增效助剂对夏玉米减氮稳产的效应研究

李俊积 马海艳 祝婷婷 邹乔生 马宏亮 黄秀兰 杨洪坤 樊高琼

（四川农业大学农学院/农业农村部西南作物生理生态与耕作重点实验室/西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室，四川 成都 611130）

玉米是我国第一大粮食作物，西南地区作为玉米主产区之一，该区玉米产量的提高对维护我国粮食安全具有重要意义［1-2］。施肥是玉米增产的重要措施之一，但该区玉米生产中普遍存在肥料用量高的问题，肥料利用率也远低于发达国家水平，平均仅为30%左右［3］。如何提高玉米生产中肥料利用率、降低肥料施用量是促进农业绿色生产面临的重要问题。

近年来，增效助剂的兴起为药、肥减量增效提供了新途径。增效助剂是在药、肥加工或使用过程中添加的用于改善两者理化性质的辅助成分，生产中运用最广泛的是表面活性剂。在药、肥使用过程中搭配增效助剂可通过增加药、肥在植物体的湿润、黏附、渗透和扩散能力以实现增效减量［4-5］。如在化肥制造中螯合阳离子型表面活性剂，利用其特殊分子结构产生的疏水性能，可在肥料颗粒表面形成疏水膜，使肥料溶解性降低，达到养分缓释的目的［6］。在土壤中施入有机硅表面活性剂，其分子结构较强的延展性、粘附力及抗雨冲刷性，可有效缓解养分流失及形态转化［7］。农业生产中配施丙烯酰胺型表面活性剂可通过自身特殊结构促进土壤团聚体形成，对土壤中氮素也有着较强吸附性，起到固持—缓释作用［8］。

“激健”是一种新型多元醇型非离子表面活性助剂，与农药配施可在一定程度内增加农药的渗透传导率及吸收率，实现农药减量10%～30%后仍与常规施药的药效相当［9］。有关“激健”作为增效助剂在农药上的使用报道相对较多，作为肥料助剂与肥料拌施或螯合使用方面，在大豆、水稻生产上的减氮效应有初步报道，如大豆上施用“激健”后减氮1/3 仍较常规施肥增产8.2%［10］；配施“激健”减氮40%处理水稻产量与常规施肥无显著差异［11］。但“激健”在玉米上的应用研究较少，数据支撑不足，指导生产存在盲目性，亟待严谨的试验验证。基于此，本研究设置增效助剂配合不同减氮比例，研究其对夏玉米生长状态、肥料利用率等的影响，以期为夏玉米肥料减氮增效技术提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于四川省崇州市桤泉镇四川农业大学现代农业研发基地（30°53′25″N，103°63′43″E），属亚热带湿润季风气候区。土壤为沙壤土，土壤有机质、全氮含量分别为19.3、1.4 g·kg-1，速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮含量分别为11.6、84.4、2.4、4.4 mg·kg-1。

1.2 试验材料

玉米品种选用正红六号，由四川农业大学选育。增效助剂选用成都激健生物科技有限公司生产的表面活性助剂“激健”。“激健”为海藻多糖、壳聚糖等成分组成的多元醇型非离子表面活性增效助剂（以下简称增效助剂），“激健”脲甲醛为“激健”螯合成的复合肥（氮磷钾比为25∶9∶16）。有机肥（氮磷钾比为0.96∶1∶0.5），购自成都激健生物科技有限公司。常规复合肥（氮磷钾比26∶10∶16）购于当地农资市场。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，共9 个处理，对照设置CK0（不施肥）、CK1（常规复合肥作底肥，一次性施用，施氮量225 kg·hm-2）、CK2（常规复合肥作底肥，大喇叭口期施追施尿素，底追比6∶4，施氮量225 kg·hm-2），采用增效助剂拌常规复合肥减氮20%（记作jf-20%）、减氮30%（jf-30%），施用增效助剂螯合肥减氮20%（记作jn-20%）、30%（jn-30%）、40%（jn-40%），采用增效助剂螯合肥+有机肥（此模式为jn-40%处理+有机肥3 000 kg·hm-2，合计减氮27%，记作jny-27%），各处理施肥量及养分比例见表1。试验地采用冬小麦-夏玉米轮作模式，前茬为冬小麦，为排除秸秆影响，收获后均把秸秆移出后翻耕，再旋耕整地，分小区撒施底肥，然后与土壤混匀，开沟点播，播种后覆土。试验地小区面积21 m2（4.2 m×5 m），行距70 cm，穴距25 cm，重复3 次，四叶期定基本苗为5.72×104株·hm-2。玉米于2021 年5 月13 日播种，2021 年9 月2 日收获。肥料除常规对照CK2 大喇叭口期追肥外（追肥日期为2021 年6 月20 日，追肥量为195.6 kg·hm-2有效成分46%的尿素），其余均按底肥一次施用，其他田间管理同当地高产田。

