李國生　吳小賓　魏建林　李燕　鄭福麗　崔榮宗　劉兆輝　譚德水

摘要：采用大田試驗法，設(shè)置CK（對照：不施氮）、OPT（兩次施肥：基、追肥均溝施尿素）、OPT1（分層施肥：上、下層均施尿素，全部一次性基施）和OPT2（分層施肥：上層尿素，下層腐植酸復合肥，全部一次性基施）4個處理，研究不同優(yōu)化施氮處理對玉米氮養(yǎng)分吸收與利用、植株生長和產(chǎn)量及土壤氮素累積的影響。結(jié)果表明：與CK相比，OPT、OPT1和OPT2處理的氮素吸收、生物量干重及產(chǎn)量均顯著提高，各優(yōu)化施肥處理的氮肥表觀回收率、農(nóng)學利用率和偏生產(chǎn)力分別達到37.4%～39.4%、8.3～8.5 kg/kg和39.0～39.1 kg/kg，收獲期玉米的氮吸收、生物量干重和產(chǎn)量分別提高68.6%～72.4%、43.4%～51.3%和27.2%～27.7%;與OPT處理相比，OPT1、OPT2處理能夠使生長季0～30、30～60 cm土層的氮維持較高濃度，從而保證玉米氮素吸收和產(chǎn)量不降低，同時節(jié)省了玉米生育期追肥用工。分層施肥兼顧氮肥利用效率及作物產(chǎn)量、收益，同時節(jié)約了勞動力，在不使用緩控釋肥條件下也可實現(xiàn)一次性施肥。

關(guān)鍵詞：分層施肥;氮肥效應;產(chǎn)量;施肥位置;土壤氮

中圖分類號：S513.01：S147.24文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2020）03-0066-06

AbstractDifferent treatments including CK（no nitrogen fertilizer）， OPT（urea as nitrogen fertilizer and applied in 10-cm soil layer at sowing stage and jointing stage by ditch application）， OPT1（stratified fertilization， one-time basal application of urea in 10-cm and 25-cm soil layers respectively） and OPT2（stratified fertilization， urea and humic acid compounded fertilizer applied in 10-cm and 25-cm soil layers one-time respectively at sowing stage as basal application） were set in fields， and their effects on nitrogen absorption and utilization amounts， growth and yield of corn and soil nitrogen accumulation were compared in the study. The results showed that compared with CK， the nitrogen absorption amount， biomass dry weight and yield of corn in OPT， OPT1 and OPT2 treatments were significantly improved， and the nitrogen recovery use efficiency （NRE）， nitrogen agronomic efficiency （NAE） and nitrogen partial factor productivity （PFPN） were up to 37.4%～39.4%， 8.3～8.5， 39.0～39.1 kg/kg， respectively;the nitrogen absorption amount， biomass dry weight and yield increased by 68.6%～72.4%， 43.4%～51.3% and 27.2%～27.7%， respectively. Compared with OPT treatment， OPT1 and OPT2 treatments could maintain higher concentration of soil N content in 0～30-cm and 30～60-cm soil layers in growing season， so as to ensure the N absorption amount and yield of corn， and save labor use of topdressing fertilizer at growth stage. Stratified fertilization could not only improve the NUE， crop yield and benefits， but also save labor force， and realize one-off fertilization without controlled-release fertilizers in corn production.

KeywordsStratified fertilization; Nitrogen fertilizer effect; Yield; Fertilizer application position; Soil nitrogen concentration

