夏玉米根系活性、養分吸收和產量對不同施肥方式的響應

馬 陽，吳 敏，劉曉明，李赟虹，張世卿，王亞玲，孫坤雁，彭正萍

（河北農業大學 資源與環境科學學院，河北 保定 071000）

肥料是提高糧食產量、實現農業可持續發展的物質保障，為滿足日益增長的糧食需求，增施化肥成為重要舉措，但化肥不合理施用、有機肥未充分利用的現象普遍發生［1-2］。黃淮海地區夏玉米季高溫多雨，農民習慣采用傳統的“一炮轟”方式將肥料一次性施于土壤表層，這不僅導致養分隨地表徑流、淋溶、揮發等損失嚴重，而且降低肥料利用率，玉米生育后期有時也會出現脫肥早衰，造成不同程度的減產［3-4］。

研究表明夏玉米拔節-大喇叭口期和吐絲-灌漿期需肥量最多［5］，淺施普通化肥的玉米在生長后期易出現養分供應不足，影響產量形成［6］。緩控釋肥緩慢釋放的特性有利于作物吸收利用，減少土壤淋失，提高化肥利用效率，實現作物高產高效［7］?；蔬m當深施易于玉米根系吸收利用，增加單株根質量，顯著提高根系活力，進而提高產量和肥效［8-9］。有機肥能培肥地力，但不能完全滿足作物快速生長對養分的需求，而有機無機配施更有利于作物穩產高產，改善土壤肥力和提升肥料利用效率［10-11］。

目前關于夏玉米施肥方式的大部分研究主要針對施肥深度、肥料種類單因素對作物養分吸收及土壤質量等影響開展的［6，8］，而且土壤養分也表現出上層高于下層的特征［12］，玉米根系在0～40 cm 土層比較密集，因此，本研究探討了施肥深度、化肥種類及配施有機肥綜合因素對夏玉米產量、根系活性及養分吸收的影響，為黃淮海夏玉米確定科學施肥方式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗于2018 年6 ～10 月在河北省邢臺市寧晉縣鳳凰鎮原種場進行。采用土壤盆栽方式進行，盆的規格:口徑65 cm，深度40 cm。供試夏玉米品種為鄭單958，供試肥料為控釋尿素（N 44%）、過磷酸鈣（P2O516%）、氯化鉀（K2O 60%）和生物有機肥。供試土壤為壤質潮褐土，試驗前0 ～15、15 ～25、25 ～35 cm 土層理化性質見表1。

表1 供試土壤基本理化性質

1.2 試驗設計

試驗前在盆底均勻打5 個直徑1 cm 的小孔，并在底部鋪上紗網，每盆裝干土45 kg。試驗共設6 個處理，分別為:T1-推薦施肥量施在5 ～15 cm；T2-推薦施肥量施在15 ～25 cm；T3-推薦施肥量施在25 ～35 cm；T4-推薦施肥量一半氮肥施在5 ～15 cm，另一半氮肥和全部磷鉀肥、生物有機肥施在15 ～25 cm；T5-推薦施肥量一半氮肥施在5 ～15 cm，1/4 氮肥和1/2 磷鉀肥、1/2 生物有機肥施在15 ～25 cm，1/4 氮肥和1/2 磷鉀肥、1/2 生物有機肥施在25 ～35 cm；T6-農民習慣施肥量施在5 ～15 cm，每處理重復3 次，共54 盆（用于3 個生育時期的破壞性取樣）。具體各處理的施肥深度和施肥量詳見表2。本試驗前期，對當地開展的農戶夏玉米施肥調查結果顯示，夏玉米農民習慣施N、P2O5和K2O 分別為300、75 和90 kg·hm-2，結合土壤養分、夏玉米目標產量和需肥特征，推薦施N、P2O5和K2O 分別為225、120 和150 kg·hm-2。盆栽施肥量為大田實際用量的2 倍，各施肥層次土壤與肥料混勻后裝盆，從下往上按照原狀土壤層次裝盆、壓實。后期澆水時間根據天氣、土壤干濕狀況灌溉到田間持水量的80%，各處理一致。2018 年6 月20 日裝盆，22 日播種，每盆播種5 粒露白種子，7 月15 日間苗，每盆留長勢一致的基本苗1 株，于10 月1 日收獲。

表2 各處理純養分用量 （g·盆-1）

1.3 測定項目及方法

地上部干物質量:在玉米生長的拔節、大喇叭口和成熟期，每個處理分別收獲3 盆（重復），將地上部植物分為莖、葉、穗軸、籽粒4 部位分別進行采樣，于105℃殺青30 min，75℃烘至恒重，稱干重。

