氮肥减施对夏玉米产量及水氮利用效率的影响

宋世浩 ， 李滨键 ， 王景旭

（1.河北工程大学水利水电学院，河北 邯郸 056002；2.河北省智慧水利重点实验室，河北 邯郸 056002）

0 引言

氮肥在我国提高粮食产量的过程中扮演着重要角色，中国作为目前世界上施氮量最大的国家，同时存在着氮肥强度过高、氮肥利用率较低等问题[1]。韩祥飞等[2]通过研究发现夏玉米的产量受施氮量的显著影响，二者的关系近似抛物线形。Hammad 等[3]在对施氮量与玉米产量之间联系的研究中发现，在施氮量250 kg/hm2的基础上减氮16.7%，未造成当地夏玉米减产。邹晓锦等[4]也在研究中发现，在农民习惯施氮量240 kg/hm2的基础上减氮10%和20%，玉米产量没有显著降低。

作物的田间耗水量可以反映出土壤和作物对水分的消耗情况[4]，其受灌溉制度和降雨量的影响较大[5]。作物的水分利用效率是反映作物的产量和耗水量之间关系的一个指标[6]。氮肥的利用效率可以通过氮肥利用率来反映，然而有研究表明，目前我国氮肥利用率仅有30%~35%，远低于一些发达国家[7]。长期过量地施用氮肥对作物的产量没有显著的提升效果，反而会造成氮肥利用率降低[8-10]。刘梦等[11]研究发现氮肥施用量在200 kg/hm2时，氮肥利用率达到最高，而过高的施氮量会引起这个指标的降低。李银坤等[12]提出在合理范围内减少施氮量，不会造成作物减产且能提高氮肥利用率。曹亚娟等[13]研究发现，增加施氮量会抑制玉米的氮素利用效率。张伟纳等[14]研究发现，在常规施肥量的基础上减施氮肥20%，能提高氮肥利用效率。本文通过分析冀南地区不同施氮量对夏玉米产量以及水氮利用效率的影响，探究冀南地区既能增产又能提高水氮利用效率的最佳氮肥施用量。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

大田试验于2021 年6—9 月份在邯郸市永年区小龙马乡小龙马村（北纬36°44′15″，东经114°38′16″）进行。试验区年均气温14 ℃，年均降雨量527.8 mm，属暖温带半湿润大陆性季风气候。试验区土壤质地为壤土。夏玉米播种前0~20 cm 土层pH 值为7.74、有机质含量为12.3 g/kg、全氮含量为0.77 g/kg、碱解氮含量为129.7 mg/kg、速效磷含量为43.8 mg/kg、速效钾含量为116.4 mg/kg，试验期间降雨量为667.6 mm。

1.2 试验设计

试验小区随机排列，小区面积为6.0 m×5.0 m（30 m2），三次重复，小区间设隔离带，外围设保护行。试验所用夏玉米品种为“福曌88”，播种前施用底肥，磷钾肥全部作底肥施用，氮肥底肥和追肥各占50%，全生育期内灌水一次，随灌水追施氮肥。设置四组施氮水平：N3 习惯施肥270 kg/hm2（N3PK）、N2 配方高氮225 kg/hm2（N2PK）、N1 配方低氮180 kg/hm2（N1PK）、N0 配方无氮0 kg/hm2（N0PK）。供试肥料选用N 含量为46%的尿素、P2O5含量为12%的过磷酸钙、K2O 含量为50%的硫酸钾，不同处理施肥方案如表1 所示。

表1 不同处理施肥方案

1.3 测定项目与方法

1）植株全氮：奈氏比色法。

2）产量及其构成因素：成熟期随机选取长势均匀的一行玉米进行田间测产，三次重复，然后进行室内考种，测产指标主要有百粒重、单穗籽粒质量、穗粒数。

3）作物吸氮量（kg/hm2）=籽粒氮吸收量+茎叶氮吸收量。

4）田间耗水量（mm）=有效降水量+生育期灌水量+播种前土壤贮水量-收获期土壤贮水量。

5）水分利用效率[kg/(hm2·mm)]=籽粒产量/田间耗水量。

6）氮肥利用率（%）=（施氮区作物吸氮量-不施氮区作物吸氮量）/氮肥施用量×100%。

7）氮肥农学效率（%）=（施氮区产量-不施氮区产量）/该区氮肥施用量×100%。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016 处理试验数据，使用SPSS 25.0分析数据并进行差异显著性检验，使用Origin 2018进行绘图。

2 结果与分析

2.1 氮肥减施对夏玉米产量的影响

不同施氮量处理对夏玉米籽粒产量和产量结构的影响如表2 所示。可见，施用氮肥对夏玉米产量有显著的影响（P<0.05），产量随着施氮量的增加先增加后趋于稳定。夏玉米籽粒产量为N2>N3>N1>N0，与N0 处理相比，施用氮肥的夏玉米籽粒产量提升了29.78%~38.19%。三种施氮处理中，N1 处理较N0 处理增产29.78%，效果最差；随着施氮量的增加，N2和N3 处理的夏玉米籽粒产量较N0 处理分别增产38.19%和37.66%，二者差异不显著（P>0.05）。与N3 处理相比，N2 处理产量增长0.39%，N1 处理籽粒产量降低5.73%。

