緩釋肥分層底施對夏玉米生長、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響

宮 宇，段巍巍，王貴彥，陳宗培，陳召月，薛佳欣，李 奔

(河北農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院/河北省作物生長調(diào)控重點實驗室，河北 保定 071000)

玉米是我國主要的糧食作物，也是重要的飼料和工業(yè)原料。隨著農(nóng)村人口向城市的轉(zhuǎn)移，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力逐漸減少，玉米簡化栽培技術(shù)勢在必行。緩釋肥分層底施是指應(yīng)用長效緩釋肥料，采用機械化耕作，在播種的同時，將肥料施入不同土層，既能夠滿足作物生育期間持續(xù)的養(yǎng)分需求，又與農(nóng)民對簡化栽培技術(shù)的要求相吻合。因此，研究緩釋肥分層底施對玉米生長發(fā)育的影響及其生產(chǎn)實踐效果具有重要意義。研究表明，施用緩釋肥料是減少施肥次數(shù)的重要途徑，并且能增加作物產(chǎn)量[1-2]。玉米專用緩釋肥減少了肥料養(yǎng)分損失，提高了肥料養(yǎng)分利用率[3-5]。張博等[6]認為，緩釋肥促進了夏玉米對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收利用，尤其可以顯著提高氮肥利用率，保證土壤后期速效氮的供應(yīng)[7]，從而增加玉米干物質(zhì)的積累量[8]。金容等[9]研究發(fā)現(xiàn)，普通尿素摻混一定比例的控釋尿素一次性底施可顯著提高玉米各生育時期耕層土壤的含氮量，增加玉米中后期的氮素積累量，從而提高產(chǎn)量。石寧等[10]認為，控釋肥能夠?qū)崿F(xiàn)減氮不減產(chǎn),原因是減少了氮肥損失,降低了土壤中硝態(tài)氮的累積和遷移。張培蘋[11]認為，玉米施用緩釋肥主要通過增加穗粒數(shù)和粒質(zhì)量實現(xiàn)增產(chǎn)。在低濕耕地上，玉米分層配比施用化肥較種肥+追肥模式增產(chǎn)效果顯著，增產(chǎn)率達6.8%～36.4%[12]。無論是普通化肥分層施用還是控釋摻混肥分層施用均較不分層施肥提高冬小麥產(chǎn)量[13]。張美微等[14]認為，分層施肥方式主要是通過提高玉米植株葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累，達到增產(chǎn)效果。李颯等[15]研究發(fā)現(xiàn)，玉米的籽粒產(chǎn)量主要來源于開花后光合產(chǎn)物的積累[16-18]。完熟期干物質(zhì)積累的多少在很大程度上是由花后干物質(zhì)積累量決定的，提高花后干物質(zhì)積累量及積累比例是獲取高產(chǎn)的途徑。氮肥運籌對玉米干物質(zhì)積累、分配、轉(zhuǎn)運有著重要影響[19-20]。目前，對于玉米緩釋肥及其分層施用的研究主要集中在肥料利用率、土壤和植株養(yǎng)分等方面，而在對玉米生長和干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運的影響方面鮮有報道。鑒于此，研究了緩釋肥分層底施對玉米群體生長、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運以及產(chǎn)量的影響，旨在為玉米簡化施肥技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗田概況

