隋陽輝王大為王延波

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所,遼寧 沈陽 110161)

玉米是我國重要的糧食作物,其產(chǎn)量高低主要受氮素限制[1]。據(jù)調(diào)查顯示,傳統(tǒng)玉米施肥方式多以基施為主,而且農(nóng)民為追求高產(chǎn)大量施用氮肥[2～4]。這種方式不僅不利于玉米獲得高產(chǎn),還會降低氮肥利用率,增加氮肥流失,造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染,嚴(yán)重影響我國生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展[5～7]。因此,適宜的減少氮肥投入,科學(xué)運(yùn)籌施氮模式對實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效、建設(shè)綠色生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

遼寧省是我國春玉米生產(chǎn)的主要種植區(qū),玉米栽培模式通常采用一次性基施復(fù)合肥或在大喇叭口期追肥1次,這樣的施肥模式不僅使玉米灌漿期氮素虧缺,還會導(dǎo)致灌漿速率下降[8,9],最終影響玉米產(chǎn)量。曹玉軍等研究表明,玉米生育后期的氮吸收積累量是其全生育期的50%左右,所以適宜的將氮肥后移可以增強(qiáng)生育后期玉米對氮素的需求,從而起到提產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的作用[10]。因此,探尋該區(qū)域氮肥后移下減氮模式已成為該區(qū)域玉米生產(chǎn)中亟待解決的重要問題。本研究以國審玉米新品種遼單575為試材,通過對減氮水平及不同施氮模式下玉米干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和氮素利用效率的研究,分析遼單575的增產(chǎn)節(jié)氮潛力,為東北地區(qū)春玉米高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院沈北新區(qū)試驗(yàn)基地(42.0344°N,123.5698°E)進(jìn)行。該區(qū)域?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候。年平均氣溫7.5～8.7 ℃,全年無霜期147～164 d。該地區(qū)夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥。試驗(yàn)地土壤類型為棕壤。試驗(yàn)開始前土壤基本性質(zhì)如下:pH=6.3,有機(jī)質(zhì)14.1 g/kg,全氮1.08 g/kg,全磷0.52 g/kg,全鉀18.05 g/kg,有效磷27.2 mg/kg,速效鉀79 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為遼單575(國審玉20180086),供試肥料為過磷酸鈣(P2O5120 kg/hm2),KCl(K2O 90 kg/hm2)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

播種時間為2019年5月6日,小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)面積約為36 m2(10 m×3.6 m),每個處理重復(fù)3次。栽培密度為67 500株/hm2。磷鉀肥作為底肥一次性施入。氮肥采用二因素設(shè)計(jì),分別為氮水平和施氮模式。設(shè)3個氮水平0、180(減氮20%)、N 225 kg/hm2(常規(guī)施氮量);CK,不施氮肥為空白對照;3種施氮方式:T1,25%基肥+75%大喇叭口肥;T2,30%底肥+50%拔節(jié)肥+20%開花肥;T3,1/3底肥+1/3拔節(jié)肥+1/3開花肥。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

玉米成熟期采集每小區(qū)玉米植株5株,去根部,洗凈,105 ℃殺青30 min,80 ℃烘干至恒重,稱重。植株樣品粉碎后過篩,使用元素分析儀測定植株氮含量。

成熟期選取每小區(qū)中間兩行進(jìn)行人工收獲,用均值法選取10穗,自然風(fēng)干后進(jìn)行室內(nèi)考種,考察穗粒數(shù)、百粒重及含水量,最終產(chǎn)量按籽粒含水量為14%進(jìn)行折算。

收獲指數(shù)(%)=籽粒產(chǎn)量/總生物量×100%;

氮素吸收利用率(NREN,%)=(施氮區(qū)作物總吸氮量-不施氮區(qū)作物總吸氮量)/施氮量×100%;

氮素農(nóng)學(xué)利用率(NAE,kg/kg)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/施氮量;

氮素偏生產(chǎn)力(NPFP,kg/kg)=施氮區(qū)作物產(chǎn)量/施氮量;氮素生理利用率(NPE,kg/kg)=(施氮區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮區(qū)作物產(chǎn)量)/(施氮區(qū)作物總吸氮量-不施氮區(qū)作物總吸氮量)

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,并用OriginPro 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥后移條件下減氮對玉米干物質(zhì)積累和氮積累量的影響

由表1可知,氮肥水平對玉米單株干物質(zhì)積累的影響顯著(P<0.05),施氮模式對玉米單株干物質(zhì)積累的影響不顯著。從氮肥后移條件下減氮條件來看,與常規(guī)施氮模式T1相比,減氮下T2模式的單株干物質(zhì)積累量最高,達(dá)349.30 g/株,比CK和T1模式分別增加82.59 g/株和46.71 g/株,但與T1模式差異不顯著(P>0.05)。氮肥后移條件下減氮對玉米氮積累量具有顯著影響(P<0.05)。與常規(guī)氮水平T1模式(N225T1)相比,減氮20%下的T2模式(N180T2)玉米氮積累量顯著增高,且與N180水平的其他施氮模式相比,T2模式顯著高于T1和T3模式(P<0.05),分別高37.41 kg/hm2和26.43 kg/hm2。通過ANOVA方差分析可知,施氮模式、氮水平與施氮模式的互作對玉米氮積累量存在顯著和極顯著影響(P<0.05;P<0.01)。

表1 氮肥后移條件下減氮對玉米干物質(zhì)積累和氮積累量的影響Table 1 Effects of postponing and reduction nitrogen application on dry matter and N accumulation of maize

