施氮模式对辽东地区玉米产量及氮素积累的影响

莫姣娇 樊 叶 王 璨 张嫣然 谢文锦 刘懿萱 薛兵东 张丽丽

（1.丹东农业科学院 辽宁凤城 118109；2.凤城市凤山街道办事处 辽宁凤城 118100）

玉米是重要的粮食作物，2020 年全国玉米产量占粮食总产的38.9%，辽宁省是农业大省，2020 年全省玉米播种面积269.9 万hm2，占全省农作物总播种面积的63.0%，玉米产量1 793.9 万t，占全省粮食总产的76.7%，由此可见，保障辽宁省玉米生产平稳有序发展十分必要[1]。 合理施氮是提高玉米产量的有效途径， 合理施用氮肥不仅是保障玉米产量和品质的前提，还是提高氮肥利用效率、保护土壤环境和大气环境的有效措施。 有研究表明，我国氮肥的当季利用率仅为30%~35%[2-3]，施肥不合理是造成氮肥损失率偏高的原因之一， 多余的氮肥一方面通过雨水的淋溶作用进入地下水系和湖泊中， 造成硝酸盐含量超标及水体富营养化问题； 另一方面通过挥发及反硝化作用进入大气中，造成大气环境污染[4-5]。 同时，氮肥施用不合理还会因肥料供应不足引起植株生育后期脱肥，从而影响植株的正常生理代谢，导致植株营养体早衰，最终造成减产[6-7]。 前人针对施肥方式对玉米产量、叶面积指数、植株干物质积累量及氮素积累量的研究已有报道[8-10]，不同气候类型结果不同，辽东地区雨量充沛，夏季多暴雨，雨水淋溶问题突出，针对辽东地区施肥方式的研究还鲜有报道。 本研究通过分析不同施肥方式对玉米生长及物质生产特性的影响，探讨适合本地区玉米生产的栽培技术，以期为辽东玉米合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用品种为丹玉439， 种植密度5.25 万株/hm2，氮肥为尿素（含N 量≥464 g/kg），磷肥为过磷酸钙（含P2O5量≥120 g/kg），钾肥为氯化钾（含K2O 量≥600 g/kg）。 田间试验于2020 年5-9 月在丹东农业科学院试验基地进行， 土壤类型为棕壤土，0～20 cm 土层肥力见表1。

表1 供试土壤基础肥力

1.2 试验设计

采用二因素裂区设计，主区为施肥方式，设置一次性施用（Y）和分次施用（Z）2 种。 一次性施肥的全部氮肥于播种前一次性基施， 后期不追肥； 分次施肥将氮肥的40%于播种前基施， 剩余的60%于大喇叭口期追施。 副区为施氮量，设置低氮（N120）、中氮（N180）和高氮（N240）3 个水平，施肥量分别为120 kg/hm2、180 kg/hm2、240 kg/hm2，各处理全部磷、钾肥于播种前一次性基施，施用量均为75 kg/hm2。 4 月29 日播种，9 月25 日收获。

1.3 测定项目和方法

（1）产量：收获后自然风干称取总穗鲜重，按平均穗重法选取20 穗进行室内考种， 测定籽粒含水量，计算穗粒数和产量（20 穗籽粒重/20 穗鲜重×总穗鲜重×10 000 m2/小区面积），按14%含水率折算千粒重和产量。

（2）穗数：收获前调查每小区≥20 粒的果穗数量并折算穗数（小区穗数×10 000 m2/小区面积）。

（3）株高、穗位高和叶面积指数（LAI）：分别于拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期在每小区取有代表性植株3 株，测定株高、穗位高、叶片长和宽， 按叶长×最大叶宽×系数 （未展开叶片系数为0.5，展开叶片系数为0.75）求出各单叶面积后，累加得到单株叶面积，再换算LAI（单株叶面积×单位土地面积内株数/单位土地面积）。

（4）干物质积累量：在玉米不同生育期分茎鞘、叶片、雌穗、籽粒、苞叶、穗轴取样测定干重，即于拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期在每小区取有代表性的植株3 株，在鼓风干燥箱中于105℃下杀青30 min， 于80℃烘干至恒重后测定植株干物质量。

（5）氮素积累量：采用凯氏定氮法测定各器官的全氮含量，计算植株氮素积累量。

1.4 数据分析

数据处理及统计分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0 软件进行。

2 结果与分析

2.1 施肥方式和施氮量对玉米产量及产量构成因素的影响

由表2 可知, 分次施肥处理更利于玉米增产，较一次性施肥处理高0.7%，但穗数显著下降，较一次性施肥处理降低5.4%， 穗粒数和千粒重均高于一次性施肥处理， 分别比一次性施肥处理高0.4%和1.0%，由此可见， 分次施肥通过协调穗粒数和千粒重的增加，补偿了群体穗数缺失的不利影响，从而实现产量的提高。 施氮量对产量和穗数有显著影响，二者均随施氮量的增加而升高，N240处理的产量分别比N180和N120高13.5%和16.7%， 穗数分别高1.9%和20.1%；N120处理的穗粒数最高， 分别比N180和N240高13.9%和5.1%；N240和N180处理的千粒重显著高于N120，分别比N120处理高10.0%和10.8%。 说明适当增施氮肥更利于玉米穗数和千粒重的增加，是保障玉米增产的前提。 施肥方式与施氮量的互作效应对产量、穗粒数和千粒重影响不显著，对穗数有显著影响。

