玉米是中国主要粮食作物之一^[1]，在我国的经济发展中占有非常重要的地位，种植方式、播种密度和施肥量及施肥方式对玉米产量均有很大的影响^[2]，同时玉米又是需肥量较大的作物，合理施肥对其高产也十分重要^[1]。在农业生产中，选择适宜分次施用氮肥是实现玉米稳产高产的重要途径之一。在播种前、拔节期或大喇叭口期追氮的基础上，在抽雄吐丝期或开花期再次追施氮肥，不仅能保证玉米生长中期的肥力供应，而且能够协调玉米生长后期阶段需肥与土壤供肥的关系^[3]。从而解决玉米生育后期氮素匮乏的问题^[4]，最终提高玉米产量、改善品质和提高氮肥利用效率^[5]。研究表明，当施肥总量既定时，增加施肥次数有利于提高玉米的饲用营养价值^[6]。玉米生产中，如果后期追肥不足，容易导致叶绿素含量下降，引起玉米叶片早衰，导致减产^[7]。但在总施氮量一定的条件下，氮肥后移和有机肥替代能很好地协调玉米生长后期氮素供应不足这一问题^[8]。与氮肥一次性基施相比，分次追施或氮肥后移不仅影响玉米光合特性，而且可提高籽粒灌浆速率，最终表现出增产^[1]。

氮素的吸收及利用与玉米体内氮代谢及氮代谢相关酶有密切关系^[9]。氮代谢直接或间接地对光合作用整个环节产生影响，增施氮肥能够增加氮代谢关键酶的活性，促进其酶促反应，提高参与氮代谢过程中间物质的含量^[10]，而影响氮代谢的相关酶主要有硝酸还原酶（NR）、亚硝酸还原酶（NiR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT） 等^[9]。NO₃^- 在植物体内先还原成 NH₄ ⁺，最后才能转化为植物体可直接利用的有机物谷氨酰胺^[11]，而将 NO₃^- 还原成 NH₄ ⁺ 这一代谢过程需要 NR 和 NiR 参与完成，NR 与 NiR 在氮代谢中以偶联调节的形式对氮代谢进行调节^[12]。施用氮肥可显著调节玉米植株的氮代谢，提高内肽酶和氨肽酶活性，氮肥不足和过量会抑制 NR 活性^[13]。郭萍等^[14] 研究表明，施氮显著提高了玉米叶片氮代谢关键酶 （GOGAT 和 GS）活性。Wang 等^[15]认为，285 mg/hm² 施氮量处理与 195 mg/hm² 施氮量处理相比，小麦旗叶 NR 活性无明显差异。

前人对于玉米氮肥后移的研究，多集中于氮肥后移对玉米干物质积累^[1]、籽粒产量、氮素吸收利用^[6]和耗水特性^[16]等方面，对于氮代谢酶的研究，主要集中于不同施氮量、不同氮素形态配比^[14]、禾豆间作^[9]等对玉米氮代谢酶的影响。而关于不同施氮梯度结合氮肥后移对春玉米影响的研究较少，特别是不同氮肥梯度下氮肥后移对氮代谢酶的调控效应方面的研究少有报道。因此，本研究通过连续两年试验，在特定施氮量条件下，将传统一次性追施氮肥施肥中部分拔节肥移至开花期追施，研究氮肥后移对春玉米叶片 NR 活性、不同器官氮含量和籽粒产量的影响，明确氮肥后移的可行性及其后移比重，为玉米氮素营养诊断、提高氮肥利用效率和降低氮素损失提供理论依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

