黑龍江春玉米最佳施氮方式的研究①

單德鑫，孫萌芮，劉 霄，徐振軒，劉 璐，高佳楠

黑龍江春玉米最佳施氮方式的研究①

單德鑫1,2，孫萌芮1，劉 霄1，徐振軒1，劉 璐1，高佳楠1

(1東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030；2 重慶文理學(xué)院園林與生命科學(xué)學(xué)院/特色植物研究院，重慶永川 402160)

以“樂玉一號”玉米品種為試驗(yàn)材料，探究了不施氮處理(T1)、100% 基施尿素處理(T2)、基追比1∶1施尿素處理(T3)、37.5% 尿素+62.5% 控釋尿素配施處理(T4)、70% 尿素+30% 有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥配施處理(T5)、37.5% 尿素+30% 有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥+32.5% 控釋尿素配施處理(T6)對土壤各養(yǎng)分利用、玉米氮磷鉀養(yǎng)分吸收、玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素以及氮肥利用率的影響，從而找出了黑龍江省春玉米最佳施氮方式。除T1處理外，T6處理土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量在成熟期均最低；除拔節(jié)期外，3個(gè)時(shí)期T6處理玉米葉片、莖稈的氮積累量及干物質(zhì)量均最高；其產(chǎn)量為11 428 kg/hm2，增產(chǎn)率為24.82%，氮肥農(nóng)學(xué)效率及氮肥偏生產(chǎn)力均最高。因此，黑龍江省春玉米生長所需的最佳施氮方式為37.5% 尿素+30% 有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥+32.5% 控釋尿素配施。

玉米；施氮方式；養(yǎng)分含量；產(chǎn)量

我國是糧食大國，玉米在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要地位[1]。作為我國三大作物之一，玉米為我國在解決溫飽、保障糧食安全和飼料安全及緩解能源危機(jī)等方面發(fā)揮了重要作用[2]。黑龍江省作為重要的糧食生產(chǎn)基地，其肥沃的黑土資源和良好的氣候環(huán)境為玉米提供了有利的生長條件。

近年來，各地區(qū)在玉米施肥模式上存在很大的問題。在施肥過程中往往存在施化肥為主，幾乎不施用有機(jī)肥[3-6]；重氮肥，輕磷、鉀肥及其他微量元素的施入。這不僅會導(dǎo)致肥料利用率的降低[7]，還會引起玉米產(chǎn)量下降[8]、土壤肥力損失[9]及養(yǎng)分資源浪費(fèi)等一系列問題，甚至化肥的過量施用還會對環(huán)境造成一定程度的污染。隨著控釋肥料的出現(xiàn)，以上部分問題得以解決。許多研究發(fā)現(xiàn)，控釋肥料代替普通尿素出現(xiàn)，在提高作物生育期內(nèi)氮肥利用率[10]的同時(shí)，能夠降低氮肥的揮發(fā)和淋溶帶來的損失[11]。因此，有機(jī)肥料和控釋肥料的合理配施可改善土壤不良特性及其可持續(xù)利用率[12]，還可以節(jié)約施肥成本，提高氮素利用效率[13]。隨著玉米種植面積的擴(kuò)增，土壤中大部分養(yǎng)分被作物吸收，卻未得到及時(shí)得補(bǔ)給，這使得對作物高產(chǎn)有較大影響的土壤養(yǎng)分限制因子序位發(fā)生了變化[14]。因此，兼顧生態(tài)環(huán)境效益的同時(shí)，找尋玉米的最佳產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)關(guān)注的重要問題[15]。

本試驗(yàn)以黑龍江春玉米為研究對象，在較為客觀了解黑龍江玉米主產(chǎn)區(qū)施肥現(xiàn)狀和存在問題的基礎(chǔ)上，利用田間小區(qū)試驗(yàn)研究不同氮肥管理措施對土壤養(yǎng)分變化，玉米干物質(zhì)積累、養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量、養(yǎng)分利用效率的影響，以期找出在東北春玉米上氮肥的增效途徑和模式，為肥料合理施用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)田位于黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)農(nóng)大試驗(yàn)基地——向陽農(nóng)場(126°54′36.778′′E，45°46′17.96′′N)，土壤為黑土，其基本理化性質(zhì)見表1。

