馬 陽(yáng)，吳 敏，劉曉明，李赟虹，張世卿，王亞玲，孫坤雁，彭正萍

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000）

肥料是提高糧食產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保障，為滿足日益增長(zhǎng)的糧食需求，增施化肥成為重要舉措，但化肥不合理施用、有機(jī)肥未充分利用的現(xiàn)象普遍發(fā)生［1-2］。黃淮海地區(qū)夏玉米季高溫多雨，農(nóng)民習(xí)慣采用傳統(tǒng)的“一炮轟”方式將肥料一次性施于土壤表層，這不僅導(dǎo)致養(yǎng)分隨地表徑流、淋溶、揮發(fā)等損失嚴(yán)重，而且降低肥料利用率，玉米生育后期有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)脫肥早衰，造成不同程度的減產(chǎn)［3-4］。

研究表明夏玉米拔節(jié)-大喇叭口期和吐絲-灌漿期需肥量最多［5］，淺施普通化肥的玉米在生長(zhǎng)后期易出現(xiàn)養(yǎng)分供應(yīng)不足，影響產(chǎn)量形成［6］。緩控釋肥緩慢釋放的特性有利于作物吸收利用，減少土壤淋失，提高化肥利用效率，實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)高效［7］?；蔬m當(dāng)深施易于玉米根系吸收利用，增加單株根質(zhì)量，顯著提高根系活力，進(jìn)而提高產(chǎn)量和肥效［8-9］。有機(jī)肥能培肥地力，但不能完全滿足作物快速生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，而有機(jī)無(wú)機(jī)配施更有利于作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，改善土壤肥力和提升肥料利用效率［10-11］。

目前關(guān)于夏玉米施肥方式的大部分研究主要針對(duì)施肥深度、肥料種類單因素對(duì)作物養(yǎng)分吸收及土壤質(zhì)量等影響開(kāi)展的［6，8］，而且土壤養(yǎng)分也表現(xiàn)出上層高于下層的特征［12］，玉米根系在0～40 cm 土層比較密集，因此，本研究探討了施肥深度、化肥種類及配施有機(jī)肥綜合因素對(duì)夏玉米產(chǎn)量、根系活性及養(yǎng)分吸收的影響，為黃淮海夏玉米確定科學(xué)施肥方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)于2018 年6 ～10 月在河北省邢臺(tái)市寧晉縣鳳凰鎮(zhèn)原種場(chǎng)進(jìn)行。采用土壤盆栽方式進(jìn)行，盆的規(guī)格:口徑65 cm，深度40 cm。供試夏玉米品種為鄭單958，供試肥料為控釋尿素（N 44%）、過(guò)磷酸鈣（P2O516%）、氯化鉀（K2O 60%）和生物有機(jī)肥。供試土壤為壤質(zhì)潮褐土，試驗(yàn)前0 ～15、15 ～25、25 ～35 cm 土層理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)前在盆底均勻打5 個(gè)直徑1 cm 的小孔，并在底部鋪上紗網(wǎng)，每盆裝干土45 kg。試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)處理，分別為:T1-推薦施肥量施在5 ～15 cm；T2-推薦施肥量施在15 ～25 cm；T3-推薦施肥量施在25 ～35 cm；T4-推薦施肥量一半氮肥施在5 ～15 cm，另一半氮肥和全部磷鉀肥、生物有機(jī)肥施在15 ～25 cm；T5-推薦施肥量一半氮肥施在5 ～15 cm，1/4 氮肥和1/2 磷鉀肥、1/2 生物有機(jī)肥施在15 ～25 cm，1/4 氮肥和1/2 磷鉀肥、1/2 生物有機(jī)肥施在25 ～35 cm；T6-農(nóng)民習(xí)慣施肥量施在5 ～15 cm，每處理重復(fù)3 次，共54 盆（用于3 個(gè)生育時(shí)期的破壞性取樣）。具體各處理的施肥深度和施肥量詳見(jiàn)表2。本試驗(yàn)前期，對(duì)當(dāng)?shù)亻_(kāi)展的農(nóng)戶夏玉米施肥調(diào)查結(jié)果顯示，夏玉米農(nóng)民習(xí)慣施N、P2O5和K2O 分別為300、75 和90 kg·hm-2，結(jié)合土壤養(yǎng)分、夏玉米目標(biāo)產(chǎn)量和需肥特征，推薦施N、P2O5和K2O 分別為225、120 和150 kg·hm-2。盆栽施肥量為大田實(shí)際用量的2 倍，各施肥層次土壤與肥料混勻后裝盆，從下往上按照原狀土壤層次裝盆、壓實(shí)。后期澆水時(shí)間根據(jù)天氣、土壤干濕狀況灌溉到田間持水量的80%，各處理一致。2018 年6 月20 日裝盆，22 日播種，每盆播種5 粒露白種子，7 月15 日間苗，每盆留長(zhǎng)勢(shì)一致的基本苗1 株，于10 月1 日收獲。

