摘要
合理平衡的科学施肥对春玉米的生长发育和光合性能有重要的意义。依托 1978 年设在陇东旱塬区黑垆土的肥料长期定位试验，设置不施肥（CK）、单施氮肥（N）、氮磷肥配施（NP）、秸秆还田配施氮磷肥（SNP）、有机肥（M）、有机配施氮磷肥（MNP）6 个处理，研究了不同施肥处理对春玉米生长发育主要指标、光合性能和产量的影响。结果表明，从苗期至蜡熟期，M、MNP、NP、SNP 处理玉米生育进程比 CK、N 提前 3 ～ 14 d，见展叶多 1 ～ 4 叶，之后生育进程延缓 4 ～ 14 d；MNP、M、SNP 和 NP 处理较 CK、N 能显著提高拔节期至成熟期叶面积、叶面积指数、光合势、功能叶叶绿素含量，MNP 和 M 处理提高玉米光合性能最显著。除 N 处理外，各施肥处理均显著增加玉米籽粒产量、群体生物产量，MNP、M、SNP、NP 处理较 CK 平均籽粒产量分别增加 224.9%、 183.7%、170.8%、150.0%，地上部生物产量较 CK 依次增加 181.1%、190.3%、147.0%、136.8%，地下部生物产量较 CK 依次增加 151.8%、164.3%、104.3%、91.0%。综合因素来看，单施氮肥因玉米后期早衰导致光合性能弱、产量低，与长期不施肥产量相当；而有机肥单施和有机肥配施氮磷肥促进玉米光合性指标和产量提高，是适宜陇东旱塬区的施肥方式。要维持玉米产量的可持续提高，有机肥化肥配施更加适宜。
Abstract
The balanced scientifically fertilization is significant to the growth，development，and photosynthetic performance of spring maize. A long-term fertilization field experiment was conducted at arid Loess Plateau region of Longdong in 1978 with six treatments，including no fertilization（CK），nitrogen fertilization alone（N），nitrogen and phosphorus fertilization（NP）， straw returning combined with nitrogen and phosphorus fertilization（SNP），organic fertilizer（M），and organic fertilizer combined with nitrogen and phosphorus fertilization（MNP）. The study examined the effects of different fertilization treatments on the main growth and development indicators，photosynthetic performance，and yield of spring maize. The results showed that from the seedling stage to the wax maturity stage，the M，MNP，NP，and SNP treatments accelerated the maize growth process by 3-14 d compared to the CK and N treatments，with 1-4 leaves unfolded during the leaf expansion period. Afterward，the growth process was delayed by 4-14 d. The MNP，M，SNP，and NP treatments significantly improved leaf area，leaf area index，photosynthetic potential，and chlorophyll content in functional leaves from the jointing stage to maturity，compared to the CK and N treatments. Among them，MNP and M treatments showed the most significant improvement in maize photosynthetic performance. Except for the N treatment，all fertilization treatments significantly increased maize grain yield and the total biomass of the population. Compared to the CK treatment，the average grain yield increased by 224.9%，183.7%，170.8%，150.0% for the MNP，M，SNP，and NP treatments，respectively. The aboveground biomass increased by 181.1%，190.3%，147.0%，and 136.8%，respectively，while the underground biomass increased by 151.8%，164.3%，104.3%，and 91.0% for the same treatments. From a comprehensive perspective，applying only nitrogen fertilizer could lead to premature senescence of maize in the later growth stages，resulting in weaker photosynthetic performance and lower yield. The yield was comparable to no fertilization treatment. The application of organic fertilizer and organic fertilizer combined with nitrogen and phosphorus fertilizer could promote the improvement of photosynthetic performance and yield of spring maize. These fertilization strategies were suitable for the farming practices in the arid and semi-arid regions of the Longdong Plateau.