试验于 2018—2019 年每年 4—9 月在甘肃省庆阳市镇原县（35°30' N，107°29' E）进行，该区地处陇中黄土高原丘陵沟壑区，海拔 1772.3 m，年均气温 8.3℃，无霜期 155 d，≥ 10℃的有效活动积温 2664℃左右，多年年均降水量 500 mm 左右。土壤属黄绵土，0～200 cm 土层平均土壤容重为 1.23 g/cm³。试验地 0～30 cm 土层土壤基本理化性状为：全氮 0.98 g/kg，碱解氮 89.1 mg/kg，有效磷 12.8 mg/kg，速效钾 233.1 mg/kg，有机质 11.4 g/kg，pH 值 7.4，田间持水量 21.8%，玉米生育期降水量和平均气温如图1 所示。

1.2 试验设计

试验以‘ 先玉 335’ 玉米品种为供试材料，采用裂区试验设计，以氮肥梯度为主区，以拔节期和开花后 10 d 氮肥追肥量为副区。设置 N1（225 kg/hm²）、N2（275 kg/hm²）、N3 （325 kg/hm²）3 个施氮量，基肥、大喇叭口期施肥量分别占总施氮量的 20%、40%；设置 4 个不同追肥量：M1-拔节期 40%（传统追肥）、M2-拔节期 30%+ 开花后 10 d 10%（氮肥后移 10%）、M3-拔节期 20%+ 开花后 10 d 20%（氮肥后移 20%）、 M4-拔节期 10%+ 开花后 10 d 30%（ 氮肥后移 30%）。氮肥品种为尿素（N 46%）。施磷（P₂O₅） 150 kg/hm²，磷肥品种为过磷酸钙（P₂O₅ 16%）。

试验采用全膜双垄沟播技术，大垄宽 70 cm，小垄宽 40 cm，大、小垄间自然形成播种沟，沟内打孔点播，株距 25 cm，种植密度 75000 株 /hm²。试验小区长 6 m、宽 5 m，小区面积 30 m²。2018 年 4 月 27 日播种，9 月 26 日收获，生育期 153 d；2019 年 4 月 25 日播种，9 月 29 日收获，生育期 157 d。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 硝酸还原酶活性测定

在玉米主要生育时期（苗期、拔节期、大喇叭口期、开花期、灌浆期和成熟期）采集玉米功能叶，开花之前主要采集生长中心叶片，花期开始采集棒三叶，田间用锡箔纸包裹好叶片，装入液氮罐中保存，带回实验室采用邹琦^[17]的方法测定 NR 活性，单位：μg/（gFW·h）。

1.3.2 地上部氮含量

分别于苗期、拔节期、大喇叭口期、开花期、灌浆期和成熟期，每小区选取标记的相似株 5 株，取其地上部分，于 105℃烘箱中杀青 30min，而后将温度降至 80℃烘干至恒重，分别称取叶片、茎、苞叶和穗的干物质量。通过粉碎机粉碎，混匀，采用 H₂SO₄-H₂O₂ 消化，以半微量凯氏定氮法测定植株各器官氮含量^[18]，各指标计算公式如下^[19]：

各器官氮素积累量 = 各器官干物质量 × 各器官含氮率

各器官氮素转运量 = 各器官初花期氮素积累量-各器官成熟期氮素积累量

各器官氮素转运率（%）= 各器官氮素转运量 / 各器官初花期氮素积累量 ×100

各器官转运氮素对籽粒的贡献率（%） = 各器官氮素转运量 / 成熟期籽粒氮素积累量 ×100

1.3.3 籽粒产量测定

收获时按小区单打单收，晒干后称取玉米籽粒质量，测得小区实际产量。

1.4 数据处理

采用 Excel 2016 和 SPSS 24.0 对数据进行统计分析。采用一般线性模型单变量法进行方差分析和多重比较（α=0.05）。利用 Excel 2016 作图。图表中数据为平均值 ± 标准差。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥运筹方式下玉米叶片硝酸还原酶活性动态变化