試驗于2018年在河北農(nóng)業(yè)大學曲周試驗站進行。該地位于河北省南部太行山東麓海河平原的黑龍港流域，地處東經(jīng)114°50′115°13′、北緯36°34′36°57′，平均海拔39.6 m，屬暖溫帶大陸性季風氣候。試驗田土壤為潮褐土，播前耕層土壤養(yǎng)分含量為有機質(zhì)10.5 g/kg、全氮1.25 g/kg、堿解氮24.09 mg/kg、速效磷21.96 mg/kg、速效鉀122 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試玉米品種為鑫瑞25，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)3個施肥模式處理，分別是緩釋肥分層底施模式(M1)、普通化肥底施模式(M2)、普通化肥底施+追施模式(M3，當?shù)剞r(nóng)戶傳統(tǒng)施肥模式)。其中，M1模式施肥量為N 210 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，氮肥類型為緩釋尿素，分上、下2層施入，上層施肥深度為0～15 cm，下層施肥深度為15～30 cm，上、下層施氮肥比例為3∶7，磷、鉀肥全部施入下層；M2模式施肥量與M1相同，肥料類型為復(fù)合肥+速效尿素，肥料作為底肥一次性施入，深度0～15 cm；M3模式底肥施用復(fù)合肥，拔節(jié)期追施速效尿素，深度0～15 cm，施肥量為N 357 kg/hm2，P2O5132 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2，氮肥基追比為12∶5。小區(qū)面積72 m2(12 m×6 m),每個處理重復(fù)3次，密度67 500株/hm2，60 cm等行距種植，2018年6月15日播種，9月30日收獲，其他管理措施與常規(guī)高產(chǎn)農(nóng)田相同。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 葉面積 分別于玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄期、灌漿期、成熟期取樣，每個重復(fù)取長勢均勻的植株3株，測定全部葉片的長度和寬度，計算葉面積。

1.3.2 干物質(zhì)積累量 與葉面積測量同步進行。在各個生育時期，測定取得樣株的葉面積后將植株按器官分離，置于105 ℃烘箱中殺青30 min，隨后于80 ℃烘干至恒質(zhì)量，冷卻后稱質(zhì)量(天平精確度0.01 g)，并計算干物質(zhì)積累量及其轉(zhuǎn)運情況。計算公式如下：

花后干物質(zhì)積累量=成熟時干質(zhì)量-抽雄期干質(zhì)量(即花前干物質(zhì)積累量)；

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量=營養(yǎng)器官最大干質(zhì)量-成熟期干質(zhì)量；

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率=(營養(yǎng)器官最大干質(zhì)量-成熟期干質(zhì)量)÷營養(yǎng)器官最大干質(zhì)量×100%；

營養(yǎng)器官對籽粒的貢獻率=(營養(yǎng)器官最大干質(zhì)量-成熟期干質(zhì)量)÷籽粒干質(zhì)量×100%。

1.3.3 作物生長分析 群體生長率(CGR)=(w2-w1)/(t2-t1)；凈同化率(NAR)=[(lnL2-lnL1)/(L2-L1)]×[(w2-w1)/(t2-t1)]。

式中，L1、w1和t1為第1次測定時的單位面積葉面積、植株干質(zhì)量和測定時間；L2、w2和t2為第2次測定時的單位面積葉面積指數(shù)、植株干質(zhì)量和測定時間。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 玉米成熟時，每個處理收獲10 m 2行果穗，稱取所有果穗的總鮮質(zhì)量，按平均鮮穗質(zhì)量從中選取20穗?？疾焖氩啃誀罴爱a(chǎn)量構(gòu)成指標，包括穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量等，測定籽粒含水量，按14%水分折算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 緩釋肥分層底施對夏玉米生長的影響

2.1.1 群體生長率 群體生長率反映作物單位時間內(nèi)單位面積的群體干物質(zhì)生產(chǎn)情況。由表1可見，M1、M3模式夏玉米群體生長率均在大喇叭口期—抽雄期達到最大值，分別為50.47、46.31 g/(m2·d)，M2模式夏玉米群體生長率在拔節(jié)期—大喇叭口期最高，為37.95 g/(m2·d)。拔節(jié)期—大喇叭口期3個模式夏玉米群體生長率均差異顯著，表現(xiàn)為M2>M1>M3。大喇叭口期—抽雄期M1和M3模式的群體生長率分別是M2模式的2.82倍和2.59倍；抽雄期—灌漿期3個模式間差異不顯著；灌漿期—成熟期3個模式間群體生長率均差異顯著，M1和M3模式分別是M2模式的3.37倍和2.07倍?？梢?，M1模式下夏玉米在生育后期仍能保持較高的群體生長率，更利于后期干物質(zhì)的積累；而M2模式下夏玉米僅在生育前期具有較高的群體生長率。

表1 緩釋肥分層底施對夏玉米各生育時期群體生長率的影響Tab.1 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on population growth rate of summermaize at different growth stages

g/(m2·d)

注：同列不同小寫字母表示在5%水平上差異顯著，下同。

Notes:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 5% level,the same below.

