不同水氮處理對(duì)玉米生長、產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響

肖貴 墨金萍 曹寧 白靈 連榮芳

摘要：針對(duì)玉米生產(chǎn)中大量施肥造成土壤質(zhì)量下降、肥料資源浪費(fèi)等問題，采用水、氮2因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中灌溉量設(shè)置200、400、600 m³/hm²等3個(gè)水平，施氮量設(shè)置0、75、150、225、300、375 kg/hm²等6個(gè)水平，共設(shè)18個(gè)處理，研究不同水氮處理對(duì)半干旱地區(qū)玉米農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響。結(jié)果表明，在同一灌溉條件下，玉米干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量、植株氮素積累量、籽粒氮素積累量和氮素收獲指數(shù)呈單峰趨勢(shì)變化，均在施氮量為225 kg/hm²時(shí)達(dá)到最大值。而在同一氮水平下，灌溉量為400 m³/hm²時(shí)，玉米干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量、植株氮素積累量、籽粒氮素積累量和氮素收獲指數(shù)均達(dá)到最大值。相關(guān)分析結(jié)果表明，玉米產(chǎn)量與穗粒數(shù)、百粒重和穗粒重存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而與收獲指數(shù)之間無顯著相關(guān)關(guān)系，說明穗粒數(shù)、百粒重和穗粒重是玉米產(chǎn)量提高的決定因素?；貧w分析結(jié)果表明，灌溉量為400 m³/hm²、施氮量為227.02 kg/hm²時(shí)，可獲得最佳理論產(chǎn)量，為6 492.11 kg/hm²，是最佳水氮組合。綜上所述，在半干旱地區(qū)，密度60 000株/hm²、灌溉量400 m³/hm²、施氮量225 kg/hm²是玉米種植最佳技術(shù)組合。

關(guān)鍵詞：施氮量；灌水量；玉米；產(chǎn)量；氮素吸收利用

中圖分類號(hào)：S513.06? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）06-0084-05

收稿日期：2023-04-20

基金項(xiàng)目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-08）。

作者簡介：肖貴（1985—），男，甘肅定西人，副研究員，從事旱地豌扁豆及玉米的選育及示范推廣。E-mail：714631793@qq.com。

通信作者：連榮芳，研究員，從事旱地豌扁豆品種選育。E-mail：294301232@qq.com。

玉米是我國重要的糧食作物，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用，隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，糧食供應(yīng)日趨緊張^[1]，玉米作為一種高產(chǎn)作物，受當(dāng)?shù)亟涤昙笆┓蕳l件的影響很大，因此如何通過優(yōu)化施肥方式以提高肥料利用率和水分利用率從而提高玉米產(chǎn)量及品質(zhì)是一個(gè)關(guān)鍵問題。2017年國家通過調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)布局戰(zhàn)略，確立了調(diào)減籽實(shí)玉米、增加飼草玉米等飼料作物面積的“糧改飼”實(shí)施方案^[2-4]，這對(duì)于改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革具有重要意義，因而如何提高籽實(shí)玉米產(chǎn)量水平是一個(gè)亟待解決的問題。

合理施肥是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵，Deng等認(rèn)為，玉米產(chǎn)量的提高依賴于土壤水分和養(yǎng)分協(xié)調(diào)供應(yīng)^[5]。有研究表明，在旱地玉米生產(chǎn)中，由于中后期追肥困難，追施的氮肥難以協(xié)調(diào)玉米灌漿期需肥與土壤供肥間的關(guān)系，易造成灌漿期氮素虧缺，使灌漿速率和氮肥利用率降低，而生育后期缺氮會(huì)引起葉片早衰，造成產(chǎn)量下降^[6]。合理的施用肥料不僅可以提高玉米產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)也有利于提高肥料利用率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境^[7]。田間試驗(yàn)表明，玉米膜下滴灌產(chǎn)量遠(yuǎn)高于噴灌，增產(chǎn)幅度超過 28.3%^[8]。膜下滴灌條件下滴水頻率對(duì)棉花水分利用效率無顯著影響，但水分利用效率隨滴水量的增大而顯著降低^[9-10]。然而，受隴中黃土高原干旱半干旱以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件的制約，農(nóng)民在玉米種植時(shí)大量施用化肥，造成大量的肥料資源浪費(fèi)，同時(shí)也造成生態(tài)環(huán)境污染。因此，本試驗(yàn)研究不同水氮處理對(duì)玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用率的影響，為玉米生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1? 試驗(yàn)區(qū)概況與研究方法