表1 施肥量及养分比例Table 1 Fertilization amount and nutrient ratio

1.4 测定项目与方法

土壤样品：在播前采用五点取样法采集0～20 cm土层土壤，风干混匀研碎后采用浓H2SO4消煮，凯氏定氮法测定土壤全氮含量。参照《土壤农化分析》［12］分析方法测定有机质、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮含量，其中有机质采用重铬酸钾—外加热法，速效磷采用醋酸铵浸提—钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提—火焰光度计法，硝态氮采用氯化钾浸提—紫外分光光度计法，铵态氮采用氯化钾浸提—靛酚蓝比色法。

植株样品：在玉米开花期，每小区标记5 株长势均匀的植株，于开花后0、10、20、30 d，采用SPAD-502 叶绿素仪（日本Konica Minolta 公司）动态测定叶面积和穗位叶中部相对叶绿素含量（soil and plant analyzer development，SPAD）值，SPAD 值以穗位叶中部连续测定10 次的平均值表示；在开花期、成熟期每小区连续取3株长势均匀玉米植株，分茎、鞘、叶、穗轴、苞叶、籽粒几部分装袋后，于105 ℃杀青30 min 转80 ℃烘干至恒重后称重，磨粉过60 目筛，采用浓H2SO4消煮，凯氏定氮法测定各器官氮素含量；收获前每小区连续取30株，调查穗行数、行粒数、百粒重，后实收计产，脱粒后晒干，按14%标准含水量折算实际产量，根据成熟期生物量构成计算收获指数。

1.5 数据处理

采用Excel 2010 软件整理试验数据，采用SPSS 22.0 软件进行方差分析，采用最小显著差异法（least significant difference，LSD）进行显著性检验（P＜0.05），采用origin 2021软件绘图。

参照王旭敏等［13］、伊英杰等［14］的方法计算以下各指标：

叶面积指数＝该土地面积上的总绿叶面积/土地面积；

籽粒收获指数＝成熟期籽粒干重/成熟期总生物量×100%；

成熟期各器官干物质或氮素分配比例＝成熟期器官干物质或氮素积累量/成熟期全株干物质或氮素积累量；

花前干物质或氮素转运量＝开花期营养器官干物质或氮素积累量-成熟期营养器官干物质或氮素积累量；

花前干物质或氮素转运率＝（开花期营养器官干物质或氮素积累量-成熟期营养器官干物质或氮素积累量）/开花期营养器官干物质或氮素积累量×100%；

花前营养器官干物质或氮素转运对籽粒干物质或氮素积累贡献率＝（开花期营养器官干物质或氮素积累量-成熟期营养器官干物质或氮素积累量）/籽粒干物质或氮素积累量×100%；

花后干物质或氮素积累量＝成熟期干物质或氮素积累量-开花期干物质或氮素积累量；

花后干物质或氮素积累对籽粒干物质或氮素积累贡献率＝100%-花前营养器官干物质或氮素转运对籽粒干物质或氮素积累贡献率；

氮收获指数＝籽粒氮积累总量/植株氮素积累总量；

氮素利用效率＝（施氮区植株地上部吸氮量-不施氮区植株地上部吸氮量）/施氮量×100%；

氮肥偏生产力＝籽粒产量/施氮量；

经济效益=玉米籽粒收益-肥料种子农药成本-土地租金及田间管理成本。

2 结果与分析

2.1 增效助剂对夏玉米叶面积指数的影响

由图1 可知，配施增效助剂可维持夏玉米花后叶面积的稳定。各处理间开花期时（开花0 d）叶面积指数（leaf area index，LAI）无显著差异，但jn-20%、jny-27%处理略高于CK1、CK2 处理。花后10 d，jf、jn、jny 模式下各处理均显著高于CK1 和CK2，增幅分别为2.33%～4.13%和2.51%～4.31%。花后20、30 d 叶面积指数变化趋势与花后10 d 大致相似，花后20 d，jf、jn、jny 模式下各处理叶面积指数较CK1 和CK2 分别显著提升3.69%～5.55%和3.47%～5.33%。花后30 d，jf、jn、jny 模式下各处理叶面积指数较CK1 和CK2 分别显著提升5.76%～8.45%和5.69%～8.39%。