Keywords
玉米是甘肃省的第一大粮食作物，同时也是种植面积最广的粮饲兼用作物，年种植面积在 100 万 hm2 以上[1]，在该区粮食安全和农业生产中起着举足轻重的作用。玉米是 C4 高光效植物，一生中积累的干物质 90%～95% 来自光合作用。光合作用是玉米生长发育与籽粒形成的基础，因此，改善光合性能是玉米增产的重要方式[2]。东先旺等[3]对夏玉米群体光合特性的研究表明，玉米不同生育期叶面积动态呈现花前快、花后稳、蜡熟期缓慢衰减的趋势；董树亭等[4]认为灌浆期的群体光合速率高值持续期和籽粒有效灌浆期是提高玉米产量的重要手段。
不同施肥措施对玉米的光合性能和生长发育进程均有显著影响[5-6]。长期有机肥配施化肥、秸秆还田均使土壤有机质、速效养分、阳离子交换性提高，增加微生物数量、活性和培肥地力方面优于化学肥料[7-8]，可以增大玉米叶面积指数，延缓叶片衰老，显著改善玉米的光合特性[9]，促进光合产物向籽粒转移，增加玉米产量[10-11]。已有学者对潮土长期定位施肥研究报道，随着施肥量的增加，玉米关键生育期穗位叶叶绿素含量、光合速率、干物质积累量和籽粒产量都显著提高，而不施肥和单施氮肥的各项指标趋势相反[12-13]。但土壤类型、气候条件、施肥措施不同而导致玉米光合作用和产量对施肥的响应也不同。目前，黑垆土长期定位施肥主要是研究施肥对土壤性状的影响及其与产量的关系[14-15]，对长期定位施肥对作物生长生育动态过程及光合特性和产量影响的研究相对较少，而且春玉米是陇东旱塬区主要粮食作物之一，在春玉米-冬小麦轮作体系中占有重要地位。因此本研究依托黑垆土肥料长期定位试验，研究施肥对春玉米生长发育、光合特征动态变化及群体生物产量的影响，以期为陇东地区春玉米高产栽培和养分资源管理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
试验设在甘肃省平凉市农业科学院高平试验站（泾川县高平镇上湾村，北纬 35°17′，东径 107°30′，海拔 1320 m），供试土壤为覆盖黑垆土，年均降水 540 mm，蒸发量 1440 mm，气温 10℃，日照 2274 h，干燥度 0.39，无霜期 174 d，属于半湿润偏旱区。试验始于 1978 年，试验开始前耕层（0～20 cm）土壤性质为有机质 10.75 g/kg、全氮 0.95 g/kg、全磷 0.57 g/kg、碱解氮 65.9 mg/kg、有效磷 6.77 mg/kg、速效钾 163 mg/kg、 pH 8.20。
1.2 试验方法
试验设 6 个肥料处理： ① 不施肥（CK）； ② 单施氮肥（N），N 90 kg/hm2；③氮磷肥配施 （NP），N 90 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2；④秸秆还田配施氮磷肥（SNP），秸秆 3750 kg/hm2 +N 90 kg/hm2，隔年施P2O5 75 kg/hm2； ⑤ 单施有机肥（M）， 22.5 t/hm2；⑥有机肥配施氮磷（MNP），有机肥 22.5 t/hm2 +N 90 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2。有机肥为厩肥，2004 年以前厩肥为土混肥，其养分含量不足，施用量为 75 t/hm2，之后的厩肥施用腐熟纯羊粪 22.5 t/hm2，保持纯羊粪总量一致。采取春玉米 2 年-冬小麦 4 年的一年一熟轮作周期进行。每个处理为 667 m2 的大区，无重复处理，试验采样时大区等分 3 个小区，作为测定项目的重复次数。本次试验春玉米品种为‘五谷 738’，采用露地穴播种植，每穴播种 1～2 粒种子，于 4 叶期每穴定壮苗 1 株，种植密度为 5.25 万株 /hm2；2023 年 4 月 28 日和 2024 年 4 月 26 日播种玉米，整个玉米生育期内做好防虫除草防病田间管理，分别于 2023 年 10 月 15 日和 2024 年 10 月 8 日采用机械收获。
