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作者简介:

马阳(1993-),男(回族),宁夏吴忠人,博士研究生,主要从事土壤养分化学与调控研究。E-mail:63999319@qq.com。

通讯作者:

彭正萍,E-mail:pengzhengping@sina.com。

参考文献 1
闫湘,金继运,何萍,等.提高肥料利用率技术研究进展 [J].中国农业科学,2008,41(2):450-459.
参考文献 2
张福锁,王激清,张卫峰,等.中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J].土壤学报,2008,45(5):915-924.
参考文献 3
尹宝重,甄文超,马燕会,等.深松一体化播种对夏玉米农田土壤水热特征及微生物动态的影响[J].中国生态农业学报,2015,23(3):285-293.
参考文献 4
Meng Q F,Chen X P,Zhang F S,et al.In-season rootzone nitrogen management strategies for improving nitrogen use efficiency in high-yielding maize production in China[J].Pedosphere,2012,22(3):294-303.
参考文献 5
王宜伦,李潮海,谭金芳,等.超高产夏玉米植株氮素积累特征及一次性施肥效果研究[J].中国农业科学,2010,43(15):3151-3158.
参考文献 6
杨俊刚,高强,曹兵,等.一次性施肥对春玉米产量和环境效应的影响[J].中国农学通报,2009,25(19):123-128.
参考文献 7
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参考文献 8
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参考文献 9
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参考文献 10
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参考文献 11
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参考文献 12
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参考文献 13
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参考文献 14
邹琦.植物生理学实验指导[M].北京:中国农业出版社,2000.
参考文献 15
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参考文献 16
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参考文献 17
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参考文献 18
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参考文献 19
马阳,吴敏,郭献彬,等.新型耕作施肥方式下夏玉米田土壤水分分布和磷素利用研究[J].水土保持学报,2019,33(2):98-102.
参考文献 20
高建胜,董国豪,郭良海,等.施肥方式对夏玉米农艺性状及产量的影响[J].安徽农业科学,2019,47(1):151-153.
目录contents

    摘要

    采用盆栽试验方法研究夏玉米根系脱氢酶活性、植株氮磷钾养分吸收、干物质积累和产量对不同施肥方式的响应,以期为夏玉米合理施肥提供理论依据。结果表明:与农民习惯施肥(T6)比,推荐施肥量分 2 层施用的 T4 效果最佳,其成熟期干物质积累量增加 30.4%,氮、磷、钾养分吸收量分别提高 30.6%、28.5%、26.4%,增产 34.3%;推荐施肥量分 3 层施用的 T5 效果次之,其成熟期干物质积累量增加 13.1%,25 ~ 35 cm 根系脱氢酶活性显著提升 40.3%,氮、钾养分吸收量分别提高 5.7%、7.7%,增产 16.0%。推荐施肥量分层施用配施有机肥能满足玉米后期养分需求,促进根系下扎,有效促进各土层根系脱氢酶活性,提高干物质与氮、磷、钾养分积累量, 增产效果显著;综合以推荐施肥量分 2 层施用(推荐施肥量一半氮肥施在 5 ~ 15 cm,另一半氮肥和全部磷钾肥、 生物有机肥施在 15 ~ 25 cm)的处理较为合适。

    Abstract

    Pot experiment was adopted,and the responses of summer maize root dehydrogenase activity,the nutrient uptake of N,P and K,dry matter accumulation and yield to different fertilization methods were analyzed to provide theoretical basis for rational fertilization of summer maize.Results showed that compared with the traditional fertilization(T6),T4 (the recommended fertilization amount is divided into 2 layers)was the best.The dry matter accumulation of T4 increased by 30.4%,and the nutrient uptake of N,P and K increased by 30.6%,28.5% and 26.4%,respectively,and the yield increased by 34.3%.T5(the recommended fertilization amount is divided into 3 layers)was the second.The dry matter accumulation of T5 increased by 13.1%,the dehydrogenase activity of 25 ~ 35 cm increased by 40.3%,and the nutrient uptake of N and K increased by 5.7% and 7.7%,respectively,and the yield increased by 16.0%.The recommended fertilization combined with organic fertilizer can meet the nutrient requirements of maize in the late stage,promote the root system development,effectively promote the dehydrogenase activity of roots in various soil layers,increase the accumulation of dry matter and N,P and K nutrients,and increase the yield significantly.Overall,T4(half of the recommended amount of N fertilizer applied to 5 ~ 15 cm,the other half of the N fertilizer + the total P and K fertilizer + bio-organic fertilizer applied to 15 ~ 25 cm)processing is more appropriate.

