氮肥深追可提高玉米對15N 的吸收、分配及利用

朱寶國，韓旭東，張春峰*，賈會彬，孟慶英，王囡囡，匡恩俊

（1 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，黑龍江佳木斯 154007；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江哈爾濱 150086）

氮肥深追可提高玉米對15N 的吸收、分配及利用

朱寶國1，韓旭東1，張春峰1*，賈會彬1，孟慶英1，王囡囡1，匡恩俊2

（1 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，黑龍江佳木斯 154007；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，黑龍江哈爾濱 150086）

【目的】利用15N 示蹤技術(shù)，探索不同追氮方式下玉米植株各組織器官氮素吸收、分配及氮素利用率的情況，為指導(dǎo)寒地玉米高產(chǎn)、高效施肥技術(shù)提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭囼炓杂衩灼贩N德美亞 3 號為試驗材料，設(shè)置不施氮肥 (N0)、淺追施一次 (S1)、深追施一次 (D1) 和深追施二次 (D2) 4 個處理。分析了玉米氮素吸收、分配和利用特性，以及肥料貢獻和殘留?！窘Y(jié)果】氮肥深追施處理玉米不同器官干物質(zhì)積累量高于淺追，深追二次又顯著高于一次 (P＜0.05)；除莖外，深追二次玉米各器官氮素含量均顯著高于其它處理 (P＜0.05)；氮肥深追玉米各器官氮素積累量高于淺追，除莖和軸差異不顯著外，根、葉和籽粒氮素積累量差異顯著 (P＜0.05)；深追處理15N 標(biāo)記氮素含量顯著高于淺追 (P＜0.05)，除穗軸外，其它器官間差異達到顯著水平 (P＜0.05)；氮素深追15N 在玉米根和籽粒分配率高于淺追，在葉和軸內(nèi)的分配率相反；深追一次15N 在莖中的分配率高于淺追，深追二次則低于淺追。氮肥深追與淺追相比，氮素利用率分別顯著提高了 26.0% 和 14.1% (P＜0.05)；氮肥深追二次與一次相比差異也顯著 (P＜0.05)；土壤15N 殘留率深追二次和一次處理分別比淺追一次降低 2.1% (P＜0.05) 和1.2%，氮素損失率分別減少了 23.9% 和 12.9% (P＜0.05)，肥料氮素貢獻率深追二次和一次分別提高了 3.6% (P＜0.05) 和 0.6%?！窘Y(jié)論】氮肥深追可有效提高玉米的干物質(zhì)積累、氮素吸收、分配及氮素利用率，降低土壤氮素殘留率，提高氮肥的貢獻率，且氮肥深追二次好于一次深追。

追氮方式；玉米；氮素吸收與分配；氮肥利用率

玉米需氮量較大，需要追施以滿足生育后期的養(yǎng)分需要。黑龍江農(nóng)民習(xí)慣玉米追肥一次，但追肥以表施為主，玉米后期經(jīng)常出現(xiàn)脫肥現(xiàn)象，降低產(chǎn)量和肥料利用率。高強等[1]研究表明，在相同養(yǎng)分條件下，正常年份春玉米分次施肥效果好于一次基施；易鎮(zhèn)邪等[2]研究表明，隨著氮肥用量的增加玉米干物質(zhì)積累量相應(yīng)提高，并且氮肥后移可以提高產(chǎn)量和肥料利用率；茹德平等[3]研究認(rèn)為玉米對追加15N 化肥的吸收利用率為 28.42%～46.28%，向籽粒運轉(zhuǎn)量為 54.0%～68.0%，追施氮的有效期可連續(xù) 3 茬作物，累積利用率為 52.07%～60.39%。蘇正義等[4]利用15N 示蹤研究認(rèn)為氮肥深施 10—15 cm 能顯著提高玉米產(chǎn)量和肥料利用率。本研究采用15N 標(biāo)記尿素，在玉米生育的關(guān)鍵時期分次深追，研究氮素在玉米不同器官的吸收與積累動態(tài)，探索玉米植株各器官需氮特點，闡明玉米吸收氮素的利用機制，揭示玉米追氮后氮素吸收及積累利用的規(guī)律，為玉米施肥的高效利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于 2014～2015 年在黑龍江省農(nóng)科院佳木斯分院網(wǎng)室內(nèi)進行，光照充足，通風(fēng)良好，有遮雨和灌溉設(shè)施設(shè)備，土壤類型為草甸黑土。其基本養(yǎng)分指標(biāo)為有機質(zhì) 35.3 g/kg、pH 6.4、堿解氮 147.8 mg/kg、有效磷 47.0 mg/kg、速效鉀 351.4 mg/kg。供試材料選當(dāng)?shù)刂髟杂衩灼贩N‘德美亞 3 號’。供試氮肥為普通尿素 (含 N 46%)，15N 標(biāo)記尿素 (豐度為 10.21 g/kg，含 N 46%，上海化工研究院提供)，磷肥為過磷酸鈣(含 P2O543%)，鉀肥為氯化鉀 (含 K2O 60%)。

