緩釋肥施用方式對夏玉米群體生長和產(chǎn)量的影響

陳召月 段巍巍 王貴彥 李奔 陳宗培

摘要：比較緩釋肥在不同施用方式下對夏玉米生長及產(chǎn)量的影響，為夏玉米簡化高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。設(shè)置農(nóng)戶習(xí)慣施肥（F1）、緩釋肥常規(guī)施用（F2）和緩釋肥優(yōu)化施用（F3） 3個處理，研究夏玉米群體生長、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)以及產(chǎn)量構(gòu)成特性對不同施用方式的響應(yīng)。結(jié)果表明，吐絲后F2和F3處理的葉面積指數(shù)、群體總光合勢和凈同化率均顯著高于F1處理。F2、F3處理的干物質(zhì)積累總量較F1處理分別顯著提高7.13%、13.28%。Logistic方程解析表明，F(xiàn)3處理的干物質(zhì)平均和最大增長速率均顯著高于其他處理。與F1處理相比，F(xiàn)2和F3處理顯著降低了花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對籽粒的貢獻(xiàn)率，顯著提高了花后干物質(zhì)積累對籽粒的貢獻(xiàn)率。F3處理的穗粒數(shù)顯著高于F1處理，F(xiàn)2和F3處理較F1處理分別增產(chǎn)7.39%、11.45%?？梢?，緩釋肥優(yōu)化施用較其他處理能保障夏玉米生育后期擁有良好的生長狀態(tài)，促進(jìn)了干物質(zhì)的積累，提高了最終產(chǎn)量。但若無配套施肥機(jī)械，緩釋肥常規(guī)施用也可被選為保產(chǎn)且生長良好的施肥方式。

關(guān)鍵詞：夏玉米;緩釋肥;群體生長;干物質(zhì);分層

中圖分類號：S513.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）05-0092-05

玉米是重要的糧食、飼料和經(jīng)濟(jì)作物，其增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)對我國糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。玉米生育過程中吸肥能力強(qiáng)、需肥量大，肥料對產(chǎn)量的提升作用占到40%～60%。因此，施肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是至關(guān)重要的一步[1]。在玉米種植過程中，常因植株高大，后期施肥操作不便、勞動力短缺以及勞動力成本較高等原因，農(nóng)民多采用一次性底施復(fù)合肥的施肥方式，常使作物生長后期發(fā)生脫肥早衰[2]。近年來，緩釋肥料的應(yīng)用逐漸成為解決該問題的新途徑，緩釋肥的養(yǎng)分釋放較緩慢、肥效持久穩(wěn)定，能改善植株光合特性，促進(jìn)生育后期干物質(zhì)積累[3]，作為底肥一次性施用能滿足全生育期養(yǎng)分需求，且使植株在生長后期維持較高的根系數(shù)量及活性，提高根系對養(yǎng)分的吸收能力，比在常規(guī)施肥量減少20%情況下，獲得與分次施用普通尿素相同的產(chǎn)量[4]，并符合節(jié)省勞動力投入的需求。前人研究表明，肥料深施較表施可增強(qiáng)土壤供氮能力，增加作物單株根質(zhì)量和根體積，提高根系活力和根際土壤酶活性[5]，作物后期長勢良好，增加地上部干物質(zhì)和氮素積累量，肥料利用率由撒施肥的30%提升至50%，增產(chǎn)率達(dá)34.1%～50.8%[6]。分層施肥可改善傳統(tǒng)施肥造成的“上肥下瘦”現(xiàn)象，肥料在壟體內(nèi)分布合理，能降低速效氮的損失，比常規(guī)分次施肥增產(chǎn)12.1%[7]。生產(chǎn)中將緩釋尿素結(jié)合深松能打破常規(guī)耕作形成的犁底層，改善土壤通氣性，增強(qiáng)土壤酶活性和增加亞硝酸細(xì)菌數(shù)量，促進(jìn)玉米花后氮素吸收利用[8]。條帶深松結(jié)合緩釋肥較淺旋、免耕能更有效地調(diào)控土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況，有利于作物光合性能的改善，促進(jìn)花后干物質(zhì)的積累，玉米增產(chǎn)效果顯著[9]。

