不同耕作施肥模式对夏玉米干物质积累、产量和氮肥利用率的影响

摘要：针对当前中低产夏玉米田耕层薄、犁底层厚、单施缓释肥及玉米生育前期氮素供应不足的问题，本试验以玉米品种联创839为材料，在施氮240 kg/hm2条件下，设置免耕单层PK肥（无氮肥，SPK）、免耕单层缓释NPK肥（SNPK）、免耕单层掺混NPK肥（SNMPK）、深松分层PK肥（无氮肥，DPK）、深松缓释NPK肥（DN-PK）、深松分层NPK肥（DNLPK）共6个处理，所有肥料均一次性基施，研究不同耕作施肥处理对夏玉米干物质积累、产量和氮肥利用率的影响。结果表明，不同耕作施肥处理对玉米成熟期干物质积累量和产量影响显著，其中DNLPK处理玉米干物质积累量和产量均最高，较DNPK、SNMPK、SNPK处理分别显著提高了8.8%、5.7%，9.5%、5.4%和13.0%、12.0%：不同耕作施肥处理对茎叶干物质转运量和转运率影响显著，缺氮处理的干物质转运量和转运率均较高，其中DPK处理均最高，较DNLPK处理高出511.00 kg/hm2和7.99个百分点：不同耕作施肥处理显著影响花前干物质对籽粒的贡献率，缺氮处理的较高，其中SPK处理最高，比DNLPK处理高出11.17个百分点：不同耕作施肥处理对植株氮素积累量影响显著，其中DNLPK处理最高，较DNPK、SNMPK、SNPK处理分别提高1.9%、3.9%、5.4%，均达显著水平：不同耕作施肥处理对氮肥表观利用效率影响显著，其中DNLPK处理最高，较DNPK、SNMPK、SNPK处理分别提高4.9%、7.1%、11. 0%，均达显著水平。综上看出，深松分层施肥技术既能满足中低产田夏玉米对养分的需求，又能提高氮肥利用率，实现产量提升。该结论可为深松分层施肥技术在生产上大面积推广应用提供数据支撑和理论依据。

关键词：深松分层施肥：中低产田：夏玉米：干物质积累：产量：氮肥利用率

中图分类号：S513.06 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2024） 08-0096-07

玉米是我国第一大粮食作物，也是重要的饲料作物，其产量水平直接影响到我国粮食安全和饲料供给。我国黄淮海小麦一玉米轮作区常年采用小麦旋耕播种和玉米带秸直播的耕作模式，导致土壤耕层变薄，犁底层逐年加厚，土壤紧实度增加，作物产量降低，不利于作物根系下扎和养分吸收。深松可以打破犁底层，增加土壤耕层深度，有利于玉米根系生长发育，进而提高玉米干物质积累和产量。施肥是保证玉米产量的重要措施。普通尿素一次性基施，容易造成氮素挥发，降低氮肥利用率，普通尿素分次施用可以减少氮素损失并提高肥料利用率，然而不符合轻简化生产的要求。控释尿素是养分缓慢释放的包膜肥料，具有提高肥料利用率和作物产量及改善作物品质等优点。但控释尿素养分释放较慢，玉米生育前期也需要一定的养分供给，因此仅施控释肥会造成玉米生育前期氮素供应不足。通过普通尿素与控释尿素配施，或普通尿素与控释尿素分层施用都可以很好解决这一问题，不仅能保证作物生育期内的养分供应，且肥效长、肥力稳，还能提高氮肥利用率。本试验通过研究深松分层施肥与免耕单层施肥两种耕作施肥方式对玉米干物质积累、产量及氮素利用率的影响，旨在形成可推荐应用的新耕作和简化施肥技术模式，这对保障我国粮食安全和生态环境安全具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地概况

供试玉米品种为联创839。试验用缓释尿素（N 44%）由山东茂施生态肥料有限公司生产；普通尿素（N 46%）由鲁西化工集团股份有限公司生产；过磷酸钙（P2O5 18.0%）和氯化钾（K2O 60%）均由山东加倍达生物科技有限公司生产。

试验在郯城县泉源镇立平农机化合作社种植基地（34°74＇N，118°42＇E）进行。其平均海拔44.6m，属暖温带大陆性季风气候，年降水量超过800mm。试验田土壤为砂浆黑土，前茬作物为冬小麦，播前耕层土壤养分含量为有机质13.68 g/kg、铵态氮2.06 mg/kg、硝态氮3.21mg/kg、速效磷18.76 mg/kg、速效钾109.24 mg/kg。

