平衡施肥措施对夏玉米田间群体微环境的影响

聂胜委，张巧萍，张玉亭，宝德俊，何宁

（河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002）

平衡施肥措施对夏玉米田间群体微环境的影响

聂胜委，张巧萍，张玉亭，宝德俊，何宁

（河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002）

以长期不施肥为对照（CK），研究氮磷钾配施（N2PK）、氮磷钾与有机肥配施（N2PKM）、氮磷钾与秸秆还田配施（N2PKS）3种平衡施肥措施对夏玉米田间群体微环境的影响。结果表明，平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）能显著降低玉米喇叭口期、灌浆期的群体内地面温度，较不施肥处理分别降低2～10，1～2℃；显著降低玉米喇叭口期的群体冠层温度，较不施肥处理降低1～4℃；能有效改善玉米灌浆期的群体冠层温度；平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）对玉米喇叭口期的群体内CO2含量有小幅的提高效果，对灌浆期则有较大的提高效果，其中，N2PKM，N2PKS施肥措施的提高效果较大；平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）对玉米群体内相对湿度的改善作用不明显。

平衡施肥措施；夏玉米；群体；微环境；影响

玉米的生长、发育以及产量受施肥措施的影响较大[1-2]，氮（N）磷（P）肥配施可以显著提高夏玉米生物产量和籽粒产量[3-4]，在干旱年和丰水年，NP肥配施、有机无机肥配施均具有较好的增产效果[5]。玉米对氮素的农学吸收效率在单一施用氮肥时有下降的趋势，而氮磷钾配合施用时则有上升趋势[6-8]；NPK肥配施有机肥玉米产量显著高于不施肥或者单施无机肥的处理[9-10]。化肥和秸秆配合施用可以促进玉米生长，延缓叶片衰老，增加穗粒数，提高千粒质量[11]和干物质积累速率[12]；氮磷钾肥配施有机肥能够促进玉米叶片氮代谢，增强穗位叶硝酸还原酶（NR）活性，增加游离氨基酸和蛋白质含量，改善叶片荧光反应[13]；提高玉米籽实氨基酸总量及必需氨基酸含量[14]。此外，长期施用NPK、有机肥配施化肥可明显提高微生物量磷含量、碱性磷酸酶活性以及玉米对磷的吸收[15]；采用氮磷（N 217 kg/hm2，P2O5145.5 kg/hm2）配施的调控施肥方式能显著降低N2O的排放总量和碳强度[16]。

农田小气候（微环境）是指农田中作物层里形成的特殊气候，不同农作物、植株密度、株行距、行向、生育期以及叶面积大小等都能形成特定的小气候[17]。研究发现，改变耕作措施可以有效降低玉米群体内的土壤温度、群体内温度，提高土壤湿度[18]。玉米是我国重要的粮饲、能源和经济作物，由于化肥的过量施用，虽取得了较高的产量，但同时也带来了严重的环境、生态和可持续发展等问题。平衡施肥是依据玉米生长发育所需要的养分特点，结合当前农业生产的形势而进行优化组合的施肥措施，参照以往有关玉米最佳产量潜力的养分需求结论[19-20]和结合多年的长期定位研究，认为氮磷钾配施（N2PK）、氮磷钾与有机肥配施（N2PKM）、氮磷钾与秸秆还田配施（N2PKS）的平衡施肥措施是有望解决当前化肥过量施用的有效途径。

本试验研究不同平衡施肥措施对玉米田间群体微环境的影响，旨在为进一步制定科学合理的施肥措施、获得玉米高产提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于河南省农业科学院国家潮土土壤肥力与肥料效益监测基地（113°40′E，34°47′N），气候类型为暖温带季风气候，四季分明，年平均气温14.4℃，＞10℃年积温约5 169℃。7月最热，均温27.3℃；1月最冷，均温0.2℃；年平均降雨量645 mm，无霜期224 d，年平均蒸发量1 450 mm，年日照时数约2400h。土壤类型为潮土。试验前土壤样品的养分情况为：pH值8.3，有机质（SOM）10.1 g/kg，碱解氮（Alkali-hydrolysable Nitrogen）76.6 mg/kg，有效磷（Olsen-P）6.5 mg/kg，有效钾（Exchangeable K）74.5 mg/kg，全氮（Total N）0.65 g/kg，全磷（Total P）0.64 g/kg，全钾（Total K）16.9 g/kg。

