氮素形态调控对春玉米生长发育、产量和品质的影响

姜佰文，高 强，王春宏，张 迪，高 飞，邓宏志，徐赫男

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨150030；2.黑龙江农业经济职业学院，黑龙江牡丹江157041）

玉米作为我国第二大农作物，东北地区春玉米及华北地区夏玉米总种植面积占全国61%[1]。不合理施氮可使玉米产量与氮肥利用率降低，造成资源浪费与环境污染，影响农业可持续发展[2]。因此，应科学合理施肥并调整肥料配比，提高土壤供氮能力，实现肥料最大化与高效利用。孙占祥等研究施用氮素量对玉米产量及土壤硝态氮累积与氮素利用效率之间关系与潜在影响[3]。李广浩等研究氮肥用量对夏玉米品种产量及氮素利用效率的影响[4]。刘剑钊等研究不同氮肥施用水平对春玉米产量的影响[5]。岳克、高肖贤等研究氮肥对玉米产量与氮素利用的影响及不同施氮量对夏玉米产量和氮素利用的影响[6-7]。目前，深入研究氮素形态对春玉米生理变化影响较少，本文利用田间定位试验，研究不同氮素养分调控对东北地区春玉米根系、生长发育及产量和品质等方面影响，探索适合实际田间生产的氮肥形态和比例，了解不同氮肥形态对东北春玉米的响应，分析不同处理下春玉米增产原因，为制定合理施肥方法提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试春玉米品种为中禾188，试验地点为黑龙江省哈尔滨市呼兰区大用镇沈八村试验基地。

1.2 供试肥料

氮肥为尿素（N：46%）、硫酸铵（N：20%）；磷肥为磷酸一铵（N：11%；P2O5：44%）、磷酸二铵（N：18%；P2O5：46%）；钾肥为氯化钾（K2O：60%）。

1.3 供试土壤

供试土壤为黑土，基础肥力：碱解氮109.5 mg·kg-1，速效磷36.2 mg·kg-1，速效钾175.6 mg·kg-1，有机质37.6 g· kg-1，pH 6.37。

1.4 方法

2015～2018年间，采用长期定位试验，共5种处理，具体试验设计如表1所示。每项各处理9垄（垄长6 m，垄宽0.65 m，面积23.4 m2），保苗数6.0万株·hm-2。将磷肥与钾肥一次性施入，其中氮肥50%为基肥，50%为追肥。

1.5 测定项目及方法

在玉米不同生育期，即苗期、拔节期、大喇叭口期、抽雄吐丝期、灌浆期、完熟期，通过田间观测与样苗采集，选取代表性植株3～5株（苗期30株），分别烘干处理叶片、茎秆、叶鞘、穗部营养体及籽粒各器官，存储备用。

根系取样：采用长方形样方分层取样方法，选取其中同行植株3株，确保样本长势均匀且连续，在长宽各向外1/2株距长度上分层挖取根系，苗期与拔节期每层均20 cm深，大喇叭口期后挖深60 cm，将根系与土壤带回实验室，清洗根系，清理杂质并吸干水分后测定各项指标。

1.5.1 根系特性测定方法

根系相关参数由黑龙江省农业科学院提供的根系扫描仪（加拿大Regent公司）测定，在30 cm×40 cm树脂玻璃槽内放置5组根系样品，注水3～4 mm深，待根系逐渐散开后，双面光源扫描根系，根系图软件（WinRHIZO-2004a）分析扫描结果，获得相关根系参数。

1.5.2 根系活力测定

TTC法，3次重复，用WFJ-2000型分光光度计测定，利用标准曲线计算根系活力，得出根系活力值。

1.5.3 叶面积测定

采用长宽系数法测量单株叶面积

式中，L为叶片长度，W为叶片宽度。

1.5.4 产量测定

取长势均匀、面积10 m2的所有玉米植株，摘穗晒干后脱粒测产。

1.5.5 品质测定

使用近红外分析仪（Perten8620）测定品质。

表1 试验设计Table 1 Experiment design

1.5.6 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 19.0软件处理数据以及后续分析，试验数据为不同年份平均值。