1.2 試驗方法

試驗采用盆栽法，塑料盆直徑 0.3 m，高 0.4 m，桶底側(cè)面有 0.02 m 通氣孔 1 個，每桶用土 14 kg，每桶播種 1 穴，每穴 3 粒，深度 0.05 m，出苗后定苗 1株。試驗以不施氮肥(N0)為對照，在基施尿素 0.12 g/kg 土的基礎(chǔ)上，設(shè)淺追施一次(S1)，深追施一次(D1)，深追施二次(D2) 3 個處理，每個處理 6 次重復(fù)。一次追肥在拔節(jié)期追施尿素 0.3 g/kg 土，二次追肥分別為拔節(jié)期和大喇叭口期追施 0.10 g/kg 土和0.20 g/kg 土，追肥深度分為淺追 0～0.05 m，深追0.1～0.15 m。所有處理基施過磷酸鈣 0.16 g/kg 土，氯化鉀 0.06 g/kg 土。定期移動盆以消除邊際效應(yīng)。

1.3 取樣與測定

播種前取土樣，用常規(guī)分析方法[5]測定土壤基礎(chǔ)肥力。玉米成熟期取連續(xù) 5 株玉米，105℃ 下殺青30 min，80℃ 烘干至恒重測定根、莖、葉、軸、籽粒干物質(zhì)量；植株各器官氮素含量采用 ATN-300全自動凱氏定氮儀測定，15N 豐度采用 MAT271 型氣體同位素質(zhì)譜儀檢測。

1.4 計算方法

15N 原子百分超=樣品或標(biāo)記氮標(biāo)記肥料的標(biāo)記氮豐度 – 標(biāo)記氮天然豐度；

植物吸收肥料氮量占植株總氮量百分率 Ndff =樣品15N 原子百分超/標(biāo)記肥料15N 原子百分超 × 100%；氮素積累量 (g/kg) = 干物質(zhì)積累量 × 氮素含量；肥料氮積累量=氮素積累量 × (測定樣品標(biāo)記氮豐度–自然界中標(biāo)記氮豐度)/肥料標(biāo)記氮豐度；

植株某一器官15N 積累量 = 該組織或器官的全氮 ×該組織或器官的 Ndff (%)；

植株氮素利用率 = 植株 Ndff% × 植株吸氮量/施氮量 × 100%；

肥料氮土壤殘留率 = (土樣干重 × 土壤全 N% ×土壤全氮原子百分超)/(施標(biāo)記肥量 × 肥料 N% × 肥料氮原子百分超) × 100%；

氮肥貢獻率 = 植株吸收肥料氮量/植株全氮 × 100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 DPS 7.05 版軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。用Microsoft Excel 2003 繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同追氮方式對玉米不同器官干物質(zhì)積累的影響

從表 1 可以看出，D1 和 D2 處理玉米各器官干物質(zhì)量高于其他處理，特別是 D2 處理與其他處理相比差異達到顯著水平 (P＜0.05)。除葉和籽粒外，D1、D2 處理與 S1 處理相比差異也達到顯著水平(P＜0.05)，N0 對照各器官干物質(zhì)積累最小，除與D1 處理莖差異不顯著外，與其他處理各器官差異達到顯著水平 (P＜0.05)。玉米不同器官干物質(zhì)積累量以籽粒最大，說明生育后期不同器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移到籽粒中去，來滿足籽粒的營養(yǎng)需要。從植株干物質(zhì)積累總量看，干物質(zhì)量積累變化順序依次為 D2＞D1＞S1＞N0 處理。說明在氮素總量不變的條件下，玉米在拔節(jié)期追施氮肥深追好于淺追，而從深追次數(shù)分析，在玉米拔節(jié)期和大喇叭口期分兩次深追好于在拔節(jié)期一次深追，且顯著好于氮肥淺追。