表2 各處理純養(yǎng)分用量 （g·盆-1）

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

地上部干物質(zhì)量:在玉米生長(zhǎng)的拔節(jié)、大喇叭口和成熟期，每個(gè)處理分別收獲3 盆（重復(fù)），將地上部植物分為莖、葉、穗軸、籽粒4 部位分別進(jìn)行采樣，于105℃殺青30 min，75℃烘至恒重，稱干重。

地上部各器官養(yǎng)分:將上述3 個(gè)時(shí)期的植物各器官干樣磨碎混勻，過(guò)1 mm 篩。采用H2SO4-H2O2法消煮，消煮液用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀測(cè)定其中的全氮含量，用釩鉬黃比色法測(cè)定其中的全磷含量，用火焰光度法測(cè)定其中的全鉀含量［13］。

玉米根系脫氫酶活性:在大喇叭口期，取植物樣的同時(shí)將盆中土壤按照5 ～15、15 ～25、25 ～35 cm 進(jìn)行切割，分別挑取各土層中的所有根系。將根系洗凈，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法進(jìn)行根系脫氫酶活性的測(cè)定［14］。

產(chǎn)量及其構(gòu)成因素:在成熟期，采集玉米果穗，并測(cè)量穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)度及穗粒數(shù)。風(fēng)干脫粒后測(cè)定百粒重及籽粒總重，采用烘干法測(cè)定籽粒含水量，折合并計(jì)算14%含水量的玉米籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和相關(guān)圖表繪制，使用SPSS 25.0 軟件（Duncan）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平均為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏玉米根系脫氫酶活性對(duì)不同施肥方式的響應(yīng)

表3 表明，各施肥處理不同土層根系脫氫酶活性存在明顯差異。5 ～15 cm 土層，T1 根系脫氫酶活性較T2、T3 分別顯著提高38.8%、42.7%，其他處理間差異不顯著。15 ～25 cm 土層，各處理間根系脫氫酶活性差異不顯著。25 ～35 cm 土層，T5根系脫氫酶活性分別較T1、T6 顯著增加50.4%、40.3%。說(shuō)明不同施肥位置會(huì)影響各土層玉米根系脫氫酶活性，推薦施肥量在5 ～15 cm 施用（T1）顯著提升5 ～15 cm 土層根系脫氫酶活性，推薦施肥量分3 層施用（T5）顯著提升25 ～35 cm 土層根系脫氫酶活性。

表3 不同施肥方式下的玉米根系脫氫酶活性

2.2 夏玉米干物質(zhì)積累量對(duì)不同施肥方式的響應(yīng)

由圖1 可知，從拔節(jié)至成熟期，各處理的干物質(zhì)積累量逐漸增加，增加幅度為251.3 ～379.5 g·株-1。在拔節(jié)期，T1 較T2 顯著提高干物質(zhì)積累量53.2%。在大喇叭口期，各處理干物質(zhì)積累量差異顯著，T4 干物質(zhì)積累量平均分別較T2、T3、T6顯 著 提 高31.5%、53.5%、30.5%，T1 和T5 較T3分別顯著提高39.3%和38.8%。在成熟期，T4 較T1、T2、T3、T6 干物質(zhì)積累量平均分別顯著增加22.3%、26.8%、50.1%、30.4%，T5 較T3 干物質(zhì)積累量顯著提高30.2%。T4 顯著提高夏玉米后期干物質(zhì)積累量，T5 處理次之，而T3 效果最差。