地上部各器官養分:將上述3 個時期的植物各器官干樣磨碎混勻，過1 mm 篩。采用H2SO4-H2O2法消煮，消煮液用全自動間斷化學分析儀測定其中的全氮含量，用釩鉬黃比色法測定其中的全磷含量，用火焰光度法測定其中的全鉀含量［13］。

玉米根系脫氫酶活性:在大喇叭口期，取植物樣的同時將盆中土壤按照5 ～15、15 ～25、25 ～35 cm 進行切割，分別挑取各土層中的所有根系。將根系洗凈，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法進行根系脫氫酶活性的測定［14］。

產量及其構成因素:在成熟期，采集玉米果穗，并測量穗長、穗粗、禿尖長度及穗粒數。風干脫粒后測定百粒重及籽?？傊?，采用烘干法測定籽粒含水量，折合并計算14%含水量的玉米籽粒產量。

1.4 數據處理

采用Excel 2010 進行數據的處理和相關圖表繪制，使用SPSS 25.0 軟件（Duncan）進行顯著性檢驗，顯著性水平均為0.05。

2 結果與分析

2.1 夏玉米根系脫氫酶活性對不同施肥方式的響應

表3 表明，各施肥處理不同土層根系脫氫酶活性存在明顯差異。5 ～15 cm 土層，T1 根系脫氫酶活性較T2、T3 分別顯著提高38.8%、42.7%，其他處理間差異不顯著。15 ～25 cm 土層，各處理間根系脫氫酶活性差異不顯著。25 ～35 cm 土層，T5根系脫氫酶活性分別較T1、T6 顯著增加50.4%、40.3%。說明不同施肥位置會影響各土層玉米根系脫氫酶活性，推薦施肥量在5 ～15 cm 施用（T1）顯著提升5 ～15 cm 土層根系脫氫酶活性，推薦施肥量分3 層施用（T5）顯著提升25 ～35 cm 土層根系脫氫酶活性。

表3 不同施肥方式下的玉米根系脫氫酶活性

2.2 夏玉米干物質積累量對不同施肥方式的響應

由圖1 可知，從拔節至成熟期，各處理的干物質積累量逐漸增加，增加幅度為251.3 ～379.5 g·株-1。在拔節期，T1 較T2 顯著提高干物質積累量53.2%。在大喇叭口期，各處理干物質積累量差異顯著，T4 干物質積累量平均分別較T2、T3、T6顯 著 提 高31.5%、53.5%、30.5%，T1 和T5 較T3分別顯著提高39.3%和38.8%。在成熟期，T4 較T1、T2、T3、T6 干物質積累量平均分別顯著增加22.3%、26.8%、50.1%、30.4%，T5 較T3 干物質積累量顯著提高30.2%。T4 顯著提高夏玉米后期干物質積累量，T5 處理次之，而T3 效果最差。

圖1 不同施肥方式下的夏玉米干物質動態積累量

2.3 夏玉米養分吸收對不同施肥方式的響應

圖2 表明，從拔節至成熟期，各處理的植株氮養分積累量逐漸增加，增加幅度為3.0 ～4.4 g·株-1。不同處理植株全氮積累量在拔節期差異不顯著。在大喇叭口期，玉米全氮主要積累于莖，平均占整株的74.0%～87.6%，T4 的整株全氮積累量分別較T2、T3、T6 增加67.7%、75.7%、53.5%，T1、T5整株全氮積累量與其他各處理間差異不顯著。在成熟期，籽粒、莖、葉中全氮積累量分別占整株的64.4%、16.0%、17.4%，T4 的整株全氮積累量較T3 顯著增加44.5%，其他各處理間差異不顯著。表明推薦施肥量分2 層施用（T4）能促進玉米的氮素吸收和向籽粒中轉移，提升玉米整株全氮積累量。

圖2 不同施肥方式下的玉米氮素吸收與分配

圖3 表明，與氮養分積累規律相同，不同施肥方式下的植株全磷積累量在拔節期差異不顯著。在大喇叭口期，玉米莖和葉中的全磷積累量平均占整株的57.3%和42.7%，T4 的整株全磷積累量分別較T1、T2、T3、T6 顯著提升86.8%、73.3%、86.9%、128.7%，其他各處理間差異不顯著。在成熟期，籽粒、莖、葉中全磷積累量平均分別占據整株的71.9%、14.6%、11.2%，各處理間的整株全磷積累量差異不顯著。說明推薦施肥量分2 層施用（T4）在大喇叭口期促進磷素向莖中轉移，而成熟期促進磷素向籽粒中運輸。

