李 波，張凌一，魏新光，姬建梅

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，沈陽 110866)

滴灌施肥是目前效率最高的現(xiàn)代水肥一體化灌溉施肥技術(shù)，可以在灌水量、施肥量和施肥時間等方面都達(dá)到很高的精度，具有提高水分、養(yǎng)分利用效率、提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。目前滴灌施肥技術(shù)已被廣泛用于各類作物，如西瓜、小麥、玉米、棉花、番茄等[2-5]，相關(guān)的研究工作也不斷深入。水肥是作物生長不可或缺的2個要素。在水分充足的條件下，肥料對作物產(chǎn)量的形成起著主要作用。就玉米而言，氮素是其需求量最大的礦質(zhì)元素，也是玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的重要影響因素[6]。氮肥的施用可促進(jìn)糧食增產(chǎn)、農(nóng)業(yè)增效以及農(nóng)民的增收，但由于施肥不合理，增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，并帶來了資源的浪費(fèi)、污染環(huán)境等一系列問題。近些年來，由于玉米施氮技術(shù)的迅速發(fā)展，國內(nèi)外的學(xué)者就玉米施氮模式進(jìn)行了較多的研究。谷巖等[7]研究氮素水平對玉米穗位葉光合特征及氮代謝關(guān)鍵酶活性的影響時發(fā)現(xiàn)，在氮肥施用總量為300 kg/hm2時，玉米穗位葉保持較高的光合特性和相關(guān)酶活性，為玉米籽粒產(chǎn)量的形成奠定了基礎(chǔ)。李銀坤等[8]通過對不同氮水平下夏玉米農(nóng)田土壤呼吸動態(tài)變化的研究得出，合理的施氮量有利于土壤呼吸速率以及土壤呼吸釋放的總碳量增加。郭丙玉等[9]系統(tǒng)研究了水氮互作對高密度玉米干物質(zhì)積累、氮素吸收及產(chǎn)量的影響，認(rèn)為玉米干物質(zhì)積累與吸氮量均隨灌溉和施氮水平的增加明顯升高。當(dāng)施氮量大于435 kg/hm2和灌溉量大于900 mm時則呈減少趨勢。在施氮0～435 kg/hm2時，氮肥利用率隨施氮量的增加而升高，此后反而降低。呂鵬等[10]研究發(fā)現(xiàn)，玉米拔節(jié)期一次性施氮較不施氮增產(chǎn)不顯著，隨著施氮次數(shù)的增加產(chǎn)量顯著提高，灌漿期施氮可以顯著提高粒重，從而提高產(chǎn)量。以往的研究多集中在從施氮量、施氮時間及灌溉量等單方面的因素來尋找最佳的施氮模式，而沒有綜合考慮協(xié)同效應(yīng)，不利于玉米節(jié)水灌溉施肥技術(shù)的完善和應(yīng)用。

本研究通過采用田間小區(qū)對比試驗(yàn)的方法，深入研究了遼寧棕壤土區(qū)滴灌施肥條件下不同施氮量和施氮次數(shù)對玉米植株生長、產(chǎn)量的影響，提出科學(xué)的施氮模式，以期提高氮肥利用效率，為充分發(fā)揮滴灌施肥技術(shù)在玉米增產(chǎn)中的作用提供理論依據(jù)，具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年4-10月在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)大棚區(qū)玉米試驗(yàn)基地進(jìn)行。該基地位于北緯41°49′26.26″，東經(jīng)123°34′00.72″。海拔高度55 m，年平均氣溫11 ℃，年平均降水量574.4～684.8 mm，年平均蒸發(fā)量1 300 mm，無霜期183 d。試驗(yàn)區(qū)長100 m，寬20 m，供試土壤為沙性棕壤土，試驗(yàn)地塊0～20 cm耕層基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

表1 土壤理化性質(zhì)Tab.1 The soil physical and chemical properties

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)供試玉米品種為美津599。采用大壟雙行種植模式，玉米株距30 cm，相鄰兩壟間距135 cm，壟上行距45 cm，壟間行距90 cm，壟寬105 cm，壟高15 cm，溝底寬30 cm，種植密度為4.5 萬株/hm2(見圖1)。播種前精選種子，剔除小粒、批粒、碎粒及病蟲粒，選留大小均勻、色澤一致、豐滿籽粒作種子，對其進(jìn)行翻曬連續(xù)2個半天，并對試驗(yàn)地塊進(jìn)行對旋耕、翻平耙細(xì)和起壟作業(yè)，旋耕深度25～30 cm。播種日期為2015年5月1日，播種時根據(jù)當(dāng)?shù)刎S產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)一次性施種肥磷酸二銨150 kg/hm2、硫酸鉀112.5 kg/hm2、尿素37.5 kg/hm2。播種后在土壤表面噴施除草劑進(jìn)行滅草。

