不同春玉米品種對深松減氮的響應(yīng)

張 瑩，于曉芳，高聚林，王志剛，胡樹平，孫繼穎，屈佳偉，孫洪利，張 琦

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019）

我國糧食的增產(chǎn)模式在近20年來仍以水肥資源的大量投入為主[1]，即氮肥用量增加，而利用效率卻一直處于較低水平僅為35.2%，這種現(xiàn)象不僅造成了化肥資源的浪費，而且造成了生產(chǎn)成本增加及嚴重的環(huán)境污染等一系列農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展問題的產(chǎn)生[2]。因此，如何提高氮肥利用效率，對于我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，也符合國家實現(xiàn)化肥零增長的政策需求。而作物的氮效率大小決定于氮吸收效率和作物體內(nèi)氮素利用效率的能力，即作物氮效率的提升必須是氮素吸收效率和利用效率的綜合結(jié)果。品種間氮效率存在顯著差異，充分發(fā)揮品種氮素生物學(xué)潛力，是提高氮肥利用效率主要途徑之一[3-4]。同時土壤環(huán)境影響氮素分布及作物根系對氮素的吸收利用，而我國耕地土壤存在淺、實、少的問題。針對目前玉米的氮肥利用效率較低的問題，深松可有效地打破堅硬的犁底層，改善土壤環(huán)境，促進玉米根系下扎，充分吸收土壤中水分和養(yǎng)分，促進對氮素吸收，進而提高葉片葉綠素含量、葉面積，促進光合作用，利于植株生長發(fā)育，提高產(chǎn)量[5-6]。本研究在深松耕作方式下減少施氮量，并從根系結(jié)構(gòu)、冠層生理生化及籽粒建成角度出發(fā)，深入研究了不同氮效率品種對深松減氮的響應(yīng)，旨在為內(nèi)蒙古平原灌區(qū)玉米深松減肥增效提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在內(nèi)蒙古包頭市土默特右旗溝門鎮(zhèn)北只圖村進行，試驗田的土質(zhì)為壤土，土壤有機質(zhì)含量為21.60 g/kg、堿解氮含量77.05 mg/kg、速效磷含量3.05 mg/kg、速效鉀含量118.80 mg/kg。試驗地前茬作物為春玉米，地塊多年常規(guī)淺旋耕作。

試驗品種為前期試驗篩選的不同氮效率玉米品種，其中，氮素吸收效率高、利用效率高品種（雙高型）為內(nèi)單314，吸收效率高、利用效率低品種（高低型）為京科528，吸收效率低、利用效率高品種（低高型）為金創(chuàng)6 號，吸收效率低、利用效率低品種（雙低型）為豐田6 號。

試驗設(shè)置耕作方式、施氮量和品種3 個因素，采用裂裂區(qū)設(shè)計，耕作方式為主區(qū)，設(shè)深松（SS）40 cm、淺旋（RT）15 cm；施氮量為副區(qū)，設(shè)施氮肥300 kg/hm2（300N）、施氮肥150 kg/hm2（150N），氮肥作為追肥在拔節(jié)期追施；品種為副副區(qū)。磷肥（P2O5）85 kg/hm2和鉀肥（K2O）45 kg/hm2作為基肥一次性施入。每小區(qū)9 行，行距60 cm，行長5 m，3 次重復(fù)。種植密度均為75 000 株/hm2。于2016年5月1日和2017年5月2日播種，全生育期灌水4 次，每次灌水量均為750 m3/hm2，其他管理同大田生產(chǎn)，于2016年10月1日和2017年10月3日收獲測產(chǎn)。

1.2 測定項目與方法

根系性狀測定：在吐絲期挖根，根系采集采用雙向切片法。選擇符合株行距的玉米植株，以玉米植株為中心，取水平方向1/2 株距×1/2 行距的范圍內(nèi)，垂直方向每10 cm 為一層至80 cm 土層內(nèi)根系。將根系分層分塊裝入紗網(wǎng)袋帶回，沖洗干凈后裝入塑封袋，保存在低溫下，使用透射掃描儀（Epson V700）掃描并保存為JPG 文件，用Win-Rhizo 軟件分析根表面積和根長等，用烘干法測定根系干重。

