聶勝委，張巧萍，張玉亭，寶德俊，何寧

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002）

平衡施肥措施對夏玉米田間群體微環(huán)境的影響

聶勝委，張巧萍，張玉亭，寶德俊，何寧

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002）

以長期不施肥為對照（CK），研究氮磷鉀配施（N2PK）、氮磷鉀與有機(jī)肥配施（N2PKM）、氮磷鉀與秸稈還田配施（N2PKS）3種平衡施肥措施對夏玉米田間群體微環(huán)境的影響。結(jié)果表明，平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）能顯著降低玉米喇叭口期、灌漿期的群體內(nèi)地面溫度，較不施肥處理分別降低2～10，1～2℃；顯著降低玉米喇叭口期的群體冠層溫度，較不施肥處理降低1～4℃；能有效改善玉米灌漿期的群體冠層溫度；平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）對玉米喇叭口期的群體內(nèi)CO2含量有小幅的提高效果，對灌漿期則有較大的提高效果，其中，N2PKM，N2PKS施肥措施的提高效果較大；平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）對玉米群體內(nèi)相對濕度的改善作用不明顯。

平衡施肥措施；夏玉米；群體；微環(huán)境；影響

玉米的生長、發(fā)育以及產(chǎn)量受施肥措施的影響較大[1-2]，氮（N）磷（P）肥配施可以顯著提高夏玉米生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量[3-4]，在干旱年和豐水年，NP肥配施、有機(jī)無機(jī)肥配施均具有較好的增產(chǎn)效果[5]。玉米對氮素的農(nóng)學(xué)吸收效率在單一施用氮肥時(shí)有下降的趨勢，而氮磷鉀配合施用時(shí)則有上升趨勢[6-8]；NPK肥配施有機(jī)肥玉米產(chǎn)量顯著高于不施肥或者單施無機(jī)肥的處理[9-10]。化肥和秸稈配合施用可以促進(jìn)玉米生長，延緩葉片衰老，增加穗粒數(shù)，提高千粒質(zhì)量[11]和干物質(zhì)積累速率[12]；氮磷鉀肥配施有機(jī)肥能夠促進(jìn)玉米葉片氮代謝，增強(qiáng)穗位葉硝酸還原酶（NR）活性，增加游離氨基酸和蛋白質(zhì)含量，改善葉片熒光反應(yīng)[13]；提高玉米籽實(shí)氨基酸總量及必需氨基酸含量[14]。此外，長期施用NPK、有機(jī)肥配施化肥可明顯提高微生物量磷含量、堿性磷酸酶活性以及玉米對磷的吸收[15]；采用氮磷（N 217 kg/hm2，P2O5145.5 kg/hm2）配施的調(diào)控施肥方式能顯著降低N2O的排放總量和碳強(qiáng)度[16]。

農(nóng)田小氣候（微環(huán)境）是指農(nóng)田中作物層里形成的特殊氣候，不同農(nóng)作物、植株密度、株行距、行向、生育期以及葉面積大小等都能形成特定的小氣候[17]。研究發(fā)現(xiàn)，改變耕作措施可以有效降低玉米群體內(nèi)的土壤溫度、群體內(nèi)溫度，提高土壤濕度[18]。玉米是我國重要的糧飼、能源和經(jīng)濟(jì)作物，由于化肥的過量施用，雖取得了較高的產(chǎn)量，但同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展等問題。平衡施肥是依據(jù)玉米生長發(fā)育所需要的養(yǎng)分特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的形勢而進(jìn)行優(yōu)化組合的施肥措施，參照以往有關(guān)玉米最佳產(chǎn)量潛力的養(yǎng)分需求結(jié)論[19-20]和結(jié)合多年的長期定位研究，認(rèn)為氮磷鉀配施（N2PK）、氮磷鉀與有機(jī)肥配施（N2PKM）、氮磷鉀與秸稈還田配施（N2PKS）的平衡施肥措施是有望解決當(dāng)前化肥過量施用的有效途徑。

