张旭，熊又升，谢媛圆，朱秀秀

灌溉方式与施氮量对鲜食玉米生育前期生长发育的影响

张旭1,2，熊又升1*，谢媛圆1,2，朱秀秀1,3

（1.湖北省农业科学院 植保土肥研究所，武汉 430064；2.华中农业大学 资源与环境学院，武汉 430070；3.长江大学 农学院，湖北 荆州 434025）

【】明确灌溉方式和施氮量对鲜食玉米生长发育的耦合效应，为湖北省秋季鲜食玉米优化栽培提供参考。设置灌溉方式、施氮量两因素大田试验，灌溉方式设3个处理，分别为常规灌溉（W1）、滴灌（W2）和喷灌（W3）；施氮量设3个水平，分别为不施氮（N0，0）、低氮（N90，90 kg/hm2）和高氮（N180，180 kg/hm2），研究了3种灌溉方式与施氮量对鲜食玉米生育前期生长和根系发育的影响。灌溉方式、施氮量均显著影响鲜食玉米生育前期的植株生长、根系发育、养分吸收与利用，且两因素对植株干质量、根系形态、氮磷钾吸收量交互作用显著。相同氮肥用量下，喷灌显著促进鲜食玉米生育前期植株和根系生长、干物质累积和养分吸收。在鲜食玉米生育前期，喷灌处理的各生育指标均优于常规灌溉和滴灌，其地上部干质量比常规灌溉和滴灌高38.64%和40.84%，根系干质量高37.50%和45.68%，氮素吸收量高36.61%和28.83%，磷素吸收量高45.12%和40.28%，钾素吸收量高45.34%和30.47%。相同灌溉条件下，施氮可以促进鲜食玉米生育前期植株和根系生长、干物质累积和养分吸收，各生育指标均以N180处理最高，N90处理次之，N0处理最低。灌溉方式、施氮量对鲜食玉米生育前期生长和根系发育有显著的耦合效应，喷灌方式与施氮量180 kg/hm2可以增加植株干质量。秋季鲜食玉米生产过程中建议使用喷灌方式，促进鲜食玉米植株和根系生长，提高鲜食玉米的养分吸收能力。

鲜食玉米；生长；养分吸收；根系形态

0 引言

【研究意义】湖北省是我国鲜食玉米主产区。2019年湖北省鲜食玉米的种植面积为65 000 hm2左右，约占全省玉米种植面积的1/10，在全国鲜食玉米生产和供应中占有重要地位。湖北省秋季鲜食玉米种植通常采用雨养农业模式，一般不灌溉。降水不足导致的干旱胁迫是限制鲜食玉米生产的主要环境因素，常导致鲜食玉米受灾减产。近5年除2017年降雨较多外，其余年份湖北省鲜食玉米生长季均遭遇不同程度的干旱[1-4]。干旱导致鲜食玉米播种和出苗受到极大影响，鲜食玉米减产受灾状况严重。研究显示[5-6]，湖北省未来异常气候增加趋势明显，干旱发生频率将大幅增加。因此，急需加强秋季鲜食玉米抗旱的栽培与施肥技术研究以应对日益严重的干旱胁迫，保障高产稳产。【研究进展】鲜食玉米在整个生育期内，其生长速率表现出“慢-快-慢”的生长状态，因此鲜食玉米干物质和养分积累过程也表现出S型曲线的变化规律。生育前期是鲜食玉米生长发育的关键时期，此阶段对水分和养分需求量非常高，生育前期干旱胁迫将显著影响鲜食玉米的产量[7-8]。一些研究人员采用喷灌、滴灌等灌溉技术来保证鲜食玉米生育期内的水分需要[9-10]。施用氮肥是促进鲜食玉米生长和获得高产的重要措施，但湖北省鲜食玉米生产中农户普遍过量施氮，极易造成鲜食玉米减产、氮素损失及环境污染[11-12]。已有研究[13-14]显示，合理施氮可以促进作物根系生长，提高根系活力和水肥吸收能力，增强植株抗性。但是，不同灌溉条件下施氮量可能发挥不同的作用。可见，灌溉方式和施氮量对作物的生长发育具有复杂的交互作用，通过合理的灌溉和施氮调控发挥其耦合效应是促进作物生长发育、提高作物产量的重要技术途径。【切入点】氮肥结合灌溉方式，采取滴灌与喷灌的方式来提高鲜食玉米产量和质量的研究成为了当前鲜食玉米栽培中的研究热点，但针对生育前期的研究还相对较少。【拟解决的关键问题】本研究通过设置大田试验，研究不同灌溉方式与施氮量条件下鲜食玉米生育前期植株的生长发育、根系生长状况、养分吸收与利用状况，为节水节肥技术在农业生产中的合理利用和鲜食玉米优质高产栽培技术提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于湖北省鄂州市源丰家庭农场（东经114°69′90.6"，北纬30°42′17.4"），属于亚热带季风气候区，年均气温17.2 ℃，2020年试验区鲜食玉米生育前期日平均气温和降水量如图1所示。土壤类型为潮土，有机质量15.97 g/kg，碱解氮量102.1 mg/kg，有效磷量81.1 mg/kg，速效钾量167 mg/kg，土壤pH值6.76。