表2 施肥方式和施氮量对玉米产量及产量构成因素的影响

2.2 施肥方式与施氮量对玉米株高、 穗位高和LAI的影响

由图1 可知， 一次性施肥处理植株的株高和穗位高显著高于分次施肥处理， 分别比分次施肥处理高3.3%和2.8%，主要原因是播种前将全部氮肥一次性施入土体，致使土壤氮量偏高，为植株前期生长提供了更多的氮素营养，促进了植株营养体的生长，不利于植株抗倒能力的提高。 不同施氮量对植株株高和穗位高的影响差异不大，各处理间差异不显著，均以N240株高和穗位高最高，株高分别比N180和N120处理高1.7%和1.1%，穗位高分别比N180和N120处理高0.6%和3.0%。

图1 施肥方式和施氮量对株高、穗位高的影响

不同施肥方式下植株不同生育时期LAI 的变化规律见图2（a）。 随着生育进程的推进，LAI 呈先上升后降低的变化趋势，从拔节期到吐丝期直线上升，至吐丝期达到最大，而后缓慢下降。 施肥方式和施氮量处理的变化趋势一致。 从施肥方式结果可知，一次性施肥处理的LAI 从拔节期至灌浆期均高于分次施肥处理，分别比分次施肥处理高15.0%、10.9%、3.6%和13.5%，成熟期分次施肥的LAI 较一次性施肥处理高15.5%，说明一次性施肥有利于植株生育前期营养体的生长，促进了LAI 的增加，为植株光合生产提供了保障，但生育后期易脱肥，使得成熟期植株LAI 显著降低。 施氮量对植株LAI 指数的影响结果与施肥方式类似，见图2（b）。 在生育前期（吐丝前）差异不大，在植株开花后差异明显， 从拔节期至成熟期，N240和N180处理的LAI 分别比N120处理高8.8%和4.5%、12.6%和6.3%、5.3%和5.6%、9.9%和9.4%、11.3%和19.8%， 说明在一定范围内增施氮肥是植株保持高LAI 的前提。

图2 施肥方式和施氮量对植株LAI 的影响

2.3 施肥方式与施氮量对玉米干物质积累的影响

施肥方式对植株干物质积累量的影响结果见图3。 随着生育进程的推进，植株干物质积累量不断增加，不同施肥方式间变化趋势一致，大喇叭口期至灌浆期是植株干物质积累的主要阶段， 一次性施肥和分次施肥处理植株干物质积累量分别占全生育期干物质积累量的61.1%和62.2%。 一次性施肥显著提高了拔节期植株的干物质积累量， 较分次施肥处理高27.7%，大喇叭口期一次性施肥的促进作用减缓至5.2%，待分次施肥处理追肥后，吐丝期、灌浆期和成熟期一次性施肥处理的植株干物质积累量较分次施肥处理分别仅高0.7%、0.7%和1.2%， 其原因主要是一次性施肥处理将全部氮肥于播种前施入土体，为拔节期和大喇叭口期植株提供了更高量的氮肥，从而促进了植株营养体生长，待分次施肥处理追肥后，促进作用被抵偿， 所以吐丝期以后一次性施肥和分次施肥处理间干物质积累量差异不明显。

图3 施肥方式对玉米干物质积累量的影响

由图4 可知， 植株的干物质积累量随施氮量的增加而升高，不同生育时期表现出相同的变化趋势，大喇叭口期至灌浆期是植株干物质积累的主要阶段，N240、N180和N120处理的植株干物质积累量分别占全生育期干物质积累量的61.6%、61.8%和61.4%。增加施氮量显著提高了拔节期、 大喇叭口期和灌浆期植株的干物质积累量， 各生育时期植株干物质积累量均以N240处理最高，拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期N240处理植株干物质积累量分别比N180处理高6.2%、2.0%、1.9%、1.7%和1.9%， 比N120处理分别高18.3%、13.3%、3.3%、6.5%和4.5%， 说明充足的氮肥供给是植株干物质积累的保障。

图4 施氮量对玉米干物质积累量的影响

2.4 施肥方式与施氮量对玉米氮素积累的影响

由图5 可知， 植株氮素积累量随生育进程的推进不断增加， 拔节期至吐丝期是植株氮素积累的主要阶段， 一次性施肥和分次施肥处理植株氮素积累量分别占全生育期氮素积累量的61.2%和72.0%。 可以看出， 一次性施肥处理更有利于拔节期和大喇叭口期植株氮素积累量的提高， 较分次施肥处理分别高30.6%和5.0%，分次施肥对吐丝期以后植株的氮素积累更有利，吐丝期、灌浆期和成熟期分次施肥较一次性施肥处理的氮素积累量分别提高15.8%、8.9%和4.2%， 原因可能是一次性施肥为拔节期和大喇叭口期植株暂时提供了更高量的氮肥， 为植株前期生长提供了充足的氮素，待追肥以后，分次施肥处理的氮肥水平提高，氮素供应能力增强，保障了植株生长所需的氮素，促进了植株氮素积累量的增加。

