緩釋氮肥與尿素?fù)交鞂?duì)玉米生理特性和氮素吸收的影響

郭金金，張富倉(cāng)，閆世程，鄭 靜，強(qiáng)生才，陳東峰，李志軍

（西北農(nóng)林科技大學(xué)/旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100）

農(nóng)田過(guò)量施肥和肥料利用率低是影響我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題。已有資料表明，我國(guó)化肥當(dāng)季利用率僅為35%左右，資源浪費(fèi)嚴(yán)重[1]。在關(guān)中地區(qū)冬小麥–夏玉米輪作系統(tǒng)中，夏玉米生育期正值雨季，降水量占全年的60%～70%，降水頻率高且強(qiáng)度大，施用的化肥迅速轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮向較深土層淋洗，不僅造成肥料浪費(fèi)，還對(duì)地下水環(huán)境造成潛在威脅，甚至導(dǎo)致氮素面源污染[2]。近年來(lái)，新型緩釋氮肥因其養(yǎng)分釋放速率與作物需肥規(guī)律高度吻合，一次性基施可滿足全生育期生長(zhǎng)需求，同時(shí)具有養(yǎng)分利用率高、省工省肥和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注[3–4]。研究發(fā)現(xiàn)，包膜控釋尿素通過(guò)外層膜材料的控制，能夠平穩(wěn)供應(yīng)養(yǎng)分，提高土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、堿解氮含量，減少氮素徑流損失[5–6]。施用緩釋氮肥是提高氮肥利用率的一條有效途徑[7]，與常規(guī)氮肥相比，緩釋氮肥能維持玉米生育后期較高的根系數(shù)量和活性，提高根系對(duì)氮素的吸收能力，因而可顯著提高氮素利用率，減少氮素淋失和土壤環(huán)境污染[8–9]。何昌芳等[10]和黃云等[11]研究表明緩釋氮肥能夠增加作物生育后期的氮素供應(yīng)，有效提高作物生育中后期葉綠素含量，提高光合速率和酶活性，增強(qiáng)氮素轉(zhuǎn)換與累積，協(xié)調(diào)作物各器官養(yǎng)分吸收與分配，促進(jìn)作物產(chǎn)量和氮素利用率的提高。Yang等[12]認(rèn)為，增施緩釋氮肥和緩釋鉀肥能有效提高鹽堿地棉花生長(zhǎng)中后期的葉綠素含量和凈光合速率，顯著增加土壤有效鉀和無(wú)機(jī)氮含量。姬景紅等[13]在控釋摻混肥對(duì)春玉米產(chǎn)量、光合特性及氮肥利用率的影響研究中表明，不同比例摻混緩釋氮肥可以延緩葉片衰老，提高產(chǎn)量，增加成熟期耕層土壤硝態(tài)氮含量，減少深層土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?。以往關(guān)于土壤硝態(tài)氮的淋溶研究主要集中在尿素、不同緩釋氮肥單獨(dú)施用對(duì)土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊懀c緩釋氮肥相關(guān)的田間應(yīng)用主要集中在山東、河南等地區(qū)，多以水稻研究為主[14–15]。作者前期對(duì)不同施氮量下緩釋氮肥與尿素?fù)交鞂?duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)與尿素和緩釋氮肥單施相比，尿素與緩釋氮肥以3∶7摻混施用能顯著提高玉米的株高、莖粗、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量[16]，而關(guān)于尿素?fù)交炀忈尩?、施氮量以及交互作用?duì)關(guān)中地區(qū)夏玉米生理特性、氮素吸收及土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊憴C(jī)制還需要進(jìn)一步闡明。本文研究了不同施氮量下，尿素與緩釋氮肥摻混對(duì)大田玉米生理特性、氮素吸收和土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?，以期探索適宜關(guān)中地區(qū)夏玉米生長(zhǎng)的氮肥類(lèi)型及施氮量，為玉米高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)的尿素?fù)交炀忈尩蕬?yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年6—10月在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室節(jié)水灌溉試驗(yàn)站 (108°24′E、34°20′N(xiāo)) 進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬于暖溫帶季風(fēng)半濕潤(rùn)氣候區(qū)，海拔524.7 m，年平均溫度為12.9℃，多年平均降水量580 mm (主要集中在7、8、9月)，年平均蒸發(fā)量1 500 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為壤土，0—100 cm土層的田間持水量為23%～25%，凋萎含水量為8.5% (均為質(zhì)量含水率)，0—20 cm土層土壤pH值為8.14，有機(jī)質(zhì)含量12.0 g/kg、全氮0.89 g/kg、全磷0.60 g/kg、全鉀14.10 g/kg、有效磷8.21 mg/kg、速效鉀131.97 mg/kg、堿解氮55.30 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置3種氮肥施用處理：尿素 (U)、緩釋氮肥 (S) 和尿素與緩釋氮肥3∶7摻混 (SU)；4個(gè)施氮水平：N1 (90 kg/hm2)、N2 (120 kg/hm2)、N3 (180 kg/hm2) 和N4 (240 kg/hm2)，以不施氮肥N0為對(duì)照，共13個(gè)處理。各處理小區(qū)隨機(jī)排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積為3 m × 7 m = 21 m2，試驗(yàn)區(qū)周?chē)荚O(shè)2 m保護(hù)帶。

