刘苗，刘朋召，师祖姣，王小利，王瑞，李军

氮磷配施下夏玉米临界氮浓度稀释曲线的构建与氮营养诊断

刘苗，刘朋召，师祖姣，王小利，王瑞，李军*

西北农林科技大学农学院/农业农村部西北黄土高原作物生理生态与耕作重点实验室，陕西杨凌 712100

【目的】探究不同水平氮磷配施对夏玉米地上部生物量和氮素浓度的影响，构建临界氮浓度稀释曲线模型，并基于氮营养指数模型诊断和评价玉米在不同氮磷互作条件下的氮素营养状况，可为夏玉米氮磷肥合理施用提供理论依据。【方法】以玉米品种郑单958和豫玉22为试验材料，在陕西关中平原设置田间定位氮磷配施试验，设氮肥（N）用量0、75、150、225、300 kg·hm-2（分别用N0、N1、N2、N3和N4表示）；磷肥（P2O5）用量0、60、120、180 kg·hm-2（分别用P0、P1、P2和P3表示），于2019—2020年在夏玉米拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期进行取样，分析不同水平氮磷配施对玉米地上部生物量累积、氮浓度动态变化和产量的影响，构建并验证临界氮浓度稀释曲线模型。【结果】氮磷配施能显著提高夏玉米地上部生物量、植株氮浓度及籽粒产量，在同一施磷水平下，随施氮水平的提高，夏玉米各生育时期地上部生物量和籽粒产量呈增加趋势，植株氮浓度随生育进程推进和地上部生物量积累的增加而降低，氮浓度和地上部生物量之间符合幂指数关系。同时，施磷能促进植株氮素吸收和地上部生物量积累，在相同施氮条件下，施磷各处理总体表现为P2＞P3≈P1＞P0，说明施磷可以提高植株氮容纳能力，减缓氮浓度下降速率。根据地上部生物量（）与其氮浓度变化关系构建不同施磷水平下夏玉米临界氮浓度（N）变化曲线（P0，N=27.98-0.249；P1，N= 29.77-0.182；P2，N=30.81-0.138；P3，N=30.06-0.187），模型拟合的植株氮浓度和实际氮浓度线性相关，稀释曲线模型的n-值分别为10.23%、6.67%、6.95%和7.19%，有很好的稳定性。基于临界氮浓度稀释曲线计算氮营养指数（），同一施磷水平下玉米各生育时期随氮肥用量的增加而增大，与相对地上部生物量（）和相对产量（）均呈极显著相关。【结论】基于临界氮浓度稀释曲线模型的氮营养指数对夏玉米适宜氮磷配施量的诊断结果为N2—N3、P1—P2处理为最佳条件，结合施氮量与产量的拟合方程，推荐关中平原夏玉米施氮量为187.5—205.7 kg·hm-2、施磷量为60—120 kg·hm-2。