1.2 供试农机

玉米免耕施肥精播机（2BYFSF-4）、玉米免耕深松全层施肥精播机（2BMSQFY-4），均由河北农哈哈机械集团有限公司生产。

1.3 试验设计

试验共设6个处理，分别为：免耕单层PK肥（无氮肥，SPK）、免耕单层缓释NPK肥（氮肥为缓释尿素，SNPK）、免耕单层掺混NPK肥（氮肥为30%普通尿素+70%缓释尿素，SNMPK）、深松分层PK肥（无氮肥，DPK）、深松缓释NPK肥（上下层氮肥为缓释尿素，DNPK）、深松分层NPK肥（上层普通尿素N量72 kg/hm2，下层缓释尿素N量168 kg/hm2，DNLPK），所有处理肥料均做底肥一次性施人。每处理均进行大区试验，大区面积0.3 hm2。免耕单层施肥深度10 cm，深松分层施肥深度10 - 25 cm。玉米种植密度75 000株/hm2，于2023年6月18日采用上述两种农机进行播种，10月7日收获。各处理具体肥料用量见表1。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 玉米干物质测定

小喇叭口期、大喇叭口期、吐丝期、乳熟期和成熟期分别取长势一致的3株玉米，分成叶片、茎、苞叶+轴、籽粒4部分，装入牛皮纸袋，105℃杀青30 min后，80℃烘干至恒重，称重。

1.4.2 全氮含量测定

用小型粉碎机将植株和籽粒磨碎，过40目筛，H2S04 -H2 02消煮，用凯氏定氮仪（KDY-9810）测定全氮含量。

1.4.3 玉米产量测定

玉米成熟后，每小区取20m2测产，选取10株长势均匀的玉米进行考种，测定穗长、穗粗、秃尖长、行粒数、穗行数、穗粒数和千粒重。脱粒，烘干后称重，按14%含水量折算小区和公顷产量。

1.4.4 干物质积累转运及氮肥利用相关指标测定

各指标计算公式如下：

干物质转运量（kg/hm2）=吐丝期营养器官干重一成熟期营养器官干重：

干物质转运率（%）=干物质转运量／吐丝期营养器官干重×100：

花前干物质对籽粒的贡献率（%）=干物质转运量／成熟期籽粒干重×100：

植株吸氮量（kg/hm2）=植株干重×氮含量；

氮肥表观利用效率（%）=（施氮区地上部吸氮量一不施氮区地上部吸氮量）／施氮量×100；

氮肥农学效率（kg/kg）=（施氮区产量一不施氮区产量）／施氮量：

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区产量／施氮量；

氮素吸收效率=成熟期玉米植株氮素积累总量／施氮量。

1.5 数据处理与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS24.0软件进行计算、作图和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕作施肥处理对玉米干物质积累的影响

由表2可知，不同耕作施肥处理玉米干物质积累量随生育期推进而增加，成熟期达到最大值。不同耕作施肥处理对玉米成熟期干物质积累量影响显著：施氮处理组，深松施肥处理玉米干物质积累量高于免耕施肥处理，其中DNLPK处理最高，达22 032.50 kg/hm2，较DNPK、SNMPK、SNPK处理显著提高，增幅分别为8. 8%、9.5%、13.0%，而DNPK、SNMPK处理分别较SNPK处理增加3.8%、3.2%；不施氮处理（SPK、DPK）玉米干物质积累量均低于16 000.00 kg/hm2，表明氮素缺乏严重限制玉米干物质积累。

综上可知，氮素用量一定的情况下，缓控尿素和普通尿素掺混基施处理（SNMPK、DNLPK）较缓控尿素基施处理（SNPK、DNPK）更有利于促进玉米干物质积累，分层掺混施肥处理（DNLPK）玉米干物质积累量最高。

2.2 不同耕作施肥处理对玉米干物质转运的影响

从表3看出，不同耕作施肥处理对叶片干物质转运量有显著影响，SPK处理的最高，达373.25kg/hm2，SNPK处理最低，SPK、DPK、DNPK处理间无显著差异，均显著高于SNPK处理。

不同耕作施肥处理对玉米茎干物质转运量有显著影响，DPK处理的最高，SPK、DPK两缺氮处理均显著高于施氮处理，SPK和DPK处理间及DNLPK、SNMPK和SNPK处理间均无显著差异，DNPK处理最低，显著低于其他处理。

不同耕作施肥处理对玉米茎+叶干物质转运量有显著影响，SPK、DPK两缺氮处理均显著高于施氮处理，其中，DPK处理的最高，较DNLPK处理高出511.00 kg/hm2。SPK与DPK处理间及各施氮处理间均无显著差异。

