姜佰文，高 強，王春宏，張 迪，高 飛，鄧宏志，徐赫男

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱150030；2.黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟職業(yè)學(xué)院，黑龍江牡丹江157041）

玉米作為我國第二大農(nóng)作物，東北地區(qū)春玉米及華北地區(qū)夏玉米總種植面積占全國61%[1]。不合理施氮可使玉米產(chǎn)量與氮肥利用率降低，造成資源浪費與環(huán)境污染，影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2]。因此，應(yīng)科學(xué)合理施肥并調(diào)整肥料配比，提高土壤供氮能力，實現(xiàn)肥料最大化與高效利用。孫占祥等研究施用氮素量對玉米產(chǎn)量及土壤硝態(tài)氮累積與氮素利用效率之間關(guān)系與潛在影響[3]。李廣浩等研究氮肥用量對夏玉米品種產(chǎn)量及氮素利用效率的影響[4]。劉劍釗等研究不同氮肥施用水平對春玉米產(chǎn)量的影響[5]。岳克、高肖賢等研究氮肥對玉米產(chǎn)量與氮素利用的影響及不同施氮量對夏玉米產(chǎn)量和氮素利用的影響[6-7]。目前，深入研究氮素形態(tài)對春玉米生理變化影響較少，本文利用田間定位試驗，研究不同氮素養(yǎng)分調(diào)控對東北地區(qū)春玉米根系、生長發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)等方面影響，探索適合實際田間生產(chǎn)的氮肥形態(tài)和比例，了解不同氮肥形態(tài)對東北春玉米的響應(yīng)，分析不同處理下春玉米增產(chǎn)原因，為制定合理施肥方法提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試春玉米品種為中禾188，試驗地點為黑龍江省哈爾濱市呼蘭區(qū)大用鎮(zhèn)沈八村試驗基地。

1.2 供試肥料

氮肥為尿素（N：46%）、硫酸銨（N：20%）；磷肥為磷酸一銨（N：11%；P2O5：44%）、磷酸二銨（N：18%；P2O5：46%）；鉀肥為氯化鉀（K2O：60%）。

1.3 供試土壤

供試土壤為黑土，基礎(chǔ)肥力：堿解氮109.5 mg·kg-1，速效磷36.2 mg·kg-1，速效鉀175.6 mg·kg-1，有機質(zhì)37.6 g· kg-1，pH 6.37。

1.4 方法

2015～2018年間，采用長期定位試驗，共5種處理，具體試驗設(shè)計如表1所示。每項各處理9壟（壟長6 m，壟寬0.65 m，面積23.4 m2），保苗數(shù)6.0萬株·hm-2。將磷肥與鉀肥一次性施入，其中氮肥50%為基肥，50%為追肥。

1.5 測定項目及方法

在玉米不同生育期，即苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、灌漿期、完熟期，通過田間觀測與樣苗采集，選取代表性植株3～5株（苗期30株），分別烘干處理葉片、莖稈、葉鞘、穗部營養(yǎng)體及籽粒各器官，存儲備用。

根系取樣：采用長方形樣方分層取樣方法，選取其中同行植株3株，確保樣本長勢均勻且連續(xù)，在長寬各向外1/2株距長度上分層挖取根系，苗期與拔節(jié)期每層均20 cm深，大喇叭口期后挖深60 cm，將根系與土壤帶回實驗室，清洗根系，清理雜質(zhì)并吸干水分后測定各項指標(biāo)。

1.5.1 根系特性測定方法

根系相關(guān)參數(shù)由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的根系掃描儀（加拿大Regent公司）測定，在30 cm×40 cm樹脂玻璃槽內(nèi)放置5組根系樣品，注水3～4 mm深，待根系逐漸散開后，雙面光源掃描根系，根系圖軟件（WinRHIZO-2004a）分析掃描結(jié)果，獲得相關(guān)根系參數(shù)。

1.5.2 根系活力測定

TTC法，3次重復(fù)，用WFJ-2000型分光光度計測定，利用標(biāo)準曲線計算根系活力，得出根系活力值。

1.5.3 葉面積測定

采用長寬系數(shù)法測量單株葉面積

式中，L為葉片長度，W為葉片寬度。

1.5.4 產(chǎn)量測定

取長勢均勻、面積10 m2的所有玉米植株，摘穗曬干后脫粒測產(chǎn)。

1.5.5 品質(zhì)測定

使用近紅外分析儀（Perten8620）測定品質(zhì)。

表1 試驗設(shè)計Table 1 Experiment design

1.5.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件處理數(shù)據(jù)以及后續(xù)分析，試驗數(shù)據(jù)為不同年份平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米苗期根系形態(tài)的影響