  • 肥料是提高粮食产量、实现农业可持续发展的物质保障,为满足日益增长的粮食需求,增施化肥成为重要举措,但化肥不合理施用、有机肥未充分利用的现象普遍发生[1-2]。黄淮海地区夏玉米季高温多雨,农民习惯采用传统的“一炮轰”方式将肥料一次性施于土壤表层,这不仅导致养分随地表径流、淋溶、挥发等损失严重,而且降低肥料利用率,玉米生育后期有时也会出现脱肥早衰,造成不同程度的减产[3-4]

  • 研究表明夏玉米拔节-大喇叭口期和吐丝-灌浆期需肥量最多[5],浅施普通化肥的玉米在生长后期易出现养分供应不足,影响产量形成[6]。缓控释肥缓慢释放的特性有利于作物吸收利用,减少土壤淋失,提高化肥利用效率,实现作物高产高效[7]。化肥适当深施易于玉米根系吸收利用,增加单株根质量,显著提高根系活力,进而提高产量和肥效[8-9]。有机肥能培肥地力,但不能完全满足作物快速生长对养分的需求,而有机无机配施更有利于作物稳产高产,改善土壤肥力和提升肥料利用效率[10-11]

  • 目前关于夏玉米施肥方式的大部分研究主要针对施肥深度、肥料种类单因素对作物养分吸收及土壤质量等影响开展的[68],而且土壤养分也表现出上层高于下层的特征[12],玉米根系在0~40 cm土层比较密集,因此,本研究探讨了施肥深度、化肥种类及配施有机肥综合因素对夏玉米产量、根系活性及养分吸收的影响,为黄淮海夏玉米确定科学施肥方式提供理论依据。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 供试材料

  • 本试验于2018 年6 ~ 10 月在河北省邢台市宁晋县凤凰镇原种场进行。采用土壤盆栽方式进行, 盆的规格:口径65 cm,深度40 cm。供试夏玉米品种为郑单958,供试肥料为控释尿素(N 44%)、 过磷酸钙(P2O5 16%)、氯化钾(K2O 60%)和生物有机肥。供试土壤为壤质潮褐土,试验前0 ~ 15、 15 ~ 25、25 ~ 35 cm土层理化性质见表1。

  • 表1 供试土壤基本理化性质

  • 1.2 试验设计

  • 试验前在盆底均匀打5 个直径1 cm的小孔,并在底部铺上纱网,每盆装干土45 kg。试验共设6 个处理,分别为:T1-推荐施肥量施在5 ~ 15 cm;T2-推荐施肥量施在15 ~ 25 cm;T3-推荐施肥量施在25 ~ 35 cm;T4-推荐施肥量一半氮肥施在5 ~ 15 cm,另一半氮肥和全部磷钾肥、生物有机肥施在15 ~ 25 cm;T5-推荐施肥量一半氮肥施在5 ~ 15 cm,1/4 氮肥和1/2 磷钾肥、1/2 生物有机肥施在15 ~ 25 cm,1/4 氮肥和1/2 磷钾肥、1/2 生物有机肥施在25 ~ 35 cm;T6-农民习惯施肥量施在5 ~ 15 cm,每处理重复3 次,共54 盆(用于3 个生育时期的破坏性取样)。具体各处理的施肥深度和施肥量详见表2。本试验前期,对当地开展的农户夏玉米施肥调查结果显示,夏玉米农民习惯施N、P2O5 和K2O分别为300、75 和90 kg·hm-2,结合土壤养分、夏玉米目标产量和需肥特征,推荐施N、P2O5 和K2O分别为225、120 和150 kg·hm-2。盆栽施肥量为大田实际用量的2 倍,各施肥层次土壤与肥料混匀后装盆,从下往上按照原状土壤层次装盆、压实。后期浇水时间根据天气、土壤干湿状况灌溉到田间持水量的80%,各处理一致。2018 年6 月20 日装盆,22 日播种,每盆播种5 粒露白种子,7 月15 日间苗,每盆留长势一致的基本苗1 株,于10 月1 日收获。

  • 表2 各处理纯养分用量(g·盆 -1

  • 1.3 测定项目及方法

  • 地上部干物质量:在玉米生长的拔节、大喇叭口和成熟期,每个处理分别收获3 盆(重复),将地上部植物分为茎、叶、穗轴、籽粒4 部位分别进行采样,于105℃杀青30 min,75℃烘至恒重,称干重。

  • 地上部各器官养分: 将上述3 个时期的植物各器官干样磨碎混匀, 过1 mm筛。 采用H2SO4-H2O2 法消煮,消煮液用全自动间断化学分析仪测定其中的全氮含量,用钒钼黄比色法测定其中的全磷含量,用火焰光度法测定其中的全钾含量[13]