图1 2020年试验区鲜食玉米生育前期日平均气温和降水量

1.2 试验设计

田间试验采用裂区设计，设置灌溉方式和氮肥施用量2个因素，以灌溉方式为主因素，施氮量为副因素。灌溉模式设置常规灌溉（W1）、滴灌（W2）和喷灌（W3）3种，不同灌溉方式灌水方案如表1所示，常规灌溉处理为传统沟灌，滴灌处理采用农用滴灌带，滴孔相距10 cm，呈上下交错“W”型分布，滴头流量为2.23 L/h，滴灌带铺设于小垄中间，喷灌采用吊悬微喷设计，喷头相距50 cm，喷头流量为44.55 L/h，喷头吊悬在小垄上方；施氮量设置3个水平，分别为0（N0）、90（N90）、180（N180）kg/hm2。磷肥用量为45 kg/hm2，钾肥用量为90 kg/hm2。供试肥料为氮磷钾单质肥料，氮肥选用普通尿素（N≥46%），磷肥选用过磷酸钙（P2O5≥16%），钾肥选用氯化钾（K2O≥60%），肥料在播种时根据不同用量采用穴施的方式1次性施入，并在施肥后填土覆盖。

表1 鲜食玉米生育前期不同灌溉方式灌水方案

供试的鲜食玉米品种为金中玉，于2020年8月2日播种。采取宽窄行栽培种植，带沟厢宽120 cm，宽行70 cm，窄行50 cm，株距30 cm，每小区种植4行，每行种植19株，种植密度为4.95万株/hm2。鲜食玉米生育前期降水量为44.1 mm。小区面积2.7×6.0=16.2 m2，每个处理3个重复，共27个小区，各处理小区重复之间随机排列。为防止养分相互渗透，小区与小区之间设置0.7 m宽的保护行，试验田外围设置1 m宽的保护行。

1.3 测定项目

分别于鲜食玉米拔节期（8月27日）、大喇叭口期（9月8日），每个小区选取有代表性的连续5株植株，在田间用叶绿素仪测定最上部展开叶的，然后从底部切下带回试验室，测定株高（由茎基部量至最高叶尖），然后剪短后于105 ℃烘箱中杀青30 min，70 ℃下烘干至恒质量后，测定样品干质量；干燥后的样品用粉碎机粉碎，H2SO4-H2O2消煮，采用凯氏定氮法测定全氮，采用钼锑抗比色法测定全磷，采用火焰光度计法测定全钾，并计算氮素、磷素和钾素的吸收量[15]。每个小区选取5株代表性的植株，以植株为中心挖掘1/2行距×1/2株距范围、深度40 cm土体内的所有根系，将土和杂质去除，测定根系鲜质量，然后用根系扫描仪（加拿大Regent公司）扫描，而后使用WinRhizo根系分析系统分析根长、表面积、体积等指标。扫描后将根系样品于70 ℃下烘干，测定根系干质量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2019软件进行计算，采用SPSS 25.0软件进行双因素方差分析。用LSD法比较处理间在=0.05、=0.01水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 鲜食玉米生育前期株高和SPAD