夏玉米；氮磷配施；临界氮稀释曲线；氮营养指数

0 引言

【研究意义】氮素是与玉米产量关系最密切的营养元素，对玉米器官建成和果实发育至关重要。施氮后增产效果明显，当氮肥施用量超出作物需求，会使作物贪青晚熟、抗虫和抗病能力降低，最终导致产量降低[1]。磷素也是限制作物优质高产的营养元素之一[2]，施磷可以促进植株营养器官生长和产量构成要素的形成[3]。适量的磷肥能促进根系生长发育，有助于提高光能利用率和促进地上部生物量积累[4]，但过量施磷易造成土壤酸化、板结，严重时会导致玉米死亡[5]。在施肥习惯上，农民往往注重偏施氮肥，而忽视了氮磷配施对玉米生长发育、产量构成和养分吸收的促进作用[6-7]，导致玉米产量不高，肥料利用率很低，玉米生产的经济潜力得不到充分发挥。临界氮浓度稀释曲线及基于此的氮营养指数可定量描述植株氮素营养状况，是植株氮素诊断的有效方法，而在不同施磷水平下分别建立临界氮稀释曲线，分析不同水平氮磷配施对植株氮营养指数的变化情况，以寻求最适宜的氮磷配施量。【前人研究进展】临界氮浓度（N）是指作物获得最大地上部生物量所需要的最低氮浓度[8]。研究表明，临界氮浓度会随作物生育期内地上部生物积累量（）的增加而降低，二者存在幂指数关系（N=-b）[9]。前人已在马铃薯[10]、棉花[11]、大蒜[12]、小麦[13]、番茄[14]等作物上建立了临界氮浓度稀释曲线模型，并基于所建模型进行氮素诊断，发现不同地区、土壤肥力状况、气候条件及作物品种等都会导致模型参数发生变化[15]。陕西关中地区夏玉米年种植面积占全省玉米面积的60%以上，产量占全省玉米总产的70%以上[16]，有学者在关中地区建立了夏玉米临界氮浓度稀释曲线，李正鹏等[17]基于文献收集方法整理并分析得到N= 22.77-0.27；强生才等[18]在不同降雨年型下得到N= 21.4-0.14和N=22.43-0.31，苏文楠等[19]从植株不同部位得到N=23.3-0.24和N=24.7-0.26。【本研究切入点】尽管已经建立的临界氮稀释曲线能用于夏玉米氮素营养诊断，但这些都是在氮素单一因素下建立的，而氮磷配施对该模型的影响尚不清楚。【拟解决的关键问题】本研究通过分析不同比例氮磷配施条件下夏玉米地上部生物量与其植株氮浓度的变化关系，构建不同施磷水平下玉米临界氮浓度稀释曲线模型并进行对比分析，旨在明确不同水平氮磷配施临界氮稀释曲线模型的差异，为夏玉米氮磷配施管理及氮素营养诊断提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验设置于西北农林科技大学北校区农作一站（108°06′E，34°29′N，海拔454.8 m），位于陕西关中平原西部杨凌示范区，属暖温带半湿润季风气候，无霜期211 d，近20年的年平均气温为13.5℃，每年的总日照时间为2 196 h，年平均降水量为580.5 mm，主要集中在7、8、9月，年平均蒸发量为993.2 mm。2019和2020年夏玉米全生育期降水量为527.2和673.9 mm，平均气温为23.6和22.5℃。供试土壤为土，本试验是自2009年起实施的冬小麦-夏玉米一年两熟制长期定位施肥试验，试验前测定0—20 cm土层养分含量为：有机质14.26 g·kg-1、全氮0.90 g·kg-1、碱解氮36.00 mg·kg-1、速效磷17.64 mg·kg-1；20—40 cm土层养分含量为：有机质10.04 g·kg-1、全氮0.62 g·kg-1、碱解氮25.29 mg·kg-1、速效磷23.85 mg·kg-1。2019年不同水平氮磷肥配施下的地力水平不一致，020 cm土层土壤养分含量见表1。

表1 供试土壤基本养分状况

1.2 试验设计

本研究主要分析2019—2020年夏玉米地上部生物量和植株全氮含量的关系。田间试验采取品种、施磷量和施氮量三因素裂区设计，品种为主处理，供试玉米品种为郑单958和豫玉22；施磷量（P2O5）为副处理，设置0、60、120、180 kg·hm-24个施磷量处理，分别以P0、P1、P2和P3表示，所用磷肥为过磷酸钙（P2O5含量16%）；施氮量（纯N）为副副处理，设置0、75、150、225、300 kg·hm-25个施氮量处理，分别以N0、N1、N2、N3和N4表示，所用氮肥为尿素（纯N含量46%）。氮磷肥全部基施，因供试土富含钾素（表1），本试验不施钾肥。小区面积30 m2，2019和2020年夏玉米播种日期分别为6月16日和6月10日，种植密度为67 500株/hm2，收获期分别为10月7日和10月1日。玉米全生育期内不灌水，田间病虫草害防治等其他田间管理措施同当地大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 玉米地上部生物量及氮素含量测定 在夏玉米拔节期（V6）、抽雄期（VT）、灌浆期（R2）和成熟期（R6）采集植株地上部样本。每小区采取有代表性的玉米3株，分为茎秆、叶片、穗三部分，灌浆期和成熟期将穗部分为苞叶、穗轴和籽粒，于105℃杀青30 min后，80℃烘干至恒重，称重并计算地上部生物量；样品粉碎过0.425 mm筛，采用H2SO4-H2O2消煮，德国AA3型连续流动分析仪测定植株全氮含量[20]。

1.3.2 产量测定 成熟期查数各小区中间2行植株果穗数量，换算出单位面积穗数。在行内选取10个均匀果穗，3次重复，分别调查穗行数和行粒数，计算平均穗粒数。通过风干上述2行果穗、脱粒后测产换算单位面积产量，再选取均匀籽粒测定千粒重，籽粒含水量按14%折算。

