不同春玉米品种对深松减氮的响应

张 莹，于晓芳，高聚林，王志刚，胡树平，孙继颖，屈佳伟，孙洪利，张 琦

（内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010019）

我国粮食的增产模式在近20年来仍以水肥资源的大量投入为主[1]，即氮肥用量增加，而利用效率却一直处于较低水平仅为35.2%，这种现象不仅造成了化肥资源的浪费，而且造成了生产成本增加及严重的环境污染等一系列农业生产和社会发展问题的产生[2]。因此，如何提高氮肥利用效率，对于我国农业可持续发展具有重要意义，也符合国家实现化肥零增长的政策需求。而作物的氮效率大小决定于氮吸收效率和作物体内氮素利用效率的能力，即作物氮效率的提升必须是氮素吸收效率和利用效率的综合结果。品种间氮效率存在显著差异，充分发挥品种氮素生物学潜力，是提高氮肥利用效率主要途径之一[3-4]。同时土壤环境影响氮素分布及作物根系对氮素的吸收利用，而我国耕地土壤存在浅、实、少的问题。针对目前玉米的氮肥利用效率较低的问题，深松可有效地打破坚硬的犁底层，改善土壤环境，促进玉米根系下扎，充分吸收土壤中水分和养分，促进对氮素吸收，进而提高叶片叶绿素含量、叶面积，促进光合作用，利于植株生长发育，提高产量[5-6]。本研究在深松耕作方式下减少施氮量，并从根系结构、冠层生理生化及籽粒建成角度出发，深入研究了不同氮效率品种对深松减氮的响应，旨在为内蒙古平原灌区玉米深松减肥增效提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验在内蒙古包头市土默特右旗沟门镇北只图村进行，试验田的土质为壤土，土壤有机质含量为21.60 g/kg、碱解氮含量77.05 mg/kg、速效磷含量3.05 mg/kg、速效钾含量118.80 mg/kg。试验地前茬作物为春玉米，地块多年常规浅旋耕作。

试验品种为前期试验筛选的不同氮效率玉米品种，其中，氮素吸收效率高、利用效率高品种（双高型）为内单314，吸收效率高、利用效率低品种（高低型）为京科528，吸收效率低、利用效率高品种（低高型）为金创6 号，吸收效率低、利用效率低品种（双低型）为丰田6 号。

试验设置耕作方式、施氮量和品种3 个因素，采用裂裂区设计，耕作方式为主区，设深松（SS）40 cm、浅旋（RT）15 cm；施氮量为副区，设施氮肥300 kg/hm2（300N）、施氮肥150 kg/hm2（150N），氮肥作为追肥在拔节期追施；品种为副副区。磷肥（P2O5）85 kg/hm2和钾肥（K2O）45 kg/hm2作为基肥一次性施入。每小区9 行，行距60 cm，行长5 m，3 次重复。种植密度均为75 000 株/hm2。于2016年5月1日和2017年5月2日播种，全生育期灌水4 次，每次灌水量均为750 m3/hm2，其他管理同大田生产，于2016年10月1日和2017年10月3日收获测产。

1.2 测定项目与方法

根系性状测定：在吐丝期挖根，根系采集采用双向切片法。选择符合株行距的玉米植株，以玉米植株为中心，取水平方向1/2 株距×1/2 行距的范围内，垂直方向每10 cm 为一层至80 cm 土层内根系。将根系分层分块装入纱网袋带回，冲洗干净后装入塑封袋，保存在低温下，使用透射扫描仪（Epson V700）扫描并保存为JPG 文件，用Win-Rhizo 软件分析根表面积和根长等，用烘干法测定根系干重。

叶绿素相对含量（SPAD）值测定：于吐丝期和成熟期采用SPAD-502 型SPAD 仪，每小区选择3 株测量穗位叶的SPAD 值。

叶面积测定：于吐丝期和成熟期，每小区选择长势一致的5 株植株定株挂牌，测量叶片的长和宽，用长宽系数法计算叶面积（叶长×叶宽×0.75）。

植株干物质量及全氮测定：于吐丝期和成熟期，取样测定植株干物质。连续取3 株分别装袋，于烘干箱内105 ℃杀青30 min 后，70 ℃烘干至恒重，记录干重，用粉样机粉碎，采用凯氏定氮法测定植株器官及籽粒全氮含量。

1.3 各参数计算方法

氮效率（NUE）=产量/供氮量（供氮量包括0～100 cm土体内无机氮含量和施入的氮量）；氮素吸收效率（NUpE）=植株总吸氮量/土壤总供氮量；氮素利用效率（NUtE）/=产量/植株总吸氮量。