  • 玉米根系脱氢酶活性:在大喇叭口期,取植物样的同时将盆中土壤按照5 ~ 15、15 ~ 25、 25 ~ 35 cm进行切割,分别挑取各土层中的所有根系。将根系洗净,采用氯化三苯基四氮唑(TTC) 还原法进行根系脱氢酶活性的测定[14]

  • 产量及其构成因素:在成熟期,采集玉米果穗,并测量穗长、穗粗、秃尖长度及穗粒数。风干脱粒后测定百粒重及籽粒总重,采用烘干法测定籽粒含水量,折合并计算14%含水量的玉米籽粒产量。

  • 1.4 数据处理

  • 采用Excel 2010 进行数据的处理和相关图表绘制,使用SPSS 25.0 软件(Duncan)进行显著性检验,显著性水平均为0.05。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 夏玉米根系脱氢酶活性对不同施肥方式的响应

  • 表3 表明,各施肥处理不同土层根系脱氢酶活性存在明显差异。5 ~ 15 cm土层,T1 根系脱氢酶活性较T2、T3 分别显著提高38.8%、42.7%,其他处理间差异不显著。15 ~ 25 cm土层,各处理间根系脱氢酶活性差异不显著。25 ~ 35 cm土层,T5 根系脱氢酶活性分别较T1、T6 显著增加50.4%、 40.3%。说明不同施肥位置会影响各土层玉米根系脱氢酶活性,推荐施肥量在5 ~ 15 cm施用(T1) 显著提升5 ~ 15 cm土层根系脱氢酶活性,推荐施肥量分3 层施用(T5)显著提升25 ~ 35 cm土层根系脱氢酶活性。

  • 表3 不同施肥方式下的玉米根系脱氢酶活性

  • 注:同列数字后不同字母表示不同处理间差异达5%显著水平,下同。

  • 2.2 夏玉米干物质积累量对不同施肥方式的响应

  • 由图1 可知,从拔节至成熟期,各处理的干物质积累量逐渐增加,增加幅度为251.3 ~ 379.5 g·株 -1。在拔节期,T1 较T2 显著提高干物质积累量53.2%。在大喇叭口期,各处理干物质积累量差异显著,T4 干物质积累量平均分别较T2、T3、T6 显著提高31.5%、53.5%、30.5%,T1 和T5 较T3 分别显著提高39.3%和38.8%。在成熟期,T4 较

  • 图1 不同施肥方式下的夏玉米干物质动态积累量

  • 注:柱子上不同字母表示同一生育时期下不同处理间差异显著,达5%水平,下同。

  • T1、T2、T3、T6 干物质积累量平均分别显著增加22.3%、26.8%、50.1%、30.4%,T5 较T3 干物质积累量显著提高30.2%。T4 显著提高夏玉米后期干物质积累量,T5 处理次之,而T3 效果最差。

  • 2.3 夏玉米养分吸收对不同施肥方式的响应

  • 图2 表明,从拔节至成熟期,各处理的植株氮养分积累量逐渐增加,增加幅度为3.0 ~ 4.4 g·株 -1。 不同处理植株全氮积累量在拔节期差异不显著。在大喇叭口期,玉米全氮主要积累于茎,平均占整株的74.0%~ 87.6%,T4 的整株全氮积累量分别较  T2、T3、T6 增加67.7%、75.7%、53.5%,T1、T5 整株全氮积累量与其他各处理间差异不显著。在成熟期,籽粒、茎、叶中全氮积累量分别占整株的64.4%、16.0%、17.4%,T4 的整株全氮积累量较T3 显著增加44.5%,其他各处理间差异不显著。 表明推荐施肥量分2 层施用(T4)能促进玉米的氮素吸收和向籽粒中转移,提升玉米整株全氮积累量。

  • 图2 不同施肥方式下的玉米氮素吸收与分配

  • 图3 表明,与氮养分积累规律相同,不同施肥方式下的植株全磷积累量在拔节期差异不显著。在大喇叭口期,玉米茎和叶中的全磷积累量平均占整株的57.3%和42.7%,T4 的整株全磷积累量分别较T1、T2、T3、T6 显著提升86.8%、 73.3%、86.9%、128.7%, 其他各处理间差异不显著。在成熟期,籽粒、茎、叶中全磷积累量平均分别占据整株的71.9%、14.6%、11.2%,各处理间的整株全磷积累量差异不显著。说明推荐施肥量分2 层施用(T4)在大喇叭口期促进磷素向茎中转移,而成熟期促进磷素向籽粒中运输。