試驗(yàn)所用氮肥為尿素 (含N為46%) 和緩釋氮肥(N–P2O5–K2O，28–6–6)，總養(yǎng)分為 40%，采用高科技包膜技術(shù)，緩釋期為三個(gè)月，產(chǎn)自山東省臨沂市史丹利化肥有限公司)，磷肥為過(guò)磷酸鈣 (含P2O5為16%，產(chǎn)自云南省玉溪化肥有限責(zé)任公司)，鉀肥為硫酸鉀 (含K2O為50%，產(chǎn)自俄羅斯)。緩釋氮肥 (S)和尿素與緩釋氮肥3∶7摻混 (SU) 均作為基肥播種前一次性施入；尿素 (U) 基追比為3∶7，追肥在拔節(jié)期 (7月14日) 進(jìn)行。各處理磷肥 (120 kg/hm2P2O5)和鉀肥 (60 kg/hm2K2O) 均作基肥一次性施入。

供試玉米品種為鄭單958，行距為60 cm、株距為25 cm，播種密度為67 000株/hm2，于2016年6月10日播種，10月1日收獲。由于伏旱時(shí)期過(guò)長(zhǎng)，在8月16日灌水30 mm，生育期內(nèi)無(wú)明顯病蟲(chóng)害和雜草出現(xiàn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉綠素的測(cè)定 在玉米苗期、拔節(jié)期、吐絲期和灌漿期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取三株玉米葉片作為三個(gè)重復(fù)，采用96%乙醇浸提，用紫外分光光度計(jì)于波長(zhǎng)為665 nm、649 nm、470 nm下比色 (以96%乙醇為空白對(duì)照)，測(cè)定葉片中的葉綠素含量[17]。

1.3.2 光合參數(shù)的測(cè)定 采用Li 6400XT型便攜式光合儀 (LI COR, Nebraska, USA) 在玉米主要生育期選取光照充足的晴朗天氣，在上午9:00—11:00測(cè)定不同處理玉米穗位葉的凈光合速率 (Pn)、蒸騰速率 (Tr)。

1.3.3 植株氮素吸收量的測(cè)定 于玉米主要生育期進(jìn)行群體動(dòng)態(tài)調(diào)查和取樣，其中苗期每個(gè)小區(qū)連續(xù)選取5株玉米；拔節(jié)期和吐絲期按莖、葉片2部分取樣，灌漿期和成熟期按莖、葉片、苞葉+穗軸和籽粒4部分取樣。樣品烘干稱(chēng)重后磨碎，經(jīng)H2SO4–H2O2消煮后通過(guò)FOSS 2300型全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定植株全氮含量[18]。

1.3.4 土壤硝態(tài)氮含量測(cè)定 分別在玉米主要生育期，用土鉆取0—120 cm土層土樣，分層取土，20 cm為一層，晾干磨細(xì)過(guò)篩后，稱(chēng)取5 g土壤樣品，加入50 mL 2 mol/L KCl溶液，振蕩30 min后過(guò)濾，浸提液用連續(xù)流動(dòng)分析儀 (Auto Analyzer-III, 德國(guó)Bran Luebbe公司) 測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量[12,23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和誤差計(jì)算，主要指標(biāo)的顯著性分析通過(guò)SPSS23.0軟件中的least significant difference (LSD) 多重比較法獲得，顯著性水平設(shè)定為P ＜ 0.05和P ＜ 0.01，圖形通過(guò)Origin 8.0軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米生理特性的影響

