不同施氮運籌對夏玉米產(chǎn)量、凈收益及氮肥利用率的影響

王宏庭，趙萍萍，郭軍玲，李 麗

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，山西太原030031）

氮肥在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，它是影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量最敏感的因素之一。目前，我國的氮肥用量約占全世界氮肥總用量的1/3[1]，但當季利用率僅為30%～35%[2-12]，低于發(fā)達國家近20個百分點。氮肥利用率低下，不僅造成生產(chǎn)效益低下、資源浪費，而且給環(huán)境帶來了污染[2-12]。因此，氮肥如何合理施用及如何提高氮肥利用率一直是國內(nèi)外學(xué)者最關(guān)注的熱點問題之一。

肥料的合理施用就是要根據(jù)不同作物解決需要什么肥，各需多少，在什么時期施，怎么施肥等一系列問題。氮肥的施用效果往往受生態(tài)類型、土壤條件、品種、栽培管理等因素的影響，國內(nèi)學(xué)者針對所在地區(qū)的玉米生產(chǎn)條件開展了大量的氮肥施用研究[5-17]。一些學(xué)者就氮肥品種及其施用量對玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率的影響[5-11]、針對氮肥的施用時期及分配比例進行了研究[10-17]。Bruulsema等[18]提出，肥料的最佳管理須同時兼顧實現(xiàn)農(nóng)田系統(tǒng)的生產(chǎn)力、利潤、持續(xù)性及環(huán)境的四大目標，而實現(xiàn)這四大目標就需在某一生態(tài)條件下選用最適宜的肥料品種、最合理的施用量、最適宜的施肥時期、最適宜的施肥位置來發(fā)展最佳的養(yǎng)分管理技術(shù)。夏玉米是山西省晉南地區(qū)普遍種植的重要作物，針對全省夏玉米生產(chǎn)如何發(fā)揮氮肥最大的增產(chǎn)潛力、提高氮肥利用率、同時減少對環(huán)境的負面影響，一直是山西省玉米發(fā)展戰(zhàn)略面臨的重大課題。

本研究是在提出合理施用量的前提下，探討氮肥的施用時期及其比例對夏玉米產(chǎn)量、收益、肥料利用率的影響，以期為山西省夏玉米生產(chǎn)提供理論支撐和實踐指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗地特性

試驗在山西省冬小麥—夏玉米輪作主產(chǎn)區(qū)臨汾市進行，該地屬半干旱溫帶大陸性氣候，年均氣溫在12.6℃左右，年均降水量498mm，無霜期195 d左右。試驗點位于襄汾縣農(nóng)場，土壤類型為石灰性褐土，質(zhì)地中壤，前茬作物為小麥。播前（2009年5月22日）采取耕層土壤（0～20 cm）樣品，在國家測土施肥實驗室進行分析[19]，用于提出最佳肥料施用量（OPT）。土壤理化性質(zhì)為：pH 8.49，有機質(zhì) 4.70 g/kg，NH4-N 6.8mg/L，NO3-N 7.8mg/kg，速效磷 8.3mg/kg，速效鉀 128.2mg/kg，有效鈣1 930.0mg/kg，有效鎂240.3mg/kg，有效硫365.0mg/kg，有效硼1.2mg/kg，有效銅1.1 mg/kg，有效鐵 3.0mg/kg，有效錳 13.8mg/kg，有效鋅6.8mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

基于播前土壤的養(yǎng)分狀況，提出了目標產(chǎn)量9 000 kg/hm2的最佳施肥量，即N 210 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2。在此基礎(chǔ)上設(shè) 6 個處理（表1），隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，小區(qū)面積為 7m×4m=28m2。

所用肥料為尿素（46%N）、過磷酸鈣（12%P2O5）和氯化鉀（60%K2O）。供試玉米品種為鄭單958，2009年6月15日人工點種，播量37.5 kg/hm2，每小區(qū)種植168株，種植6行，每行28株，種植密度60 000株/hm2左右。6月22日出苗，7月10日定苗，7月22日追肥，10月13日收獲，灌溉、除草、治蟲、中耕等田間管理按當?shù)剞r(nóng)民習慣進行。整個玉米生育期降雨量為195.7mm。

表1 夏玉米氮肥運籌試驗施肥方案

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

收獲時每試驗小區(qū)取植株樣品3株，105℃殺青0.5 h后于60℃下烘干至恒質(zhì)量，測定干物質(zhì)質(zhì)量。之后粉碎，過1mm篩用于分析全氮。植株全氮用濃硫酸消煮，全自動定氮儀測定。有關(guān)收獲指數(shù)、農(nóng)學(xué)效益、氮肥利用率計算如下。

