缓释肥施用方式对夏玉米群体生长和产量的影响

陈召月 段巍巍 王贵彦 李奔 陈宗培

摘要：比较缓释肥在不同施用方式下对夏玉米生长及产量的影响，为夏玉米简化高产栽培提供理论依据。设置农户习惯施肥（F1）、缓释肥常规施用（F2）和缓释肥优化施用（F3） 3个处理，研究夏玉米群体生长、干物质积累与转运以及产量构成特性对不同施用方式的响应。结果表明，吐丝后F2和F3处理的叶面积指数、群体总光合勢和净同化率均显著高于F1处理。F2、F3处理的干物质积累总量较F1处理分别显著提高7.13%、13.28%。Logistic方程解析表明，F3处理的干物质平均和最大增长速率均显著高于其他处理。与F1处理相比，F2和F3处理显著降低了花前干物质转运对籽粒的贡献率，显著提高了花后干物质积累对籽粒的贡献率。F3处理的穗粒数显著高于F1处理，F2和F3处理较F1处理分别增产7.39%、11.45%。可见，缓释肥优化施用较其他处理能保障夏玉米生育后期拥有良好的生长状态，促进了干物质的积累，提高了最终产量。但若无配套施肥机械，缓释肥常规施用也可被选为保产且生长良好的施肥方式。

关键词：夏玉米;缓释肥;群体生长;干物质;分层

中图分类号：S513.06 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）05-0092-05

玉米是重要的粮食、饲料和经济作物，其增产、稳产对我国粮食安全和农业可持续发展具有重要作用。玉米生育过程中吸肥能力强、需肥量大，肥料对产量的提升作用占到40%～60%。因此，施肥在农业生产中是至关重要的一步[1]。在玉米种植过程中，常因植株高大，后期施肥操作不便、劳动力短缺以及劳动力成本较高等原因，农民多采用一次性底施复合肥的施肥方式，常使作物生长后期发生脱肥早衰[2]。近年来，缓释肥料的应用逐渐成为解决该问题的新途径，缓释肥的养分释放较缓慢、肥效持久稳定，能改善植株光合特性，促进生育后期干物质积累[3]，作为底肥一次性施用能满足全生育期养分需求，且使植株在生长后期维持较高的根系数量及活性，提高根系对养分的吸收能力，比在常规施肥量减少20%情况下，获得与分次施用普通尿素相同的产量[4]，并符合节省劳动力投入的需求。前人研究表明，肥料深施较表施可增强土壤供氮能力，增加作物单株根质量和根体积，提高根系活力和根际土壤酶活性[5]，作物后期长势良好，增加地上部干物质和氮素积累量，肥料利用率由撒施肥的30%提升至50%，增产率达34.1%～50.8%[6]。分层施肥可改善传统施肥造成的“上肥下瘦”现象，肥料在垄体内分布合理，能降低速效氮的损失，比常规分次施肥增产12.1%[7]。生产中将缓释尿素结合深松能打破常规耕作形成的犁底层，改善土壤通气性，增强土壤酶活性和增加亚硝酸细菌数量，促进玉米花后氮素吸收利用[8]。条带深松结合缓释肥较浅旋、免耕能更有效地调控土壤养分供应状况，有利于作物光合性能的改善，促进花后干物质的积累，玉米增产效果显著[9]。

目前，玉米缓释肥的研究主要集中在肥料施用量、肥料利用率以及耕作方式对缓释肥效应的影响方面，对玉米群体生长和干物质积累等影响方面研究较少。因此，本研究通过田间试验比较缓释肥不同施用方式对夏玉米产量和干物质积累的影响，进一步分析群体生长、干物质积累与转运特征，为夏玉米简化高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验田概况

试验田位于河北省邢台市宁晋县贾家口镇白木村（115°7′23″E、37°36′51″N），该地属暖温带大陆性季风气候。玉米生长季降雨量为238.8 mm，平均气温为25.7 ℃。前茬作物为冬小麦。供试土壤为轻壤质潮土，pH值8.37，有机质含量20.8 g/kg，全氮含量1.18 g/kg，碱解氮含量42.7 mg/kg，有效磷含量8.9 mg/kg，速效钾含量164 mg/kg。