圖1 不同施肥方式下的夏玉米干物質(zhì)動(dòng)態(tài)積累量

2.3 夏玉米養(yǎng)分吸收對(duì)不同施肥方式的響應(yīng)

圖2 表明，從拔節(jié)至成熟期，各處理的植株氮養(yǎng)分積累量逐漸增加，增加幅度為3.0 ～4.4 g·株-1。不同處理植株全氮積累量在拔節(jié)期差異不顯著。在大喇叭口期，玉米全氮主要積累于莖，平均占整株的74.0%～87.6%，T4 的整株全氮積累量分別較T2、T3、T6 增加67.7%、75.7%、53.5%，T1、T5整株全氮積累量與其他各處理間差異不顯著。在成熟期，籽粒、莖、葉中全氮積累量分別占整株的64.4%、16.0%、17.4%，T4 的整株全氮積累量較T3 顯著增加44.5%，其他各處理間差異不顯著。表明推薦施肥量分2 層施用（T4）能促進(jìn)玉米的氮素吸收和向籽粒中轉(zhuǎn)移，提升玉米整株全氮積累量。

圖2 不同施肥方式下的玉米氮素吸收與分配

圖3 表明，與氮養(yǎng)分積累規(guī)律相同，不同施肥方式下的植株全磷積累量在拔節(jié)期差異不顯著。在大喇叭口期，玉米莖和葉中的全磷積累量平均占整株的57.3%和42.7%，T4 的整株全磷積累量分別較T1、T2、T3、T6 顯著提升86.8%、73.3%、86.9%、128.7%，其他各處理間差異不顯著。在成熟期，籽粒、莖、葉中全磷積累量平均分別占據(jù)整株的71.9%、14.6%、11.2%，各處理間的整株全磷積累量差異不顯著。說(shuō)明推薦施肥量分2 層施用（T4）在大喇叭口期促進(jìn)磷素向莖中轉(zhuǎn)移，而成熟期促進(jìn)磷素向籽粒中運(yùn)輸。

圖3 不同施肥方式下的玉米磷素吸收與分配

圖4 表明，不同施肥方式下的植株全鉀積累量在拔節(jié)期差異不顯著。在大喇叭口期，玉米莖和葉中的全鉀積累量平均分別占整株的77.4%和22.6%，其中T4 的整株全鉀積累量分別較T2 和T3顯著提高65.0%和61.4%，T5 分別較T2 和T3 顯著提高41.6%和38.5%，其他處理間差異不顯著。在成熟期，籽粒、莖、葉中全鉀積累量平均分別占整株的12.4%、69.7%、12.6%，T4 的整株全鉀積累量較T2 和T3 分別顯著提升65.7%和64.7%，其他各處理間差異不顯著。表明推薦施肥量分2 層施用（T4）促進(jìn)鉀素向莖中轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高整株鉀素積累量。

圖4 不同施肥方式下的玉米鉀素吸收與分配

2.4 夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素對(duì)不同施肥方式的響應(yīng)

表4 表明，各施肥處理玉米成熟期果穗穗長(zhǎng)、穗粗、百粒重間均無(wú)顯著差異。果穗禿尖長(zhǎng)差異顯著，其中T4 較T3、T6 分別顯著降低禿尖長(zhǎng)6.2、6.1 mm，T5 較T3、T6 分別顯著降低禿尖長(zhǎng)5.8、5.6 mm。T4 玉米穗粒數(shù)分別較T3、T6 顯著提高28.8%、34.4%，與其他處理間差異不顯著。各施肥處理夏玉米產(chǎn)量差異顯著，其中T4 較T2、T3、T6平均分別顯著提高30.4%、47.4%、34.3%，T5 較T3 平均顯著增產(chǎn)27.4%。表明不同施肥方式對(duì)玉米產(chǎn)量形成有顯著影響，其中推薦施肥量分2 層施用（T4）與推薦施肥量分3 層施用（T5）能降低玉米果穗禿尖長(zhǎng)，提高玉米穗粒數(shù)，促進(jìn)增產(chǎn)。