供试氮肥为尿素（N 46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5 16%），作物播前结合旋耕全部基施。有机肥是羊粪为主的厩肥，养分含量多年平均为碳 30.1%、氮 0.16%、磷（P2O5）0.16%、钾（K2O） 1.48%，在作物收获后均匀翻埋入土壤；添加秸秆为当季作物小麦或玉米的秸秆，多年平均小麦和玉米秸秆氮、磷（P2O5）、钾（K2O）分别为 0.80%、 0.04%、0.99% 和 0.52%、0.03%、1.06%。腐熟的有机肥和秸秆切碎 3～5 cm 结合旋耕地均匀翻埋入土壤。
1.3 测定项目和测定方法
1.3.1 物候观测方法与标准
玉米物候期及观测方法与标准见表1。
表1物候期观测方法与标准
1.3.2 叶面积相关指标
每小区选 5 株有代表性植株，2023 年分别于苗期（6 月 5 日）、拔节期（6 月 26 日）、大喇叭口期（7 月 18 日）、抽雄期（8 月 1 日）、乳熟期 （8 月 28 日）、成熟期（10 月 14 日），测量株高和叶面积，并计算单株平均值。公式如下：
叶面积 = 叶片最大长度 × 最大宽度 ×0.75
叶面积指数 = 单株叶面积 × 单位土地面积内株数 / 单位土地面积
光合势 =（LAI1+LAI2）×（t2-t1）/2
式中，LAI1、LAI2 分别为 t1、t2 测定时期的叶面积指数，t2-t1 为测定时期的间隔天数。
1.3.3 叶绿素含量
测定时期同 1.3.2，采用 95% 乙醇浸提，紫外分光光度计法测定。抽雄前选取功能叶，植株最新展开叶的中部；抽雄后选取穗位叶中部，每小区选有代表性的植株 5 株进行测量。
叶绿素 a=13.95A665-6.88A649
叶绿素 b=24.96A649-7.32A665
总叶绿素 =（叶绿素 a+ 叶绿素 b）×V/W
式中，A665 和 A649 分别为所测样品在 665 和 649 nm 处所测的吸光度值，V 为叶绿素提取液的体积（95% 乙醇 8 mL），W 为称取的叶片质量。
1.3.4 籽粒产量及其构成因素
玉米采取实收测产的方式，将各小区玉米籽粒机械收获后晾晒称重，按照 14% 含水率折算籽粒产量。每小区取 10 株植物样，测定穗长、穗粒数、行粒数、千粒重、秃尖等产量构成因素。
1.3.5 群体生物产量
在春玉米成熟期各处理分别取 3 株植物样，地上部将茎叶、穗轴和籽粒分开装入纸袋；地下部沿植株中心处挖 20 cm×40 cm×60 cm 样方采集根部，土和根装入尼龙袋内，将根清洗干净后装纸袋，在 105℃杀青 30min，经 80℃恒温烘干至恒重，测定其干物质积累量。
1.4 数据处理与分析方法
数据采用 Excel 2016 和 Origin 2021 整理分析并作图，SPSS 22.0 进行统计分析。采用 Duncan 多重比较法检验处理间差异显著性，显著水平为 5%。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理下春玉米生长发育进程