2.1.1 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米葉綠素含量的影響 施氮對(duì)提高玉米葉片葉綠素含量有促進(jìn)作用，不施氮或過(guò)量施氮均降低葉片葉綠素含量 (表1)。葉綠素a與葉綠素b含量總體上表現(xiàn)為出苗期最高、灌漿期最低。苗期U和S處理N4葉片葉綠素總量達(dá)到3.82 mg/g。拔節(jié)期葉綠素含量隨著施氮量的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，SU處理N3葉片葉綠素總量達(dá)最大為3.70 mg/g。吐絲期SU處理葉綠素總量最大值分別高出U和S處理4.9%～30.4%和1.1%～28.1%；灌漿期SU處理葉綠素總量最大值分別高出U和S處理最大值7.7%和1.3%，其中各處理葉綠素b含量無(wú)明顯差異。U與SU處理不同生育期葉綠素含量在N3施氮量達(dá)最大，S處理不同生育期葉綠素含量在N2施氮量達(dá)最高。氮肥類(lèi)型、施肥量和兩者交互作用對(duì)葉綠素含量的影響主要體現(xiàn)在拔節(jié)期以后，氮肥類(lèi)型對(duì)葉綠素含量的影響在拔節(jié)期與灌漿期呈顯著性差異 (P ＜ 0.05)，吐絲期呈極顯著性差異 (P ＜0.01)；苗期以后施肥量對(duì)葉綠素含量的影響有極顯著性差異 (P ＜ 0.01)；吐絲期與灌漿期兩者交互作用對(duì)葉綠素含量的影響有極顯著性差異 (P ＜ 0.01)。

2.1.2 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米凈光合速率和蒸騰速率的影響 施氮量過(guò)高會(huì)抑制玉米的生長(zhǎng)，導(dǎo)致玉米的凈光合速率、蒸騰速率有不同程度的降低 (表2)。玉米的凈光合速率和蒸騰速率在拔節(jié)期達(dá)到最大，在蠟熟期降到最小。拔節(jié)期，SU處理N3水平玉米凈光合速率和蒸騰速率分別達(dá)到42 μmol/(m2·s) 和12.8 mmol/(m2·s)。拔節(jié)期以后，U處理玉米的凈光合速率、蒸騰速率明顯低于S和SU處理。玉米各生育期SU處理N3水平的凈光合速率和蒸騰速率最高，分別高于其他處理6.9%～88.6%和3.4%～90.3%，S處理N2水平和U處理N3水平無(wú)顯著差異，但S處理N2水平較U處理N3水平減少30%的施氮量。氮肥類(lèi)型在蠟熟期對(duì)玉米凈光合速率有極顯著的影響，在灌漿期和蠟熟期對(duì)玉米蒸騰速率有極顯著的影響。氮肥類(lèi)型與施氮量的交互作用對(duì)夏玉米蠟熟期的凈光合速率有極顯著影響 (P ＜ 0.01)，其他生育期影響顯著 (P ＜ 0.05)；除吐絲期外，兩者交互作用對(duì)玉米蒸騰速率有極顯著影響 (P ＜ 0.01)。

2.2 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米養(yǎng)分吸收的影響

2.2.1 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米各生育期氮素吸收的影響不同氮肥處理下，玉米各生育期氮素吸收速率均隨著生育期的延長(zhǎng)呈“慢–快–慢”的變化趨勢(shì) (圖1)。苗期不同氮肥處理均能滿足玉米生長(zhǎng)所需養(yǎng)分。拔節(jié)期與吐絲期玉米地上部階段氮素吸收量均達(dá)到全生育期最大，其中SU處理N3水平氮素吸收量最大達(dá)137.9 kg/hm2，高于其他施氮處理5.6%～59.7%。灌漿期后，不同氮肥處理下的玉米氮素吸收量呈明顯的下降趨勢(shì)，較吐絲期減少約80%。生育期內(nèi)，玉米氮素總吸收量呈現(xiàn)SU處理 ＞ S處理 ＞ U處理的趨勢(shì)，SU處理N3水平玉米氮素總吸收量 (156.1 kg/hm2) 與U處理N3水平、S處理N2水平差異顯著，其中U處理N3水平和S處理N2水平的氮素吸收量分別為141.1 kg/hm2和144.4 kg/hm2，兩者無(wú)顯著差異；與U處理相比，S處理在施氮量減少30%時(shí)仍能維持玉米較高的氮素吸收量。

