剔除小粒、批粒、碎粒及病虫粒，选留大小均匀、色泽一致、丰满籽粒作种子，对其进行翻晒连续2个半天，并对试验地块进行对旋耕、翻平耙细和起垄作业，旋耕深度25～30 cm。播种日期为2015年5月1日，播种时根据当地丰产经验一次性施种肥磷酸二铵150 kg/hm2、硫酸钾112.5 kg/hm2、尿素37.5 kg/hm2。播种后在土壤表面喷施除草剂进行灭草。

图1 玉米种植方式和滴灌带布置示意图Fig.1 Schematic maize planting pattern and arrangement of drip tape

试验滴灌带选用地埋式滴灌带，小流量滴头，滴灌管直径16 mm，壁厚0.6 mm，滴头间距30 cm。滴灌带埋设地表下3～10 cm处，灌溉施肥更有效，减少水分蒸发，提高水分利用效率[11]。滴灌带沿玉米行向铺设于垄中间，每条滴灌带控制2行玉米。追肥肥料选取尿素，在充分溶解搅拌后，利用自压式重力施肥桶将肥料均匀施入。

相关研究表明，无论是进行田间试验，或者是土壤植株测试，合理的施氮量范围大多数为150～250 kg/hm2，推荐施氮量的调节范围大多在100 kg/hm2以内[12,13]。试验以不同施氮量和施氮次数为试验因素，设置4个施氮量水平(不含底肥)：75、125、175和225 kg/hm2，分别用N1、N2、N3和N4表示；施氮次数设置1次、2次和3次3个水平，用T1、T2和T3表示。1次施氮处理将设计施氮量在拔节期全部施入，2次和3次施氮处理将设计施氮量平均分成2和3次在拔节期、抽穗期和灌浆期分别施入。按照完全组合试验设计，共12个处理：T1N1、

表2 施氮处理设计Tab.2 The design of Nitrogen treatment

T1N2、T1N3、T1N4、T2N1、T2N2、T2N3、T2N4、T3N1、T3N2、T3N3、T3N4，另设不施氮处理(T0N0)为对照。总共13个处理，各处理组合见表2，每个处理3个重复，共39个小区，小区尺寸为3 m×8 m，随机排列布置。

1.3 观测内容和方法

(1)株高和叶面积指数。在每个处理中选生长状况良好、具有代表性的3株玉米植株挂牌标记作为监测样本连续监测，在拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期测定株高和所有完全展开叶片的长和宽。叶面积指数由公式(1)求得：

(1)

式中：n为第j株的总叶片数；m为测定株数；ρ种为种植密度；Lij为第j株玉米的第i叶长；βij为第j株玉米的最大叶宽。

(2)干物质积累。分别在玉米拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期，每个处理选择具有代表性的连续3株植株作为监测样本，测定玉米植株地上部分的鲜质重，取整个植株样品(地上部分)放入烘干箱内105 ℃杀青30 min，之后80 ℃下烘干至恒重，然后称其干物质重。

(3)产量和氮肥农学效率。在玉米收货时，每个处理取大垄双行连续各10株玉米，共计20株玉米，考种并测产，产量换算成每公顷产量。氮肥农学效率：

AE=(YN-Y0)/FN

式中：YN为施氮处理籽粒产量；Y0为对照组籽粒产量；FN为氮肥施用量[14]。

1.4 数据分析方法

所有数据分析运用统计分析软件SPSS19.0，分析图表制作基于Excel和Originpro8.5软件。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理对玉米株高的影响

图2描述了不同施氮处理对玉米株高的影响。由图2可以看出，玉米株高在整个生育期中持续上升，到灌浆期后基本保持不变。当施氮次数一定时，玉米的株高随施氮量的增加呈增加趋势，说明在一定范围内增加施氮量有利于玉米株高的增长，增长趋势显著(p<0.05)。当施氮量一定时，1次施氮处理的株高在生育期大部分阶段均大于2次和3次施氮处理。如在灌浆期，1次施氮处理的株高均值分别比2次和3次施氮处理增加4.5%和13.2%。但是，与拔节期相比，2次施氮处理株高均值较1次施氮处理的株高均值降低幅度在抽穗期和灌浆期减小，而3次施氮处理株高均值较1次施氮处理的株高均值降低幅度则相反。这是因为拔节期是营养生长期，抽穗后玉米进入生殖生长期，抽穗期施氮对株高影响减小，而灌浆期施氮对株高几乎没有影响。因此，在拔节期将全部氮肥一次施入会显著促进植株高度的增长，而在玉米生育后期施氮可能对玉米产量及品质等产生更多影响。

2.2 不同施氮处理对玉米叶面积指数的影响

玉米植株 95%以上的干物质都是由叶片光合作用合成的， 叶面积是植物截获光能的物质载体，其大小直接影响到玉米的经济产量和对光能的截获[15]。由图3可以看出，各处理玉米

图2 不同施氮处理对玉米株高的影响Fig.2 Effect of different Nitrogen treatment on maize plant height

图3 不同施氮处理对玉米叶面积指数的影响Fig.3 Effect of different Nitrogen treatment on maize leaf area index

