李 萍，謝圣杰，李明明，賈亞濤，馮萬軍，邢國芳

（山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山西太谷 030801）

0 引言

玉米是中國第一大糧食作物，是重要的糧飼兼用作物以及重要的工業(yè)原料[1]?；蕦r(nóng)作物增產(chǎn)增效是一個不爭的事實，氮、磷、鉀是農(nóng)作物必需的三大營養(yǎng)元素，其合理配施可提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善土壤養(yǎng)分，不合理施用則會引起土壤養(yǎng)分耗竭、土壤肥力下降、施肥效益降低，還會導致環(huán)境質量惡化，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[2-3]。近年來化肥過量和不合理施用問題越來越嚴重，影響到生態(tài)環(huán)境安全，迫切需要一種優(yōu)化的施肥方法以保障糧食安全和農(nóng)民收益。隨著國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，作物對化肥的依賴性越來越大?；实暮侠硎┯茫梢暂^好地保持和提高土壤肥力，而且對作物的增產(chǎn)效果比較明顯[4]。不合理的施肥制度會使土壤生態(tài)環(huán)境受到污染，并且降低作物產(chǎn)量和品質，使農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展受到制約。氮和磷是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素，卻也是限制作物產(chǎn)量的主要元素[5]。不同的施肥方式對植株的生育進程、生理代謝以及光合能力都具有較大的影響[6-8]。施用氮磷肥已成為人為調控植物所需養(yǎng)分的重要途徑。

雖然國內外有學者針對玉米不同品種開展了大量的氮磷肥施用效果研究，也取得了一些成果，但不同地域生態(tài)條件差異較大，氮磷肥的使用效果往往受生態(tài)條件、土壤環(huán)境、氣候等的影響較大，所以不可盲目照搬，只可借鑒。研究特定土壤類型下不同施肥處理的作物生育和產(chǎn)量效應對指導田塊尺度上合理高效施肥，提高作物產(chǎn)量具有重大意義[9]。通過在山西省太谷縣申奉村進行大田試驗，測定不同氮磷配比對玉米光合特性、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響，以期為山西中部玉米合理施肥、充分發(fā)揮玉米光合能力和提高作物產(chǎn)量提供科學依據(jù)，從而指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設在山西省中部太谷縣申奉村，地處東經(jīng)112°53′、北緯37°42′，屬于暖溫帶大陸性季風氣候，2017年降雨量為456 mm，該地區(qū)土質為輕壤土，海拔799.2 m，2017年平均氣溫9.8℃，無霜期170天。

1.2 試驗設計

本試驗供試玉米品種為‘良玉188’，設置不同濃度的氮磷配比，研究不同濃度的氮磷配比對玉米光合特性、生長發(fā)育的影響，并探究最適玉米高產(chǎn)的最優(yōu)質氮磷配比。采用大田試驗，試驗設氮、磷2 個肥料因素，其中設4個施氮量處理N0、N150、N300、N450，分別為0、150、300、450 kg/hm2，設3個施磷量處理P0、P120、P240，分別為0、120、240 kg/hm2，氮磷配比施加量見表1。試驗用氮肥為尿素（含N 46%），磷肥為磷酸鈣（含P2O514%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 60%）。氮磷施加時期與比例分別為，播前（5 月7 日）施入總施入量的50%，拔節(jié)期（6 月20 日）施入總施入量的20%和抽雄期（7 月18日）施入總施入量的30%，灌漿期葉面噴施45 kg/hm2的鉀肥。以氮肥為主區(qū)，磷肥為副區(qū)，共12個處理，每處理3次重復，各小區(qū)面積為3.3 m×6 m，共劃制36個小區(qū)。于2017年5月7日播種，種植密度為6.67萬株/hm2，行距和株距分別為60 cm和25 cm，其他管理措施同大田。

表1 不同處理氮磷配比 kg/hm2

1.3 測定項目

每個重復選定3株，每個處理選定9株表型相近的玉米材料葉片標記，在玉米拔節(jié)期和灌漿期對光合特性進行測定，在當日9:00—11:00，采用Li-6400便攜式光合作用測定儀(LI-COR Inc.Lincoln，Nebraska，USA)測定選定的葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)3個光合參數(shù)，水分利用率(WUE)依照WUE=Pn/Tr計算，測定條件為紅藍光源，光強為1200～1500 μmol/(m2·s)，葉室溫度為(28±5)℃，CO2流速在350～400 μmol/(m2·s)。