1.1? 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年在甘肅省定西市安定區(qū)寧遠(yuǎn)鎮(zhèn)實(shí)施，該地區(qū)平均海拔1 996 m，年平均降水量 390 mm，年平均氣溫6.2 ℃，全年無霜期140 d。供試土壤為黃綿土，肥力均勻，具有良好的灌溉條件，試驗(yàn)地pH 值為7.8，有機(jī)質(zhì)含量為19.1 g/kg，全氮含量為 1.22 g/kg，堿解氮含量為115.6 mg/kg，速效磷含量為23.1 mg/kg，速效鉀含量為186.7 mg/kg。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)品種為豫單132。試驗(yàn)共設(shè)18個(gè)處理（表1），施磷量和施鉀量均為170 kg/hm²，化肥主要包括尿素（N≥46%）、過磷酸鈣（P₂O₅≥12%）和硫酸鉀（K₂O≥24%）。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，60 000株/hm²，株距30 cm，行距70 cm。小區(qū)面積55 m²（5.5 m×10 m），1膜1管2行種植模式，單翼迷宮式滴灌帶布置于窄行中間，滴頭間距 30 cm，滴頭流量為2.0 L/h，灌溉量分別為：苗期5%、拔節(jié)期10%、小喇叭口期10%、大喇叭口期12%、抽雄期15%、開花期15%、籽粒建成期15%、乳熟期10%、蠟熟期8%。田間管理同大田。

1.3? 樣品采集與分析

于玉米拔節(jié)期（V6）、大喇叭口期（V12）、抽雄吐絲期（VT）、灌漿期（R3）和成熟期（PM）取樣，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取樣5株，烘干，稱干重。

1.4? 調(diào)查測(cè)定項(xiàng)目

1.4.1? 農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)

在玉米生長各生育期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取樣5株，統(tǒng)計(jì)玉米的株高、成穗率、穗長、鮮穗重、綠葉數(shù)和單根鮮重等農(nóng)藝性狀，烘干，稱干物質(zhì)積累量。

1.4.2? 收獲測(cè)產(chǎn)

收獲時(shí)按小區(qū)計(jì)產(chǎn)，每小區(qū)隨機(jī)取樣15株，統(tǒng)計(jì)穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和單株生產(chǎn)力。

1.4.3? 氮含量測(cè)定

用凱氏定氮法分別測(cè)定玉米植株和籽粒氮素含量，計(jì)算氮素積累量、氮素收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力。

1.5? 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，并使用SPSS 19對(duì)各處理數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和最小顯著性檢驗(yàn)（LSD法）。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同水氮處理對(duì)玉米各生育期干物質(zhì)積累的影響

由圖1可以看出，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，玉米干物質(zhì)積累量逐漸增加，在成熟期達(dá)到最大值；同一灌溉量之間相比，隨著施氮量的增加，玉米干物質(zhì)積累量呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，都是在施氮量為225 kg/hm²達(dá)到最大值。與W1N0、W1N1、W1N2、W1N4和W1N5處理相比，W1N3干物質(zhì)積累量分別提高30.27%、17.33%、7.39%、8.23%和19.37%；與W2N0、W2N1、W2N2、W2N4和W2N5處理相比，W2N3干物質(zhì)積累量分別提高30.12%、17.08%、7.29%、8.12%和19.09%；與W3N0、W3N1、W3N2、W3N4和W3N5處理相比，W3N3干物質(zhì)積累量分別提高30.36%、17.20%、7.34%、8.17%和19.22%。說明在灌溉量為200、400、600 m³/hm²時(shí)，施氮量225 kg/hm²都能明顯提高玉米干物質(zhì)含量。

不同灌溉量之間相比，灌溉量為400 m³/hm²時(shí)各生育期玉米干物質(zhì)積累量都最高。與灌溉量為 200 m³/hm²相比，成熟期干物質(zhì)積累量分別高0.76%、0.67%、0.62%、0.58%、0.64%和0.72%；與灌溉量為600 m³/hm²相比，成熟期干物質(zhì)積累量分別高0.37%、0.32%、0.30%、0.28%、0.31%和0.35%。