1.2 试验设计

以郑单958为材料，试验采用随机区组设计，共设置3个处理：农户习惯施肥方式（F1）：肥料类型为复合肥，施肥深度8 cm;缓释肥常规施用方式（F2）：氮肥类型为缓释尿素，缓释期60 d，磷肥为磷酸一铵，钾肥为氯化钾，混匀后施于8 cm土壤;缓释肥优化施用方式（F3）：肥料类型与F2相同，30%氮肥施于0～15 cm土壤，70%氮肥与磷钾肥混匀后施于15～30 cm土壤。施肥量均为N 225 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。F1和F2处理应用普通玉米精播机播种，F3处理应用两肥异位分层施肥精播机播种。行距60 cm，播种量7.2万株/hm2。小区面积为72 m2（12 m×6 m），每个处理重复3次。2019年6月20日播种，10月3日收获，田间管理措施与常规高产田相同。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 测定项目

分别于拔节期、大喇叭口期、吐丝期、乳熟期、成熟期取样，每个重复取长势均匀的3株测定全部叶片的长度和宽度;后将植株置于 105 ℃ 烘箱中杀青30 min，随后再80 ℃烘干至恒质量，称量并计算干物质量。成熟时每小区收获2行10 m进行测产，考察产量构成与穗部性状，包括穗数、穗行数、行粒数、百粒质量等。

1.3.2 计算公式

营养器官干物质转运量=营养器官最大干质量-成熟期营养器官干质量;

营养器官干物质转移率=营养器官干物质转运量/营养器官最大干质量×100%;

营养器官干物质转运对籽粒的贡献率=营养器官干物质转运量/籽粒干质量×100%;

花后干物质积累量=成熟期干质量-吐丝期干质量;

花后干物质积累量对籽粒的贡献率=花后干物质积累量/籽粒干质量×100%;

叶面积指数（LAI）=单株叶面积×单位土地面积株数/单位土地面积;

光合势=×（t2-t1）;

净同化率=×。

式中：LAI1、LAI2分别为t1、t2时间的叶面积;m1为t1时的干质量;m2为t2时的干质量。

1.3.3 干物质积累动态拟合

采用Logistic方程Y=K/（1+ae-bt）拟合夏玉米干物质增长过程中最大干物质增长速率及其出现的时间。式中：Y為干物质积累量;t为苗后天数;a、b为待定系数;K为干物质积累量理论最大值。

1.4 试验数据处理

运用Excel 2010和SPSS 19.0进行数据处理，Origin 8.0软件进行绘图，使用Curve Expert 1.38软件进行拟合。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方式夏玉米群体生长表现

2.1.1 叶面积指数

由图1可知，各处理叶面积指数均呈现先升高后降低的趋势，在吐丝期达到最大值，此后，叶片相继衰老，叶面积指数减小。拔节期至大喇叭口期各处理间无显著差异;吐丝期F2和F3处理之间无显著差异，但均显著高于F1处理;乳熟期各处理间差异显著，表现为F3>F2>F1;成熟期F1显著低于其他处理，F2与F3处理间差异不显著。可见，F1处理生育后期绿叶面积显著减少，叶片功能期较短，植株衰老进程较快。

2.1.2 光合势

由表1可知，各处理吐丝期前光合势增加较缓，吐丝后显著增加，成熟期明显减少。拔节到吐丝期各处理间差异不显著;吐丝到乳熟期F1处理的光合势显著低于其他处理，其余处理间无显著差异;乳熟期到成熟期表现为F3最高，F2次之，F1最低;总光合势表现为F3处理最高，与F2处理差异不显著，但两者较F1处理分别显著提高了9.16%、6.77%。可见，F2和F3处理在生育后期都能保持较高的绿叶面积，其中，F3处理优势最明显。