表1 不同氮肥處理玉米各生育期葉片葉綠素含量 (mg/g)Table 1 Chlorophyll contents in leaves of maize at different growth stages under different nitrogen fertilizers and levels

表2 不同氮肥處理玉米各生育期葉片凈光合速率與蒸騰速率Table 2 Leaf photosynthetic rate and transpiration rate at different growth stages of maize under different nitrogen fertilizers and levels

2.2.2 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米成熟期各器官氮素分配和產(chǎn)量的影響 不同氮肥處理下玉米各器官氮素的分配量和分配比例有所差異，但均呈現(xiàn)出籽粒 ＞ 葉片 ＞莖稈 ＞ 穗軸+苞葉的趨勢(shì) (表3)。各處理玉米籽粒的氮素分配量和產(chǎn)量均呈現(xiàn)SU處理 ＞ S處理 ＞ U處理。在一定范圍內(nèi)，施氮量的增加有利于提高玉米籽粒中氮素的分配量和產(chǎn)量，但過(guò)高的施氮量反而會(huì)促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官中氮素的吸收，進(jìn)而使得籽粒中的氮素分配量和產(chǎn)量降低。SU處理N3水平籽粒的氮素分配量最大達(dá)到79.68 kg/hm2，較U和S處理各施氮量分別增加了11.7%～54.1%和6.2%～47.8%。U處理N3水平、S處理N2水平和 SU 處理 N3 水平下籽粒的氮素分配量最大。 SU處理N3水平下產(chǎn)量最高，達(dá)到6200.4 kg/hm2，較U和S處理各施氮量分別增加了20.7%～69.4%和19.8%～59.5%。U處理N4水平和SU處理N4水平玉米產(chǎn)量比相應(yīng)的N3水平分別減少了16.5%和16.0%；S處理N3和N4水平的玉米產(chǎn)量比N2水平分別減少了9.9%和20.9%。由此可見(jiàn)，尿素?fù)交炀忈尩试谝欢ㄊ┑肯履軌虼龠M(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官中的養(yǎng)分向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，增加籽粒中養(yǎng)分的比例，進(jìn)而提高玉米產(chǎn)量。

2.3 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米土壤硝態(tài)氮含量的影響

2.3.1 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米根區(qū)0—40 cm土壤硝態(tài)氮含量的影響 玉米的大部分根系分布在0—40 cm土層，且該土層是玉米養(yǎng)分吸收和利用的主要區(qū)域。由表4可知，0—40 cm土層硝態(tài)氮含量隨施氮量的增加而增加。苗期土壤硝態(tài)氮主要分布在0—20 cm土層，U和SU處理在0—20 cm土層硝態(tài)氮含量差異不顯著，分別高于S處理4.7%～12.8%和8.2%～18.0%，不同氮肥處理20—40 cm土層硝態(tài)氮含量無(wú)顯著差異。拔節(jié)期0—40 cm土層硝態(tài)氮含量較苗期有所降低，0—20 cm土層硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)為U處理 ＞ SU處理 ＞ S處理，20—40 cm土層硝態(tài)氮SU處理 ＞ S處理 ＞ U處理。吐絲期U處理0—40

cm土層硝態(tài)氮含量分別比S和SU處理提高15.0%～45.0%和2.1%～47.8%。灌漿期和成熟期0—40 cm土層硝態(tài)氮含量較前期有所下降，其中灌漿期0—40 cm土層硝態(tài)氮含量平均較拔節(jié)期和吐絲期分別減少27.5%和8.5%。