由图2 可知，不同氮肥运筹方式下玉米叶片 NR 活性随生育进程的推进先升高后下降，氮肥运筹方式对玉米叶片 NR 活性的影响因处理和生育时期而异。苗期，在同一施氮水平下，不同氮肥运筹方式仅影响 2019 年 NR 活性，N1 水平下，M1 较 M3 和 M4 分别高 82.4% 和 76.2%（P<0.05）；N2 水平下，M1 较 M2、M3 和 M4 分别高 22.9%、27.6% 和 32.6%。在同一 M 水平下，2018 年 NR 活性随施氮量的增加先升高后下降，2019 年在 M2、M4 和 M3 水平下，随施氮量的增加而增加。拔节期，M1 玉米叶片 NR 活性最高。在同一追肥比例下，NR 活性 2018 年随施氮量的增加先升高后下降，N2 较 N1 和 N3 平均高 51.8% 和 40.9%，2019 年在 M2、 M3 和 M4 水平下，随施氮量的增加而增加，N3 较 N1 和 N2 平均高 19.6% 和 8.9%。

大喇叭口期，两个生长季各不同氮处理下 NR 活性均表现出 M4 最高，M3 次之，M1 最低（2018 年 N1M1 除外）。2018 年 M3 处理下，NR 活性随施氮量的增加先升高后下降，而 M4 处理下，NR 活性随施氮量的增加而增加。2019 年同一 M 水平下， NR 活性随施氮量的增加而增加，N3 较 N1、N2 分别高 16.0%、6.1%（M1），14.4%、3.3%（M2）， 15.2%、5.7%（M3），14.3%、4.6%（M4）。开花期，与 M1 处理相比，不同氮水平下 M3 和 M4 处理表现出较高的 NR 活性。在同一 M 水平下，2018 年各处理玉米叶片 NR 活性均随施氮量的增加先升高后下降，2019 年 M1、M3 和 M4 处理下随施氮量的增加而增加。灌浆期，2018 年 M2、M3、 M4 处理玉米叶片 NR 活性较 M1 分别高出 30.0%、 34.1%、49.8%（N1），22.6%、39.5%、43.8%（N2） 和 13.8%、30.4%、24.5%（N3），2019 年分别高出 22.7%、32.2%、42.7%（N1），86.3%、140.8%、 137.5%（N2） 和 6.9%、13.6%、23.3%（N3）。在同一 M 水平下，玉米叶片 NR 活性均随施氮量的增加先升高后下降（2019 年 M1 随施氮量的增加而增加）。成熟期 M3 和 M4 处理间玉米叶片 NR 活性无显著差异，但显著高于 M1 和 M2 处理。在同一M 水平下，2018 年玉米叶片 NR 活性均随施氮量的增加先升高后下降，N2 较 N1、N3 平均高 34.8%、 14.5%，2019 年随施氮量的增加而下降，N3、N2 较 N1 平均低 15.6%、19.0%。

综上所述，玉米叶片 NR 活性在灌浆期之前， 2018 年随施氮量的增加先升高后下降，N2 处理下 NR 活性最高，2019 年随施氮量的增加而升高， N3 处理下 NR 活性最高；灌浆期之后，玉米叶片 NR 活性随施氮量的增加先升高后下降。而氮肥后移对玉米叶片 NR 活性的影响主要表现在拔节期之后，大喇叭口期、开花期和灌浆期，氮肥后移 30% （M4）处理 NR 活性均最高。可见，氮肥后移对玉米叶片 NR 活性的影响越到玉米生长发育后期越明显，且中氮（N2）处理提高了灌浆期及灌浆期之后玉米叶片 NR 活性，高氮（N3）处理反而抑制了灌浆期及灌浆期之后玉米叶片 NR 活性。

