施肥方式對江蘇春玉米產(chǎn)量和物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

王 玨，成貴根，李 龍，陸衛(wèi)平，陸大雷

（揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚(yáng)州 225009）

玉米是中國第一大作物，2015年我國玉米種植面積達(dá)0.38億hm2(5.72億畝)，總產(chǎn)2.24億t，面積和總產(chǎn)均列第一位，為保障國家糧食安全起到了重要作用[1]。近年來，農(nóng)戶主要通過增施肥料來提高產(chǎn)量，然而過量施肥不僅不能增產(chǎn)，而且形成農(nóng)業(yè)面源污染，威脅生態(tài)環(huán)境，這與玉米生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的發(fā)展方向不符，因而玉米合理施肥一直是研究熱點(diǎn)之一[2]。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，肥料施用已由單純提高產(chǎn)量轉(zhuǎn)到產(chǎn)量與環(huán)境并重，而且環(huán)境要求越來越嚴(yán)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迫切需要養(yǎng)分效率高、環(huán)境友好型的肥料，而農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移和規(guī)?；N植的推廣，勞動(dòng)力成本的提高和施肥技術(shù)的改進(jìn)，均需要簡化施肥技術(shù)的緩/控釋肥[3]。傳統(tǒng)氮肥活性高、損失途徑多，且單位面積化肥用量高、利用率低 (20%～35%)，對環(huán)境負(fù)面影響較大，緩釋法增效改性是提升化肥產(chǎn)品性能、提高肥料利用率的重要途徑[4,5]。在玉米[6-8]、水稻[9]、小麥[10-12]、油菜[9]、棉花[13-14]、馬鈴薯[15-16]、甘蔗[17]等作物上研究表明，緩/控釋肥能持續(xù)不斷釋放養(yǎng)分，與作物養(yǎng)分吸收基本同步，能較好解決作物中后期的養(yǎng)分需求，協(xié)調(diào)營養(yǎng)和生殖生長，提高肥料利用率，降低養(yǎng)分損失，同時(shí)減少追肥次數(shù)，節(jié)約投入成本，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效協(xié)同發(fā)展。

普通玉米常規(guī)施肥方式為基施復(fù)合肥并分次追施速效氮肥，生產(chǎn)中玉米追肥多為降雨前后人工撒施，降低肥料利用率并造成環(huán)境污染。研究表明，與常規(guī)施用速效肥料 (尤其是氮肥) 相比，施用緩/控釋肥可以增加根密度，提高土壤中氮含量，減少土壤氮淋失和氮揮發(fā)，土壤中后期仍保持較高的脲酶活性[8,10-11,18-22]；增加葉片可溶性蛋白和葉綠素含量，提高硝酸還原酶、過氧化物酶、蔗糖磷酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性，降低丙二醛含量和電導(dǎo)率，增加葉片和莖鞘可溶性總糖和全氮含量，提高花后光合速率和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，有效協(xié)調(diào)植株碳氮代謝[18,21,23-28]；植株花后干物質(zhì)和氮素積累量增加，最終增加產(chǎn)量并提高氮肥利用率[10-11,18,21,28-36]。然而也有研究[37]發(fā)現(xiàn)，氣候潮濕區(qū)施用緩釋肥后收獲期籽粒氮素積累量較多，籽粒含氮量較高，但產(chǎn)量顯著降低，其原因主要是春季較低溫度下氮素的緩慢釋放不能滿足玉米植株生長的需求。另外，包膜尿素的施用效果受區(qū)域氣候條件、耕作措施和施氮量的影響[29-30]。Chilundo等[38]則發(fā)現(xiàn)，緩釋肥施用對玉米產(chǎn)量、植株氮素吸收和氮素利用率無顯著影響，其原因主要是濕熱氣候條件下土壤中有機(jī)物和礦物氮含量較高，同時(shí)施氮量較低 (100 kg/hm2) 所致。

