劉志恒，徐開未，王科，解晉，王佳銳，趙亞妮，陳遠(yuǎn)學(xué)*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都611130；2.四川省樂山市五通橋區(qū)農(nóng)業(yè)局，四川樂山614800）

氮素是玉米生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素之一，也是最重要的產(chǎn)量限制因子，因此，合理施用氮肥，做好氮素管理在玉米生產(chǎn)中具有十分重要的意義[1]。長期施用氮肥對玉米產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分均有一定的影響[2]。朱兆良[3]認(rèn)為，除作物吸收及在轉(zhuǎn)化過程中的損失外，化學(xué)氮肥主要以無機(jī)態(tài)氮的形態(tài)存在于土壤中[4]，玉米對氮肥較為敏感，施氮后增產(chǎn)效果明顯[5]。同時，由于玉米的耐肥性較強(qiáng)，近年來玉米氮肥超量施用問題突出，因而造成氮肥利用率顯著下降，對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅，這不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益問題，也是生態(tài)環(huán)境安全問題[6-8]。基于此，玉米生產(chǎn)注重土壤質(zhì)量培育和可持續(xù)利用，玉米高產(chǎn)及其可持續(xù)性的研究越來越受到人們重視；對玉米產(chǎn)量的研究不再局限于當(dāng)季或單季，還需要研究連續(xù)多年產(chǎn)量的變化[9]。近年來研究不同氮肥處理對玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及氮素平衡的報道也較多[10]，但缺乏多年定位定量施肥對玉米產(chǎn)量、各器官氮磷鉀養(yǎng)分累積、氮素平衡的研究。本研究通過田間定位試驗，研究長期定量施用不同量的氮肥對玉米產(chǎn)量、各器官養(yǎng)分積累量、肥料利用率及收獲期耕層土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量的影響，從而為提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用率、減少氮肥污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地位于四川省雅安市雨城區(qū)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場，土壤類型為紫色土，土壤質(zhì)地為黏質(zhì)重壤土，耕種前耕層（0～20 cm）混合土樣的基本理化指標(biāo)為pH 6.1、有效磷19.4 mg/kg、速效鉀76.3 mg/kg、有機(jī)質(zhì)35.6 g/kg、全氮2.23 g/kg、堿解氮116 mg/kg。

1.2 試驗材料

玉米品種選用四川省及農(nóng)業(yè)部主推優(yōu)良品種“川單418”。試驗施用氮肥為尿素（含N 46%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O512%），均購自四川省雅安市農(nóng)貿(mào)市場。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗為多年田間定位試驗，時間從2009—2014年，期間各處理施肥量不變。試驗設(shè)計為5個氮水平處理，施氮（N）量分別為 0、90、180、270、390 kg/hm2，依次記為 N0、N1、N2、N3、N4。所有處理統(tǒng)一施底肥（P2O575 kg/hm2，K2O 105 kg/hm2），氮肥用量按底肥、拔節(jié)肥、穗肥分別為30%、30%、40%施用。為便于長期定位和氮肥管理，試驗采用裂區(qū)設(shè)計，5個大區(qū)分別設(shè)置5個氮處理，每個大區(qū)長8 m、寬10 m，大區(qū)之間間隔2 m；每個大區(qū)再劃分為4個小區(qū)作為4次重復(fù)，小區(qū)面積為18 m2（2 m×9 m）。

1.4 試驗實施

玉米于2014年3月25日育苗，4月13日（二葉一心期）移栽。玉米采用寬窄行種植，寬行1.5 m，窄行0.5 m，穴距0.38 m，每穴植苗2株，種植密度為5.7萬株/hm2。試驗田間管理同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)地。

1.5 測定項目及方法

在玉米吐絲期和收獲期分別從每個小區(qū)隨機(jī)采集5株作為樣品，分根、莖、葉鞘、葉、苞葉、玉米芯和籽粒制樣，105℃殺青30 min，75℃烘干至恒量，測定玉米各器官干物質(zhì)量；粉碎過0.25 mm篩用于測定全氮、磷、鉀含量[11]。采樣后全部實收計產(chǎn)。

1.6 各指標(biāo)計算公式及數(shù)據(jù)處理

植株氮積累量=根生物量×根氮含量＋∑（地上部各器官生物量×各器官氮含量）；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量－不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量）/氮肥施用量；

