減施氮肥對玉米產(chǎn)量及氮肥利用率的影響

包改麗 何永健 吳海蘭 呂慶長 蔣祥先 高連彰

（宣威市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，云南宣威 655400）

玉米是世界三大糧食作物之一。我國玉米種植面積占世界玉米種植面積的22%，玉米總產(chǎn)量占世界玉米總產(chǎn)量的1/5，在確保國家糧食安全中具有舉足輕重的地位?；试诩Z食作物增產(chǎn)中起著重要的作用[1]。氮肥作為一種大量元素肥料，是糧食作物增產(chǎn)的重要肥力因素，也影響玉米的氮肥利用率[2-3]。適量增施氮肥可以提高玉米中后期群體和單葉的光合能力，延長中下部葉片的功能期，對產(chǎn)量提升具有重要意義[4-6]。長期以來，我國普遍存在氮肥施入量過大、氮肥利用效率低、氮素淋失導(dǎo)致農(nóng)田水土污染等問題。據(jù)2016年統(tǒng)計，我國農(nóng)作物化肥施用量達(dá)到346.5 kg/hm2，遠(yuǎn)高于世界平均水平（120 kg/hm2）；肥料利用率僅30%左右[7]，玉米氮肥利用率為21.6%[8]。減肥、減藥可減輕環(huán)境壓力，是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)[9]。氮肥的合理施用受到區(qū)域作物、土壤和氣候的影響，在解決施用量、施用時期及不同時期的分配比例等問題時，核心在于施肥量的控制[10]。宣威市是云南省旱糧生產(chǎn)區(qū)，玉米常年播種面積8.67萬hm2，在旱糧作物種植中占很大的比重。本試驗通過研究半干旱地區(qū)減施氮肥對玉米產(chǎn)量、氮肥利用率及經(jīng)濟(jì)效益的綜合影響，旨在為宣威地區(qū)玉米高產(chǎn)高效生產(chǎn)中氮肥的合理調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2020年4—10月在宣威市板橋街道宣威市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種業(yè)園內(nèi)進(jìn)行，地處東經(jīng)104°03′、北緯 26°06′，海拔 1 970 m。年均溫 13.3℃，年均降雨量980 mm。試驗地土壤肥力中等，土質(zhì)為紅壤，前作為馬鈴薯。土壤基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)34 g/kg、堿解氮 117 mg/kg、有效磷 47 mg/kg、速效鉀 91 mg/kg、pH值5.5。

1.2 試驗材料

玉米品種為宣會7號，由宣威市宣會種業(yè)有限公司提供。供試肥料：27%宣農(nóng)復(fù)混肥（12-8-7），由宣農(nóng)測土配方肥研發(fā)中心生產(chǎn)；27%馬鈴薯腐殖酸肥（10-8-9），由云南云天化股份有限公司生產(chǎn)；32%農(nóng)家樂1號（18-9-5），由云南綠之源肥業(yè)有限公司生產(chǎn)；45%七鄉(xiāng)130測土配方肥（27-9-9），由文山市國農(nóng)測土配方施肥中心生產(chǎn)；40%農(nóng)家樂2號（22-10-8），由云南綠之源肥業(yè)有限公司生產(chǎn)；碳菌雙優(yōu)（腐殖酸生物有機(jī)肥，有效活菌數(shù)≥3億個/g，腐殖酸≥20%，有機(jī)質(zhì)≥70%，可溶性腐殖酸≥3%，pH值≥7，富含硅、鈣、鎂、硫、鋅、硼等中微量元素），由云南農(nóng)管家生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗共設(shè)9個處理，各處理施肥量和施肥方式設(shè)計具體見表1。3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個小區(qū)面積21 m2，種植密度60 000株/hm2，四周設(shè)保護(hù)行。

表1 不同處理的施肥量和施肥方式

1.4 試驗實施

試驗于4月8日采用四輪拖拉機(jī)開溝，肥料按行稱量后人工撒施溝內(nèi)，然后覆土、澆水、蓋膜。4月10日人工定距播種，4月18日出苗，單株留苗。6月23日按要求追1次肥，9月24日收獲。噴藥、除草等農(nóng)藝措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理一致。

1.5 測定指標(biāo)及方法

灌漿期、乳熟期用手持式葉綠素測定儀（SPAD-502葉綠素儀）測定穗位下第一片葉的葉綠素含量，每個小區(qū)連續(xù)測量10株。乳熟期測定株高、穗位高，每個處理連續(xù)測10株，3次重復(fù)，求平均值。9月24日，每個小區(qū)收中間4行，測產(chǎn)，每個品種連續(xù)取10穗進(jìn)行考種。計算公式如下：