如表2所示，不同施肥处理的玉米生育进程差异很大，各处理出苗时间一致，但施肥处理不同，生育进程从苗期开始存在明显差异，M 和 MNP 处理玉米的生育进程最快，而 CK 和 N 处理的玉米生育进程较慢。各处理生育期差异最大期出现在大喇叭口期和抽雄期，7 月 21 日至 23 日，M、MNP、 SNP 和 NP 处理进入抽雄期，而 CK 和 N 处理仍在大喇叭口期。从苗期至蜡熟期，CK、N 处理玉米同一生育期时比 M、MNP 处理延后 5～19 d，比 NP、SNP 处理延后 3～14 d。蜡熟期之后，CK 和 N 处理玉米生育期加速成熟，较其他施肥处理分别提前 10～14 和 4～8 d。M、MNP 处理玉米的生育期较长（160 d），其后为 N、NP 和 SNP 处理生育期（152～154 d），不施肥生育期最短 （146 d）。
表2不同施肥处理春玉米物候期（2023 年）
表3反映了不同施肥处理玉米出叶速度和绿叶维持期不同。苗期（6 月 6 日），CK 展开叶 3 片，可见叶 5 片，N、NP、SNP 处理展开叶 4 片，可见叶 6 片，M 和 MNP 处理展开叶 5 片，可见叶 7 片。拔节期（6 月 28 日）NP、SNP、M、MNP 处理展开叶 10～11 片，可见叶 13～14 片，较 CK 和 N 处理多 3～4 片，表现出肥力的优势。到 7 月 18 日大喇叭口期，CK 和 N 处理展开叶为 10 片，可见叶 14 片，而 M、MNP 处理展开叶为 12 片，可见叶为 16 片；到 7 月 30 日抽雄期，除 CK、N 处理以外，其他处理植株叶片全部伸出，NP、SNP、 M、MNP 处理叶片总数分别比 CK 和 N 处理多 1 和片，说明有机无机配施、秸秆还田施肥对植株生长产生明显影响。抽雄期后不同处理不同时期绿叶数明显不同，至成熟期（10 月 12 日），各施肥处理衰竭叶较少，最多为 5 片，绿叶数维持在 7～8 片，而 CK 处理的死亡叶数急剧增加至 12～13 片，绿叶数为 0。NP、SNP 处理绿叶数比 M、MNP 少 1 片，有机肥处理绿叶数多，保持绿叶的时间长。
表3不同施肥处理各时期春玉米见展叶和绿叶数比较（2023 年）
2.2 不同施肥处理对春玉米植株性状的影响
2.2.1 长期施肥处理对春玉米株高的影响
株高反映了作物的长势，其高低与作物光合能力及干物质积累有着极为密切的关系。
由图1看出，不同施肥处理对玉米生育期内株高有较大的影响，苗期-大喇叭口期，随着生育期延长各处理株高均快速增高，大部分施肥处理间差异显著，表现为 MNP>M>SNP ≈ NP>CK>N。苗期 MNP、M、SNP 和 NP 处理较 CK 分别增加 180.6%、136.3%、53.1% 和 51.3%；拔节期 MNP 处理株高 104.6 cm，MNP、M、SNP 和 NP 处理较 CK 分别增加 163.5%、126.7%、46.6% 和 42.1%；大喇叭口期 MNP 处理株高 216.7 cm，MNP、M、SNP 和 NP 处理较 CK 分别增加 118.0%、101.9%、60.6% 和 55.8%；而 N 处理 3 个时期分别较 CK 降低 13.5%、 19.3% 和 5.7%。玉米抽雄期-乳熟期，各处理的株高达到最高，且各生育期内株高无明显变化，MNP、M、SNP、NP 处理玉米株高介于 225.5～245.7 cm，显著高于 CK，分别增加 18.42%、20.32%、17.53%、 14.25%，而 N 处理显著低于 CK，降低 9.77%；乳熟期 MNP、M、SNP、NP 处理间无明显差异；抽雄期和成熟期 MNP、M 和 SNP 处理玉米株高较 NP 处理平均分别增加 4.8%、6.5% 和 3.5%。
图1不同施肥处理对春玉米株高的影响
