控釋尿素基施深度對(duì)夏玉米產(chǎn)量和氮素利用的影響

丁相鵬，李廣浩，張吉旺，劉鵬，任佰朝，趙斌

控釋尿素基施深度對(duì)夏玉米產(chǎn)量和氮素利用的影響

丁相鵬，李廣浩，張吉旺，劉鵬，任佰朝，趙斌

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

【】探究控釋尿素不同施肥深度對(duì)氮素吸收與利用的影響，明確控釋尿素一次性基施在黃淮海夏玉米區(qū)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效、穩(wěn)產(chǎn)的適宜施肥深度。在大田條件下選用鄭單958為供試品種，設(shè)置不施氮肥（CK）、地表撒施（DP0）、溝施深度5 cm（DP5）、10 cm（DP10）、15 cm（DP15）、20 cm（DP20）、25 cm（DP25）7個(gè)處理，系統(tǒng)研究控釋尿素基施深度對(duì)夏玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量及氮素利用的影響。在施用等量控釋尿素條件下，施肥深度均對(duì)夏玉米產(chǎn)量存在顯著影響。夏玉米產(chǎn)量隨基施深度增加呈先增后減的趨勢(shì)，并且2013年和2014年夏玉米產(chǎn)量與施肥深度間的關(guān)系符合二次曲線關(guān)系，二者的相關(guān)性均達(dá)到顯著水平，2年獲得最高產(chǎn)量的理論施肥深度分別為12.5 cm和12.2 cm，而實(shí)際生產(chǎn)中DP15處理產(chǎn)量最高，DP15和DP10處理產(chǎn)量差異不顯著，較CK分別顯著增產(chǎn)16.72%和16.50%（＜0.05）。與DP0處理相比，隨施肥深度增加，夏玉米的氮素收獲指數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，其中氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率均符合二次曲線關(guān)系，氮素收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學(xué)效率2年平均以DP10處理最大，分別為61.91%和6.68 kg·kg-1，而氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率以DP15處理最高，分別為47.27 kg·kg-1和46.97%。施肥深度在10 cm和15 cm較地表撒施（DP0）能增加土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量并且減少氮素?fù)p失，花后氮素積累量2年均值增加38.93%和41.88%，促進(jìn)了植株花后氮素積累量，并且分別顯著增加夏玉米植株總吸氮量20.45%和22.36%。相關(guān)性分析可以看出，夏玉米產(chǎn)量與干物質(zhì)積累量、氮素總積累量、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用率均成顯著正相關(guān)，與氮素籽粒生產(chǎn)效率成顯著負(fù)相關(guān)。在施氮量為225 kgN·hm-2時(shí)，控釋尿素一次性基施深度控制在10—15 cm可顯著提高夏玉米的氮素吸收積累量，增加氮素利用效率，降低氮素?fù)p失，提高干物質(zhì)積累量，最終獲得較高籽粒產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，可作為夏玉米控釋尿素種肥同播的適宜施肥深度。