葉綠素相對含量（SPAD）值測定：于吐絲期和成熟期采用SPAD-502 型SPAD 儀，每小區(qū)選擇3 株測量穗位葉的SPAD 值。

葉面積測定：于吐絲期和成熟期，每小區(qū)選擇長勢一致的5 株植株定株掛牌，測量葉片的長和寬，用長寬系數(shù)法計算葉面積（葉長×葉寬×0.75）。

植株干物質(zhì)量及全氮測定：于吐絲期和成熟期，取樣測定植株干物質(zhì)。連續(xù)取3 株分別裝袋，于烘干箱內(nèi)105 ℃殺青30 min 后，70 ℃烘干至恒重，記錄干重，用粉樣機粉碎，采用凱氏定氮法測定植株器官及籽粒全氮含量。

1.3 各參數(shù)計算方法

氮效率（NUE）=產(chǎn)量/供氮量（供氮量包括0～100 cm土體內(nèi)無機氮含量和施入的氮量）；氮素吸收效率（NUpE）=植株總吸氮量/土壤總供氮量；氮素利用效率（NUtE）/=產(chǎn)量/植株總吸氮量。

1.4 測產(chǎn)及考種

在玉米成熟期取9 行的有效株數(shù)，有效穗數(shù)為取4 行隔株取雌穗，裝入網(wǎng)袋并標記，帶回實驗室風(fēng)干考種。待雌穗風(fēng)干后進行考種，分別測定穗粒數(shù)，脫粒測定千粒重和產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2003 整理數(shù)據(jù)，用SPSS 17.0 軟件進行方差分析和處理間顯著性檢驗，用Sigma Plot 12.5軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米根系對深松減氮的響應(yīng)

由表1可知，在兩種耕作方式下，施氮量由300N 降低到150N 時，各品種的單株根干重、根長、根表面積均表現(xiàn)為降低趨勢，品種間對減氮后的響應(yīng)存在差別。淺旋條件下內(nèi)單314、京科528、金創(chuàng)6號、豐田6 號單株根干重、根長、根表面積高、低施氮量間差異均達到了顯著水平。深松條件下，內(nèi)單314和京科528 的單株根干重、根長、根表面積，高、低施氮量間差異均未達到顯著水平，金創(chuàng)6 號和豐田6 號高、低施氮量間差異均達到了顯著水平。說明深松緩解了不同氮效率類型品種的根干重、根長、根表面積的降低幅度。

深松使內(nèi)單314、京科528、金創(chuàng)6 號、豐田6 號根干重差值分別較淺旋減小了3.34，1.68，0.58，0.52 g，根長差值分別減小19.17，18.53，5.04，3.49 m，根表面積差值分別減小374.95，357.70，225.74，158.31 cm2，說明深松降低了減氮對內(nèi)單314、京科528 的根干重、根長、根表面積的影響，而對金創(chuàng)6 號、豐田6 號無影響。

2.2 玉米葉面積對深松減氮的響應(yīng)

由表2可知，在兩種耕作方式下表現(xiàn)為不同氮效率品種葉面積均為吐絲期大于成熟期，而且隨施氮量的減小而減??；相同施氮量水平下品種間葉面積表現(xiàn)為內(nèi)單314>京科528>金創(chuàng)6 號>豐田6 號。

進一步對各品種在吐絲期施氮量由300N 降低到150N 時的葉面積降低情況進行分析。由圖1可知，深松顯著降低了各品種高低氮間葉面積差值。深松措施使內(nèi)單314、京科528、金創(chuàng)6 號和豐田6 號葉面積高低氮差值分別較淺旋降低了69.23%，70.01%，33.33%，25.12%，表明深松耕作緩解了各品種減氮對葉面積的影響，對內(nèi)單314、京科528 促進作用優(yōu)于金創(chuàng)6 號、豐田6 號。