圖3 不同施肥方式下的玉米磷素吸收與分配

圖4 表明，不同施肥方式下的植株全鉀積累量在拔節期差異不顯著。在大喇叭口期，玉米莖和葉中的全鉀積累量平均分別占整株的77.4%和22.6%，其中T4 的整株全鉀積累量分別較T2 和T3顯著提高65.0%和61.4%，T5 分別較T2 和T3 顯著提高41.6%和38.5%，其他處理間差異不顯著。在成熟期，籽粒、莖、葉中全鉀積累量平均分別占整株的12.4%、69.7%、12.6%，T4 的整株全鉀積累量較T2 和T3 分別顯著提升65.7%和64.7%，其他各處理間差異不顯著。表明推薦施肥量分2 層施用（T4）促進鉀素向莖中轉移，進而提高整株鉀素積累量。

圖4 不同施肥方式下的玉米鉀素吸收與分配

2.4 夏玉米產量及其構成因素對不同施肥方式的響應

表4 表明，各施肥處理玉米成熟期果穗穗長、穗粗、百粒重間均無顯著差異。果穗禿尖長差異顯著，其中T4 較T3、T6 分別顯著降低禿尖長6.2、6.1 mm，T5 較T3、T6 分別顯著降低禿尖長5.8、5.6 mm。T4 玉米穗粒數分別較T3、T6 顯著提高28.8%、34.4%，與其他處理間差異不顯著。各施肥處理夏玉米產量差異顯著，其中T4 較T2、T3、T6平均分別顯著提高30.4%、47.4%、34.3%，T5 較T3 平均顯著增產27.4%。表明不同施肥方式對玉米產量形成有顯著影響，其中推薦施肥量分2 層施用（T4）與推薦施肥量分3 層施用（T5）能降低玉米果穗禿尖長，提高玉米穗粒數，促進增產。

表4 不同施肥方式下的玉米產量及其構成因素

3 討論

科學合理的施肥方式能夠提高土壤肥力，提升玉米根系活力，促進玉米對養分的吸收利用，增加干物質積累量，提高產量［8，15-16］。本文顯示，推薦施肥量分2 層施用處理（T4）的玉米干物質積累量、養分吸收積累量及產量指標均較優，推薦施肥量分3 層施用處理（T5）次之。與農民習慣施肥量在5 ～15 cm 施用（T6）相比，T4、T5 處理的成熟期干物質積累量平均增加13.1%～30.4%（圖1），15 ～25 cm 根系活力平均提升47.8%～58.6%、25 ～35 cm 根系活力平均提升23.3%～40.3%（表3），成熟期植株氮和鉀素積累分別提高5.7%～30.6%和7.7%～26.4%，平均增產16.0%～34.3%?？蒯尰蕽M足玉米后期對養分的需求，減少追肥人力投入；有機肥分解雖緩慢，具有長效性，不能滿足作物快速生長期對養分的需求，但配施化肥不僅滿足作物生長獲得較高的產量，而且能夠降低氮磷鉀養分的淋失風險［17-18］。玉米生育前期根系較淺，表層土壤中的養分足夠提供養分，肥料深施可以促進其根系下移，減緩深層根系衰老，15 ～25、25 ～35 cm 土層施用無機肥和生物有機肥為深層玉米根系提供養分，不僅有利于15 ～35 cm 土壤養分和結構的改善，還促進根系磷鉀肥吸收效率，減少表層磷鉀肥的固定，促進玉米干物質量積累［8，19］。侯云鵬等［15］在研究中也發現玉米中后期的氮、磷、鉀積累更有利于玉米產量的形成，促進增產。推薦施肥量施在5 ～15 cm（T1）與T6 相比，成熟期玉米干物質量提高6.6%，全磷養分積累量增加21.5%，5 ～15 cm 根系活力提升7.3%，增產13.0%，主要因為農民習慣施肥注重施氮肥，少施磷、鉀肥，推薦施肥采用緩釋氮肥與有機肥，提升了玉米氮磷鉀養分積累量，達到增產。推薦施肥量在15 ～25 cm 施用（T2）與T6 相比，15 ～25、25 ～35 cm 根系活力分別提高35.1%、14.7%。推薦施肥量在25～35 cm 施用（T3）的根系活性、氮磷鉀養分積累量及產量均較其他各處理無優勢，主要由于施肥位置較深，無法保證前期玉米對養分的需求量，進而影響玉米產量［20］。

4 結論

推薦施肥量分2 層施用（推薦施肥量一半氮肥施在5 ～15 cm，另一半氮肥和全部磷鉀肥、生物有機肥施在15 ～25 cm）是較為適宜的施肥方式，能有效促進玉米各土層根系脫氫酶活性，提高玉米干物質與氮磷鉀養分積累量，增產效果顯著；推薦施肥量分3 層施用的T5 效果次之。