叶面积指数随着生育期的延长先增大后减小，变化趋势基本一致。当施氮次数一定时，叶面积指数随施氮量的增加而增加，但增加趋势不显著(p>0.05)。当施氮量一定时，1次施氮处理的叶面积指数在玉米生育前期均大于2次和3次处理，如在拔节期，1次施氮处理的叶面积指数均值分别比2次和3次施氮处理增加2.3%和8.2%。随着生育期的推移，1次施氮处理叶面积指数的增加趋势逐渐减弱，在抽穗期，1次施氮处理的叶面积指数比2次和3次施氮处理增加2.1%和3.0%，在灌浆期，增加率减小为1.8%和1.8%，说明施氮次数对叶面积指数的影响主要体现在拔节期，在这一时期一次大量施氮能显著提高玉米叶面积指数，而分期多次施氮能在玉米生育后期减缓叶片的衰老，更多的促进果实的发育。

2.3 不同施氮处理对玉米地上部分干物质积累的影响

干物质是衡量玉米植株生长发育的重要指标之一[16]。通过施加氮肥可为玉米生长提供充足的营养，促进茎叶的发育及其光合效率，进而影响玉米的干物质积累[17,18]。

表3 不同施氮处理对玉米地上部分干物质积累量的影响Tab.3 Effect of different Nitrogen treatment on maizedry matter accumulation above ground

注：同列施氮次数相同的处理中标有不同字母表示差异达到5%显著水平。

表3描述了不同施氮处理对玉米地上部分干物质积累量的影响。由表3可以看出，各处理玉米植株干物质积累量随着生育期的推进而不断增加，呈上升趋势。在施氮次数相同的情况下，玉米各生育期的干物积累量会随施氮量增加而增加，以灌浆期为例，对3次施氮时不同施氮量处理的干物质积累做方差分析，达到显著水平(p<0.05)，试验结果表明，增加施氮量能显著提高玉米干物质积累能力。

在施氮量一定时，3次施氮的干物质积累量在拔节期明显小于1次和2次施氮处理，在成熟期又高于1次和2次施氮处理。在拔节期，1次施氮处理的干物质积累量比2次和3次施氮处理提高7.6%和11.4%；而在成熟期，1次施氮处理的干物质积累量比2次和3次施氮处理低2.6 %和8.5%，这可能是因为玉米生育后期需氮量升高，在拔节期1次大量施氮只能在短期内提高作物干物质积累能力，在生育后期会由于养分供给不足减缓干物质的积累能力。

2.4 不同施氮处理对玉米产量和氮肥农学效率的影响

由表4可以看出，施氮可以显著提高玉米产量。随着施氮量的增加，玉米产量呈增加趋势。施氮量为225 kg/hm2的处理比175、125和75 kg/hm2处理平均增产2%、7%和10%。对3次施氮不同施氮量处理的产量做方差分析，差异性达到显著水平(p<0.05)，当施氮量进一步增加至175～225 kg/hm2时，其产量差异不显著(p>0.05)，且氮肥农学效率有所下降。该结果表明在此试验条件下适宜的公顷施氮量为175～225 kg/hm2。

表4 不同施氮处理对产量氮肥农学效率的影响Tab.4 Effect of different Nitrogen treatment on yield andnitrogen agronomic efficiency

在玉米生长期多次分期施肥，能够有效提高养分利用率，增加玉米产量[19]。由表4可知，在施氮量相同的情况下，随着施氮次数的增加，玉米的产量和氮肥农学效率显著增加，3次施氮处理的氮肥农学效率显著高于1次和2次施氮处理，说明在确定总施氮量的条件下实行多次分期施肥能提高玉米的氮肥农学效率。3次施氮处理的产量比2次和1次施氮处理平均提高了3%和6%，说明合理的多次分期施肥能够在生育后期提供玉米生长所需要的养分，进而显著提高玉米产量。而在充足的施氮量下，适宜的施氮次数对玉米的增产效果更加明显。

3 结 论

本文通过田间小区对比试验，研究了辽宁棕壤土区滴灌条件下不同施氮模式对玉米生长和产量的影响，主要有以下结论。

(1)在一定范围内，玉米的株高随施氮量的增加呈增加趋势，增长趋势显著(p<0.05)，1次施氮处理条件下的玉米株高在生育期大部分阶段均大于2次和3次施氮处理，在拔节期将全部氮肥一次施入会显著促进植株高度的增长；施氮次数对叶面积指数的影响主要体现在拔节期，在这一时期期，1次施氮处理的叶面积指数均值分别比2次和3次施氮处理增加2.3%和8.2%，远高于抽穗期和灌浆期。在这一时期一次大量施氮能显著提高玉米叶面积指数，而分期多次施氮能在玉米生育后期减缓叶片的衰老，促进果实的发育。

(2)在施氮量相同的情况下，3次施氮的干物质积累量在拔节期小于1次和2次施氮处理，而在成熟期又高于1次和2次施氮处理。表明在拔节期1次大量施氮只能在短期内提高作物干物质积累量，在生育后期会由于养分供给不足减缓干物质的积累能力；在施氮次数相同的情况下，增加施氮量能够显著提高玉米干物质积累能力(p<0.05)。

(3)施氮可以显著提高玉米产量。施氮量在75～225 kg/hm2时，玉米产量随施氮量增加呈增加趋势。施氮量为225 kg/hm2的处理比175、125和75 kg/hm2处理平均增产2%、7%和10%，但施氮量为175 kg/hm2和225 kg/hm2时产量差异不显著(p>0.05)，且氮肥农学效率下降。在施氮量相同的情况下，随着施氮次数的增加，玉米的产量和氮肥农学效率显著增加(p<0.05)，表明在确定总施氮量的条件下，实行多次分期施肥能提高玉米的氮肥农学效率，并且适宜的施氮次数对玉米的增产效果更加明显。

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