1.2 试验材料

供试玉米品种为浚单20。

1.3 试验设计

试验小区为完全随机排列，选取的4个处理为：N2PK（氮磷钾化肥配施）；N2PKM（氮磷钾化肥和有机肥配施）；N2PKS（氮磷钾化肥和玉米秸秆还田配施）；CK（种植，不施肥）。小区面积45 m2，每个试验处理重复3次。试验选用的氮肥、磷肥、钾肥分别为：尿素（CO（NH2）2）、磷酸二氢钙（Ca（H2PO4）2）、硫酸钾（K2SO4），有机肥和玉米秸秆还田均是在小麦播种前整地时施入，玉米季各施肥处理施用的肥料为无机肥。施肥处理的施氮量（或标准）相同，磷肥、钾肥作基肥一次施入，无机氮肥的基肥∶追肥为6∶4，各处理施肥量列于表1。

玉米等行距种植，行距60 cm，株距19 cm，密度为6.75万株/hm2。分别在2013，2014年当年6月上旬播种，至当年的9月中下旬收获。其他田间管理措施各处理均一致。

表1 各处理施肥措施下氮、磷、钾肥料的施用量kg/hm2

1.4 测定项目及方法

在玉米喇叭口期（2013-07-25，2014-07-22）、灌浆期（2013-08-24，2014-08-20）测定田间群体冠层温度（℃）、群体内地表温度（℃）、群体内二氧化碳含量（mg/L）、空气相对湿度（%）、空气温度（℃）以及最上部完全展开叶（灌浆期为穗位叶）SPAD值等指标，成熟期各处理实收测产。

玉米群体冠层和群体内地表温度用红外线测温仪测定，群体内二氧化碳（CO2，mg/L）、相对湿度（%）、温度（℃）用CO2Meter计测定，叶片叶绿素含量用SPAD计测定。

1.5 数据分析

数据用Excel，SPSS等软件进行整理分析，用LSD法进行显著性分析，P≤0.05，P≤0.01分别表示显著和极显著差异水平。

2 结果与分析

2.1 平衡施肥措施下玉米产量的变化

在相同的管理条件下，平衡施肥措施取得了较高的籽粒产量。从图1可以看出，2013年玉米成熟期，CK处理的玉米籽粒产量（2 074.2 kg/hm2）最低，N2PKS，N2PKM，N2PK处理的产量分别为9 621.9，8 396.4，9 369.2 kg/hm2，均极显著高于CK，但平衡施肥处理间差异不显著，其产量大小依次为N2PKS＞N2PK＞N2PKM。2014年玉米籽粒产量趋势与2013年相近，CK处理的玉米籽粒产量（1628.0kg/hm2）最低，均极显著低于平衡施肥处理；施肥处理间，N2PK处理显著低于N2PKM处理，产量大小依次为N2PKM（8 221.2 kg/hm2）＞N2PKS（7 776.2 kg/hm2）＞N2PK（6 614.0 kg/hm2）。

2.2 平衡施肥措施下玉米群体内地面温度的变化

从表2可以看出，在玉米喇叭口期，2013年，CK处理的群体内地面温度为34.09℃，极显著高于N2PK（31.37℃），N2PKM（31.38℃），N2PKS（31.52℃）处理，高出2～3℃，但不同施肥处理间则差异不显著。2014年，CK（47.79℃）处理玉米喇叭口期的群体地面温度显著高于N2PK（41.07℃），N2PKM（39.87℃）处理，极显著高于N2PKS（37.28℃）处理，高出6～10℃，不同施肥处理间虽存在一定的差异，但是不显著。

表2 平衡施肥措施对玉米喇叭口期、灌浆期群体内地面温度的影响℃

玉米灌浆期的群体内地面温度变化趋势与喇叭口期类似，2013年，CK处理的地面温度（36.04℃）最高，极显著高于平衡施肥处理，高出2～3℃；N2PK，N2PKM，N2PKS处理的地面温度较低，分别为33.57，33.61，32.63℃，相互间温度差较小，且差异不显著。2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS处理玉米灌浆期的群体内地面温度分别为30.71，29.58，29.14，29.18℃，CK处理显著或极显著高于N2PK，N2PKM，N2PKS处理，但不同平衡施肥处理之间差异不显著。

