崔云玲，張立勤

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 甘肅耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，甘肅 武威 733017)

玉米是甘肅省種植面積最大的糧食作物之一，其穩(wěn)產(chǎn)增收對(duì)甘肅農(nóng)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。增加水肥特別是氮肥投入是河西綠洲灌區(qū)多年來玉米產(chǎn)量不斷提高的重要措施。但一味追求高產(chǎn)而超量施氮使得大量的氮素流失到環(huán)境中，不僅利用率低下，還引發(fā)了一系列的環(huán)境問題[1-3]。減量施氮正是在這種背景下發(fā)展起來的一種高效施肥方式，即在保證作物產(chǎn)量穩(wěn)定的前提下，盡量減少氮肥的投入量，以提高氮肥的利用效率，降低環(huán)境污染[4-7]。關(guān)于施氮對(duì)玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量及氮肥利用效率的影響國(guó)內(nèi)外已有許多研究[8-13]，但多為普通尿素不同氮肥梯度下適宜用量的篩選，而普通尿素常規(guī)施氮量和SODm 尿素(將超氧化物歧化酶加在尿素溶液中混合造粒而成，兼有SOD酶活性和氮的雙重作用，簡(jiǎn)稱SODm 尿素)氮減量施用對(duì)玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的變化情況研究少有報(bào)道。本研究擬通過普通尿素常規(guī)施氮量和SODm尿素氮減量施用對(duì)玉米產(chǎn)量及氮素利用的差異研究，以期為SODm 尿素在玉米及其他作物上的科學(xué)合理施用提供依據(jù)，從而促進(jìn)和推動(dòng)新型肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的快速推廣和應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，位于E100°26′，N38°56′，地處黑河上游大滿灌區(qū)，海拔1 570 m，年平均蒸發(fā)量2 047 mm，降水量130 mm，干旱指數(shù)達(dá)10.3。

播前0～25 cm 土壤養(yǎng)分狀況：有機(jī)質(zhì)含量為17.47 g/kg，堿解氮含量為93.8 mg/kg，有效磷含量為23.2 mg/kg，速效鉀含量為115.3 mg/kg，pH值8.50，全鹽含量為0.467 g/kg，土壤肥力處于中等水平。試驗(yàn)地土壤屬綠洲灌漠土類，前茬為玉米。玉米生育期內(nèi)，即4 月中旬至9 月底自然降水量為110 mm。

1.2 供試材料

供試肥料為 SODm 尿素(含氮量≥46.4%，SODm≥0.05%，用SODmN 表示)、普通尿素(含氮量≥46.4%)、普通過磷酸鈣(P2O5含量≥12.0%)和硫酸鉀(K2O 含量≥50%)。供試玉米品種為武科2 號(hào)，種植密度8.25 萬株/hm2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)7 個(gè)處理：(1) 不施氮肥(CK)；(2) 常規(guī)施氮量施普通尿素氮(CFN)：375.00 kg/hm2；(3) 常規(guī)施氮量施SODm 尿素氮(SODmN)：375.00 kg/hm2；(4) SODm 尿素氮減量10% (SODmN-10%)：337.50kg/hm2；(5) SODm 尿素氮減量15%(SODmN-15%)：318.75 kg/hm2；(6) SODm 尿素氮減量20% (SODmN-20%)：300.00 kg/hm2；(7)SODm 尿素氮減量25% (SODmN-25%)：281.25 kg/hm2。小區(qū)面積24 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3 次。

2017 年4 月17 日播種，行距為50 cm，株距為24 cm，播深4 cm。對(duì)各處理種植的玉米采取相同的農(nóng)業(yè)田間管理：人工除草、中耕及病蟲害防治。10 月8 日收獲，其他田間管理措施與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

各處理磷、鉀肥用量一致，施磷 (P2O5) 120 kg/hm2，鉀(K2O) 45 kg/hm2。其中20%氮及全部的磷鉀肥結(jié)合耕地基施。80%的氮在玉米生長(zhǎng)期間分3 次追施，分別為拔節(jié)期20%、喇叭口期30%、吐絲期30%，均于灌水前按株穴施。各處理灌溉定額均為6 000 m3/hm2，分4 次灌溉，分別于拔節(jié)、大喇叭口、吐絲和灌漿中期進(jìn)行，每次灌水定額均為1 500 m3/hm2，水表量水，實(shí)施定額灌溉。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

收獲時(shí)每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)取2 株植株樣品，在105 ℃下殺青0.5 h 后于60 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎過1 mm 篩用于分析全氮。植株全氮用濃硫酸消煮，全自動(dòng)定氮儀測(cè)定。

表征氮肥利用效率參數(shù)按下列公式[14]計(jì)算：

氮肥利用率=(施氮區(qū)玉米地上部吸氮量-無氮區(qū)玉米地上部吸氮量)/施氮量×100%；

N 收獲指數(shù)=籽粒吸氮量/總吸氮量×100%；

N 素表觀平衡=N 投入量-N 吸收量；

純收益(元/hm2)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量×玉米價(jià)格-肥料投入-其他投入(包括種子、地膜和農(nóng)藥等)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 軟件進(jìn)行計(jì)算，用SAS 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 SODm 尿素氮減量對(duì)玉米產(chǎn)量及效益的影響