圖1與表2表明，A2、A3、A4、A5處理下，根長、根部表面積、根部總體積、總須根數(shù)量均比A1增加，達顯著差異。A2處理根長、根部表面積、根部總體積、總須根數(shù)等參數(shù)與其他處理結(jié)果差異顯著。A2根系總長比A3高3.0%、比A4高19.2%、比A5高26.4%、比A1高82.1%。A2根系總體積比A3高12.1%、比A4高21.5%、比A5高24.2%、比A1高180.5%。說明在一定程度上，此肥料配比可在一定程度上滿足根部生長所需，營養(yǎng)元素較豐富，促進根部生長。由此可知，處理后根表型為A2＞A3＞A4＞A5＞A1。

2.2 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米苗期根系活力的影響

當(dāng)春玉米5葉期時，每隔4 d測定根系活力，隨春玉米幼苗生長，不同處理根系活力逐漸增強。從表3可以看出，0 d時春玉米幼苗根系活力：A2＞A3＞A1＞A4＞A5，4 d時春玉米幼苗根系活力：A2＞A3＞A1＞A3＞A4＞A5，8 d時春玉米幼苗根系活力：A2＞A3＞A4＞A1＞A5，12 d時春玉米幼苗根系活力：A2＞A1＞A4＞A5＞A1。說明春玉米幼苗根系活力與肥料形態(tài)有關(guān)。A2處理（尿素+磷酸二銨）根系活力最大，與A3（硫酸銨+磷酸二銨）和A5（硫酸銨+磷酸一銨）處理差異顯著。說明在根系生長過程中，不同形態(tài)氮肥和磷肥科學(xué)組合更有利于促進根系生長并提高根系活力。因此，在玉米等作物專用肥料配方設(shè)計和生產(chǎn)時，要充分考慮氮磷肥料種類，優(yōu)化肥料配方，提高肥料利用效率。

圖1 春玉米苗期掃描根系圖像Fig.1 Scanning root images of spring maize at seedling stage

2.3 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米葉片和莖干重的影響

由表4得出，A2處理春玉米葉片和莖干重和其他處理相比，均達顯著差異，成熟期A2處理葉片干物質(zhì)積累量分別比A1、A3、A4和A5處理增加15.3%、5.8%、30.2%和15.1%。氮肥種類和用量對春玉米葉片和莖干重影響較大，其中應(yīng)用尿素效果優(yōu)于硫酸銨。A2處理肥料比例更有利于春玉米生長，促進干物質(zhì)積累與運輸。

表2 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米幼苗根系相關(guān)參數(shù)的影響Table 2 Effects nitrogen form regulations on roots related parameters of spring maize

表3 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米幼苗根系活力的影響Table 3 Effect of nitrogen form regulations on roots activity of spring maize seedling

表4 氮素調(diào)控對春玉米葉片和莖干重的影響Table 4 Effect to nitrogen form regulations on the leaf and stem dry weight of spring maizes

2.4 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米平均莖粗、莖長的影響

表5為不同處理下不同時期平均莖粗與莖長，5組處理中，A2（尿素+二銨）處理的莖粗和莖長與A1、A4、A5差異顯著，說明A2處理下春玉米植株抗倒伏能力較強。由表5可以看出，各時期平均莖粗：A2＞A3＞A1＞A4＞A5，各時期平均莖長：A2＞A3＞A1＞A4＞A5。

2.5 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米葉面積的影響

由表6可以看出，5組處理中，施肥處理A2、A3、A4、A5與對照處理A1相比，葉面積達顯著差異，不同時期春玉米葉面積均不同程度增加。不同氮素養(yǎng)分調(diào)控相比，A2處理的葉面積最大，且與對照相比差異顯著，增加幅度較大，說明A2處理在促進春玉米植株生長發(fā)育上可提供合理的作物肥料比例和類型。不同處理對葉面積影響趨勢A2＞A4＞A3＞A5＞A1。

2.6 氮素養(yǎng)分調(diào)控對春玉米植株根冠比的影響

由表7可以得出，從0～24 d，A2處理的根冠比高于其他處理，但差異未達顯著水平。說明A2處理有利于春玉米根系和地上部協(xié)調(diào)生長。

表5 氮素調(diào)控對春玉米平均莖粗、莖長的影響Table 5 Effects of nitrogen form regulations on the average stem diameters and stem lengths of spring maizes

表6 氮素調(diào)控對春玉米葉面積的影響Table 6 Effects of nitrogen form regulations on the leaf area of maize seedling(cm2)

表7 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米幼苗根冠比的影響Table 7 Effects of nitrogen form regulations on the spring maize seedling root shoot ratio

2.7 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表8可以看出，處理A2和A4產(chǎn)量增加效果優(yōu)于A3和A5，其中A2處理產(chǎn)量最高，同處理A1相比，產(chǎn)量提高30.6%；處理A4增產(chǎn)效果較明顯，比A1處理產(chǎn)量提高27.8%；處理A3、A5比A1分別增產(chǎn)13.0%和11.2%。由此可見，施用不同形態(tài)氮肥增加春玉米產(chǎn)量，主要體現(xiàn)在穗粒數(shù)增多，千粒重與出籽率高于其他施肥處理。