本試驗(yàn)研究不同平衡施肥措施對玉米田間群體微環(huán)境的影響，旨在為進(jìn)一步制定科學(xué)合理的施肥措施、獲得玉米高產(chǎn)提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家潮土土壤肥力與肥料效益監(jiān)測基地（113°40′E，34°47′N），氣候類型為暖溫帶季風(fēng)氣候，四季分明，年平均氣溫14.4℃，＞10℃年積溫約5 169℃。7月最熱，均溫27.3℃；1月最冷，均溫0.2℃；年平均降雨量645 mm，無霜期224 d，年平均蒸發(fā)量1 450 mm，年日照時(shí)數(shù)約2400h。土壤類型為潮土。試驗(yàn)前土壤樣品的養(yǎng)分情況為：pH值8.3，有機(jī)質(zhì)（SOM）10.1 g/kg，堿解氮（Alkali-hydrolysable Nitrogen）76.6 mg/kg，有效磷（Olsen-P）6.5 mg/kg，有效鉀（Exchangeable K）74.5 mg/kg，全氮（Total N）0.65 g/kg，全磷（Total P）0.64 g/kg，全鉀（Total K）16.9 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為浚單20。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)小區(qū)為完全隨機(jī)排列，選取的4個(gè)處理為：N2PK（氮磷鉀化肥配施）；N2PKM（氮磷鉀化肥和有機(jī)肥配施）；N2PKS（氮磷鉀化肥和玉米秸稈還田配施）；CK（種植，不施肥）。小區(qū)面積45 m2，每個(gè)試驗(yàn)處理重復(fù)3次。試驗(yàn)選用的氮肥、磷肥、鉀肥分別為：尿素（CO（NH2）2）、磷酸二氫鈣（Ca（H2PO4）2）、硫酸鉀（K2SO4），有機(jī)肥和玉米秸稈還田均是在小麥播種前整地時(shí)施入，玉米季各施肥處理施用的肥料為無機(jī)肥。施肥處理的施氮量（或標(biāo)準(zhǔn)）相同，磷肥、鉀肥作基肥一次施入，無機(jī)氮肥的基肥∶追肥為6∶4，各處理施肥量列于表1。

玉米等行距種植，行距60 cm，株距19 cm，密度為6.75萬株/hm2。分別在2013，2014年當(dāng)年6月上旬播種，至當(dāng)年的9月中下旬收獲。其他田間管理措施各處理均一致。

表1 各處理施肥措施下氮、磷、鉀肥料的施用量kg/hm2

1.4 測定項(xiàng)目及方法

在玉米喇叭口期（2013-07-25，2014-07-22）、灌漿期（2013-08-24，2014-08-20）測定田間群體冠層溫度（℃）、群體內(nèi)地表溫度（℃）、群體內(nèi)二氧化碳含量（mg/L）、空氣相對濕度（%）、空氣溫度（℃）以及最上部完全展開葉（灌漿期為穗位葉）SPAD值等指標(biāo)，成熟期各處理實(shí)收測產(chǎn)。

玉米群體冠層和群體內(nèi)地表溫度用紅外線測溫儀測定，群體內(nèi)二氧化碳（CO2，mg/L）、相對濕度（%）、溫度（℃）用CO2Meter計(jì)測定，葉片葉綠素含量用SPAD計(jì)測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel，SPSS等軟件進(jìn)行整理分析，用LSD法進(jìn)行顯著性分析，P≤0.05，P≤0.01分別表示顯著和極顯著差異水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 平衡施肥措施下玉米產(chǎn)量的變化

在相同的管理?xiàng)l件下，平衡施肥措施取得了較高的籽粒產(chǎn)量。從圖1可以看出，2013年玉米成熟期，CK處理的玉米籽粒產(chǎn)量（2 074.2 kg/hm2）最低，N2PKS，N2PKM，N2PK處理的產(chǎn)量分別為9 621.9，8 396.4，9 369.2 kg/hm2，均極顯著高于CK，但平衡施肥處理間差異不顯著，其產(chǎn)量大小依次為N2PKS＞N2PK＞N2PKM。2014年玉米籽粒產(chǎn)量趨勢與2013年相近，CK處理的玉米籽粒產(chǎn)量（1628.0kg/hm2）最低，均極顯著低于平衡施肥處理；施肥處理間，N2PK處理顯著低于N2PKM處理，產(chǎn)量大小依次為N2PKM（8 221.2 kg/hm2）＞N2PKS（7 776.2 kg/hm2）＞N2PK（6 614.0 kg/hm2）。

2.2 平衡施肥措施下玉米群體內(nèi)地面溫度的變化

從表2可以看出，在玉米喇叭口期，2013年，CK處理的群體內(nèi)地面溫度為34.09℃，極顯著高于N2PK（31.37℃），N2PKM（31.38℃），N2PKS（31.52℃）處理，高出2～3℃，但不同施肥處理間則差異不顯著。2014年，CK（47.79℃）處理玉米喇叭口期的群體地面溫度顯著高于N2PK（41.07℃），N2PKM（39.87℃）處理，極顯著高于N2PKS（37.28℃）處理，高出6～10℃，不同施肥處理間雖存在一定的差異，但是不顯著。