2.3.2 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米吐絲期土壤硝態(tài)氮分布的影響 吐絲期土壤硝態(tài)氮的含量隨著施氮量的增加而增加 (圖2)。各處理0—120 cm土層硝態(tài)氮含量隨著土層深度的增加呈先增加后減少的變化趨勢(shì)。吐絲期土壤硝態(tài)氮主要分布在0—60 cm土層，其中U、S和SU處理0—60 cm土層硝態(tài)氮含量分別占0—120 cm土層硝態(tài)氮含量的66.4%～67.8%、67.1%～74.4%和64.6%～81.0%。在相同施氮量下，U處理0—120 cm土壤硝態(tài)氮含量最高，較S和SU處理分別增加了17.6%～37.8%和18.2%～44.5%。這說(shuō)明U處理養(yǎng)分釋放速度快，土壤中的氮素供給大于玉米需求；S和SU處理緩釋氮肥具有緩慢釋放養(yǎng)分的特性，能更好地促進(jìn)玉米吸收利用，提高氮肥利用率，減少硝態(tài)氮向深層土壤的運(yùn)移。

2.3.3 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米灌漿期土壤硝態(tài)氮分布的影響 吐絲期到灌漿期是玉米快速生長(zhǎng)的階段，玉米吸收大量的養(yǎng)分以促進(jìn)生長(zhǎng)。不同氮肥對(duì)灌漿期0—120 cm土層硝態(tài)氮分布的影響有所不同，U處理0—120 cm土層硝態(tài)氮含量有增有減，S和SU處理土層硝態(tài)氮含量隨著土層深度的增加而逐漸減小(圖3)。灌漿期0—40 cm土層硝態(tài)氮含量較吐絲期有所下降；相反，60—120 cm土層的硝態(tài)氮含量增加，這是由于降雨造成氮素向深層土壤淋失。0—40 cm土層硝態(tài)氮含量呈S處理 ＞ SU處理 ＞ U處理的變化趨勢(shì)。S和SU處理各施氮量下0—40 cm土層硝態(tài)氮含量分別比U處理提高22.9%～42.3%和7.5%～35.3%；60—120 cm土層硝態(tài)氮含量呈U處理 ＞S處理 ＞ SU處理的變化趨勢(shì)，其中S和SU處理各施氮量下60—120 cm土層硝態(tài)氮含量分別比U處理降低29.8%～40.4%和38.4%～41.4%。

表3 不同氮肥處理玉米成熟期各器官的氮素分配量和產(chǎn)量Table 3 Distribution amounts of nitrogen and yield of maize under different nitrogen fertilizers at maturity

圖1 不同氮肥處理玉米各生育期植株氮素累積吸收量Fig. 1 Accumulated nitrogen uptake at different growth stages of maize under different nitrogen fertilizers

表4 不同氮肥處理玉米各生育期根區(qū)0—20和0—40 cm土層硝態(tài)氮含量 (mg/kg)Table 4 content at 0–20 and 20–40 cm depths of root zone soil layer in each growth stage of maize under different nitrogen fertilizers

表4 不同氮肥處理玉米各生育期根區(qū)0—20和0—40 cm土層硝態(tài)氮含量 (mg/kg)Table 4 content at 0–20 and 20–40 cm depths of root zone soil layer in each growth stage of maize under different nitrogen fertilizers

注（Note）：U—尿素 Urea；S—緩釋氮肥 Slow release urea；SU—尿素?fù)交炀忈尩?Mixture of conventional urea and slow release nitrogen fertilizer (urea N: slow release N = 3∶7)；表中數(shù)值為平均值 The data are mean values (n = 13)；同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著 (P ＜ 0.05) Different letters in the same column indicate significant difference among treatments (P ＜ 0.05).