2.1.4 净同化率

由表2可知，各处理在全生育期内净同化率均呈现先增加后降低的趋势。拔节期到大喇叭口期各处理间无显著差异; 大喇叭口期到吐丝期和吐丝期到乳熟期F2和F3处理差异不显著，但均显著高于F1;乳熟期到成熟期F3处理的净同化率最高，与F2差异不显著，但均显著高于F1。可见，F2和F3处理具有较高的净同化率，F3处理表现最优，而F1处理在生育中后期光合生产能力变弱净同化率较低。

2.2 不同施肥方式夏玉米干物质积累与转运的特征

2.2.1 干物质积累动态

由图2可知，拔节期和大喇叭口期各处理的干物质积累量无显著差异;处理间的差异随生育进程变大，吐丝期F3处理的干物质积累量显著高于F1和F2处理，分别高出7.46%、694%;乳熟期F2和F3处理的干物质积累量分别较F1处理高4.68%、10.28%，F3处理较F2处理高5.80%，3个处理间差异显著;成熟期F2和F3处理的干物质积累量分别较F1处理高7.13%和1328%，F3处理较F2处理高5.74%。可见，吐丝期后F3处理干物质生产能力最强，F2处理次之，F1处理的干物质生产能力最低。

运用Logistic方程以苗后天数为自变量，干物质积累为因变量，对玉米干物质积累过程进行拟合。由表3可知，各处理的最大干物质积累潜力表现为F3>F2>F1;F1处理的最大积累速率出现的时间显著早于其他处理，为60.81 d;F3处理的干物质最大积累速率和平均积累速率最高，较F2处理分别显著增加8.20%和5.74%，较F1处理分别显著增加1340%和13.29%。可见，F2和F3处理有较高的干物质积累速率，并推迟了干物质最大积累速率出现时间，而F1处理的最大和平均积累速率偏低，最大积累速率出现的时间较早，理论干物质积累量最少。

2.2.2 干物质转运

由表4可知，F1处理的营养器官干物质转运量和转运率最高;F1处理的营养器官干物质转运对籽粒的贡献率最高，为22.89%，与其他处理差异显著。F3处理的花后干物质积累量显著高于F2和F1，较两者分别显著提高4.68%、19.16%，F2处理较F1处理显著提高13.83%;花后干物质积累对籽粒的贡献率表现为F3处理最高，为87.29%，F2处理为85.20%，F1处理最低，仅为7711%。可见，F1处理花后光合产物的积累无法满足籽粒灌浆的需要， 花前干物质转运量对籽粒的贡献占优势，而F3处理花后干物质积累能力较强，对籽粒的贡献较大，F2处理次之。

2.3 不同施肥方式夏玉米穗部性状和产量特征

由表5可知，各处理的穗行数、行粒数和穗数差异不显著。F2和F3处理之间的每穗粒数差异不显著，但均显著高于F1处理;百粒质量表现为F3处理显著高于F2和F1处理;F3处理的产量显著高于F2和F1处理，分别提高3.78%和11.45%，F2较F1处理显著提高了7.39%;各处理的收获指数表现为F2处理最高，F1与F3处理差异不显著。可见，与F1处理相比较，F2处理主要通过增加穗粒数来提高产量，而F3处理通过增加穗粒数和百粒质量促进产量的进一步增加。

3 讨论与结论

3.1 缓释肥施用方式对干物质形成的影响

研究表明，施用缓释肥后玉米在生长后期仍具有较高的叶面积指数，能延长叶片功能期，保证玉米充分的光合作用[10]。本研究取得相似结果，F2比F1处理在吐丝以后维持较高的叶面积指数、群体总光合势和净同化率，乳熟期和成熟期的叶面积指数、群体总光合势和净同化率均较高。氮肥深施能提高植株根系活力，减缓花后叶片早衰[11]。分层施肥将部分肥料适当深施于根系密集区域，养分供应充足，根系生长良好，叶面积指数显著高于传统施肥方式，能提高光合作用强度和改善玉米生长情况。本研究表明，F3处理的叶面积指数、群体总光合势和净同化率均为各处理中最高，这是由于该处理能持续为玉米生长提供充足的养分，防止后期脱肥早衰，还能促进根系纵深分布，增强植株获取营养的能力，促进地上部稳定生长，为干物质的形成和积累奠定基础。