如表2所示，施氮量对鲜食玉米生育前期株高和值有显著影响，灌溉方式对拔节期的株高和以及大喇叭口期的株高有显著影响，两因素交互作用对拔节期株高和大喇叭口期有显著影响。低氮胁迫抑制了玉米生育前期植株生长，试验中N0处理和N90处理的株高显著低于N180处理。施氮量对鲜食玉米的增幅在不同灌溉模式下存在明显差异，在喷灌条件下增幅最高，常规灌溉和滴灌均降低了氮肥的施用效果，滴灌的效果最差。可见，施氮量的多少对鲜食玉米株高和的影响在不同灌溉模式下存在显著差异，在氮肥充足的条件下，喷灌处理的鲜食玉米株高最高，喷灌处理增强了氮肥的施用效果。

表2 鲜食玉米生育前期株高和SPAD

注 方差分析结果中，*、**和***分别表示处理间在=0.05、=0.01和=0.001水平上存在显著差异，ns表示差异不显著（＞0.05）。同一灌溉方式下，不同小写字母表示施氮量间差异显著；同一施氮量下，不同大写字母表示灌溉方式间差异显著。下同。

2.2 鲜食玉米生育前期地上部和根系干质量

灌溉方式对鲜食玉米生育前期植株的地上部和根系干质量以及拔节期的根冠比有显著影响，施氮量对鲜食玉米生育前期植株的地上部和根系干质量有显著影响，两因素对拔节期地上部干质量和大喇叭口期根系干质量表现出显著交互作用（表3）。3种灌溉方式中，喷灌处理的地上部和根系干质量最高，而根冠比最低。施氮量的增加显著提高所有灌溉方式下植株的地上部干质量。施氮量的增加对鲜食玉米的根系干质量也有显著的促进作用。在鲜食玉米拔节期W1条件下，N90处理相对于N0处理的根冠比增加，鲜食玉米大喇叭口期W3条件下，N90处理和N180处理相对于N0处理的根冠比增加，其余条件下，随着施氮量的增加，根系干质量的增幅低于地上部干质量，根冠比明显下降。结果表明，在鲜食玉米生育前期植株干物质累积和分配对施氮量的响应受施氮量条件的显著影响，在足量施氮条件下喷灌措施可以在较高植株干质量的情况下减少根冠比降幅。

表3 鲜食玉米生育前期地上部和根系干质量

2.3 鲜食玉米生育前期根系形态

施氮量显著影响玉米生育前期的根系形态，灌溉方式对根系形态影响不明显，两因素未表现出显著的交互作用（表4）。拔节期根长、表面积和根体积以W3N180处理最高，W2N0处理最低，大喇叭口期，W3N180处理根长、表面积和根体积以最高，W1N0处理最低。总体上，随着施氮量的增加，根长、根表面积和根体积等指标也相应增加。不同灌溉模式下根系生长对施氮量的响应存在显著差异，3种灌溉模式下根系的根长、根表面积和根体积，以W3处理最高，W1处理次之，W2处理最低，说明喷灌方式有利于鲜食玉米生育前期的根系生长。