图5 施肥方式对玉米氮素积累量的影响

随着生育进程的推进， 植株氮素积累量不断增加，不同施氮水平变化趋势一致（图6）。 植株氮素积累主要集中在植株开花（吐丝期）以前，拔节期至吐丝期N240、N180和N120处理植株氮素积累量分别占全生育期氮素积累量的68.6%、67.4%和63.8%。植株氮素积累量随施氮量的增加而提高， 各生育时期变化趋势相同，不同生育时期植株氮素积累量均以N240处理最高，拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期和成熟期植株氮素积累量较N180处理分别提高4.4%、2.6%、4.5%、3.8%和2.7%， 较N120处理分别提高14.8%、17.9%、14.8%、8.7%和8.6%，说明充足的氮肥供应是植株积累氮素的前提， 适度提高施氮量更有利于植株氮素的积累。

图6 施氮量对玉米氮素积累量的影响

3 讨论与结论

科学施肥是提高肥料利用效率、 保障作物产量的重要措施，氮是作物生长必需的营养元素，是产量形成的重要因子。 关于科学施用氮肥已有大量报道，调查吉林省110 块玉米田发现， 一次性施肥玉米田雨量充足年份与习惯施肥玉米田产量无明显差异，干旱年份会造成减产[11]；黄淮海夏玉米种植区，一次性施肥与农民习惯性分次施肥玉米田的株高、 穗粒数、百粒重和产量均无显著差异[12]；山西晋北春玉米种植区， 一次性施肥对玉米产量和干物质积累量的影响作用不明显[13]；长江中游春玉米种植区，一次性施肥与常规分次施肥处理相比籽粒产量、穗粒数、百粒重及植株干物质积累量均无明显差异[14]。本研究中，一次性施肥处理与分次施肥处理的产量、 穗粒数、千粒重及大喇叭口期、 吐丝期、 灌浆期和成熟期植株的干物质积累量均无明显差异， 这与前人的研究结果一致。

株高是衡量作物生长发育状况的重要指标之一， 可在一定程度上反映植株的生长速度和健壮程度[15]；叶面积指数和作物产量高低息息相关，可通过调节群体叶面积指数进而影响作物产量[16]。在宁夏中部，分次施肥可增加植株全生育期的绿叶面积，提高植株叶面积指数[17]。 本研究中，一次性施肥处理的株高和穗位高分别比分次施肥处理增加3.3%和2.8%，拔节期至灌浆期植株的叶面积指数较分次施肥处理高3.6%~15.0%，成熟期较分次施肥降低15.5%，其原因主要是一次性施肥处理的全部氮肥于播种前一次性施入土体，为植株生长提供了更多的氮素营养，促进了植株营养体生长，从而提高了植株的株高、穗位高及拔节期至灌浆期的叶面积指数， 成熟期一次性施肥处理LAI 显著降低的原因可能是肥料施用时间过长使得植株过早脱肥造成的。

植株内氮素养分是干物质积累和产量形成的物质基础，在吉林省公主岭市，一次性基施氮肥与分次施肥处理对苗期植株的氮素积累量无明显影响，但显著降低了拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期和成熟期的植株氮素积累量[18]；黑龙江大庆市，与一次性施肥处理相比， 分次施肥更利于植株氮素积累量的提高[19]；吉林省中部地区，分次施肥植株的氮素积累量显著高于一次性基施处理[20]。 本研究中，一次性施肥处理将全部氮肥于播种前施入土体， 而分次施肥处理将氮肥的40%施入土体， 剩余的60%氮肥于大喇叭口期以后追施， 使得一次性施肥处理植株生育前期的氮肥施用量高于分次施肥处理， 因此分次施肥植株拔节期和大喇叭口期植株的氮素积累量低于一次性施肥处理，分别低30.6%和5.0%，追肥后土体中氮肥得到补充，因此吐丝期、灌浆期和成熟期分次施肥植株的氮素积累量增加， 分别比一次性施肥处理高15.8%、8.9%和4.2%，说明分次施肥更利于植株生育后期的氮素积累。

由此可见，辽东地区，虽然一次性施肥在植株生育前期提供了更高量的氮肥， 促进了拔节期至灌浆期植株叶面积指数的增加， 为植株物质生产提供了光合“源”，还增加了植株的穗数和干物质积累量，为植株干物质积累提供了储存“库”，但由于生育后期脱肥严重， 不能满足植株生育后期物质生产的氮素需求，造成植株穗粒数、千粒重及植株氮素积累量降低，最终对产量产生不利影响。 分次施肥通过协调植株穗粒数和千粒重的增加， 补偿了穗数缺失对产量造成的不利影响， 提高了植株生育后期的氮素积累能力；同时，分次施肥可降低植株的株高和穗位高，增强植株的抗倒性， 因此认为分次施肥更符合本地区的生产实际。