不同水氮處理對玉米生長、產量和氮素吸收利用的影響

肖貴 墨金萍 曹寧 白靈 連榮芳

摘要：針對玉米生產中大量施肥造成土壤質量下降、肥料資源浪費等問題，采用水、氮2因素試驗設計，其中灌溉量設置200、400、600 m³/hm²等3個水平，施氮量設置0、75、150、225、300、375 kg/hm²等6個水平，共設18個處理，研究不同水氮處理對半干旱地區玉米農藝性狀、干物質積累量、產量和氮素吸收利用的影響。結果表明，在同一灌溉條件下，玉米干物質積累量、產量、植株氮素積累量、籽粒氮素積累量和氮素收獲指數呈單峰趨勢變化，均在施氮量為225 kg/hm²時達到最大值。而在同一氮水平下，灌溉量為400 m³/hm²時，玉米干物質積累量、產量、植株氮素積累量、籽粒氮素積累量和氮素收獲指數均達到最大值。相關分析結果表明，玉米產量與穗粒數、百粒重和穗粒重存在顯著正相關關系，而與收獲指數之間無顯著相關關系，說明穗粒數、百粒重和穗粒重是玉米產量提高的決定因素?；貧w分析結果表明，灌溉量為400 m³/hm²、施氮量為227.02 kg/hm²時，可獲得最佳理論產量，為6 492.11 kg/hm²，是最佳水氮組合。綜上所述，在半干旱地區，密度60 000株/hm²、灌溉量400 m³/hm²、施氮量225 kg/hm²是玉米種植最佳技術組合。

關鍵詞：施氮量；灌水量；玉米；產量；氮素吸收利用

中圖分類號：S513.06? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）06-0084-05

收稿日期：2023-04-20

基金項目：國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-08）。

作者簡介：肖貴（1985—），男，甘肅定西人，副研究員，從事旱地豌扁豆及玉米的選育及示范推廣。E-mail：714631793@qq.com。

通信作者：連榮芳，研究員，從事旱地豌扁豆品種選育。E-mail：294301232@qq.com。

玉米是我國重要的糧食作物，在我國農業生產中具有重要作用，隨著我國工業化進程的加快，糧食供應日趨緊張^[1]，玉米作為一種高產作物，受當地降雨及施肥條件的影響很大，因此如何通過優化施肥方式以提高肥料利用率和水分利用率從而提高玉米產量及品質是一個關鍵問題。2017年國家通過調整農業結構布局戰略，確立了調減籽實玉米、增加飼草玉米等飼料作物面積的“糧改飼”實施方案^[2-4]，這對于改善農業生態環境、促進農業供給側結構改革具有重要意義，因而如何提高籽實玉米產量水平是一個亟待解決的問題。

合理施肥是提高產量的關鍵，Deng等認為，玉米產量的提高依賴于土壤水分和養分協調供應^[5]。有研究表明，在旱地玉米生產中，由于中后期追肥困難，追施的氮肥難以協調玉米灌漿期需肥與土壤供肥間的關系，易造成灌漿期氮素虧缺，使灌漿速率和氮肥利用率降低，而生育后期缺氮會引起葉片早衰，造成產量下降^[6]。合理的施用肥料不僅可以提高玉米產量和品質，同時也有利于提高肥料利用率，保護生態環境^[7]。田間試驗表明，玉米膜下滴灌產量遠高于噴灌，增產幅度超過 28.3%^[8]。膜下滴灌條件下滴水頻率對棉花水分利用效率無顯著影響，但水分利用效率隨滴水量的增大而顯著降低^[9-10]。然而，受隴中黃土高原干旱半干旱以及經濟發展條件的制約，農民在玉米種植時大量施用化肥，造成大量的肥料資源浪費，同時也造成生態環境污染。因此，本試驗研究不同水氮處理對玉米產量和氮素吸收利用率的影響，為玉米生產提供理論依據。

1? 試驗區概況與研究方法

1.1? 試驗區概況

試驗于2020年在甘肅省定西市安定區寧遠鎮實施，該地區平均海拔1 996 m，年平均降水量 390 mm，年平均氣溫6.2 ℃，全年無霜期140 d。供試土壤為黃綿土，肥力均勻，具有良好的灌溉條件，試驗地pH 值為7.8，有機質含量為19.1 g/kg，全氮含量為 1.22 g/kg，堿解氮含量為115.6 mg/kg，速效磷含量為23.1 mg/kg，速效鉀含量為186.7 mg/kg。

1.2? 試驗設計

試驗品種為豫單132。試驗共設18個處理（表1），施磷量和施鉀量均為170 kg/hm²，化肥主要包括尿素（N≥46%）、過磷酸鈣（P₂O₅≥12%）和硫酸鉀（K₂O≥24%）。每個處理重復3次，隨機區組排列，60 000株/hm²，株距30 cm，行距70 cm。小區面積55 m²（5.5 m×10 m），1膜1管2行種植模式，單翼迷宮式滴灌帶布置于窄行中間，滴頭間距 30 cm，滴頭流量為2.0 L/h，灌溉量分別為：苗期5%、拔節期10%、小喇叭口期10%、大喇叭口期12%、抽雄期15%、開花期15%、籽粒建成期15%、乳熟期10%、蠟熟期8%。田間管理同大田。