玉米作為第一大糧食作物在我國糧食生產(chǎn)中占有重要地位，玉米的高效生產(chǎn)對保障國家糧食安全至關(guān)重要。氮肥合理運籌是實現(xiàn)玉米高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效的重要手段，是提高玉米氮肥利用率和產(chǎn)量的關(guān)鍵。當前，我國玉米生產(chǎn)中傳統(tǒng)的施肥模式仍然是以分次施氮為主，即在播種時施用基肥，在拔節(jié)期進行一次追肥，這種基、追相結(jié)合的氮肥施用方法不僅費時、費力，而且由于農(nóng)民追肥時普遍采用地表撒施的方式，易造成肥料浪費和利用率低的問題。以往很多研究表明，生產(chǎn)中不合理的施肥會導致一系列的資源浪費和環(huán)境污染，如氨揮發(fā)[1，2]、溫室氣體排放[3，4]、硝酸鹽淋洗[5]以及水體富營養(yǎng)化[6]等?？茖W合理的施肥方式能夠?qū)崿F(xiàn)土壤養(yǎng)分供應與作物養(yǎng)分需求在數(shù)量上匹配、時間上同步和空間上一致，因而能提高養(yǎng)分利用效率和產(chǎn)量以及協(xié)調(diào)作物高產(chǎn)與環(huán)境保護[7]。因此，施肥作為作物生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，肥料類型、施用量、施用比例和施肥深度等都會關(guān)系到作物對養(yǎng)分的利用以及最終產(chǎn)量[8，9]。

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)勞動力成本逐漸增加，進一步限制了玉米產(chǎn)量的提升。生產(chǎn)中由于玉米生育期追肥困難，農(nóng)民采用“一炮轟”（一次性施用速效氮肥，后期不再追肥）的現(xiàn)象較為普遍。對我國北方5個玉米主產(chǎn)省的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采用“一炮轟”施肥的農(nóng)戶平均比例為50%，吉林省和山東省的比例更是高達78.3%和54.5%[10]。“一炮轟”施肥雖然能有效地節(jié)約農(nóng)業(yè)勞動力，但作物產(chǎn)量難以保證，肥料利用率也有較大的提升空間[11]。研究發(fā)現(xiàn)，“一炮轟”施肥易造成玉米生育期內(nèi)的氮素分配不均衡，前期氮素供應過剩易發(fā)生揮發(fā)和淋洗損失，后期氮素供應較少易出現(xiàn)脫氮現(xiàn)象，進而導致產(chǎn)量和氮肥利用效率降低[12]?！耙慌谵Z”施肥對作物產(chǎn)量和氮肥利用率的負作用主要是肥料劑型或施肥位置不合理導致。前人研究表明，緩控釋肥較傳統(tǒng)速效肥料具有明顯的優(yōu)勢，能夠根據(jù)作物生長需求而選擇性地釋放養(yǎng)分[13]，因而能夠?qū)崿F(xiàn)一次性施肥[14]，但由于緩控釋肥的價格是普通肥料的3～8 倍，大大限制了其在經(jīng)濟價值較低作物上的應用。因此，在使用普通肥料的條件下，肥料的施用技術(shù)在作物高產(chǎn)高效種植過程中更為關(guān)鍵，尤其是肥料的施用位置直接影響作物的養(yǎng)分利用率和產(chǎn)量[15，16]。據(jù)報道，肥料深施可以提高肥料利用率，延長肥效，有利于促進作物后期生長[17，18]，分層施肥能夠改變傳統(tǒng)施肥模式造成的土壤“上肥下瘦”的現(xiàn)象，促進根系生長發(fā)育，增加作物吸收養(yǎng)分和提高產(chǎn)量[19]，而且相比深施，分層施肥的增產(chǎn)增效效果更好[20，21]。綜上所述，分層施肥為玉米生育期內(nèi)只進行一次性施肥提供了技術(shù)條件。為合理應用一次性分層施肥技術(shù)，本試驗比較兩種分層施肥與傳統(tǒng)施肥模式（基肥+追肥）對玉米生長、氮肥利用率和產(chǎn)量的影響，以明確分層施肥的農(nóng)學效應和生產(chǎn)效益，為玉米的輕簡化高效施肥技術(shù)提供參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況及材料

試驗于2014年在山東省泰安市農(nóng)業(yè)科學研究院科研基地——肥城市安駕莊鎮(zhèn)綜合試驗場進行。該區(qū)屬于溫帶季風氣候，年均日照時數(shù)2 607 h，年平均氣溫12.9℃，年平均降水量659 mm。供試土壤為砂姜黑土，0～30 cm土層基礎(chǔ)理化性狀：pH值7.5（水土比1∶5），有機質(zhì)含量16.9 g/kg，NO-3-N含量31.1 mg/kg，NH+4-N含量4.7 mg/kg，速效磷14.3 mg/kg，速效鉀176 mg/kg。