1.4 测产及考种

在玉米成熟期取9 行的有效株数，有效穗数为取4 行隔株取雌穗，装入网袋并标记，带回实验室风干考种。待雌穗风干后进行考种，分别测定穗粒数，脱粒测定千粒重和产量。

1.5 数据统计分析

采用Excel 2003 整理数据，用SPSS 17.0 软件进行方差分析和处理间显著性检验，用Sigma Plot 12.5软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 玉米根系对深松减氮的响应

由表1可知，在两种耕作方式下，施氮量由300N 降低到150N 时，各品种的单株根干重、根长、根表面积均表现为降低趋势，品种间对减氮后的响应存在差别。浅旋条件下内单314、京科528、金创6号、丰田6 号单株根干重、根长、根表面积高、低施氮量间差异均达到了显著水平。深松条件下，内单314和京科528 的单株根干重、根长、根表面积，高、低施氮量间差异均未达到显著水平，金创6 号和丰田6 号高、低施氮量间差异均达到了显著水平。说明深松缓解了不同氮效率类型品种的根干重、根长、根表面积的降低幅度。

深松使内单314、京科528、金创6 号、丰田6 号根干重差值分别较浅旋减小了3.34，1.68，0.58，0.52 g，根长差值分别减小19.17，18.53，5.04，3.49 m，根表面积差值分别减小374.95，357.70，225.74，158.31 cm2，说明深松降低了减氮对内单314、京科528 的根干重、根长、根表面积的影响，而对金创6 号、丰田6 号无影响。

2.2 玉米叶面积对深松减氮的响应

由表2可知，在两种耕作方式下表现为不同氮效率品种叶面积均为吐丝期大于成熟期，而且随施氮量的减小而减小；相同施氮量水平下品种间叶面积表现为内单314>京科528>金创6 号>丰田6 号。

进一步对各品种在吐丝期施氮量由300N 降低到150N 时的叶面积降低情况进行分析。由图1可知，深松显著降低了各品种高低氮间叶面积差值。深松措施使内单314、京科528、金创6 号和丰田6 号叶面积高低氮差值分别较浅旋降低了69.23%，70.01%，33.33%，25.12%，表明深松耕作缓解了各品种减氮对叶面积的影响，对内单314、京科528 促进作用优于金创6 号、丰田6 号。

表2 不同耕作方式及施氮量下各氮效率玉米品种的叶面积cm2

图1 深松和浅旋条件下高低氮间叶面积差值

2.3 玉米SPAD 值对深松减氮的响应

由表3可知，在两种耕作方式下的4 个品种SPAD 值均表现为吐丝期大于成熟期，各品种SPAD值均随着施氮量的减小而减小，相同施氮量水平下品种间SPAD 值均表现为内单314>京科528>金创6 号>丰田6 号。

进一步对各品种在吐丝期施氮量由300N 降低到150N 叶绿素相对含量（SPAD）降低情况进行分析。由图2可知，深松显著降低了各品种的高低氮间SPAD 差值。深松使内单314、京科528、金创6 号、丰田6 号高低氮间SPAD 差值较浅旋分别降低了45.51%，65.21%，32.89%，36.71%，说明深松降低了减氮对各品种SPAD 值的影响，对内单314、京科528 促进作用优于金创6 号、丰田6 号。

2.4 氮素吸收效率、氮素利用效率及氮效率对深松减氮的响应

由表4可知，在两种耕作措施下，施氮量由300N 降低到150N 时，各品种的氮素吸收效率、氮素利用效率、氮效率均表现为增加趋势，品种间在两种耕作方式下对减氮后的响应存在差别。

氮素吸收效率表现为浅旋条件下，内单314 和京科528 高低氮间差异均达到了显著水平，金创6 号和丰田6 号高低氮间差异均未达到显著水平。深松条件下，内单314 和京科528 高低氮间差异均达到了显著水平，金创6 号和丰田6 号高低氮间差异均未达到显著水平。深松使内单314、京科528、金创6 号、丰田6 号氮素吸收效率差值分别较浅旋增加0.04，0.08，0.02，0.02 kg/kg，说明深松提高了内单314、京科528 的氮素吸收效率在高低氮间的差值，而对金创6 号、丰田6 号影响较小。