目前，玉米緩釋肥的研究主要集中在肥料施用量、肥料利用率以及耕作方式對緩釋肥效應(yīng)的影響方面，對玉米群體生長和干物質(zhì)積累等影響方面研究較少。因此，本研究通過田間試驗(yàn)比較緩釋肥不同施用方式對夏玉米產(chǎn)量和干物質(zhì)積累的影響，進(jìn)一步分析群體生長、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)特征，為夏玉米簡化高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田概況

試驗(yàn)田位于河北省邢臺市寧晉縣賈家口鎮(zhèn)白木村（115°7′23″E、37°36′51″N），該地屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。玉米生長季降雨量為238.8 mm，平均氣溫為25.7 ℃。前茬作物為冬小麥。供試土壤為輕壤質(zhì)潮土，pH值8.37，有機(jī)質(zhì)含量20.8 g/kg，全氮含量1.18 g/kg，堿解氮含量42.7 mg/kg，有效磷含量8.9 mg/kg，速效鉀含量164 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以鄭單958為材料，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置3個處理：農(nóng)戶習(xí)慣施肥方式（F1）：肥料類型為復(fù)合肥，施肥深度8 cm;緩釋肥常規(guī)施用方式（F2）：氮肥類型為緩釋尿素，緩釋期60 d，磷肥為磷酸一銨，鉀肥為氯化鉀，混勻后施于8 cm土壤;緩釋肥優(yōu)化施用方式（F3）：肥料類型與F2相同，30%氮肥施于0～15 cm土壤，70%氮肥與磷鉀肥混勻后施于15～30 cm土壤。施肥量均為N 225 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2。F1和F2處理應(yīng)用普通玉米精播機(jī)播種，F(xiàn)3處理應(yīng)用兩肥異位分層施肥精播機(jī)播種。行距60 cm，播種量7.2萬株/hm2。小區(qū)面積為72 m2（12 m×6 m），每個處理重復(fù)3次。2019年6月20日播種，10月3日收獲，田間管理措施與常規(guī)高產(chǎn)田相同。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 測定項(xiàng)目

分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、乳熟期、成熟期取樣，每個重復(fù)取長勢均勻的3株測定全部葉片的長度和寬度;后將植株置于 105 ℃ 烘箱中殺青30 min，隨后再80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量并計(jì)算干物質(zhì)量。成熟時每小區(qū)收獲2行10 m進(jìn)行測產(chǎn)，考察產(chǎn)量構(gòu)成與穗部性狀，包括穗數(shù)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量等。

1.3.2 計(jì)算公式

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量=營養(yǎng)器官最大干質(zhì)量-成熟期營養(yǎng)器官干質(zhì)量;

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率=營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/營養(yǎng)器官最大干質(zhì)量×100%;

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對籽粒的貢獻(xiàn)率=營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/籽粒干質(zhì)量×100%;

花后干物質(zhì)積累量=成熟期干質(zhì)量-吐絲期干質(zhì)量;

花后干物質(zhì)積累量對籽粒的貢獻(xiàn)率=花后干物質(zhì)積累量/籽粒干質(zhì)量×100%;

葉面積指數(shù)（LAI）=單株葉面積×單位土地面積株數(shù)/單位土地面積;

光合勢=×（t2-t1）;

凈同化率=×。

式中：LAI1、LAI2分別為t1、t2時間的葉面積;m1為t1時的干質(zhì)量;m2為t2時的干質(zhì)量。

1.3.3 干物質(zhì)積累動態(tài)擬合

采用Logistic方程Y=K/（1+ae-bt）擬合夏玉米干物質(zhì)增長過程中最大干物質(zhì)增長速率及其出現(xiàn)的時間。式中：Y為干物質(zhì)積累量;t為苗后天數(shù);a、b為待定系數(shù);K為干物質(zhì)積累量理論最大值。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2010和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 8.0軟件進(jìn)行繪圖，使用Curve Expert 1.38軟件進(jìn)行擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式夏玉米群體生長表現(xiàn)