圖1 玉米種植方式和滴灌帶布置示意圖Fig.1 Schematic maize planting pattern and arrangement of drip tape

試驗(yàn)滴灌帶選用地埋式滴灌帶，小流量滴頭，滴灌管直徑16 mm，壁厚0.6 mm，滴頭間距30 cm。滴灌帶埋設(shè)地表下3～10 cm處，灌溉施肥更有效，減少水分蒸發(fā)，提高水分利用效率[11]。滴灌帶沿玉米行向鋪設(shè)于壟中間，每條滴灌帶控制2行玉米。追肥肥料選取尿素，在充分溶解攪拌后，利用自壓式重力施肥桶將肥料均勻施入。

相關(guān)研究表明，無論是進(jìn)行田間試驗(yàn)，或者是土壤植株測試，合理的施氮量范圍大多數(shù)為150～250 kg/hm2，推薦施氮量的調(diào)節(jié)范圍大多在100 kg/hm2以內(nèi)[12,13]。試驗(yàn)以不同施氮量和施氮次數(shù)為試驗(yàn)因素，設(shè)置4個施氮量水平(不含底肥)：75、125、175和225 kg/hm2，分別用N1、N2、N3和N4表示；施氮次數(shù)設(shè)置1次、2次和3次3個水平，用T1、T2和T3表示。1次施氮處理將設(shè)計(jì)施氮量在拔節(jié)期全部施入，2次和3次施氮處理將設(shè)計(jì)施氮量平均分成2和3次在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期分別施入。按照完全組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共12個處理：T1N1、

表2 施氮處理設(shè)計(jì)Tab.2 The design of Nitrogen treatment

T1N2、T1N3、T1N4、T2N1、T2N2、T2N3、T2N4、T3N1、T3N2、T3N3、T3N4，另設(shè)不施氮處理(T0N0)為對照。總共13個處理，各處理組合見表2，每個處理3個重復(fù)，共39個小區(qū)，小區(qū)尺寸為3 m×8 m，隨機(jī)排列布置。

1.3 觀測內(nèi)容和方法

(1)株高和葉面積指數(shù)。在每個處理中選生長狀況良好、具有代表性的3株玉米植株掛牌標(biāo)記作為監(jiān)測樣本連續(xù)監(jiān)測，在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期測定株高和所有完全展開葉片的長和寬。葉面積指數(shù)由公式(1)求得：

(1)

式中：n為第j株的總?cè)~片數(shù)；m為測定株數(shù)；ρ種為種植密度；Lij為第j株玉米的第i葉長；βij為第j株玉米的最大葉寬。

(2)干物質(zhì)積累。分別在玉米拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期和成熟期，每個處理選擇具有代表性的連續(xù)3株植株作為監(jiān)測樣本，測定玉米植株地上部分的鮮質(zhì)重，取整個植株樣品(地上部分)放入烘干箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，之后80 ℃下烘干至恒重，然后稱其干物質(zhì)重。

(3)產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)效率。在玉米收貨時，每個處理取大壟雙行連續(xù)各10株玉米，共計(jì)20株玉米，考種并測產(chǎn)，產(chǎn)量換算成每公頃產(chǎn)量。氮肥農(nóng)學(xué)效率：

AE=(YN-Y0)/FN

式中：YN為施氮處理籽粒產(chǎn)量；Y0為對照組籽粒產(chǎn)量；FN為氮肥施用量[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

所有數(shù)據(jù)分析運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS19.0，分析圖表制作基于Excel和Originpro8.5軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理對玉米株高的影響