夏玉米；控釋尿素；施肥深度；氮素利用率；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】全球農(nóng)業(yè)對(duì)氮肥的需求一直在增加[1]，我國是氮肥生產(chǎn)和消費(fèi)的最大國家，在尋求生產(chǎn)足夠的糧食以滿足日益增長的需求過程中氮肥一直不可或缺[2]。然而在糧食生產(chǎn)中氮肥的過度使用和不合理的施用方法導(dǎo)致了氮素的大量損失[3-4]，造成氮肥利用率低[5-6]和環(huán)境污染嚴(yán)重[7]。有研究表明，分次施肥可以減少氮素?fù)p失，增加產(chǎn)量和氮素利用率[1,8]。但這與當(dāng)前勞動(dòng)力不足的情況相矛盾，在實(shí)際生產(chǎn)中難以實(shí)現(xiàn)[9-10]。因此，探索一套既省工節(jié)本又穩(wěn)定高產(chǎn)高效的輕簡(jiǎn)化施肥技術(shù)，從而提高肥料利用率，減少施肥不當(dāng)帶來的資源浪費(fèi)十分重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】控釋尿素是采用特殊膜材料，使養(yǎng)分釋放匹配作物對(duì)氮素的需求[11]?？蒯屇蛩剌^常規(guī)尿素在大田生產(chǎn)中可使玉米增產(chǎn)5%—15%，氮素吸收和積累提高14%左右，具有降低氮素?fù)p失造成的環(huán)境污染和減少生產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì)[10,12-15]，但要提高控釋肥料利用率還需與施肥技術(shù)相結(jié)合。控釋尿素的養(yǎng)分釋放速率主要受外界環(huán)境溫度的影響，并隨溫度升高釋放速率加快[16-17]，而土壤表層較深層更易受到太陽輻射和氣溫的影響[18]。表面放置的肥料比地下放置的肥料更容易受到風(fēng)和水的侵蝕，因此不同的施肥深度會(huì)對(duì)土壤有效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、植株養(yǎng)分吸收產(chǎn)生影響[19]。適宜施肥深度可以通過減少氮素徑流損失而顯著增加氮肥利用率，并增加產(chǎn)量[20-21]。因此，緩控釋肥料適宜的施肥深度成為滿足夏玉米養(yǎng)分需求、解決勞動(dòng)力短缺、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化栽培的重要技術(shù)措施?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施肥大部分仍以淺施為主，并且傳統(tǒng)玉米生產(chǎn)管理中氮肥需要分期追施，生育后期追肥時(shí)為節(jié)省成本常采用一次性地表撒施的方式[22-24]，而追肥撒施易造成資源浪費(fèi)，嚴(yán)重影響了肥料的高效利用和吸收。當(dāng)前隨著玉米全程機(jī)械化進(jìn)程的加快，一次性施肥或種肥同播勢(shì)必替代傳統(tǒng)的分次施肥技術(shù)。目前關(guān)于緩控釋肥料研究大多是對(duì)其替代常規(guī)尿素以及一次性基施方面。在不增加氮肥投入條件下，緩控釋肥一次性基施深度對(duì)提高夏玉米產(chǎn)量與氮肥利用率來達(dá)到氮素利用最大化的研究鮮有報(bào)道。因此，系統(tǒng)研究控釋尿素一次性基施深度在產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和地上干物質(zhì)積累的差異，分析施肥深度對(duì)夏玉米產(chǎn)量及氮素利用的影響具有重大意義?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過探究控釋尿素一次性基施在黃淮海夏玉米區(qū)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效、穩(wěn)產(chǎn)的適宜施肥深度，進(jìn)一步明確其高產(chǎn)高效的作用機(jī)理，為黃淮海夏玉米區(qū)一次性施肥技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地狀況

本試驗(yàn)于2013—2014年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海區(qū)域玉米技術(shù)創(chuàng)新中心（36.09°N，117.09°E）進(jìn)行，地處黃淮海平原，屬于半濕潤暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，圖1為夏玉米生育期氣象數(shù)據(jù)。2013年測(cè)得試驗(yàn)用土壤為棕色壤土，耕層0—20 cm土壤pH 6.1，含有機(jī)質(zhì)11.5 g·kg-1、全氮1.1 g·kg-1、堿解氮124.4 mg·kg-1、速效磷45.2 mg·kg-1、速效鉀81.8 mg·kg-1，土壤田間持水量為21.1%，土壤容重1.5 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)施肥模式處理，分別為不施氮肥（CK）、地表撒施（DP0）、溝施深度5 cm（DP5）、10 cm（DP10）、15 cm（DP15）、20 cm（DP20）、25 cm（DP25）。肥料為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院自主研發(fā)的樹脂包膜控釋尿素（N含量42%，控釋周期為3個(gè)月），控釋尿素施氮量為純氮225 kg·hm-2。所有處理氮肥以及P2O5120 kg·hm-2、K2O 240 kg·hm-2均作為基肥一次性施入。其中溝施通過人工行間挖溝，并在相應(yīng)深度施用控釋尿素然后回填。供試玉米品種為鄭單958，播種密度為67 500株/hm2，行距為60 cm，株距為25 cm，小區(qū)長15 m，寬3 m，每個(gè)處理重復(fù)3次。2013年和2014年均在6月10日播種，10月5日收獲，其他田間管理同高產(chǎn)田。

圖1 2013年和2014年夏玉米生育期降雨量及溫度變化

1.3 試驗(yàn)取樣

1.3.1 植株干物質(zhì)累積量及氮含量測(cè)定 分別于拔節(jié)期（V6）、大喇叭口期（V12）、吐絲期（R1）、灌漿期（R2）、乳熟期（R3）、蠟熟期（R5）、成熟期（R6）系統(tǒng)取樣，每處理取樣5株。吐絲期前植株分為葉片和莖稈，吐絲期后植株分為葉片、莖稈、葉鞘、雄穗、苞葉和籽粒，分別于105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重。樣品粉碎后過0.05 mm篩，采用濃H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，采用 BRAN+LUEBBE AA3 型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定植物樣品全氮含量。花前氮素積累量=開花期干物質(zhì)量×氮素含量；花后氮素積累量=成熟期干物質(zhì)量×氮素含量-花前氮素積累量。