表1 向陽農(nóng)場土壤基本理化性質(zhì)

1.2 供試作物

供試作物為玉米，品種為樂玉一號。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)氮肥選用尿素(含N 464 g/kg)、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥(含N 15 g/kg，P2O5100 g/kg，K2O 50 g/kg)、控釋尿素(含N 462 g/kg；控釋期為4個(gè)月)；磷肥選用磷酸二銨(含P2O5460 g/kg，N 180 g/kg)；鉀肥選用硫酸鉀(含K2O 500 g/kg)。試驗(yàn)中固定P2O5和K2O用量均為75 kg/hm2，根據(jù)養(yǎng)分含量計(jì)算肥料實(shí)物量。試驗(yàn)處理及養(yǎng)分用量如表2所示。

表2 不同施氮處理氮肥種類、所占比例及施用方法

為確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，排除其他因素干擾，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，共計(jì)18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為80 m2。每小區(qū)N 1.6 kg；P2O50.6 kg；K2O 0.6 kg。采用人工拉線法劃定各小區(qū)位置及面積。玉米采用壟作種植，播前底肥采取開溝深施(溝深約13 cm)，然后覆土起壟，壟間距約60 cm。采用人工手動(dòng)播種，播種深度5 ~ 7 cm，2粒/穴，穴間距約25 cm，播種密度6.0×104株/hm2。出苗后在三葉期間苗，每穴留1株。本試驗(yàn)于2017年4月30日播種，2017年10月6日收獲。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

在春玉米不同生育期：拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期、成熟期采集植株和土壤樣品。

土壤樣品的制備和測定：各小區(qū)采用“S”形采集0 ~ 20 cm土層土壤樣品，混勻。取50 g鮮土測定土壤含水量后，用于土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的測定；其余土樣風(fēng)干，研磨，過20目篩，分別測定土壤有效磷、速效鉀含量。土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮采用AA3型流動(dòng)分析儀測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定。

植株樣品的制備和測定：4個(gè)生育期各小區(qū)取有代表性的玉米植株，新鮮時(shí)稱其鮮重；然后將樣品在105℃殺青30 min后于70℃下烘干至恒重，稱其干重；最后將莖和葉分開粉碎后過0.5 mm篩，用H2SO4-H2O2消煮，測定植物樣中氮、磷、鉀的含量。

玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定：玉米成熟期，在每個(gè)處理中心1 m × 1 m框內(nèi)取有代表性植株5株，收獲其玉米穗，分別測定其穗長、禿尖長、穗粒數(shù)及百粒重，計(jì)算其產(chǎn)量及增產(chǎn)率。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel進(jìn)行整理，采用SPSS 23.0進(jìn)行方差分析。

氮肥利用效率計(jì)算方法如下：氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/氮肥施用量；氮肥農(nóng)學(xué)效率=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/ 氮肥施用量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對土壤速效養(yǎng)分含量的影響

土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量能較好地反映植物生長過程中土壤的供氮能力。由表3不同施肥方式下土壤銨態(tài)氮含量的變化可知，各處理隨著玉米生育時(shí)期的推進(jìn)，土壤中的無機(jī)氮逐漸被玉米吸收，從而使其含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。不施氮處理(T1)在4個(gè)時(shí)期中銨態(tài)氮含量最低；100% 基施尿素處理(T2)與100% 施尿素且基追比1∶1處理(T3)在拔節(jié)期和大喇叭口期土壤銨態(tài)氮含量相當(dāng)，由于T3處理在大喇叭口期進(jìn)行追肥，因此在灌漿期和成熟期時(shí)T3處理的銨態(tài)氮含量略高于T2處理；37.5% 尿素＋62.5% 控釋尿素配施處理(T4)、70% 尿素＋30%有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥配施處理(T5)、37.5%尿素＋30%有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥＋32.5% 控釋尿素配施處理(T6)在拔節(jié)期及大喇叭口期土壤銨態(tài)氮含量無顯著性差異。成熟期時(shí)，除T1處理外，T6處理銨態(tài)氮含量在其他4個(gè)處理中最低。