在玉米成熟后（10月5日）每個小區(qū)標記6株長勢一致的植株測定其株高、穗位高等農(nóng)藝性狀，并對單位面積穗粗、穗粒數(shù)和百粒重等性狀進行考查。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.05[10]數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對測定的所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗(P＜0.05)，再利用Microsoft Excel 2003 軟件整理數(shù)據(jù)并繪制相關圖表。

2 結果與分析

2.1 氮磷配施對‘良玉188’拔節(jié)與灌漿期光合特性的影響

2.1.1 氮磷配施對‘良玉188’氣孔導度(Gs)的影響 氣孔導度是一個重要的生理指標，在指示葉片CO2和水分交換過程中起著重要作用，氣孔導度的增大有利于氣孔開張和水氣交換，促進CO2的固定和光合速率的提高。研究發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期在不施氮肥條件下，隨著施磷量的增加，玉米氣孔導度逐漸下降；當施氮濃度為150 kg/hm2時，隨著施磷量的增加，玉米氣孔導度一直增加，當施磷濃度為240 kg/hm2時達顯著水平。在灌漿期，玉米的氣孔導度的變化和拔節(jié)期趨勢一致，在N450P120條件下，葉片氣孔導度最大達顯著水平。灌漿期比拔節(jié)期的氣孔導度增加量分別為-39.97%、18.66%、169.56%、82.61%、-4.07%、-47.27%、-31.79%、-38.53%、10.75%、29.84%、48.07% 和-52.64%。從整體水平看，N300P240條件下從拔節(jié)期到灌漿期的氣孔導度增加量為10.75%（圖1）。

2.1.2 氮磷配施對‘良玉188’凈光合速率(Pn)的影響由圖2 可知，總體上拔節(jié)期葉片的凈光合速率比灌漿期活躍。拔節(jié)期，在不施氮的條件下，施磷濃度為240 kg/hm2時，葉片的凈光合速率降低；當?shù)实氖┘訚舛瘸^150 kg/hm2時，葉片的凈光合速率升高；灌漿期，N300P120條件下顯著降低。拔節(jié)期比灌漿期各處理條件下的凈光合速率分別增加了47.69%、51.74%、39.95%、58.65%、58.68%、54.13%、51.58%、64.77%、61.5%、62.22%、57.43%和58.03%。N300P240條件下的增加量最為理想，光合物質積累效果最好。合理氮磷配施能夠顯著提高葉片的凈光合速率，延長玉米的光合時間和葉綠素含量相對穩(wěn)定，促進光合物質的積累時間，進而促進光合物質的積累。

2.1.3 氮磷配施對‘良玉188’蒸騰速率(Tr)的影響 通過對拔節(jié)期和灌漿期蒸騰速率的測定發(fā)現(xiàn)，總體上灌漿期葉片的蒸騰速率比拔節(jié)期高。在拔節(jié)期，施氮濃度300 kg/hm2條件下，隨著施磷濃度的增加，蒸騰速率逐漸下降，在N300P240條件下達最低值；灌漿期，在N150P120條件下玉米的蒸騰速率達最低值。在灌漿期，玉米對養(yǎng)分的需求量明顯增加，新陳代謝加快，蒸騰速率相應增加，灌漿期的蒸騰速率比拔節(jié)期的蒸騰速率分別增加47.16%、56.73%、69.94%、50.97%、27.94%、31.88%、43.04%、43.89%、64.24%、67.09%、59.16%、28.5%。整體水平看，N300P240條件下的增加效果最好。

2.1.4 氮磷配施對‘良玉188’水分利用效率(WUE)的影響 作物葉片短時水分利用效率是指蒸騰單位質量水同化的CO2量，反映了植物生產(chǎn)過程中單位水分的能量轉化效率，是葉片光合速率與蒸騰速率的比值，因而受蒸騰速率和光合速率的共同影響。從圖4 可知，拔節(jié)期的水分利用率高于灌漿期。玉米的水分利用率與氣孔導度及蒸騰速率變化趨勢相似。由WUE=Pn/Tr可以看出，蒸騰速率與水分利用效率成反比，與凈光合速率成正比，從試驗結果看，氣孔導度值高時，相應的蒸騰速率值也高。在拔節(jié)期，N300P240條件下，玉米葉片的水分利用率達最大值，呈顯著水平。拔節(jié)期到灌漿期的水分利用效率分別減少68.44%、79.17%、81.61%、77.56%、74.58%、67.82%、74.95%、79.67%、85.66%、83.96%、84.09%、73.72%。N300P240條件下，玉米葉片的水分利用率效果最佳。