注：同一生育期柱上字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
2.2.2 长期施肥处理对春玉米叶面积、叶面积指数的影响
从图2看出，不同施肥处理玉米叶面积呈现先快速增大后缓慢变小的趋势。从苗期至抽雄期为直线增长期，至抽雄期各处理单株叶面积最大，为 3773.1～7418.7 cm2。M 处理乳熟期最大（7282.9 cm2）除外，抽雄期至成熟期为缓慢变小期。苗期各施肥处理间表现出 M>MNP>SNP>NP>N>CK，MNP、M、SNP 处理比 CK 分别显著增加 189.3%、258.2%、48.9%，而 NP、 N 处理比 CK 增加 38.9%、6.8%。拔节期至乳熟期各处理单株叶面积差异表现一致，MNP、M 处理显著大于 SNP、NP 处理，其又显著大于 N 和 CK 处理，MNP、M 处理比 CK 分别增加 88.4%～399.1%、 71%～365.2%，SNP、NP 处理较 CK 分别增加 45.7%～124.7%、38.2%～121.4%，增加幅度最大在拔节期，最小在抽雄期，而 N 处理比 CK 则降低 1.5%～18%。成熟期（10 月 14 日）CK 单株叶面积为 0，植株叶片全部为枯叶；长期单施氮肥造成植株贪青晚熟，叶面积为 1119.4 cm2；NP、SNP、M 和 MNP 处理叶面积分别为 2889.0、3918.1、5252.2 和 5533.9 cm2，较 CK 和 N 处理显著增加，说明长期氮磷肥配施、施入秸秆和有机肥对玉米叶面积起着促进作用，尤其是有机肥单施或有机肥配施氮磷肥的连年施用，在玉米生长后期可保持较大的单株光合面积，为促进叶片光合产物向籽粒转移、提高玉米产量起到了重要作用。
图2不同施肥处理对春玉米单株叶面积和叶面积指数的影响
叶面积指数和叶面积的变化趋势一致（图2），前期增长缓慢（苗期至拔节期），而后进入快速增长期（拔节期至抽雄期），至后期进入缓慢衰退期（抽雄期至成熟期）的动态变化过程。前期各施肥处理间差异不明显，随生育进程的推进叶面积指数差异越来越大，CK 和 N 处理表现出叶面积小，叶面积指数小，至抽雄期叶面积指数达到最大，MNP、M 处理分别为 3.9 和 3.8，SNP、NP 处理分别为 3.2 和 3.0，而 N 和 CK 分别为 1.9 和 2.2。在玉米乳熟期至成熟期，MNP、M 处理叶面积指数下降缓慢，MNP 处理由 3.9 降至 2.9，下降幅度为 25.6%，M 处理由 3.8 降到 2.8，下降幅度为 26.3%， SNP、NP 处理分别下降 35.9% 和 50.0%，而 CK 和 N 处理下降较快，叶面积指数分别降为 0 和 0.5。方差分析表明，在各生育期内（苗期外），MNP、 M 与 SNP、NP 处理均达显著水平，且其与 CK、N 处理均达差异显著水平。光合产物积累的多少主要看叶面积稳定的时间长短，玉米生育后期是籽粒灌浆的关键时期，保持较长时间的绿叶面积是籽粒物质的重要来源。抽雄期-乳熟期 M 和 MNP 处理叶面积指数为 3.5 以上，说明有机肥料的投入和较高土壤肥力增加了光合面积，能在抽雄期及之后保持相对较高的叶面积指数。
2.2.3 长期施肥处理对春玉米光合势的影响