2.1.2 凈同化率 表2顯示，M1和M3模式下夏玉米凈同化率全生育期均表現(xiàn)為升—降—升的趨勢,大喇叭口期—抽雄期凈同化率最高，抽雄期—灌漿期最低；M2模式下夏玉米凈同化率全生育期呈降低—升高的趨勢，拔節(jié)期—大喇叭口期最高，抽雄期—灌漿期最低。拔節(jié)期—大喇叭口期M3模式凈同化率分別較M1、M2 模式顯著降低28.9%、37.7%，M2模式的凈同化率最高，說明底肥常規(guī)深度施肥方式有利于玉米前期的生長。不同模式間大喇叭口期—抽雄期和抽雄期—灌漿期凈同化率差異均不顯著。不同模式間灌漿期—成熟期凈同化率差異顯著，M1模式分別是M2和M3模式的2.37倍和 1.55倍，說明緩釋肥分層底施處理在生育后期仍能保持較高的光合生產(chǎn)能力。

2.2 緩釋肥分層底施對夏玉米干物質(zhì)積累的影響

由圖1A可以看出，拔節(jié)期3個模式的夏玉米干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為M1最高，其次是M2，M3最低，但差異不顯著；大喇叭口期干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為M2>M1>M3，模式間差異不顯著；抽雄期M1模式干物質(zhì)積累量分別較M2和M3模式顯著提高34.1%和22.6%，M2、M3模式差異不顯著；灌漿期3種模式間差異均顯著，M1、M2、M3干物質(zhì)積累量分別為12 473、10 448、11 090 kg/hm2；成熟期M1模式分別比M2、M3模式顯著提高29.0%、20.3%?？梢?，緩釋肥分層底施模式下，玉米抽雄期及以后能夠維持較高的干物質(zhì)積累能力。圖1B顯示，M1模式花前和花后的干物質(zhì)積累量均顯著高于M2和M3模式，而M2與M3模式花前的干物質(zhì)積累量無顯著差異；M1、M2、M3模式花后干物質(zhì)積累量差異顯著，分別為9 841、7 930、8 358 kg/hm2，占總干物質(zhì)積累量的49.7%、51.7%、50.8%。

表2 緩釋肥分層底施對夏玉米各生育時期凈同化率的影響

Tab.2 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on net assimilation rate of summer maize at different growth stages g/(m2·d)

不同小寫字母表示同一時期不同模式在5%水平上差異顯著Different lowercase letters indicate that the difference among different patterns in the same period is significant at 5% level圖1 緩釋肥分層底施對夏玉米干物質(zhì)積累及其階段特征的影響Fig.1 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on dry matter accumulation of maize and its stage characteristics

2.3 緩釋肥分層底施對夏玉米營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運的影響

從表3看出，M1模式葉片、莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量均與M2、M3模式差異顯著，其中，M1模式葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量顯著低于M2、M3模式，莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量則介于M2與M3模式之間，比M2模式低43.4%，比M3模式高42.9%；M1模式葉片和莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運總量較M2模式顯著降低40.8%，較M3模式顯著提高 10.1%。

表3 緩釋肥分層底施對夏玉米營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運特征和貢獻率的影響Tab.3 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on dry matter transportation characteristic of maize vegetative organs and its contribution proportion to grain

3個處理葉片、莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率與干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量的變化趨勢一致。M1模式葉片的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率顯著低于M2和M3模式；3個模式間莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率差異顯著，表現(xiàn)為M2>M1>M3；M1模式葉片和莖鞘的總轉(zhuǎn)運率與M3模式差異不顯著，二者分別較M2模式顯著降低35.3%和29.2%。