表2 不同耕作方式及施氮量下各氮效率玉米品種的葉面積cm2

圖1 深松和淺旋條件下高低氮間葉面積差值

2.3 玉米SPAD 值對深松減氮的響應(yīng)

由表3可知，在兩種耕作方式下的4 個品種SPAD 值均表現(xiàn)為吐絲期大于成熟期，各品種SPAD值均隨著施氮量的減小而減小，相同施氮量水平下品種間SPAD 值均表現(xiàn)為內(nèi)單314>京科528>金創(chuàng)6 號>豐田6 號。

進一步對各品種在吐絲期施氮量由300N 降低到150N 葉綠素相對含量（SPAD）降低情況進行分析。由圖2可知，深松顯著降低了各品種的高低氮間SPAD 差值。深松使內(nèi)單314、京科528、金創(chuàng)6 號、豐田6 號高低氮間SPAD 差值較淺旋分別降低了45.51%，65.21%，32.89%，36.71%，說明深松降低了減氮對各品種SPAD 值的影響，對內(nèi)單314、京科528 促進作用優(yōu)于金創(chuàng)6 號、豐田6 號。

2.4 氮素吸收效率、氮素利用效率及氮效率對深松減氮的響應(yīng)

由表4可知，在兩種耕作措施下，施氮量由300N 降低到150N 時，各品種的氮素吸收效率、氮素利用效率、氮效率均表現(xiàn)為增加趨勢，品種間在兩種耕作方式下對減氮后的響應(yīng)存在差別。

氮素吸收效率表現(xiàn)為淺旋條件下，內(nèi)單314 和京科528 高低氮間差異均達到了顯著水平，金創(chuàng)6 號和豐田6 號高低氮間差異均未達到顯著水平。深松條件下，內(nèi)單314 和京科528 高低氮間差異均達到了顯著水平，金創(chuàng)6 號和豐田6 號高低氮間差異均未達到顯著水平。深松使內(nèi)單314、京科528、金創(chuàng)6 號、豐田6 號氮素吸收效率差值分別較淺旋增加0.04，0.08，0.02，0.02 kg/kg，說明深松提高了內(nèi)單314、京科528 的氮素吸收效率在高低氮間的差值，而對金創(chuàng)6 號、豐田6 號影響較小。

氮素利用效率表現(xiàn)為淺旋條件下，內(nèi)單314、金創(chuàng)6 號高低氮間差異均達到了顯著水平，京科528、豐田6 號高低氮間差異均未達到顯著水平。深松條件下金創(chuàng)6 號高低氮間差異均達到了顯著水平，內(nèi)單314、京科528、豐田6 號高低氮間差異均未達到顯著水平。深松使內(nèi)單314、京科528、金創(chuàng)6 號、豐田6 號氮素利用效率差值分別較淺旋增加0.09，0.20，1.77，0.21 kg/kg，說明深松提高了金創(chuàng)6 號的氮素利用效率差，而對內(nèi)單314、京科528、豐田6 號影響較小。

表3 不同耕作方式及施氮量下各氮效率玉米品種的SPAD 值

圖2 深松和淺旋條件下玉米高低氮間SPAD 差值

氮效率表現(xiàn)為兩種耕作措施下，各品種高低氮間氮效率差值均存在顯著差異。深松較淺旋條件下減氮相比，內(nèi)單314、京科528、金創(chuàng)6 號、豐田6 號高低氮間差值分別增加16.44%，29.52%，27.36%，12.69%。

表4 深松和淺旋條件下玉米氮素吸收效率、利用效率、氮效率高低氮間差值

2.5 玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素對深松減氮的響應(yīng)

由表5可知，在兩種耕作方式下，施氮量由300N 降低到150N 時，各品種的穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量均表現(xiàn)為降低的趨勢，品種間在兩種耕作方式下對減氮后的響應(yīng)存在差別。