玉米收獲指數(shù)=經(jīng)濟產(chǎn)量/地上部生物量×100%；

N收獲指數(shù)=籽粒吸氮量/總吸氮量×100%；

氮農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量－不施氮區(qū)產(chǎn)量）／施肥量；

氮肥利用率=（施氮區(qū)吸氮量－不施氮區(qū)吸氮量）／施氮量×100%；

凈收益（元/hm2）=經(jīng)濟產(chǎn)量×玉米價格-肥料施用量×肥料價格；

N素表觀平衡=N投入量-N吸收量。

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥運籌對夏玉米生物量、產(chǎn)量、收獲指數(shù)、農(nóng)學(xué)效率及凈收益的影響

表2結(jié)果顯示，OPT-N處理的生物量最低，與之相比，施氮處理的生物量均有增加，增加幅度在2 021～3 702 kg/hm2，增產(chǎn)率為 8.6%～15.8%。不同氮肥運籌以O(shè)PT4處理增產(chǎn)幅度最大，而OPT2處理增產(chǎn)幅度最小，各處理的生物量由高到低的順序為OPT4＞OPT5＞OPT3＞OPT1＞OPT2＞OPT-N。方差檢驗結(jié)果顯示，不同處理間差異達顯著水平（P=0.036）。多重比較進一步顯示，除OPT2外，其他氮肥運籌較不施氮處理均達到顯著水平（α=0.05），但OPT2在α=0.10水平可達顯著水平，但不同運籌處理之間比較，均未達顯著水平。這表明，施氮可以增加夏玉米的生物量，但不同氮肥運籌對生物量的影響不明顯。從產(chǎn)量結(jié)果看，施氮處理較不施氮處理增產(chǎn)顯著，不同氮肥運籌之間比較，產(chǎn)量差異也不明顯。但表現(xiàn)為OPT3處理產(chǎn)量最高，為10 102 kg/hm2，增產(chǎn)率為23.4%，同樣也是OPT2處理產(chǎn)量最低。各處理產(chǎn)量高低順序為OPT3＞OPT1＞OPT4＞OPT5＞OPT2＞OPT-N。

收獲指數(shù)可以反映作物同化產(chǎn)物在籽粒和營養(yǎng)器官上的分配比例，不施氮處理OPT-N的收獲指數(shù)最低，OPT3和OPT1處理的收獲指數(shù)均較OPT-N顯著，表明這2種氮運籌以利于提高玉米的收獲指數(shù)，而其他3種氮運籌的收獲指數(shù)較OPT-N處理略有提高，但未達到顯著水平。就氮肥的農(nóng)學(xué)效率而言，不同氮肥運籌表現(xiàn)不一，每千克N可生產(chǎn)玉米5.3～9.1 kg，OPT3處理最高，為9.1 kg；其次是OPT1處理，為8.2 kg；最低為OPT2處理。可見，OPT3處理的產(chǎn)量、收獲指數(shù)、農(nóng)學(xué)效率均表現(xiàn)最高，其次為OPT1處理，最低的為OPT2處理，這表明氮肥不宜在苗期全部施用。

表2 氮肥運籌對夏玉米生物量、產(chǎn)量、收獲指數(shù)、農(nóng)學(xué)效率及凈收益的影響

在投入一致的條件下，產(chǎn)量的高低就決定了凈收益的多少。從凈收益看，氮肥運籌的各處理均較OPT-N處理高，并且除OPT2外，其他運籌方式與對照之間差異均達到顯著水平，但不同氮肥運籌之間相比，差異均未達顯著水平。OPT3處理的凈收益表現(xiàn)最高，為15 319元/hm2；其次是OPT1處理，為14 971元/hm2；OPT-N處理最低，僅為12 837元/hm2。OPT3，OPT1處理較OPT-N處理分別增收19.3%和16.6%，各處理凈收益的高低順序與產(chǎn)量順序一致。因此，考慮農(nóng)田生產(chǎn)的可操作性，OPT3和OPT1處理是適宜的氮肥施用方式，可以滿足夏玉米高產(chǎn)量、高收益的需求。