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)使用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析，用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計。

2 結(jié)果與分析

2.1 對玉米形態(tài)特征的影響

由表2可知，施氮處理均顯著增加玉米的株高和穗位高。處理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8（減施氮肥）的株高、穗位高與處理N1（常規(guī)施肥）間無顯著差異；處理 N2、N3、N4、N5、N6、N7的穗位系數(shù)與處理 N1間無顯著差異，處理N8的穗位系數(shù)較處理N1降低了0.03，處理N8的穗位系數(shù)與處理N1間差異顯著。

表2 不同處理對玉米株高和穗位系數(shù)的影響

2.2 對玉米葉綠素含量的影響

由表3可知，所有處理的玉米乳熟期較灌漿期的葉綠素含量均有所下降，處理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8（減施氮肥）較處理N1葉綠素含量下降均較快。施氮肥處理均能顯著增加灌漿期和乳熟期的葉綠素含量。處理N5較處理N1增加了灌漿期葉綠素含量，處理 N2、N3、N4、N6、N7、N8較處理 N1均降低了葉綠素含量， 處理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8灌漿期的葉綠素含量與處理N1差異不顯著，說明氮肥減施并未顯著降低玉米灌漿期的葉綠素含量。 處理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8乳熟期的葉綠素含量較灌漿期的葉綠素含量均有所降低，處理N6的葉綠素含量降低的幅度最大，說明氮肥施用量越少，葉綠素含量降低越快。處理N6乳熟期的葉綠素含量較處理N1降低6.5%，處理N6與處理N1葉綠素含量差異顯著，說明施氮量降低到198 kg/hm2時，玉米乳熟期的葉綠素含量較常規(guī)施肥處理顯著降低。 處理 N2、N3、N4、N5、N7、N8乳熟期葉綠素含量與處理N1差異不顯著，說明減施氮肥處理并未顯著降低玉米乳熟期葉綠素含量。

表3 不同處理對玉米葉綠素含量的影響

2.3 對玉米產(chǎn)量和氮肥利用效率的影響

從圖1可以看出，施用氮肥能使玉米顯著增產(chǎn)，增幅為18.00%～31.42%。處理N5較處理N1增產(chǎn)4.32%，處理N3較處理N1增產(chǎn)2.56%，處理N7較處理N1增產(chǎn)0.84%，差異不顯著。處理N2較處理N1減產(chǎn)1.39%，處理N4較處理N1減產(chǎn)9.10%，處理N6較處理N1減產(chǎn)1.00%，處理N8較處理N1減產(chǎn)2.74%，差異均不顯著。由此說明，在一定程度上減施氮肥不會造成玉米減產(chǎn)。

圖1 不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

減施氮肥對氮肥的偏生產(chǎn)力有顯著影響。從圖2 可以看出，與處理 N1相比，處理 N2、N3、N5、N6、N7、N8均能顯著增加玉米的氮肥偏生產(chǎn)力，增幅分別為48.19%、39.62%、41.22%、89.43%、88.64%、23.25%；處理N1與處理N4差異不顯著。從圖3可以看出，處理 N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8玉米氮肥農(nóng)學(xué)效率與處理N1無顯著差異。

圖2 不同處理對玉米氮肥偏生產(chǎn)力的影響

圖3 不同處理對氮肥農(nóng)學(xué)效率的影響

2.4 對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表4可知，成本表現(xiàn)為處理N3（有機(jī)肥與無機(jī)肥結(jié)合）>處理N6（長效玉米專用肥一次性底施）>處理 N1（常規(guī)施肥）>處理 N5（長效玉米專用肥）>處理N4（推薦施肥）>處理 N2（馬鈴薯腐殖酸肥）>處理 N8（七鄉(xiāng)130測定配方施肥追肥）>處理N7（七鄉(xiāng)130測定配方施肥不追肥）>處理N0（不施肥）。

表4 不同處理玉米經(jīng)濟(jì)效益分析

純收益表現(xiàn)為處理N5>處理N7>處理N2>處理N1>處理N8>處理N6>處理N4>處理N0（不施肥）>處理N3。處理N7較處理N1增收1 491元/hm2，處理N5較處理N1增收1 618.88元/hm2，處理N2較處理N1增收62.78元/hm2，其余處理純收益均較處理N1減少。