1.3.2 土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量測(cè)定 2014年分別于VT、R3、R6共取3次土樣，每小區(qū)取2個(gè)樣點(diǎn)，每點(diǎn)取土深度為100 cm，每20 cm為一土層分層取土，2個(gè)樣點(diǎn)同層土壤混勻，裝于塑料自封袋中帶回室內(nèi)，立即冷凍。解凍后混勻稱取10 g土于250 ml可密封塑料瓶中，加入2 mol·L-1的KCl溶液100 ml，振蕩浸提0.5 h，浸提液過濾于可密封膠卷盒中，立即冷凍；同時(shí)測(cè)定土壤含水量。解凍后用德國產(chǎn)TRAACS 2000型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量。

1.3.3 產(chǎn)量測(cè)定 玉米成熟期（乳線消失，黑層出現(xiàn)）收獲，大田各小區(qū)分別收獲中間三行用于測(cè)產(chǎn)，然后隨機(jī)取30個(gè)果穗，用于考種，主要測(cè)定穗長、穗粗、禿頂長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重，產(chǎn)量按照籽粒14%含水量計(jì)算。

1.4 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式

植株氮素吸收及氮素利用效率的計(jì)算公式[12,25]如下：

收獲指數(shù)（HI）=籽粒產(chǎn)量/生物產(chǎn)量；

氮素積累量=某生育期植株干物質(zhì)量×氮素含量；

氮收獲指數(shù)（NHI，kg·kg-1）=籽粒氮積累總量/植株氮積累總量；

氮肥偏生產(chǎn)力（NPFP，kg·kg-1）=單位面積產(chǎn)量/單位面積施氮量；

氮肥農(nóng)學(xué)效率（NAE，kg·kg-1）=（施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥利用效率（NUE，%）=（施氮區(qū)地上部氮的吸收量-不施氮區(qū)地上部氮的吸收量）/施氮量；

氮素籽粒生產(chǎn)效率（NGPE，kg·kg-1）=籽粒產(chǎn)量/氮素積累總量。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2013處理數(shù)據(jù)，Sigmplot 10.0軟件進(jìn)行作圖，用SPSS 21.0軟件進(jìn)行處理間LSD法多重比較（＜0.05）和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 控釋尿素不同基施深度對(duì)夏玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表1可知，年份和施肥深度對(duì)穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量影響顯著。2013年和2014年施用控釋尿素較CK平均增產(chǎn)14%，差異顯著（＜0.05），2年產(chǎn)量分別以DP15和DP10處理最高。隨施肥深度增加，各處理產(chǎn)量2年均值較CK分別增產(chǎn)10.24%（DP0）、13.45%（DP5）、16.52%（DP10）、16.88%（DP15）、14.41%（DP20）、9.24%（DP25）；較DP0處理增產(chǎn)2.92%、5.71%、6.04%、3.79%、-0.85%。表明適宜施肥深度更有利于控釋尿素發(fā)揮其增產(chǎn)作用。此外，施肥深度對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素穗粒數(shù)和千粒重的影響趨勢(shì)與產(chǎn)量相似，可見控釋尿素適宜深施能通過增加穗粒數(shù)和千粒重提高夏玉米產(chǎn)量。

表1 控釋尿素基施深度對(duì)夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

CK：不施肥；DP0：地表撒施；DP5：施肥深度5 cm；DP10：施肥深度10 cm；DP15：施肥深度15 cm；DP20：施肥深度20 cm；DP25：施肥深度25 cm。不同字母表示差異達(dá)到顯著水平（＜0.05）。NS、*和**分別表示無顯著性差異及在 0.05 和 0.01 水平上差異顯著。下同

CK: No fertilizer; DP0: surface application; DP5: fertilization depth 5 cm: DP10: fertilization depth 10 cm; DP15: fertilization depth 15 cm; DP20: fertilization depth 20 cm; DP25: fertilization depth 25 cm. different letters indicate that the difference has reached a significant level (＜0.05). NS, *, ** indicate non-significant or significant at＜0.05 or＜0.01, respectively. The same as below