3.2 缓释肥施用方式对干物质积累和转运特征的影响

生育期内干物质的积累水平决定着籽粒产量的高低。玉米从吐丝到成熟干物质积累总量是籽粒产量的重要组成部分，对籽粒贡献率达78%～84%[14]。缓释肥与常规肥料相比能显著改善植株对氮素的吸收，减少收获后土壤碱解氮盈余量，提高花后干物质积累量。本研究认为，吐丝到成熟期F2处理的干物质积累量、干物质最大和平均增长速率显著高于F1处理，这与前人的研究结果[17]一致。有研究表明，在深施基础上施用缓释尿素，可提高深层土壤无机氮含量，获得较高的氮素利用率和干物质积累量[18]。与常规施肥相比，条带深松条件下深施缓释肥的氮肥利用效率和花后干物质积累量显著增加，有利于根系下扎和提高根系活力[19]。本研究表明，F3处理的干物质积累量、干物质最大和平均增长速率显著高于F2、F1处理，这是因为F3处理能扩大根系与缓释肥料接触面积，增加根系生物量和根系活性的同时，促进根际土壤酶和土壤营养物质的生成，减缓深层根系衰老，满足玉米全生育期养分需求，增强作物干物质生产能力，提高干物质积累量。

干物质的分配和转运也是决定玉米籽粒产量高低的重要因素之一。刘克礼等研究指出，玉米营养器官干物质转运量对籽粒产量的贡献率不宜过高，超过20%会导致叶片早衰，影响产量形成[20]。缓释肥能提高花后植株的氮素积累，满足籽粒对氮素的需求，但营养器官干物质转运量在不同品种和环境条件下存在差异[21]。肥料分层施用能使作物生长后期保持较高的生长活性，产量主要源于花后的干物质积累，花前营养器官干物质转运率和对籽粒产量贡献率较低[22]。本研究结果表明，花前干物质转运量、转运率和对籽粒的贡献率表现为：F1>F2>F3，花后干物质积累对籽粒贡献率表现为：F3>F2>F1。这是因为F1处理花后光合产物较少，籽粒发育的负反馈作用使营养器官中大量营养物质向籽粒转移过多;F2处理花后碳氮代谢较平衡，产量源于花前和花后干物质协同作用;F3处理花后仍能够积累较多的光合产物，花后干物质积累对籽粒贡献率高。缓释肥优化施用和常规施用均能促进干物质的积累，更好地协调植株营养生长和生殖生长，提高花后干物质积累对籽粒的贡献率。

3.3 缓释肥施用方式对产量的影响

与普通尿素相比缓释肥施用能提高玉米穗行数和百粒质量，产量能提高2.22%～1882%[23]。玉米深松时将氮肥适当深施较浅施能改善单株根系生长状况，增加玉米穗粒数，增产效果明显。研究表明，缓释尿素与常规尿素分层配施较常规尿素表施能显著增加玉米穗粒数[24]。本研究结果表明，与F1处理相比F3处理的穗粒数和百粒质量显著提高，F2处理具有较多的穗粒数。F3和F2处理较F1处理分别显著增产11.45%、7.39%，F3较F2处理显著增产3.78%。综上，缓释肥优化施用和缓释肥常规施用取得较农户习惯施肥更高的产量，其中缓释肥优化施用结合了土壤立体施用和缓释肥料的应用形成了完整的一次性施肥方式，是增产增效最佳的施肥方式。但若无配套施肥机械，缓释肥常规施用也可被选为保产且植株良好生长的施肥方式。

参考文献：

[1]赵先贵，肖 玲. 控释肥料的研究进展. 中国生态农业学报，2002，10（3）：95-97.

[2]杨俊刚，高 強，曹 兵，等. 一次性施肥对春玉米产量和环境效应的影响. 中国农学通报，2009，25（19）：123-128.