3 結(jié)論與討論

玉米籽粒產(chǎn)量主要來源于玉米葉片的光合產(chǎn)物，氮是葉綠素的組成成分，作物缺氮，葉綠素含量減少，光合作用減弱。有研究表明，施肥量過少或過多均可以降低植株葉片的葉綠素含量和光合速率，合理的施肥量和施肥方式能夠增加玉米葉片的葉綠素含量，延長葉面積指數(shù)高值持續(xù)期，提高其光合速率，最終提高產(chǎn)量[11]。Osaki等[12]研究表明，過量氮素運轉(zhuǎn)導(dǎo)致葉片早衰及光合能力下降，不利于提高作物產(chǎn)量。過量氮肥造成玉米貪青徒長，延長玉米的生育期。在土壤水分供應(yīng)充足的條件下，適量減施氮肥不會造成春玉米減產(chǎn)，反而有增產(chǎn)作用[13]。張盼盼等[14]研究發(fā)現(xiàn)，玉米吐絲后，穗位葉的SPAD值相對穩(wěn)定，至花后40 d和成熟期時，SPAD值顯著下降。本研究中，玉米灌漿期至乳熟期SPAD值顯著下降，且施氮量越少，下降速度越快。施氮量降至198 kg/hm2時，玉米乳熟期的葉綠素含量較常規(guī)施肥處理顯著降低。本研究中，減施氮肥處理并未顯著降低灌漿期葉綠素的含量，乳熟期的葉綠素含量也未顯著降低。同時，減施氮肥處理也未顯著降低玉米的產(chǎn)量。

肥料偏生產(chǎn)力是評價肥料利用效率的重要指標(biāo)。目前，世界氮肥偏生產(chǎn)力的平均水平是58kg/kg[15]。本研究中，氮肥偏生產(chǎn)力在30.11～57.04 kg/kg之間，氮肥減施處理均能顯著增加玉米的氮肥偏生產(chǎn)力（增幅23.25%～89.43%），以減氮47.89%處理最高（接近世界平均水平），常規(guī)施肥處理遠(yuǎn)低于世界平均值。農(nóng)戶可以通過采用種植綠肥等方式培肥地力、合理輪作、秸稈還田、測土配方施肥、施用有機(jī)肥和復(fù)合肥等措施提高肥料利用率。長期以來，我國農(nóng)作物種植普遍偏施氮肥，有機(jī)肥投入量較低，需進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)和調(diào)整。推廣配方合理的復(fù)合肥，可以進(jìn)一步提高肥料利用率。

試驗結(jié)果表明，8個減施氮肥處理中有3個減施氮肥處理較常規(guī)施肥處理增產(chǎn)，但增產(chǎn)幅度不大，增幅在0.78%～4.44%之間，以施用長效玉米專用肥處理增幅最大，其次是有機(jī)肥與無機(jī)肥結(jié)合處理，再次是七鄉(xiāng)130測土配方施肥不追肥處理。從經(jīng)濟(jì)效益看，長效玉米專用肥處理效益最好，其次是七鄉(xiāng)130測土配方施肥不追肥處理，再次是馬鈴薯腐殖酸肥處理，常規(guī)施肥處理居第4位，有機(jī)肥與無機(jī)肥結(jié)合處理效益最差。有機(jī)肥具有養(yǎng)分全面、肥效長、污染少、增強(qiáng)土壤肥力、提高作物產(chǎn)量和改善產(chǎn)品品質(zhì)等重要作用[16]。有機(jī)肥與無機(jī)肥結(jié)合，短期經(jīng)濟(jì)效益最低，但從長期來看對土壤有一定的改良作用。七鄉(xiāng)130測土配方施肥不追肥（減氮46.68%）、長效玉米專用肥（減氮26.15%）、馬鈴薯腐殖酸肥（減氮29.8%）這3個施肥處理在大幅減少施氮量的同時，不明顯降低籽粒的產(chǎn)量。綜合來看，本研究中以施用長效玉米專用肥、七鄉(xiāng)130測土配方施肥不追肥和馬鈴薯腐殖酸肥處理較理想，較常規(guī)施肥處理增產(chǎn)增收效果好，可達(dá)到節(jié)肥增效的目的。本研究的數(shù)據(jù)僅為一年的試驗結(jié)果，不同種類肥料受該區(qū)域氣候條件、土壤類型和管理措施等影響表現(xiàn)不同，因而需要通過長期定位試驗獲取更多的參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步探討不同種類肥料的節(jié)肥增效機(jī)理。