王慶彬 聶振田 盧潔春 彭春娥 張民 孟慧 劉治國 耿全政

宛氏擬青霉提取物對夏玉米產(chǎn)量及氮素利用的影響

王慶彬1,2聶振田3盧潔春2彭春娥3張民1孟慧2劉治國2耿全政2

（1土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，271018，山東泰安；2山東蓬勃生物科技有限公司，271018，山東泰安；3作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，271018，山東泰安）

以品種鄭單958為材料，宛氏擬青霉提取物（ZNC）為誘抗劑，探討施氮量、氮肥種類和ZNC對夏玉米產(chǎn)量、氮素利用和經(jīng)濟(jì)收益的影響。結(jié)果表明，與沒有配施ZNC相比，氮肥配施ZNC后，玉米增產(chǎn)2.14%～9.00%，氮素利用率顯著提高11.21%～104.00%，凈收益顯著增加379.05～1743.38元/hm2?？蒯屇蛩嘏涫㈱NC（CRUZ）較尿素配施ZNC處理（UZ）產(chǎn)量、氮素利用率和凈收益分別顯著增加5.73%、185.00%和1311.61元/hm2。尿素減氮20%配施ZNC（80%UZ）處理與未減量處理（U）產(chǎn)量差異不顯著，但其氮素利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加，凈收益顯著增加647.89元/hm2，實(shí)現(xiàn)了減肥穩(wěn)產(chǎn)。因此控釋尿素配施ZNC可實(shí)現(xiàn)對玉米產(chǎn)量、氮肥利用率和凈收益的協(xié)同增效，減施20%普通尿素配施ZNC可實(shí)現(xiàn)對其減肥增效。

玉米；氮肥；宛氏擬青霉提取物；產(chǎn)量；氮素利用率

玉米是我國主要的糧食作物，在糧食安全中占有重要地位。氮是玉米生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素。近年來，氮肥施用量持續(xù)增加，但氮肥利用率低，未顯著增加作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，同時(shí)造成農(nóng)田氮素?fù)p失、資源浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)源污染等問題，研發(fā)提高大田氮肥利用率的技術(shù)手段是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1-2]。

緩控釋肥料具有養(yǎng)分釋放模式與作物吸收規(guī)律相同步的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)一次性施肥，同時(shí)又具有省工省時(shí)、揮發(fā)淋溶少、環(huán)保高效和顯著提高肥料利用率的優(yōu)點(diǎn)，為提高氮肥利用率、解決肥料資源浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)面源污染等問題提供了有效途徑[3]。解文艷等[4]研究表明，緩控釋氮肥處理能夠促進(jìn)氮素吸收，顯著提高春玉米產(chǎn)量。關(guān)瑞等[5]研究表明，與常規(guī)施肥相比，控釋尿素一次性基施可提高產(chǎn)量和氮肥農(nóng)學(xué)利用率。尹彩俠等[6]研究表明，控釋氮肥減氮25%處理較農(nóng)民習(xí)慣用肥的玉米產(chǎn)量提高4.50%。

