張寧寧,趙德強,韓云良,2,廖允成,溫曉霞,秦曉梁

(1.西北農(nóng)林科技大學 農(nóng)學院，陜西楊凌 712100；2.周至縣產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，陜西周至 710400)

地膜覆蓋技術(shù)的引進，極大地促進了中國黃土臺塬春玉米的產(chǎn)量，但生產(chǎn)上為了追求更高產(chǎn)量，不斷加大氮肥投入量，導(dǎo)致一系列與氮肥相關(guān)的問題越來越多，如氮肥利用率逐年降低[1]。尿素是黃土臺塬區(qū)氮素主要來源之一，過量使用一是造成資源浪費，加大人力財力的投入；二是破壞土壤結(jié)構(gòu)，不符合可持續(xù)發(fā)展要求[2]。有試驗證明尿素利用率普遍偏低，且容易揮發(fā)，僅能滿足短期需求[3]，土壤碳氮礦化原因之一也是由于過量使用尿素[4]。所以，氮素肥料的科學施用對于提高作物產(chǎn)量意義重大。

生產(chǎn)上通過多次施肥來克服氮肥肥效期短、氮素利用率低等問題，但多次施肥需要投入大量的勞動力，容易出現(xiàn)氮肥施用過剩等問題，使肥料利用率大大降低[5]。而緩釋肥能夠彌補速效肥的這些不足，一次性基施后能夠滿足作物生長不同時期所需的養(yǎng)分，降低成本投入并提高氮素利用率[2]。已有研究表明，在小麥種植上，緩釋肥起到顯著的減氮增效效果，但仍出現(xiàn)一些問題比如小麥生育前期供氮不足[6-7]。因此，合理的尿素與緩釋肥配施比例是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟需解決的問題。

在玉米生產(chǎn)上，有關(guān)尿素與緩釋肥配施方面的研究已有報道[8]。王曉琪等[9]研究發(fā)現(xiàn)，尿素與緩釋肥不同比例配施比單施處理對水稻后期株高有更強的促進作用。郭萍等[10]的研究結(jié)果表明，在施氮水平分別為50%和75%時，摻混施肥均能增加玉米開花期的干物質(zhì)量。緩釋肥與常規(guī)肥料混合施用，也能夠有效契合緩釋養(yǎng)分與速效養(yǎng)分而達到降低肥料成本的目的[11]。有研究還表明，緩釋肥和尿素合理配施能夠有效延緩玉米葉片衰老，增加玉米產(chǎn)量，提高農(nóng)民收入[12]。但前人多以緩釋肥與尿素配施對春玉米產(chǎn)量及氮利用率的影響為研究重點，對有關(guān)尿素與緩釋肥最佳配比、玉米生長量及土壤水分利用率的研究鮮有報道。本研究通過探討尿素與緩釋肥在同一氮素水平下配施對春玉米生長量、產(chǎn)量、水分利用率及土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量的影響，發(fā)掘尿素與緩釋肥的最佳配比，為黃土臺塬地區(qū)春玉米種植合理應(yīng)用氮肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于黃土高原中南部陜甘交界的陜西省長武縣境內(nèi)(N 35°14′，E 107°40′)，海拔約 1 200 m，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。年平均降水量 584 mm，全年降水主要以7月上旬至9月下旬居多；有效積溫3 029 ℃，年平均氣溫 9.1 ℃，無霜期171 d；地下水位50～80 m，主要水分來源于降水，屬典型的黃土高原旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗地為黑壚土，有效耕作層土壤(0～20 cm)pH為7.9，有機質(zhì)和全氮含量分別為10.02 g/kg、 0.91 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗始于2015年，春玉米供試品種為‘先玉335’。供試緩釋肥(簡稱C)由史丹利公司生產(chǎn)(N∶P2O5∶K2O 質(zhì)量比為 28∶6∶6)，其他肥料包括普通尿素(簡稱U，N≥6%)、過磷酸鈣 (P2O5≥16%)、氯化鉀(KCl≥57%)。試驗設(shè)置6個處理(表1)，采用隨機區(qū)組設(shè)計，在100% N(225 kg/hm2)的基施條件下，分別為不施肥(N0)、100%尿素(U)、100%緩釋肥(C)、50%尿素+50%緩釋肥(U5C5)、30%尿素+70%緩釋肥(U3C7)、70%尿素+30%(U7C3)緩釋肥，各處理氮肥于播前一次基施，覆膜方式為平地半膜覆蓋，每個小區(qū)重復(fù)3次，6個處理共設(shè)18個小區(qū)，小區(qū)面積為(4×8.5) m2,玉米株行距為25 cm× 55 cm。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 株高、莖粗和SPAD值 在玉米關(guān)鍵生育時期(拔節(jié)期、大喇叭口期和開花期)每個小區(qū)分別選取連續(xù)3株長勢均勻的玉米做標記，測定其株高、莖粗和SPAD值。