2.3 平衡施肥措施下玉米群体冠层温度的变化

从表3可以看出，玉米喇叭口期，2013年CK（33.78℃）处理的冠层温度稍高，N2PK，N2PKM， N2PKS施肥处理的冠层温度偏低，分别为32.80，32.19，32.22℃，其中，CK处理极显著高于平衡施肥N2PKM，N2PKS处理，而不同施肥处理间差异不显著。2014年，CK（37.18℃）处理玉米喇叭口期的冠层温度高于N2PK（36.16℃），N2PKM（36.28℃），N2PKS（32.97℃）处理，N2PKS的温度最低，且显著低于CK，N2PK，N2PKM处理。

表3 平衡施肥措施对玉米喇叭口期、灌浆期群体冠层温度的影响℃

玉米灌浆期，2013年，施肥处理的冠层温度均低于CK（34.53℃），其中，N2PKM，N2PKS处理显著低于CK，但平衡施肥处理间差异不显著；N2PK，N2PKM，N2PKS的冠层温度分别为33.38，33.23，32.54℃。2014年，玉米灌浆期的CK，N2PK，N2PKM，N2PKS处理间的冠层温度差异不明显。

2.4 平衡施肥措施下玉米叶片叶绿素含量的变化

玉米叶片叶绿素含量的多少，能直接反映出叶片对光合器官功能的强弱，间接体现出群体对周围环境因子调控能力的大小。从表4可以看出，玉米喇叭口期，2013年CK处理上部完全展开叶SPAD值（26.36）极显著低于N2PK（41.43），N2PKM（44.82），N2PKS（43.27）处理，低15～18个单位，而平衡施肥处理之间差异不大。2014年，玉米喇叭口期CK（31.38）处理叶片SPAD值同样极显著低于N2PK（46.72），N2PKM（45.90），N2PKS（48.19）处理，低14～16个单位，但N2PK，N2PKM，N2PKS处理间差异不显著。

表4 平衡施肥措施对玉米喇叭口期、灌浆期叶片SAPD值的影响

玉米穗位叶对籽粒灌浆的影响最大，2013年，玉米灌浆期CK处理玉米穗位叶SPAD值最小，为28.76，N2PK，N2PKM，N2PKS处理的SPAD值较高，分别为55.06，54.97，54.20，CK处理极显著低于平衡施肥处理，低约26个单位。2014年，玉米灌浆期N2PK，N2PKM，N2PKS，CK处理的SPAD值分别为53.71，52.13，51.49，30.95，CK极显著低于施肥处理，低约21个单位。

2.5 平衡施肥措施下玉米群体内二氧化碳、相对湿度的变化

玉米群体内二氧化碳的含量受到大气CO2含量、群体的呼吸、土壤的呼吸等多种因素的影响。从图2可以看出，玉米喇叭口期，2013年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS处理间玉米群体内CO2浓度差异不显著；2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS处理的群体内CO2浓度分别为379.93，380.20，380.40，383.13 mg/L，所有处理间玉米群体内CO2浓度差异均不显著。

玉米灌浆期，2013年，CK处理的群体内CO2浓度最低，N2PKM，N2PKS施肥处理的较高，N2PK介于二者之间，其中，N2PKS处理最高，显著高于CK处理；2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS处理的群体内二氧化碳浓度含量分别为348.75，363.53，366.28，354.08 mg/L，其中，CK处理最低，显著低于N2PKM处理。

从图3可以看出，玉米喇叭口期，2013年，群体相对湿度所有处理间差异均不显著；2014年，群体相对湿度所有处理间差异也均不显著，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS处理分别为32.61%，33.97%，33.90%，33.21%。玉米灌浆期，2013，2014年，各处理群体的相对湿度差别不大，处理间均未达到显著水平。