[3]邵国庆，李增嘉，宁堂原，等. 灌溉和尿素类型对玉米氮素利用及产量和品质的影响. 中国农业科学，2008，41（11）：3672-3678.

[4]徐秋明，曹 兵，牛长青，等. 包衣尿素在田间的溶出特征和对夏玉米产量及氮肥利用率影响的研究. 土壤通报，2005，36（3）：357-359.

[5]于晓芳，高聚林，叶 君，等. 深松及氮肥深施对超高产春玉米根系生长、产量及氮肥利用效率的影响. 玉米科学，2013，21（1）：114-119.

[6]李根林，王应君. 豫东潮土地区肥料深施对小麦产量的影响. 河南农业科学，2006（6）：76-78.

[7]邹忠君，孙艳华. 玉米一次性分层缓释施肥技术试验研究. 农学学报，2011，1（4）：6-9.

[8]李 娜，宁堂原，崔正勇，等. 深松与包膜尿素对玉米田土壤氮素转化及利用的影响. 生态学报，2015，35（18）：6129-6137.

[9]周宝元，孙雪芳，丁在松，等. 土壤耕作和施肥方式对夏玉米干物质积累与产量的影响. 中国农业科学，2017，50（11）：2129-2140.

[10]刘 震，徐玉鹏，娄翼来，等. 栽培施肥模式对华北旱作玉米生长及氮肥利用率的影响. 江苏农业科学，2019，47（24）：50-54.

[11]雷 恩，耿永克，陈卢发，等. 施氮模式和密度对西南夏玉米产量及病害的影响. 华北农学报，2019，34（3）：164-172.

[12]张美微，乔江方，谷利敏，等. 不同土层氮肥配施方式对夏玉米生长发育及氮肥利用的影响. 中国农学通报，2017，33（20）：66-70.

[13]刘 磊，王 平，孙志梅，等. 腐殖酸复合肥多层深施对土壤含水量、玉米生长及产量的影响. 河北农业大学学报，2012，35（1）：7-11.

[14]黄智鸿，王思远，包 岩，等. 超高产玉米品种干物质积累与分配特点的研究. 玉米科学，2007，15（3）：95-98.

[15]Echarte L，Rothstein S，Tollenaar M. The response of leaf photosynthesis and dry matter accumulation to nitrogen supply in an older and a newer maize hybrid. Crop Science，2008，48（2）：656-665.

[16]郭 松，喻 华，曾祥忠，等. 包膜控释尿素对玉米花后干物质和氮素积累与分配的影响. 江苏农业科学，2019，47（17）：88-92.

[17]胡迎春，韩云良，施成晓，等. 氮肥减量下缓释肥和尿素配施对黄土高原春玉米氮素利用和产量效益的影响. 西北农业学报，2019，28（7）：1068-1078.

[18]刘 威，周剑雄，谢媛圆，等. 控释尿素条施深度对鲜食玉米田间氨挥发和氮肥利用率的影响. 应用生态学报，2019，30（4）：1295-1302.

[19]王新兵，侯海鹏，周宝元，等. 条带深松对不同密度玉米群体根系空间分布的调节效应. 作物学报，2014，40（12）：2136-2148.

[20]刘克礼，刘景辉. 春玉米干物质积累、分配与转移规律的研究. 内蒙古农牧学院学报，1994，15（1）：1-9.

[21]王 珏，成贵根，李龙，等. 施肥方式对江苏春玉米产量和物质积累转运的影响. 植物营养与肥料学报，2019，25（5）：748-755.

[22]范秀艳，张玉芹，张瑞富，等. 分层施磷与氮钾肥配施对春玉米干物质积累与转运的影响. 内蒙古民族大学学报（自然科学版），2017，32（2）：128-132.

[23]武 鹏，杨克军，王玉凤，等. 缓释尿素对土壤和玉米植株氮素及干物质和产量的影响. 干旱地区农业研究，2018，36（5）：94-101.

[24]武 鹏，王玉凤，张翼飞，等. 不同土层深度配施缓释/普通尿素对土壤氮素和酶活性及玉米产量的影响. 应用生态学报，2020，31（1）：129-138.