處理Treatment 0—20 cm 20—40 cm苗期Seedling拔節(jié)Jointing吐絲Silking灌漿Filling成熟Maturity苗期Seedling拔節(jié)Jointing吐絲Silking灌漿Filling成熟Maturity CK N0 17.3 j 7.03 h 6.77 h 6.06 i 7.45 i 8.22 h 5.53 f 4.74 i 5.29 h 6.65 g U N1 24.31 h 23.37 f 15.20 de 8.53 h 11.90 h 11.49 g 6.62 ef 11.63 g 8.44 g 8.49 f N2 28.00 fg 26.01 e 15.90 de 12.70 f 14.71 g 14.79 ef 6.87 ef 17.10 de 13.11 de 10.52 e N3 36.00 d 30.84 d 21.82 c 16.30 e 16.90 ef 17.40 cde 7.47 ef 20.96 d 13.97 de 11.24 de N4 43.99 b 41.78 a 29.07 a 19.00 d 19.03 c 22.38 ab 8.89 def 27.11 a 13.74 de 13.76 bc S N1 21.90 i 20.30 g 8.50 gh 10.60 g 15.98 fg 10.10 gh 10.90 cdef10.00 gh 10.81 f 11.29 de N2 26.35 g 23.90 ef 11.16 f 16.80 e 18.68 cd 12.27 fg 15.10 bcd 16.44 ef 15.00 cd 13.56 bc N3 31.91 e 29.75 d 17.26 d 22.40 bc 22.27 b 17.40 cde 19.00 ab 18.73 d 18.23 b 14.18 b N4 41.98 c 33.69 c 26.41 b 26.38 a 24.15 a 20.50 abc 21.10 ab 22.44 c 20.27 a 17.17 a SU N1 23.70 hi 21.97 fg 9.51 fg 9.73 gh 14.46 fg 12.76 fg 12.40 cde 8.64 h 10.60 f 10.54 de N2 29.02 f 23.98 ef 13.76 e 14.94 e 15.75 fg 16.45 de 17.22 bc 15.18 f 12.86 e 11.54 de N3 37.66 d 30.38 d 21.82 c 20.07 d 17.63 de 19.20 bcd 20.05 ab 20.08 d 16.81 bc 12.43 cd N4 46.17 a 36.97 b 25.26 b 23.58 b 21.48 b 23.34 a 23.93 a 22.63 c 20.77 a 14.69 b

圖2 不同氮肥處理玉米吐絲期0—120 cm土層硝態(tài)氮的含量分布Fig. 2 distribution in 0–120 cm soil layer under different nitrogen fertilizers at silking stage

2.3.4 摻混緩釋氮肥對(duì)玉米成熟期土壤硝態(tài)氮分布的影響 不同氮肥明顯影響土壤硝態(tài)氮分布，玉米成熟期0—120 cm土層硝態(tài)氮含量隨著施氮量的增加而增加 (圖4)。U處理土壤硝態(tài)氮含量隨著土層深度的增加呈先減小后增大再減小的變化趨勢(shì)，S與SU處理土壤硝態(tài)氮含量隨著土層深度的增加逐漸減小。通過(guò)計(jì)算，0—40 cm土層硝態(tài)氮累積量占0—120 cm土層累積量的比例呈S處理 ＞ SU處理 ＞ U處理的趨勢(shì)。S和SU處理N1、N2、N3、N4水平在0—120 cm土層硝態(tài)氮含量分別低于U處理16.2%、14.8%、12.1%、10.0%和21.1%、26.8%、21.2%、17.0%。以上結(jié)果表明，在相同施氮量下，與U處理相比，S和SU處理不僅能增加0—40 cm土層硝態(tài)氮含量，還能夠減少土壤氮素向更深土層的淋失，降低土壤硝態(tài)氮的殘留量，提高氮肥利用率。

3 討論

緩釋氮肥在一定程度上能控制養(yǎng)分釋放、促進(jìn)作物生長(zhǎng)，被認(rèn)為是減少肥料損失和提高肥料利用率的有效措施之一[19–20]。尿素?fù)交炀忈尩室脖徽J(rèn)為是與緩釋氮肥具有相同效應(yīng)，同時(shí)還能降低肥料成本的一種新型氮肥管理制度[21–24]。本文研究了不同氮肥類(lèi)型和施氮量對(duì)玉米生理指標(biāo)、氮素吸收分配和玉米中后期土壤硝態(tài)氮分布的影響。結(jié)果表明，尿素?fù)交炀忈尩瘦^尿素或單施緩釋氮肥對(duì)玉米葉片葉綠素含量、光合作用、氮素吸收量和籽粒含氮量均有不同程度提高，其整體變化趨勢(shì)呈現(xiàn)為SU處理 ＞S處理 ＞ U處理；對(duì)玉米中后期土壤硝態(tài)氮分布也有不同程度的影響，其中0—40 cm土壤硝態(tài)氮含量隨著生育期的推進(jìn)先增大后減少，60—120 cm土壤硝態(tài)氮含量不斷增加，總體上呈U處理 ＞ S處理 ＞ SU處理的趨勢(shì)。

圖3 不同氮肥處理玉米灌漿期0—120 cm土層硝態(tài)氮的含量分布Fig. 3 distribution in 0–120 cm soil layer under different nitrogen fertilizers at filling stage