2 结果与分析

2.1 氮素形态调控对春玉米苗期根系形态的影响

图1与表2表明，A2、A3、A4、A5处理下，根长、根部表面积、根部总体积、总须根数量均比A1增加，达显著差异。A2处理根长、根部表面积、根部总体积、总须根数等参数与其他处理结果差异显著。A2根系总长比A3高3.0%、比A4高19.2%、比A5高26.4%、比A1高82.1%。A2根系总体积比A3高12.1%、比A4高21.5%、比A5高24.2%、比A1高180.5%。说明在一定程度上，此肥料配比可在一定程度上满足根部生长所需，营养元素较丰富，促进根部生长。由此可知，处理后根表型为A2＞A3＞A4＞A5＞A1。

2.2 氮素形态调控对春玉米苗期根系活力的影响

当春玉米5叶期时，每隔4 d测定根系活力，随春玉米幼苗生长，不同处理根系活力逐渐增强。从表3可以看出，0 d时春玉米幼苗根系活力：A2＞A3＞A1＞A4＞A5，4 d时春玉米幼苗根系活力：A2＞A3＞A1＞A3＞A4＞A5，8 d时春玉米幼苗根系活力：A2＞A3＞A4＞A1＞A5，12 d时春玉米幼苗根系活力：A2＞A1＞A4＞A5＞A1。说明春玉米幼苗根系活力与肥料形态有关。A2处理（尿素+磷酸二铵）根系活力最大，与A3（硫酸铵+磷酸二铵）和A5（硫酸铵+磷酸一铵）处理差异显著。说明在根系生长过程中，不同形态氮肥和磷肥科学组合更有利于促进根系生长并提高根系活力。因此，在玉米等作物专用肥料配方设计和生产时，要充分考虑氮磷肥料种类，优化肥料配方，提高肥料利用效率。

图1 春玉米苗期扫描根系图像Fig.1 Scanning root images of spring maize at seedling stage

2.3 氮素形态调控对春玉米叶片和茎干重的影响

由表4得出，A2处理春玉米叶片和茎干重和其他处理相比，均达显著差异，成熟期A2处理叶片干物质积累量分别比A1、A3、A4和A5处理增加15.3%、5.8%、30.2%和15.1%。氮肥种类和用量对春玉米叶片和茎干重影响较大，其中应用尿素效果优于硫酸铵。A2处理肥料比例更有利于春玉米生长，促进干物质积累与运输。

表2 氮素形态调控对春玉米幼苗根系相关参数的影响Table 2 Effects nitrogen form regulations on roots related parameters of spring maize

表3 氮素形态调控对春玉米幼苗根系活力的影响Table 3 Effect of nitrogen form regulations on roots activity of spring maize seedling

表4 氮素调控对春玉米叶片和茎干重的影响Table 4 Effect to nitrogen form regulations on the leaf and stem dry weight of spring maizes

2.4 氮素形态调控对春玉米平均茎粗、茎长的影响

表5为不同处理下不同时期平均茎粗与茎长，5组处理中，A2（尿素+二铵）处理的茎粗和茎长与A1、A4、A5差异显著，说明A2处理下春玉米植株抗倒伏能力较强。由表5可以看出，各时期平均茎粗：A2＞A3＞A1＞A4＞A5，各时期平均茎长：A2＞A3＞A1＞A4＞A5。

2.5 氮素形态调控对春玉米叶面积的影响

由表6可以看出，5组处理中，施肥处理A2、A3、A4、A5与对照处理A1相比，叶面积达显著差异，不同时期春玉米叶面积均不同程度增加。不同氮素养分调控相比，A2处理的叶面积最大，且与对照相比差异显著，增加幅度较大，说明A2处理在促进春玉米植株生长发育上可提供合理的作物肥料比例和类型。不同处理对叶面积影响趋势A2＞A4＞A3＞A5＞A1。

2.6 氮素养分调控对春玉米植株根冠比的影响

由表7可以得出，从0～24 d，A2处理的根冠比高于其他处理，但差异未达显著水平。说明A2处理有利于春玉米根系和地上部协调生长。

表5 氮素调控对春玉米平均茎粗、茎长的影响Table 5 Effects of nitrogen form regulations on the average stem diameters and stem lengths of spring maizes

表6 氮素调控对春玉米叶面积的影响Table 6 Effects of nitrogen form regulations on the leaf area of maize seedling(cm2)

表7 氮素形态调控对春玉米幼苗根冠比的影响Table 7 Effects of nitrogen form regulations on the spring maize seedling root shoot ratio