供試肥料：尿素（N 46%），腐植酸復合肥（N 28%、K2O 7.0%），重過磷酸鈣（P2O5 44%），氯化鉀（K2O 60%）。

1.2試驗設(shè)計及方法

試驗設(shè)置4個處理，完全隨機區(qū)組排列，重復3次，小區(qū)面積37.4 m2（8.5 m × 4.4 m）。4個處理分別為：（1）對照（CK），不施氮肥;（2）優(yōu)化施肥（OPT），施氮量240 kg/hm2 ，分2次施用，基追比為3∶7，基肥在種下10 cm處均勻溝施，追肥在行間溝施（大喇叭口期），深度10 cm，追肥后覆土，所施氮肥為尿素;（3）優(yōu)化施肥1（OPT1），施氮量同OPT，氮肥全部基施，分10、25 cm土層種下溝施，兩層施氮量比例為4∶6，均施尿素;（4）優(yōu)化施肥2（OPT2），施氮量同OPT，氮肥全部基施，分10、25 cm土層種下溝施，兩層施氮量比例為4∶6，上層施尿素，下層施腐植酸復合肥。除氮肥外，所有處理的磷、鉀肥均作基肥在土壤10 cm處一次性溝施，且各處理的磷、鉀肥總量相同，P2O5用量105 kg/hm2，K2O用量75 kg/hm2（OPT2處理中減去腐植酸復合肥中帶入的鉀含量）。

供試玉米品種為雜交種鄭單958（ZD958），前茬作物小麥收獲后于2014年6月18日直播，每公頃播種密度為57 750株。

1.3田間取樣及測定

分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期采集植株樣品，于105℃下殺青30 min，然后在70℃烘箱中烘干72 h至恒重。將烘干的植株樣品研磨成粉末（<0.5 mm）后，用H2O2-H2SO4消煮，采用凱氏定氮法測定氮含量。在玉米成熟期，每小區(qū)收獲10 m2，按14%水分折算產(chǎn)量，并調(diào)查穗粒數(shù)、百粒重等。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析方法

植株吸氮量= 植株干重×氮含量[22];

氮肥表觀回收率（%）=（施氮區(qū)地上部分吸氮量-不施氮區(qū)地上部分吸氮量）/施氮量×100[22];

氮肥農(nóng)學利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量[23];

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）= 施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量[9， 24]。

采用Microsoft Excel 2010、SigmaPlot 10.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同氮肥處理對玉米各生育期生長的影響

由表1可知，與不施氮處理（CK）相比，分次施肥（OPT）和分層施肥（OPT1、OPT2）處理均顯著提高了玉米各生育期地上部生物量，拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期的提高幅度分別為28.6%～42.9%、53.3%～60.0%、21.1%～39.5%、31.7%～39.4%和43.4%～51.3%。與OPT處理相比，OPT1、OPT2處理的地上部生物量在不同生育期均未顯著降低，表明在播種時一次性分層施氮，后期不再進行追肥，可以滿足玉米全生育期養(yǎng)分的需求。OPT1與OPT2處理相比玉米各生育期地上部生物量無差異，表明分層施氮處理間底層施用尿素與腐植酸復合肥對玉米地上部生長無顯著影響。

2.2不同氮肥處理對玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表2看出，不同優(yōu)化氮肥處理均顯著提高了玉米產(chǎn)量，OPT、OPT1和OPT2分別較CK提高27.7%、27.2%和27.3%，但不同優(yōu)化氮肥處理間無顯著差異。OPT、OPT1和OPT2處理的穗粒數(shù)較對照顯著提高10.0%、6.3%和5.7%。與OPT處理相比，OPT1、OPT2處理的穗粒數(shù)顯著降低，分別減少3.3%、3.9%。千粒重的變化趨勢與產(chǎn)量一致，OPT、OPT1和OPT2處理的千粒重分別較CK顯著提高9.7%、10.8%和11.5%，但不同優(yōu)化施肥處理間千粒重變化無顯著差異。