1.4 模型构建与参数计算

1.4.1 临界氮浓度稀释曲线模型的建立及验证 作物氮浓度随生物量的增加而下降，临界氮浓度是指作物在一定生长期内获得最大地上部生物量所需的最小氮素浓度。采用2019年的试验数据参照JUTES等[21]方法，根据每个取样时期的理论最大地上部生物量和与之相应的氮浓度，建立夏玉米临界氮浓度稀释曲线模型。具体步骤为：取同一生育时期不同水平氮磷配施处理下的植株地上部生物量，测定其对应的氮浓度值，通过方差分析判断作物生长是否受到氮素限制；对于施氮量不能满足作物生长需求的全部处理，将地上部生物量与氮浓度之间进行线性拟合；对于施氮量能满足作物生长需求的全部处理，用其地上部生物量的平均值代表最大值；以最大地上部生物量为横坐标向x轴做垂线，使之与经过线性拟合后形成的直线相交，交点纵坐标值就是该取样时期的理论临界氮浓度值。其中，基于地上部生物量的临界氮浓度稀释曲线模型为：

N=-b

式中，N为作物临界氮浓度（g·kg-1）；为作物地上部生物量的最大值（t·hm-2）；参数为地上部生物量为1 t·hm-2时的植株临界氮浓度；参数为决定临界氮浓度稀释曲线斜率的统计学参数[9]。

采用2020年的试验数据根据国际通用的回归估计标准误差均方根误差[22]和标准化均方根误差 n-[23]来检测模型的拟合度。

式中，、分别为临界氮浓度测定值和模拟值；为样本量；为实测数据的平均值。值越小，模拟值与测定值的一致性越好，偏差越小，即模型的预测精度越高。n-＜10%，模型稳定性极好；10%≤n-＜20%，模型稳定性较好；20%≤n-＜30%，模型稳定性一般；n-≥30%，则认为模型稳定较差[24]。

1.4.2 夏玉米氮营养指数与相对地上部生物量及相对产量 作物氮营养指数（）为植株地上部氮浓度的实测值（N，g·kg-1）与根据临界氮浓度稀释模型求得的相应生物量的临界氮浓度值（N，g·kg-1）的比值，采用下式计算：

可直观反映植株体内氮素的营养状况，若＜1，表明植株氮素缺乏；=1，表明植株氮营养处于最佳状态；＞1，表现为植株氮营养过剩[9]。

相对地上部生物量（relative dry biomass，）=地上部生物量/同一生育时期地上部生物量的最大值；

相对产量（relative yield，）=实际产量/产量的最大值。

1.4.3 最高产量施氮量和经济最佳施氮量 根据产量数据与氮肥用量拟合成回归方程，求出施氮量对作物产量的一阶导数，即边际产量方程，令边际产量方程为零时求得最高产量的施氮量。利用边际产量方程与作物肥料价格比的乘积求出边际产值方程，令边际产值方程等于1时求得经济最佳施氮量。玉米出售价格：2元/kg；氮肥出售价格：1.6元/kg。

1.5 数据处理

由于两个玉米品种的地上部生物量、植株氮浓度及产量之间无显著差异（表2），因此本文在分析不同水平氮磷配施对夏玉米地上部生物量、籽粒产量及植株氮浓度的影响时采用两个品种的试验数据平均值。用2019年2个玉米品种在4个施磷水平、5个施氮水平和4个生育时期的地上部生物量和与之相应的氮浓度实测数据（样本总量为320）确定临界氮浓度值，通过筛选出的32组点（，N）建立不同施磷水平下的夏玉米临界氮浓度稀释曲线模型，用2020年田间实测数据对建立的临界氮浓度稀释曲线模型稳定性进行验证（=320）。数据分析用Microsoft Excel 2007和SPSS 22.0统计软件，多重比较采用Duncan’s法，差异显著性水平=0.05，用Origin 2015软件作图。

表2 夏玉米不同生育时期地上部生物量、植株氮含量及产量的方差分析

V6：拔节期；VT：抽雄期；R2：灌浆期；R6：成熟期。：地上部生物量；N：实际含氮量；V：品种；P：施磷量；N：施氮量；V×P：品种×施磷量；V×N：品种×施氮量；P×N：施磷量×施氮量；V×P×N：品种×施磷量×施氮量。下同。数值后不同字母表示处理间差异达5% 显著水平。*、**和***分别表示在 0.05、0.01和0.001水平上差异显著，NS差异不显著