表4 不同施肥方式下的玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

3 討論

科學(xué)合理的施肥方式能夠提高土壤肥力，提升玉米根系活力，促進(jìn)玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，增加干物質(zhì)積累量，提高產(chǎn)量［8，15-16］。本文顯示，推薦施肥量分2 層施用處理（T4）的玉米干物質(zhì)積累量、養(yǎng)分吸收積累量及產(chǎn)量指標(biāo)均較優(yōu)，推薦施肥量分3 層施用處理（T5）次之。與農(nóng)民習(xí)慣施肥量在5 ～15 cm 施用（T6）相比，T4、T5 處理的成熟期干物質(zhì)積累量平均增加13.1%～30.4%（圖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），成熟期植株氮和鉀素積累分別提高5.7%～30.6%和7.7%～26.4%，平均增產(chǎn)16.0%～34.3%?？蒯尰蕽M足玉米后期對(duì)養(yǎng)分的需求，減少追肥人力投入；有機(jī)肥分解雖緩慢，具有長(zhǎng)效性，不能滿足作物快速生長(zhǎng)期對(duì)養(yǎng)分的需求，但配施化肥不僅滿足作物生長(zhǎng)獲得較高的產(chǎn)量，而且能夠降低氮磷鉀養(yǎng)分的淋失風(fēng)險(xiǎn)［17-18］。玉米生育前期根系較淺，表層土壤中的養(yǎng)分足夠提供養(yǎng)分，肥料深施可以促進(jìn)其根系下移，減緩深層根系衰老，15 ～25、25 ～35 cm 土層施用無(wú)機(jī)肥和生物有機(jī)肥為深層玉米根系提供養(yǎng)分，不僅有利于15 ～35 cm 土壤養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)的改善，還促進(jìn)根系磷鉀肥吸收效率，減少表層磷鉀肥的固定，促進(jìn)玉米干物質(zhì)量積累［8，19］。侯云鵬等［15］在研究中也發(fā)現(xiàn)玉米中后期的氮、磷、鉀積累更有利于玉米產(chǎn)量的形成，促進(jìn)增產(chǎn)。推薦施肥量施在5 ～15 cm（T1）與T6 相比，成熟期玉米干物質(zhì)量提高6.6%，全磷養(yǎng)分積累量增加21.5%，5 ～15 cm 根系活力提升7.3%，增產(chǎn)13.0%，主要因?yàn)檗r(nóng)民習(xí)慣施肥注重施氮肥，少施磷、鉀肥，推薦施肥采用緩釋氮肥與有機(jī)肥，提升了玉米氮磷鉀養(yǎng)分積累量，達(dá)到增產(chǎn)。推薦施肥量在15 ～25 cm 施用（T2）與T6 相比，15 ～25、25 ～35 cm 根系活力分別提高35.1%、14.7%。推薦施肥量在25～35 cm 施用（T3）的根系活性、氮磷鉀養(yǎng)分積累量及產(chǎn)量均較其他各處理無(wú)優(yōu)勢(shì)，主要由于施肥位置較深，無(wú)法保證前期玉米對(duì)養(yǎng)分的需求量，進(jìn)而影響玉米產(chǎn)量［20］。

4 結(jié)論

推薦施肥量分2 層施用（推薦施肥量一半氮肥施在5 ～15 cm，另一半氮肥和全部磷鉀肥、生物有機(jī)肥施在15 ～25 cm）是較為適宜的施肥方式，能有效促進(jìn)玉米各土層根系脫氫酶活性，提高玉米干物質(zhì)與氮磷鉀養(yǎng)分積累量，增產(chǎn)效果顯著；推薦施肥量分3 層施用的T5 效果次之。