  • 图3 不同施肥方式下的玉米磷素吸收与分配

  • 图4 表明,不同施肥方式下的植株全钾积累量在拔节期差异不显著。在大喇叭口期,玉米茎和叶中的全钾积累量平均分别占整株的77.4%和22.6%,其中T4 的整株全钾积累量分别较T2 和T3 显著提高65.0%和61.4%,T5 分别较T2 和T3 显著提高41.6%和38.5%,其他处理间差异不显著。 在成熟期,籽粒、茎、叶中全钾积累量平均分别占整株的12.4%、69.7%、12.6%,T4 的整株全钾积累量较T2 和T3 分别显著提升65.7%和64.7%,其他各处理间差异不显著。表明推荐施肥量分2 层施用(T4)促进钾素向茎中转移,进而提高整株钾素积累量。

  • 图4 不同施肥方式下的玉米钾素吸收与分配

  • 2.4 夏玉米产量及其构成因素对不同施肥方式的响应

  • 表4 表明,各施肥处理玉米成熟期果穗穗长、 穗粗、百粒重间均无显著差异。果穗秃尖长差异显著,其中T4 较T3、T6 分别显著降低秃尖长6.2、 6.1 mm,T5 较T3、T6 分别显著降低秃尖长5.8、 5.6 mm。T4 玉米穗粒数分别较T3、T6 显著提高28.8%、34.4%,与其他处理间差异不显著。各施肥处理夏玉米产量差异显著,其中T4 较T2、T3、T6 平均分别显著提高30.4%、47.4%、34.3%,T5 较T3 平均显著增产27.4%。表明不同施肥方式对玉米产量形成有显著影响,其中推荐施肥量分2 层施用(T4)与推荐施肥量分3 层施用(T5)能降低玉米果穗秃尖长,提高玉米穗粒数,促进增产。

  • 表4 不同施肥方式下的玉米产量及其构成因素

  • 3 讨论

  • 科学合理的施肥方式能够提高土壤肥力,提升玉米根系活力,促进玉米对养分的吸收利用, 增加干物质积累量,提高产量[815-16]。本文显示, 推荐施肥量分2 层施用处理(T4) 的玉米干物质积累量、养分吸收积累量及产量指标均较优,推荐施肥量分3 层施用处理(T5)次之。 与农民习惯施肥量在5 ~ 15 cm施用(T6) 相比,T4、T5 处理的成熟期干物质积累量平均增加13.1%~ 30.4%(图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),成熟期植株氮和钾素积累分别提高5.7%~ 30.6%和7.7%~ 26.4%,平均增产16.0%~ 34.3%。控释化肥满足玉米后期对养分的需求,减少追肥人力投入;有机肥分解虽缓慢,具有长效性,不能满足作物快速生长期对养分的需求,但配施化肥不仅满足作物生长获得较高的产量,而且能够降低氮磷钾养分的淋失风险[17-18]。 玉米生育前期根系较浅,表层土壤中的养分足够提供养分,肥料深施可以促进其根系下移,减缓深层根系衰老,15 ~ 25、25 ~ 35 cm土层施用无机肥和生物有机肥为深层玉米根系提供养分,不仅有利于15 ~ 35 cm土壤养分和结构的改善,还促进根系磷钾肥吸收效率,减少表层磷钾肥的固定,促进玉米干物质量积累[819]。侯云鹏等[15]在研究中也发现玉米中后期的氮、磷、钾积累更有利于玉米产量的形成,促进增产。推荐施肥量施在5 ~ 15 cm(T1)与T6 相比,成熟期玉米干物质量提高6.6%, 全磷养分积累量增加21.5%,5 ~ 15 cm根系活力提升7.3%,增产13.0%,主要因为农民习惯施肥注重施氮肥,少施磷、钾肥,推荐施肥采用缓释氮肥与有机肥,提升了玉米氮磷钾养分积累量,达到增产。推荐施肥量在15 ~ 25 cm施用(T2)与T6 相比,15 ~ 25、25 ~ 35 cm根系活力分别提高35.1%、14.7%。推荐施肥量在25~35 cm施用(T3) 的根系活性、氮磷钾养分积累量及产量均较其他各处理无优势,主要由于施肥位置较深,无法保证前期玉米对养分的需求量,进而影响玉米产量[20]

  • 4 结论

  • 推荐施肥量分2 层施用(推荐施肥量一半氮肥施在5 ~ 15 cm,另一半氮肥和全部磷钾肥、生物有机肥施在15 ~ 25 cm)是较为适宜的施肥方式, 能有效促进玉米各土层根系脱氢酶活性,提高玉米干物质与氮磷钾养分积累量,增产效果显著;推荐施肥量分3 层施用的T5 效果次之。

  • 参考文献

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