注：Se，苗期；Jo，拔节期；Fla，大喇叭口期；Flo，开花期；Fi，灌浆期；Ma，成熟期。

2.2 不同氮肥运筹方式下玉米茎叶花期、成熟期氮含量变化

由图3 可知，不同氮肥运筹方式下玉米茎、叶的氮含量花期最高，成熟期最低，不同氮肥运筹方式下花期、成熟期茎叶氮含量存在差异。

两个生长季花期茎秆氮含量在同一施氮水平下随氮肥后移比例的增加而增加，在同一氮肥后移比例处理下随施氮量的增加而增加。不同施氮水平下，氮肥后移处理茎秆氮含量显著高于传统追肥处理。不同追施氮肥比例下，茎秆氮含量随施氮量的增加而升高，N3 较 N1、N2 平均高 92.8%、19.1% （2018 年） 和 59.0%、7.8%（2019 年）。成熟期， N1 水平下，M3 处理茎秆氮含量最高，较 M1 处理高 23.8%（2018 年） 和 6.0%（2019 年）；N2 水平下，M4 处理茎秆氮含量最高，较 M1 处理高 59.3% （2018 年）和 45.4%（2019 年）；N3 水平下，氮肥后移处理茎秆氮含量高于传统追肥处理。在 M1、 M2、M3 处理下，茎秆氮含量随施氮量的增加而升高；M4 处理下，随施氮量的增加而升高。

对于叶片氮含量，花期两个生长季均表现为在同一施氮水平下随氮肥后移比例的增加而增加，在同一氮肥后移比例处理下随施氮量的增加而增加。花期，与 M1 处理相比，M4 处理显著提高了叶片氮含量。成熟期，2018 年氮肥后移较传统追肥处理叶片氮含量高 22.3%～41.7%（N1）、 12.8%～36.0%（N2） 和 23.9%～34.6%（N3）； 2019 年除 N1 处理外，氮肥后移处理叶片氮含量显著高于传统追施氮肥处理。

2.3 不同氮肥运筹方式下玉米茎叶氮素转运量

由表1 可知，氮肥（N）、氮肥后移比例 （M）、氮肥 × 氮肥后移比例（N×M）均能显著影响玉米茎秆、叶片中氮素转运量、转运率以及茎秆和叶片对籽粒中氮素的贡献率。与 M1 处理相比，不同氮肥水平下 M3、M4 处理显著提高了茎秆氮素转运量。在同一处理下，两个生长季茎秆氮素转运量均表现出随施氮量的增加而升高，N3 水平显著增加了茎秆氮素转运量。N2 水平下，氮素转运率随氮肥后移比率的增加而提高，M4 较 M1、M2 分别显著提高 42.2%、20.8%（2018 年） 和 41.8%、 36.9%（2019 年）。在 M2 和 M3 处理下，氮素转运率随施氮量的增加先下降后升高；M4 处理下，2018 年氮素转运率随施氮量的增加先下降后升高，而 2019 年随施氮量的增加先升高后下降。就两个生长季平均值而言，对籽粒中氮素的贡献率表现为 N3>N2>N1、M4>M3>M2>M1，说明在同一施氮水平下，氮肥后移比例越大，玉米茎秆氮素转运量、转运率和对籽粒的贡献率越高。

注：Ⅰ，花期；Ⅱ，成熟期。

同一施氮水平下，除个别处理外，叶片氮素转运量随氮肥后移比率的增加而增加。与 M1 处理相比，不同氮肥水平下 M4 处理显著提高了叶片氮素转运量（2018 年除外）。同一 M 处理下，叶片氮素转运量随施氮量的增加而增加，与 N1 相比，不同氮肥后移比率下 N2 和 N3 均提高了叶片氮素转运量。与 M1 处理相比，M4 处理显著提高了各氮水平下叶片氮素转运率。2018 年不同施氮水平下，对籽粒的贡献率随氮肥后移比率的增加而升高；2019 年 N2、N3 水平下，随氮肥后移比率的增加先降低后升高。不同氮肥后移处理下，2018 年 N2 和 N3 较 N1 分别提高 31.8% 和 49.7%（M2）、 28.8% 和 31.2%（M3）、34.9% 和 35.6%（M4）； 2019 年 N2 较 N3 和 N1 分别提高 47.2% 和 13.3% （M2）、1.5% 和 2.2%（M3）、24.% 和 8.1%（M4）。低氮和高氮水平下，M3 和 M4 处理间叶片氮素转运量无显著差异；中氮水平下，M4 处理显著高于其他处理。M4 处理显著增加了叶片对籽粒的贡献率。相比较而言，叶片中平均氮素转移量较茎秆低 7.04%，叶片中氮素对籽粒的贡献率较茎秆高 28.71%。