江蘇省處于南方山地丘陵玉米區(qū)和黃淮海玉米區(qū)交叉點(diǎn)，屬亞熱帶向溫帶過渡的濕潤季風(fēng)氣候，玉米為第三大糧食作物，根據(jù)播期可分為春玉米和夏玉米，多生長在沒有灌溉條件的地力貧瘠地區(qū)。由于氣候條件和種植制度顯著不同于我國北方春播玉米區(qū)和黃淮夏播玉米區(qū)，而玉米高產(chǎn)形成需依靠品種、環(huán)境和栽培措施的互相協(xié)調(diào)，不能簡單復(fù)制其他區(qū)域的高產(chǎn)栽培模式。課題組前期研究[39-40]表明，施氮量為405～450 kg/hm2時(shí)本區(qū)域玉米方能獲得高產(chǎn)。江蘇省經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，勞動(dòng)力成本較高，為實(shí)現(xiàn)玉米的輕簡化施肥，本研究在前期研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了高產(chǎn)條件下緩釋肥等量一次施用對春玉米物質(zhì)和養(yǎng)分積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響及其與產(chǎn)量形成的關(guān)系，以期為江蘇省春玉米的輕簡栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)點(diǎn)概況

供試材料為江蘇省主推品種蘇玉29 (SY29) 和蘇玉30 (SY30)。供試肥料為綠聚能復(fù)合肥 (N∶P2O5∶K2O = 27%∶9%∶9%，為緩釋型復(fù)合肥，該復(fù)合肥中添加了氨基酸高聚物生物制劑，該生物制劑帶有很強(qiáng)吸附性的負(fù)電荷，能減少氨態(tài)氮的損失，同時(shí)該生物制劑代謝后能形成氨基酸，具有生物刺激素的功能)、普通復(fù)合肥 (N∶P2O5∶K2O = 15%∶15%∶15%) 和尿素 (N 46%)，均購自江蘇中東化肥股份有限公司。

試驗(yàn)于2015—2016年在揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場進(jìn)行。前茬空閑，地力中等，土質(zhì)為砂壤土。0—20 cm耕層2015年含有機(jī)質(zhì)13.2 g/kg、全氮0.92 g/kg、堿解氮82.3 mg/kg、速效磷8.32 mg/kg、速效鉀62.2 mg/kg；2016年含有機(jī)質(zhì)14.7 g/kg、全氮1.20 g/kg、堿解氮85.3 mg/kg、速效磷7.67 mg/kg、速效鉀64.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年3月17日播種，8月5日收獲；2016年3月26日播種，8月6日收獲。施肥量N、P2O5、K2O分別為405、135、135 kg/hm2。緩釋型復(fù)合肥施肥方式 (SF) 為播種時(shí)在小行距中間開溝 (深5 cm) 一次性條施；常規(guī)施肥方式 (CF) 為播種時(shí)在小行距中間開溝 (深5 cm) 條施常規(guī)復(fù)合肥 (N、P2O5、K2O分別135、135、135 kg/hm2) 并拔節(jié)期在小行距中間開溝 (深5 cm) 追施N 270 kg/hm2，以不施肥作對照(CK)。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以品種為主區(qū)、以肥料類型為裂區(qū)，小區(qū)面積為64 m2，大、小行距分別為0.7、0.3 m，密度為82500株/hm2，三次重復(fù)。其他管理按高產(chǎn)田要求進(jìn)行。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成 成熟期收獲各小區(qū)中間兩行果穗，實(shí)收測產(chǎn)，籽粒產(chǎn)量以14%含水率計(jì)算。同時(shí)隨機(jī)取10個(gè)果穗，計(jì)數(shù)穗粒數(shù)，計(jì)數(shù)后隨機(jī)剝?nèi)∪齻€(gè)果穗籽粒，測定千粒重。

1.3.2 干物質(zhì)量 在吐絲期和成熟期各處理分別取長勢均勻一致有代表性的3株玉米，按不同器官 (吐絲期為葉片、葉鞘、莖稈；成熟期為葉片、葉鞘、莖稈、苞葉、穗軸、籽粒) 分開，105℃殺青30 min后80℃恒溫烘干至恒重后稱重。