由图3可以看出，玉米整个生育期内，各处理光合势随生育进程呈不断增强趋势，除在乳熟期-成熟期内光合势 N 处理无明显增强、CK 降低外。生育期内各施肥处理间光合势差异显著性表现一致，均表现出 MNP、M 处理显著强于 SNP、NP 处理，其又显著强于 CK、N 处理。MNP、M 处理光合势较 CK 增加幅度最大在苗期-拔节期内，分别增加 371.4%、 351.1%，其次是乳熟期-成熟期内，分别增加了 242.5%、249.2%，拔节期-抽雄期内增加幅度分别为 82.1%～174.1%、85.6%～164.2%；SNP、NP 处理光合势较 CK 增幅最大在乳熟期-成熟期内，分别增加了 164.5%、132.8%，其次是苗期-拔节期分别增加了 114.7%、110.5%，拔节期-抽雄期内增加幅度分别为 50.2%～70.6%、44.7%～74.1%；而苗期-乳熟期单施氮肥光合势较 CK 降低了 4.4%～14.8%，乳熟期-成熟期则增加了 16.7%。
图3不同施肥处理对春玉米光合势的影响
2.3 长期施肥处理对春玉米功能叶叶绿素含量的影响
由图4可知，各个生育期叶绿素含量差异较大。不同施肥处理整个生育期功能叶叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素变化一致，呈先快速增-减-增-减的 S 变化趋势。随着生育期推进，各处理叶绿素含量均在大喇叭口期达到最大，之后除不施肥处理叶绿素直线下降外，其他施肥处理表现出先降低后上升再降低的变化趋势。苗期叶绿素 b 各处理间无明显差异，单施有机肥较不施肥显著增加叶绿素 a 和叶绿素含量，分别增加 15.8% 和 13.1%，SNP 处理较 CK 叶绿素含量降低了 2.3%，MNP、NP、N 较处理 CK 无显著差异。拔节期至乳熟期叶绿素 a、叶绿素 b 和叶绿素含量 NP、SNP 处理较 CK 均显著增加，叶绿素含量分别增加 24.9%～108.7%、 18.3%～101.4%；MNP 处理较 CK 在拔节期和乳熟期叶绿素含量分别显著增加 33.7% 和 82.8%；M 处理较 CK 在抽雄期和乳熟期叶绿素含量分别显著增加 19.8% 和 83.3%；单施氮肥较 CK 在乳熟期显著增加了 68.6%。成熟期各施肥下叶绿素含量为 2.20～2.44 mg/g，各处理间无明显差异，但均显著高于 CK，增加幅度为 470.0%～534.1%。
综上，拔节期-完熟期植物进入快速增长期，各施肥处理叶绿素含量高于不施肥和単施氮肥，尤其能保持玉米灌浆后期较高的叶绿素含量，有利于稳定叶片持绿性能，施肥能维持玉米具有相对较高的光合生产能力，促进光合产物积累。多年不施肥或者单施氮肥叶片叶绿素含量低，说明其营养状况较差，与叶绿素含量能够指示作物的氮素营养状况相吻合。
2.4 长期施肥处理对春玉米产量及构成因素的影响
不同施肥处理玉米籽粒产量表现出明显差异 （表4）。2 年的产量结果表明，各施肥处理较 CK 均增产，除单施 N 处理外，其余施肥处理玉米籽粒产量增幅较多，表现为 MNP、M 处理的籽粒产量最高，2 年平均产量分别为 10786.4、9421.2 kg/ hm2，较 CK 分别增产 224.9% 和 183.7%；SNP、NP 处理平均产量分别为 8992.6、8302.0 kg/hm2，较 CK 分别增产 170.8% 和 150.0%；N 处理平均产量最低，为 3950.7 kg/hm2，较 CK 增产 19.0%；2 年结果表现出 MNP>M>SNP>NP>N>CK。MNP 较 M 处理增产 14.5%，较 NP 处理增产 29.9%，SNP 较 NP 处理增产 8.3%，反映长期进行有机肥配施氮磷肥，氮、磷对作物增产肥效贡献越来越小，有机肥对作物的增产肥效贡献显著增多，长期秸秆还田下，秸秆的肥效作用明显增加。
图4不同施肥下春玉米叶绿素含量的差异
表4不同施肥处理春玉米籽粒产量及产量构成因素
注：同一年份不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。