2.3不同氮肥處理對玉米植株氮素吸收及氮肥利用率的影響

隨著生育期的延長，玉米植株體內(nèi)的氮濃度逐漸降低（圖1）。拔節(jié)期不同優(yōu)化施肥處理顯著提高了植株的氮濃度，OPT、OPT1和OPT2處理分別較CK提高23.2%、28.8%和35.2%;與OPT處理相比，分層施肥（OPT1、OPT2）提高了玉米植株氮濃度，OPT2處理提高9.7%，OPT1處理提高4.5%，但二者差異不顯著。大喇叭口期不同優(yōu)化施肥處理增加了植株氮濃度，與CK相比，OPT1處理顯著提高12.5%;與OPT處理相比，OPT1處理顯著提高9.8%。吐絲期，不同優(yōu)化氮肥處理均增加植株氮濃度，其中OPT1處理顯著提高24.7%，OPT、OPT2處理與對照差異不顯著。灌漿期OPT1處理植株氮濃度顯著高于CK和OPT2處理，分別增加11.0%和9.5%，與OPT處理無明顯差異。成熟期OPT、OPT2處理的植株氮濃度均較對照顯著提高18.0%，OPT1處理與對照無顯著差異。

由表3可見，與CK相比，不同優(yōu)化氮肥處理顯著提高了玉米各生育期的氮素累積量，拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期和成熟期氮素累積量的增幅分別達69.3%～75.4%、45.8%～56.7%、31.6%～46.0%、67.2%～78.8%和68.6%～72.4%。與OPT相比，一次性分層施用尿素（OPT1）的氮肥表觀回收率顯著降低5.1%，但氮肥農(nóng)學利用率和氮肥偏生產(chǎn)力沒有明顯差異。一次性分層施用腐植酸復合肥（OPT2）處理的氮肥表觀回收率、氮肥農(nóng)學利用率和氮肥偏生產(chǎn)力分別為39.4%、8.4 kg/kg和39.0 kg/kg，較OPT處理均無顯著差異。2.4不同氮肥處理對玉米灌漿期土壤無機氮含量的影響

不同優(yōu)化氮肥處理顯著提高了玉米灌漿期各土層無機氮含量（圖2）。0～30 cm土層，OPT、OPT1和OPT2處理分別比CK提高46.6%、67.2%和46.6%，OPT1處理的無機氮含量較OPT、OPT2分別提高14.1%、14.0%。30～60 cm土層，與CK相比，OPT、OPT1和OPT2處理的無機氮含量分別提高113.8%、160.8%和139.0%，OPT1較OPT處理無機氮含量顯著提高22.0%，OPT1與OPT2無機氮含量無顯著差異。60～90 cm土層，OPT、OPT1和OPT2處理較CK分別提高124.3%、108.7%和120.9%，不同優(yōu)化氮肥處理之間無顯著差異。

2.5不同氮肥處理經(jīng)濟效益比較

由表4看出，不同優(yōu)化氮肥處理的收益較CK均顯著提高，OPT、OPT1和OPT2處理分別提高19.8%、22.3%和18.4%。與OPT處理相比，OPT1處理每公頃收益增加362 元，主要原因是由于OPT1處理只進行一次性施肥，不用追肥，因而較OPT處理可節(jié)約450 元的追肥勞動力成本。雖然OPT2處理同樣只進行一次性施肥，但由于腐植酸復合肥的購買成本較普通尿素高860 元，因而OPT2處理的收益較OPT處理降低203 元 。不同優(yōu)化氮肥處理的收益由高到低依次為OPT1>OPT>OPT2，但三者之間差異不顯著。