不同耕作施肥处理对玉米茎+叶干物质转运率和花前干物质对籽粒的贡献率有显著影响，SPK、DPK两缺氮处理显著高于施氮处理。其中，DPK处理的干物质转运率最高，较DNLPK处理高出7.99个百分点：SPK处理花前干物质对籽粒的贡献率最高，较DNLPK处理高出11.17个百分点。SPK与DPK处理间及各施氮处理间均无显著差异。

综上可知，氮素缺乏时，生育后期干物质积累受到限制，营养器官中有更多干物质转运到籽粒，花前干物质对籽粒的贡献率较大。

2.3 不同耕作施肥处理对玉米产量及其构成因素的影响

从表4中看出，不同耕作施肥处理对玉米穗粗有显著影响。施氮处理组，DNLPK、DNPK处理穗粗分别较SNMPK、SNPK处理显著增加。DN-LPK与DNPK处理间及SNMPK与SNPK处理间均无显著差异。不施氮处理（SPK、DPK）穗粗均显著低于施氮处理。

不同耕作施肥处理对穗长有显著影响。施氮处理组，DNLPK、DNPK、SNMPK处理穗长值较大，均显著高于SNPK处理，增幅分别达3.9%、2.8%、2.2%，DNLPK和DNPK处理间无显著差异，SPK、DPK处理穗长均显著低于施氮处理。不施氮处理SPK、DPK的玉米秃尖长显著高于施氮处理。

不同耕作施肥处理对穗粒数有显著影响。施氮处理组，DNLPK处理穗粒数最多，较DNPK、SNMPK、SNPK处理显著增加，增幅分别达2.2%、1 .9%、2.6%；不施氮处理SPK、DPK的穗长均显著低于施氮处理。

不施氮处理SPK、DPK的百粒重、籽粒产量均显著低于施氮处理。施氮处理组，DNLPK处理籽粒产量最高，较DNPK、SNMPK、SNPK处理分别显著高出5.7%、5.4%、12.0%，DNPK和SNMPK处理无显著差异，SNMPK较SNPK处理显著高出6.2%。

综上可知，氮素是影响玉米产量的重要因素之一，缺氮会造成穗粗、穗长、穗粒数、百粒重显著减少，秃尖长显著增加，玉米籽粒产量显著降低。

2.4 不同耕作施肥处理对玉米不同部位氮积累的影响

2.4.1 对不同部位氮积累量的影响

从表5中看出，施氮处理组，深松施肥处理叶片氮积累量高于免耕施肥处理，DNLPK处理玉米叶片氮积累量最高，达到45.42 kg/hm2，较DNPK、SNMPK、SNPK处理显著提高，增幅分别达3.5%、4.0%、6.2%，DNPK、SNMPK、SNPK处理间无显著差异。不施氮处理SPK、DPK的叶片氮积累量均显著低于施氮处理。

不同耕作施肥处理对茎氮积累量有显著影响。施氮处理组，深松施肥处理显著高于免耕施肥处理，DNLPK处理最高，达37.00 kg/hm2，DN-PK处理次之，二者分别较SNMPK、SNPK处理提高3.6%、6.7%和2.0%、5.0%。SNMPK较SNPK处理显著提高，增幅3. 0%。不施氮处理SPK、DPK的茎氮积累量均显著低于施氮处理。

不同耕作施肥处理对苞叶+轴氮积累量有显著影响。施氮处理组，深松施肥处理显著高于免耕施肥处理，DNLPK处理最高，达27.23 kg/hm2，DNPK处理次之，二者分别较SNMPK、SNPK处理提高10.7%、12.9%和8.5%、10.7%。SNMPK和SNPK处理间差异不显著。不施氮处理SPK、DPK的苞叶+轴氮积累量均显著低于施氮处理。

不同耕作施肥处理对籽粒氮积累量有显著影响。施氮处理组，深松施肥处理显著高于免耕施肥处理，DNLPK处理最高，达137.33 kg/hm2，较DNPK、SNMPK、SNPK处理显著提高，增幅分别为1.5%、2.7%、3.4%，DNPK较SNMPK、SNPK处理显著提高，增幅分别为1.2%、1.9%，SNMPK与SNPK处理间无显著差异。不施氮处理SPK、DPK的籽粒氮积累量均显著低于施氮处理。

