不同氮肥類型對玉米生理特性、產(chǎn)量及效益的影響

楊素芬 ， 汪敬恒 ， 羅迎娣

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司 ， 河南 鄭州 450052)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，合理施用化肥是保證糧食單產(chǎn)提高的重要措施。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織估計，化肥在發(fā)展中國家糧食增產(chǎn)因素中占比55%。氮素被稱為“生命元素”，氮肥的施用對作物的增產(chǎn)和品質(zhì)改善作用最大[1-3]。夏玉米對氮肥敏感，施氮增產(chǎn)效果顯著，因此出現(xiàn)了氮肥過量施用，目前，過量氮施用造成的氮肥利用率低下、越來越嚴(yán)重的環(huán)境污染及土壤酸化等生態(tài)環(huán)境問題越來越受到關(guān)注[4-6]。

碳酸氫銨是中國特有氮肥品種，是最容易被土壤吸附的一種氮肥，在土壤中最終分解產(chǎn)物(NH3、CO2、H2O)都是植物生長必需元素，長期施用不影響土質(zhì)，是最安全的氮肥品種之一。但碳酸氫銨存在易結(jié)塊、肥效期短、受熱容易分解、養(yǎng)分利用率低等缺點，已逐漸不適應(yīng)高效可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。目前，關(guān)于碳銨改良的研究也有一些報道[7]。其中，多元素長效碳銨顆粒肥針對碳酸氫銨肥料的缺陷，以碳酸氫銨為主要原料，通過添加一定比例的復(fù)合穩(wěn)定劑，在常溫下，采用一次成型冷擠壓造粒工藝進行生產(chǎn)[8]。有關(guān)多元素長效碳銨顆粒肥的研制、氮素釋放特征及對小麥生理生化和產(chǎn)量的影響已有系統(tǒng)的研究，但在玉米上的研究還鮮見報道。本研究結(jié)合本單位研制的多元素長效碳銨顆粒肥，并選用生產(chǎn)上常用的尿素、碳酸氫銨與有機肥配施等，對玉米產(chǎn)量、生理特性和氮肥效率等的影響，以期為玉米氮素營養(yǎng)管理及氮肥的科學(xué)選用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐[9-10]。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年6—9月在河南中牟化工研究所大田試驗基地進行，試驗地屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期。年平均日照2 366 h，作物活躍生長期為217天，無霜期為240天，有利于多種植物生長和農(nóng)作物復(fù)種。地形平坦，灌排狀況良好，供試土壤為沙質(zhì)潮土， pH值 8.0、有機質(zhì) 13.57 g/kg、堿解氮 92.15 mg/kg、有效磷26.5 mg/kg、速效鉀109.7 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)6個處理，分別為：CK，不施氮肥；T1，普通尿素；T2，普通碳銨；T3，多元素碳銨粉肥；T4，多元素長效碳銨顆粒肥；T5，普通碳銨+有機肥(腐熟農(nóng)家肥，3 000 kg/hm2基施)；有機肥含氮(N)量為1.23%。

玉米品種為秋樂218， 2019年6月3號播種，密度為67 500株/hm2， 9月28號收獲。試驗氮肥(N)、磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)施肥量分別為240、120、120 kg/hm2，總氮量的50%和磷肥、鉀肥在玉米在5葉期開溝條施，剩余50%氮肥于大喇叭口期追肥。各處理按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理并在相同的栽培管理條件下進行。小區(qū)面積為45 m2(3 m×15 m)，隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，區(qū)組間50 cm走道隔離。

1.2 測定方法及項目

1.2.1土樣的采集與分析

玉米播種前采集耕層混合土壤樣品，風(fēng)干磨細(xì)過篩后測定土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)。用pH酸度計測定土壤pH值，重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)，凱氏定氮儀測定全氮含量，堿解擴散法測定土壤堿解氮，0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測定土壤有效磷，NH4OAC浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀[11]。

1.2.2產(chǎn)量、植株樣品采集與分析

在拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期(吐絲后25 d)、成熟期分5次采集每個小區(qū)有代表性的植株樣品3株，稱鮮重，擦洗干凈，在105 ℃下殺青15 min，再在65 ℃下烘干至恒重，粉碎后，采用濃H2SO4-H2O2消煮——蒸餾定氮法測定植株全氮分析植株氮含量。成熟后全部收獲中間兩行玉米，裝入尼龍網(wǎng)袋，曬干稱重，以含水量14%折算作為小區(qū)產(chǎn)量，另取10穗玉米進行考種，調(diào)查穗長、穗行數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重等。