3討論與結(jié)論

氮是玉米生長所必需的大量營養(yǎng)元素[25]，同時也是影響玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要限制因子[26-27]。氮肥的施用方法對玉米生長和產(chǎn)量形成起決定性作用，適宜的施肥位置對提高玉米產(chǎn)量和肥料利用率具有重要的意義。研究表明，肥料的施用方法和深度對玉米產(chǎn)量有顯著影響[28]?；h領(lǐng)等[29]研究發(fā)現(xiàn)，基肥的施用位置可顯著影響玉米對氮和磷的吸收。氮肥深施可促進玉米苗期的生長，增加根干重和株高，提高葉片葉綠素含量以及增加地上部干物質(zhì)積累量[30]。本研究中不同優(yōu)化施肥處理的氮肥施用位置在土層10 cm或25 cm，試驗結(jié)果表明各優(yōu)化施肥處理在氮肥深施條件下，均明顯改善了玉米植株對土壤氮素的吸收，玉米生長季內(nèi)氮素累積量增加31.6%～78.8%。養(yǎng)分累積有利于促進玉米干物質(zhì)的形成，本研究中不同優(yōu)化施肥處理玉米地上部生物量干重增幅高達21.1%～60.0%。干物質(zhì)積累是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，干物質(zhì)積累水平?jīng)Q定了籽粒的最終產(chǎn)量[31-33]。本試驗氮肥深施條件下，不同優(yōu)化施肥處理不僅促進了玉米的氮素吸收和干物質(zhì)累積，而且最終使玉米產(chǎn)量增加27.2%～27.7%。

施肥時期與施肥方法是影響施肥效果最直接和最有影響的兩個因素[29]。在我國農(nóng)村勞動力短缺的現(xiàn)狀下，農(nóng)民普遍在玉米播種或整地時只進行一次性施肥，因而在此情況下，施肥方法對肥效的影響更加重要。施肥效應與作物種類、肥料形態(tài)、土壤特性及地理位置等因素有關(guān)，施肥位置的不同直接關(guān)系到肥效的發(fā)揮和作物產(chǎn)量的高低[15-16]。宋獻禮[34]研究表明，施肥位置在玉米種子側(cè)下方10～15 cm處為宜。郭新送等[35]研究認為，氮肥深施位置在地表下20 cm處的應用效果最好，并可作為氮肥施用的推廣應用模式。徐桂玲等[36]研究認為，氮肥深施有利于玉米增產(chǎn)，并且隨著施氮深度的增加，產(chǎn)量逐漸增加。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一次性分層施氮OPT1（上、下兩層均施尿素）處理的植株氮濃度從玉米拔節(jié)期至灌漿期均維持或高于分層深施尿素（OPT）處理，一次性分層施氮OPT2（上層尿素、下層腐植酸復合肥）處理的植株氮濃度在玉米整個生育期內(nèi)均維持或高于OPT處理;此外，OPT1、OPT2處理的氮肥農(nóng)學利用率、氮肥偏生產(chǎn)力以及玉米產(chǎn)量與OPT處理均無顯著差異，表明在玉米播種時分層施用尿素或者分層施用尿素、腐植酸復合肥與分次深施尿素相比均能維持玉米的氮肥利用率和產(chǎn)量不降低，從而實現(xiàn)玉米的一次性施肥。本研究結(jié)果與閆恒輝等[37]在小麥上應用分層施肥技術(shù)促進肥料高效利用及小麥產(chǎn)量的結(jié)論一致。進一步研究發(fā)現(xiàn)，灌漿期OPT1、OPT2處理0～30、30～60 cm土層的氮素較OPT處理仍能維持較高濃度，表明一次性分層施肥可以滿足玉米整個生長季內(nèi)的氮素供應。OPT1、OPT2處理促進玉米氮素吸收及增產(chǎn)，也可能與分層深施氮肥有利于玉米根系下扎，增加深層根系的活力和分布比例，提高玉米吸收能力，進而有利于肥效的發(fā)揮有關(guān)[29]。此外，由于分層施肥可以節(jié)省生長后期的追肥勞動力，因而在玉米整個生長季內(nèi)只進行一次施肥的情況下仍能夠維持甚至提高生產(chǎn)效益，表明分層施肥可在不使用緩控釋肥的條件下實現(xiàn)一次性施肥。

本研究結(jié)果表明，一次性分層施肥能較好地滿足生長季內(nèi)玉米對氮的需求，提高氮肥利用率和產(chǎn)量，與分次施氮相比表現(xiàn)出較好的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)效果，同時避免了玉米生育期追肥，節(jié)約了用工成本，協(xié)同實現(xiàn)了玉米的輕簡化生產(chǎn)及養(yǎng)分高效利用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標。

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