玉米籽粒产量由穗粒数、千粒重共同决定，两者之间相互制约和协调。在产量构成因素方面，各施肥对玉米穗行数、穗长、穗粗、行粒数、秃尖长和千粒重影响显著，2 年均表现出 CK、N 处理与 MNP、M、SNP、NP 处理的穗行数、穗长、穗粗、行粒数、千粒重差异显著。MNP 处理的穗行数、行粒数和千粒重较 CK 分别显著增加 14.8%、 65.6% 和 47.8%；M 处理穗行数、行粒数和千粒重较 CK 分别显著增加 19.7%、65.8 和 45.0%；SNP 处理穗行数、行粒数和千粒重较 CK 分别显著增加 13.8%、67.6% 和 36.8%；NP 处理穗行数、行粒数和千粒重较 CK 分别显著增加 18.1%、65.1% 和 38.0%，MNP、M、SNP 和 NP 处理秃尖长分别显著下降 45.1%、37.3%、29.4% 和 33.3%，综上，各施肥处理玉米增产的主要原因是穗行数、行粒数和千粒重的显著提高和秃尖长的显著下降，为玉米高产提供了农学增产基础。
2.5 长期施肥处理对作物群体生物产量的影响
不同施肥处理地上、地下群体生物产量表现出明显差异，与籽粒产量的影响略微不同。2 年的产量结果表明（图5），除单施氮处理外，各施肥处理玉米生物产量增幅较多。MNP、M、SNP、NP 处理地上部生物产量分别为 19486.2、20122.1、17123.3、16413.0 kg/hm2、比 CK 分别显著增加 181.1%、190.3%、 147.0%、136.8%，而 N 处理地上生物产量为 8692.2 kg/hm2，较 CK 平均增加 25.4%。MNP、M、SNP、NP处理地下部生物产量分别为 1064.4、1117.4、863.5、 807.3 kg/hm2，较 CK 分别显著增加 151.8%、164.3%、 104.3%、91.0%，而 N 处理地下生物产量仅为 395.5 kg/hm2，较 CK 减产 6.4%。2 年结果均表现为 M>MNP>SNP>NP>N>CK。地上、地下生物产量 MNP 较 M 处理分别减产 3.2% 和 4.7%，较 NP 处理分别显著增产 18.7% 和 31.8%，SNP 较 NP 处理地上、地下部生物量分别增产 4.3% 和 7.0%。长期定位施肥，尤其是有机肥的配合施入，能显著增加玉米的群体生物产量，且同时增加玉米籽粒产量。
图5不同施氮量对春玉米地上地下部群体生物产量的影响
注：图柱上不同小写字母表示同一年不同处理间生物量差异显著（P<0.05）。
3 讨论
3.1 长期定位施肥影响春玉米产量形成的光合机制
玉米叶片保绿性与光合持续时间的长短关系密切，曹彩云等[16]认为，保持叶片绿色可以延缓叶片衰老、延长光合作用时间并提高玉米群体光合速率，增加玉米籽粒干物质积累。在本研究中，与 CK 和 N 处理相比，其他 4 种施肥处理下玉米乳熟期前生育进程加快，可见叶和见展叶数量较多，而乳熟期后生育进程延缓，绿叶数和总叶片数较多，其中 M 和 MNP 处理效果最为明显，增加的机理主要是有机肥、秸秆还田连年施入，能改善土壤理化性状，提高土壤有机质、有效养分含量，改善作物根系[17-18]，促进前期玉米地上部的生长，能保持灌浆期玉米对土壤养分的需要。
