不同氮肥类型对玉米生理特性、产量及效益的影响

杨素芬 ， 汪敬恒 ， 罗迎娣

(河南省化工研究所有限责任公司 ， 河南 郑州 450052)

在农业生产中，合理施用化肥是保证粮食单产提高的重要措施。据联合国粮农组织估计，化肥在发展中国家粮食增产因素中占比55%。氮素被称为“生命元素”，氮肥的施用对作物的增产和品质改善作用最大[1-3]。夏玉米对氮肥敏感，施氮增产效果显著，因此出现了氮肥过量施用，目前，过量氮施用造成的氮肥利用率低下、越来越严重的环境污染及土壤酸化等生态环境问题越来越受到关注[4-6]。

碳酸氢铵是中国特有氮肥品种，是最容易被土壤吸附的一种氮肥，在土壤中最终分解产物(NH3、CO2、H2O)都是植物生长必需元素，长期施用不影响土质，是最安全的氮肥品种之一。但碳酸氢铵存在易结块、肥效期短、受热容易分解、养分利用率低等缺点，已逐渐不适应高效可持续农业生产的需要。目前，关于碳铵改良的研究也有一些报道[7]。其中，多元素长效碳铵颗粒肥针对碳酸氢铵肥料的缺陷，以碳酸氢铵为主要原料，通过添加一定比例的复合稳定剂，在常温下，采用一次成型冷挤压造粒工艺进行生产[8]。有关多元素长效碳铵颗粒肥的研制、氮素释放特征及对小麦生理生化和产量的影响已有系统的研究，但在玉米上的研究还鲜见报道。本研究结合本单位研制的多元素长效碳铵颗粒肥，并选用生产上常用的尿素、碳酸氢铵与有机肥配施等，对玉米产量、生理特性和氮肥效率等的影响，以期为玉米氮素营养管理及氮肥的科学选用提供理论依据和技术支撑[9-10]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年6—9月在河南中牟化工研究所大田试验基地进行，试验地属暖温带大陆性季风气候，雨热同期。年平均日照2 366 h，作物活跃生长期为217天，无霜期为240天，有利于多种植物生长和农作物复种。地形平坦，灌排状况良好，供试土壤为沙质潮土， pH值 8.0、有机质 13.57 g/kg、碱解氮 92.15 mg/kg、有效磷26.5 mg/kg、速效钾109.7 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设6个处理，分别为：CK，不施氮肥；T1，普通尿素；T2，普通碳铵；T3，多元素碳铵粉肥；T4，多元素长效碳铵颗粒肥；T5，普通碳铵+有机肥(腐熟农家肥，3 000 kg/hm2基施)；有机肥含氮(N)量为1.23%。

玉米品种为秋乐218， 2019年6月3号播种，密度为67 500株/hm2， 9月28号收获。试验氮肥(N)、磷肥(P2O5)、钾肥(K2O)施肥量分别为240、120、120 kg/hm2，总氮量的50%和磷肥、钾肥在玉米在5叶期开沟条施，剩余50%氮肥于大喇叭口期追肥。各处理按当地常规管理并在相同的栽培管理条件下进行。小区面积为45 m2(3 m×15 m)，随机区组排列，3次重复，区组间50 cm走道隔离。

1.2 测定方法及项目

1.2.1土样的采集与分析

玉米播种前采集耕层混合土壤样品，风干磨细过筛后测定土壤基础理化性质。用pH酸度计测定土壤pH值，重铬酸钾容量法测定土壤有机质，凯氏定氮仪测定全氮含量，碱解扩散法测定土壤碱解氮，0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定土壤有效磷，NH4OAC浸提-火焰光度法测定土壤速效钾[11]。

1.2.2产量、植株样品采集与分析

在拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期(吐丝后25 d)、成熟期分5次采集每个小区有代表性的植株样品3株，称鲜重，擦洗干净，在105 ℃下杀青15 min，再在65 ℃下烘干至恒重，粉碎后，采用浓H2SO4-H2O2消煮——蒸馏定氮法测定植株全氮分析植株氮含量。成熟后全部收获中间两行玉米，装入尼龙网袋，晒干称重，以含水量14%折算作为小区产量，另取10穗玉米进行考种，调查穗长、穗行数、穗粒数和百粒重等。