1.2.3葉片硝酸還原酶的測定

分別在玉米播種后40、55、70、85天，采集每個小區(qū)有代表性的玉米葉片(前期為最新完全展開葉，吐絲后為穗位葉)去除主脈的葉中部分，迅速用液氮速凍供酶活性測定，用活體法測定硝酸還原酶活性[12]。

1.2.4SPAD值測定

采用SPAD-502型便攜式葉綠素儀測定SPAD值，前期測定植株最新完全展開葉，抽穗后測定穗位葉，每個小區(qū)測15片同一部位的葉片，取平均值。

1.2.5葉面積指數(shù)的測定

長寬乘積法：取樣5株，量取每片葉長度和中部寬度，按照下式計算葉面積和葉面積指數(shù)：葉面積(m2)=長(cm)×寬(cm)×0.75/10 000

葉面積指數(shù)(LAI)=平均單株葉面積(m2)×每畝株數(shù)/667

1.2.6光合速率測定

采用美國Li-6400光合測定系統(tǒng)(Li-cor company,Nebraska,USA)測定光合參數(shù)。采用開放式氣路，于晴天10:00—12:00自然光照下測定，儀器使用前按照使用說明書進行標(biāo)定，測定部位為最新完全展開葉/穗位葉中部(避開主脈)。

1.2.7有關(guān)指標(biāo)的計算

氮肥利用率(%)=(施氮區(qū)吸氮量-無氮區(qū)吸氮量) /施肥量×100

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施氮處理籽粒產(chǎn)量-無氮處理籽粒產(chǎn)量)/施氮量

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

氮收獲指數(shù))=籽粒氮積累總量/植株氮積累總量

氮肥生理效率=(施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量)/( 施氮區(qū)地上部氮積累量-不施氮區(qū)地上部氮積累量)；

利用Excel 2013和DPS軟件進行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型氮肥對玉米產(chǎn)量和效益的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同大小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.01，極顯著；P<0.05，顯著)，下同。

由表1可知，施氮可以極顯著提高夏玉米產(chǎn)量，其增產(chǎn)幅度因氮肥類型不同而存在差異。增產(chǎn)幅度達(dá)2 418.467～3 639.417 kg/hm2。與CK相比，以尿素增幅最大，增幅為3 639.417 kg/hm2，增產(chǎn)58.83%，其次分別是T4、T5、T2、T3，分別增產(chǎn)58.12%、52.88 %、40.56%、39.10%。尿素和多元素長效碳銨顆肥處理分別與和有機肥+普通碳銨處理間差異均達(dá)極顯著水平，有機肥+普通碳銨與普通碳銨、多元素長效碳銨粉肥差異也達(dá)極顯著水平，但尿素和多元素長效碳銨顆肥處理間、普通碳銨和多元素長效碳銨粉肥處理間差異均不顯著。

表1 不同氮肥類型對玉米產(chǎn)量和效益的影響

玉米的產(chǎn)量主要取決于畝穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重，本試驗施肥處理的穗粒數(shù)和百粒重均高于對照，在畝穗數(shù)一定的條件下，夏玉米的產(chǎn)量主要受穗粒數(shù)和百粒重的影響。本試驗表明不同類型氮肥的增產(chǎn)主要取決于穗粒數(shù)和百粒重的提高。其中以尿素處理穗粒數(shù)和百粒重最高，多元素長效碳銨顆肥處理次之，多元素長效碳銨粉肥最低。就相對純收入而言，則以多元素長效碳銨顆粒肥最高，每公頃達(dá)4 352.9元。

2.2 不同類型氮肥對玉米葉片硝酸還原酶的影響

不同氮肥類型對玉米葉片硝酸還原酶的影響如圖1所示。

圖1 不同氮肥類型對玉米葉片硝酸還原酶的影響

從圖1可以看出，施氮對玉米葉片硝酸還原酶活性有顯著影響。各施氮處理的硝酸還原酶活性均比對照顯著增強。在生育期內(nèi)各處理的硝酸還原酶活性呈單峰曲線變化。隨生育進程推進表現(xiàn)為逐漸增加，在播種后55天左右達(dá)到峰值之后又逐漸減弱。在播種40天左右T2的硝酸還原酶活性最高，達(dá)到46.42 μg/(g·h)，其次是T3。播種后55天T1的硝酸還原酶活性最高，達(dá)到75.79 μg/(g·h)，T4的硝酸還原酶活性為75.31 μg/(g·h)，兩處理顯著高于其他處理。播種后70～85天的硝酸還原酶活性都以T4最高，分別為70.24 μg/(g·h)和41.28 μg/(g·h)，T1的硝酸還原酶活性略低于T4，分別為70.10 μg/(g·h)和41.28 μg/(g·h)。