注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）；*、**、ns 分别表示 P<0.05、P<0.01、P>0.05。下同。

2.4 不同氮肥运筹方式对玉米产量及其构成因素的影响

由表2 可知，N、M 和 N×M 显著影响玉米穗数、穗粒数和产量，Y×M 显著影响玉米穗粒数和产量，Y×N×M 显著影响玉米穗粒数。不同氮水平下氮肥后移均提高了玉米穗数，提高幅度为 1.7%～13.1%。在 M1、M4（2018 年）和 M3、M4 （2019 年）处理下，玉米穗数随施氮量的增加先升高后下降。在 2018 年 M2 和 M3 处理下，随施氮量的增加而升高；在 2019 年 M1 和 M2 处理下，随施氮量的增加先降低后升高。穗粒数随氮肥后移比例的增大而增加，不同氮水平下 M3、M4 处理显著增加了穗粒数，增幅为 5.0%～13.5%。玉米穗粒数在 M1 和 M3 处理下，随施氮量的增加而增加，M4 处理下，随施氮量的增加先升高后下降。氮肥后移比率对玉米百粒重无显著影响，但随施氮量的增加而增加，N2 和 N3 较 N1 分别平均高出 10.1%、 9.8%（2018 年）和 4.8%、0.8%（2019 年）。

在同一施氮水平下，玉米籽粒产量随氮肥后移比例的增大而增加，氮肥后移较传统追肥处理高出 505%～21.1%（2018 年）和 4.5%～36.1%（2019 年）。在 M1、M2 和 M3 处理下，2018 年 N2 籽粒产量较 N1、N3 分别提高 10.9%、7.8%（M1），8.4%、 7.3%（M2） 和 12.7%、11.3%（M3）。2019 年 N2、 N3 籽粒产量较 N₁ 分别提高 7.3%、10.0%（M₁）， 8.4%、8.5%（M2） 和 15.5%、17.4%（M3）；在 M4 处理下，N2 处理籽粒产量最高。可见，氮肥主要通过增加穗数、穗粒数和百粒重来增产，而氮肥后移比率主要通过增加玉米穗数和穗粒数来增产，且二者耦合效应显著。

2.5 不同氮肥运筹方式下效益分析

由图4 可知，N2 和 M4 处理下产投比最高。毛收入 2018 年以 N2 处理最高，较 N1 和 N3 分别显著高出 10.1% 和 5.8%，2019 年 N2 与 N3 处理间无显著差异，较 N1 显著高出 13.1% 和 14.3%。N2 处理下纯利润最高，较 N3 高出 10.8%（2018 年）和 1.0%（2019 年）。M4 处理下毛收入和纯利润均最高，M1 处理最低。M4 处理纯利润较 M1、M2、M3 分别显著高出 28.5%、16.5%、9.8%（2018 年）和 45.6%、33.7%、9.1%（2019 年）。就氮肥用量而言， N2 不仅提高了玉米产投比，而且增加了纯利润，与 N3 处理相比，具有减肥增效的作用。就追肥时间而言，M4 处理纯利润显著高于其他处理，达到 7969.4 元 /hm² （2018 年） 和 8009.6 元 /hm² （2019 年）。