2.2? 不同水氮處理對(duì)玉米各農(nóng)藝性狀的影響

由表2可以看出，在同一灌溉量條件下，玉米株高、成穗率、穗長、鮮穗重、綠葉數(shù)和單根鮮重都隨著施氮量的增加呈先增加后減小的趨勢(shì)，在施氮量為225 kg/hm²時(shí)達(dá)到最大值。與W1N0、W1N1、 W1N2、 W1N4和W1N5處理相比，W1N3單株根重分別增加21.64%、13.43%、4.66%、5.72%和8.30%；與W2N0、W2N1、W2N2、W2N4和W2N5處理相比，W2N3單株根重分別增加18.53%、10.90%、4.31%、4.88%和8.39%；與W3N0、W3N1、W3N2、W3N4和W3N5處理相比，W3N3單株根重分別增加17.97%、12.64%、7.77%、8.40%和11.55%。根是玉米生長發(fā)育的基礎(chǔ)，說明在不同的灌溉條件下，單株根重都在施氮量為225 kg/hm²達(dá)到最大值；在同一施氮量條件下，不同灌溉量之間相比，灌溉量為400 m³/hm²的玉米株高、成穗率、穗長、鮮穗重、綠葉數(shù)和單根鮮重均高于灌溉量為200、600 m³/hm²的處理，但無顯著差異。

2.3? 不同水氮處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由表3可以看出，在同一灌溉條件下，穗粒數(shù)、百粒重、穗粒重、產(chǎn)量和收獲指數(shù)都隨著施氮量的增加先增加后降低，在施氮量為225 kg/hm²時(shí)達(dá)到最大值。與W1N0、W1N1、W1N2、W1N4和W1N5處理相比，W1N3產(chǎn)量分別增加100.80%、51.03%、28.67%、6.87%和36.36%；與W2N0、W2N1、W2N2、W2N4和W2N5處理相比，W2N3產(chǎn)量分別增加93.36%、39.55%、24.35%、7.09%和36.95%；與W3N0、W3N1、W3N2、W3N4和W3N5處理相比，W3N3產(chǎn)量分別增加87.96%、37.15%、26.52%、23.12%和37.20%。在同一施氮量的條件下，灌溉量為400 m³/hm²時(shí)玉米產(chǎn)量均高于灌溉量為200、600 m³/hm²處理，與灌溉量為 200 m³/hm²相比，產(chǎn)量分別提高5.94%、10.41%、5.56%、2.02%、1.80%和1.58%，與灌溉量為 600 m³/hm²相比，產(chǎn)量分別高2.90%、4.04%、7.71%、5.86%、21.70%和6.06%，但差異不明顯。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，玉米產(chǎn)量與穗粒數(shù)、百粒重和穗粒重均存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而與收獲指數(shù)之間無顯著相關(guān)關(guān)系，說明穗粒數(shù)、百粒重和穗粒重是玉米產(chǎn)量提高的決定因素。

2.4? 不同水氮處理玉米產(chǎn)量與灌溉量和施氮量回歸分析

在灌溉量分別為200、400、600 m³/hm²時(shí)，對(duì)玉米產(chǎn)量（y）與施氮量（x）進(jìn)行的回歸分析，結(jié)果見圖2。在灌溉量為200 m³/hm²時(shí)，y=-0.055 7x²+26.658 0x+3 131.000 0，r²=0.923 8；在灌溉量為 400 m³/hm²時(shí)，y=-0.059 3x²+26.925 0x+3 435.800 0，r²=0.912 1；在灌溉量為600 m³/hm²時(shí)，y=-0.050 5x²+22.550 0x+3 425.000 0，r²=0.912 6。分別對(duì)方程求解，當(dāng)灌溉量為200 m³/hm²時(shí)，x=239.30 kg/hm²，得最佳產(chǎn)量y=6 320.63 kg/hm²；當(dāng)灌溉量為400 m³/hm²時(shí)，x=227.02 kg/hm²，得最佳產(chǎn)量y=6 492.11 kg/hm²；當(dāng)灌溉量為600 m³/hm²時(shí)，x=223.27 kg/hm²，得最佳產(chǎn)量y=5 942.34 kg/hm²。