通過對(duì)2年玉米產(chǎn)量與施肥深度間的關(guān)系模擬，發(fā)現(xiàn)二者之間符合二次曲線關(guān)系，且二者的相關(guān)性達(dá)到顯著水平（圖2）。從圖中可以看出，2013年相關(guān)曲線= -3.71062+ 92.324+ 9903.3（2= 0.95），2014年相關(guān)曲線= -4.21242+ 102.78+ 10158（2= 0.97）。由方程可知，2013年和2014年夏玉米最高產(chǎn)量的施控釋尿素深度分別為12.5 cm和12.2 cm。

2.2 控釋尿素不同施肥深度對(duì)夏玉米干物質(zhì)積累量的影響

不同處理植株干物質(zhì)積累量均隨夏玉米生育期推進(jìn)而逐漸增加，到成熟期達(dá)到最大值（圖3）。各生育時(shí)期施用控釋尿素處理的干物質(zhì)積累量均高于CK，成熟期DP0、DP5、DP10、DP15、DP25和DP25處理干物質(zhì)積累量均值較CK分別增加27.34%、32.42%、40.18%、41.72%、36.36%和20.18%。2年開花期前各施氮處理干物質(zhì)積累無顯著差異，DP0、DP25處理干物質(zhì)積累量要略低于其他處理，開花期后總體呈現(xiàn)出DP15＞DP10＞DP20＞DP5＞DP0＞DP25，并且隨著生育期的推進(jìn)差異增大，成熟期DP5、DP10、DP15、DP20處理植株干物質(zhì)積累量較DP0處理分別提高了4.04%、10.12%、11.34%、7.21%，而DP25處理比DP0處理降低了5.54%。可以看出增加施肥深度有利于植株干物質(zhì)的積累，玉米的干物質(zhì)累積量并不是隨著施氮深度的增加而同步線性增加的，在施肥深度10—15 cm有利于促進(jìn)植株的生長發(fā)育，增加夏玉米植株干物質(zhì)積累量。

圖2 控釋尿素不同施肥深度與夏玉米產(chǎn)量擬合曲線

V6：拔節(jié)期，V12：大喇叭口期，R1：吐絲期，R2：灌漿期，R3：乳熟期，R5：蠟熟期，R6：成熟期。下同

2.3 控釋尿素不同施肥深度對(duì)氮素積累影響

2年夏玉米氮素積累量在花前和花后控釋尿素處理均顯著高于CK，氮素積累量和花后氮素同化量隨施氮深度增加呈先升高后降低趨勢(shì)（圖4）。開花期前各施氮處理植株氮素積累量2年均值較CK增加16.34%（DP0）、21.90%（DP5）、33.03%（DP10）、35.12%（DP15）、27.48%（DP20）和14.58%（DP25），2年控釋尿素處理之間均存在顯著性差異。開花期前DP5、DP10、DP15、DP20處理氮素積累量較DP0處理增加5.10%、17.69%、19.79%、10.60%，而DP25處理氮素積累量較DP0處理降低1.95%。花后DP5、DP10、DP15、DP20處理氮素積累量2年均值較DP0處理提高27.76%、38.9%、41.9%和22.19%，DP25處理較DP0處理降低10.56%。成熟期氮素總積累量的2年變化趨勢(shì)一致，各處理之間地上部總吸氮量的大小順序依次為DP15＞DP10＞DP20＞DP5＞DP0＞DP25。其中，DP5、DP10、DP15、DP20處理氮素積累量2年均值較DP0處理提高8.62%、20.45%、22.36%、14.44%，而DP25處理較DP0處理降低4.00%。說明控釋尿素施肥深度在10—15 cm可有效調(diào)控控釋尿素中氮素的釋放，夏玉米對(duì)氮素的吸收與積累效果顯著。