圖4 不同處理玉米成熟期0—120 cm土層硝態(tài)氮的含量分布Fig. 4 distribution in 0–120 cm soil layer under different nitrogen fertilizers at maturity stage

Geng等[25]認(rèn)為，施用緩釋氮肥較普通尿素更能提高葉片葉綠素含量和光合速率；衛(wèi)麗等[26]和蘇琳等[27]認(rèn)為，緩釋氮肥在作物生長(zhǎng)后期也能維持較高的葉片葉綠素含量、延緩葉片衰老。本研究中，玉米生長(zhǎng)中后期，SU處理葉片葉綠素含量高于S和U處理，這是因?yàn)镾U處理既能提供玉米前期生長(zhǎng)所需養(yǎng)分，又能滿足玉米中后期的養(yǎng)分需求，能促進(jìn)作物整個(gè)生育期氮素累積量持續(xù)增長(zhǎng)，即使在生育后期，仍呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與趙斌等[28]研究結(jié)果相一致。本試驗(yàn)研究還表明，不同施氮量下，葉片葉綠素含量、凈光合速率和蒸騰速率均表現(xiàn)為SU處理 ＞S處理 ＞ U處理，且隨施氮量的增大呈先增加后減小的趨勢(shì)；各生育期U和SU處理施氮量在180 kg/hm2時(shí)達(dá)最大，S處理在120 kg/hm2施氮量時(shí)達(dá)最大，說(shuō)明施肥過(guò)多或過(guò)少均會(huì)對(duì)作物葉片葉綠素含量、凈光合速率和蒸騰速率起抑制作用。

近年來(lái)有研究表明，緩釋氮肥能夠?yàn)樽魑锖笃谏L(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分，從而有利于促進(jìn)灌漿和增加籽粒重[29]。本研究表明，與U處理相比，S和SU處理對(duì)玉米各生育期氮素吸收量和吸收速率的影響更為顯著，這是因?yàn)橛衩咨L(zhǎng)前期尿素快速分解，不能被作物充分利用，淋溶損失嚴(yán)重；而緩釋氮肥養(yǎng)分緩慢釋放，持久供給，能夠?qū)崿F(xiàn)氮素供應(yīng)與作物吸收的平衡和協(xié)調(diào)。本研究發(fā)現(xiàn)，成熟期各處理氮素總吸收量最高，且玉米氮素吸收量隨著施氮量的增加先增大后減小，其中U和SU處理的N3顯著高于其他施氮量，S處理N2顯著高于其他施氮量，這說(shuō)明過(guò)高的施氮量對(duì)玉米的氮素吸收無(wú)益，且易造成土壤中硝態(tài)氮隨水向土壤深層遷移，這與岳文俊等[30]的研究相一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著玉米生育期的推進(jìn)，各處理玉米地上部氮素吸收量均呈不斷增加的趨勢(shì)，在生育末期達(dá)到最大值，在拔節(jié)期和吐絲期氮素吸收速率最大，這與前人研究結(jié)果一致[31]。

何萍等[32]指出，玉米籽粒氮素中39.2%～52.9%來(lái)源于營(yíng)養(yǎng)體的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)，趙營(yíng)等[33]認(rèn)為過(guò)高施氮量不利于氮素向玉米籽粒的轉(zhuǎn)移。本研究表明，U和SU處理N3、S處理N2籽粒的氮素分配量和產(chǎn)量達(dá)最大，N4施氮量玉米營(yíng)養(yǎng)器官氮素分配量和生物量達(dá)最大，這說(shuō)明施氮量過(guò)高時(shí)氮素主要集中在營(yíng)養(yǎng)器官中，減少了氮素向籽粒中的運(yùn)移，從而使玉米產(chǎn)量降低。本研究中成熟期籽粒氮素分配量占植株總吸氮量46.1%～52.5%，籽粒中氮素分配量和產(chǎn)量整體上呈現(xiàn)SU處理 ＞ S處理 ＞ U處理；SU N3處理產(chǎn)量最大達(dá)到6200.4 kg/hm2，較U和S處理各施氮量增大了19.8%～69.4%，這說(shuō)明緩釋氮肥能夠促進(jìn)氮素向籽粒中運(yùn)移，增加了籽粒中氮素含量，提高了玉米產(chǎn)量。