表4 鲜食玉米生育前期根系形态

2.4 鲜食玉米生育前期养分吸收与利用

灌溉方式和施氮量均显著影响玉米生育前期植株的养分吸收量，且两因素对养分吸收量表现出显著的交互作用（表5）。所有灌溉方式和施氮量组合处理中，以W3N180处理的植株养分吸收量最高，拔节期和大喇叭口期氮吸收量为15.44和47.76 kg/hm2，磷吸收量为1.60和5.61 kg/hm2，钾吸收量为15.98和49.57 kg/hm2。总体上，随着施氮量的增加，养分吸收量也相应增加。3种灌溉模式下的植株养分吸收量，W3处理最高，W2处理次之，W1处理最低，说明喷灌模式有利于鲜食玉米生育前期的植株养分的吸收。可见，在鲜食玉米生育前期植株养分吸收对施氮量的响应受施氮量条件的显著影响，在足量施氮条件下喷灌措施可以促进鲜食玉米植株养分的吸收。

表5 鲜食玉米生育前期植株养分吸收量

3 讨论

鲜食玉米是需水量较多的作物，水分是鲜食玉米生长过程中消耗最多的物质，鲜食玉米采收期果穗质量的60%～75%由水组成[16-18]。加上鲜食玉米的特殊生境条件，灌溉控制显得尤为重要。灌溉方式不但影响鲜食玉米的土壤水分状况，而且还会影响肥、气、热等其他生长条件，进而造成鲜食玉米生长的差异[19-20]。研究表明，喷灌和滴灌等灌溉方式可为作物生长创造良好的水、肥、气、热环境，使作物根区土壤保持疏松和最佳含水状态，促进作物的生长发育[21-22]。魏子涵等[23]研究表明，在灌溉定额相同时，不同的节水灌溉方式对玉米植株生长有显著影响，在整个生长期内，玉米生物量膜下滴灌高于喷灌，喷灌高于低压管灌。魏育国等[24]研究表明，滴灌、喷灌和漫灌3种灌溉方式中，滴灌最有利于玉米干物质积累和养分吸收。本研究表明，在相同的灌水定额情况下，3种灌溉方式中，喷灌处理的鲜食玉米生育前期的植株生长、干物质累积和养分吸收要优于滴灌和常规灌溉。这与以往作物不同灌溉方式的研究有较大差别，一方面是由于鲜食玉米为叶面积较大的植物，与常规灌溉和滴灌相比，喷灌处理更能提高叶片的水分吸收效率，促进鲜食玉米的生长发育和养分吸收，另一方面由于本试验区土壤偏黏，滴灌和常规灌溉导致土壤透气性不佳，影响鲜食玉米根系生长，进而影响鲜食玉米植株的生长发育和养分吸收。

根系是作物吸收水分、养分的主要器官，其数量、生物量大小反应作物吸收养分的能力。在本试验中，喷灌处理的鲜食玉米根干质量、根长、根表面积和根体积高于滴灌处理和常规灌溉处理。这是由于喷灌采用吊悬微喷设计，喷头位于鲜食玉米上方，与土壤距离较远，水分在空气中有所损失。相同灌水量条件下，与滴灌和常规灌溉相比，喷灌处理的土壤较干燥，根据“水长苗，旱长根”原则，喷灌处理的作物根系生长状况较好，这与魏育国等[22]研究一致。

合理施用氮肥是促进作物生长发育和养分吸收的关键，已有研究表明，玉米株高与施氮量呈正相关[25]，增施氮肥可促进玉米根系生长发育，促进作物对养分的吸收，提高作物的干物质和养分积累量[26-28]。本研究中，3种灌溉方式下，高氮（N180）处理显著促进了鲜食玉米生育前期的植株和根系生长，提高了鲜食玉米生育前期的株高、根长、根表面积、根体积，增加了光合物质积累，使鲜食玉米干物质量和氮磷钾养分累积量明显增加，而低氮（N90）处理和不施氮处理不能满足玉米的正常生长。

在干旱缺水背景下，采用喷灌方式并足量施氮能促进鲜食玉米的生长发育，由于试验进行周期和时间短，还不能精确的反应作物全生育期的生长状况，希望研究人员在今后的研究中进一步探讨。