2.3 不同氮肥類型對玉米葉片SPAD的影響

有研究認(rèn)為SPAD值與葉綠素含量的相關(guān)性呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，可用SPAD值來反映葉綠素含量。不同氮肥對葉片SPAD的影響見圖2。

圖2 不同氮肥對葉片SPAD的影響

由圖2可知，玉米葉片的SPAD隨著生育期的推進而逐漸增高，在8月29日左右達(dá)到最大值后又逐漸降低。各施氮處理在不同生育期葉片SPAD均顯著高于對照,說明施用氮肥顯著提高了葉綠素含量。但各施氮處理在各生育時期的葉片SPAD差異不顯著。

2.4 不同氮肥類型對夏玉米葉面積指數(shù)的影響

葉片是玉米進行光合作用而生產(chǎn)干物質(zhì)的主要器官，較大的葉面積指數(shù)有利于光合作用和干物質(zhì)的合成與積累。不同氮肥類型對夏玉米葉面積指數(shù)的影響見圖3。

圖3 不同氮肥類型對夏玉米葉面積指數(shù)的影響

由圖3可以看出，施用氮肥可以增加夏玉米的葉面積指數(shù)，各施氮處理在各生育時期的葉面積指數(shù)均顯著高于對照CK。夏玉米葉面積指數(shù)隨著生育進程先增加后降低，在8月14日時，葉面積指數(shù)達(dá)到最大值，此時處理CK、T1、T2、T3、T4、T5的葉面積指數(shù)分別為5.01、5.33、5.16、5.14、5.32、5.26；從大喇叭口期到成熟期由于下部葉片逐漸死亡，各處理的葉面積指數(shù)又逐漸降低。8月29日和9月13日都以T4處理的葉面積指數(shù)最高，分別達(dá)到5.19和4.64 ；其次是T1，分別為5.18和4.62。這說明多元素長效碳銨顆肥和尿素肥效期長，養(yǎng)分供應(yīng)持久，可延緩夏玉米生育后期葉片的衰老死亡，延長了葉片的功能期。

2.5 不同氮肥類型對夏玉米光合速率的影響

不同氮肥類型對夏玉米光合速率的影響如圖4所示。

圖4 不同氮肥類型對夏玉米光合速率的影響

圖4表明，不同處理玉米葉片的光合速率(Pn)隨生育進程的變化表現(xiàn)相似，隨著生育期的推進逐漸增高，達(dá)到最高值時又逐漸降低。與對照相比，各施氮處理的光合速率均顯著提高，大概在播種后70天左右達(dá)到峰值，然后逐漸降低。施肥處理間顯著性檢驗表明，T2和T4在播種后各個時期均顯著高于T3；T2和T4間差異不顯著。這說明施氮有利于延緩冬玉米生育后期旗葉衰老，增強玉米葉片光合功能，有助于提高玉米生育后期旗葉的光合速率，施用多元素長效碳銨顆粒肥可以起到與施用尿素相似的效果。

2.6 不同氮肥類型對夏玉米氮素積累的影響

不同類型氮肥對夏玉米氮素積累的影響如圖5所示。

圖5 不同類型氮肥對夏玉米氮素積累的影響

由圖5可知，在玉米的不同生育時期，與對照相比施氮處理均可以顯著增加夏玉米氮素積累；隨著生育期的推進，各處理的氮素積累也逐漸增加。在拔節(jié)期，各施氮處理間差異不顯著；在大喇叭口期、吐絲期、灌漿期、成熟期都以尿素和多元素長效碳銨顆粒肥處理的氮素積累量較高，有機肥+普通碳銨處理次之，碳銨和多元素長效碳銨粉肥氮素積累量較低，但尿素和多元素長效碳銨顆粒肥兩處理差異不顯著，碳銨和多元素長效碳銨粉肥在成熟期差異顯著外，其余各生育時期差異也不顯著。