1.2.3叶片硝酸还原酶的测定

分别在玉米播种后40、55、70、85天，采集每个小区有代表性的玉米叶片(前期为最新完全展开叶，吐丝后为穗位叶)去除主脉的叶中部分，迅速用液氮速冻供酶活性测定，用活体法测定硝酸还原酶活性[12]。

1.2.4SPAD值测定

采用SPAD-502型便携式叶绿素仪测定SPAD值，前期测定植株最新完全展开叶，抽穗后测定穗位叶，每个小区测15片同一部位的叶片，取平均值。

1.2.5叶面积指数的测定

长宽乘积法：取样5株，量取每片叶长度和中部宽度，按照下式计算叶面积和叶面积指数：叶面积(m2)=长(cm)×宽(cm)×0.75/10 000

叶面积指数(LAI)=平均单株叶面积(m2)×每亩株数/667

1.2.6光合速率测定

采用美国Li-6400光合测定系统(Li-cor company,Nebraska,USA)测定光合参数。采用开放式气路，于晴天10:00—12:00自然光照下测定，仪器使用前按照使用说明书进行标定，测定部位为最新完全展开叶/穗位叶中部(避开主脉)。

1.2.7有关指标的计算

氮肥利用率(%)=(施氮区吸氮量-无氮区吸氮量) /施肥量×100

氮肥农学利用率(kg/kg)=(施氮处理籽粒产量-无氮处理籽粒产量)/施氮量

氮肥偏生产力(kg/kg)=施氮区产量/施氮量

氮收获指数)=籽粒氮积累总量/植株氮积累总量

氮肥生理效率=(施肥区产量-不施肥区产量)/( 施氮区地上部氮积累量-不施氮区地上部氮积累量)；

利用Excel 2013和DPS软件进行数据分析和统计处理。

2 结果与分析

2.1 不同类型氮肥对玉米产量和效益的影响

注：同列数据后不同大小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.01，极显著；P<0.05，显著)，下同。

由表1可知，施氮可以极显著提高夏玉米产量，其增产幅度因氮肥类型不同而存在差异。增产幅度达2 418.467～3 639.417 kg/hm2。与CK相比，以尿素增幅最大，增幅为3 639.417 kg/hm2，增产58.83%，其次分别是T4、T5、T2、T3，分别增产58.12%、52.88 %、40.56%、39.10%。尿素和多元素长效碳铵颗肥处理分别与和有机肥+普通碳铵处理间差异均达极显著水平，有机肥+普通碳铵与普通碳铵、多元素长效碳铵粉肥差异也达极显著水平，但尿素和多元素长效碳铵颗肥处理间、普通碳铵和多元素长效碳铵粉肥处理间差异均不显著。

表1 不同氮肥类型对玉米产量和效益的影响

玉米的产量主要取决于亩穗数、穗粒数和百粒重，本试验施肥处理的穗粒数和百粒重均高于对照，在亩穗数一定的条件下，夏玉米的产量主要受穗粒数和百粒重的影响。本试验表明不同类型氮肥的增产主要取决于穗粒数和百粒重的提高。其中以尿素处理穗粒数和百粒重最高，多元素长效碳铵颗肥处理次之，多元素长效碳铵粉肥最低。就相对纯收入而言，则以多元素长效碳铵颗粒肥最高，每公顷达4 352.9元。

