隋阳辉王大为王延波

(辽宁省农业科学院玉米研究所,辽宁 沈阳 110161)

玉米是我国重要的粮食作物,其产量高低主要受氮素限制[1]。据调查显示,传统玉米施肥方式多以基施为主,而且农民为追求高产大量施用氮肥[2～4]。这种方式不仅不利于玉米获得高产,还会降低氮肥利用率,增加氮肥流失,造成资源浪费和环境污染,严重影响我国生态环境的健康发展[5～7]。因此,适宜的减少氮肥投入,科学运筹施氮模式对实现玉米高产高效、建设绿色生态环境具有重要意义。

辽宁省是我国春玉米生产的主要种植区,玉米栽培模式通常采用一次性基施复合肥或在大喇叭口期追肥1次,这样的施肥模式不仅使玉米灌浆期氮素亏缺,还会导致灌浆速率下降[8,9],最终影响玉米产量。曹玉军等研究表明,玉米生育后期的氮吸收积累量是其全生育期的50%左右,所以适宜的将氮肥后移可以增强生育后期玉米对氮素的需求,从而起到提产稳产的作用[10]。因此,探寻该区域氮肥后移下减氮模式已成为该区域玉米生产中亟待解决的重要问题。本研究以国审玉米新品种辽单575为试材,通过对减氮水平及不同施氮模式下玉米干物质积累、产量和氮素利用效率的研究,分析辽单575的增产节氮潜力,为东北地区春玉米高效栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于辽宁省农业科学院沈北新区试验基地(42.0344°N,123.5698°E)进行。该区域属于北温带大陆性季风气候。年平均气温7.5～8.7 ℃,全年无霜期147～164 d。该地区夏季高温多雨,冬季寒冷干燥。试验地土壤类型为棕壤。试验开始前土壤基本性质如下:pH=6.3,有机质14.1 g/kg,全氮1.08 g/kg,全磷0.52 g/kg,全钾18.05 g/kg,有效磷27.2 mg/kg,速效钾79 mg/kg。

1.2 试验材料

供试玉米品种为辽单575(国审玉20180086),供试肥料为过磷酸钙(P2O5120 kg/hm2),KCl(K2O 90 kg/hm2)。

1.3 试验设计

播种时间为2019年5月6日,小区采用随机区组排列,小区面积约为36 m2(10 m×3.6 m),每个处理重复3次。栽培密度为67 500株/hm2。磷钾肥作为底肥一次性施入。氮肥采用二因素设计,分别为氮水平和施氮模式。设3个氮水平0、180(减氮20%)、N 225 kg/hm2(常规施氮量);CK,不施氮肥为空白对照;3种施氮方式:T1,25%基肥+75%大喇叭口肥;T2,30%底肥+50%拔节肥+20%开花肥;T3,1/3底肥+1/3拔节肥+1/3开花肥。

1.4 测定项目与方法

玉米成熟期采集每小区玉米植株5株,去根部,洗净,105 ℃杀青30 min,80 ℃烘干至恒重,称重。植株样品粉碎后过筛,使用元素分析仪测定植株氮含量。

成熟期选取每小区中间两行进行人工收获,用均值法选取10穗,自然风干后进行室内考种,考察穗粒数、百粒重及含水量,最终产量按籽粒含水量为14%进行折算。

收获指数(%)=籽粒产量/总生物量×100%;

氮素吸收利用率(NREN,%)=(施氮区作物总吸氮量-不施氮区作物总吸氮量)/施氮量×100%;

氮素农学利用率(NAE,kg/kg)=(施氮区作物产量-不施氮区作物产量)/施氮量;

氮素偏生产力(NPFP,kg/kg)=施氮区作物产量/施氮量;氮素生理利用率(NPE,kg/kg)=(施氮区作物产量-不施氮区作物产量)/(施氮区作物总吸氮量-不施氮区作物总吸氮量)

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 23.0软件对数据进行统计和分析,并用OriginPro 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 氮肥后移条件下减氮对玉米干物质积累和氮积累量的影响

由表1可知,氮肥水平对玉米单株干物质积累的影响显著(P<0.05),施氮模式对玉米单株干物质积累的影响不显著。从氮肥后移条件下减氮条件来看,与常规施氮模式T1相比,减氮下T2模式的单株干物质积累量最高,达349.30 g/株,比CK和T1模式分别增加82.59 g/株和46.71 g/株,但与T1模式差异不显著(P>0.05)。氮肥后移条件下减氮对玉米氮积累量具有显著影响(P<0.05)。与常规氮水平T1模式(N225T1)相比,减氮20%下的T2模式(N180T2)玉米氮积累量显著增高,且与N180水平的其他施氮模式相比,T2模式显著高于T1和T3模式(P<0.05),分别高37.41 kg/hm2和26.43 kg/hm2。通过ANOVA方差分析可知,施氮模式、氮水平与施氮模式的互作对玉米氮积累量存在显著和极显著影响(P<0.05;P<0.01)。