圖4 控釋尿素不同施肥深度對(duì)夏玉米氮素積累量的影響

2.4 控釋尿素不同施肥深度對(duì)氮素利用效率的影響

施肥深度對(duì)氮素吸收利用指標(biāo)均有顯著影響（表2）。與DP0處理相比，隨施肥深度增加，夏玉米的氮素收獲指數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，氮素收獲指數(shù)和氮肥農(nóng)學(xué)效率2年均值以DP10處理最大，分別為61.91%和6.68 kg·kg-1，而氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥利用率以DP15處理最大，分別為47.27 kg·kg-1和46.97%。增加施肥深度處理氮素收獲指數(shù)2年均值比DP0處理提高了1.45%、20.68%、16.41%、12.15%和-2.63%。DP5、DP10、DP15、DP20、DP25處理氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用率2年均值較DP0處理差異顯著，平均提高了18.90%、39.26%、39.05%、30.04%、-13.00%和31.66%、71.31%、81.91%、52.78%、-14.61%?？梢娍蒯屇蛩剡m宜深施能顯著提高氮肥吸收和利用效率。氮素籽粒生產(chǎn)效率與氮素利用效率趨勢(shì)相反，表現(xiàn)為DP25＞DP0＞DP5＞DP20＞DP10＞DP15。說明夏玉米植株吸收的氮素一部分用于營養(yǎng)器官生長并未全部轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒中。

施肥深度與氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素利用率顯著相關(guān)，隨施肥深度增加兩者均呈現(xiàn)出單峰趨勢(shì)（圖5）。通過擬合曲線得出氮素農(nóng)學(xué)效率在13 cm（2013年）和12 cm（2014年）處達(dá)到峰值，而氮素利用率2年均在12 cm左右達(dá)到峰值，綜合控釋尿素在不同施肥深度下與氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素利用率曲線擬合的結(jié)果，施肥深度在12—13 cm處更有利于控釋尿素釋放氮素的吸收和利用。

表2 控釋尿素不同施肥深度對(duì)夏玉米氮肥利用效率的影響

NHI：氮素收獲指數(shù)；NPFP：氮肥偏生產(chǎn)力；NAE：氮肥農(nóng)學(xué)效率；NUE：氮肥利用率；NGPE：氮素籽粒生產(chǎn)效率。下同

NHI: Nitrogen harvest index; NPFP: Nitrogen partial factor productivity; NAE: Nitrogen agronomic efficiency; NUE: Nitrogen use efficiency; NGPE: Nitrogen grain production efficiency. The same as below

圖5 控釋尿素不同施肥深度與氮素農(nóng)學(xué)效率、氮素利用率的擬合方程

2.5 控釋尿素不同施肥深度對(duì)土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的影響

施用控釋尿素后土壤NH4+-N和NO3--N含量在0—100 cm范圍內(nèi)總體顯著高于CK，說明施控釋尿素能顯著增加土壤無機(jī)氮的含量（圖6）。從開花到成熟期，不同施肥深度對(duì)夏玉米不同生育時(shí)期0—100 cm各土層土壤NO3--N含量的影響不同，均隨土層深度增加表現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì)。0—20 cm土層中NO3--N含量表現(xiàn)為DP10＞DP15＞DP5＞DP0＞DP20＞DP25；20—40 cm土層中NO3--N則表現(xiàn)為DP5＞DP10＞DP15＞DP0＞DP25＞DP20。在不同生育時(shí)期，40—100 cm各土層的NO3--N含量均低于上層土壤，說明控釋尿素有效減少NO3--N淋失。對(duì)NH4+-N含量而言，從開花期到成熟期，0—100 cm各土層土壤NH4+-N含量均隨土層深度增加呈降低趨勢(shì)。0—20 cm土層的NH4+-N含量表現(xiàn)為DP10＞DP15＞DP5＞DP20＞DP0＞DP25；20—40 cm土層的NH4+-N含量表現(xiàn)為DP10＞DP15＞DP5＞DP0＞DP25＞DP20。40—100 cm各土層中各施肥深度處理土壤NH4+-N含量無顯著差異。由于根系對(duì)于養(yǎng)分的吸收和NO3--N向下的遷移，表層NH4+-N和NO3--N含量在成熟期顯著降低。此外，各土層NO3--N含量要高于NH4+-N含量，并且開花期到成熟期變化更顯著?？梢钥闯隹蒯屇蛩剡m當(dāng)深施，更有利于根區(qū)土壤NH4+-N和NO3--N含量提高，減緩?fù)寥赖叵蚋钔翆拥牧苁В岣叻柿侠寐省?/p>

圖6 控釋尿素不同施肥深度對(duì)土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的影響（2014年）

2.6 夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與干物質(zhì)總積累量、氮素總積累量和氮素利用效率的相關(guān)性

