普通与缓释尿素配施对夏玉米干物质积累与氮素利用的影响

纪朋涛，郭 斌，肖 凯，张月辰，杜 雄，陶佩君

（河北农业大学，河北 保定 071001）

缓释尿素能够减少氮肥损失，提高氮肥利用效率，对玉米具有增产效果［1-2］。刘诗璇等研究认为，控释氮肥与普通氮肥3∶7 配施处理下，产量、施肥收益、各氮肥利用指标均显著高于单施控释氮肥和其他配施处理［3］。郭金金等研究表明，普通尿素和缓释氮肥掺混可提高夏玉米氮肥利用率，使更多的氮素向籽粒中运转，有利于提高作物产量［4］。金容等研究发现，与常规施肥（100%普通尿素）相比，普通和缓释尿素配施可提高玉米吐丝期和灌浆期功能叶氮代谢关键酶活性，以25%普通尿素+75%控释尿素处理活性提高最为显著［5］。综上，合理施用缓释尿素，能够保障玉米生育期对养分需求，提高氮肥利用率，增加地上部干物质积累量与氮素累积量。

河北平原是我国夏玉米的主产区之一，其种植面积和产量分别占全国的30%和25%［6］，该区域玉米高产稳产对保障我国粮食安全至关重要。该区域玉米季施肥方式主要为基施氮肥和全部磷肥、钾肥，拔节期和灌浆期追施部分氮肥。然而，基施氮肥容易造成氮素大量流失，引起玉米后期早衰减产；在玉米生育中后期追施氮肥的技术不成熟、工作量大、可操作性差［7］。因此，在该区域研究普通和缓释尿素配施对夏玉米干物质积累与氮素利用的影响，有利于优化氮肥管理技术，实现夏玉米高产稳产，并为河北平原夏玉米生产季推广缓释尿素提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点在河北农业大学辛集试验站（43°31'N，124°48'E）。试验田0 ～20 cm 土壤为壤土，有机质17.79 g/kg、全氮 1.21 g/kg、碱解氮64.9 mg/kg、有效磷23.8 mg/kg、速效钾120.6 mg/kg。玉米生育期内，降水和气温情况如下：2018 年降水240.7 mm，积温1 871.30 ℃，平均气温26.79 ℃；2019 年降水262.4 mm，积温1 858.00 ℃，平均气温26.57 ℃。

供试品种为‘先玉688’(XY688) 和‘极峰2号’(JF2)2 个夏玉米品种。其中‘XY688’为本课题组前期筛选的氮高效品种，‘JF2’为本课题组前期筛选的氮低效品种［8］。

供试氮肥中普通尿素纯N 含量46%；缓释尿素由河南省心连心化肥有限公司生产，N 含量为43%，其控释时间为60 d。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，施氮方式为主区，品种为副区。在施N 量为180 kg/hm2条件下，设置普通氮素（U）和缓释氮素（S）掺混比例3∶7（US7）、5∶5（US5）和7∶3 掺混（US3）等3 个处理，以普通尿素折合施N 用量240 kg/hm2为对照。各处理中的磷钾施用量相同，均为P2O590 kg/hm2和K2O 108 kg/hm2，全部肥料播前一次性随种肥施入，施肥深度为10 cm；玉米留苗密度为67∶500 株/hm2，60 cm 等行距种植。每个处理3 个重复，随机排列，小区面积240 m2。2018 年于6 月17 日播种，10 月5 日收获。2019 年于6 月18 日播种，10 月7 日收获。田间其他管理同当地生产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积的测量与叶面积指数的计算 于玉米吐丝期，每个小区选择同一天吐丝的植株100 株进行标记，作为以后取样的植株。于吐丝期、吐丝后25 和50 d，在每个小区选取已标记植株5 株，测定每个叶片的长和宽，参照Chen 等［9-10］方法测量叶面积，计算叶面积指数：

绿叶面积（cm2）=长×宽×0.75。

叶面积指数（LAI）=植株绿叶面积/植株所占土地面积。

1.3.2 叶片光合速率的测定 于吐丝期、灌浆期和成熟期，于每天上午9:00—12:00，使用便携式植物光合作用测定仪(美国汉莎CIRAS-3)测定穗位叶的净光合速率。采用红蓝光源，光强为1 600 μmol/m2s。