表3 不同施肥方式下土壤速效養(yǎng)分含量變化(mg/kg)

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異在<0.05水平顯著；下同。

隨著玉米生育時(shí)期的推進(jìn)，各處理土壤中硝態(tài)氮含量同于土壤中銨態(tài)氮含量變化趨勢，均逐漸減少(表3)。T1處理在各時(shí)期土壤硝態(tài)氮均最低；T2與T3處理相比，前3個(gè)時(shí)期均無很大差異，成熟期時(shí)，T2處理硝態(tài)氮含量顯著高于其他處理；T4與T2處理相比，前3個(gè)時(shí)期硝態(tài)氮含量均高于T2處理，而在成熟期其含量低于T2處理，這可能是由于控釋尿素的加入使得土壤中更多的無機(jī)氮被植物體吸收，并且最終有助于減少無機(jī)氮在土壤中的殘留；T5與T6處理相比，兩者在拔節(jié)期和大喇叭口期硝態(tài)氮含量相當(dāng)，大喇叭口期后，T6處理其含量顯著降低，最終T6處理的土壤無機(jī)氮含量低于除T1處理外的其他4個(gè)處理。

由土壤中銨態(tài)氮及硝態(tài)氮含量變化可以看出，T3處理無論在前期無機(jī)氮含量還是在成熟期無機(jī)氮?dú)埩袅糠矫?，均?yōu)于T2處理；T4處理由于控釋尿素的加入有助于減少最終土壤中無機(jī)氮的殘留；T6處理對玉米生長期土壤的供氮能力最有幫助，且在成熟期時(shí)土壤中無機(jī)氮?dú)埩袅孔畹?，對土壤環(huán)境的影響最小。

從土壤有效磷含量的變化(表3)可以看出，隨著時(shí)間的推移，玉米生長需要從土壤吸收大量的速效磷作為養(yǎng)分，其含量逐漸降低。T1 ~ T4處理磷來源相同，因此各個(gè)時(shí)期土壤有效磷含量并無太大差異，但由于各處理本底土壤中有效磷含量可能不同，其含量會有輕微波動(dòng)；T5、T6處理中磷肥有部分來自于有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，在拔節(jié)期和抽雄期兩處理土壤中有效磷含量稍高，在灌漿期及成熟期其含量有所回落。成熟期時(shí)T1 ~ T6各處理土壤中有效磷含量并無顯著性差異。由此可見，前4種配施方式對土壤中有效磷含量影響不大，而有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥與普通化肥混合施入能夠增加土壤中的有效磷含量，為玉米生長前期提供充足的養(yǎng)分。

從土壤速效鉀含量的變化(表3)可知，與土壤有效磷含量相似，土壤速效鉀含量整體呈隨生育時(shí)期推進(jìn)而下降的趨勢。T1 ~ T4處理鉀來源相同，因此在各個(gè)時(shí)期土壤中速效鉀含量差異均不顯著；T5及T6處理肥料中的鉀有部分來源于有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，在最初的拔節(jié)期兩者含量較其他處理稍高，在成熟期兩者含量較其他處理低。因此，前4種配施方式對土壤中速效鉀含量的影響不大，而有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥與普通氮肥配施同樣能夠在前期增加土壤中速效鉀的含量，供玉米生長所需。