M1模式葉片的轉(zhuǎn)運量對籽粒的貢獻率最低，顯著低于M2模式，與M3模式差異不顯著；M2模式莖鞘的轉(zhuǎn)運量對籽粒的貢獻率分別較M1和M3 模式顯著提高89.8%和148.0%；M1模式葉片和莖鞘的轉(zhuǎn)運量對籽粒的總貢獻率與M3模式無顯著差異，分別比M2模式顯著降低44.7%和45.2%。這是由于庫源反饋調(diào)節(jié)的作用，籽粒發(fā)育與灌漿對干物質(zhì)量需求較大，M2模式生育中后期干物質(zhì)積累能力較低，導(dǎo)致營養(yǎng)器官積累的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運較多。

2.4 緩釋肥分層底施對夏玉米穗部性狀和產(chǎn)量特征的影響

由表4可知，M1、M2、M3模式夏玉米穗行數(shù)、行粒數(shù)和穗數(shù)差異不顯著，穗粒數(shù)和產(chǎn)量表現(xiàn)趨勢一致，均為M1、M3模式顯著高于M2模式，M1和M3模式穗粒數(shù)差異不顯著，產(chǎn)量表現(xiàn)為M1模式較M2模式高 13.9%，較M3模式高5.2%。3個模式百粒質(zhì)量差異均不顯著。收獲指數(shù)總體表現(xiàn)為M3>M2>M1，M1模式的收獲指數(shù)分別較M2、M3模式降低 12.5%、16.9%，與M2模式差異不顯著，與M3模式差異顯著，M2模式與M1、M3之間差異均不顯著。

表4 緩釋肥分層底施對夏玉米穗部性狀與產(chǎn)量特征的影響Tab.4 Effect of slow-release fertilizer layered bottom application mode on ear characters and yield characteristics of maize

3 結(jié)論與討論

3.1 緩釋肥分層底施模式對夏玉米群體生長率和凈同化率的影響

增加灌漿期、結(jié)實期的干物質(zhì)生產(chǎn)能力是提高作物生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量的主要途徑[21]，作物群體生長率的高低決定了生物量的高低[22]。本研究結(jié)果表明，各施肥模式下夏玉米群體生長率在玉米生育后期差異顯著，緩釋肥分層底施顯著高于其他2個模式，說明分層施肥處理玉米在產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期能獲得大量的干物質(zhì)積累，以保證源源不斷的營養(yǎng)輸送到籽粒中，增加產(chǎn)量。凈同化率是衡量作物光合能力的重要指標之一。本研究結(jié)果表明，夏玉米的凈同化率峰值基本出現(xiàn)在大喇叭口—抽雄期以及灌漿期—成熟期2個階段，呈升—降—升的變化趨勢，這與侯玉虹等[23]的研究結(jié)果基本一致。大喇叭口期至灌漿期不同施肥模式間的凈同化率差異均不顯著，灌漿期—成熟期夏玉米凈同化率表現(xiàn)為M1>M3>M2，呈顯著差異，這可能是因為隨著深層緩釋肥中養(yǎng)分逐漸釋放，緩釋肥分層底施處理的玉米能在生長后期持續(xù)獲取充足的養(yǎng)分供植株生長，有利于干物質(zhì)積累。

3.2 緩釋肥分層底施模式對夏玉米干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運的影響

作物生育期內(nèi)的干物質(zhì)積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，籽粒產(chǎn)量的高低取決于干物質(zhì)的積累、分配與轉(zhuǎn)運規(guī)律[24-25]，且主要決定于生育后期的光合生產(chǎn)能力。生育后期光合生產(chǎn)的干物質(zhì)量對籽粒的貢獻率高達78%～84%[26]。本研究結(jié)果表明，玉米抽雄前各施肥模式間干物質(zhì)積累差異不顯著，抽雄—成熟期緩釋肥分層底施模式的玉米干物質(zhì)積累量顯著高于其他2個處理，M3模式顯著高于M2模式，這是因為隨著生育時期的推進，緩釋肥分層底施模式深層緩釋肥養(yǎng)分逐漸釋放，能源源不斷地為玉米干物質(zhì)積累提供養(yǎng)分，使玉米的干物質(zhì)積累量一直保持在較高水平上，M3模式拔節(jié)期追肥后有利于植株器官建成，為干物質(zhì)的積累奠定了基礎(chǔ)。周寶元等[27]研究認為，隨著玉米生育后期干物質(zhì)積累的增加，玉米對氮素的吸收量也逐漸增加，緩釋肥的養(yǎng)分持續(xù)釋放在時間上有利于玉米對氮素的吸收，與本研究結(jié)果一致。