淺旋條件下，各品種高低氮間產(chǎn)量差存在顯著差異。深松條件下，內(nèi)單314、京科528 高低氮間產(chǎn)量差無顯著差異，金創(chuàng)6 號、豐田6 號高低氮間產(chǎn)量差存在顯著差異。深松較淺旋相比，內(nèi)單314、京科528、金創(chuàng)6 號、豐田6 號產(chǎn)量差較淺旋分別降低了51.27%，42.55%，33.52%，3.41%。

進一步對產(chǎn)量構(gòu)成因素進行分析，淺旋條件下，各品種高低氮間穗粒數(shù)差存在顯著差異。深松條件下，內(nèi)單314、京科528 高低氮間穗粒數(shù)差無顯著差異，金創(chuàng)6 號、豐田6 號高低氮間的穗粒數(shù)差存在顯著差異。表明深松降低了減氮對內(nèi)單314、京科528穗粒數(shù)的影響，而對金創(chuàng)6 號、豐田6 號影響較小。

淺旋條件下，各品種高低氮間千粒重差值存在顯著差異。深松條件下，內(nèi)單314 高低氮間千粒重差值不顯著，京科528、金創(chuàng)6 號、豐田6 號高低氮間千粒重差值存在顯著差異。表明深松降低了減氮對內(nèi)單314 千粒重的影響，而對京科528、金創(chuàng)6 號、豐田6 號影響較小。

綜上分析可見，深松措施顯著降低了減氮后內(nèi)單314、京科528 的產(chǎn)量下降的幅度，其主要原因在于深松明顯降低了減氮后內(nèi)單314 和京科528 的穗粒數(shù)下降及內(nèi)單314 的千粒重的下降。

表5 深松和淺旋條件下玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒重高低氮間差值

3 結(jié)論與討論

宋日等[7]研究表明，深松使根干重、根長、根表面積增加，擴大了根系的營養(yǎng)范圍，促進對氮素吸收及植株發(fā)育生長。通過深松在一定程度上可以提高葉片葉綠素含量、葉面積，促進光合作用及植株生長發(fā)育從而提高產(chǎn)量[8]。本研究把深松耕作與減施氮肥相結(jié)合，也得出類似結(jié)果，深松緩解了減氮對根系、冠層和產(chǎn)量的影響。當(dāng)施氮量由300N 降低到150N時，從根系結(jié)構(gòu)的角度來看，采取深松措施可以緩解根系干重、根表面積和根長的下降幅度；從冠層生理特性的角度，深松能夠緩解由于減氮而造成的不同氮效率品種SPAD、葉面積的降低，維持相對較高的光合能力，其中對內(nèi)單314（雙高型）、京科528（高低型）的優(yōu)化作用高于其他兩個品種。

劉明等[9]將深松與施氮量結(jié)合的研究表明，通過選擇合理的耕作方式和施氮量，使養(yǎng)分的供應(yīng)與玉米的生長發(fā)育協(xié)調(diào)一致，提高氮肥利用效率。合理的深松方式和適當(dāng)?shù)氖┑肯嘟Y(jié)合，可在提高產(chǎn)量的同時降低生產(chǎn)成本，高產(chǎn)高效。通過深松降低了玉米對土壤中氮的吸收，而增加了對施入氮肥的吸收效率，進而增加了氮素利用效率和氮效率[10]。本試驗研究結(jié)果表明，深松使各氮效率品種減氮后的氮效率的增加幅度進一步提高16.44%，29.52%，27.36%，12.69%，且綜合表現(xiàn)為對雙高型、高低型品種的作用效果大于低高型和雙低型。這一結(jié)果證實充分發(fā)揮品種氮素生物學(xué)潛力，是提高氮肥利用效率主要途徑之一。

梁熠等[11]研究表明，深松與施氮量結(jié)合可以通過提高玉米穗粒數(shù)和千粒重增加春玉米產(chǎn)量。從產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的角度分析，深松顯著降低了減氮后雙高和高低型品種穗粒數(shù)的下降幅度，以及雙高型品種千粒重的下降幅度，由此可見，雙高型、高低型品種減氮后產(chǎn)量降低幅度較小，從而達到了增產(chǎn)增效的目的。