2.2 不同施肥方式對玉米養(yǎng)分吸收的影響

隨著生育期的推進(jìn)，玉米葉片及莖稈氮積累量變化如表4所示，各處理均呈現(xiàn)先升高后稍有降低的趨勢，均在拔節(jié)期到大喇叭口期增長速度最明顯，大喇叭口期到灌漿期緩慢增加，灌漿期達(dá)到氮素積累量最大值，最后在成熟期稍有回落。T1處理在4個(gè)時(shí)期氮素積累量均低于其他處理；T2與T3處理在拔節(jié)期和大喇叭口期葉片及莖稈氮素積累量差異不大，T3處理在大喇叭口期追肥，使得其在灌漿期和成熟期葉片及莖稈氮素積累量高于T2處理；T4處理各個(gè)時(shí)期葉片及莖稈氮積累量均高于T2、T3處理，這說明控釋尿素的加入相比于只施尿素，能夠使玉米吸收更多氮素；T5與T6處理相比，兩處理葉片及莖稈氮素積累量在拔節(jié)期均無顯著差異，在大喇叭口期及以后兩者差異逐漸顯著。T6處理在各個(gè)時(shí)期葉片及莖稈氮積累量均最大，說明在本試驗(yàn)中玉米生長的最佳施肥方式為37.5% 尿素＋30% 有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥＋32.5% 控釋尿素配施。

表4 不同施肥方式下玉米葉片及莖稈氮、磷、鉀積累量變化(kg/hm2)

不同施肥方式下玉米葉片及莖稈磷積累量變化趨勢與氮積累量變化趨勢相同，均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，且在灌漿期達(dá)到最大值，在成熟期有所回落(表4)。T1處理各時(shí)期玉米葉片及莖稈磷積累量均小于其他處理；T2 ~ T4處理磷施用量及來源相同，因此三者在各個(gè)時(shí)期并無明顯差異；T5、T6處理中磷肥有部分來自于有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，兩者各時(shí)期磷積累量均高于其他處理。由此可見，6個(gè)施肥處理對玉米葉片及莖稈磷積累量無較大影響。

不同施肥方式下玉米葉片及莖稈鉀積累量的變化與氮、磷積累量相同，無論是葉片還是莖稈鉀積累量均先升高，至灌漿期達(dá)到最大值，而后在成熟期有所降低(表4)。T1處理各時(shí)期葉片及莖稈鉀積累量均低于其他處理；T3處理在大喇叭口期進(jìn)行追肥，T2處理在拔節(jié)期和大喇叭口期葉片及莖稈中鉀積累量高于T3處理，大喇叭口期過后，其含量低于T3處理，但兩者總體差異不大；與磷積累量相似，T5、T6處理葉片及莖稈鉀積累量處于4個(gè)時(shí)期的最高值，且兩者間無顯著差異。這也說明6個(gè)施肥處理對玉米葉片及莖稈鉀積累量無較大影響。

2.3 不同施肥方式對玉米生長、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

各施氮處理玉米干物質(zhì)量在各時(shí)期均高于T1處理(表5)。在拔節(jié)期T1、T2、T3、T4處理間差異不顯著，這可能是由于土壤中原有的氮素足夠供給玉米最初生長所需；從大喇叭口期開始，各施肥處理差異顯著，T6處理在各時(shí)期玉米干物質(zhì)量均最大。

表5 不同施肥方式對玉米干物質(zhì)量的影響(g/株)

表6顯示了不同施肥方式對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響。由表6可知，T1處理玉米穗長值最?。皇┑獙λ腴L、禿尖長及穗粒數(shù)無顯著影響；各施氮處理百粒重及產(chǎn)量均顯著高于T1處理，增產(chǎn)8.24% ~ 24.82%。

2.4 不同施肥方式對氮肥利用率的影響

氮肥偏生產(chǎn)力是土壤本身養(yǎng)分和施用肥料養(yǎng)分的綜合效應(yīng)。有研究指出，氮肥偏生產(chǎn)力一般在40 ~ 80 kg/kg，>60 kg/kg則氮素管理較好或者施肥量較低。本試驗(yàn)中不同施氮方式下氮肥偏生產(chǎn)力均<60 kg/kg，而T6處理大于其他處理。對于氮肥農(nóng)學(xué)效率，其規(guī)律與氮肥偏生產(chǎn)力相同，同樣為T6處理最高。