植物誘抗劑可激活植物體內(nèi)分子免疫系統(tǒng)，激發(fā)植物體內(nèi)的一系列代謝調(diào)控系統(tǒng)，促進(jìn)植物生長和葉綠素含量提高，具有抗逆防病和提質(zhì)增產(chǎn)的作用[7-9]。研究[10-14]表明，植物內(nèi)生菌能夠產(chǎn)生大量的活性代謝產(chǎn)物，具有植物免疫誘抗劑的多種功能，在生物固氮、生物降解、生物防治、促進(jìn)生長和提高抗逆性方面功效顯著。沙棘內(nèi)生菌宛氏擬青霉（）提取物（ZNC）含有較多的碳水化合物、氨基酸和烷基結(jié)構(gòu)，是一種安全、無毒和超高活性的植物免疫誘抗劑，研究[15]發(fā)現(xiàn)其可促進(jìn)植物生長、增加產(chǎn)量、提高抗逆性和抗病性。前人研究[16]表明，ZNC（2.50μg/L）浸種及灌根處理可顯著提高櫻桃蘿卜塊根產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量、根冠比和品質(zhì)?？蒯屇蛩嘏涫㈱NC可顯著提高小麥產(chǎn)量14.50％，增加氮肥利用率和純收益[17]。包膜磷酸二銨配施ZNC可提高玉米關(guān)鍵生育期根際土壤磷酸酶活性，增強(qiáng)葉片光合酶、淀粉酶活性，提高磷肥利用率[18]。玉米拔節(jié)期常規(guī)磷酸二銨配施ZNC較常規(guī)磷酸二銨總根長和根表面積增加，3個(gè)玉米種植季平均增產(chǎn)3.60%[19]。然而不同施氮量、氮肥配施ZNC作用于玉米的協(xié)同增效研究鮮有報(bào)道。因此本試驗(yàn)探討了尿素和控釋尿素不同施用量配施ZNC對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、氮肥利用和凈收益的影響，為提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用率提供有效依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年6月在山東省泰安市天寶鎮(zhèn)天寶四村（117°21′20″E，35°56′36″N）進(jìn)行，該地屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)型氣候，2019年平均氣溫14.60℃，降水量487.30mm[20]。供試土壤為棕壤土，在中國土壤系統(tǒng)分類中為普通簡育濕潤淋溶土。土壤基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)20.13g/kg、速效氮75.84mg/kg、有效磷55.68mg/kg、速效鉀66.38 mg/kg、pH 6.00。當(dāng)?shù)亓?xí)慣種植制度為小麥－玉米和小麥－花生，一年兩熟。供試玉米品種為鄭單958，生育期96～125d，百粒重約33.00g。供試肥料為普通尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O516%）、硫酸鉀（K2O 51%）和控釋尿素（CRU，為樹脂包膜，N 45.20%，釋放期4個(gè)月）；植物誘抗劑為ZNC，提取物原液的干物質(zhì)含量為5.00mg/mL，由山東蓬勃生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)9個(gè)處理，肥料施用方案見表1。所有處理設(shè)4次重復(fù)，小區(qū)面積40m2。玉米種植方式為直播，行距60cm，株距20cm。

表1 不同處理的施肥種類和用量

1.3 指標(biāo)測定與方法

1.3.1 鮮重 每個(gè)小區(qū)于開花期選3株長勢一致的植株測定植株鮮重。

1.3.2 植株全氮含量 將各處理的莖葉和籽粒樣品在85℃下殺青30min，隨后在75℃下烘干至恒重，粉碎后過0.50mm篩，采用H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮儀測定氮含量。

1.3.3 玉米產(chǎn)量 于玉米成熟期每個(gè)小區(qū)選取中間2行收獲全部果穗測產(chǎn)，折算出小區(qū)產(chǎn)量。從測產(chǎn)的果穗中選出10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)穗，調(diào)查穗長、穗粗、穗粒數(shù)和百粒重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用WPS 2019和SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥配施ZNC對玉米開花期植株鮮重的影響

80%CRUZ處理可顯著提高玉米秸稈重和穗重（圖1）。與80%U處理相比，80%UZ處理的秸稈重提高17.05%；80%CRUZ較80%CRU處理的秸稈重提高31.14%，均達(dá)到顯著差異水平。80%UZ較80%U處理穗重增加了10.99%；80%CRUZ較80%CRU處理穗重顯著提高32.14%。說明在減氮水平下，尿素和控釋尿素配施ZNC均可較好地促進(jìn)植株生長，且控釋尿素配施ZNC效果更好。

不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著

2.2 氮肥配施ZNC對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

氮肥配施ZNC對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素存在不同程度的影響（表2）。產(chǎn)量隨氮肥施用量增加而提高，較CK增產(chǎn)17.41%～40.54%。在常規(guī)施氮水平下，與U處理相比，CRU處理提高穗行數(shù)和百粒重，增產(chǎn)5.52%；CRUZ處理行粒數(shù)顯著增高5.62%，增產(chǎn)8.00%，差異達(dá)顯著水平。在減氮水平下，與80%U處理相比，80%UZ處理行粒數(shù)顯著增高6.17%，增產(chǎn)9.00%，差異達(dá)顯著水平；80%CRUZ處理提高玉米行粒數(shù)和百粒數(shù)，增產(chǎn)8.63%，差異達(dá)顯著水平。表明控釋尿素配施ZNC可以有效提高穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重，最終提高產(chǎn)量，特別是減氮20%條件下。