2.2 氮肥運籌對夏玉米氮養(yǎng)分吸收、氮養(yǎng)分收獲指數(shù)、氮平衡及氮肥利用率的影響

表3結(jié)果顯示，無論籽粒還是秸稈，施氮處理的氮含量和氮吸收量均明顯高于不施氮處理，表明氮肥運籌可以大幅度提高玉米對氮養(yǎng)分的吸收。但不同氮肥運籌方式使得玉米對氮養(yǎng)分的吸收存在差異，氮吸收量在261.0～278.7 kg/hm2之間。OPT3處理N養(yǎng)分的吸收量表現(xiàn)最高，為278.7 kg/hm2；OPT1處理N養(yǎng)分的吸收量表現(xiàn)最低，為 261.0 kg/hm2。

氮肥利用率是表征作物當季對氮肥利用的參數(shù)，在等氮量投入的條件下，N吸收總量的多少決定氮肥利用率的高低。表3結(jié)果還顯示，OPT1處理的氮肥利用率表現(xiàn)最低，為38.6%；OPT3處理表現(xiàn)最高，為47.0%。不同氮肥運籌的氮肥利用率由高到低的順序為OPT3＞OPT4＞OPT5＞OPT2＞OPT1?？梢姡煌蔬\籌影響著氮肥的利用率。就氮收獲指數(shù)而言，不同氮肥運籌表現(xiàn)不一，僅OPT1處理的氮收獲指數(shù)高于OPT-N處理，而其他運籌方式均低于OPT-N處理，表明氮肥運籌并不一定能提高氮的收獲指數(shù)。從養(yǎng)分平衡看，不同氮肥運籌處理均處于虧缺狀態(tài)，虧缺量差異不大，說明均不會造成環(huán)境風險，其中，OPT1虧缺最少，OPT3虧缺最多。

表3 氮肥用量對夏玉米N養(yǎng)分吸收、N養(yǎng)分收獲指數(shù)、N平衡及氮肥利用率的影響

3 結(jié)論與討論

在農(nóng)田生產(chǎn)條件下，作物生長發(fā)育受水、肥、氣、熱及栽培管理措施等因素的影響，在栽培管理措施相對一致的情況下，肥料投入對于作物增產(chǎn)起著不可替代的基礎(chǔ)性作用。但在肥料投入一定的條件下，何時施用、如何分配比例會影響肥料效益的發(fā)揮。本研究結(jié)果表明，施氮有利于顯著提高夏玉米的生物量、產(chǎn)量和收益，與一些學(xué)者的研究結(jié)果一致[5-17]；通過氮肥運籌也能明顯提高夏玉米的產(chǎn)量、收益及肥料利用率，也與一些研究結(jié)果大體一致[10-17]。

要實現(xiàn)夏玉米的高產(chǎn)，必須進行氮肥的底追結(jié)合。丁民偉等[11]研究表明，氮肥用量、施肥時期及分配方式極大地影響了玉米干物質(zhì)的積累和分配。夏來坤等[14]研究表明，3葉期施氮結(jié)合12葉期追氮處理的氮肥利用率最高，有效降低了氮素損失。鄭惠玲等[15]研究結(jié)果也表明，鄭單958以氮肥作底肥和拔節(jié)期追施氮肥效果最好。本研究中，OPT3處理（5—6葉期施1/2 N、拔節(jié)期追施1/2N）、OPT4處理（5—6葉期施1/3N、拔節(jié)期追施2/3N）、OPT5處理（5—6葉期施1/3N、拔節(jié)期追施1/3 N、抽雄期追施1/3 N）均進行了底追結(jié)合，保證了玉米的高產(chǎn)和高收益的需要，驗證了一些學(xué)者的研究結(jié)果。從產(chǎn)量、收獲指數(shù)、收益、氮肥的農(nóng)學(xué)效率及氮肥利用率等參數(shù)看，本研究中OPT3處理最高，是最適宜的氮肥運籌方式。易鎮(zhèn)邪等[7]的研究指出，苗期一次性施氮，易受降雨的影響造成氮素淋洗，無法滿足夏玉米中后期的需氮要求，不能高產(chǎn)。本研究中的OPT2處理產(chǎn)量、收益均表現(xiàn)最低，佐證了這一點；而OPT1處理符合農(nóng)民的管理習慣，實現(xiàn)了高產(chǎn)、高收益的目標，當季氮肥利用率38.6%也略高于文獻報道的30%～35%，但在5種氮肥運籌方式中是最低的，而從產(chǎn)量、收益、農(nóng)學(xué)效率等參數(shù)看，還是可以接受的氮肥運籌方式。

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