2.7 氮素形态调控对春玉米产量和品质的影响

由表8可以看出，处理A2和A4产量增加效果优于A3和A5，其中A2处理产量最高，同处理A1相比，产量提高30.6%；处理A4增产效果较明显，比A1处理产量提高27.8%；处理A3、A5比A1分别增产13.0%和11.2%。由此可见，施用不同形态氮肥增加春玉米产量，主要体现在穗粒数增多，千粒重与出籽率高于其他施肥处理。

春玉米产量及产量构成因素相关系数排序：行粒数（0.95）＞出籽率（0.94）＞穗重（0.90）＞穗粒数（0.85）＞穗长（0.83）＞百粒重（0.78）＞穗行数(0.62）。相关结果分析显示，影响春玉米产量主要因素包括行粒数、出籽率、穗重、穗长、千粒重、穗行数，对产量具有一定影响。

表8 春玉米产量与产量构成因素的相关性Table 8 Correlation analysis of spring maize yield and yield components

表9列出5组处理春玉米籽粒淀粉、含水量、粗脂肪及粗蛋白含量，其中A2和A3处理较其他处理达显著差异。与对照A1相比，处理A2和A3粗淀粉含量分别增加1.5%和1.2%。A2与A3处理间差异不显著。处理A4和A5分别比对照降低0.5%和0.9%，二者差异显著。从粗脂肪含量上看，处理A2含量最高，A3次之，差异不显著，但均高于无肥对照，处理A4和A5含量较低，差异显著，且均低于无肥对照试验。粗蛋白含量和含水量变化趋势与粗脂肪含量一致。5种处理大体趋势为A2＞A3＞A1＞A4＞A5，说明较高含量的铵态氮肥并未影响春玉米品质，而磷肥形态可能降低春玉米籽粒品质。

表9 氮素形态调控对春玉米品质的影响Table 9 Effects of nitrogen form regulations on the quality of spring maize

3 讨论

氮素形态调控对春玉米产量和品质影响研究表明，合理施肥可有效提高春玉米产量及品质。本试验结果表明，施用氮肥处理A2、A3、A4、A5均达不同程度增产，春玉米穗粒数增多、千粒重、出籽率高是优化施肥并增产的主要表象，A2处理（尿素与磷酸二铵）产量增幅最高、品质最优。

目前不同形态氮素对籽粒营养品质影响研究较少。马新明等研究表明，酰铵态氮处理下强筋型小麦豫麦34籽粒蛋白质含量最高，其蛋白含量与麦谷蛋白/醇溶蛋白比最大[8]。吴秀菊等研究表明，比较18种春小麦品种，酰铵态氮更有利于植株醇溶蛋白与其他部分形成有效积累，与本研究结论一致[9]。尹静等认为氮肥形态对淀粉组成与积累的调节效应因品种差异而异，且对支链淀粉的调节效应高于直链淀粉[10]。唐晓清等发现，通过酰胺态氮影响菘蓝主根直径促进菘蓝生长，铵态氮、硝态氮、酰胺态氮配合施用增加高菘蓝叶绿素含量，与本研究结果一致[11]。熊淑萍等指出，酰胺态氮促进小麦根际土壤有机氮分解，有利于小麦根系吸收与利用[12]。营养元素浓度过高和速效N、P、K浓度过高，会抑制苗期根生长，减弱根系活力。本试验中尿素与磷酸二铵混合配施效果最佳，尿素作为酰胺态氮对春玉米的生长发育有益，而磷酸二铵可壮苗、抗旱、抗倒伏、减少空秆率，增加春玉米穗数。另一方面，铵态氮肥易吸附于土壤胶体中，高浓度铵态氮易对作物产生毒害，作物对铵态氮过量吸收，抑制钙、镁、钾吸收受。上述原因使酰胺态氮肥对春玉米生长发育、产量和品质的作用效果显著优于铵态氮肥。

4 结论

氮素形态调控试验研究表明，施用尿素效果好于硫酸铵，尿素+磷酸二铵+氯化钾处理对促进春玉米生长发育、提高产量和品质效果最佳。尿素+磷酸二铵处理显著优化春玉米根表形态，提高根系活力，促进根系发育，增加春玉米叶面积总量及叶片、茎干重、茎粗和茎长，且增加玉米穗粒数、千粒重和出籽率，提高春玉米产量和品质。