不同灌溉方式對(duì)玉米氮素吸收及利用效率的影響研究

鄭文生，孟 巖，李芳花，孫彥君，劉 瀟

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

不同灌溉方式對(duì)玉米氮素吸收及利用效率的影響研究

鄭文生，孟 巖，李芳花，孫彥君，劉 瀟

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

本文基于田間試驗(yàn)，研究了不同灌溉方式對(duì)玉米氮素吸收及氮素利用效率的影響。結(jié)果表明，玉米籽粒吸氮量高于莖稈吸氮量，占總吸氮量的60%以上；在地下滴灌方式玉米籽粒吸氮量、莖稈吸氮量和總吸氮量都高于其他處理；氮肥利用率與土壤氮素依存率之間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，氮肥利用率在0.05水平，滴灌帶埋深30 cm處理和滴灌帶埋深15 cm處理與噴灌處理差異顯著，說(shuō)明地下滴灌方式與噴灌方式比可以顯著提高氮素利用率。

灌溉方式；玉米；氮素吸收；氮肥利用效率

氮肥是糧食生產(chǎn)過(guò)程中重要的營(yíng)養(yǎng)元素，也是產(chǎn)量形成過(guò)程中重要限制因子[1]，當(dāng)耕地土壤氮素供應(yīng)不足時(shí)，可通過(guò)施用氮肥滿(mǎn)足糧食作物對(duì)氮素養(yǎng)分的需求，降低氮素供需矛盾。氮肥在糧食生產(chǎn)中施用量最大，增產(chǎn)效果也最顯著[2]。但是作物產(chǎn)量與土壤含氮量并非正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)過(guò)度增加氮肥用量時(shí)，增產(chǎn)效益逐漸下降，氮肥利用效率持續(xù)降低，損失量會(huì)逐步升高，土壤氮素殘留量也會(huì)升高，進(jìn)而增加了破壞水土環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)[3-5]。合理進(jìn)行氮肥管理既能滿(mǎn)足作物的養(yǎng)分需求，又可避免養(yǎng)分流失，是提高氮素利用效率的重要措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在黑龍江省水利科技試驗(yàn)研究中心進(jìn)行。該基地位于東經(jīng)125°45′，北緯45°22′，屬中溫帶大陸季風(fēng)性氣候，全年平均氣溫在-4 ℃～5 ℃之間，多年平均降雨量介于400～650 mm。土壤類(lèi)型為黑土， 0～80 cm剖面的土壤均為粉壤土，平均飽和含水率為0.46 cm3/cm3，田間持水率為0.36 cm3/cm3，凋萎系數(shù)為0.20 cm3/cm3，平均干容重為1.34 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試玉米品種為東福1號(hào)，生育期123 d，耕作方式采用大壟雙行，壟上行距45 cm，壟間行距85 cm，株距30 cm，種植密度50 000株/hm2。試驗(yàn)處理有噴灌、地表滴灌、地下滴灌(兩種，滴灌管埋深分別為15 cm和30 cm)和對(duì)照處理(見(jiàn)表1)，3次重復(fù)，共15個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。各處理化肥施用量和時(shí)間保持一致，采用相同田間管理方式。

灌水和施肥：根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)施基肥磷酸二銨300 kg/hm2，硫酸鉀150 kg/hm2，硫酸鋅22.5 kg/hm2，折合純氮量54.0 kg/hm2，有效磷(P2O5)138.0 kg/hm2，有效鉀(K2O)81.0 kg/hm2；根據(jù)土壤墑情拔節(jié)期(7月5日)灌水15 mm；隨水追施尿素260 kg/hm2，折合純氮量為120 kg/hm2氮肥；噴灌施肥采用撒施，然后覆土。地面滴灌和地下滴灌處理使用30 L壓差式施肥罐灌水施肥，在施肥罐的進(jìn)口和出口分別安裝精度為5%的壓力表，控制通過(guò)施肥罐的壓差和系統(tǒng)首部壓力，施肥罐出口壓力恒定為0.10 MPa，壓差控制在0.05 MPa左右。為保證均勻施肥，每次施肥前需要先灌入一定量的清水，系統(tǒng)穩(wěn)定后再進(jìn)行施肥，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行沖洗[6-7]。

表1 試驗(yàn)處理

1.3 測(cè)定指標(biāo)

在玉米收獲時(shí)，每個(gè)處理取三株玉米，然后將玉米放置于烘箱中，設(shè)置65 ℃左右烘干至恒重，分別稱(chēng)量玉米莖稈和籽粒重，并分別將玉米莖稈和籽粒樣品進(jìn)行研磨，將研磨的樣品放入自封袋內(nèi)保存，用凱氏定氮儀測(cè)試玉米莖稈和籽粒中全氮的含量，計(jì)算玉米莖稈和籽粒吸氮量(植株全氮含量乘以地上部分的干物質(zhì)質(zhì)量)。