在玉米生长发育过程中，土壤有效养分通过对玉米光合器官的影响而直接影响 CO2 同化，又通过对玉米生长发育的影响，进而间接影响 CO2 同化及光合产物积累[6]。康彩睿等[6]研究表明有机肥配施化肥在增强玉米光合特性，提高叶面积指数，延缓叶片衰老方面效果最为明显。长期秸秆还田能够促进作物生长、叶绿素含量、促进光合产物向籽粒转移等[19]，本研究结果表明，与 CK 和 N 处理相比，NP、SNP、 M 和 MNP 4 种施肥方式均能显著增加玉米各生育期株高、叶绿素含量、叶面积、叶面积指数及光合势，以有机肥单施和有机肥配施氮磷肥为最佳，主要是长期不施肥、单施氮肥土壤肥力较低，土壤养分成为限制玉米光合作用的关键因子，而氮磷肥配施处理土壤氮、磷养分比例平衡，作物秸秆和有机肥长期施入提高了土壤肥力，使玉米的光合作用显著增强。
叶绿素含量反映了作物氮素的水平，长期不施肥或单施氮肥使玉米整个生育期内叶绿素含量低，随着土壤氮、磷水平的提高，叶绿素含量增加，这与王磊等[20]研究结果相一致。在本研究中，氮磷肥处理玉米各生育期叶绿素含量较有机肥和有机肥配施处理高。其原因可能是氮磷肥配施能保证玉米生长期内的养分供需平衡，作物生长前期，土壤中无机氮供应充足，玉米叶片中氮含量较高，增加叶片的叶绿素含量，有机肥施入土壤中后，可以协调土壤有效养分之间的供应，促使无机氮转化成有机氮，避免过多的无机氮在土壤中富集，使叶片叶绿素含量较低；也可能与有机肥长期施入，土壤中速效钾相对过量导致叶绿素含量下降有关[13]。但对玉米生育期的发展动态来说，有机肥肥效相对于化肥更为有利，有助于协调叶面积、叶绿素含量和光合作用在玉米产量形成中的关系，促进光合产物向籽粒转移，最终增产。
3.2 长期定位施肥与春玉米产量及群体生物产量
玉米产量的提高与施肥类型、数量和配施方式等在一定范围内密切相关[21-22]。肥料作为作物养分的主要来源，直接参与或调节作物营养代谢与循环，与作物的产量有密切的关系[23]。当土壤养分配施比例不当时，不仅可以影响作物的营养生长和生殖生长，而且可以抑制养分的平衡吸收量，降低了肥料的利用率，影响作物产量的提升[24]。本研究发现，N 处理玉米产量、地上部生物量高于 CK，但增产不明显，地下部生物量较 CK 减产，说明长期单一施用氮肥造成土壤中磷素缺乏，氮素相对过剩，氮、磷供给不平衡，造成磷素为作物生长的限制因子[15]。氮磷配施后可以提升土壤有效氮、磷含量和适宜氮、磷比例[25-26]，明显减弱了玉米生长的缺磷效应，这表现在本研究中 SNP、NP 处理玉米产量、地上和地下部生物产量均显著高于 CK、 N 处理。战秀梅等[17]、白伟等[18]研究表明秸秆还田比秸秆不还田玉米产量增产 3.25%～5.89%，这与本试验研究中 SNP 较 NP 处理增产 8.1% 结果一致，由于氮磷配施秸秆还田后，有机质含量提升，释放大量养分，改善了土壤结构，促进养分循环和提高土壤保水能力[27]，有利于有益微生物大量繁殖，促进作物生长和产量提升[28-29]。李宗新等[30] 研究认为，鸡粪肥配施氮肥可显著提高玉米的生物产量；刘盈锐等[31]研究认为，连年施有机肥可显著提高玉米产量，与本研究中 MNP、M 处理玉米籽粒产量、地上部、地下部生物产量最高一致，随着有机肥的投入，有利于土壤养分的协调供应，土壤综合肥力较其他施肥方式高，巩固穗粒数，增加粒重，提高玉米的产量和群体生物产量。而 MNP 和 M 处理间玉米产量和群体生物产量差异不明显的原因是长期施入有机肥的土壤速效养分、土壤有机碳含量维持中高水平[12]，配施化肥使土壤有效养分达到阶段性饱和，导致玉米增产不明显。
4 结论
在陇东旱塬区，氮磷肥配施、再结合秸秆还田施肥、有机肥单施、有机肥配施氮磷肥方式通过增加玉米持绿叶片数、叶绿素含量、叶面积、叶面积指数及光合势等改善玉米光合特性，增加玉米产量。长期有机肥单施和有机肥配施氮磷肥改善玉米光合特性、提高籽粒产量和地上、地下部生物量的效果最佳，且二者对产量的贡献相当。因此，要保证玉米产量的可持续提高，有机肥配施氮磷是玉米田最适宜的施肥方式。