氮肥一次性基施对夏播鲜食甜玉米产量、品质和氮素利用效率的影响

刘 威 周剑雄 谢媛圆 张 旭 熊又升 徐祥玉 袁家富 熊汉锋

（1湖北省农业科学院植保土肥研究所/国家土壤质量洪山观测实验站/农业农村部废弃物肥料化利用重点实验室，430064，湖北武汉；2鄂州职业大学，436000，湖北鄂州）

鲜食玉米又称菜用玉米、果蔬玉米或餐桌型玉米，是指在乳熟期采摘果穗、用于加工或直接食用的玉米品种，根据品质类型可分为甜玉米、糯玉米和甜糯玉米等[1]，是和普通玉米同为一属的不同亚种。其中甜玉米的蛋白质含量、含糖量及维生素含量比普通玉米高，且口感好、易于消化，深受广大消费者的喜爱[2]。氮素是影响鲜食玉米产量和品质的重要因素之一，合理的氮素管理是提高鲜食玉米产量、品质和经济效益的重要技术措施[3]。目前在鲜食玉米生产中，农民习惯采取复合肥基施与普通尿素追施结合的方式[4]，但是由于劳动力短缺和用工成本上升等，种植业机械化程度不断提高，迫切需要探索出一套省工省力、节本增效的轻简化施肥技术[5]。

控释氮肥作为一种新型肥料，最大特点是通过一定技术可根据作物对养分的需求控制其养分释放模式，实现肥料养分释放与作物养分需求基本同步[6]。施用控释氮肥可以减少氮素损失，提高氮肥利用率[7-8]，并且可以减少施肥次数，节省劳力[9]。已有研究表明，控释尿素在水稻[10-11]、小麦[12-13]及玉米[14]等作物上有良好的应用效果。随着成本的下降和政策支持，缓控释肥已逐渐成为传统常规肥料的重要替代产品。鲜食玉米作为近年来在湖北省快速发展起来促进农业增效、农民增收的新兴产业，与之配套的轻简化高效施肥技术和新型肥料产品的研发与应用尚少见报道[15]。为此，本研究通过2年田间试验，比较了不同施氮处理对鲜食甜玉米产量、籽粒品质以及氮素吸收利用的影响，探讨控释尿素和普通尿素一次性施用在湖北省夏播鲜食甜玉米上的应用效果，为该地区鲜食甜玉米轻简化栽培和氮肥高效管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2016-2017年连续2年在湖北省鄂州市鄂城区杜山镇进行田间试验，2016年在路口村（114°46′ E，30°22′ N），2017 年在下王村（114°45′ E，30°21′ N），两地仅相隔1.8km。供试土壤类型均为潮土，试验前测定0～20cm土层土壤基础理化性质，结果见表1。该区域属于亚热带季风气候区，年均降雨量1303.7mm，年均气温17.1℃。相对于该地区多年平均气候状况，2016年夏播鲜食玉米生育期内的总降雨量偏少，仅272mm，尤其在2016年8月中旬至9月底降雨持续偏少，出现比较严重的旱情，而在2017年夏播鲜食玉米生育期内的总降水量较大，为530mm，降雨频繁，且多次出现极端降雨现象。

表1 2016和2017年田间试验土壤基础理化性质Table 1 Topsoil physical and chemical properties of experiment fields in 2016 and 2017

1.2 试验设计

设4个处理，N0：不施氮；CUS：普通尿素分次施用，基肥︰追肥=3︰2；CUB：普通尿素一次性基施；CRUB：等氮量的控释尿素一次性基施。每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积20m2。除不施氮处理外，各处理氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）施用量相同，分别为180、45和90kg/hm2。供试肥料分别为控释尿素（一种高分子包膜肥料，由华南农业大学研制提供，N 44%，控释期为60d）、普通尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O516%）和硫酸钾（K2O 51%）。除CUs处理外，所有肥料均在播种前一次性作为基肥在2行玉米中间开沟条施，然后翻盖入土，施肥深度为当地施肥习惯 5～8cm。CUs处理在孕穗期进行穴施追肥。鲜食玉米2年种植密度均为50 000株/hm2。采用起畦宽窄行种植方式，畦宽2.4m，每畦种植4行，宽行间距80cm，窄行间距40cm，株距33.3cm。