1.4 參數(shù)計(jì)算

(1)氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/施肥量，kg/kg。

(2)氮肥農(nóng)學(xué)利用率=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-無(wú)氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量，kg/kg。

(3)氮肥利用率，反映了作物對(duì)施入土壤中的肥料氮的回收效率，即

NRE=(U-U0)/F

(1)

式(1)中：NRE為氮肥利用率，%；U為施肥后玉米收獲時(shí)地上部的吸氮總量，kg；U0為不施氮肥時(shí)玉米收獲期地上部的吸氮總量,kg;F為化肥氮的投入量,kg。

(4)農(nóng)作物產(chǎn)量對(duì)土壤肥力的依存率[8]，即土壤基礎(chǔ)肥力對(duì)農(nóng)作物單產(chǎn)的貢獻(xiàn)份額用式(2)來(lái)表示：

(2)

式(2)中：X為不施氮肥產(chǎn)量，即土壤基礎(chǔ)肥力的產(chǎn)量，kg/hm2；Ymax為施氮肥后的產(chǎn)量，kg/hm2。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式對(duì)玉米吸氮量的影響

測(cè)定各處理的籽粒和莖稈含氮量，分別計(jì)算籽粒、莖稈吸氮量，及總吸氮量，進(jìn)行多重比較，結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，各試驗(yàn)處理的玉米籽粒吸氮量大小順序?yàn)椋旱喂鄮裆?0 cm處理、滴灌帶埋深15 cm處理、地面滴灌處理、噴灌處理、CK處理，分別是153.13 kg/hm2、142.03 kg/hm2、137.17 kg/hm2、117.16 kg/hm2和109.39 kg/hm2，分別比對(duì)照處理提高了39.99%、29.84%、25.40%和7.10%。通過(guò)方差分析可知在0.05水平，滴灌帶埋深30 cm處理與噴灌處理和對(duì)照處理之間差異顯著，滴灌帶埋深15 cm處理、地面滴灌處理、噴灌處理和對(duì)照處理相互之間差異不顯著，滴灌帶埋深30 cm處理與滴灌帶埋深15 cm處理之間差異不顯著，說(shuō)明地下滴灌方式與對(duì)照處理比可以顯著提高玉米籽粒吸氮量。

表2 玉米吸氮量多重比較

各試驗(yàn)處理的玉米莖稈吸氮量大小順序?yàn)椋旱喂鄮裆?5 cm處理、滴灌帶埋深30 cm處理、噴灌處理、對(duì)照處理、地面滴灌處理，分別是93.70 kg/hm2、82.78 kg/hm2、73.38 kg/hm2、71.54 kg/hm2和68.67 kg/hm2。滴灌帶埋深15 cm處理、滴灌帶埋深30 cm處理、噴灌處理、地面滴灌處理莖稈吸氮量分別比對(duì)照處理提高了30.98%、15.71%、3.41%、和-4.01%。通過(guò)方差分析可知在0.05水平，滴灌帶埋深15 cm處理的莖稈吸氮量與地面滴灌處理、噴灌處理和對(duì)照處理差異顯著，滴灌帶埋深15 cm處理與滴灌帶埋深30 cm處理不顯著，這說(shuō)明地下滴灌方式與對(duì)照處理比可以顯著提高玉米莖稈吸氮量。

各試驗(yàn)處理的玉米總吸氮量大小順序?yàn)椋旱喂鄮裆?0 cm處理、滴灌帶埋深15 cm處理、地面滴灌處理、噴灌處理和對(duì)照處理，分別是236.21 kg/hm2、235.73 kg/hm2、205.84 kg/hm2、191.14 kg/hm2和180.94 kg/hm2。分別比對(duì)照處理提高了30.55%、30.28%、13.76%和5.64%。通過(guò)方差分析可知在0.05水平，滴灌帶埋深30 cm處理和滴灌帶埋深15 cm處理與噴灌處理和對(duì)照處理差異顯著，在0.01水平，滴灌帶埋深30 cm處理和滴灌帶埋深15 cm處理與對(duì)照處理差異顯著，這說(shuō)明地下滴灌方式與對(duì)照處理比可以極顯著地提高玉米總吸氮量。

由此可知，地下滴灌處理提高了玉米籽粒吸氮量、莖稈吸氮量和總吸氮量，這主要是由于地下滴灌處理是在玉米根系層進(jìn)行灌溉施肥，氮素會(huì)快速運(yùn)移到玉米根系附近，有利于玉米對(duì)氮素的吸收利用。