氮素利用效率表现为浅旋条件下，内单314、金创6 号高低氮间差异均达到了显著水平，京科528、丰田6 号高低氮间差异均未达到显著水平。深松条件下金创6 号高低氮间差异均达到了显著水平，内单314、京科528、丰田6 号高低氮间差异均未达到显著水平。深松使内单314、京科528、金创6 号、丰田6 号氮素利用效率差值分别较浅旋增加0.09，0.20，1.77，0.21 kg/kg，说明深松提高了金创6 号的氮素利用效率差，而对内单314、京科528、丰田6 号影响较小。

表3 不同耕作方式及施氮量下各氮效率玉米品种的SPAD 值

图2 深松和浅旋条件下玉米高低氮间SPAD 差值

氮效率表现为两种耕作措施下，各品种高低氮间氮效率差值均存在显著差异。深松较浅旋条件下减氮相比，内单314、京科528、金创6 号、丰田6 号高低氮间差值分别增加16.44%，29.52%，27.36%，12.69%。

表4 深松和浅旋条件下玉米氮素吸收效率、利用效率、氮效率高低氮间差值

2.5 玉米产量及构成因素对深松减氮的响应

由表5可知，在两种耕作方式下，施氮量由300N 降低到150N 时，各品种的穗粒数、千粒重、产量均表现为降低的趋势，品种间在两种耕作方式下对减氮后的响应存在差别。

浅旋条件下，各品种高低氮间产量差存在显著差异。深松条件下，内单314、京科528 高低氮间产量差无显著差异，金创6 号、丰田6 号高低氮间产量差存在显著差异。深松较浅旋相比，内单314、京科528、金创6 号、丰田6 号产量差较浅旋分别降低了51.27%，42.55%，33.52%，3.41%。

进一步对产量构成因素进行分析，浅旋条件下，各品种高低氮间穗粒数差存在显著差异。深松条件下，内单314、京科528 高低氮间穗粒数差无显著差异，金创6 号、丰田6 号高低氮间的穗粒数差存在显著差异。表明深松降低了减氮对内单314、京科528穗粒数的影响，而对金创6 号、丰田6 号影响较小。

浅旋条件下，各品种高低氮间千粒重差值存在显著差异。深松条件下，内单314 高低氮间千粒重差值不显著，京科528、金创6 号、丰田6 号高低氮间千粒重差值存在显著差异。表明深松降低了减氮对内单314 千粒重的影响，而对京科528、金创6 号、丰田6 号影响较小。

综上分析可见，深松措施显著降低了减氮后内单314、京科528 的产量下降的幅度，其主要原因在于深松明显降低了减氮后内单314 和京科528 的穗粒数下降及内单314 的千粒重的下降。

表5 深松和浅旋条件下玉米产量、穗粒数、千粒重高低氮间差值

3 结论与讨论

宋日等[7]研究表明，深松使根干重、根长、根表面积增加，扩大了根系的营养范围，促进对氮素吸收及植株发育生长。通过深松在一定程度上可以提高叶片叶绿素含量、叶面积，促进光合作用及植株生长发育从而提高产量[8]。本研究把深松耕作与减施氮肥相结合，也得出类似结果，深松缓解了减氮对根系、冠层和产量的影响。当施氮量由300N 降低到150N时，从根系结构的角度来看，采取深松措施可以缓解根系干重、根表面积和根长的下降幅度；从冠层生理特性的角度，深松能够缓解由于减氮而造成的不同氮效率品种SPAD、叶面积的降低，维持相对较高的光合能力，其中对内单314（双高型）、京科528（高低型）的优化作用高于其他两个品种。

刘明等[9]将深松与施氮量结合的研究表明，通过选择合理的耕作方式和施氮量，使养分的供应与玉米的生长发育协调一致，提高氮肥利用效率。合理的深松方式和适当的施氮量相结合，可在提高产量的同时降低生产成本，高产高效。通过深松降低了玉米对土壤中氮的吸收，而增加了对施入氮肥的吸收效率，进而增加了氮素利用效率和氮效率[10]。本试验研究结果表明，深松使各氮效率品种减氮后的氮效率的增加幅度进一步提高16.44%，29.52%，27.36%，12.69%，且综合表现为对双高型、高低型品种的作用效果大于低高型和双低型。这一结果证实充分发挥品种氮素生物学潜力，是提高氮肥利用效率主要途径之一。

梁熠等[11]研究表明，深松与施氮量结合可以通过提高玉米穗粒数和千粒重增加春玉米产量。从产量及产量构成的角度分析，深松显著降低了减氮后双高和高低型品种穗粒数的下降幅度，以及双高型品种千粒重的下降幅度，由此可见，双高型、高低型品种减氮后产量降低幅度较小，从而达到了增产增效的目的。