V6: Jointing stage; VT: Tasseling stage; R2: Filling stage; R6: Maturity stage.: Aboveground biomass;N: Actual nitrogen uptake; V: Variety; P: Phosphorus application; N: Nitrogen application; V×P: Variety×phosphorus; V×N: Variety×nitrogen; P×N: Phosphorus×nitrogen; V×P×N: Variety×phosphorus×nitrogen.The same as below.Different letters indicated significant differences amount treatments at 5% levels.*, Significantly different at＜0.05; **, Significantly different at＜0.01; ***, Significantly different at＜0.001;NSIndicated no significant difference

2 结果

2.1 氮磷配施对夏玉米地上部生物量的影响

2019—2020年不同水平氮磷配施处理的夏玉米地上部生物积累量随生育进程的推进而增加（图1），在拔节期最低，成熟期升至最高，2019年变幅在0.59—18.61 t·hm-2之间，2020年变幅在0.68—20.38 t·hm-2之间，且2年夏玉米地上部生物量在施氮、施磷及其交互作用下均达到显著或极显著水平（表2）。在同一施磷水平下，各生育时期玉米地上部生物量随施氮量的增加呈增加趋势（＜0.05），对比分析不同氮磷水平下的地上部生物量，各生育时期整体满足N0＜N1＜N2＜N3≈N4，这说明氮肥增施到一定量后，玉米地上部生物量不再受氮素限制。磷肥有利于促进植株对氮素的吸收使得地上部生物量积累增加，施磷处理总体表现为P2＞P3≈P1＞P0。

2.2 氮磷配施对夏玉米产量的影响

从图2可以看出，2019—2020年夏玉米产量均随施氮量的增加呈增加趋势，不施磷（P0）处理下产量随施氮量的增加而增加，但N3、N4处理间差异不显著；施磷（P1、P2、P3）处理玉米产量则为先升高后降低，表现为N0＜N1＜N4≈N2＜N3，说明施氮量在N2—N3之间就已经能满足夏玉米生长所需并获得较高产量。施磷对产量提高有促进作用，在不同施磷水平下将施氮量和产量进行二次曲线拟合，得到如下方程（表3），可以看出玉米产量理论最大值随施磷水平的提高先增加后减少，说明过量施磷不能使产量持续增加，磷肥用量控制在P1—P2较为适宜。此外，施磷有利于减少氮肥用量，随施磷水平的提高，获得理论最高产量的施氮量和经济最佳施氮量表现为先减少后增加。两年产量变化趋势一致，在P0、P1、P2、P3条件下，平均经济最佳施氮量分别为219.5、206.2、205.1、205.4 kg·hm-2时获得最高产量。

2.3 氮磷配施下玉米植株氮浓度动态变化

如图3所示，夏玉米植株氮浓度随生育进程的推进而降低，其氮浓度值存在稀释现象，不同年份、同一施磷水平下，玉米植株氮浓度随施氮量的增加而增加（＜0.05），缺氮（N0）和低氮（N1）处理氮浓度显著低于中高氮（N2、N3、N4）处理。施磷处理下玉米植株氮浓度从小到大依次为P0、P1、P3、P2，说明增施磷肥能促进植株对氮素的吸收。由于2020年降水量较高，良好的土壤水分供应促进植株对氮素的吸收，使得夏玉米在拔节期至抽雄期氮素积累量增多且下降缓慢。

柱上不同字母表示同一年内不同处理间差异达到显著水平（P＜0.05）。下同

图2 不同水平氮磷配施对夏玉米产量的影响

表3 不同水平氮磷配施下夏玉米产量效应方程

2.4 氮磷配施下玉米临界氮浓度稀释曲线模型建立

方差分析表明（表2），两个品种夏玉米在不同年份间、不同施磷量及不同施氮量下植株地上部生物量、氮含量存在显著或极显著差异，但两个品种间植株氮浓度不存在显著差异，表明利用两个品种的数据建立模型具有可行性。因此，利用2019年夏玉米两个品种4个生育时期的地上部生物量与对应的植株氮浓度实测数据进行回归曲线拟合，计算出每次取样时期的临界氮浓度值（N）。临界氮稀释曲线不适宜于植株地上部生物量累积较少时（地上部生物量小于1 t·hm-2），这是因为在生育初期生物量增加不会明显降低植株氮含量，因此本研究在计算N时已舍弃夏玉米拔节期N0处理下的部分数据。经计算，玉米的临界氮浓度随地上部生物量的增加逐渐降低，将各生育时期的临界氮浓度值与对应的最大地上部生物量进行幂函数拟合，构建4个不同施磷水平下的夏玉米临界氮浓度稀释曲线模型（图4）。回归方程决定系数分别为0.930、0.953、0.953和0.904，均达到极显著水平，表明临界氮浓度稀释曲线可以很好描述夏玉米地上部生物量和植株氮浓度之间的关系。