2.1.1 葉面積指數(shù)

由圖1可知，各處理葉面積指數(shù)均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在吐絲期達(dá)到最大值，此后，葉片相繼衰老，葉面積指數(shù)減小。拔節(jié)期至大喇叭口期各處理間無顯著差異;吐絲期F2和F3處理之間無顯著差異，但均顯著高于F1處理;乳熟期各處理間差異顯著，表現(xiàn)為F3>F2>F1;成熟期F1顯著低于其他處理，F(xiàn)2與F3處理間差異不顯著?？梢?，F(xiàn)1處理生育后期綠葉面積顯著減少，葉片功能期較短，植株衰老進(jìn)程較快。

2.1.2 光合勢

由表1可知，各處理吐絲期前光合勢增加較緩，吐絲后顯著增加，成熟期明顯減少。拔節(jié)到吐絲期各處理間差異不顯著;吐絲到乳熟期F1處理的光合勢顯著低于其他處理，其余處理間無顯著差異;乳熟期到成熟期表現(xiàn)為F3最高，F(xiàn)2次之，F(xiàn)1最低;總光合勢表現(xiàn)為F3處理最高，與F2處理差異不顯著，但兩者較F1處理分別顯著提高了9.16%、6.77%。可見，F(xiàn)2和F3處理在生育后期都能保持較高的綠葉面積，其中，F(xiàn)3處理優(yōu)勢最明顯。

2.1.4 凈同化率

由表2可知，各處理在全生育期內(nèi)凈同化率均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。拔節(jié)期到大喇叭口期各處理間無顯著差異; 大喇叭口期到吐絲期和吐絲期到乳熟期F2和F3處理差異不顯著，但均顯著高于F1;乳熟期到成熟期F3處理的凈同化率最高，與F2差異不顯著，但均顯著高于F1?？梢?，F(xiàn)2和F3處理具有較高的凈同化率，F(xiàn)3處理表現(xiàn)最優(yōu)，而F1處理在生育中后期光合生產(chǎn)能力變?nèi)鮾敉瘦^低。

2.2 不同施肥方式夏玉米干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的特征

2.2.1 干物質(zhì)積累動態(tài)

由圖2可知，拔節(jié)期和大喇叭口期各處理的干物質(zhì)積累量無顯著差異;處理間的差異隨生育進(jìn)程變大，吐絲期F3處理的干物質(zhì)積累量顯著高于F1和F2處理，分別高出7.46%、694%;乳熟期F2和F3處理的干物質(zhì)積累量分別較F1處理高4.68%、10.28%，F(xiàn)3處理較F2處理高5.80%，3個處理間差異顯著;成熟期F2和F3處理的干物質(zhì)積累量分別較F1處理高7.13%和1328%，F(xiàn)3處理較F2處理高5.74%?？梢?，吐絲期后F3處理干物質(zhì)生產(chǎn)能力最強(qiáng)，F(xiàn)2處理次之，F(xiàn)1處理的干物質(zhì)生產(chǎn)能力最低。

運(yùn)用Logistic方程以苗后天數(shù)為自變量，干物質(zhì)積累為因變量，對玉米干物質(zhì)積累過程進(jìn)行擬合。由表3可知，各處理的最大干物質(zhì)積累潛力表現(xiàn)為F3>F2>F1;F1處理的最大積累速率出現(xiàn)的時間顯著早于其他處理，為60.81 d;F3處理的干物質(zhì)最大積累速率和平均積累速率最高，較F2處理分別顯著增加8.20%和5.74%，較F1處理分別顯著增加1340%和13.29%?？梢姡現(xiàn)2和F3處理有較高的干物質(zhì)積累速率，并推遲了干物質(zhì)最大積累速率出現(xiàn)時間，而F1處理的最大和平均積累速率偏低，最大積累速率出現(xiàn)的時間較早，理論干物質(zhì)積累量最少。