營養(yǎng)器官干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運與分配是玉米籽粒產(chǎn)量形成的重要因素[20,28]。本研究結(jié)果表明，3個處理中M2 模式無論是葉片還是莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率以及對籽粒的貢獻率均最高，說明M2模式在玉米生育后期光合能力急速下降，無法為籽粒提供充足的養(yǎng)分，促使莖、葉、鞘中的大量養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)運，致使植株出現(xiàn)早衰。劉克禮等[29]提出，玉米各器官向籽粒轉(zhuǎn)運的干物質(zhì)總量對籽粒的貢獻率應(yīng)在20%左右，過高會引起植株早衰，影響植株后期光合產(chǎn)物的形成。本研究結(jié)果顯示，M2模式下夏玉米的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運總量對籽粒的貢獻率高達38.7%，引起植株嚴重早衰，雖然前期有充足的養(yǎng)分供應(yīng)，促進了營養(yǎng)庫的建成，但后期營養(yǎng)源供應(yīng)不足，仍無法保證產(chǎn)量。楊國航等[30]認為，只有保持植株前后期肥料供應(yīng)平衡，才能使植株在前期形成良好的庫容并保持后期持續(xù)的資源供給，形成庫—源的良好結(jié)合，從而達到高產(chǎn)目的。本研究結(jié)果中，緩釋肥分層底施模式葉片的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率均顯著低于其他2個處理，可能是緩釋肥分層底施模式采取淺層和深層緩釋肥結(jié)合，使玉米在整個生育期間均能獲得充足的養(yǎng)分，后期玉米葉片具有較強的光合能力，能生產(chǎn)較多的光合產(chǎn)物以滿足籽粒的生長發(fā)育。緩釋肥分層底施模式干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量對籽粒的貢獻率為21.4%，在為籽粒提供充足養(yǎng)分的同時植株也不至于出現(xiàn)早衰，庫源協(xié)調(diào)性較好。

3.3 緩釋肥分層底施模式對夏玉米穗部性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

鮑玉巧[31]研究發(fā)現(xiàn)，采用緩釋肥與速效肥結(jié)合比常規(guī)基追肥分次施肥或“一炮轟”施肥的增產(chǎn)效果顯著。肖堯[32]認為，與底肥+追肥相比，緩釋肥有效提高了穗粒數(shù)，從而提高了玉米籽粒產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，緩釋肥分層底施模式的夏玉米籽粒產(chǎn)量顯著高于普通化肥底施模式，與普通化肥底施+追施模式差異不顯著。不同施肥模式間夏玉米的穗部性狀差異不大，緩釋肥分層底施主要增加了穗粒數(shù)，從而增加了產(chǎn)量，這可能是因為分層施肥能在全生育期提供充足的養(yǎng)分供給，并有利于根系的發(fā)育，玉米在中后期仍具有較強的干物質(zhì)生產(chǎn)能力。普通化肥底施模式在玉米生長中后期養(yǎng)分供應(yīng)能力有限，干物質(zhì)積累量較少，從而影響了穗粒數(shù)。緩釋肥分層底施模式產(chǎn)量較普通化肥底施+追施模式增加雖不顯著，但分層施肥減少了施肥次數(shù)和施肥量，減少了人工的投入，降低了成本，增加了收入，符合當前農(nóng)民對玉米簡化栽培技術(shù)的要求。