2年夏玉米成熟期干物質(zhì)積累量、氮素總積累量、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用率與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。氮肥偏生產(chǎn)力與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，而氮素籽粒生產(chǎn)效率和產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3）?？蒯屇蛩夭煌┓噬疃扰c夏玉米產(chǎn)量顯著相關(guān)，適宜施肥深度通過提高氮素供應(yīng)，協(xié)調(diào)夏玉米生育期養(yǎng)分的吸收，增加干物質(zhì)及氮素積累量，提高氮素利用效率最終實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。

表3 夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與干物質(zhì)總積累量、氮素總積累量和氮素利用效率的相關(guān)性

*和**分別表示在 0.05 和 0.01 水平顯著相關(guān)

* and ** indicated a significant correlation at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

3 討論

3.1 控釋尿素不同施肥深度對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

減緩氮素釋放[26]以及適當(dāng)深施氮肥[20]是提高作物產(chǎn)量的重要措施。本研究表明，隨控釋尿素施肥深度增加，產(chǎn)量呈先增后減趨勢(shì)，理論施肥深度在12—13 cm時(shí)玉米產(chǎn)量達(dá)到最大（圖2），而實(shí)際DP10和DP15處理產(chǎn)量較高，較DP0（地表撒施）增產(chǎn)幅度較大。施肥深度在10—15 cm產(chǎn)量最高，可能是由于發(fā)育健全的玉米功能根群主要集中在5—20 cm土層[27]，肥料養(yǎng)分在土壤中遷移能力有限，氮肥由肥際橫向擴(kuò)散到非肥際也多數(shù)在3—6 cm以內(nèi)[28]。施肥深度10—15 cm縮短了肥料與根系的接觸距離，并且處于主根區(qū)，擴(kuò)大了接觸面積，有利于植株對(duì)于氮素的吸收利用進(jìn)而提高產(chǎn)量。通過施氮協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)量構(gòu)成因素，提高任意一個(gè)因素都是增產(chǎn)的重要途徑[12]。本研究對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素分析表明，控釋尿素不同施肥深度處理間產(chǎn)量存在差異是受穗粒數(shù)和粒重的綜合影響，DP10和DP15處理穗粒數(shù)和千粒重高于其他處理，說明控釋尿素施肥深度10—15 cm有利于增加土壤無機(jī)氮含量，滿足玉米開花期和灌漿期對(duì)氮素養(yǎng)分的需求，使葉片制造積累較多的同化產(chǎn)物，為雌穗分化發(fā)育及籽粒形成提供充足的碳源，促進(jìn)有效粒數(shù)的形成和發(fā)育，減少籽粒敗育[29]，進(jìn)而增加穗粒數(shù)和千粒重。而姜超強(qiáng)等[21]對(duì)夏玉米普通尿素一次施肥位點(diǎn)研究表明，不同施肥位置對(duì)穗粒數(shù)和千粒重影響不顯著。這可能是試驗(yàn)條件不同，養(yǎng)分釋放與作物吸收存在差異。此外，本研究還表明玉米產(chǎn)量同處理間2014年較2013年略高，可能是由于2014年夏玉米灌漿期間降水量比2013年明顯增多，有利于養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)籽粒灌漿，提高產(chǎn)量。

3.2 控釋尿素不同施肥深度對(duì)氮素利用率的影響

施肥位置對(duì)于促進(jìn)氮素吸收，提高氮肥利用率和作物產(chǎn)量具有十分重要的作用[21,28]。氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮肥利用率是反映作物對(duì)氮肥吸收、利用效果的有效指標(biāo)[13]。研究表明在不同施肥條件下一次性深施包膜尿素有助于玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收及氮素利用率的提高[30]。本研究中控釋尿素不同施肥深度氮素利用不同，以DP10處理氮肥農(nóng)學(xué)效率最高，DP15處理氮肥利用率最高，但DP10和DP15處理間差異不顯著，但均顯著高于地表撒施。說明一次性控釋尿素施肥深度在10—15 cm有利于根系的發(fā)育，擴(kuò)大氮素的吸收空間[27]，促進(jìn)夏玉米氮素的吸收積累（圖4），更好地發(fā)揮控釋尿素“前控后?！钡奶匦訹11]，滿足植株對(duì)不同時(shí)期養(yǎng)分的需求[31]，從而提高氮素積累量。而作物對(duì)氮素的吸收又是作物光合產(chǎn)物的基礎(chǔ)[12]?？蒯屇蛩厥┓噬疃仍?0—15 cm時(shí)不僅協(xié)調(diào)了整個(gè)生育期的氮素養(yǎng)分供應(yīng)，促進(jìn)夏玉米的生長發(fā)育，而且為生殖階段提供充足的氮素，減少了花后營養(yǎng)器官氮素再動(dòng)員，從而提高光合作用[32]，有利于干物質(zhì)的積累（圖3），最終增加產(chǎn)量。這與劉威等[33]關(guān)于控釋尿素增加條施深度對(duì)玉米地上部干物質(zhì)積累和氮素吸收的影響基本一致。此外，本研究DP10、DP15處理氮素收獲指數(shù)維持較高水平（0.59—0.62 kg·kg-1），而DP10、DP15處理氮素籽粒生產(chǎn)效率低于其他處理，可見控釋尿素施肥深度10—15 cm實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)不是通過增加氮素向籽粒中的再轉(zhuǎn)運(yùn)，而是主要提高了夏玉米生育期中氮素的吸收與積累，而且植株中氮素的積累并未高效提高籽粒產(chǎn)量，可能改變施肥深度對(duì)于提高夏玉米產(chǎn)量的潛力還是有限的。