2016年玉米品种为佛甜2号，于2016年7月31日整地，8月1日施肥，8月4日播种，10月18日收获；2017年玉米品种为金甜678，于2017年8月1日整地、施肥，8月3日播种，10月19日收获。田间其他管理措施均按照当地生产实际进行，并适时进行病虫害防治。

1.3 测定指标及方法

试验开始前整个田块按“S”形取样法采集0～20cm土层土样，采用常规方法测定土壤养分状况[16]。在鲜食玉米乳熟收获期（花后25d），每个小区采收40个果穗进行测产，根据种植密度折算鲜果穗产量。然后每个小区根据平均鲜穗重及大小穗比例，从中选取有代表性的10个玉米果穗，测量穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数和百粒鲜重等指标。并采集具有代表性整株样品3株，分成叶片、茎（含叶鞘）、雄穗、苞叶、穗轴和籽粒6个部分，于105℃杀青 30min，75℃烘干、称重，粉碎后经浓 H2SO4-H2O2消煮后用流动分析仪测定全氮含量[17]。

采集混匀后的新鲜籽粒样品分别采用蒽酮比色法、3, 5-二硝基水杨酸比色法、2, 6-二氯靛酚滴定法和考马斯亮蓝染色法测定可溶性糖、还原性糖、维生素C和可溶性蛋白质含量[18]；并测定皮渣率[19]，具体步骤为：称取60～100g鲜籽粒2份等重混匀，1份放入70℃鼓风烘箱中烘干至恒重（M1），另 1份放入豆浆机中高速打磨 4～5次，每次打磨15s，直至渣与浆彻底分离，将磨碎的玉米浆、渣全部转移到预先称重（M2）的0.25mm分样筛中，用细水流不断冲洗分样筛中的玉米皮渣，直至冲洗出的水澄清为止。将分样筛连同皮渣一起放入 70℃鼓风烘箱中烘干至恒重，冷却后称重（M3）。相关指标计算公式如下：

皮渣率（%）=[(M3-M2)/M1]×100；氮肥偏生产力（NPFP，kg/kg）=施氮处理鲜穗产量/施氮量；氮肥农学效率（NAE，kg/kg）=（施氮处理鲜穗产量–不施氮处理鲜穗产量）/施氮量；氮肥表观利用率（NUE，%）=[（施氮处理地上部氮吸收量–不施氮处理地上部氮吸收量）/施氮量]×100。

1.4 数据处理

采用 Excel 2010进行数据计算与整理；运用Origin 8.0软件绘图；运用SPSS 16.0软件作方差分析，采用最小显著差异法（LSD）检验差异显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理对鲜食甜玉米产量和果穗性状的影响

由表2可知，与不施氮（N0）处理相比，施氮处理2年中均显著提高了鲜穗产量，2016和2017年平均增幅分别为20.09%和23.37%。氮肥施用通过增加甜玉米穗长、穗粗、行粒数和穗粒数提高鲜穗产量。不同施氮处理对穗行数和百粒鲜重无显著影响。与N0相比，各施氮处理中均是CRUB处理的鲜穗产量增幅最大，2016和 2017年分别为22.03%和26.39%；其次是CUS处理，增幅分别为21.10%和25.97%；而CUB处理的鲜穗产量增幅最低，分别为17.14%和17.77%。CRUB处理2年的鲜穗产量略高于CUS处理，差异均不显著。在2016年，CRUB和 CUS处理的鲜穗产量略高于 CUB处理，差异不显著；而在2017年，CRUB和CUS处理较 CUB处理的鲜穗产量分别增加了 7.32%和6.96%，差异显著。结果表明，与普通尿素一次性施用相比，控释尿素一次性施用可以提高鲜食甜玉米的鲜穗产量。而与农户习惯的普通尿素分次施用相比，控释尿素一次性施用可以保障鲜食甜玉米的鲜穗产量不减少，并且略有增加。