图1 增效助剂对夏玉米叶面积指数的影响Fig.1 Effect of synergist on leaf area index of summer maize

2.2 增效助剂对夏玉米穗位叶SPAD值的影响

由图2 可知，配施增效助剂提高了夏玉米花后叶绿素相对含量，延缓了穗位叶的衰老。开花期时（花后0 d），jn-20%、jny-27%处理夏玉米穗位叶SPAD 值分别较CK1 和CK2 显著增加2.36%～2.29%和3.41%～3.34%，其他处理与CK1、CK2 无显著差异但有增加趋势。花后10 d，jf、jn、jny 模式下各处理穗位叶SPAD 值较CK1和CK2均显著增加，增幅分别为1.41%～3.18%和1.67%～3.10%。花后20 d，jf、jn、jny 模式下各处理穗位叶SPAD 值较CK1、CK2 均有所增加，其中较CK1显著增加2.16%～3.76%。花后30 d，CK1、CK2穗位叶SPAD 值下降更为迅速，jf、jn、jny 模式下各处理穗位叶SPAD 值较CK1 和CK2 显著提高6.18%～9.37% 和5.78%～8.96%。

图2 增效助剂对夏玉米穗位叶SPAD值的影响Fig.2 Effect of synergist on SPAD value of ear leaf of summer maize

2.3 增效助剂对夏玉米干物质积累、转运、分配的影响

由表2 可知，配施增效助剂适当减氮后增加了夏玉米干物质积累量，提高了干物质转运效率，增加了干物质向籽粒的分配。开花期jf、jn、jny模式下各处理干物质积累量分别较CK1 和CK2 增加1.2%～3.8%和1.1%～3.6%，其中jn-20%、jny-27%处理较CK1、CK2显著提高。jf-20%、jn-20%、jn-30%、jny-27%处理成熟期干物质较CK1、CK2显著增加，增幅分别为2.0%～6.7%和2.1%～6.7%。jf、jn、jny 模式下各处理收获指数均高于CK1、CK2，除jf-30%处理外，其余处理较CK1、CK2 显著增加。籽粒干物质积累量除jf-30%、jn-40%处理较CK1、CK2 不显著下降外，其余处理分别较CK1 和CK2 显著增加3.1%～10.0% 和3.2%～10.2%。花前干物质运转量表现为jf、jn、jny 模式下各处理较CK1、CK2无显著差异但有增加趋势，花前干物质运转率除jny-27%处理外，其余处理与CK1、CK2 无显著差异。jn-20%和jny-27%处理花后干物质积累量较CK1、CK2 分别显著增加7.6%和7.8%、8.3%和8.5%。花前干物质运转对籽粒的贡献率以jn-40%最高，较CK1、CK2 显著增加。jn-20%、jn-30%、jny-27%处理花后干物质积累对籽粒的贡献率较CK1、CK2 均有所提升，其中jny-27%处理较CK1、CK2 显著提升。就干物质在籽粒中的分配比例来看（图3），除jf-30%外，其余处理较CK1 和CK2 均显著提升。各施肥处理下干物质在茎、叶中的分配比例无显著差异，jf、jn、jny模式下各处理穗壳、茎鞘两个器官的干物质分配占比较CK1、CK2显著降低。

表2 增效助剂对夏玉米干物质积累转运的影响Table 2 Effect of synergist on dry matter accumulation and transportation of summer maize