不同耕作施肥处理对植株氮积累量有显著影响。施氮处理组，深松施肥处理显著高于免耕施肥处理，DNLPK处理最高，达246.97 kg/hm2，较DNPK、SNMPK、SNPK处理显著提高，增幅分别为1.9%、3.9%、5.4%，DNPK较SNMPK、SNPK处理显著提高，增幅分别为2.0%、3.4%，SNMPK较SNPK处理间显著提高。不施氮处理SPK、DPK的植株氮积累量均显著低于施氮处理。

综上，缺氮会降低玉米不同部位氮积累量，而施氮处理中，DNLPK处理玉米叶片、茎、苞叶+轴、籽粒和植株的氮积累量均明显高于DNPK、SNMPK、SNPK处理，其中叶片、籽粒和植株均差异显著。

2.4.2 对不同部位氮积累比例的影响

从表6中看出，不同耕作施肥处理对玉米叶片氮积累比例影响不显著：各施氮处理组茎的氮积累比例均显著高于不施氮处理SPK、DPK;施氮处理组，深松施肥处理苞叶+轴氮积累比例显著高于免耕施肥处理，DNLPK、DNPK处理分别较SNMPK、SNPK处理高出6.5%、7.1%，DNLPK与DNPK处理间及SNMPK与SNPK处理间均无显著差异。

不同耕作施肥处理对玉米籽粒氮积累比例影响显著，且缺氮处理显著高于施氮处理，其中SPK处理最高，为60.08%，DPK处理次之，为58.96%；施氮处理组，SNPK、SNMPK分别显著高于DN-PK、DNLPK。

综上可知，氮素缺乏时，叶、茎、苞叶+轴等营养器官中的氮更多转运到籽粒中。

2.5 不同耕作施肥处理对玉米氮素利用率的影响

从表7中可以看出，不同耕作施肥处理间玉米氮肥偏生产力、氮肥表观利用效率、氮肥农学效率、氮素吸收效率均存在显著差异，各指标均以DNLPK处理最高，DNPK、SNMPK处理次之，SNPK处理最低。其中，DNLPK处理氮肥表观利用效率较DNPK、SNMPK、SNPK处理分别提高4.9%、7.1%、11.0%，差异均达显著水平。说明DNLPK处理更能提升玉米的氮肥利用率。

3 讨论与结论

合理的耕作和施肥技术结合可以改善作物生长环境，增加土壤肥力和提高作物产量。张丽光等研究认为，灭茬旋耕深松全层简化施肥方式可显著提高玉米光合特性、产量和经济效益。宋朝玉等研究认为，分层施肥促进夏玉米根系对养分的吸收和转运，提高肥料利用率和玉米籽粒产量。马阳研究认为，在施用控释氮肥情况下，深松分层施肥比免耕浅施肥更能提高玉米成熟期干物质积累量和籽粒产量，控释尿素与普通尿素按7：3掺混基施比全部施用控释尿素或全部施用普通尿素，显著增加玉米穗粒数和百粒重，提高玉米产量。本研究结果表明，免耕单层施肥处理中，掺混施肥处理SNMPK比缓释肥处理SNPK玉米干物质积累量和玉米籽粒产量分别提高7.1%和3. 2%：深松分层施肥处理中，以DN-LPK处理干物质积累量和玉米籽粒产量最高，比DNPK处理分别提高8.8%和5.7%，与免耕单层缓释肥处理SNPK比，分别提高13.0%和12.0%。深松分层施氮促进作物对氮肥的吸收，进而提高氮积累量和利用率。赵亚丽等研究认为，分层施肥作物氮积累量可提高10.5%。

本研究结果表明，DNLPK处理植株氮积累量较DNPK、SNMPK、SNPK处理均显著提高，增幅分别为1 .9%、3.9%、5.4%，氮肥表观利用效率以DNLPK处理最高，较DNPK、SNMPK、SNPK处理均显著提高，增幅分别为4. 9%、7.1%、11.0%。综上可知，黄淮海地区小麦玉米一年两熟条件下，采取两季作物全量秸秆还田、小麦季旋耕、玉米季免耕播种的种植制度，中低产田玉米季采用深松分层施肥（上层施普通尿素纯N 72 kg/Fhm2+下层施缓释尿素纯N 168 kg/hm2）播种技术，有利于打破土壤犁底层，促进根系下扎，从土壤中吸收更多的水分和养分，玉米地上部积累更多的干物质，进而提高玉米产量，这对玉米高产高效生产具有促进作用。此耕作施肥模式的推广应用对实现黄海地区夏玉米持续高产、稳产具有重要意义。

基金项目：山东省农业重大技术协同推广计划项目“玉米绿色高效生产模式构建与示范推广”（SDNYXTTG- 2023 - 35）；山东省 玉米产业技术体系临沂综合试验站（SDAIT-02-23）