1.3.3 干物质及全氮含量的测定 于玉米开花期和成熟期，每个小区选取代表性植株5 株，将其分为叶片、茎秆（叶鞘）、苞叶、穗轴和籽粒5 部分，105 ℃杀青30 min，于70 ℃烘干至恒重，称重后将样品粉碎成粉末。过筛（35 目）后采用浓H2SO4-H2O2消煮，用连续流动分析仪AA3 （SEAL AutoAnalyzer3，德国）测定全氮。

1.3.4 产量及其构成 于玉米完熟期，在每个小区收获未取样的2 行（5 m×2 行）进行测产，室内考种，调查穗行数、行粒数、千粒重。产量按含水量14%进行折算。

1.3.5 相关指标计算［9-10］

植株全氮含量(g/plant)=植株含氮量(%)×全株干物重

营养器官氮素转运量=（开花期地上部植株吸氮量-成熟期营养器官吸氮量）/开花期地上部植株吸氮量× 100

营养器官氮素转运效率(%) =营养器官氮素转运量/地上部植株吸氮量× 100

花后植株吸氮量(g/plant) =成熟期地上部植株吸氮量-开花期地上部植株吸氮量

氮素吸收效率（kg/kg）=成熟期地上部植株吸氮量/施氮量

氮素农学效率(kg/kg) =籽粒产量/成熟期地上部植株吸氮量。

氮素收获指数 (%) = 成熟期籽粒吸氮量 /成熟期地上部植株吸氮量× 100

1.4 统计分析

采用 Microsoft Excel 2007 软件处理数据，以SPSS19.0 软件统计分析，其中处理间差异显著性采用LSD法检验(P＜0.05)。采用SigmaPlot 10 软件作图。

2 结果与分析

2.1 普通和缓释尿素配施对玉米产量及其构成和地上部生物量的影响

2 年结果表现趋势基本一致，表1 说明了不同氮素配比下产量效果的可靠性（表1）。‘XY688’的籽粒产量、穗粒数和地上部生物量显著高于‘JF2’，分别高10.25%、4.41% 和12.32%。比较不同类型尿素配比处理可知，US7 处理的籽粒产量、穗粒数和地上部生物量显著高于US3 和US5 处理，而US7处理与CK 处理无显著性差异；与US3 和US5 处理相比，US7 处理下‘XY688’分别增加10.34% 和6.21%，‘JF2’分别增加5.78%和6.58%。US7 处理的有效穗数显著高于US3 和CK 处理，而US7 处理与US5 处理的有效穗数无显著性差异。不同处理间收获指数无显著差异。可见，US7 处理下‘XY688’表现出拥有更多的有效穗数和穗粒数，而‘JF2’在US7 处理下表现出拥有更较多的穗粒数。

表1 不同处理对玉米产量构成和地上部生物量的影响Table 1 The effects of different treatments on the grain yield components and biomass of maize

2.2 普通和缓释尿素配施对玉米叶面积的影响

2 个年度的结果表明（图1），‘XY688’的开花期和完熟期叶面积显著高于‘JF2’。比较不同氮素配比处理可知，‘XY688’的开花期叶面积表现为US7 处理显著高于US5 处理，但与US3 处理无显著性差异，‘XY688’的完熟期叶面积表现为US7 处理显著高于US5 和US3 处理。‘JF2’的完熟期叶面积表现为US7 处理显著高于US5 处理，但与US3 处理无显著性差异。与开花期叶面积相比，‘XY688’在US3、US5、US7 处理下完熟期叶面积分别降低39.25%、27.97%和25.99%；而‘JF2’在US3、US5、US7 处理下完熟期叶面积分别降低49.51%、53.47%和48.28%。

图1 不同处理对玉米叶面积的影响Fig.1 The effects of different treatments on leaf area of two maize cultivars