2.4 增效助剂对夏玉米氮素积累及其转运分配的影响

由表3 可知，增效助剂整体显著提高了夏玉米开花期和成熟期的氮素积累量，提高了氮素的转运效率及向籽粒的分配。jf-20%、jn-20%、jn-30%、jny-27%处理开花期氮素积累量较CK1 和CK2 分别显著增加0.2%～8.2% 和3.1%～7.4%，成熟期氮素积累量较CK1 和CK2 分别显著增加3.5%～10.7% 和3.7%～11.0%。jn-20%、jn-30%、jny-27%处理花后氮素积累量较CK1 和CK2 分别显著增加9.1%～14.6% 和10.7%～16.4%。同时，增效助剂整体显著促进了氮素在籽粒中的积累，jf-20%、jn-20%、jn-30%、jny-27%籽粒氮素积累量较CK1 和CK2 分别显著增加4.7%～13.5%和5.0%～13.9%。除jn-40%处理外，其余处理夏玉米花前氮素转运量较CK1、CK2 处理均有一定程度增加，其中jf-20%、jf-30%、jn-20%、jny-27%处理较CK1 和CK2 分别显著增加4.6%～11.7% 和3.5%～10.6%，花前氮素转运率也较CK1、CK2 整体显著增加。从氮素积累与转运对籽粒氮素积累的贡献来看，jf 模式主要促进花前氮素转运对籽粒氮素积累的贡献，较CK1和CK2分别增加了1.4～1.8和0.8～1.2个百分点；而jn、jny 模式主要提高了花后氮素积累对籽粒氮素积累的贡献率，较CK1 和CK2 分别增加了0.3～1.3 和0.9～1.9 个百分点。从氮素在籽粒中的分配比例来看（图4），jf、jn、jny模式下各处理籽粒氮素分配比例较CK1 和CK2 均有显著增加，增幅分别为0.8～1.8和0.9～1.9 个百分点。增效助剂处理后氮素在茎、叶中的分配比例整体无显著变化，整体显著降低了茎鞘、穗壳、穗轴等器官的氮素分配占比。

图4 增效助剂对夏玉米氮素分配比例的影响Fig.4 Effect of synergist on nitrogen distribution proportion of summer maize

2.5 增效助剂对夏玉米产量及其构成的影响

由表4 可知，增效助剂处理后，适度减氮可实现稳产或增产。jf、jn、jny 模式下各处理产量较CK1 和CK2均有所提升，提升幅度分别为0.1%～5.0%和0.4%～5.3%，其中jf-20%、jn-20%、jn-30%、jny-27%处理产量较CK1、CK2显著增加。从产量构成来看，增效助剂处理整体增加了玉米穗行数与行粒数，其中jf、jn、jny模式下各处理穗行数较CK1 和CK2 分别提高1.5%～4.5%和0.9%～3.9%，行粒数除jn-30%、jn-40%处理较CK1、CK2不显著下降外，其余处理均有一定程度提高，提高幅度为0.9%～2.7%和1.1%～2.9%。穗长除jn-40%处理外，其余处理较CK1、CK2 均有所提高，同时jf、jn、jny 模式下各处理秃尖长较CK1、CK2 均有所下降，但差异不显著。

2.6 增效助剂对氮素利用效率及经济效益等的影响

由表5 可知，化肥减量配施增效助剂显著提高了氮素利用效率（nitrogen use efficiency，NUE）。jf、jn、jny模式下各处理氮素利用效率较CK1 和CK2 分别显著提升11.6～22.6和11.8～22.6个百分点，其中jf模式下显著提升11.6～14.0和11.8～14.2个百分点，jn模式下提高18.7～22.0 和18.9～22.2 个百分点，jny 模式下提高22.6 和22.8 个百分点。jf、jn、jny 模式下各处理氮肥偏生产力（nitrogen fertilizer partial productivity，PFPN）较CK1 和CK2 分别显著提高27.4%～66.8%和27.7%～67.2%，其中jf、jn、jny 模式下分别提高27.4%～43.6% 和27.7%～43.9%、30.7%～66.8% 和31.0%～67.2%、44.0%和44.3%。jf、jn、jny 模式下各处理氮收获指数（nitrogen harvest index，NHI）较CK1、CK2 显著提高。在生产成本上，jf、jn、jny 模式下除jn-20%与jny-27%外均较CK1、CK2有所下降，在收益方面，jf、jn、jny 模式下各处理较CK1 和CK2 分别显著提高7.6%～12.6%和8.7%～13.8%，其中jf 模式下各处理分别提高7.6%～7.9%和8.7%～9.1%，jn模式下分别提高8.2%～10.1%和9.3%～11.2%，jny 模式下分别提高12.6%和13.8%，在降低成本的同时提高了收益。