1.3? 樣品采集與分析

于玉米拔節期（V6）、大喇叭口期（V12）、抽雄吐絲期（VT）、灌漿期（R3）和成熟期（PM）取樣，每個小區隨機取樣5株，烘干，稱干重。

1.4? 調查測定項目

1.4.1? 農藝性狀統計

在玉米生長各生育期，每個小區隨機取樣5株，統計玉米的株高、成穗率、穗長、鮮穗重、綠葉數和單根鮮重等農藝性狀，烘干，稱干物質積累量。

1.4.2? 收獲測產

收獲時按小區計產，每小區隨機取樣15株，統計穗粗、穗行數、行粒數、穗粒數、千粒重和單株生產力。

1.4.3? 氮含量測定

用凱氏定氮法分別測定玉米植株和籽粒氮素含量，計算氮素積累量、氮素收獲指數和氮肥偏生產力。

1.5? 數據處理

試驗數據使用Excel 2010進行統計匯總，并使用SPSS 19對各處理數據進行方差分析和最小顯著性檢驗（LSD法）。

2? 結果與分析

2.1? 不同水氮處理對玉米各生育期干物質積累的影響

由圖1可以看出，隨著生育進程的推進，玉米干物質積累量逐漸增加，在成熟期達到最大值；同一灌溉量之間相比，隨著施氮量的增加，玉米干物質積累量呈先增加后減小的變化趨勢，都是在施氮量為225 kg/hm²達到最大值。與W1N0、W1N1、W1N2、W1N4和W1N5處理相比，W1N3干物質積累量分別提高30.27%、17.33%、7.39%、8.23%和19.37%；與W2N0、W2N1、W2N2、W2N4和W2N5處理相比，W2N3干物質積累量分別提高30.12%、17.08%、7.29%、8.12%和19.09%；與W3N0、W3N1、W3N2、W3N4和W3N5處理相比，W3N3干物質積累量分別提高30.36%、17.20%、7.34%、8.17%和19.22%。說明在灌溉量為200、400、600 m³/hm²時，施氮量225 kg/hm²都能明顯提高玉米干物質含量。

不同灌溉量之間相比，灌溉量為400 m³/hm²時各生育期玉米干物質積累量都最高。與灌溉量為 200 m³/hm²相比，成熟期干物質積累量分別高0.76%、0.67%、0.62%、0.58%、0.64%和0.72%；與灌溉量為600 m³/hm²相比，成熟期干物質積累量分別高0.37%、0.32%、0.30%、0.28%、0.31%和0.35%。

2.2? 不同水氮處理對玉米各農藝性狀的影響

由表2可以看出，在同一灌溉量條件下，玉米株高、成穗率、穗長、鮮穗重、綠葉數和單根鮮重都隨著施氮量的增加呈先增加后減小的趨勢，在施氮量為225 kg/hm²時達到最大值。與W1N0、W1N1、 W1N2、 W1N4和W1N5處理相比，W1N3單株根重分別增加21.64%、13.43%、4.66%、5.72%和8.30%；與W2N0、W2N1、W2N2、W2N4和W2N5處理相比，W2N3單株根重分別增加18.53%、10.90%、4.31%、4.88%和8.39%；與W3N0、W3N1、W3N2、W3N4和W3N5處理相比，W3N3單株根重分別增加17.97%、12.64%、7.77%、8.40%和11.55%。根是玉米生長發育的基礎，說明在不同的灌溉條件下，單株根重都在施氮量為225 kg/hm²達到最大值；在同一施氮量條件下，不同灌溉量之間相比，灌溉量為400 m³/hm²的玉米株高、成穗率、穗長、鮮穗重、綠葉數和單根鮮重均高于灌溉量為200、600 m³/hm²的處理，但無顯著差異。

2.3? 不同水氮處理對玉米產量的影響

由表3可以看出，在同一灌溉條件下，穗粒數、百粒重、穗粒重、產量和收獲指數都隨著施氮量的增加先增加后降低，在施氮量為225 kg/hm²時達到最大值。與W1N0、W1N1、W1N2、W1N4和W1N5處理相比，W1N3產量分別增加100.80%、51.03%、28.67%、6.87%和36.36%；與W2N0、W2N1、W2N2、W2N4和W2N5處理相比，W2N3產量分別增加93.36%、39.55%、24.35%、7.09%和36.95%；與W3N0、W3N1、W3N2、W3N4和W3N5處理相比，W3N3產量分別增加87.96%、37.15%、26.52%、23.12%和37.20%。在同一施氮量的條件下，灌溉量為400 m³/hm²時玉米產量均高于灌溉量為200、600 m³/hm²處理，與灌溉量為 200 m³/hm²相比，產量分別提高5.94%、10.41%、5.56%、2.02%、1.80%和1.58%，與灌溉量為 600 m³/hm²相比，產量分別高2.90%、4.04%、7.71%、5.86%、21.70%和6.06%，但差異不明顯。