4 结论

1）灌溉方式、施氮量和二者的交互作用对鲜食玉米生育前期氮磷钾养分吸收的影响达到显著水平。

2）在鲜食玉米生育前期，相同施氮量条件下，喷灌处理的各生育指标均优于常规灌溉和滴灌，其地上部干质量比常规灌溉和滴灌高38.64%和40.84%，根系干质量高37.50%和45.68%，氮素吸收量高36.61%和28.83%，磷素吸收量高45.12%和40.28%，钾素吸收量高45.34%和30.47%；相同灌溉方式下，增加施氮量可以显著促进鲜食玉米植株和根系的生长发育，各生育指标均以N180处理最高，N90处理次之，N0处理最低。

3）湖北省鲜食玉米生产中，建议使用喷灌方式并施用氮肥180 kg/hm2，以促进鲜食玉米植株和根系生长，提高植株养分吸收量。

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Irrigation and Nitrogen Application Affect Early-stage Growth and Development of Fruit Corn

ZHANG Xu1,2，XIONG Yousheng1*，XIE Yuanyuan1,2，ZHU Xiuxiu1,3

(1. Plant Protection and Soil Fertilizer Institute, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China;2. College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;3. College of Agriculture, Yangtze University, Jingzhou 434025, China)

【】Autumn droughts have become increasingly frequent in Hubei province in recent years resulting in water stress for fruit corn growth. The purpose of this paper is to investigate how irrigation and nitrogen (N) fertilization combine to affect early-stage growth and development of the corn.【】The field experiment was conducted in 2020; it consisted of three irrigation treatments: conventional irrigation (W1), drip irrigation (W2) and sprinkler irrigation (W3); and three nitrogen fertilizations: no nitrogen application (N0), low nitrogen application of 90 kg/hm2(N90), and high nitrogen application 180 kg/hm2(N180). In each treatment, we measured the change in root and shoot traits, as well as acquisition of phosphorus (P), potassium (K) and N by the plant.【】Irrigation and nitrogen application both showed significant impact on plant growth, root development, absorption and utilization of P and K. When nitrogen fertilization was the same, sprinkler irrigation significantly promoted shoot and root growth, dry matter accumulation, nutrient absorption and growth traits. Compared with conventional and drip irrigation, it also increased the above-ground dry weight by 38.64% and 40.84%, root dry weight by 37.50% and 45.68%, N absorption by 36.61% and 28.83%, P absorption by 45.12% and 40.28%, and P absorption by 45.34% and 30.47%, respectively. When the irrigation method was the same, N application promoted growth of both shoots and roots, in addition to the increased dry matter accumulation and nutrient absorption. Among all fertilizations, N180 fertilization gave the highest growth indices, followed by N90.【】Irrigation and nitrogen application had a significant coupling-effect on growth of the shoots and roots of the fruit corn during its early growth stage. Our results revealed that sprinkler irrigation combined with 180 kg/hm2of N fertilization can increase plant dry weight and is hence suggested as an improved agronomic management for fruit corn production in Hubei province.

fruit corn; plant growth; nutrient absorption; root morphology

1672 - 3317（2021）12 - 0054 - 07

S513

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021047

张旭, 熊又升, 谢媛圆, 等. 灌溉方式与施氮量对鲜食玉米生育前期生长发育的影响[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(12): 54-60.

ZHANG Xu, XIONG Yousheng, XIE Yuanyuan, et al. Irrigation and Nitrogen Application Affect Early-stage Growth and Development of Fruit Corn[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 54-60.

2021-02-01

湖北省重点研发计划项目（2020BBB082）

张旭（1995-），男。硕士研究生，主要从事鲜食玉米养分高效利用研究。E-mail: 1262350234@qq.com

熊又升（1963-）。研究员，主要从事土壤改良与作物养分协同技术和新肥料研发研究。E-mail: yshxiong@126.com

责任编辑：赵宇龙