表1 不同追氮處理玉米不同器官干物質(zhì)積累量 (g/plant)Table 1 Dry matter accumulation of maize under different nitrogen topdressing treatment

表2 不同追氮方式玉米不同器官氮素含量及積累量 (g/plant)Table 2 N content and accumulation in different organs of maize under different nitrogen topdressing treatment

2.2 追氮處理對玉米不同器官氮素含量和積累量的影響

從表 2 可以看出，追氮提高了玉米各器官成熟期氮素含量和積累量，各器官氮素含量和積累量均顯著高于 N0 (P＜0.05)；D2 處理各器官氮素含量除莖外，與其他處理相比差異均達到顯著水平 (P＜0.05)，D2 和 D1 處理各器官氮素積累量高于 S1 處理，除莖和軸外，根、葉和籽粒氮素積累量差異均達到顯著水平 (P＜0.05)。不同器官氮素積累量不同，成熟期氮素主要積累在籽粒，不同處理間差異顯著。說明在玉米拔節(jié)期或大喇叭口期深度追施氮肥能夠提高不同器官對氮素的吸收積累，以氮肥深追二次效果最好。

2.3 追氮方式對玉米不同器官15N 積累量及分配率的影響

從表 3 可以看出，D2、D1 處理15N 積累量顯著高于 S1 處理 (P＜0.05)，D2 處理高于 D1 處理，除軸外，各器官15N 積累量差異達到顯著水平 (P＜0.05)。15N 積累量以籽粒最大，莖最小。從15N 分配率得出，根和籽粒的15N 分配 D2 處理和 D1 處理高于 S1處理，葉和軸的 S1 處理高于 D2 處理和 D1 處理，莖部 D1 處理高于 S1 處理，D2 處理低于 S1 處理，籽粒15N 分配變化順序依次為 D2＞D1＞S1處理。說明不同追氮方式影響著玉米不同器官15N 積累量及氮素在籽粒中的分配率。

表3 不同追氮處理玉米不同器官15N 積累量(mg/plant)及分配率(%)Table 315N accumulation and distribution in different organs of maize under different N topdressing treatment

2.4 追氮方式對玉米植株15N 利用率的影響

從表 4 可以看出，與 S1 處理相比，D2、D1 處理玉米15N 標(biāo)記氮素利用率分別顯著提高了 26.0% 和14.1%，D2 處理與 D1 處理差異也達顯著水平 (P＜0.05)；土壤15N 殘留率分別降低了 2.1% 和 1.2%，D2 處理與 S1 處理差異達到顯著水平 (P＜0.05)；氮素損失率分別顯著減少了 23.9% 和 12.9%；氮素貢獻率分別提高了 3.6% 和 0.6%，D2 處理與 S1 處理相比差異達到顯著水平。

表4 不同追氮方式下玉米植株15N 利用率 (%)Table 4 N use efficiency of maize under different nitrogen topdressing methods

3 討論

氮肥追施深度和次數(shù)能夠提高玉米不同器官對氮素的積累量及分配率。謝佳貴[6]等研究表明，氮肥合理運籌有利于植株對氮素的積累量；高飛[7]等研究表明化肥配施有機肥玉米不同器官隨著生育期推進，氮積累量不斷增加，到成熟期達到最大值，籽粒中氮素積累量最大；張總正[8]等研究表明，深松和施氮能夠促進春玉米氮素向籽粒中積累和分配。本研究表明，在氮素總量不變下，氮肥深追和分次深追能夠促進不同器官對15N 的積累量，減少15N 在葉和軸中分配率，提高在籽粒中的分配率。