由此可見，本研究中，T6處理(37.5% 尿素＋30% 有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥＋32.5% 控釋尿素配施)在本年度是可行的，既可以減少氮素在土壤中的殘留，改善土壤質(zhì)量，又可以提高玉米產(chǎn)量，同時(shí)可以提高氮肥利用率，但長期施用是否可以維持玉米產(chǎn)量這一問題還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。且本研究僅為一年試驗(yàn)成果，一年中降水量及氣候因素影響較大。因此，研究合理配施方式對玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效應(yīng)的影響還有待進(jìn)一步深入。

表6 不同施肥方式對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和氮肥利用率的影響

3 結(jié)論

1)黑龍江春玉米生長期，各施氮處理在各時(shí)期土壤無機(jī)氮含量均高于不施氮處理，其中，37.5% 尿素＋30% 有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥＋32.5% 控釋尿素配施處理在拔節(jié)期無機(jī)氮含量高于其他處理，而在成熟期低于其他處理(除不施肥處理外)，表明其向玉米植株轉(zhuǎn)運(yùn)氮素效率更高。

2)玉米葉片及莖稈氮素積累量各處理均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，且均在灌漿期達(dá)最大值，成熟期有所回落，其中，37.5% 尿素＋30% 有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥＋32.5% 控釋尿素配施處理在除拔節(jié)期外的3個(gè)時(shí)期氮素積累量均高于其他處理。

3)各施肥處理對土壤有效磷、速效鉀以及玉米葉片、莖稈磷和鉀含量均無顯著影響。

4)施氮處理產(chǎn)量均高于不施氮處理，37.5% 尿素＋30% 有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥＋32.5% 控釋尿素配施處理(T6)的干物質(zhì)量、產(chǎn)量、增產(chǎn)率、氮肥偏生產(chǎn)力及農(nóng)學(xué)效率均高于其他處理，因此，其為黑龍江省春玉米生長的最佳施氮方式。

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Study on Optimum Nitrogen Fertilization Method of Spring Maize in Heilongjiang

SHAN Dexin1,2, SUN Mengrui1, LIU Xiao1, XU Zhenxuan1, LIU Lu1, GAO Jianan1

(1 College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2 College of Landscape Architecture and Life Science/Institute of Special Plants, Chongqing University of Arts and Sciences, Yongchuan, Chongqing 402160, China)

In this study, the corn variety of Leyu No.1 was used as the experimental material, 6 treatments were designed which include T1, no nitrogen; T2, 100% base urea; T3, 100% urea with 1∶1 ratio of base fertilizer to topdressing; T4, 37.5 % urea + 62.5% controlled release urea; T5, 70% urea+30% organic-inorganic compound fertilizer; T6, 37.5% urea+30% organic-inorganic compound fertilizer+32.5% controlled release urea, and then the effects of above treatments on soil nutrient utilization, the uptake of nitrogen, phosphorus and potassium by maize, maize yield and its components, and nitrogen use efficiency of maize were investigated in order to find the optimal nitrogen application method for spring maize in Heilongjiang. The results showed that for T6 treatment, the contents of soil ammonium nitrogen and nitrate nitrogen were the lowest except T1 at the maturity stage, nitrogen accumulation and dry matter weight of corn leaves and stalks were the highest in the other three periods except the jointing stage, corn yield was 11 428 kg/hm2, increased by 24.82% compared with T1, and the agronomic efficiency and the partial productivity of nitrogen fertilizer both were the highest. In conclusion, T6 was the optimal nitrogen application method for spring maize growth in Heilongjiang.

Corn; Nitrogen fertilization method; Nutrient content; Yield

210.2080

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.03.005

單德鑫, 孫萌芮, 劉霄, 等. 黑龍江春玉米最佳施氮方式的研究. 土壤, 2020, 52(3): 458–463.

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0300503)資助。

單德鑫(1975—)，男，黑龍江樺南人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)椤叭龔U”處理與資源化利用。E-mail：shandexin@neau.edu.cn