3 讨论与结论

群体微环境是一个相对特定的空间范围，作物一方面受到温度、湿度、风速等外界环境因子的影响，同时在其植株群体生长的过程中对群体的微环境也起到一定的调节或改善作用，使其自身的生理生化代谢活动适应群体微环境要求，最终获得较高的籽粒产量。施肥对产量的影响，前人研究得出，NPK肥配施有机肥玉米产量显著高于不施肥或者单施无机肥的处理[9]。本研究在相同的管理条件下，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施取得了较高的籽粒产量，而且均极显著高于CK（不施肥）处理，这与以往的研究结论相吻合，说明本研究的前期设计是合理的。本研究发现，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施对群体微环境影响最明显的是温度，无论是群体内地面、上部冠层，还是群体内环境，都具有较显著的改善或调节效果。这种效果可能首先来自于玉米群体生长的内在因素，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施能增强光合器官的功能，可提高玉米喇叭口期上部完全展开叶和灌浆期穗位叶的叶绿素含量，SPAD值较CK处理分别增加14～18个单位和21～26个单位，进而影响叶片的生理反应过程，如促进夏玉米叶片氮代谢，增强吐丝后期穗位叶硝酸还原酶活性，增加游离氨基酸和蛋白质含量，改善叶片荧光反应[13]，延缓叶片衰老[11]；通过光合作用、蒸腾作用等生理活动影响周围的热分布。同时，微环境适宜的较低温度又对玉米生长季外部的高温起到了缓冲和保护效果，进而促进了玉米的生长。

本研究结果表明，平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）能显著降低玉米喇叭口期、灌浆期的群体内地面温度，较CK（不施肥）处理分别降低2～10，1～2℃；显著降低玉米喇叭口期的群体冠层温度，较CK处理降低1～4℃，能有效改善玉米灌浆期的群体冠层温度；提高玉米喇叭口期上部完全展开叶和灌浆期穗位叶的叶绿素含量，较CK处理SPAD值分别增加14～18个单位和21～26个单位。不同平衡施肥措施之间对群体内地面温度、冠层温度以及叶片SPAD值的影响差异不显著。平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）对玉米喇叭口期的群体内CO2含量有小幅的提高效果，在灌浆期的群体内CO2含量有较大的提高效果，其中，N2PKM，N2PKS施肥措施的提高效果较大；对玉米群体内相对湿度的改善作用不明显。

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Effects of Balanced Fertilization on Population Micro Environment in Summer Maize Farmland

NIE Shengwei，ZHANGQiaoping，ZHANGYuting，BAODejun，HE Ning
（Institute ofPlant Nutrition and Resources and Environment，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

In this manuscript,micro-environment ofsummer maize's group under 4 different fertilization practices,such as CK（no fertilizer）,N2PK（inorganic N and P and K fertilizer）,N2PKM（inorganic N,P,K fertilizer with manure）,and N2PKS（inorganic N,P, K fertilizer with manure straw）,were studied.The results showed that balanced fertilization practices（N2PK,N2PKM and N2PKS）could significantly reduce summer maize's group inner ground temperature at both belling mouth stage and filling stage respectively compared with CK treatment,about 2-10℃（at belling mouth stage）and 1-2℃（at filling stage）were decreased.Moreover,summer maize's group canopy temperature was also significantly reduced,and 1-4℃（at belling mouth stage）was decreased.At the same time, balanced fertilization practices could effectivelyimprove summer maize's group canopytemperature at fillingstage.Additionally,balanced fertilization practices（N2PK,N2PKMand N2PKS）had little effects on carbon dioxide（CO2）content within the group at belling mouth stage,however,they had larger effects on CO2content within the group at filling stage,especially the N2PKM and N2PKS practices. Balanced fertilization practices had noeffects on relative humiditywithin the maize's group.

balanced fertilization measures;summer maize;group;microenvironment；effect

S513.062

：A

：1002-2481（2017）06-0960-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.24

2017-03-03

河南省农业科学院优秀青年科技基金项目（2013YQ15）；国家自然科学基金项目（31301284）；“十二五”科技支撑计划项目（2012BAD14B08）

聂胜委（1979-），男，河南汝州人，副研究员，博士，主要从事农作制度、循环农业以及作物施肥等方面的研究工作。