圖2描述了不同施氮處理對玉米株高的影響。由圖2可以看出，玉米株高在整個生育期中持續(xù)上升，到灌漿期后基本保持不變。當(dāng)施氮次數(shù)一定時，玉米的株高隨施氮量的增加呈增加趨勢，說明在一定范圍內(nèi)增加施氮量有利于玉米株高的增長，增長趨勢顯著(p<0.05)。當(dāng)施氮量一定時，1次施氮處理的株高在生育期大部分階段均大于2次和3次施氮處理。如在灌漿期，1次施氮處理的株高均值分別比2次和3次施氮處理增加4.5%和13.2%。但是，與拔節(jié)期相比，2次施氮處理株高均值較1次施氮處理的株高均值降低幅度在抽穗期和灌漿期減小，而3次施氮處理株高均值較1次施氮處理的株高均值降低幅度則相反。這是因?yàn)榘喂?jié)期是營養(yǎng)生長期，抽穗后玉米進(jìn)入生殖生長期，抽穗期施氮對株高影響減小，而灌漿期施氮對株高幾乎沒有影響。因此，在拔節(jié)期將全部氮肥一次施入會顯著促進(jìn)植株高度的增長，而在玉米生育后期施氮可能對玉米產(chǎn)量及品質(zhì)等產(chǎn)生更多影響。

2.2 不同施氮處理對玉米葉面積指數(shù)的影響

玉米植株 95%以上的干物質(zhì)都是由葉片光合作用合成的， 葉面積是植物截獲光能的物質(zhì)載體，其大小直接影響到玉米的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和對光能的截獲[15]。由圖3可以看出，各處理玉米

圖2 不同施氮處理對玉米株高的影響Fig.2 Effect of different Nitrogen treatment on maize plant height

圖3 不同施氮處理對玉米葉面積指數(shù)的影響Fig.3 Effect of different Nitrogen treatment on maize leaf area index

葉面積指數(shù)隨著生育期的延長先增大后減小，變化趨勢基本一致。當(dāng)施氮次數(shù)一定時，葉面積指數(shù)隨施氮量的增加而增加，但增加趨勢不顯著(p>0.05)。當(dāng)施氮量一定時，1次施氮處理的葉面積指數(shù)在玉米生育前期均大于2次和3次處理，如在拔節(jié)期，1次施氮處理的葉面積指數(shù)均值分別比2次和3次施氮處理增加2.3%和8.2%。隨著生育期的推移，1次施氮處理葉面積指數(shù)的增加趨勢逐漸減弱，在抽穗期，1次施氮處理的葉面積指數(shù)比2次和3次施氮處理增加2.1%和3.0%，在灌漿期，增加率減小為1.8%和1.8%，說明施氮次數(shù)對葉面積指數(shù)的影響主要體現(xiàn)在拔節(jié)期，在這一時期一次大量施氮能顯著提高玉米葉面積指數(shù)，而分期多次施氮能在玉米生育后期減緩葉片的衰老，更多的促進(jìn)果實(shí)的發(fā)育。

2.3 不同施氮處理對玉米地上部分干物質(zhì)積累的影響

干物質(zhì)是衡量玉米植株生長發(fā)育的重要指標(biāo)之一[16]。通過施加氮肥可為玉米生長提供充足的營養(yǎng)，促進(jìn)莖葉的發(fā)育及其光合效率，進(jìn)而影響玉米的干物質(zhì)積累[17,18]。

表3 不同施氮處理對玉米地上部分干物質(zhì)積累量的影響Tab.3 Effect of different Nitrogen treatment on maizedry matter accumulation above ground

注：同列施氮次數(shù)相同的處理中標(biāo)有不同字母表示差異達(dá)到5%顯著水平。

表3描述了不同施氮處理對玉米地上部分干物質(zhì)積累量的影響。由表3可以看出，各處理玉米植株干物質(zhì)積累量隨著生育期的推進(jìn)而不斷增加，呈上升趨勢。在施氮次數(shù)相同的情況下，玉米各生育期的干物積累量會隨施氮量增加而增加，以灌漿期為例，對3次施氮時不同施氮量處理的干物質(zhì)積累做方差分析，達(dá)到顯著水平(p<0.05)，試驗(yàn)結(jié)果表明，增加施氮量能顯著提高玉米干物質(zhì)積累能力。

在施氮量一定時，3次施氮的干物質(zhì)積累量在拔節(jié)期明顯小于1次和2次施氮處理，在成熟期又高于1次和2次施氮處理。在拔節(jié)期，1次施氮處理的干物質(zhì)積累量比2次和3次施氮處理提高7.6%和11.4%；而在成熟期，1次施氮處理的干物質(zhì)積累量比2次和3次施氮處理低2.6 %和8.5%，這可能是因?yàn)橛衩咨笃谛璧可?，在拔?jié)期1次大量施氮只能在短期內(nèi)提高作物干物質(zhì)積累能力，在生育后期會由于養(yǎng)分供給不足減緩干物質(zhì)的積累能力。