表2 平衡施肥措施對玉米喇叭口期、灌漿期群體內(nèi)地面溫度的影響℃

玉米灌漿期的群體內(nèi)地面溫度變化趨勢與喇叭口期類似，2013年，CK處理的地面溫度（36.04℃）最高，極顯著高于平衡施肥處理，高出2～3℃；N2PK，N2PKM，N2PKS處理的地面溫度較低，分別為33.57，33.61，32.63℃，相互間溫度差較小，且差異不顯著。2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理玉米灌漿期的群體內(nèi)地面溫度分別為30.71，29.58，29.14，29.18℃，CK處理顯著或極顯著高于N2PK，N2PKM，N2PKS處理，但不同平衡施肥處理之間差異不顯著。

2.3 平衡施肥措施下玉米群體冠層溫度的變化

從表3可以看出，玉米喇叭口期，2013年CK（33.78℃）處理的冠層溫度稍高，N2PK，N2PKM， N2PKS施肥處理的冠層溫度偏低，分別為32.80，32.19，32.22℃，其中，CK處理極顯著高于平衡施肥N2PKM，N2PKS處理，而不同施肥處理間差異不顯著。2014年，CK（37.18℃）處理玉米喇叭口期的冠層溫度高于N2PK（36.16℃），N2PKM（36.28℃），N2PKS（32.97℃）處理，N2PKS的溫度最低，且顯著低于CK，N2PK，N2PKM處理。

表3 平衡施肥措施對玉米喇叭口期、灌漿期群體冠層溫度的影響℃

玉米灌漿期，2013年，施肥處理的冠層溫度均低于CK（34.53℃），其中，N2PKM，N2PKS處理顯著低于CK，但平衡施肥處理間差異不顯著；N2PK，N2PKM，N2PKS的冠層溫度分別為33.38，33.23，32.54℃。2014年，玉米灌漿期的CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理間的冠層溫度差異不明顯。

2.4 平衡施肥措施下玉米葉片葉綠素含量的變化

玉米葉片葉綠素含量的多少，能直接反映出葉片對光合器官功能的強(qiáng)弱，間接體現(xiàn)出群體對周圍環(huán)境因子調(diào)控能力的大小。從表4可以看出，玉米喇叭口期，2013年CK處理上部完全展開葉SPAD值（26.36）極顯著低于N2PK（41.43），N2PKM（44.82），N2PKS（43.27）處理，低15～18個(gè)單位，而平衡施肥處理之間差異不大。2014年，玉米喇叭口期CK（31.38）處理葉片SPAD值同樣極顯著低于N2PK（46.72），N2PKM（45.90），N2PKS（48.19）處理，低14～16個(gè)單位，但N2PK，N2PKM，N2PKS處理間差異不顯著。

表4 平衡施肥措施對玉米喇叭口期、灌漿期葉片SAPD值的影響

玉米穗位葉對籽粒灌漿的影響最大，2013年，玉米灌漿期CK處理玉米穗位葉SPAD值最小，為28.76，N2PK，N2PKM，N2PKS處理的SPAD值較高，分別為55.06，54.97，54.20，CK處理極顯著低于平衡施肥處理，低約26個(gè)單位。2014年，玉米灌漿期N2PK，N2PKM，N2PKS，CK處理的SPAD值分別為53.71，52.13，51.49，30.95，CK極顯著低于施肥處理，低約21個(gè)單位。

2.5 平衡施肥措施下玉米群體內(nèi)二氧化碳、相對濕度的變化

玉米群體內(nèi)二氧化碳的含量受到大氣CO2含量、群體的呼吸、土壤的呼吸等多種因素的影響。從圖2可以看出，玉米喇叭口期，2013年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理間玉米群體內(nèi)CO2濃度差異不顯著；2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理的群體內(nèi)CO2濃度分別為379.93，380.20，380.40，383.13 mg/L，所有處理間玉米群體內(nèi)CO2濃度差異均不顯著。

玉米灌漿期，2013年，CK處理的群體內(nèi)CO2濃度最低，N2PKM，N2PKS施肥處理的較高，N2PK介于二者之間，其中，N2PKS處理最高，顯著高于CK處理；2014年，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理的群體內(nèi)二氧化碳濃度含量分別為348.75，363.53，366.28，354.08 mg/L，其中，CK處理最低，顯著低于N2PKM處理。

從圖3可以看出，玉米喇叭口期，2013年，群體相對濕度所有處理間差異均不顯著；2014年，群體相對濕度所有處理間差異也均不顯著，CK，N2PK，N2PKM，N2PKS處理分別為32.61%，33.97%，33.90%，33.21%。玉米灌漿期，2013，2014年，各處理群體的相對濕度差別不大，處理間均未達(dá)到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