表2 氮肥配施ZNC對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

不同字母表示不同處理之間存在顯著差異（＜0.05），下同

Different letters indicate significant difference between different treatments (< 0.05), the same below

2.3 氮肥配施ZNC對玉米氮素利用率的影響

控釋尿素配施ZNC顯著提高了玉米的氮肥利用率，減氮水平下氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高（表3）。正常施氮水平下，與U處理相比，UZ、CRU和CRUZ處理的氮素積累量分別顯著增加2.39%、23.75%和46.01%；氮素利用率顯著提高11.21%、107.00%和217.00%；氮肥農(nóng)學(xué)效率提高10.19%、24.90%和36.83%；氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加5.87%、10.82%和13.11%。在減氮水平下，控釋尿素配施ZNC（CRUZ）較尿素配施ZNC（UZ）處理產(chǎn)量、氮素利用率分別顯著增加5.73%和185.00%。與80%U處理相比，80%UZ、80%CRU和80%CRUZ處理的氮素積累量分別顯著增加了9.11%、3.30%和20.78%；氮素利用率顯著提高67.83%、24.59%和155.00%；氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著增高37.15%、23.22%和34.77%；氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加11.61%、3.93%和5.95%。與處理U相比，80%UZ氮素積累量無顯著差異，80%CRUZ處理氮素積累量顯著增加9.95%；80%UZ和80%CRUZ處理的氮素利用率顯著提高21.03%、83.60%，氮肥農(nóng)學(xué)效率分別顯著提高16.44%和14.42%。表明控釋尿素配施ZNC可增加玉米氮素積累量和氮素利用率；氮肥配施ZNC后，減氮較正常施氮量下的氮素利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率有所增加。

表3 氮肥配施ZNC對玉米氮素利用的影響

2.4 氮肥配施ZNC對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

氮肥配施ZNC后，玉米經(jīng)濟(jì)效益增加（表4）。與CK相比，隨施氮量增加，玉米凈收益增高2142.92～4929.07元/hm2。正常施氮水平下，與U處理相比，UZ、CRU和CRUZ處理凈收益分別顯著增加379.05、885.69和1690.66元/hm2；CRUZ較UZ處理凈收益顯著增加1311.61元/hm2。與80%U處理相比，80%UZ、80%CRU和80%CRUZ處理凈收益分別顯著增加1743.38、556.31和856.52元/hm2。表明控釋尿素配施ZNC可提高玉米經(jīng)濟(jì)效益；常規(guī)施氮水平下，控釋尿素和ZNC協(xié)同增加經(jīng)濟(jì)效益；減氮水平下，尿素配施ZNC經(jīng)濟(jì)效益最高。

表4 氮肥配施ZNC對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

尿素120元/50kg，硫酸鉀200元/50kg，過磷酸鈣80元/50kg，ZNC 650元/kg，玉米售價(jià)1.6元/kg

Urea is 120 yuan/50kg, potassium sulfate is 200 yuan/50kg, superphosphate is 80 yuan/50kg, ZNC is 650 yuan/kg, corn price is 1.6 yuan/kg

3 討論

3.1 施氮量

玉米對氮的需求量高于對其他任何元素，氮是組成蛋白質(zhì)、酶、葉綠素、核酸、磷脂以及一些激素的重要成分，對玉米植株的生長發(fā)育起到重要作用。施氮量與作物產(chǎn)量密切相關(guān)，在一定程度上施氮是獲得作物高產(chǎn)的重要措施[21-23]。前人研究[24-25]表明，增施氮肥可增加玉米產(chǎn)量，但當(dāng)施氮量超過300kg/hm2時(shí)產(chǎn)量不再增加；適當(dāng)增加施氮量提高玉米成熟期氮素積累量和氮素利用效率，降低氮肥偏生產(chǎn)力[26]。本試驗(yàn)中，施氮量在180～225kg/hm2范圍內(nèi)，隨施氮量增加，增產(chǎn)17.41%～40.54%，氮素積累量、氮素利用率和氮肥農(nóng)學(xué)效率增高，氮肥偏生產(chǎn)力降低，這與前人研究結(jié)果一致，說明合理的施氮量與土壤耕層條件有關(guān)。