1.3.2 土壤水分測定 用烘干稱重法測定玉米三葉期、拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期、吐絲期和成熟期0～200 cm土層土壤含水量。使用土鉆取土，每20 cm為一土樣，后將取好的土樣裝入鋁盒，放置105 ℃烘箱烘干至恒量，計算土壤含水量(C)與耗水量(WU)。

表1 試驗處理Table 1 Experimental treatment

土壤含水量：C= (W1-W2)/W2×100%

耗水量：WU=P+I+S

式中：W1和W2分別為鮮土質(zhì)量和干土質(zhì)量；P表示生育期降水量，I表示生育期灌水量，S表示播前和收后土壤水分變化量。

水分利用率：WUE=Y/WU

式中：Y為籽粒產(chǎn)量( kg/hm2)。

1.3.3 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素 每個小區(qū)隨機連續(xù)選取玉米穗6個，并于曬干后選取3個測定穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗、百粒質(zhì)量及含水量，最后進行脫粒工作并計算籽粒產(chǎn)量(含水量按14%折算)。

1.3.4 土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮 AA3流動分析儀測定春玉米關(guān)鍵生育時期(拔節(jié)期、開花期和成熟期)0～200 cm土層土樣硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析，用Sigmaplot 12.5繪圖軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量及水分利用率

適宜的土壤水分是作物正常生長的保障，而耗水和降雨作為影響產(chǎn)量的重要因素又會直接影響土壤含水量。從圖1可以看出整個生育期土壤水分動態(tài)變化規(guī)律，在拔節(jié)期、大喇叭口期和吐絲期波動較大，主要變化集中在0～60 cm土層。在玉米生長前中期，由于作物生長較緩慢，對水分需求量較小，所以土壤整體含水量較高，三葉期U處理0～60 cm土層含水量均高于其他處理；隨著生育時期推后，土壤含水量整體呈逐漸下降趨勢，并在吐絲期0～60 cm土層U3C7處理含水量達到最低值，這是因為玉米生長中后期生長速率較快，對水分的需求量也越來越大，加之后期外界氣溫過高，水分損耗較嚴重。成熟期，土壤含水量整體回升，處理間含水量變化差異不顯著，在140～200 cm土層U3C7處理含水量較高于其他處理。由圖2可以看出，U3C7處理水分利用效率最高，較N0和U處理分別提高40.9%和 11.8%。

圖1 春玉米生育期內(nèi)不同施肥處理0～200 cm土壤水分含量Fig.1 Soil moisture content of 0-200 cm under treatment of different fertilization during growth period of spring maize

2.2 土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮

硝態(tài)氮和銨態(tài)氮為作物直效氮源，其含量可直接影響作物生長。由圖3可見，拔節(jié)期到成熟期土壤銨態(tài)氮含量呈由高到低后又升高的變化趨勢，拔節(jié)期銨態(tài)氮含量整體表現(xiàn)為U >U5C5 >U7C3 >U3C7處理，其中U處理在0～60 cm土層銨態(tài)氮含量最高，顯著高于U3C7處理，U5C5、U7C3和U3C7處理間差異不顯著；由于開花期植株養(yǎng)分消耗較大，因此該時期銨態(tài)氮含量較拔節(jié)期整體降低，但U3C7處理仍在0～100 cm土層保持較高的銨態(tài)氮含量，各處理間差異不顯著。硝態(tài)氮含量與銨態(tài)氮含量表現(xiàn)出較好的一致性，也是由高到低后又升高的變化趨勢，U處理硝態(tài)氮含量在拔節(jié)期0～60 cm土層含量最高，開花期硝態(tài)氮各土層整體含量較拔節(jié)期又明顯的降低，到成熟期0～60 cm土層硝態(tài)氮含量以U3C7處理最高。