2.2.2 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

由表4可知，F(xiàn)1處理的營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率最高;F1處理的營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對籽粒的貢獻(xiàn)率最高，為22.89%，與其他處理差異顯著。F3處理的花后干物質(zhì)積累量顯著高于F2和F1，較兩者分別顯著提高4.68%、19.16%，F(xiàn)2處理較F1處理顯著提高13.83%;花后干物質(zhì)積累對籽粒的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為F3處理最高，為87.29%，F(xiàn)2處理為85.20%，F(xiàn)1處理最低，僅為7711%?？梢?，F(xiàn)1處理花后光合產(chǎn)物的積累無法滿足籽粒灌漿的需要， 花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對籽粒的貢獻(xiàn)占優(yōu)勢，而F3處理花后干物質(zhì)積累能力較強(qiáng)，對籽粒的貢獻(xiàn)較大，F(xiàn)2處理次之。

2.3 不同施肥方式夏玉米穗部性狀和產(chǎn)量特征

由表5可知，各處理的穗行數(shù)、行粒數(shù)和穗數(shù)差異不顯著。F2和F3處理之間的每穗粒數(shù)差異不顯著，但均顯著高于F1處理;百粒質(zhì)量表現(xiàn)為F3處理顯著高于F2和F1處理;F3處理的產(chǎn)量顯著高于F2和F1處理，分別提高3.78%和11.45%，F(xiàn)2較F1處理顯著提高了7.39%;各處理的收獲指數(shù)表現(xiàn)為F2處理最高，F(xiàn)1與F3處理差異不顯著。可見，與F1處理相比較，F(xiàn)2處理主要通過增加穗粒數(shù)來提高產(chǎn)量，而F3處理通過增加穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量促進(jìn)產(chǎn)量的進(jìn)一步增加。

3 討論與結(jié)論

3.1 緩釋肥施用方式對干物質(zhì)形成的影響

研究表明，施用緩釋肥后玉米在生長后期仍具有較高的葉面積指數(shù)，能延長葉片功能期，保證玉米充分的光合作用[10]。本研究取得相似結(jié)果，F(xiàn)2比F1處理在吐絲以后維持較高的葉面積指數(shù)、群體總光合勢和凈同化率，乳熟期和成熟期的葉面積指數(shù)、群體總光合勢和凈同化率均較高。氮肥深施能提高植株根系活力，減緩花后葉片早衰[11]。分層施肥將部分肥料適當(dāng)深施于根系密集區(qū)域，養(yǎng)分供應(yīng)充足，根系生長良好，葉面積指數(shù)顯著高于傳統(tǒng)施肥方式，能提高光合作用強(qiáng)度和改善玉米生長情況。本研究表明，F(xiàn)3處理的葉面積指數(shù)、群體總光合勢和凈同化率均為各處理中最高，這是由于該處理能持續(xù)為玉米生長提供充足的養(yǎng)分，防止后期脫肥早衰，還能促進(jìn)根系縱深分布，增強(qiáng)植株獲取營養(yǎng)的能力，促進(jìn)地上部穩(wěn)定生長，為干物質(zhì)的形成和積累奠定基礎(chǔ)。