對(duì)不同灌溉處理下玉米籽粒吸氮量、莖稈吸氮量及占總吸氮量的比例進(jìn)行比較(表3)?？梢?jiàn)，籽粒的吸氮量占總吸氮量的比例在60%以上，高低順序?yàn)榈孛娴喂嗵幚怼⒌喂鄮裆?0 cm處理、噴灌處理、對(duì)照處理和滴灌帶埋深15 cm處理；玉米籽粒吸的氮量高于莖稈吸氮量。

表3 玉米籽粒和莖稈吸氮量分析

2.2 不同灌溉方式對(duì)玉米氮肥利用效率的影響

計(jì)算不同灌溉處理下玉米氮肥利用效率，分別計(jì)算氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥利用率和土壤氮素依存率，并進(jìn)行多重比較，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 玉米氮肥利用效率

從表4可以看出，土壤氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和土壤氮素依存率各處理之間差異不顯著，氮肥利用率在0.05水平，滴灌帶埋深30 cm處理和滴灌帶埋深15 cm處理與噴灌處理差異顯著，在0.01水平各處理之間差異不顯著，這說(shuō)明地下滴灌方式與噴灌方式比可以顯著提高氮素利用率；各試驗(yàn)處理的土壤氮肥偏生產(chǎn)力大小順序?yàn)椋旱喂鄮裆?5 cm處理、滴灌帶埋深30 cm處理、地面滴灌處理、噴灌處理；氮肥農(nóng)學(xué)利用率大小順序?yàn)椋旱喂鄮裆?5 cm處理、滴灌帶埋深30 cm處理、地面滴灌處理、噴灌處理；土壤氮素依存率大小順序?yàn)椋簢姽嗵幚?、地面滴灌處理、滴灌帶埋?0 cm處理、滴灌帶埋深15 cm處理；氮肥利用率大小順序?yàn)椋旱喂鄮裆?0 cm處理、滴灌帶埋深15 cm處理、地面滴灌處理、噴灌處理，分別是46.06%、45.66%、20.75%和8.50%?？梢?jiàn)地下滴灌方式氮肥利用率高于地面滴灌處理和噴灌處理。

繪制各灌溉處理氮肥利用率與土壤氮素依存率之間的關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

圖1 不同灌溉方式氮肥利用率與土壤氮素依存率之間的關(guān)系

由圖1可知，隨著氮肥利用率的提高，土壤氮素依存率逐步降低，進(jìn)行相關(guān)性分析可知，氮肥利用率與土壤氮素依存率之間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，氮肥利用率與土壤氮素依存率間泊松相關(guān)系數(shù)為-0.782。

3 結(jié) 論

(1)玉米籽粒吸的氮量高于莖稈吸氮量，籽粒的吸氮量占總吸氮量的60%以上，可見(jiàn)玉米籽粒利用了大部分的氮素，因此在施肥過(guò)程中在保證玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的需要前提下，選擇生殖生長(zhǎng)期進(jìn)行追肥，會(huì)有利于氮肥的吸收和利用。

(2)不同灌溉方式條件下土壤氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和土壤氮素依存率各處理之間差異不顯著，氮肥利用率在0.05水平，滴灌帶埋深30 cm處理和滴灌帶埋深15 cm處理與噴灌處理差異顯著，說(shuō)明地下滴灌方式與噴灌方式比可以顯著提高氮素利用率。

(3)氮肥利用率與土壤氮素依存率之間存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

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Effects of different irrigation method on maize uptaking nitrogen and NRE

ZHENG Wensheng，MENG Yan，LI Fanghua, SUN Yanjun，LIU Xiao

(HeilongjiangProvincialHydraulicResearchInstitute,Harbin150080,China)

Based on field experiment, studied on the influence of the different irrigation methods for the nitrogen uptake and utilization efficiency. The results showed that N accumulation of maize kernel is more than its of maize haulm, is more than 60% of the total N accumulation. N accumulation of total maize, maize kernel and haulm is more than them of other treatment. Relationship between utilization rate of nitrogen fertilizer and soil nitrogen dependent rate is extremely significant negative correlation. Utilization rate of nitrogen fertilizer at the 0.05 level, difference between drip irrigation belt 30 cm depth treatment, drip irrigation belt 15 cm depth and sprinkler irrigation treatment is significant, the way of subirrigation can significantly improve the utilization efficiency of nitrogen.

irrigation method；maize；nitrogen uptake；NRE

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD12B01)；水利部“948”技術(shù)引進(jìn)項(xiàng)目(201425)；黑龍江省財(cái)政廳科研計(jì)劃項(xiàng)目(201101)；黑龍江省水利科技項(xiàng)目(201310)

鄭文生(1970-)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)節(jié)水理論與技術(shù)。

S274.2

A

2096-0506(2016)12-0001-04