春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)系數(shù)排序：行粒數(shù)（0.95）＞出籽率（0.94）＞穗重（0.90）＞穗粒數(shù)（0.85）＞穗長（0.83）＞百粒重（0.78）＞穗行數(shù)(0.62）。相關(guān)結(jié)果分析顯示，影響春玉米產(chǎn)量主要因素包括行粒數(shù)、出籽率、穗重、穗長、千粒重、穗行數(shù)，對產(chǎn)量具有一定影響。

表8 春玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性Table 8 Correlation analysis of spring maize yield and yield components

表9列出5組處理春玉米籽粒淀粉、含水量、粗脂肪及粗蛋白含量，其中A2和A3處理較其他處理達顯著差異。與對照A1相比，處理A2和A3粗淀粉含量分別增加1.5%和1.2%。A2與A3處理間差異不顯著。處理A4和A5分別比對照降低0.5%和0.9%，二者差異顯著。從粗脂肪含量上看，處理A2含量最高，A3次之，差異不顯著，但均高于無肥對照，處理A4和A5含量較低，差異顯著，且均低于無肥對照試驗。粗蛋白含量和含水量變化趨勢與粗脂肪含量一致。5種處理大體趨勢為A2＞A3＞A1＞A4＞A5，說明較高含量的銨態(tài)氮肥并未影響春玉米品質(zhì)，而磷肥形態(tài)可能降低春玉米籽粒品質(zhì)。

表9 氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米品質(zhì)的影響Table 9 Effects of nitrogen form regulations on the quality of spring maize

3 討論

氮素形態(tài)調(diào)控對春玉米產(chǎn)量和品質(zhì)影響研究表明，合理施肥可有效提高春玉米產(chǎn)量及品質(zhì)。本試驗結(jié)果表明，施用氮肥處理A2、A3、A4、A5均達不同程度增產(chǎn)，春玉米穗粒數(shù)增多、千粒重、出籽率高是優(yōu)化施肥并增產(chǎn)的主要表象，A2處理（尿素與磷酸二銨）產(chǎn)量增幅最高、品質(zhì)最優(yōu)。

目前不同形態(tài)氮素對籽粒營養(yǎng)品質(zhì)影響研究較少。馬新明等研究表明，酰銨態(tài)氮處理下強筋型小麥豫麥34籽粒蛋白質(zhì)含量最高，其蛋白含量與麥谷蛋白/醇溶蛋白比最大[8]。吳秀菊等研究表明，比較18種春小麥品種，酰銨態(tài)氮更有利于植株醇溶蛋白與其他部分形成有效積累，與本研究結(jié)論一致[9]。尹靜等認為氮肥形態(tài)對淀粉組成與積累的調(diào)節(jié)效應(yīng)因品種差異而異，且對支鏈淀粉的調(diào)節(jié)效應(yīng)高于直鏈淀粉[10]。唐曉清等發(fā)現(xiàn)，通過酰胺態(tài)氮影響菘藍主根直徑促進菘藍生長，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、酰胺態(tài)氮配合施用增加高菘藍葉綠素含量，與本研究結(jié)果一致[11]。熊淑萍等指出，酰胺態(tài)氮促進小麥根際土壤有機氮分解，有利于小麥根系吸收與利用[12]。營養(yǎng)元素濃度過高和速效N、P、K濃度過高，會抑制苗期根生長，減弱根系活力。本試驗中尿素與磷酸二銨混合配施效果最佳，尿素作為酰胺態(tài)氮對春玉米的生長發(fā)育有益，而磷酸二銨可壯苗、抗旱、抗倒伏、減少空稈率，增加春玉米穗數(shù)。另一方面，銨態(tài)氮肥易吸附于土壤膠體中，高濃度銨態(tài)氮易對作物產(chǎn)生毒害，作物對銨態(tài)氮過量吸收，抑制鈣、鎂、鉀吸收受。上述原因使酰胺態(tài)氮肥對春玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的作用效果顯著優(yōu)于銨態(tài)氮肥。

4 結(jié)論

氮素形態(tài)調(diào)控試驗研究表明，施用尿素效果好于硫酸銨，尿素+磷酸二銨+氯化鉀處理對促進春玉米生長發(fā)育、提高產(chǎn)量和品質(zhì)效果最佳。尿素+磷酸二銨處理顯著優(yōu)化春玉米根表形態(tài)，提高根系活力，促進根系發(fā)育，增加春玉米葉面積總量及葉片、莖干重、莖粗和莖長，且增加玉米穗粒數(shù)、千粒重和出籽率，提高春玉米產(chǎn)量和品質(zhì)。