氮肥追施深度和次數(shù)能夠提高玉米氮素利用率，減少氮素損失。吳永成[9]等通過對夏玉米15N 示蹤研究表明，一次追施15N 標(biāo)記氮肥的回收率為41.2%～47.8%，15N 殘留率為 40.7%～47.5%；李偉波等[10]研究認(rèn)為氮肥深施并增加追肥次數(shù)肥料氮的總損失為 16%～27%，土壤殘留率為 34%～54%；王宜倫等[11]研究表明氮肥后移能夠提高夏玉米氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效率，晚收條件下氮肥利用率提高了 3.5%～6.9%，氮肥農(nóng)學(xué)效率提高了 0.8～1.6 kg/kg。本研究利用15N 標(biāo)記技術(shù)研究表明，氮肥分次深追降低了土壤氮肥殘留率和氮素損失率，15N 殘留率為 13.66%～14.57%，15N 損失率為 16.62%～27.62%。氮肥損失率與李偉波研究幾乎相同，但殘留率明顯降低，可能是土壤類型不同導(dǎo)致，需進一步研究。與氮肥淺追相比，氮肥分兩次深追可顯著提高氮肥利用率14～26 個百分點，肥料氮貢獻率提高 0.6～3.4 個百分點，并顯著降低氮素損失率。

4 結(jié)論

氮肥深追可顯著提高玉米不同器官的氮積累量和在籽粒中的分配率。在氮肥總量不變條件下，氮肥深追玉米氮肥殘留率為 13.7%～14.6%，氮肥損失率為 16.6%～27.6%。氮肥深追與淺追相比，氮肥利用率可提高 14.1%～26.0%，氮肥貢獻率可提高0.6%～3.6%。氮肥二次深追效果好于一次。

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Improvement of nitrogen fertilizer dressing in deep soil on absorption, allocation and utilization of15N of maize

ZHU Bao-guo1, HAN Xu-dong1, ZHANG Chun-feng1*, JIA Hui-bin1, MENG Qing-ying1, WANG Nan-nan1, KUANG En-jun2
( 1 Jiamusi Branch, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Jiamusi, Heilongjiang 154007, China; 2 Institute of Soil Fertilizer and Environment Resource, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150086, China )

【Objectives】Using the15N tracing technology, we analyzed effects of different nitrogen topdressing methods on absorption, distribution and utilization of nitrogen of maize in cold zone, and offered theoretical assistance to the reasonable fertilization of the maize.【Methods】Maize cultivar Demeiya 3 was used as material in a field pot experiment, the field experiment was set with the different nitrogen topdressing methods, namely, N0 (without N), once surface topdressing (S1), once deep topdressing (D1) and twice deep topdressing (D2). The dry mater biomass and N use efficiencies were analyzed.【Results】Deep dressing of nitrogen were more effective in the biomass accumulation than surface dressing (S1), and the effect of the D2 was better than that of the D1 treatment (P＜0.05). The N contents in all the tested organs, except in stem, in the treatment D2 were significantly higher than D1 and S1 (P＜0.05)，and the N accumulation in D2 were significantly higherthan in D1 and S1 in all the organs but for stem and shaft (P＜0.05)；The labeling15N abundance in D2 and D1 are higher than in S1 (P＜0.05) as well, but for axis1 (P＜0.05)；The distribution of15N in roots and seeds were significantly higher in D2 than in D1 and S1，but those in the leaves and axis were higher in S1 than in D1 and D2；Compared with S1, The use efficiency of15N in D2, and D1 were improved by 26.0% and 14.9% respectively (P＜0.05) ,the residue of15N decreased by 2.1% (P＜0.05) and 1.2% respectively, and the loss of nitrogen in D2 and D1 were reduced by 23.9% and 12.9% respectively，the contribution of N fertilizer on the increase of n use efficiency were improved 3.6% and 0.6% in D2 and D1 respectively (P＜0.05).【Conclusions】Twice deep dressing of nitrogen fertilizer performs satisfactory in increasing the absorption and distribution of N in different organs of maize, and increase the usage efficiency of nitrogen and the contribution rate of nitrogen fertilizer to the yield, reducing residues and losses of N in soil. Therefore the measurement should be recommended in the cold area tested.

nitrogen topdressing; maize; absorption and allocation; nitrogen use efficiency

S156

A

1008–505X(2016)06–1696–05

2016–01–12 接受日期：2016–03–06

黑龍江省科研機構(gòu)創(chuàng)新能力提升專項計劃項目（YC2014D002）；國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503116-1）；黑龍江省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程重點項目（ZD010）資助。

朱寶國（1982—），男，黑龍江依蘭人，碩士，助理研究員，主要從事土壤肥料與植物營養(yǎng)研究。

E-mail：zhubaoguo82@163.com。* 通信作者 E-mail：chunfeng-1@163.com