图3 不同水平氮磷配施对夏玉米植株氮浓度变化的影响

2.5 氮磷配施下玉米临界氮浓度稀释曲线模型验证

为对上述不同施磷水平下夏玉米临界氮浓度稀释曲线模型的稳定性进行验证，以2020年夏玉米两个品种在4个生育时期的地上部生物量与对应的植株氮浓度实测数据单独进行拟合，计算并建立其临界氮稀释曲线模型。将2020年不同生育时期的最大地上部生物量分别带入此模型和上述模型中，得出临界氮浓度的实测值和模拟值（表4）。根据公式得出在P0、P1、P2和P3水平下临界氮稀释曲线模型的分别为1.925、1.426、1.611和1.570；n−分别为10.23%、6.67%、6.95%和7.19%，模型稳定性较高，表明本研究建立的临界氮稀释曲线模型可用于夏玉米植株氮素营养诊断。

图4 不同施磷水平下夏玉米地上部生物量氮稀释曲线

表4 不同施磷水平下夏玉米临界氮浓度（g·kg-1）测定值与模拟值

2.6 氮磷配施处理对夏玉米氮营养指数的影响

为检验通过夏玉米临界氮稀释模型来估测植株氮素盈亏状况的可行性，依据上述模型分析2019—2020年4个不同施磷水平下两个玉米品种不同生育时期的氮营养指数（）。由于N0处理部分数据已舍弃，在此主要分析N1、N2、N3、N4处理的。在同一施磷水平下，随施氮量的增加，各生育时期夏玉米值不断升高（图5）。P0处理在拔节期值高于其余施磷处理，且在拔节至抽雄期呈下降趋势，而其余施磷处理在拔节至抽雄期值（除N1处理）呈上升趋势，这可能是施磷（P1、P2、P3处理）有利于减缓氮浓度下降，因此抽雄期值略微升高。P0水平下N1处理随玉米生育期的延长下降速率较其余施磷处理快，且N4处理的值也高于其余施磷水平，这说明施磷能平衡植株氮素营养，降低植株在低氮（N1）水平下的氮浓度下降速率和高氮水平下（N4）的氮素残余。随夏玉米生育进程的推进，N1处理的值一直减小且小于1，植株氮素营养出现严重亏缺；N4处理玉米各生育时期的值明显大于1，说明植株对氮素奢侈吸收，氮营养过剩；N3和N2处理的值在1.0附近变化，表明N2—N3施氮条件下植株氮营养状况较好。

图5 不同水平氮磷配施下夏玉米氮营养指数（NNI）动态变化

2.7 氮营养指数与相对地上部生物量和相对产量之间的关系

利用2019—2020年夏玉米各取样时期的数据（拔节期N0处理的数据已舍弃）分析夏玉米氮营养指数（）与相对地上部生物量（）和相对产量（）之间的关系。从图6可以看出，不同水平氮磷配施条件下夏玉米不同生育时期的与均表现为线性相关关系，随的增加而增加，回归方程决定系数均达到极显著水平。与之间呈二次曲线关系（图7），随的增加先升高后降低，不同施磷水平下回归方程决定系数分别为0.890、0.801、0.771和0.835，均达到极显著水平，P0、P1、P2和P3处理下的值分别为1.05、1.02、1.05和1.02时，值最大，分别为1.00、0.98、0.97和1.01。