2.2 氮肥后移條件下減氮對玉米氮素利用效率的影響

由圖1可知,氮肥后移條件下減氮對玉米氮素利用效率有顯著影響(P<0.05)。與常規(guī)施氮模式T1相比,氮肥后移T2模式的氮素吸收利用率顯著升高(表2)。氮肥后移下減氮處理N180T2的氮素吸收利用率顯著高于其他處理(圖1A)單從氮水平來看,N180的氮素吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力要高于N225(常規(guī)施氮量)。單從施氮模式來看,氮肥后移比常規(guī)模式(T1)的氮素利用效率高,其中T2模式比T3模式的氮素吸收利用率高4.78%(表2)。N180T2處理的氮素農(nóng)學(xué)利用率和氮素偏生產(chǎn)力顯著高于其他處理(除N180T3差異不顯著外)(圖1B,C)。通過ANOVA方差分析可知,氮水平、施氮模式、氮水平與施氮模式的互作對玉米氮素吸收利用率存在顯著和極顯著影響(P<0.05;P<0.01)(表2)。

表2 氮水平與施氮模式對玉米氮素利用效率的方差分析Table 2 ANOVA analysis of nitrogen use efficiency of maize by nitrogen application and nitrogen patterns

圖1 氮肥后移條件下減氮對玉米氮素利用效率的影響Figure 1 Effects of postponing and reduction nitrogen application on nitrogen use efficiency of maize

2.3 氮肥后移條件下減氮對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表3可知,與空白對照(CK)相比,氮肥后移下減氮處理N180T2和N180T3的產(chǎn)量分別提高27.6%和15.9%,其中N180T2顯著提高玉米產(chǎn)量(P<0.05)。與常規(guī)施氮量T2模式相比(N225T2),減氮處理N180T2模式提高玉米產(chǎn)量1.94 t/hm2。進(jìn)一步對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行分析可知,N180T2處理的行粒數(shù)和收獲指數(shù)均是最高,分別為39.87個和55.13%。

表3 氮肥后移條件下減氮對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 3 Effects of postponing and reduction nitrogen application on yield and yield components of maize

3 結(jié)論與討論

玉米在不同生育時期對氮肥的需求不盡相同,根據(jù)玉米生長所需的養(yǎng)分科學(xué)運(yùn)籌不僅能提高玉米產(chǎn)量,還能有效提高氮肥利用率,從而實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效目標(biāo)[11]。前人研究表明,玉米獲得高產(chǎn)既要保證花前營養(yǎng)器官對氮素的積累,又要滿足花后籽粒灌漿和穗部發(fā)育對氮素的需求[12,131];而氮肥后移能顯著提高玉米花后氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)速率,進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量和氮素利用率[14]。侯云鵬等研究指出,基肥∶拔節(jié)肥∶開花肥為3∶5∶2的施氮模式能有效地平衡玉米生育前、后期對氮素的需求,既能保證玉米營養(yǎng)生長階段的養(yǎng)分需求,又能補(bǔ)充生殖生長階段的養(yǎng)分供應(yīng),最終實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效[11]。究其原因,可能與基施氮肥比例過大易造成無機(jī)氮淋溶有關(guān);而提高追肥比例,適宜將氮肥后移可以提高玉米生育后期耕層土壤氮素有效性[15]。趙營等研究發(fā)現(xiàn),玉米開花至灌漿階段的氮積累量占整個生育期的60%以上[16],此階段是玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素(穗粒數(shù)和粒重)形成的重要時期[17],因此在此階段適宜的提高氮素供應(yīng)比例,可有效促進(jìn)穗部發(fā)育,提高玉米產(chǎn)量[18]。本研究表明,減氮20%即可達(dá)到理想的單株干物質(zhì)量和氮積累量;在不同氮肥后移模式中,以T2(30%底肥+50%拔節(jié)肥+20%開花肥)模式對玉米單株干物質(zhì)積累、氮素吸收利用率與產(chǎn)量等方面的提高最優(yōu)。在減氮至180 kg/hm2條件下,科學(xué)運(yùn)籌氮肥比例為3∶5∶2(底肥∶拔節(jié)肥∶開花肥)為該區(qū)域較好的節(jié)氮運(yùn)籌模式。本研究結(jié)果表明,傳統(tǒng)施氮模式T1(25%基肥+75%大喇叭口肥)由于玉米生長前期氮肥全部施用,一部分養(yǎng)分沒有被作物吸收利用而流失,一部分集中在玉米前期的營養(yǎng)生長,導(dǎo)致生殖生長時期養(yǎng)分供應(yīng)不足、碳水化合物向玉米穗部的轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降,使玉米的產(chǎn)量和氮素利用率降低。氮肥運(yùn)籌T3(1/3底肥+1/3拔節(jié)肥+1/3開花肥)則可能由于前期營養(yǎng)生長階段氮肥后移量過過多,限制了玉米前期的生長發(fā)育,同時影響了玉米的冠層結(jié)構(gòu),使玉米產(chǎn)量和氮素利用率沒有得到充分發(fā)揮,而T2模式恰好平衡了玉米營養(yǎng)生長階段與生殖生長階段的養(yǎng)分供給,最終促進(jìn)玉米產(chǎn)量和氮素吸收利用率及氮素偏生產(chǎn)力的提升。

綜上所述,氮肥后移比例為30%底肥+50%拔節(jié)肥+20%開花肥時,可以減少氮肥投入到180 kg/hm2,此施氮模式為該地區(qū)最佳節(jié)氮運(yùn)籌模式。