表2 不同施氮处理对鲜食甜玉米产量和果穗性状的影响Table 2 Effects of different nitrogen fertilization treatments on yield and ear traits of fresh sweet corn

2.2 不同施氮处理对鲜食甜玉米籽粒品质的影响

由表3可知，2年的鲜食甜玉米籽粒各品质指标值因供试品种和气候条件的不同而有所差异。2016年鲜食甜玉米籽粒中的可溶性糖和还原性糖含量要高于2017年，而可溶性蛋白质含量要低于2017年。2年鲜食甜玉米的皮渣率和籽粒中的维生素C含量比较接近。与N0处理相比，施氮处理2年的皮渣率、可溶性糖、还原性糖和维生素C含量均有增加趋势，但是差异均不显著。在 2017年，CRUB处理籽粒可溶性蛋白质含量显著高于其他施氮处理；但在2016年，不同施氮处理间籽粒可溶性蛋白质含量无显著差异。

表3 不同施氮处理对鲜食甜玉米籽粒品质的影响Table 3 Effects of different nitrogen fertilization treatments on grain quality of fresh sweet corn

2.3 不同施氮处理对鲜食甜玉米各部位氮素积累的影响

由图1可知，鲜食甜玉米乳熟收获期的氮素积累主要在叶片中，其次是籽粒，然后是茎秆+茎鞘，而苞叶、穗轴及雄穗的占比较少。不同施氮处理对各器官的氮素积累量有显著影响。与N0处理相比，各施氮处理均在不同程度上提高了各部位及植株总的氮素积累量。与N0处理相比，各施氮处理均显著提高了鲜食甜玉米氮素总积累量，2016年的增幅为30.53%～50.27%，2017年为39.66%～57.67%。各施氮处理中，2年中以CUB处理的氮素总积累量均是最低，其次是 CUS处理，CRUB处理最高。CRUB处理在2年中氮素总积累量显著高于CUB和CUS处理，其中在2016年主要是显著提高茎秆+茎鞘部位的氮素总积累量，而在 2017年主要是显著提高了叶片和雄穗部位的氮素积累量。此外，2年里CRUB处理的籽粒氮素积累量均是显著高于CUB处理。

图1 不同施氮处理对鲜食甜玉米各部位氮素积累的影响Fig.1 Effects of different nitrogen fertilization treatments on nitrogen accumulation amount of fresh sweet corn

2.4 不同施氮处理对鲜食甜玉米氮肥利用效率及经济效益的影响

由表4可知，在2年里CRUB处理的氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和氮肥表观利用率均为最高，而CUB处理的氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和氮肥表观利用率均是最低，表明施用控释尿素对于提高氮肥利用效率的效果较好。与 CUB处理相比，CRUB处理2年的氮肥表观利用率分别显著增加了9.38和8.17个百分点。CRUB处理在2017年的氮肥偏生产力和氮肥农学利效率显著高于 CUB处理，但2016年差异均不显著。与CUS处理相比，CRUB处理2年的氮肥偏生产力、氮肥农学利用率和氮肥表观利用率均有增加的趋势，其中2017年的氮肥表观利用率较CUS处理显著增加了3.92个百分点。经济效益分析表明，与不施氮（N0）处理相比，施用氮肥后可以提高种植鲜食甜玉米的产值和增加效益。与施普通尿素的CUB和CUS处理相比，施控释尿素的CRUB处理氮肥施用成本略有增加，但是劳动力成本有所降低，鲜食甜玉米的产值明显增加，从而使鲜食甜玉米种植效益增加。2年中 CRUB处理分别较 CUB处理增收 845和 1902元/hm2，分别较CUS处理增收287和165元/hm2。