表1 氮肥后移条件下减氮对玉米干物质积累和氮积累量的影响Table 1 Effects of postponing and reduction nitrogen application on dry matter and N accumulation of maize

2.2 氮肥后移条件下减氮对玉米氮素利用效率的影响

由图1可知,氮肥后移条件下减氮对玉米氮素利用效率有显著影响(P<0.05)。与常规施氮模式T1相比,氮肥后移T2模式的氮素吸收利用率显著升高(表2)。氮肥后移下减氮处理N180T2的氮素吸收利用率显著高于其他处理(图1A)单从氮水平来看,N180的氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力要高于N225(常规施氮量)。单从施氮模式来看,氮肥后移比常规模式(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处理的氮素农学利用率和氮素偏生产力显著高于其他处理(除N180T3差异不显著外)(图1B,C)。通过ANOVA方差分析可知,氮水平、施氮模式、氮水平与施氮模式的互作对玉米氮素吸收利用率存在显著和极显著影响(P<0.05;P<0.01)(表2)。

表2 氮水平与施氮模式对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

图1 氮肥后移条件下减氮对玉米氮素利用效率的影响Figure 1 Effects of postponing and reduction nitrogen application on nitrogen use efficiency of maize

2.3 氮肥后移条件下减氮对玉米产量及产量构成因素的影响

由表3可知,与空白对照(CK)相比,氮肥后移下减氮处理N180T2和N180T3的产量分别提高27.6%和15.9%,其中N180T2显著提高玉米产量(P<0.05)。与常规施氮量T2模式相比(N225T2),减氮处理N180T2模式提高玉米产量1.94 t/hm2。进一步对玉米产量构成因素进行分析可知,N180T2处理的行粒数和收获指数均是最高,分别为39.87个和55.13%。

表3 氮肥后移条件下减氮对玉米产量及产量构成因素的影响Table 3 Effects of postponing and reduction nitrogen application on yield and yield components of maize

3 结论与讨论

玉米在不同生育时期对氮肥的需求不尽相同,根据玉米生长所需的养分科学运筹不仅能提高玉米产量,还能有效提高氮肥利用率,从而实现玉米高产高效目标[11]。前人研究表明,玉米获得高产既要保证花前营养器官对氮素的积累,又要满足花后籽粒灌浆和穗部发育对氮素的需求[12,131];而氮肥后移能显著提高玉米花后氮素向籽粒转运速率,进而提高玉米产量和氮素利用率[14]。侯云鹏等研究指出,基肥∶拔节肥∶开花肥为3∶5∶2的施氮模式能有效地平衡玉米生育前、后期对氮素的需求,既能保证玉米营养生长阶段的养分需求,又能补充生殖生长阶段的养分供应,最终实现高产高效[11]。究其原因,可能与基施氮肥比例过大易造成无机氮淋溶有关;而提高追肥比例,适宜将氮肥后移可以提高玉米生育后期耕层土壤氮素有效性[15]。赵营等研究发现,玉米开花至灌浆阶段的氮积累量占整个生育期的60%以上[16],此阶段是玉米产量构成因素(穗粒数和粒重)形成的重要时期[17],因此在此阶段适宜的提高氮素供应比例,可有效促进穗部发育,提高玉米产量[18]。本研究表明,减氮20%即可达到理想的单株干物质量和氮积累量;在不同氮肥后移模式中,以T2(30%底肥+50%拔节肥+20%开花肥)模式对玉米单株干物质积累、氮素吸收利用率与产量等方面的提高最优。在减氮至180 kg/hm2条件下,科学运筹氮肥比例为3∶5∶2(底肥∶拔节肥∶开花肥)为该区域较好的节氮运筹模式。本研究结果表明,传统施氮模式T1(25%基肥+75%大喇叭口肥)由于玉米生长前期氮肥全部施用,一部分养分没有被作物吸收利用而流失,一部分集中在玉米前期的营养生长,导致生殖生长时期养分供应不足、碳水化合物向玉米穗部的转运能力下降,使玉米的产量和氮素利用率降低。氮肥运筹T3(1/3底肥+1/3拔节肥+1/3开花肥)则可能由于前期营养生长阶段氮肥后移量过过多,限制了玉米前期的生长发育,同时影响了玉米的冠层结构,使玉米产量和氮素利用率没有得到充分发挥,而T2模式恰好平衡了玉米营养生长阶段与生殖生长阶段的养分供给,最终促进玉米产量和氮素吸收利用率及氮素偏生产力的提升。

综上所述,氮肥后移比例为30%底肥+50%拔节肥+20%开花肥时,可以减少氮肥投入到180 kg/hm2,此施氮模式为该地区最佳节氮运筹模式。