3.2 氮肥種類

前人研究[27-29]表明，緩釋氮肥較傳統(tǒng)尿素能夠明顯增加夏玉米的產(chǎn)量，提高氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，促進(jìn)氮素吸收。玉米谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酸合酶（GOGAT）是玉米氮素代謝、氨同化過程中谷氨酸合成循環(huán)的限速酶，其活性高低能表征氮素同化能力的強(qiáng)弱[30-31]。郭萍等[32]研究表明，在玉米吐絲期，與普通尿素相比，控釋尿素可提高玉米葉片GS和GOGAT活性。本試驗(yàn)中，控釋尿素較尿素處理增產(chǎn)5.52%～5.62%，氮素積累量、氮素利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力均提高，凈收益增加556.31～885.69元/hm2。這與前人研究結(jié)果一致?？蒯屇蛩靥幚硐庐a(chǎn)量和氮素利用率提高可能是由于其增強(qiáng)玉米葉片氮代謝關(guān)鍵酶活性，促進(jìn)氮素代謝，提高產(chǎn)量和氮素利用率。

3.3 配施ZNC

ZNC具有安全、超高活性、成本低和用量少等優(yōu)勢，可誘導(dǎo)作物生長素合成相關(guān)基因（、）表達(dá)，根尖生長素含量增加；同時(shí)，ZNC還促進(jìn)一些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，以調(diào)節(jié)N和P的吸收[33]。前人研究[17]表明，尿素和控釋尿素配施ZNC較尿素處理可提高氮肥利用率、小麥產(chǎn)量和凈收益，且與控釋尿素配施效果更好。Wang等[34]研究表明，3個(gè)水稻種植季節(jié)相比，控釋尿素與ZNC（87.50mL/hm2）結(jié)合施用可顯著提高水稻產(chǎn)量8.70%～12.10%，氮肥利用率和凈收益提高。包膜磷酸二銨配施ZNC可增強(qiáng)玉米功能葉片光合效應(yīng)相關(guān)酶活性，提高磷肥利用率，在減磷20%條件下，依然保持穩(wěn)產(chǎn)[18]。本試驗(yàn)中，氮肥配施ZNC可提高玉米氮素利用率進(jìn)而增加其產(chǎn)量和凈收益。這是因?yàn)閆NC誘導(dǎo)了玉米根系生長素和赤霉素的積累，使根系伸長區(qū)顯著增加20%～60%，增加了根尖細(xì)胞數(shù)量，擴(kuò)大植物獲取營養(yǎng)的有效面積80%以上；刺激作物根系分泌有機(jī)酸來增加土壤內(nèi)磷鉀等元素的有效性，為玉米提供更多的營養(yǎng)[19,33]。同時(shí)，與尿素配施ZNC處理相比，控釋尿素配施ZNC后產(chǎn)量進(jìn)一步增加5.73%，氮素利用率和凈收益分別顯著增加185.00%和1311.61元/hm2。這是因?yàn)閆NC調(diào)節(jié)后玉米對養(yǎng)分的需求量增加，而緩控釋氮素在土壤中緩慢釋放，使玉米一直處于適宜的氮濃度下，可為其生長提供充足的營養(yǎng)，但施用常規(guī)尿素則會(huì)在玉米生長后期出現(xiàn)營養(yǎng)短缺的問題[17]。此外，本研究表明，在尿素減氮20%水平下，80%UZ處理較80%U處理顯著增加玉米開花期秸稈重和穗重，促進(jìn)玉米生長，顯著提高產(chǎn)量9.00%；較U處理產(chǎn)量無顯著減少，且氮素利用率、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加。玉米對普通尿素的吸收和利用主要在其開花前期，此后隨著尿素的揮發(fā)、淋溶和反硝化，土壤中氮素含量顯著降低，玉米需要將秸稈中的部分營養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)籽粒中，因此玉米前期營養(yǎng)的儲(chǔ)藏對后期產(chǎn)量的形成至關(guān)重要，而ZNC促進(jìn)了玉米開花前期養(yǎng)分的積累，使得80%UZ處理在開花期的生物量與U處理相當(dāng)，因此即使在減肥條件下，玉米仍然穩(wěn)產(chǎn)。以上結(jié)果說明ZNC促進(jìn)玉米生長，有利于提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用率；控釋尿素配施ZNC可實(shí)現(xiàn)對玉米產(chǎn)量、氮肥利用率和純收益的協(xié)同增效，普通尿素配施ZNC可實(shí)現(xiàn)對其減肥增效。