群體微環(huán)境是一個(gè)相對特定的空間范圍，作物一方面受到溫度、濕度、風(fēng)速等外界環(huán)境因子的影響，同時(shí)在其植株群體生長的過程中對群體的微環(huán)境也起到一定的調(diào)節(jié)或改善作用，使其自身的生理生化代謝活動適應(yīng)群體微環(huán)境要求，最終獲得較高的籽粒產(chǎn)量。施肥對產(chǎn)量的影響，前人研究得出，NPK肥配施有機(jī)肥玉米產(chǎn)量顯著高于不施肥或者單施無機(jī)肥的處理[9]。本研究在相同的管理?xiàng)l件下，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施取得了較高的籽粒產(chǎn)量，而且均極顯著高于CK（不施肥）處理，這與以往的研究結(jié)論相吻合，說明本研究的前期設(shè)計(jì)是合理的。本研究發(fā)現(xiàn)，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施對群體微環(huán)境影響最明顯的是溫度，無論是群體內(nèi)地面、上部冠層，還是群體內(nèi)環(huán)境，都具有較顯著的改善或調(diào)節(jié)效果。這種效果可能首先來自于玉米群體生長的內(nèi)在因素，平衡施肥（N2PKS，N2PKM，N2PK）措施能增強(qiáng)光合器官的功能，可提高玉米喇叭口期上部完全展開葉和灌漿期穗位葉的葉綠素含量，SPAD值較CK處理分別增加14～18個(gè)單位和21～26個(gè)單位，進(jìn)而影響葉片的生理反應(yīng)過程，如促進(jìn)夏玉米葉片氮代謝，增強(qiáng)吐絲后期穗位葉硝酸還原酶活性，增加游離氨基酸和蛋白質(zhì)含量，改善葉片熒光反應(yīng)[13]，延緩葉片衰老[11]；通過光合作用、蒸騰作用等生理活動影響周圍的熱分布。同時(shí)，微環(huán)境適宜的較低溫度又對玉米生長季外部的高溫起到了緩沖和保護(hù)效果，進(jìn)而促進(jìn)了玉米的生長。

本研究結(jié)果表明，平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）能顯著降低玉米喇叭口期、灌漿期的群體內(nèi)地面溫度，較CK（不施肥）處理分別降低2～10，1～2℃；顯著降低玉米喇叭口期的群體冠層溫度，較CK處理降低1～4℃，能有效改善玉米灌漿期的群體冠層溫度；提高玉米喇叭口期上部完全展開葉和灌漿期穗位葉的葉綠素含量，較CK處理SPAD值分別增加14～18個(gè)單位和21～26個(gè)單位。不同平衡施肥措施之間對群體內(nèi)地面溫度、冠層溫度以及葉片SPAD值的影響差異不顯著。平衡施肥措施（N2PKM，N2PKS，N2PK）對玉米喇叭口期的群體內(nèi)CO2含量有小幅的提高效果，在灌漿期的群體內(nèi)CO2含量有較大的提高效果，其中，N2PKM，N2PKS施肥措施的提高效果較大；對玉米群體內(nèi)相對濕度的改善作用不明顯。

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Effects of Balanced Fertilization on Population Micro Environment in Summer Maize Farmland

NIE Shengwei，ZHANGQiaoping，ZHANGYuting，BAODejun，HE Ning
（Institute ofPlant Nutrition and Resources and Environment，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

In this manuscript,micro-environment ofsummer maize's group under 4 different fertilization practices,such as CK（no fertilizer）,N2PK（inorganic N and P and K fertilizer）,N2PKM（inorganic N,P,K fertilizer with manure）,and N2PKS（inorganic N,P, K fertilizer with manure straw）,were studied.The results showed that balanced fertilization practices（N2PK,N2PKM and N2PKS）could significantly reduce summer maize's group inner ground temperature at both belling mouth stage and filling stage respectively compared with CK treatment,about 2-10℃（at belling mouth stage）and 1-2℃（at filling stage）were decreased.Moreover,summer maize's group canopy temperature was also significantly reduced,and 1-4℃（at belling mouth stage）was decreased.At the same time, balanced fertilization practices could effectivelyimprove summer maize's group canopytemperature at fillingstage.Additionally,balanced fertilization practices（N2PK,N2PKMand N2PKS）had little effects on carbon dioxide（CO2）content within the group at belling mouth stage,however,they had larger effects on CO2content within the group at filling stage,especially the N2PKM and N2PKS practices. Balanced fertilization practices had noeffects on relative humiditywithin the maize's group.

balanced fertilization measures;summer maize;group;microenvironment；effect

S513.062

：A

：1002-2481（2017）06-0960-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.24

2017-03-03

河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)秀青年科技基金項(xiàng)目（2013YQ15）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31301284）；“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD14B08）

聶勝委（1979-），男，河南汝州人，副研究員，博士，主要從事農(nóng)作制度、循環(huán)農(nóng)業(yè)以及作物施肥等方面的研究工作。