土壤中的硝態(tài)氮除了被作物根系有效吸收外，還會(huì)在降雨的作用下隨著生育期的推進(jìn)逐漸向下層運(yùn)移并在土壤中累積[34–35]。張敬昇等[36]和范亞生等[37]研究表明，尿素?fù)交炀忈尩誓軠p少土壤硝態(tài)氮向深層淋失，有效增加0—40 cm土層硝態(tài)氮含量。本研究表明，在玉米生長(zhǎng)前期，SU處理0—20 cm土層硝態(tài)氮含量低于U處理，但是玉米生長(zhǎng)中后期呈相反的變化趨勢(shì)，這說(shuō)明尿素在玉米需肥量較少的前期大量被水解，造成養(yǎng)分不能被吸收利用的現(xiàn)象，而在玉米大量需肥的中后期又出現(xiàn)供肥不足的現(xiàn)象。玉米生長(zhǎng)中后期土壤硝態(tài)氮主要分布在0—40 cm。隨著生育期的推進(jìn)，各處理深層土壤硝態(tài)氮含量不斷增加，與U處理相比，SU處理在0—40 cm土層仍能維持較高的硝態(tài)氮含量，60—120 cm土層硝態(tài)氮淋失量較U處理減少了27.1%～47.5%，這說(shuō)明尿素?fù)交炀忈尩誓苡行p少土壤硝態(tài)氮的淋溶損失。吐絲期各處理表層土壤硝態(tài)氮的含量最大，深層土壤硝態(tài)氮含量最??；成熟期U處理土壤氮含量隨土層深度增加呈先減少后增大的趨勢(shì)，而S和SU處理呈一直下降的趨勢(shì)，0—40 cm土層硝態(tài)氮累積量占0—120 cm土層硝態(tài)氮累積量比例呈現(xiàn)出S處理 ＞ SU處理 ＞ U處理，而0—120 cm土層硝態(tài)氮含量整體呈現(xiàn)出U處理 ＞ S處理 ＞ SU處理，這說(shuō)明SU處理既能提高0—40 cm土層硝態(tài)氮含量又能被作物充分利用，提高了氮肥的利用效率。

4 結(jié)論

與尿素和緩釋氮肥單施相比，尿素?fù)交炀忈尩试谟衩咨L(zhǎng)后期仍保持較高的葉片葉綠素含量和光合作用速率，延緩葉片衰老。拔節(jié)期以后葉綠素含量與光合作用隨著施氮量的增大呈先增加后減小的趨勢(shì)，尿素?fù)交炀忈尩侍幚?80 kg/hm2施氮量的葉綠素總含量、凈光合速率和蒸騰速率最高分別為 3.7 mg/g、42 μmol/(m2·s) 和 12.8 mmol/(m2·s)；灌漿期尿素?fù)交炀忈尩侍幚淼娜~綠素總量最大值分別高出尿素和緩釋氮肥處理最大值7.7%和1.3%，尿素?fù)交炀忈尩蔔3處理玉米光合作用較尿素的N3處理和緩釋氮肥N2處理分別增加了12.3%和9.0%。尿素?fù)交炀忈尩誓軌蚋玫卮龠M(jìn)氮素吸收，其中N3施氮量時(shí)氮素總吸收量為156.0 kg/hm2，高于其他處理8.1%～67.3%；尿素?fù)交炀忈尩蚀偈範(fàn)I養(yǎng)器官中的氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，提高了成熟期籽粒氮素吸收量和產(chǎn)量，籽粒氮素吸收量最高達(dá)79.7 kg/hm2，高于其他處理6.2%～54.1%；產(chǎn)量最高達(dá)6200.4 kg/hm2，高于其他處理19.8%～69.4%。尿素?fù)交炀忈尩始饶苡行ПＷC玉米前期的養(yǎng)分需求，又能通過(guò)緩釋氮肥緩慢釋放養(yǎng)分的特點(diǎn)，為玉米中后期生長(zhǎng)提供充足的氮素，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增加了0—40 cm土層的硝態(tài)氮含量，減少了硝態(tài)氮向40—120 cm土層的淋失，降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)了氮素的吸收。綜上所述，尿素?fù)交炀忈尩矢欣谟衩讓?duì)養(yǎng)分的吸收，N3 (180 kg/hm2) 是本試驗(yàn)條件下的最佳施氮量。