圖上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，圖6同

2.3 春玉米株高、莖粗和SPAD值

由圖4可得，玉米株高由拔節(jié)至開花呈逐漸增長趨勢，并在開花期達峰值。拔節(jié)期處理間無明顯差異；但U3C7處理在大喇叭口期較其他各處理達最大值，分別較N0和U處理提高18.5%和13.4%；同時該處理在開花期株高也較N0和U處理達最大值，分別提高19.2%和13.0%。由圖5可見，莖粗由拔節(jié)至開花呈上升趨勢，U處理拔節(jié)期莖粗值最大，這可能是由于尿素前期養(yǎng)分釋放較快導(dǎo)致；到大口期，U3C7處理莖粗值分別較N0和U 處理提高20.0%和14.7%，且達顯著水平；開花期莖粗以U3C7處理最高，分別較N0 和U處理提高23.4%和18.0%，而U5C5、U7C3處理間無顯著差異。SPAD值以U3C7處理最高(圖6)，分別較N0和U處理提高50.2%、11.6%。綜上，U3C7處理下玉米株高、莖粗、SPAD值達最大值。

圖3 春玉米生育期內(nèi)不同施肥處理0～200 cm土層土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量Fig.3 Contents of ammonium nitrogen and nitrate nitrogen in soil layer at 0-200 cm under different treatments of fertilization in growth period of spring maize

圖4 春玉米生育期內(nèi)不同施肥處理植株株高Fig.4 Plant height of spring maize under different treatments of fertilization in growth period

圖5 春玉米生育期內(nèi)不同施肥處理植株莖粗Fig.5 Stem diameter of spring maize under different treatment of fertilization in growth period

圖6 春玉米開花期不同施肥處理植株SPAD值Fig.6 SPAD value of spring maize plants under different fertilization at flowering stage

2.4 春玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素

由表2可得，U3C7處理產(chǎn)量最高，為 13 896.8 kg/hm2， 產(chǎn)量順序依次為U3C7> U5C5>U7C3>U>C>N0，較N0處理分別高出 44.8%、37.1%、35.0%、31.1%、26.5%，差異極顯著(P<0.01)。穗粒數(shù)由高到底依次為 U3C7>U7C3>U5C5>C>U>N0，較N0處理分別提高13.7%、8.9%、7.5%、5.5%、2.9%，說明尿素與緩釋肥配比為3∶7時可顯著提高春玉米穗粒數(shù)；同時U3C7處理百粒質(zhì)量達到最大值，順序依次為U3C7>U7C3>U5C5>C>U>N0，較N0處理分別提高35.7%、25.3%、24.1%、 18.4%、 13.6%，差異極顯著(P<0.01)。綜上，U3C7處理下玉米產(chǎn)量最高。

表2 尿素與緩釋肥同一氮素水平配施下春玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 2 Yield and yield components of spring maize at same nitrogen level under treatment of urea and slow-release fertilizer

3 討 論

水分和氮素為限制作物生長的重要影響因子，其交互作用可顯著提高玉米產(chǎn)量[13]。陳剛等[14]研究表明，施氮肥會加快春玉米對40 cm土層以下土壤水分的吸收速度。鄭利芳等[15]研究結(jié)果顯示，尿素與緩釋肥配施可提高水分利用效率11.6%～22.8%。 本試驗結(jié)果顯示，U3C7處理水分利用率最高，分別較N0和U處理提高40.9%和11.8%，這與前人研究結(jié)果相似，表明尿素配施緩釋肥可提高水分利用率，由低到高依次為N0

硝態(tài)氮和銨態(tài)氮為旱地作物可直接吸收的速效氮，其含量高低可直接影響作物正常生長。相關(guān)研究[16-17]表明，在同一個施氮水平下，尿素與緩釋肥按一定比例摻施均能有效提高作物對硝銨態(tài)氮的利用率，降低肥料殘留量。李偉等[18]研究發(fā)現(xiàn)，尿素和緩釋肥按比例配施可將玉米氮肥利用率提高到38.9%。本試驗結(jié)果顯示土壤硝銨態(tài)氮含量變化有較好的一致性，均表現(xiàn)為由高-低-高的變化趨勢，這與徐久凱等[19]研究尿素與緩釋肥配施影響土壤硝銨態(tài)氮含量動態(tài)變化的結(jié)果一致。拔節(jié)期0～60 cm土層U處理硝銨態(tài)氮含量較其他各處理最高；開花期為玉米生長養(yǎng)分關(guān)鍵期，對養(yǎng)分需求較大，所以各處理硝銨態(tài)氮含量較拔節(jié)期顯著降低，但U3C7處理在0～100 cm土層銨態(tài)氮含量較其他處理最高；成熟期0～60 cm土層U3C7處理硝態(tài)氮含量最高，而U處理硝銨態(tài)氮含量最低，這與拔節(jié)期形成鮮明對比。綜上，玉米開花期到成熟期U處理土壤硝銨態(tài)氮含量呈降低趨勢，U3C7處理土壤硝銨態(tài)氮含量在玉米生長中后期呈上升趨勢，說明尿素與緩釋肥配施較尿素單施能有效提高土壤硝銨態(tài)氮的含量，不僅解決了緩釋肥前期養(yǎng)分供應(yīng)不足的問題，而且滿足了玉米在生長后期對氮素的需求，這與郭萍等[10]研究緩釋肥與尿素不同配比對玉米氮利用效率的影響結(jié)果一致，這可能是因為尿素為速效性肥料，如播種時一次性施用，只滿足玉米生育前期的氮素需求，而緩釋肥養(yǎng)分釋放緩慢，可有效的解決速效性肥料后期供氮不足的問題。因此，基施尿素與緩釋肥摻混，且配比為3∶7時，效果最佳，不僅能將兩種肥效利用最大化，而且最終實現(xiàn)了平衡施肥。