1.3.3 葉面積指數(shù)

單株葉面積 = 葉長 × 葉寬 × 0.75

葉面積指數(shù) (LAI) = 葉片總面積/土地面積

粒葉比 (g/dm2) = 單位面積粒重/葉面積

1.3.4 氮素含量 樣品烘干后測定干物質(zhì)重量后，將其粉碎過0.15 mm篩 (100目)，H2SO4-H2O2消煮后用全自動(dòng)凱氏定氮儀 (Kjeltec 8400，F(xiàn)OSS，Denmark) 測定氮含量。

1.4 參數(shù)計(jì)算

干物質(zhì) (氮素) 轉(zhuǎn)運(yùn)量 (kg/hm2) = 吐絲期營養(yǎng)器官 (莖稈、葉片、葉鞘) 干物質(zhì) (氮素) 重量-成熟期營養(yǎng)器官 (莖稈、葉片、葉鞘) 干物質(zhì) (氮素) 重量

氮肥利用率 (NUE，%) = (施氮區(qū)氮素吸收量-無氮區(qū)氮素吸收量)/施氮量 × 100

氮素偏生產(chǎn)力 (NPFP，kg/kg) = 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

氮素農(nóng)學(xué)效率 (NAE，kg/kg) = 投入增產(chǎn)量/投入總氮量

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

采用DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Microsoft Excel 2013作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

施肥方式對江蘇春玉米籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成有顯著影響 (圖1)。施肥顯著提高了玉米粒重，與CF處理相比，SF處理對蘇玉30粒重?zé)o顯著影響，蘇玉29粒重在2016年度較高，2015年度兩處理間無顯著差異。SF與CF處理間穗粒數(shù)在2016年度無顯著差異，但2015年度兩品種均為SF處理下較高 (蘇玉29和蘇玉30較CF處理分別高16.0%和13.4%)。兩品種籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)為SF處理高于CF處理，蘇玉29和蘇玉30分別高24.7%和17.8%。品種間相比，2016年度蘇玉30和蘇玉29籽粒產(chǎn)量無顯著差異，2015年度蘇玉29籽粒產(chǎn)量顯著高于蘇玉30。

2.2 干物質(zhì)積累

施肥方式對春玉米吐絲期和成熟期干物質(zhì)積累有顯著影響。施肥顯著提高了植株吐絲期和成熟期的干物質(zhì)積累量，且增幅SF處理高于CF處理 (圖2)。與CF處理相比，SF處理下吐絲期、成熟期和吐絲—成熟期干物質(zhì)積累量蘇玉29分別增加了9.1%、14.7%和10.4%，蘇玉30分別增加了9.8%、21.1%和26.2%。兩年結(jié)果表明，SF處理下蘇玉29和蘇玉30成熟期干物質(zhì)積累量無顯著差異，但CF處理下蘇玉29成熟期干物質(zhì)積累量高于蘇玉30。

圖 1 不同施肥方式下春玉米籽粒產(chǎn)量Fig. 1 Grain yields of spring maize under different fertilization modes

圖 2 兩種施肥方式下春玉米不同生育期干物質(zhì)積累量Fig. 2 Dry matter accumulation of spring maize in different growing stages under two fertilization modes

2.3 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

植株吐絲后，營養(yǎng)器官 (莖稈、葉片、葉鞘) 中所貯存的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。由表1可知，施肥處理下莖稈中轉(zhuǎn)移的干物質(zhì)顯著增加，但SF和CF處理間無顯著差異。葉鞘中物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)除蘇玉30在2016年度CF處理下有所增加外，其他處理與對照間均無顯著差異。葉片中物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量品種間年度表現(xiàn)不一，2015年度施肥方式對葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量無顯著影響，2016年度中物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量在施肥處理下增加，但蘇玉29在SF處理下增加較多，而蘇玉30在CF處理下增加較多。總體上，營養(yǎng)器官(莖稈 + 葉片 + 葉鞘) 轉(zhuǎn)運(yùn)量在施肥處理下增加，增幅蘇玉29 SF處理 (2256.0 kg/hm2) 高于CF處理(1832.3 kg/hm2)，蘇玉 30 SF 處理 (1254.8 kg/hm2) 低于CF處理 (1462.3 kg/hm2)。