表5 增效助剂对氮素利用效率等的影响Table 5 Effect of synergist on nitrogen utilization rate

3 讨论

3.1 增效助剂通过增强中后期养分供应及干物质和氮素积累转运实现减氮增效

作物籽粒干物质与氮素的积累依赖于花前营养器官转运与花后同化物的分配，加强作物花前、花后干物质与氮素的转运是稳产提产的有效途径［15-16］。适宜的叶面积与叶绿素含量是提升光合性能、促进干物质积累的必要条件［17］，干物质的积累量与产量呈显著正相关［18］。唐会会等［19］研究发现，玉米生产中配施增效助剂后减氮30%处理可使玉米花后40 d LAI较常规施肥提高18.5%，花期SPAD 值提高8.0%，成熟期干物质积累量也相应提升。本试验结果表明，增效助剂施用后，花后30 d LAI、穗位叶SPAD 值较CK1、CK2 显著提高，最终使jf-20%、jn-20%、jn-30%、jny-27%处理成熟期干物质积累量较CK1 和CK2 分别显著增加2.0%～6.7%和2.1%～6.7%。玉米氮素不足会影响玉米的穗行数、行粒数等产量构成因素［20-21］。表面活性剂具有调节叶片气孔大小与角质膜透性，增加作物蒸腾速率的作用，利于养分吸收与生长速率的提高［22-23］，同时其可与生物膜亲脂、水基团作用，改变物质跨膜运输速率，从而增强养分运输［24］，其特殊结构也有较高的吸附固着性，可延缓肥料养分的释放［25-26］。推测是由上述因素使养分缓释，维持夏玉米中后期良好生长状态，增强了夏玉米中后期的干物质与氮素积累转运，最终促进穗行数与行粒数的增加，进而增产。本试验中，jf、jn、jny 模式下各处理夏玉米花后氮素积累量较CK1 和CK2 分别增加1.4%～14.6%和2.9%～16.4%。jn、jny 模式主要促进花后氮素积累对籽粒氮素积累的贡献，而jf 模式主要增强花前氮素运转对籽粒氮素积累的贡献，模式间作用点不同的原因可能与增效助剂使用方法不同有关。

3.2 增效助剂可缓释养分，提高氮素利用率及经济效益

作物氮素积累量可反映植株吸收氮量，氮素利用效率、氮肥偏生产力则反映氮素的被利用程度［27］。前人研究表明，配施增效助剂可提高氮素利用率，不同地区不同作物效果不一［28-29］。孙磊等［28］研究发现，肥料减量30%配施增效助剂使黑龙江玉米氮肥表观利用率较常规施肥增加10.30%，王伟涛等［29］研究发现，在泰安小麦玉米轮作中，配施增效助剂后氮肥利用率较常规施肥增加9.77%。本试验中，jf、jn、jny模式下各处理氮素利用效率较CK1 和CK2 分别显著提升11.6%～22.6%和11.8%～22.8%，氮肥偏生产力较CK1和CK2分别显著提高27.4%～66.8%和27.8%～67.3%，增效助剂改善肥料利用效率的效果显著。本试验增效助剂由海藻多糖、壳聚糖等成分合成，而海藻类提取物可延缓肥料释放速率，在土壤中通过其胶体吸附起到养分固持作用，提高作物的养分吸收强度［30-31］。壳聚糖也具备良好的吸附性与缓释性，其自身的氨基可与土壤中养分络合，使肥料养分释放速率减缓，提高养分有效性［30］，推测上述成分协同表面活性剂作用使氮素利用效率进一步提升。同时，脲甲醛分子链的特殊结构也可在一定程度内调控肥料氮素释放速率［31］。因此，jn、jny 模式下氮素利用效率较jf 模式更高可能是上述原因与脲甲醛作用叠加的结果。增效助剂使用后，在减氮的同时缓释固着养分以促进作物吸收，进而也有效降低了土壤中因氮素残留引起的环境风险［32］。

一种良好的肥料模式不仅在于利用率的提高，在使用上也要求简便且适用性广，其最终目的还是稳产增产，降低成本。自我国提出药肥双减政策以来，新型肥料发展迅速，对提高肥料利用率起到重要作用，但此类肥料通常有一定使用条件，如缓控释肥，其释放速率易受地区环境影响，养分释放率低，肥料释放速率与作物生长规律偏差较远［33］，价格高昂也是主要限制因素［34］，难以在大田生产规模化利用。本试验中增效助剂使用方法便捷且效果稳定，在成本方面，jf、jn、jny 模式中除jn-20%处理有少量上升外，其余处理成本均有所降低，在综合收益方面，jf、jn、jny 模式下各处理较CK1、CK2显著提高，通过增效实现了减氮增产。

4 结论

本试验结果表明，增效助剂有助于实现夏玉米的减氮增效。采用增效助剂拌常规复合肥，可实现减氮20%而稳产；施用增效助剂螯合肥，可实现减氮20%～30%而稳产或增产；增效助剂螯合肥配合3 000 kg·hm-2有机肥施用后，可实现减氮27%而增产。减氮稳产增效的原因在于配施增效助剂可缓释养分，增强中后期养分供应及干物质和氮素积累转运，进而提高氮素利用率及经济效益。