图6 不同施磷水平下夏玉米氮营养指数与相对地上部生物量的关系

图7 不同施磷水平下夏玉米氮营养指数与相对产量的关系

3 讨论

3.1 夏玉米临界氮浓度稀释曲线模型比较

临界氮浓度稀释曲线模型中的参数表征植株地上部生物量为1 t·hm-2时的含氮量[9]，参数表征植株氮含量随地上部生物量增加的递减关系[25]。本研究参数值在27.98—30.81之间，值在0.138—0.249之间。首先，值与在关中平原夏玉米上的已有研究：李正鹏等[17]（=22.5，=0.27），强生才等[18]（=21.4—22.43，=0.14—0.31），苏文楠等[19]（=23.3—24.7，=0.24—0.26）相比偏高，本试验地为长期氮磷肥配施定位试验区，土壤肥力水平较高（表1），合理的氮磷配施条件促进植株对氮素的吸收，有利于玉米积累更多的生物量和氮素。其次，与安志超等[26]在豫中地区建立的氮高效夏玉米品种临界氮稀释模型（N=30.80-0.37）值相近，与宁夏引黄灌区滴灌玉米[27]（=34.39—35.504，=0.301—0.312）、东北春玉米[28]（N=35.48-0.42）、渭北旱地春玉米[29]（N=36.95-0.36、N=34.11-0.23）和华北夏玉米[30]（N=34.91-0.413）相比，值偏低，这可能是玉米品种及生育周期长短造成的差异。本研究在不施磷（P0）处理下参数值为0.249，和前人研究结果相近，而施磷（P1、P2、P3）水平下值介于0.138—0.187之间，明显偏低，这可能由于夏玉米生育后期降水量增加，充足的水分供应使得植株根系活力衰弱过程减慢[31]，加之施磷能促进玉米根系吸收深层土壤水分，提高了根系对土壤氮素的吸收利用，使植株氮浓度稀释速率减慢。

在相同试验条件下，不同磷肥水平下参数值不同，随施磷量的增加先增大后减小，参数值亦不相同，随施磷水平的提高先降低后增加。与不施磷（P0）相比，P1、P2、P3处理的参数值分别提高了6.40%、10.11%、7.43%，参数b值则分别降低26.91%、44.58%、24.90%。参数的提高和参数的降低对作物临界氮浓度影响是同向的，即适宜的磷肥用量在提高单位生物量氮浓度（参数）的同时还降低了植株临界氮浓度随地上部生物量增加而降低的速率（参数）。因此，P2条件下玉米的临界氮浓度在各生育时期都高于其余施磷处理，且植株氮浓度随地上部生物量的增加降低缓慢，说明适宜的氮磷配施能增大植株临界氮浓度值，提高植株对氮素的容纳能力，同时缓解植株生长进程中氮浓度的下降速度，使得植株保持较高的氮素利用能力。曹彩云等[32]研究表明，氮磷肥配施能促进叶绿素合成，延缓叶绿素分解，降低叶片衰老过程中光合速率的下降速度，使玉米叶面积指数在灌浆后期能维持在较高水平。合理的氮磷配施能有效促进作物根系吸收性能，提高植株氮素吸收积累量，增强光合作用能力，增加地上部生物积累量[4,33]。能促进植株营养器官对氮磷钾养分的吸收转化并向籽粒中的输送分配，进而增加籽粒中氮磷钾的积累[34-35]。长期平衡施用化学氮磷肥可以提高作物产量，增加通过作物根茬和根系分泌物等进入土壤的有机物含量，有效地提升土壤有机质含量，起到较好的培肥地力效果[36]。良好的土壤养分供应和合理的干物质及养分转运分配体系能实现较高的生物量积累和产量，这些对模型参数均有影响。

本研究利用两年的大田试验数据所构建的不同水平氮磷配施条件下临界氮浓度稀释曲线模型虽然能较好地描述夏玉米植株地上部生物量和氮浓度的关系，并检验在不同年份间该模型也具有较高的稳定性（表4），但本曲线模型在单一试验点构建，且试验选用的两个品种对氮素敏感程度相似，2019—2020年降水条件较充足，而旱地玉米实际生产中，常遭遇阶段性水分胁迫，对模型参数的影响尚未可知，因此，在今后研究中还需增加多个旱地品种以及试验年限（不同降雨年型）对氮磷配施条件下模型参数的影响，以进一步提高模型的普适性和可靠性。