表4 不同施氮处理下的氮肥利用效率及经济效益比较Table 4 Comparison of nitrogen use efficiency and economic benefit under different nitrogen fertilization treatments

3 讨论

轻简化栽培是我国农业种植技术发展的必然趋势，其中新型肥料的研发与应用是其重要技术途径之一[16,20]。许多研究[10-13]表明，采用控释尿素作为氮肥可以实现农作物一次性施肥，并满足整个生育期内作物对养分的需求，达到稳产甚至增产的作用效果。本研究结果表明，与普通尿素分次施用相比，一次性施用控释尿素对鲜食甜玉米的果穗各性状指标的差异均不显著，不会影响鲜食甜玉米果穗的正常生长发育，并且鲜穗产量、产值和经济效益较农民习惯的普通尿素分次施用均有增加。可见一次性施用控释尿素作基肥可以在保证鲜食玉米稳产不减产的基础上起到减少施肥次数和增加农民种植效益的作用，这与前人研究[10,21]结果一致。

本研究表明，一次性施用控释尿素处理2年的植株氮素吸收积累量显著高于一次性施用普通尿素和分次施用普通尿素处理。施用控释尿素能够增加作物对氮素养分的吸收，这与控释尿素缓慢释放养分的特性密切相关[22]。控释尿素能够通过在土壤中逐步释放平衡作物吸收与养分供应之间的关系，降低氮素损失和提高氮素利用效率[9,14]。本研究中，控释尿素在2017年的施用效果明显好于2016年，可能与供试品种、田块土壤条件以及2年生长期间的降雨和温度等环境因素差异有关。为了更好地指导鲜食甜玉米轻简化生产，控释尿素的施用还需要结合其他田间管理优化措施开展进一步的研究，例如肥料合理深施[23]、适宜的种植密度[24]和合理水分管理[25]等，实现轻简化施肥的同时达到增产增效的目标。

鲜籽粒品质是鲜食玉米经济价值的重要决定因素[1,9]。本研究选择了皮渣率、可溶性糖、还原糖、维生素 C和可溶性蛋白质等关键品质指标进行研究，发现不同氮肥类型仅对可溶性蛋白质含量有影响，其中一次性施用控释尿素处理在2017年较施用普通尿素显著增加了鲜籽粒中可溶性蛋白质含量，这与安文博等[9]的研究结果吻合。鲜籽粒中可溶性蛋白质含量增加的原因可能与施用控释尿素后在生育后期能保证充足的氮素供应有关[23]。本研究中不同施氮处理在 2016年干旱年份对鲜食玉米各品质指标均无显著影响。2年结果不一致的原因可能是由于鲜食玉米的品质形成不仅与养分供应有关，同时受到品种、基因、水分和气候等诸多因素的综合影响[26-28]，其详细机理还有待深入研究。

4 结论

在推荐施氮量（180kg N/hm2）和一次性基施条件下，与普通尿素相比，施用控释尿素可以增加鲜食甜玉米的鲜穗产量，显著提高植株地上部尤其是籽粒和叶片部位对氮素的吸收量，显著提高氮肥利用率。在推荐施氮量（180 N kg/hm2）条件下，与农民习惯的分次施用普通尿素相比，控释尿素一次性基施在减少施肥次数的同时，保障鲜食甜玉米产量，显著增加植株氮素总吸收量，并有提高氮肥利用效率和增加鲜籽粒中可溶性蛋白质含量的趋势。从轻简化栽培、保证产量品质和提高氮素利用效率等方面综合考虑，在湖北省夏播鲜食甜玉米生产上采用控释尿素一次性基施是一种可行的轻简化氮素施用方式。