2.3 花前花后氮素吸收量

比较2 年可知，花前花后氮素吸收量结果表现趋势基本一致。‘XY688’的成熟期和花后植株吸氮量显著高于‘JF2’。‘XY688’的成熟期植株吸氮量表现为US7 处理显著高于US3 和US5 处理，开花期植株吸氮量在4 个处理间无显著差异，而花后植株吸氮量表现为US7 处理高于US5 处理，但US7 和US3 处理间无显著性差异。‘JF2’的成熟期植株吸氮量表现为处理间无显著差异，花前营养器官氮素转运量和花后植株吸氮量表现为处理间无显著差异。比较3 个处理下的氮素转运及转运效率看，‘XY688’在US7处理下的氮素转运及转运效率均表现为较高，而‘JF2’的氮素转运及转运效率在四个处理间均表现无显著差异。可见US7 处理下‘XY688’的成熟期植株吸氮量最高，该品种表现出较高的花后植株吸氮量和花前营养器官氮素转运量。

表2 不同处理对两个玉米品种氮素吸收和转移的影响Table 2 The effects of different treatments on the N accumulation and remobilization of two maize cultivars

2.4 氮效率和氮素收获指数

氮效率和氮素收获指数的结果两个年度表现出较好的重现性（表3）。籽粒氮浓度在处理间无显著性差异，US7 处理的秸秆和叶片氮浓度小于US3和US5，但3 个处理间也无显著差异。氮素吸收效率在各处理间无显著性差异。‘XY688’的氮素利用效率和氮素收获指数在US7 处理下最高，与US3 和US5 处理相比，US7 氮素利用效率提高了3.89%～6.91%，氮素收获指数高出2 个百分点左右。而2018 年‘JF2’的氮素利用效率和氮素收获指数表现在3 个处理间表现为无显著性差异，两年中‘JF2’的氮素利用效率在3 个处理间表现为无显著性差异，2018 年‘JF2’的氮素收获指数表现为US7 处理显著高于其他处理2 个百分点，而2019年处理间表现为无显著性差异。可见，US7 处理下‘XY688’的氮素利用效率和氮素收获指数最高，营养器官中的氮浓度残留量较低。

表3 不同处理对两个玉米品种氮效率和氮收获指数的影响Table 3 The effects of different treatments on the N efficiency and N harvest index of two maize cultivars

3 讨论与结论

选育氮高效品种是实现玉米高产高效生产的根本途径［9］。在各处理下，‘XY688’较‘JF2’均具有更高的籽粒产量，主要表现在‘XY688’花后拥有较高的氮素吸收能力，这说明对于氮高效品种‘XY688’，花后氮素管理更加重要。这与之前报道的高产玉米品种具有更高的花后干物质生产和氮素吸收能力是一致的［10-12］。缓控释肥可有效降低或控制养分释放速率，减少肥料挥发、淋溶损失，提高肥料利用率，降低施肥的环境风险［13-15］。玉米施用缓控释肥可减少施肥量和施肥次数，同时实现增产增收［16-17］。李伟等［18］通过比较控释氮肥与普通尿素不同掺混比例对夏玉米生长、产量和氮肥利用率的影响，得出普通氮肥与缓释氮肥的掺混比例为1∶1 时产量最佳。本研究结果表明，普通尿素和缓释尿素掺混施用可显著降低肥料施用成本，实现肥料间养分供应持续接力，充分发挥控释尿素的养分控释增效性能，得出普通尿素与缓释尿素的掺混比例为3∶7 时产量最佳，这是因为辛集较高土壤有机质就有对速效氮肥缓冲释放作用，同时生育期较低的降水量又减少了速效氮素的损失，所以得到了与李伟不同的结果。

研究表明普通尿素与缓释尿素掺混可以提高作物氮肥利用率，使更多的氮素向籽粒中运转［19］。本研究中，在普通尿素与缓释尿素掺混比例为3∶7时，‘XY688’的成熟期植株吸氮量最多，氮素利用效率和氮素收获指数最高，该处理下‘XY688’具有较高的花后植株吸氮量和花前营养器官氮素转运量，两者共同决定了‘XY688’具有较高的植株吸氮量。进一步分析2 个品种可知，在同一处理下，‘XY688’和‘JF2’的花前营养器官氮素转运量表现为无显著性差异，而氮高效品种‘XY688’表现出了较高的氮素利用效率和氮素收获指数。因此，在河北平原合理的普通尿素与缓释尿素掺混相结合，可以使夏玉米产量和氮肥利用效率协同提高。由于种植模式及产量水平影响，加之不同地区玉米养分需求也存在一定的差异，在其他地区施用普通尿素掺混缓释尿素还需进一步研究。