3.2 夏玉米氮素营养诊断及推荐施肥量

基于临界氮浓度稀释曲线模型建立的氮营养指数（）模型能精确诊断、衡量植株生育阶段的氮素营养状况，对定量作物生长发育过程中的施肥量具有重要意义[37]。本研究通过计算不同水平氮磷配施处理下的值发现，相同生育时期，随施氮量的提高而增加，但不同施磷水平下相同施氮量的值不同（图5），因为不同磷肥水平下的基础地力不同（表1），土壤供氮能力不同，导致玉米对施氮量的响应不同，说明不同地力水平最优施肥量是不同的。在拔节期，不施磷（P0）情况下的4个施氮处理均高于施磷（P1、P2、P3）处理，这可能是因为拔节期是玉米营养生长旺盛阶段，此时期玉米养分需求量大且吸收速度快，而施磷促进了玉米氮素吸收转运，使得其值比P0处理降低；拔节至抽雄期，施磷处理的值呈现不同程度的上升趋势，可能是该时期玉米开始由营养生长转向生殖生长，施磷导致植株对氮肥需求量相对减小，值回升；抽雄至灌浆期，增施磷肥条件下的N1、N2、N3处理值下降，N4处理继续上升（除P2处理）；灌浆至成熟期，同一施磷水平下各施氮处理的值呈不同程度的降低趋势。王宜伦等[38]研究表明，拔节至大喇叭口期和吐丝至灌浆中期是夏玉米的两个氮素吸收关键期，生育后期土壤充足供氮促进夏玉米对氮素的吸收利用以保证籽粒灌浆，获得高产。本研究表明夏玉米拔节至抽雄期和抽雄至灌浆中期氮素吸收较多，增施磷肥能促进植株对氮素的吸收转运，增施氮肥能保证玉米生育后期较高的氮素吸收利用，而N4处理氮肥用量偏多，植株对氮素的奢侈吸收导致盈余严重，造成资源浪费。

关于最佳施肥量的推荐，已有研究表明，华北地区夏玉米[30]最佳施氮量为180 kg·hm-2，豫北地区超高产夏玉米[39]合理施氮量为255—300 kg·hm-2。渭北旱塬春玉米推荐施氮量为225 kg·hm-2[29]。陕西关中夏玉米施纯氮150 kg·hm-2可获得相对较高产量和氮肥利用率[40]。可见，最佳施肥量因地区、玉米品种、土壤类型及气候条件的差异而不同。本研究通过值与“1”的关系确定最佳氮磷肥用量：N1处理的值在0.72—0.85之间变化，且随玉米生育期的延长持续降低，植株氮素出现亏缺现象。N2处理值介于0.88—0.97之间，接近1，N3处理略高于1，说明最佳施氮量在N2—N3处理之间。由于本试验N2（150 kg·hm-2）和N3（225 kg·hm-2）处理间施氮量梯度过大，且在不同施磷水平下由值确定的理论施氮量范围差异较大，考虑到不同施磷水平下各生育时期值的表现情况，施氮量应为N2、N3处理的平均值，即187.5 kg·hm-2相对较为适宜，如果结合产量效应方程拟合（表3）和氮营养指数诊断结果，实际生产上夏玉米在施磷0、60、120、180 kg·hm-2的水平下分别施氮187.5—219.5、187.5—206.2、187.5—205.1、187.5—205.4 kg·hm-2可获得高产，缺磷（P0）处理下玉米产量不高，适当增施磷肥不仅能降低氮肥用量还能获得高产，而施磷量在120 kg·hm-2就已能满足夏玉米高产需求，高磷（P3）处理产量不能持续提高反而有所下降。综上，适宜施氮量在187.5—205.7 kg·hm-2之间。从施磷效果来看，在提高N2的和降低N3的值上，P1、P2处理效果较好，说明适宜施磷量在P1—P2之间。由于本研究重点探讨不同施磷水平对氮营养指数的影响，初步得出施磷60—120 kg·hm-2较为适宜，在玉米增产效应上施磷的影响不如施氮强，可能由于两年夏玉米生长季雨水较多，土壤较充足的供水弱化了施磷对深层根系土壤水分的吸收效应，使得各施磷处理产量差异不明显。此外，本研究发现与相对地上部生物量及相对产量极显著相关，与前人在玉米[26-27,29]、大蒜[12]和小麦[13]上的研究结果一致，说明基于临界氮稀释曲线模型的来评价植株氮素营养状况具有可靠性。