3.2 緩釋肥施用方式對干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)特征的影響

生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累水平?jīng)Q定著籽粒產(chǎn)量的高低。玉米從吐絲到成熟干物質(zhì)積累總量是籽粒產(chǎn)量的重要組成部分，對籽粒貢獻(xiàn)率達(dá)78%～84%[14]。緩釋肥與常規(guī)肥料相比能顯著改善植株對氮素的吸收，減少收獲后土壤堿解氮盈余量，提高花后干物質(zhì)積累量。本研究認(rèn)為，吐絲到成熟期F2處理的干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)最大和平均增長速率顯著高于F1處理，這與前人的研究結(jié)果[17]一致。有研究表明，在深施基礎(chǔ)上施用緩釋尿素，可提高深層土壤無機(jī)氮含量，獲得較高的氮素利用率和干物質(zhì)積累量[18]。與常規(guī)施肥相比，條帶深松條件下深施緩釋肥的氮肥利用效率和花后干物質(zhì)積累量顯著增加，有利于根系下扎和提高根系活力[19]。本研究表明，F(xiàn)3處理的干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)最大和平均增長速率顯著高于F2、F1處理，這是因?yàn)镕3處理能擴(kuò)大根系與緩釋肥料接觸面積，增加根系生物量和根系活性的同時，促進(jìn)根際土壤酶和土壤營養(yǎng)物質(zhì)的生成，減緩深層根系衰老，滿足玉米全生育期養(yǎng)分需求，增強(qiáng)作物干物質(zhì)生產(chǎn)能力，提高干物質(zhì)積累量。

干物質(zhì)的分配和轉(zhuǎn)運(yùn)也是決定玉米籽粒產(chǎn)量高低的重要因素之一。劉克禮等研究指出，玉米營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率不宜過高，超過20%會導(dǎo)致葉片早衰，影響產(chǎn)量形成[20]。緩釋肥能提高花后植株的氮素積累，滿足籽粒對氮素的需求，但營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量在不同品種和環(huán)境條件下存在差異[21]。肥料分層施用能使作物生長后期保持較高的生長活性，產(chǎn)量主要源于花后的干物質(zhì)積累，花前營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和對籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率較低[22]。本研究結(jié)果表明，花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和對籽粒的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：F1>F2>F3，花后干物質(zhì)積累對籽粒貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：F3>F2>F1。這是因?yàn)镕1處理花后光合產(chǎn)物較少，籽粒發(fā)育的負(fù)反饋?zhàn)饔檬範(fàn)I養(yǎng)器官中大量營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移過多;F2處理花后碳氮代謝較平衡，產(chǎn)量源于花前和花后干物質(zhì)協(xié)同作用;F3處理花后仍能夠積累較多的光合產(chǎn)物，花后干物質(zhì)積累對籽粒貢獻(xiàn)率高。緩釋肥優(yōu)化施用和常規(guī)施用均能促進(jìn)干物質(zhì)的積累，更好地協(xié)調(diào)植株?duì)I養(yǎng)生長和生殖生長，提高花后干物質(zhì)積累對籽粒的貢獻(xiàn)率。

3.3 緩釋肥施用方式對產(chǎn)量的影響

與普通尿素相比緩釋肥施用能提高玉米穗行數(shù)和百粒質(zhì)量，產(chǎn)量能提高2.22%～1882%[23]。玉米深松時將氮肥適當(dāng)深施較淺施能改善單株根系生長狀況，增加玉米穗粒數(shù)，增產(chǎn)效果明顯。研究表明，緩釋尿素與常規(guī)尿素分層配施較常規(guī)尿素表施能顯著增加玉米穗粒數(shù)[24]。本研究結(jié)果表明，與F1處理相比F3處理的穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量顯著提高，F(xiàn)2處理具有較多的穗粒數(shù)。F3和F2處理較F1處理分別顯著增產(chǎn)11.45%、7.39%，F(xiàn)3較F2處理顯著增產(chǎn)3.78%。綜上，緩釋肥優(yōu)化施用和緩釋肥常規(guī)施用取得較農(nóng)戶習(xí)慣施肥更高的產(chǎn)量，其中緩釋肥優(yōu)化施用結(jié)合了土壤立體施用和緩釋肥料的應(yīng)用形成了完整的一次性施肥方式，是增產(chǎn)增效最佳的施肥方式。但若無配套施肥機(jī)械，緩釋肥常規(guī)施用也可被選為保產(chǎn)且植株良好生長的施肥方式。

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