氮素收獲指數(shù)=籽粒吸氮量/地上部總吸氮量×100%；

氮肥當(dāng)季利用率=（施氮區(qū)植株吸氮量－無氮區(qū)植株吸氮量）/施氮量×100%；

氮肥偏生產(chǎn)力（PFP-N）=籽粒產(chǎn)量/氮肥施用量。

所有數(shù)據(jù)用Excel 2010作圖，DPS 9.50統(tǒng)計分析，用最小顯著差異法進(jìn)行差異顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平對玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，施氮處理（N1、N2、N3、N4）的各項指標(biāo)都顯著高于N0，并在N2水平達(dá)到最大。相對于N0水平，N1、N2、N3和N4的增產(chǎn)率分別為83.8%、116.1%、109.7%和69.4%，其中N4相對于N2、N3產(chǎn)量下降明顯。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，玉米在不同氮處理下的穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量表現(xiàn)為 N2＞N3＞N4＞N1＞N0，這說明適宜的施氮量有益于玉米穗粒數(shù)的提高和灌漿，不施或過多施氮均會抑制玉米穗粒形成。從農(nóng)藝性狀來看，施氮處理的玉米株高、穗位高、穗長和穗粗均明顯高于不施氮（N0）處理，表明施氮有利于玉米植株的生長和穗的發(fā)育。

2.2 不同施氮水平對吐絲期和收獲期玉米生物量的影響

如圖1所示，相對于不施氮處理（N0），施氮處理玉米吐絲期及收獲期的植株生物量均顯著增加。隨施氮量增加，玉米吐絲期和收獲期的植株生物量均表現(xiàn)為先顯著增加后又顯著降低的趨勢，在N2處理達(dá)最大值，分別比N0、N1、N3、N4處理高出197.5%、23.0%、9.4%、9.6%。這說明適量施用氮肥有利于玉米的生長，不施或施用過多均會產(chǎn)生抑制作用。此外，本研究表明，從吐絲期到收獲期，N0、N1、N2、N3、N4處理的花后干物質(zhì)積累量分別為3 096、9 155、12 112、10 667、10 173 kg/hm2，其中N0處理的最小，N2處理的最大，且N2處理的收獲指數(shù)（籽粒占植株總生物量的比例）也最高，表明N2處理水平最有利于玉米花后干物質(zhì)積累和向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，施氮處理的玉米根系生物量均高于N0處理，且隨施氮量的增加呈先增加后有所下降的趨勢，表明施適量氮肥有利于玉米根部生長。吐絲期 N0、N1、N2、N3、N4處理的根冠比分別為0.14、0.14、0.15、0.14、0.13，也是N2處理的最大，說明適宜的施氮處理有利于增大根/冠比，促進(jìn)根的生長，從而更有效地吸收土壤中的水分和養(yǎng)分以供應(yīng)玉米生長，而高氮處理更大地促進(jìn)了冠層生長，從而降低了根/冠比。

2.3 不同施氮水平對玉米籽粒養(yǎng)分含量及氮肥農(nóng)學(xué)效應(yīng)的影響

如表2所示，隨著施氮量的增加，玉米籽粒含氮磷鉀量均有增加趨勢，且N2、N3、N4處理的籽粒含氮量顯著高于N0和N1，表明施氮肥對玉米的氮磷鉀養(yǎng)分吸收具有一定促進(jìn)作用。收獲指數(shù)是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量占生物量的百分比，在本試驗中，N0、N1、N2、N3、N4處理的氮收獲指數(shù)分別為57.7%、61.1%、63.8%、66.7%、51.9%，N2和N3處理顯著高于N0和N4處理，說明氮收獲指數(shù)在一定程度上受施肥量的影響，適量施氮有利于提高氮收獲指數(shù)。此外，玉米氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率均隨施氮量的增加而不斷降低，表明中氮處理（N2）基本能夠滿足玉米生長的需求，氮利用效率相對較高，高氮處理（N4）的氮肥利用率最低（29.9%），而低氮不能滿足玉米的需氮量。綜合產(chǎn)量、氮肥利用率等指標(biāo)，N2處理的玉米氮收獲指數(shù)、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率相對較高，因此本研究認(rèn)為，在這5個處理中多年合理施氮量應(yīng)控制在N2水平，即180 kg/hm2為最佳。