4 结论

本研究分别构建并验证了4种磷肥水平下夏玉米的临界氮浓度稀释曲线模型（P0，N=27.98-0.249；P1，N=29.77-0.182；P2，N=30.81-0.138；P3，N= 30.06-0.187），模型的n-分别为10.23%、6.67%、6.95%和7.19%，有很好的稳定性。适宜的氮磷配施可以提高植株对氮素的容纳能力，降低氮稀释速率。氮营养指数与相对地上部生物量和相对产量指标间存在极显著相关性，使用基于临界氮浓度稀释曲线模型构建的氮营养指数模型对玉米植株氮素营养状况进行诊断，P1、P2水平下的N2、N3处理氮营养指数值在1附近波动，为最优氮磷配施处理组合，且该处理能获得最大地上部生物量和产量。综合施氮量和产量拟合方程，推荐关中平原夏玉米施氮量以187.5—205.7 kg·hm-2、施磷量60—120 kg·hm-2为宜。

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Critical Nitrogen Dilution Curve and Nitrogen Nutrition Diagnosis of Summer Maize Under Different Nitrogen and Phosphorus Application Rates

LIU Miao, LIU PengZhao, SHI ZuJiao, WANG XiaoLi, WANG Rui, LI Jun*

College of Agronomy, Northwest A&F University/Key Laboratory of Crop Physio-ecology and Tillage Science in Northwestern Loess Plateau, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi

【Objective】This study investigated the effects of different nitrogen and phosphorus application rates on summer maize aboveground biomass, nitrogen accumulation, and drew a critical nitrogen concentration dilution curve.The nitrogen status of maize plant was diagnosed and evaluated based on a model of nitrogen nutrition index (NNI) under different nitrogen and phosphorus interaction conditions, which provided a theoretical basis for the rational application of nitrogen and phosphorus fertilizers in summer maize.【Method】By using Zhengdan958 (ZD958) and Yuyu22 (YY22) as tested materials, the field experiments in Guanzhong Plain, Shaanxi included four phosphorus application rates and five nitrogen application rates, such as 0 (P0), 60 (P1), 120 (P2), 180 (P3) kg P2O5·hm-2and 0 (N0), 75 (N1), 150 (N2), 225 (N3), 300 (N4) kg N·hm-2during 2019-2020.The aboveground samples were taken during the jointing, tasseling, filling, and maturity stages of summer maize to analyze the effects of nitrogen and phosphorus application rate on maize dry matter accumulation, dynamic changes of nitrogen concentration and grain yield.The field test data was used to construct and verify the critical nitrogen dilution curve model of summer maize.【Result】The results showed that nitrogen and phosphorus application rate significantly increased aboveground biomass, plant nitrogen concentrations and grain yield of summer maize.The grain yield and aboveground biomass of summer maize increased as the nitrogen application rate increased within the same phosphorus application condition.The nitrogen concentration of maize plants showed a decreasing trend with the extension of growth period and the increase of aboveground dry matter weight.There was a power exponential relationship between nitrogen concentration and aboveground biomass.In addition, the phosphorus application could promote maize plant nitrogen absorption and aboveground dry matter accumulation.The overall performance of the phosphorus application treatments was P2＞P3≈P1＞P0 under the same nitrogen application conditions, appropriate phosphorus application could improve the capacity of maize plant for nitrogen absorption and relieved the decline of nitrogen concentration.The critical nitrogen concentration (N) curves of maize (P0,N=27.98-0.249; P1,N=29.77-0.182; P2,N= 30.81-0.138; P3,N=30.06-0.187) were constructed according to the aboveground dry matter () weight and its nitrogen concentration under different phosphorus application conditions; the relatively stable model had a linear correlation between the fitted and actual plant nitrogen concentrations, which showed that the n-were 10.23%, 6.67%, 6.95% and 7.19%, respectively.Thevalues were calculated based on the critical nitrogen concentration curves.increased with the increase of nitrogen application in each growth stages within the same phosphorus application conditions, which was also positively correlated with relative aboveground biomass () and relative yield ().【Conclusion】Based on the model of nitrogen nutrition() in this study, N2-N3 and P1-P2 were the best conditions.Based on the fitting curve of comprehensive nitrogen application rate and grain yield, the nitrogen rate of 187.5-205.7 kg·hm-2and phosphorus rate of 60-120 kg·hm-2was the optimal fertilization option for summer maize in Guanzhong Plain, Shaanxi.

summer maize; nitrogen and phosphorus application rate; critical nitrogen dilution curve; nitrogen nutrition index

2021-01-20；

2021-05-07

国家科技支撑计划（2015BAD22B02）、国家高技术研究发展计划（2013AA102902）、国家自然科学基金（31801300）

刘苗，E-mail：3318757297@qq.com。通信作者李军，E-mail：junli@nwsuaf.edu.cn

（责任编辑 李云霞）