2.2 不同类型氮肥对玉米叶片硝酸还原酶的影响

不同氮肥类型对玉米叶片硝酸还原酶的影响如图1所示。

图1 不同氮肥类型对玉米叶片硝酸还原酶的影响

从图1可以看出，施氮对玉米叶片硝酸还原酶活性有显著影响。各施氮处理的硝酸还原酶活性均比对照显著增强。在生育期内各处理的硝酸还原酶活性呈单峰曲线变化。随生育进程推进表现为逐渐增加，在播种后55天左右达到峰值之后又逐渐减弱。在播种40天左右T2的硝酸还原酶活性最高，达到46.42 μg/(g·h)，其次是T3。播种后55天T1的硝酸还原酶活性最高，达到75.79 μg/(g·h)，T4的硝酸还原酶活性为75.31 μg/(g·h)，两处理显著高于其他处理。播种后70～85天的硝酸还原酶活性都以T4最高，分别为70.24 μg/(g·h)和41.28 μg/(g·h)，T1的硝酸还原酶活性略低于T4，分别为70.10 μg/(g·h)和41.28 μg/(g·h)。

2.3 不同氮肥类型对玉米叶片SPAD的影响

有研究认为SPAD值与叶绿素含量的相关性呈极显著的正相关关系，可用SPAD值来反映叶绿素含量。不同氮肥对叶片SPAD的影响见图2。

图2 不同氮肥对叶片SPAD的影响

由图2可知，玉米叶片的SPAD随着生育期的推进而逐渐增高，在8月29日左右达到最大值后又逐渐降低。各施氮处理在不同生育期叶片SPAD均显著高于对照,说明施用氮肥显著提高了叶绿素含量。但各施氮处理在各生育时期的叶片SPAD差异不显著。

2.4 不同氮肥类型对夏玉米叶面积指数的影响

叶片是玉米进行光合作用而生产干物质的主要器官，较大的叶面积指数有利于光合作用和干物质的合成与积累。不同氮肥类型对夏玉米叶面积指数的影响见图3。

图3 不同氮肥类型对夏玉米叶面积指数的影响

由图3可以看出，施用氮肥可以增加夏玉米的叶面积指数，各施氮处理在各生育时期的叶面积指数均显著高于对照CK。夏玉米叶面积指数随着生育进程先增加后降低，在8月14日时，叶面积指数达到最大值，此时处理CK、T1、T2、T3、T4、T5的叶面积指数分别为5.01、5.33、5.16、5.14、5.32、5.26；从大喇叭口期到成熟期由于下部叶片逐渐死亡，各处理的叶面积指数又逐渐降低。8月29日和9月13日都以T4处理的叶面积指数最高，分别达到5.19和4.64 ；其次是T1，分别为5.18和4.62。这说明多元素长效碳铵颗肥和尿素肥效期长，养分供应持久，可延缓夏玉米生育后期叶片的衰老死亡，延长了叶片的功能期。

2.5 不同氮肥类型对夏玉米光合速率的影响

不同氮肥类型对夏玉米光合速率的影响如图4所示。

图4 不同氮肥类型对夏玉米光合速率的影响

图4表明，不同处理玉米叶片的光合速率(Pn)随生育进程的变化表现相似，随着生育期的推进逐渐增高，达到最高值时又逐渐降低。与对照相比，各施氮处理的光合速率均显著提高，大概在播种后70天左右达到峰值，然后逐渐降低。施肥处理间显著性检验表明，T2和T4在播种后各个时期均显著高于T3；T2和T4间差异不显著。这说明施氮有利于延缓冬玉米生育后期旗叶衰老，增强玉米叶片光合功能，有助于提高玉米生育后期旗叶的光合速率，施用多元素长效碳铵颗粒肥可以起到与施用尿素相似的效果。

2.6 不同氮肥类型对夏玉米氮素积累的影响

不同类型氮肥对夏玉米氮素积累的影响如图5所示。

图5 不同类型氮肥对夏玉米氮素积累的影响

由图5可知，在玉米的不同生育时期，与对照相比施氮处理均可以显著增加夏玉米氮素积累；随着生育期的推进，各处理的氮素积累也逐渐增加。在拔节期，各施氮处理间差异不显著；在大喇叭口期、吐丝期、灌浆期、成熟期都以尿素和多元素长效碳铵颗粒肥处理的氮素积累量较高，有机肥+普通碳铵处理次之，碳铵和多元素长效碳铵粉肥氮素积累量较低，但尿素和多元素长效碳铵颗粒肥两处理差异不显著，碳铵和多元素长效碳铵粉肥在成熟期差异显著外，其余各生育时期差异也不显著。