2.5? 不同水氮處理對(duì)玉米氮素吸收利用的影響

由表4可知，玉米植株氮素積累量和籽粒氮素積累量在灌溉量為200、400、600 m³/hm²時(shí)隨施氮量的增加呈單峰趨勢(shì)變化，都是在施氮量為 225 kg/hm²時(shí)達(dá)到最大值，其中植株氮素積累量最高分別為175.34、184.56、182.32 kg/hm²，籽粒氮素積累量最高分別為131.74、145.27、141.67 kg/hm²。氮素收獲指數(shù)的變化趨勢(shì)和玉米植株氮素積累量以及籽粒氮素積累量變化趨勢(shì)相同，也是在施氮量為 225 kg/hm²時(shí)達(dá)到最大值，與W1N0、W1N1、W1N2、W1N4和W1N5處理相比，W1N3處理氮素收獲指數(shù)分別提高3.24%、2.12%、0.67%、1.22%和1.55%；與W2N0、W2N1、W2N2、W2N4和W2N5處理相比，W2N3處理氮素收獲指數(shù)分別提高5.47%、4.02%、2.14%、3.32%和3.78%；與W3N0、W3N1、W3N2、W3N4和W3N5處理相比，W3N3處理氮素收獲指數(shù)分別提高4.30%、2.87%、1.70%、3.95%和5.57%。

不同灌溉量之間相比，灌溉量為400 m³/hm²時(shí)氮素收獲指數(shù)最高，與灌溉量為200 m³/hm²相比，其各處理氮素收獲指數(shù)分別提高1.21%、1.50%、1.90%、3.39%、1.29%和1.16%，與灌溉量為 600 m³/hm²相比，其各處理氮素收獲指數(shù)分別提高0.17%、0.19%、0.86%、1.30%、1.91%和3.04%。氮肥偏生產(chǎn)力在灌溉量為200、400、600 m³/hm²時(shí)都隨著施氮量的增加顯著降低。

3? 討論與結(jié)論

氮是作物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)提升的重要元素，氮素的供應(yīng)量和供應(yīng)過程決定作物產(chǎn)量的高低。施氮量太少不足以供應(yīng)作物生長發(fā)育所需的養(yǎng)分，而施氮量過多則造成作物生長發(fā)育受阻。合理的氮素供應(yīng)可有效促進(jìn)玉米植株、籽粒對(duì)氮素的吸收積累，促進(jìn)含氮化合物的合成，增強(qiáng)光合作用，增加干物質(zhì)積累，提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)^[11]。水是生命之源，是作物生長發(fā)育得重要因子，同時(shí)水分是作物對(duì)養(yǎng)分吸收、運(yùn)輸?shù)闹匾蛩?，水分太多或太少都?huì)影響作物的生長，水分太多一方面造成養(yǎng)分流失，另一方面影響作物根的呼吸。在半干旱的定西市水分的作用尤其重要，氮與水的協(xié)調(diào)供應(yīng)能夠顯著提高作物產(chǎn)量，同時(shí)也能顯著提高養(yǎng)分利用效率，灌水也有明顯的促肥作用^[12-15]。也有研究證明，過度灌水反而不利于作物產(chǎn)量的形成^[16-18]，這和本研究相似。本研究表明，在同一灌溉量的條件下，玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、植株氮素積累量、籽粒氮素積累量和氮素收獲指數(shù)都呈單峰趨勢(shì)變化，均在施氮量為225 kg/hm²時(shí)達(dá)到最大值。灌溉量對(duì)玉米干物質(zhì)積累量、植株氮素積累量、籽粒氮素積累量和氮素收獲指數(shù)和產(chǎn)量無顯著影響。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同灌溉量的最高產(chǎn)量均是施氮量為225 kg/hm²的處理?；貧w分析結(jié)果表明，理論產(chǎn)量最高時(shí)的施氮量為227.02 kg/hm²，略高于本試驗(yàn)最高產(chǎn)量時(shí)的施氮量225 kg/hm²，但對(duì)應(yīng)的最高理論產(chǎn)量低于實(shí)測(cè)產(chǎn)量。經(jīng)綜合分析可知，密度60 000株/hm²、灌溉量 400 m³/hm²、施氮量225 kg/hm²是半干旱地區(qū)玉米種植的最佳技術(shù)組合。

在半干旱地區(qū)，灌溉量為400 m³/hm²、施氮量為225 kg/hm²、密度為60 000株/hm²時(shí)能獲得最大玉米產(chǎn)量，為6 994.5 kg/hm²，同時(shí)能夠得到最大氮素收獲指數(shù)，為78.71%。

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