3.3 控釋尿素不同施肥深度對(duì)土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的影響

氮肥施用不僅要滿足作物需求，而且要減少氮素養(yǎng)分通過淋洗、徑流或氨揮發(fā)等途徑損失[34]，從而促進(jìn)養(yǎng)分的吸收利用，這是實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效的重要途徑[10]。肥料類型[26]和施肥方式[23,28]會(huì)顯著影響氮素?fù)p失。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是植株可以利用的主要氮素形態(tài)，通常把施肥后土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量作為養(yǎng)分轉(zhuǎn)化特點(diǎn)的指標(biāo)[31]。本研究中，土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量與控釋尿素施肥深度密切相關(guān)。從開花期到成熟期，DP10和DP15處理在0—100 cm各土層土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量總體均優(yōu)于其他施肥深度處理，并且氮素積累量（圖4）和氮素利用效率（表2）也顯著增加。這說明施肥深度10—15 cm能更好地將肥料養(yǎng)分固定，并通過提高植株的吸收利用進(jìn)一步減少氮素?fù)p失。前人研究表明，普通尿素施肥深度增加到10 cm以上時(shí)，相對(duì)產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量隨放置深度增加呈增加趨勢(shì)[35]。而本研究表明，DP20處理產(chǎn)量出現(xiàn)降低趨勢(shì)，DP25處理較DP0處理產(chǎn)量無顯著差異，可見控釋尿素增加施肥深度并非一直增產(chǎn)。DP25處理在0—40 cm土層硝態(tài)氮含量顯著低于其他處理，而40—100 cm土層硝態(tài)氮含量與其他處理差異較小，并且DP25處理氮素積累量（圖4）和氮素利用效率（表2）低于DP0處理，說明施肥深度25 cm導(dǎo)致控釋尿素中氮素釋放緩慢，肥料養(yǎng)分的供應(yīng)不能滿足玉米養(yǎng)分需求，植株前期吸收的氮素較少，并且由于氮素在土壤中是可以移動(dòng)的元素，深層的氮素主要通過硝態(tài)氮淋失向下層移動(dòng)[36-37]，減少了主根層（0—20 cm）的氮素吸收，氮素利用率低，造成氮素積累量和干物質(zhì)積累量較地表撒施（DP0）降低，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降?？梢娛┓噬疃?0—15 cm是減少氮素?fù)p失和提高氮素利用，并使兩者達(dá)到平衡的適宜施肥深度。從夏玉米高氮素積累量（圖4）以及土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮0—100 cm各土層含量（圖6）來看，一次性深施控釋尿素的方式有進(jìn)一步降低氮肥用量的空間，關(guān)于減氮條件下控釋尿素適宜基施深度研究值得進(jìn)一步驗(yàn)證。已有研究表明，肥料施用深度實(shí)際投送與目標(biāo)投送深度基本吻合[38]，這為更精準(zhǔn)的一次性深施技術(shù)提供農(nóng)業(yè)機(jī)械支持。