表 1 兩種施肥方式下春玉米營養(yǎng)器官吐絲后的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg/hm2)Table 1 Post-silking dry matter translocation from vegetative organs of spring maize under two fertilization modes

2.4 葉面積指數(shù)(LAI)和粒葉比

施肥顯著增加了吐絲期植株的LAI，且增幅SF處理大于CF處理 (圖3)。SF處理下蘇玉29和蘇玉30的LAI分別比CF處理提高7.6%和9.6%。粒葉比在施肥處理下增加，但不同施肥方式間無顯著差異。

圖 3 施肥方式對春玉米LAI和粒葉比的影響Fig. 3 Effects of fertilization modes on LAI and grain weight/LAI of spring maize

2.5 氮素積累

隨著生育進(jìn)程推進(jìn)，植株氮素積累量顯著增加，至成熟期達(dá)到最大值。施肥顯著增加了植株氮素積累量，且增幅表現(xiàn)為SF處理大于CF處理 (圖4)。吐絲期、成熟期和吐絲后植株氮素積累量SF處理較CF處理蘇玉29分別增加了3.8%、13.3%和33.3%，蘇玉30分別增加了14.5%、19.2%和30.1%。

圖 4 施肥方式對春玉米氮素積累的影響Fig. 4 Effects of fertilization modes on plant nitrogen accumulation of spring maize

2.6 氮素轉(zhuǎn)運(yùn)

植株吐絲后莖稈、葉片和葉鞘中氮素發(fā)生轉(zhuǎn)運(yùn)，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量最大的是葉片，其次是莖稈 (表2)。施肥顯著增加植株花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量，增幅SF處理較高 (蘇玉29和蘇玉30分別為180.0和190.0 kg/hm2)，CF處理較低 (蘇玉29和蘇玉30分別為165.8和162.5 kg/hm2)，SF處理較CF處理蘇玉29和蘇玉30分別高8.6%和16.9%。但器官間、年度間、品種間表現(xiàn)不一。莖稈中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量蘇玉29在2015年度SF處理下最大，2016年度表現(xiàn)相反；蘇玉30在2016年度SF處理下最大，2015年度則與CF處理無顯著差異。葉片中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量蘇玉30在兩年度均以SF處理下較高，蘇玉29在2016年度表現(xiàn)與蘇玉30相同，2015年與CF處理無顯著差異。葉鞘中氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量2015年度兩品種均為SF處理下較高，2016年度蘇玉29施肥處理下僅在SF處理下降低，而蘇玉30施肥處理下增加且在CF處理下增幅較高。

2.7 氮素利用率

施肥方式顯著影響植株對氮肥的吸收利用。由表3可知，與CF處理相比，SF處理有利于提高春玉米的氮肥利用率、氮素偏生產(chǎn)力和氮素農(nóng)學(xué)效率，蘇玉29分別高19.0%、12.4%和16.6%，蘇玉30分別高35.8%、9.0%和11.9%。

3 討論

前人研究表明，和常規(guī)施肥相比，施用緩釋肥可以增加花后物質(zhì)積累并增加玉米產(chǎn)量[10-11,28-36]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)施肥 (N、P2O5、K2O分別為405、135、135 kg/hm2) 條件下，蘇玉29和蘇玉30的籽粒產(chǎn)量在施用緩釋型復(fù)合肥處理下較常規(guī)施肥處理分別增加了12.6%和9.2%，產(chǎn)量增加主要是由于增加了花后干物質(zhì)積累量 (蘇玉29和蘇玉30分別增加了10.4%和26.2%)，這與前人研究結(jié)果相似。但本研究發(fā)現(xiàn)，花后營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運(yùn)量兩品種表現(xiàn)不同，蘇玉29增加了23.1%，而蘇玉30則降低了14.2%。由此可知不同品種在緩釋肥處理下的增產(chǎn)機(jī)理并不相同，蘇玉29依賴于花后干物質(zhì)積累與營養(yǎng)器官物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的協(xié)同調(diào)控，而蘇玉30則主要依靠花后光合產(chǎn)物的直接作用。從LAI來看，吐絲期LAI蘇玉29和蘇玉30緩釋型復(fù)合肥處理較常規(guī)肥處理分別高7.6%和9.6%，而粒葉比施肥方式間無顯著差異，較高的LAI形成較多的光合產(chǎn)物，這也是緩釋型復(fù)合肥處理下產(chǎn)量較高的原因之一。