表1 不同施氮水平對玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 1 Effects of different nitrogen application levels on agronomic traits and yield components of maize

圖1 吐絲期（A）和收獲期（B）玉米干物質(zhì)積累量Fig.1 Biomass acquisition of maize at tasseling stage(A)and harvesting stage(B)

2.4 不同施氮水平對玉米各器官養(yǎng)分積累及分配的影響

如表3所示，在不同的施氮水平下，玉米各器官的氮積累量均表現(xiàn)為籽粒＞葉＞莖＞葉鞘＞玉米芯＞苞葉＞根，總氮平均積累量為163.6 kg/hm2，其中籽粒、葉、莖、葉鞘、玉米芯、苞葉、根分別占61.6%、20.6%、5.8%、4.6%、3.8%、2.2%和1.2%；磷平均積累量表現(xiàn)為籽粒＞莖＞葉＞根＞葉鞘＞玉米芯＞苞葉；鉀平均積累量表現(xiàn)為籽?！智o＞葉＞葉鞘＞苞葉＞玉米芯＞根。表明氮主要積累在籽粒中，其次是葉片中；磷主要積累在籽粒中，其次是莖葉中；鉀主要積累在籽粒和莖中。

表2 玉米籽粒養(yǎng)分含量及氮肥利用效率Table 2 Nutrient content of maize kernel and nitrogen use efficiency

玉米各器官對氮磷鉀的吸收量都是施氮處理顯著高于不施肥處理。與不施氮(N0)相比，N1、N2、N3、N4處理籽粒吸氮量分別增加1.16倍、2.19倍、2.17倍、1.72倍，全株吸氮量分別增加1.08倍、1.87倍、1.86倍、1.63倍；磷、鉀也有相近的變化趨勢。隨施氮量增加，籽粒和葉片吸氮量是先增加后降低，在N2處理達(dá)最大值，而莖、葉鞘、苞葉、芯和根的吸氮量呈持續(xù)增加趨勢；全株吸氮量呈先增加后降低的趨勢，在N2處理達(dá)最大。玉米籽粒和莖對P、K的吸收量隨施氮量增加呈先增加后降低，而葉、葉鞘、苞葉、芯和根的P、K吸收量隨施氮量增加而持續(xù)增加。全株吸收N、P、K的量都是呈先增加后降低的趨勢，基本都在N2處理水平達(dá)最大。總體表明，適宜的氮肥處理（180 kg/hm2）才有利于玉米的生長和對N、P、K養(yǎng)分的吸收。玉米同一器官對N、P、K的吸收差異明顯，籽粒是N＞P＞K，莖和苞葉是K＞N＞P，葉片、葉鞘和芯都是N＞K＞P，根中雖是K＞N＞P，但N、P、K較均衡（表3）。

表3 玉米各器官養(yǎng)分積累及分配Table 3 Nutrient accumulation and distribution in different organs of maize kg/hm2

2.5 玉米收獲期土壤無機(jī)氮含量

如表4所示，玉米收獲后土壤表層銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量都是施氮處理高于不施氮處理，并隨施氮量的增加而增加。在相同條件下，土壤硝態(tài)氮含量均高于銨態(tài)氮含量，隨施氮量增加土壤銨態(tài)氮的變化程度比土壤硝態(tài)氮的大。相對于不施氮處理（N0），N1、N2、N3、N4處理的土壤硝態(tài)氮含量分別增加30.6%、36.8%、67.5%、87.6%，土壤銨態(tài)氮含量分別增加41.8%、69.0%、96.3%、98.0%。

表4 土壤無機(jī)態(tài)氮含量Table 4 Soil mineral nitrogen content mg/kg

3 討論

3.1 不同氮用量下玉米生長的響應(yīng)