4 結(jié)論

控釋尿素一次性深施促進(jìn)夏玉米干物質(zhì)積累，增加玉米生育后期氮素吸收并減少氮素?fù)p失，進(jìn)而提高氮素利用效率，實(shí)現(xiàn)夏玉米的增產(chǎn)增效。在施純氮225 kg·hm-2條件下，控釋尿素施肥深度在10—15 cm較撒施或淺施地上干物質(zhì)積累量增加，氮素吸收積累和氮素利用效率顯著提高，而氮素?fù)p失降低。施肥深度在12—13 cm時(shí)產(chǎn)量達(dá)到峰值，施肥深度在10—15 cm范圍內(nèi)產(chǎn)量差異不顯著，但顯著高于其他處理?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)中增加施肥深度會(huì)加大勞動(dòng)力投入和機(jī)械損耗以及施肥機(jī)械控制的精準(zhǔn)度，綜合產(chǎn)量和氮素利用效率，本研究建議在黃淮海地區(qū)生產(chǎn)中控釋尿素一次性基施深度控制在10—15 cm。

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Effects of Base Application depths of controlled release Urea on yield and nitrogen Utilization of Summer Maize

DING Xiangpeng, LI GuangHao, ZHANG JiWang, LIU Peng, REN Baizhao, ZHAO Bin

(College of Agronomy, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong)

【】The effects of different fertilization depths of controlled-release urea on nitrogen absorption and utilization were investigated, and then the suitable fertilization depth for achieving high, efficient and stable yield of controlled- release urea in the Huang-Huai-Hai summer maize area was determined.【】 Zhengdan958 was selected as the test variety under field conditions, and seven treatments were set, including no nitrogen fertilizer (CK), surface application (DP0), furrow dressing depth of 5 cm (DP5), 10 cm (DP10), 15 cm (DP15), 20 cm (DP20) and 25 cm (DP25). The effects of urea application depth on growth, yield and nitrogen utilization of summer maize were studied systematically.【】Under the same amount of controlled-release urea application, the yield of summer maize was significantly affected by fertilization depth. The yield of summer maize increased at first and then decreased with the increase of basal fertilization depth. Moreover, the relationship between maize yield and fertilization depth in the summer of 2013 and 2014 conformed to the quadratic curve and the correlation between them reached a significant level as well. The theoretical fertilization depth that obtained the highest yield was 12.5 cm and 12.2 cm in 2013 and 2014, respectively. While in actual production, the DP15 treatment produced the highest yield with no significant difference between DP15 and DP10 treatment, with a significant increase of 16.72% and 16.50%, separately, compared with CK (＜0.05). Compared with DP0, nitrogen harvest index, partial nitrogen productivity, nitrogen agronomic efficiency and nitrogen utilization rate of summer maize all showed a trend of first increasing and then decreasing with the increase of basal fertilization depth. The agricultural efficiency of nitrogen fertilizer and the utilization rate of nitrogen fertilizer fit the quadratic curve. The nitrogen harvest index and nitrogen fertilizer agronomic efficiency were the largest under DP10 treatment in two years, achieving to 61.91% and 6.68 kg·kg-1,respectively, however, the highest nitrogen fertilizer efficiency was 47.27 kg·kg-1and 46.97% under DP15 treatment, respectively. Compared with DP0, fertilization depth of 10 cm and 15 cm could increase soil nitrate and ammonium nitrogen content and reduce nitrogen loss. The mean value of nitrogen accumulation after flowering was 38.93% and 41.88% in 2013 and 2014, respectively, which promoted the post-flowering nitrogen accumulation and significantly increased the total nitrogen uptake above-ground by 20.45% and 22.36%, respectively. Correlation analysis showed that summer maize yield was significantly positively correlated with dry matter accumulation, total nitrogen accumulation, partial nitrogen productivity, nitrogen agronomic efficiency and nitrogen use efficiency, and significantly negatively correlated with nitrogen grain production efficiency.【】 In nitrogen application rate of 225 kg N·hm-2, controlled release urea one-time basal application depth in 10 to 15 cm could significantly improve nitrogen absorption accumulation of summer maize, increase nitrogen use efficiency, reduce nitrogen loss, improve the dry matter accumulation, eventually obtain higher grain yield. Furthermore, it also realized higher production and efficiency, and could be used as controlled release urea suitable fertilization depth for summer maize sowing and manuring simultaneously.

summer maize; controlled release urea; base application depth; nitrogen use efficiency; yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.21.004

2020-05-11；

2020-07-29

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD0300603，2017YFD0301001）

丁相鵬，E-mail：1751592368@qq.com。通信作者趙斌，E-mail：zhaobin@sdau.edu.cn

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）