表2 不同施氮量对夏玉米产量及产量构成因素的影响

施用氮肥能显著地提高夏玉米的穗粒数（P<0.05），施氮处理的夏玉米穗粒数较N0 提高了25.81%~32.33%。施氮量达到N2 处理大小时，增加氮肥施用量对夏玉米穗粒数没有显著影响（P>0.05），N3与N2处理下，夏玉米穗粒数差异较小。

施用氮肥对夏玉米百粒重的影响不显著（P>0.05）。相较于N0，施用氮肥能对夏玉米百粒重有一定的促进作用，为3.19%~4.79%。

2.2 氮肥减施对夏玉米水分利用效率的影响

不同施氮量处理对夏玉米生育期内耗水量及水分利用效率的影响情况如表3 所示。可见，施用氮肥对耗水量的影响不显著（P>0.05），四种施氮量处理下，夏玉米生育期耗水量差异不大，在681.73 mm~689.93 mm 之间。随着施氮量的增加，夏玉米生育期内耗水量变化没有明显规律。

表3 不同施氮量对夏玉米水氮利用效率的影响

施加氮肥对夏玉米的水分利用效率有显著影响（P<0.05），水分利用效率随着施氮量的增加先增大后趋于稳定。四种施氮量处理下的水分利用效率从大到小为N3>N2>N1>N0。与N0 处理相比，施用氮肥能较大提高夏玉米的水分利用效率，提高了29.95%~38.73%，而不同施氮量对夏玉米水分利用效率的影响不显著（P>0.05）。在N3 习惯施氮量的基础上减施氮肥，N2 处理下的水分利用效率变化不大，降低了0.78%，N1处理降低了6.32%。

2.3 氮肥减施对氮肥利用率的影响

由表3 可知不同施氮量处理对夏玉米氮肥利用率和氮肥农学效率的影响情况，不同施氮量处理下，夏玉米氮肥利用率变化范围为33.50%~41.30%，N2>N1>N3，随着施氮量的增加先增后减，N2 处理下氮肥利用率最高，为41.30%；N3 处理下氮肥利用率最低，为33.50%。在N1 处理的基础上增加施氮量对氮肥利用率的影响不显著（P>0.05），但当施氮量达到N2 处理大小时，施氮量的增加对氮肥利用率影响显著（P<0.05）。在N3 习惯施氮量的基础上减施氮肥，N2 处理下的氮肥利用率较N3 增长23.28%，N1处理下的氮肥利用率较N3增加18.63%。

不同施氮量氮肥农学效率变化范围为10.59%~12.89%，N2>N1>N3，随施氮量的增加先增后减。在N1 处理的基础上增加施氮量对氮肥农学效率的影响不显著（P>0.05），当施氮量达到N2 处理大小时，增加施氮量对氮肥农学效率显著影响（P<0.05）。在N3习惯施氮量的基础上减氮施肥，N2 处理下的氮肥农学效率较N3 增加21.72%，N1 处理下的氮肥农学效率较N3增加18.60%。

3 结论

1）施加氮肥能显著提升冀南地区夏玉米的产量（P<0.05）。与N0 相比，施氮处理夏玉米增产29.78%~38.19%。N1 处理增产幅度最小，为29.78%；N2 和N3 处理增产幅度分别为38.19%和37.66%，二者差异不显著（P>0.05）。施加氮肥对夏玉米百粒重的影响不显著（P>0.05），对夏玉米穗粒数的影响显著（P<0.05），与N0 处理相比，施加氮肥的夏玉米穗粒数提高25.81%~32.33%。

2）施氮量对夏玉米生育期耗水量没有显著影响（P>0.0 5），对水分利用效率有显著的影响（P<0.05）。与N0 处理相比，施用氮肥水分利用效率提升29.95%~38.73%。N1 处理的提升效果最小，为29.95%；N2 与N3 处理对夏玉米水分利用效率的促进效果比较明显，分别为37.65%和38.73%，在N3 处理的基础上减施氮肥，N2 处理下的水分利用效率变化不大，降低了0.78%，N1处理降低了6.32%。

3）氮肥利用率和氮肥农学效率随施氮量的增加都呈先增后减的趋势，N2>N1>N3。氮肥利用率在N1 处理下为39.74%，N2 处理下达到最大，为41.30%，变化不显著（P>0.05）；与N1、N2 相比，N3处理（33.50%）显著降低（P<0.05）；在N3 习惯施氮量的基础上减施氮肥，N2 处理下的氮肥利用率较N3 增长23.28%，N1 处理下的氮肥利用率较N3 增加18.63%。氮肥农学效率变化范围为10.59%~12.89%，在N3 习惯施氮量的基础上减氮施肥，N2 处理下的氮肥农学效率较N3 增加21.72%，N1 处理下的氮肥农学效率较N3 增加18.60%。