2.4 不同施氮處理對玉米產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)效率的影響

由表4可以看出，施氮可以顯著提高玉米產(chǎn)量。隨著施氮量的增加，玉米產(chǎn)量呈增加趨勢。施氮量為225 kg/hm2的處理比175、125和75 kg/hm2處理平均增產(chǎn)2%、7%和10%。對3次施氮不同施氮量處理的產(chǎn)量做方差分析，差異性達(dá)到顯著水平(p<0.05)，當(dāng)施氮量進(jìn)一步增加至175～225 kg/hm2時，其產(chǎn)量差異不顯著(p>0.05)，且氮肥農(nóng)學(xué)效率有所下降。該結(jié)果表明在此試驗(yàn)條件下適宜的公頃施氮量為175～225 kg/hm2。

表4 不同施氮處理對產(chǎn)量氮肥農(nóng)學(xué)效率的影響Tab.4 Effect of different Nitrogen treatment on yield andnitrogen agronomic efficiency

在玉米生長期多次分期施肥，能夠有效提高養(yǎng)分利用率，增加玉米產(chǎn)量[19]。由表4可知，在施氮量相同的情況下，隨著施氮次數(shù)的增加，玉米的產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著增加，3次施氮處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于1次和2次施氮處理，說明在確定總施氮量的條件下實(shí)行多次分期施肥能提高玉米的氮肥農(nóng)學(xué)效率。3次施氮處理的產(chǎn)量比2次和1次施氮處理平均提高了3%和6%，說明合理的多次分期施肥能夠在生育后期提供玉米生長所需要的養(yǎng)分，進(jìn)而顯著提高玉米產(chǎn)量。而在充足的施氮量下，適宜的施氮次數(shù)對玉米的增產(chǎn)效果更加明顯。

3 結(jié) 論

本文通過田間小區(qū)對比試驗(yàn)，研究了遼寧棕壤土區(qū)滴灌條件下不同施氮模式對玉米生長和產(chǎn)量的影響，主要有以下結(jié)論。

(1)在一定范圍內(nèi)，玉米的株高隨施氮量的增加呈增加趨勢，增長趨勢顯著(p<0.05)，1次施氮處理?xiàng)l件下的玉米株高在生育期大部分階段均大于2次和3次施氮處理，在拔節(jié)期將全部氮肥一次施入會顯著促進(jìn)植株高度的增長；施氮次數(shù)對葉面積指數(shù)的影響主要體現(xiàn)在拔節(jié)期，在這一時期期，1次施氮處理的葉面積指數(shù)均值分別比2次和3次施氮處理增加2.3%和8.2%，遠(yuǎn)高于抽穗期和灌漿期。在這一時期一次大量施氮能顯著提高玉米葉面積指數(shù)，而分期多次施氮能在玉米生育后期減緩葉片的衰老，促進(jìn)果實(shí)的發(fā)育。

(2)在施氮量相同的情況下，3次施氮的干物質(zhì)積累量在拔節(jié)期小于1次和2次施氮處理，而在成熟期又高于1次和2次施氮處理。表明在拔節(jié)期1次大量施氮只能在短期內(nèi)提高作物干物質(zhì)積累量，在生育后期會由于養(yǎng)分供給不足減緩干物質(zhì)的積累能力；在施氮次數(shù)相同的情況下，增加施氮量能夠顯著提高玉米干物質(zhì)積累能力(p<0.05)。

(3)施氮可以顯著提高玉米產(chǎn)量。施氮量在75～225 kg/hm2時，玉米產(chǎn)量隨施氮量增加呈增加趨勢。施氮量為225 kg/hm2的處理比175、125和75 kg/hm2處理平均增產(chǎn)2%、7%和10%，但施氮量為175 kg/hm2和225 kg/hm2時產(chǎn)量差異不顯著(p>0.05)，且氮肥農(nóng)學(xué)效率下降。在施氮量相同的情況下，隨著施氮次數(shù)的增加，玉米的產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著增加(p<0.05)，表明在確定總施氮量的條件下，實(shí)行多次分期施肥能提高玉米的氮肥農(nóng)學(xué)效率，并且適宜的施氮次數(shù)對玉米的增產(chǎn)效果更加明顯。

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