綜上可知，在本試驗條件下，玉米品種‘良玉188’的凈光合速率、蒸騰速率和水分利用率在N300P240條件下效果最佳，但是氣孔導度在N300P240條件下顯著降低。因此合理的氮磷配施顯著地增加蒸騰速率，提高了葉肉細胞光合活性，從而提高了玉米葉片的凈光合速率和水分利用效率。

2.2 氮磷配施對‘良玉188’成熟期農(nóng)藝性狀的影響

從表2 可以看出，不同的氮磷配施對玉米生長發(fā)育具有明顯不同的影響。在不配施磷肥時，施氮處理與不施氮處理相比，隨著施氮量的增加，株高和穗位高在降低，在不配施氮肥、單施磷肥120 kg/hm2時，株高和穗位高達到最高。氮磷配施時，隨著氮磷濃度的增加，在N300P120條件下，株高和穗位高都達到最高，其中株高 N300P120＞N150P240＞N150P120、N450P120＞N300P240＞N450P240，穗 位 高N300P120＞N300P240＞N150P120＞N450P120＞N150P240＞N450P240，在N450P240條件下，株高和穗位高達到最低。而穗長在氮磷配施的條件下，隨著氮磷濃度的增加，在N300P120條件下，穗長達到最長，N300P120＞N300P240＞N150P240＞N450P240＞N150P120＞N450P120。在N450P240條件下玉米穗粗顯著增加，N450P240＞N300P120＞N150P240＞N450P120＞N300P240＞N150P120。在不施磷肥的條件下，單施氮肥150 kg/hm2玉米的穗粒數(shù)達到最大值，隨著氮肥濃度的增加，穗粒數(shù)逐漸減少；單施磷肥120 kg/hm2時，穗粒數(shù)達到最大值；在氮磷配施時，N300P120條件下玉米的穗粒數(shù)達到最大值，其次是N300P240，隨著氮磷濃度的增加，穗粒數(shù)逐漸降低，在N450P240條件下穗粒數(shù)最少。玉米的百粒重在不配施氮肥的條件下，單施磷肥240 kg/hm2時達到最大值，在不配施磷肥時，單施氮肥450 kg/hm2時達到最大值，氮磷配施時，N450P240＞N150P120＞N300P240＞N150P240＞N450P120＞N300P120；綜合上述分析可得，‘良玉188’在該試驗條件下最適宜生長的氮磷濃度為N300P240，在此條件下生長狀況非常良好。由此可見，合理的氮磷配比對改善玉米成熟期的農(nóng)藝性狀具有積極效果。

表2 氮磷配比對玉米成熟期農(nóng)藝性狀的影響

2.3 氮磷配比對‘良玉188’產(chǎn)量的影響

從圖5 可以看出，不同氮磷配施對玉米產(chǎn)量的影響明顯不同，在N0、N150和N300條件下，隨著施磷量的增加，玉米的產(chǎn)量逐漸增加；而在N450條件下，隨著施磷量的增加，玉米產(chǎn)量下降。在P0條件下，隨著施氮量的增加，玉米的產(chǎn)量逐漸增加，N450P0條件下，產(chǎn)量達最大值；在P120和P240條件下，玉米的產(chǎn)量變化與P0條件呈相同的變化趨勢，N300P240條件下，籽粒產(chǎn)量達到最大值，N300P120次之，兩者都達顯著水平，但隨著施氮量的增加，產(chǎn)量下降。

與N0P0相比，各施肥處理平均增產(chǎn)3.97%～32.15%，并以N300P240處理增產(chǎn)幅度最大，其次為N300P120處理。在N0條件下，玉米產(chǎn)量隨施磷量增加而增加，分別增產(chǎn)8.39%～16.14%，并以N0P240處理最高。配施氮肥處理（N150、N300和N450）與相應不施氮肥處理(N0)相比，分別增產(chǎn)-1.78%～21.53%；N300、N450與N150處理相比，分別增產(chǎn)-9.34%～16.89%；N450與N300處理相比，分別增產(chǎn)-15.52%～12.21%。由圖5 可見，玉米的產(chǎn)量在N300P120和N300P240條件下達到最好。