2.7 不同類型氮肥對夏玉米氮肥利用率的影響

不同類型氮肥對夏玉米氮肥利用率的影響如表2所示。

表2 不同類型氮肥對夏玉米氮肥利用率的影響

從表2可以看出，施肥處理的總氮含量和子粒含氮量都極顯著高于對照，其中以尿素和長效碳銨顆粒肥的處理氮含量最高，子粒含氮量分別比對照53.15 kg/hm2和53.47 kg/hm2。不同類型氮肥夏玉米的氮肥利用率為24.33%～33.81%，以T4處理的最高。氮肥農(nóng)學(xué)利用率以T1處理最高，即T1>T4>T5>T2>T3，其中T1和T4處理間差異不顯著，T2和T3差異也不顯著，但T1和T4極顯著高于其它處理。氮肥生理效率以T5處理最高，T3處理最低，T1、T4和T5間差異不顯著，但這三個處理顯著大于T2和T3處理。各施氮處理間氮肥偏生產(chǎn)力的變化趨勢與氮肥農(nóng)學(xué)利用率相似，即T1>T4>T5>T2>T3。各施氮處理的氮收獲指數(shù)顯著高于對照。

3 討論

玉米對氮肥敏感，施氮增產(chǎn)效果明顯，有研究認(rèn)為，施用不同類型肥料均使玉米顯著增產(chǎn)，肥料類型不同，產(chǎn)量效應(yīng)、穗粒數(shù)、千粒重表現(xiàn)也有差異[13-18]。王宜倫等[19-20]研究認(rèn)為，施用控釋施和海藻酸等新型肥料可有效提高玉米產(chǎn)量。本試驗結(jié)果表明，與對照相比，不同氮肥類型增產(chǎn)可以達(dá)到2 418.467～3 639.417 kg/hm2。其中，以尿素增幅最大，多元素長效碳銨顆粒肥次之。這說明尿素和多元素長效碳銨顆肥能為夏玉米提供充足的氮素，尤其夏玉米后期對氮素營養(yǎng)的需要，為高產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

硝酸還原酶是高等植物氮素同化的限速酶，可直接調(diào)節(jié)硝酸鹽還原，從而調(diào)節(jié)氮代謝，并影響到光合碳代謝。衛(wèi)麗等[21]研究認(rèn)為，在等養(yǎng)分量條件下，三種不同的控釋肥與常規(guī)施肥技術(shù)相比硝酸還原酶(NR) 活性和全氮含量均有不同提高和增加；還有研究認(rèn)為，施用氮肥促進了夏玉米葉片硝酸還原酶活性的增強，在玉米生育后期氮肥施用比例大的處理玉米葉片中的硝酸還原酶含量較高，保障了生育后期碳氮代謝的高效進行[22-24]。本試驗結(jié)果表明，尿素和多元素長效碳銨顆粒肥處理的玉米葉片硝酸還原酶、葉片SPAD、葉面積指數(shù)和光合速率均高于其它氮肥類型，這說明尿素和多元素長效碳銨顆粒肥在夏玉米生育后期仍然能釋放充足數(shù)量的氮素，有效延長了葉片的光合功能期。

植株養(yǎng)分吸收積累是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，本試驗中，與對照相比，施氮條件下植株氮素累積量極顯著增加，子粒氮累積量表現(xiàn)趨勢與植株總氮積累量相似，尿素和多元素長效碳銨顆粒的氮素積累顯著高于其它氮肥類型的處理，且在夏玉米整個生育期氮素累積量呈“直線”型，成熟期氮素累積量與產(chǎn)量變化相似，這說明在玉米生育后期植株對氮素仍保持較多的吸收量以滿足自身物質(zhì)的合成以及向籽粒的轉(zhuǎn)移。不同氮肥種類對作物的氮素吸收影響顯著[25-27]。易鎮(zhèn)邪等[28-29]研究了3種類型氮肥(普通尿素、包膜尿素和復(fù)合肥)在夏玉米的施用結(jié)果認(rèn)為氮肥類型影響夏玉米氮素吸收與利用效率。尿素和多元素長效碳銨顆粒的氮肥利用率極顯著高于其它氮肥類型，氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥偏生產(chǎn)力也顯著高于其它氮肥類型。施氮使夏玉米植株及子粒氮素累積量顯著增大，但使氮收獲指數(shù)降低，本試驗與之相吻合[18]。因此，從作物產(chǎn)量和經(jīng)濟效益等各方面綜合來看，多元素長效碳銨顆粒肥可以作為適宜于黃淮海地區(qū)玉米種植的氮肥品種。