氮素淋溶是農(nóng)田氮素損失的重要途徑之一[20]。趙營等[21]研究表明，適宜的土壤含水量一定程度上可影響緩釋肥氮素的釋放量，從而影響土壤硝銨態(tài)氮的含量，隨著土壤含水量不斷增大，緩釋肥氮素釋放量越來越小。李敏等[22]對安徽夏玉米的研究也表明，緩釋肥與尿素摻混進行基施維持土壤銨態(tài)氮含量的穩(wěn)定，而降低硝態(tài)氮的淋失。本試驗結(jié)果顯示，在春玉米成熟期 160～200 cm土層，U3C7處理含水量較其他處理最高，硝態(tài)氮含量較其他處理最低，表明在相同施氮量下，土壤含水量的高低對硝態(tài)氮的含量有一定程度的影響，土壤水分含量越高，氮素釋放量越少，從而降低有效氮素的淋失，一方面減少對環(huán)境的污染，另一方面氮素的緩慢釋放有利于氮利用率的提高，增加玉米產(chǎn)量。

玉米產(chǎn)量的高低一方面體現(xiàn)較高的百粒質(zhì)量上，另一方面體現(xiàn)在它的農(nóng)藝性狀上，株高、莖粗為玉米重要的農(nóng)藝性狀，其高低在一定程度上可表明玉米產(chǎn)量的高低。大量研究表明，尿素與緩釋肥配施對玉米株高、莖粗等提升效果顯著[23]，可增加玉米單位面積產(chǎn)量，且配施比例與增產(chǎn)的幅度呈正相關(guān)[24-25]。本試驗研究結(jié)果與前人研究結(jié)果保持一致，尿素與緩釋肥配施條件下玉米株高、莖粗呈逐漸上升趨勢，U3C7處理玉米株高、莖粗均達到最大值，顯著高于其他處理，而U處理玉米株高、莖粗在玉米生長前期較高，后呈逐漸下降趨勢，這與張嘉敏[2]在225 kg/hm2施氮條件下，尿素與緩釋肥按3∶7比例配施時，玉米株高、莖粗均最高的結(jié)果一致。李敏等[26]研究發(fā)現(xiàn)，尿素與緩釋肥3∶7配施能夠提高油菜的產(chǎn)量和經(jīng)濟收益。司賢宗[27]研究發(fā)現(xiàn)，緩釋肥尿素摻施比為8∶2時夏玉米產(chǎn)量、增產(chǎn)率、地上部氮素積累量和氮肥利用率最高，能更好的滿足夏玉米對于養(yǎng)分的需求，從而達到增產(chǎn)增收。袁雪嬌等[25]通過對春玉米干物質(zhì)積累量研究發(fā)現(xiàn)，尿素與緩釋肥一定比例配施可通過增加玉米干物質(zhì)積累量而增加產(chǎn)量。本研究結(jié)果顯示，U3C7處理玉米產(chǎn)量最高，為13 896.8 kg/hm2，這與孫克剛等[28]研究小麥和玉米輪作在尿素與緩釋肥配比為3∶7時的玉米產(chǎn)量最高的結(jié)果保持一致。由此可以得出，緩釋肥比例的高低與產(chǎn)量有直接關(guān)系，高緩釋肥比例可滿足玉米生長后期氮素供給，保證玉米后期營養(yǎng)需求，提高玉米產(chǎn)量。

4 結(jié) 論

緩釋肥與尿素不同比例配施，可以更好地實現(xiàn)肥效互補，平衡供肥。在黃土臺塬區(qū)，施氮量為225 kg/hm2基施條件下，尿素與緩釋肥配施比例為3∶7時可提高玉米株高、莖粗、水分利用率、玉米生長后期土壤硝銨態(tài)氮含量、百粒質(zhì)量，最終提高春玉米產(chǎn)量。