2.7 不同类型氮肥对夏玉米氮肥利用率的影响

不同类型氮肥对夏玉米氮肥利用率的影响如表2所示。

表2 不同类型氮肥对夏玉米氮肥利用率的影响

从表2可以看出，施肥处理的总氮含量和子粒含氮量都极显著高于对照，其中以尿素和长效碳铵颗粒肥的处理氮含量最高，子粒含氮量分别比对照53.15 kg/hm2和53.47 kg/hm2。不同类型氮肥夏玉米的氮肥利用率为24.33%～33.81%，以T4处理的最高。氮肥农学利用率以T1处理最高，即T1>T4>T5>T2>T3，其中T1和T4处理间差异不显著，T2和T3差异也不显著，但T1和T4极显著高于其它处理。氮肥生理效率以T5处理最高，T3处理最低，T1、T4和T5间差异不显著，但这三个处理显著大于T2和T3处理。各施氮处理间氮肥偏生产力的变化趋势与氮肥农学利用率相似，即T1>T4>T5>T2>T3。各施氮处理的氮收获指数显著高于对照。

3 讨论

玉米对氮肥敏感，施氮增产效果明显，有研究认为，施用不同类型肥料均使玉米显著增产，肥料类型不同，产量效应、穗粒数、千粒重表现也有差异[13-18]。王宜伦等[19-20]研究认为，施用控释施和海藻酸等新型肥料可有效提高玉米产量。本试验结果表明，与对照相比，不同氮肥类型增产可以达到2 418.467～3 639.417 kg/hm2。其中，以尿素增幅最大，多元素长效碳铵颗粒肥次之。这说明尿素和多元素长效碳铵颗肥能为夏玉米提供充足的氮素，尤其夏玉米后期对氮素营养的需要，为高产打下基础。

硝酸还原酶是高等植物氮素同化的限速酶，可直接调节硝酸盐还原，从而调节氮代谢，并影响到光合碳代谢。卫丽等[21]研究认为，在等养分量条件下，三种不同的控释肥与常规施肥技术相比硝酸还原酶(NR) 活性和全氮含量均有不同提高和增加；还有研究认为，施用氮肥促进了夏玉米叶片硝酸还原酶活性的增强，在玉米生育后期氮肥施用比例大的处理玉米叶片中的硝酸还原酶含量较高，保障了生育后期碳氮代谢的高效进行[22-24]。本试验结果表明，尿素和多元素长效碳铵颗粒肥处理的玉米叶片硝酸还原酶、叶片SPAD、叶面积指数和光合速率均高于其它氮肥类型，这说明尿素和多元素长效碳铵颗粒肥在夏玉米生育后期仍然能释放充足数量的氮素，有效延长了叶片的光合功能期。

植株养分吸收积累是作物产量形成的基础，本试验中，与对照相比，施氮条件下植株氮素累积量极显著增加，子粒氮累积量表现趋势与植株总氮积累量相似，尿素和多元素长效碳铵颗粒的氮素积累显著高于其它氮肥类型的处理，且在夏玉米整个生育期氮素累积量呈“直线”型，成熟期氮素累积量与产量变化相似，这说明在玉米生育后期植株对氮素仍保持较多的吸收量以满足自身物质的合成以及向籽粒的转移。不同氮肥种类对作物的氮素吸收影响显著[25-27]。易镇邪等[28-29]研究了3种类型氮肥(普通尿素、包膜尿素和复合肥)在夏玉米的施用结果认为氮肥类型影响夏玉米氮素吸收与利用效率。尿素和多元素长效碳铵颗粒的氮肥利用率极显著高于其它氮肥类型，氮肥农学利用率和氮肥偏生产力也显著高于其它氮肥类型。施氮使夏玉米植株及子粒氮素累积量显著增大，但使氮收获指数降低，本试验与之相吻合[18]。因此，从作物产量和经济效益等各方面综合来看，多元素长效碳铵颗粒肥可以作为适宜于黄淮海地区玉米种植的氮肥品种。