相關性分析結果表明，玉米產量與穗粒數、百粒重和穗粒重均存在顯著正相關關系，而與收獲指數之間無顯著相關關系，說明穗粒數、百粒重和穗粒重是玉米產量提高的決定因素。

2.4? 不同水氮處理玉米產量與灌溉量和施氮量回歸分析

在灌溉量分別為200、400、600 m³/hm²時，對玉米產量（y）與施氮量（x）進行的回歸分析，結果見圖2。在灌溉量為200 m³/hm²時，y=-0.055 7x²+26.658 0x+3 131.000 0，r²=0.923 8；在灌溉量為 400 m³/hm²時，y=-0.059 3x²+26.925 0x+3 435.800 0，r²=0.912 1；在灌溉量為600 m³/hm²時，y=-0.050 5x²+22.550 0x+3 425.000 0，r²=0.912 6。分別對方程求解，當灌溉量為200 m³/hm²時，x=239.30 kg/hm²，得最佳產量y=6 320.63 kg/hm²；當灌溉量為400 m³/hm²時，x=227.02 kg/hm²，得最佳產量y=6 492.11 kg/hm²；當灌溉量為600 m³/hm²時，x=223.27 kg/hm²，得最佳產量y=5 942.34 kg/hm²。

2.5? 不同水氮處理對玉米氮素吸收利用的影響

由表4可知，玉米植株氮素積累量和籽粒氮素積累量在灌溉量為200、400、600 m³/hm²時隨施氮量的增加呈單峰趨勢變化，都是在施氮量為 225 kg/hm²時達到最大值，其中植株氮素積累量最高分別為175.34、184.56、182.32 kg/hm²，籽粒氮素積累量最高分別為131.74、145.27、141.67 kg/hm²。氮素收獲指數的變化趨勢和玉米植株氮素積累量以及籽粒氮素積累量變化趨勢相同，也是在施氮量為 225 kg/hm²時達到最大值，與W1N0、W1N1、W1N2、W1N4和W1N5處理相比，W1N3處理氮素收獲指數分別提高3.24%、2.12%、0.67%、1.22%和1.55%；與W2N0、W2N1、W2N2、W2N4和W2N5處理相比，W2N3處理氮素收獲指數分別提高5.47%、4.02%、2.14%、3.32%和3.78%；與W3N0、W3N1、W3N2、W3N4和W3N5處理相比，W3N3處理氮素收獲指數分別提高4.30%、2.87%、1.70%、3.95%和5.57%。

不同灌溉量之間相比，灌溉量為400 m³/hm²時氮素收獲指數最高，與灌溉量為200 m³/hm²相比，其各處理氮素收獲指數分別提高1.21%、1.50%、1.90%、3.39%、1.29%和1.16%，與灌溉量為 600 m³/hm²相比，其各處理氮素收獲指數分別提高0.17%、0.19%、0.86%、1.30%、1.91%和3.04%。氮肥偏生產力在灌溉量為200、400、600 m³/hm²時都隨著施氮量的增加顯著降低。

3? 討論與結論

氮是作物生長發育、產量形成和品質提升的重要元素，氮素的供應量和供應過程決定作物產量的高低。施氮量太少不足以供應作物生長發育所需的養分，而施氮量過多則造成作物生長發育受阻。合理的氮素供應可有效促進玉米植株、籽粒對氮素的吸收積累，促進含氮化合物的合成，增強光合作用，增加干物質積累，提高玉米的產量和品質^[11]。水是生命之源，是作物生長發育得重要因子，同時水分是作物對養分吸收、運輸的重要因素，水分太多或太少都會影響作物的生長，水分太多一方面造成養分流失，另一方面影響作物根的呼吸。在半干旱的定西市水分的作用尤其重要，氮與水的協調供應能夠顯著提高作物產量，同時也能顯著提高養分利用效率，灌水也有明顯的促肥作用^[12-15]。也有研究證明，過度灌水反而不利于作物產量的形成^[16-18]，這和本研究相似。本研究表明，在同一灌溉量的條件下，玉米產量、干物質積累量、植株氮素積累量、籽粒氮素積累量和氮素收獲指數都呈單峰趨勢變化，均在施氮量為225 kg/hm²時達到最大值。灌溉量對玉米干物質積累量、植株氮素積累量、籽粒氮素積累量和氮素收獲指數和產量無顯著影響。本試驗結果顯示，不同灌溉量的最高產量均是施氮量為225 kg/hm²的處理?；貧w分析結果表明，理論產量最高時的施氮量為227.02 kg/hm²，略高于本試驗最高產量時的施氮量225 kg/hm²，但對應的最高理論產量低于實測產量。經綜合分析可知，密度60 000株/hm²、灌溉量 400 m³/hm²、施氮量225 kg/hm²是半干旱地區玉米種植的最佳技術組合。

在半干旱地區，灌溉量為400 m³/hm²、施氮量為225 kg/hm²、密度為60 000株/hm²時能獲得最大玉米產量，為6 994.5 kg/hm²，同時能夠得到最大氮素收獲指數，為78.71%。

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