綜上可見，施氮量為300 kg/hm2、施磷量為240 kg/hm2時，玉米‘良玉188’才能達到相對高產(chǎn)。在常規(guī)不施氮肥條件下，單施磷肥用量達240 kg/hm2也達不到氮磷配施條件下的產(chǎn)量；而在配施氮肥150 kg/hm2時，磷肥的需要量僅為120 kg/hm2就能達到較高的產(chǎn)量。綜合玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀的分析，施氮量為300 kg/hm2、施磷量為240 kg/hm2時，玉米農(nóng)藝性狀最好，增產(chǎn)效果最佳。因此，使用適宜的氮磷及氮磷鉀和微量元素相結合的玉米專用肥，‘良玉188’才容易獲得高產(chǎn)。

3 結論與討論

王曉娟等[11]研究表明，施用有機肥可以顯著提高旱地春玉米在大喇叭口期、抽穗期和灌漿期的光合速率；余海兵等[12]研究發(fā)現(xiàn)，糞肥的合理配施能顯著增加玉米的凈光合速率，為玉米的生長提供各種必需營養(yǎng)元素。本研究表明，合理的氮磷配施對于葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、水分利用效率(WUE)及氣孔導度(Gs)等光合指標也有顯著的調節(jié)作用，但用量過高會起一定的負作用。在本試驗條件下施氮量為300 kg/hm2、施磷量為240 kg/hm2時，玉米‘良玉188’葉片的凈光合速率、蒸騰速率、水分利用效率最好，但此條件下，從拔節(jié)期到灌漿期的氣孔導度很低但趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

施肥是調節(jié)作物生長發(fā)育的一項基本措施，不同的施肥條件影響植株體內的生理代謝，使光合作用發(fā)生相應的改變。前人研究表明，光合性能（氣孔導度、凈光合速率和蒸騰速率）直接影響到玉米光合物質生產(chǎn)及最終生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量的形成，且光合速率是玉米增產(chǎn)的重要光合形態(tài)和生理特點[13]。玉米產(chǎn)量的提高在一定程度內與施肥種類、數(shù)量和配施方式等密切相關[14]。在黃土高原地區(qū)，對于提高玉米產(chǎn)量采取的措施先后經(jīng)過施農(nóng)家肥、氮磷肥到施氮磷鉀肥，增產(chǎn)效果日趨明顯[15]。大量研究表明，肥料作為作物養(yǎng)分的主要來源，直接參與或調節(jié)作物營養(yǎng)代謝與循環(huán)，與作物產(chǎn)量密切相關[16-17]。例如，李宗新等[18]研究認為，雞糞肥配施氮肥可顯著提高玉米的生物產(chǎn)量；翁定河[19]研究認為，有機肥配施化肥可顯著增加玉米產(chǎn)量。有研究表明，單純施用含有一種元素的肥料不是保證作物生長及產(chǎn)量的有效方式，只有當土壤中碳、氮、磷、鉀、有機質等比例適當時，作物才能正常生長，對其穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)才能有所保證[20]。本研究中，隨著施肥量的增加，穗粒數(shù)和百粒重逐漸增加，說明氮磷肥配施有明顯提高穗粒數(shù)和穗粒重的作用，這是‘良玉188’達到高產(chǎn)的主要原因。并且光合作用是影響作物產(chǎn)量形成的主要機制，通過施肥可增強植物的光合性能[21]。葉片具有較高的光合速率是作物獲得高產(chǎn)的一個重要因素[22]。在本試驗條件下施氮量為300 kg/hm2、施磷量為240 kg/hm2時，玉米‘良玉188’葉片的凈光合速率、蒸騰速率、水分利用效率最高，此條件下，從拔節(jié)期到灌漿期的氣孔導度很低但趨于穩(wěn)定狀態(tài)。施氮量為300 kg/hm2、施磷量為240 kg/hm2時，玉米‘良玉188’株高、穗位高和穗粒數(shù)等農(nóng)藝性狀最好，增產(chǎn)效果最佳。本研究中，增施有機肥比單施化肥顯著提高了玉米產(chǎn)量，這與前人研究結果一致。