玉米屬C4植物，生長需求較多的養(yǎng)分供應(yīng)，而氮是主要的營養(yǎng)要素之一。有關(guān)玉米氮營養(yǎng)的研究已有很多[12-15]。本研究是在田間定位試驗條件下，研究不同施氮量的效應(yīng)。結(jié)果表明，玉米株高、穗位高、穗長、穗粗、吐絲期及收獲期植株生物量，以及穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量均是施氮處理顯著高于不施氮處理，隨施氮量增加均呈先增加而后降低的變化趨勢，基本都在N2處理達(dá)最大。根冠比和收獲指數(shù)也是在N2處理最高。說明施氮有利于玉米植株的生長和穗粒的發(fā)育，但施氮量要適宜，適量施氮最有利于根冠協(xié)調(diào)，利于玉米花后干物質(zhì)積累及向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，不施或施用過多均會產(chǎn)生抑制作用[16]。本研究還發(fā)現(xiàn)，多年大量施氮肥并不會使玉米產(chǎn)量持續(xù)增加，超過合理水平反而會降低，因此在實際應(yīng)用中若過多施肥后可考慮減少施肥以防止玉米產(chǎn)量的下降。本研究認(rèn)為，長期施氮量保持在180 kg/hm2最有利于玉米生物量的積累和籽粒產(chǎn)量的穩(wěn)定。

3.2 玉米各器官的養(yǎng)分吸收特征及氮肥利用率

玉米不同器官吸收同一養(yǎng)分或同一器官吸收不同養(yǎng)分均有明顯差異，這是由玉米的營養(yǎng)特性決定的。本研究中，養(yǎng)分吸收（含量）的差異表現(xiàn)為：籽粒是N＞P＞K，莖和苞葉是K＞N＞P，葉片、葉鞘和芯都是N＞K＞P，根中N、P、K較均衡。玉米各器官的氮積累量為籽粒＞葉＞莖＞葉鞘＞玉米芯＞苞葉＞根，氮主要積累在籽粒中（占61.6%），其次是葉片中（占20.6%）；玉米各器官的磷積累量為籽粒＞莖＞葉＞根＞葉鞘＞玉米芯＞苞葉，磷主要積累在籽粒中（占59.4%），其次是莖（占16.7%）和葉（占11.9%）中；玉米各器官的鉀積累量是籽?！智o＞葉＞葉鞘＞苞葉＞玉米芯＞根，鉀主要積累在籽粒（占26.2%）和莖（占26.0%）中，其次在葉片和葉鞘中（共占27.7%）。明了這些營養(yǎng)特性有助于對玉米進(jìn)行合理的營養(yǎng)調(diào)控與管理。

據(jù)報道，我國玉米的氮肥利用率自20世紀(jì)80年代以來呈下降趨勢，平均只有26.1%，遠(yuǎn)低于國際水平[6]。何萍等[17]研究表明，適宜氮素用量能提高營養(yǎng)體及籽粒對氮素的再分配率，有利于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成。長期不施肥會嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量，而長期過量施肥會顯著提高土壤中硝態(tài)氮的濃度，增加氮素淋失的威脅[18-19]。玉米收獲期土壤銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量過高會對環(huán)境產(chǎn)生污染，保持適量的無機(jī)態(tài)氮能維持土壤肥力，因此，適量施用氮肥使收獲期土壤硝態(tài)氮與銨態(tài)氮含量相對較低，從而減少硝態(tài)氮對環(huán)境的污染[20-22]。本研究中，隨施氮量增加，玉米籽粒和葉片吸氮量是先增加后降低，在N2處理達(dá)最大值，而莖、葉鞘、苞葉、芯和根的吸氮量呈持續(xù)增加趨勢；玉米籽粒和莖對P、K的吸收量隨施氮量增加呈先增加后降低，而葉、葉鞘、苞葉、芯和根的P、K吸收量隨施氮量增加而持續(xù)增加；全株吸收N、P、K量都是呈先增加后降低的趨勢，基本都在N2處理水平達(dá)最大。玉米氮肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥利用率均隨施氮量的增加而不斷降低，中氮處理（N2）的氮利用率和利用效率都較高，而高氮處理（N4）的氮肥利用率只有29.9%，土壤無機(jī)氮有一定積累。表明只有適量施用氮肥才能兼顧玉米高產(chǎn)、高效及環(huán)境保護(hù)。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，施氮肥能夠提高玉米農(nóng)藝性狀和植株養(yǎng)分積累量，長期不施氮肥會嚴(yán)重降低玉米產(chǎn)量，長期施用180 kg/hm2的氮肥能夠最好地保持土壤供氮能力，維持土壤無機(jī)態(tài)氮在相對較低水平而減少污染，促進(jìn)玉米生長并獲得高產(chǎn)。

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