4 結(jié)論

氮用量在180～225kg/hm2范圍內(nèi)，配施ZNC可提高夏玉米產(chǎn)量、氮素累積量、氮肥利用率和經(jīng)濟(jì)收益；控釋尿素配施ZNC可實(shí)現(xiàn)對玉米產(chǎn)量、氮肥利用率和凈收益的協(xié)同增效，減施20%普通尿素配施ZNC可實(shí)現(xiàn)對其減肥增效，為夏玉米的高產(chǎn)高效種植提供可靠參考。

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Effects ofExtract on Yield and Nitrogen Utilization of Summer Maize

Wang Qingbin1,2, Nie Zhentian3, Lu Jiechun2, Peng Chun’e3, Zhang Min1, Meng Hui2, Liu Zhiguo2, Geng Quanzheng2

(1National Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources/College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China;2Shandong Pengbo Biotechnology Co., Ltd., Tai’an 271018, Shandong, China;3State Key Laboratory of Crop Biology/College of Life Sciences, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China)

To explore the effects of nitrogen application amount, nitrogen fertilizer types, andextract (ZNC) on yield, nitrogen utilization efficiency (NUE), and economic returns of summer maize, a field experiment was carried out with "Zhengdan 958" as the material and "ZNC" as plant immune inducer. The results showed that compared with nitrogen fertilizer without ZNC, nitrogen fertilizer with ZNC increased the yield of maize by 2.14%-9.00%, NUE of maize significantly increased by 11.21%-104.00%, and net profit increased by 379.05-1743.38 yuan/ha. Meanwhile, yield, NUE, and net profit of controlled-release urea with ZNC (CRUZ) treatment increased by 5.73%, 185.00%, and 1311.61 yuan/ha, respectively, compared with that of urea with ZNC. In addition, compared with conventional urea treatment, treatment with urea nitrogen reduced by 20% had no significant difference in yield when applied with ZNC but NUE, N agronomic efficiency, and N partial productivity of it increased significantly which led to the net income increased significantly by 647.89 yuan/ha. Therefore, the combination of controlled release urea with ZNC could achieve a synergistic effect on yield, nitrogen utilization efficiency, and net profit of summer maize while the combination of reducing 20% conventional urea with ZNC reduced the amount of fertilizer but achieved increasing production of maize.

Maize; Nitrogen fertilizer;extract; Yield; Nitrogen utilization efficiency

10.16035/j.issn.1001-7283.2021.04.025

王慶彬，主要從事天然化合物源新型肥料的研發(fā)及其對植物營養(yǎng)的影響，E-mail：wangqingbin1203@163.com

張民為通信作者，長期從事土肥資源高效利用、新型肥料創(chuàng)制研究，E-mail：minzhang-2002@163.com

國家十三五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“功能型緩控釋肥料研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”（2017YFD0200706）；2019年山東省重大科技創(chuàng)新工程“作物免疫調(diào)控機(jī)制及其用于病害精準(zhǔn)防控的綠色集成技術(shù)”（2019JZZY020608）

2020-09-02；

2021-06-18；

2021-07-19