表 2 兩種施肥方式春玉米營養(yǎng)器官吐絲后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)(kg/hm2)Table 2 Post-silking nitrogen translocation from vegetative organs of spring maize under two fertilization modes

表 3 兩種施肥方式下春玉米氮肥利用率Table 3 Nitrogen use efficiency of spring maize under two fertilization modes

本研究結(jié)果表明，緩釋型復(fù)合肥處理下植株整個(gè)生育期氮素積累量，尤其是花后氮素積累量 (蘇玉29和蘇玉30分別增加33.3%和30.1%) 和營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量 (蘇玉29和蘇玉30分別增加8.6%和16.9%) 均高于施用常規(guī)肥，表明施用緩釋型復(fù)合肥有利于植株主動(dòng)吸收養(yǎng)分并促進(jìn)營養(yǎng)器官養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而增加氮素利用率、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率[10-11,18,35-36]。亦有研究[38]發(fā)現(xiàn)，緩釋肥施用對玉米產(chǎn)量、植株氮素吸收和氮素利用率無顯著影響。分析其差異原因發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域的氣候條件 (如濕度、溫度、降雨量)、耕作制度 (小麥-玉米輪作、玉米單作)、耕作方式 (露地栽培、覆膜栽培等)、施氮量等均顯著影響緩釋肥施用效果[9-11,37-38]。小麥上[10-11]發(fā)現(xiàn)緩釋肥施用可以提高籽粒產(chǎn)量和氮素利用率，而滿建國等[41]則發(fā)現(xiàn)緩釋肥與常規(guī)分次施肥對產(chǎn)量和肥料利用率的調(diào)節(jié)效果相似。水稻上研究亦發(fā)現(xiàn)，緩釋肥施用可以增加植株氮素吸收量[9,42]，并促進(jìn)結(jié)實(shí)期氮素轉(zhuǎn)運(yùn)[43]，提高氮素利用率，但施肥方式以基肥 + 分蘗肥效果較好[44-45]。造成這種差異的原因可能是不同包膜材料與技術(shù)下氮素釋放差異所致，同時(shí)不同作物生長周期、生育期間生態(tài)環(huán)境、作物類型與施肥方式均顯著影響研究結(jié)果[4,7]。因此，玉米生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)氣候條件、土壤類型和養(yǎng)分豐缺程度，采用合理包膜和控釋技術(shù)，使其釋放速率與作物生長發(fā)育需求相符，促進(jìn)中后期植株生長，提高籽粒產(chǎn)量，增加肥料利用率，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)玉米生產(chǎn)的省工增效，環(huán)境友好。

4 結(jié)論

在南方山地丘陵春玉米區(qū)向黃淮海夏玉米區(qū)的過渡地區(qū)，春玉米高產(chǎn)施肥 (N、P2O5、K2O分別為405、135、135 kg/hm2) 條件下，與常規(guī)施肥方式 (基施復(fù)合肥 + 拔節(jié)期追施穗肥) 相比，施用緩釋型復(fù)合肥可以提高吐絲期LAI，增加整個(gè)生育期尤其是花后干物質(zhì)和氮素積累，同時(shí)促進(jìn)營養(yǎng)器官養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)，獲得高產(chǎn)，并提高氮素利用率、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)輕簡施肥、省工增效、環(huán)境友好。