注：I/O，产投比；GI，毛收入；NP，纯利润。

3 讨论

3.1 氮肥运筹下玉米叶片硝酸还原酶活性变化

NR 是 NO₃^- 同化的第一个酶，其活性强弱与植物对氮的利用能力密切相关，对植物生长发育、产量形成和植物产品的品质形成都有重要影响^[20]。有研究表明当尿素施用量为 180 kg/hm² 时，拔节期叶片 NR 活性最大^[21]。本研究中，在灌浆期之前， 2018 年玉米叶片 NR 活性随施氮量的增加先升高后下降，而 2019 年随施氮量的增加而升高。2018 年 NR 活性变化与前人研究不一致，因为前人多研究不同施氮梯度下 NR 活性变化，而本研究还涉及氮肥后移比例。

3.2 氮肥运筹下玉米茎秆、叶片氮含量及转运量变化

合理的氮肥运筹模式不仅能满足玉米生长发育需求，促进氮素吸收，同时还能提高肥料利用效率，以达到玉米高产高效目的^[6]。在一定范围内，植株氮素吸收量和氮含量随施氮量的增加而增大，继续增加施氮量反而降低植株氮含量^[19]。本试验中，花期玉米茎秆和叶片氮含量均表现出在同一施氮水平下随氮肥后移比例的增加而增加，在同一氮肥后移比例处理下随施氮量的增加而增加。苟志文等^[22]研究发现，玉米分次追施氮肥较拔节期一次性施用氮肥显著提高植株总吸氮量和籽粒吸氮量，且籽粒吸氮量的提高更加显著。本研究中，N2 水平下氮肥后移 30% 处理氮含量最高，较传统追肥高 59.3%（2018 年）和 45.4% （2019 年）。究其原因可能是适当增加氮肥后移比例增加了花期玉米氮代谢关键酶活性，保证玉米叶片中氮代谢系统的畅通和高效运转，进而提高玉米对氮素的吸收^[23]。

作物籽粒中的氮素主要来源于两个方面，一是籽粒形成过程中根系从土壤中的吸收，另一方面是营养器官中氮素的重新分配，而营养器官中氮素的重新分配对保证作物生殖生长阶段和生育后期的氮素需要至关重要^[24]。有研究表明，叶片、茎秆和生殖器官（如颖片）中的氮素向籽粒的再分配比率大于 60%，即使开花后土壤氮素供应充足，籽粒中也至少有 50% 的氮素来自营养器官^[25]。本研究发现，同一施氮水平下，氮肥后移比例越大，玉米茎秆氮素转运量、转运率和对籽粒的贡献率越高；N2 水平下，氮肥后移 30% 处理显著增加了叶片对籽粒的贡献率。

3.3 氮肥运筹下玉米籽粒产量变化

合理增施氮肥显著增加作物产量，但持续增施氮肥对提高产量没有进一步贡献^[26]。N、M 显著影响玉米穗数、穗粒数和产量。2018 年玉米籽粒产量随施氮量的增加先升高后下降，2019 年随施氮量的增加而增加。两年间变化趋势不一致，这可能与土壤中氮素留存和降水量有关，N3 施氮量较大，前茬作物未能充分利用。除氮肥施用量外，作物生物量、氮素的高积累以及光合产物和氮素向籽粒分配等都影响玉米籽粒产量^[27]。传统追施氮肥使得玉米前期氮素累积过多，对后期氮素吸收以及转运有抑制作用，不利于籽粒灌浆而使产量降低，而适当的延迟氮肥追肥时期，可保证土壤有效氮素持续供应^[22]。

综上所述，等养分条件下氮肥后移，有利于提高玉米灌浆期及灌浆期之后 NR 活性，且氮肥后移比例越大，茎秆氮素转运量、转运率和对籽粒的贡献率越高，氮肥后移 30% 显著增加了叶片对籽粒的贡献率。氮肥主要通过增加穗数、穗粒数和百粒重来增产，而氮肥后移比率主要通过增加玉米穗数和穗粒数来增产，且二者耦合效应显著。可见，适宜的施氮量结合一定比例的氮肥后移措施在实现作物高产与养分资源的高效利用方面具有一定的意义。

参考文献