表1 顯示：不施氮肥處理玉米產(chǎn)量均最低，所有施氮肥處理較不施氮肥處理均有顯著的增產(chǎn)效果，增施氮肥仍是玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵。施用氮肥能顯著提高玉米籽粒產(chǎn)量，與CK 相比，增產(chǎn)20.6%～31.6%；與CFN 處理相比，SODmN 處理產(chǎn)量顯著下降，但SODmN 減量處理與其無顯著差異，SODmN-15%還表現(xiàn)為增產(chǎn)。用SODmN替代CFN，適度減少施用量，玉米產(chǎn)量呈增加的趨勢(shì)，當(dāng)施氮量減少15%并繼續(xù)降低時(shí)，玉米產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。施氮對(duì)春玉米的生物量也有顯著的影響，其變化趨勢(shì)與產(chǎn)量變化趨勢(shì)不盡相同，過量的氮更有利于秸稈產(chǎn)量的增加而對(duì)籽粒產(chǎn)量不利，SODmN 處理春玉米地上部生物量較CFN處理高5.7%。各SODmN 減量施肥處理中，氮減量在20%以內(nèi)(即施用量在300～375 kg/hm2)變化時(shí)，隨著氮用量的減少玉米地上部生物量變化不大，但當(dāng)?shù)獪p量超過20%即為SODmN-25%時(shí)春玉米地上部生物量降幅最大。

表1 SODm 尿素氮減量對(duì)春玉米產(chǎn)量及效益的影響Tab.1 Effect of SODmN reduction application on the yield and profit of spring maize

玉米籽粒產(chǎn)量以SODmN-15%處理最高，與CFN 處理產(chǎn)量相當(dāng)，較SODmN 處理增產(chǎn)5.4%，隨著氮肥用量的減少，玉米產(chǎn)量逐漸降低，但SODmN 處理與SODmN-25%處理間差異并不顯著。上述分析結(jié)果表明：用SODmN 替代CFN后SODm 促進(jìn)了玉米對(duì)氮素的吸收利用，氮減量25%以內(nèi)對(duì)玉米的產(chǎn)量并沒有造成顯著影響。

方差分析結(jié)果顯示：各施氮處理與CK 間產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平；各施氮處理之間相互比較，CFN 處理除與SODmN 之間達(dá)差異顯著水平外，與其他氮減量處理間不顯著，表明只有在適宜的氮水平下玉米籽粒產(chǎn)量才能達(dá)到最高，而過量的氮?jiǎng)t會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)失調(diào)，容易造成籽粒減產(chǎn)。依據(jù)籽粒產(chǎn)量(y，kg/hm2)與施氮量(x，kg/hm2)的關(guān)系建立擬合方程：y=-0.046 2x2+28.913x+1 1 468 (R2=0.975 6)，計(jì)算得到最高產(chǎn)量15 992 kg/hm2下的施氮量為313 kg/hm2。

春玉米的純收益是評(píng)價(jià)施肥效果的重要參數(shù)。從表1 還可見：施氮量與籽粒產(chǎn)量的高低直接影響著春玉米的純收益，與不施氮(CK)相比，SODmN-15%處理純收益最高，其他施氮處理間純收益相差不大，表明適宜的施氮量是增加春玉米純收益的關(guān)鍵，施肥不足或過量，均不能帶來高效益。純收益與不同氮肥施用量之間的關(guān)系可表示為：y=-0.083 1x2+48.544x+18 077 (R2=0.967 1)。由此求得最高純收益施氮量為292 kg/hm2，此時(shí)純收益為25 166 kg/hm2。

2.2 SODm 尿素氮減量對(duì)春玉米氮素吸收和利用的影響

施氮水平對(duì)春玉米氮吸收、氮收獲指數(shù)、氮平衡及氮肥利用效率均有一定影響，結(jié)果如表2所示。氮吸收量隨著施氮量的減少表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，不施氮處理的氮吸收總量最低，為176.5 kg/hm2，SODmN 處理氮吸收總量最高，為320.3 kg/hm2，較CFN 處理氮吸收總量增加4.9%。就氮收獲指數(shù)而言，不同氮肥施用量表現(xiàn)不一，所有施氮處理的氮收獲指數(shù)均較CK 下降，但隨著氮減量程度的加大氮收獲指數(shù)呈增加趨勢(shì)。從氮表觀平衡看，SODmN-15%基本能滿足氮素平衡，低于此施氮量，氮素平衡處于虧缺狀態(tài)，高于此量則處于盈余狀態(tài)。本試驗(yàn)獲得的最高產(chǎn)量施氮量為318.75 kg/hm2，氮素平衡盈余11.02 kg/hm2，當(dāng)SODmN 減量超15%時(shí)，氮素平衡處于虧缺狀態(tài)。就氮肥利用效率而言，SODmN-20%處理(300 kg/hm2)取得最高的氮肥利用效率，為43.1%；施氮量超過318.75 kg/hm2時(shí)明顯下降，普通尿素和SODm 尿素氮供應(yīng)時(shí)氮肥利用效率明顯降低，但SODmN 處理的氮肥利率較CFN 處理提高了11.6%，充分顯示出SODm 對(duì)玉米的生長(zhǎng)產(chǎn)生了促進(jìn)作用；SODmN-15%處理的氮肥利用效率為41.2%，故SODmN-15%處理可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效，同時(shí)氮肥利用效率也實(shí)現(xiàn)較高的目標(biāo)。結(jié)果表明：在河西綠洲灌區(qū)用新型SODm 尿素氮肥替代普通尿素氮肥可達(dá)到減肥增效的目的，玉米在適當(dāng)減量施氮情況下可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，并提高肥料利用率，保持較好的氮平衡，這對(duì)土地的可持續(xù)利用有重要作用。

表2 SODmN 減量對(duì)春玉米氮吸收和利用的影響Tab.2 Effect of SODmN reduction application on the N uptake and utilization of spring maize

3 討論

作物減量施肥應(yīng)以土壤肥力狀況為基礎(chǔ)，綜合考慮作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律和需肥特性，做到養(yǎng)分供需平衡，減少肥料的浪費(fèi)。金繼運(yùn)等[15]研究表明：氮素過量可使?fàn)I養(yǎng)體生長(zhǎng)過旺，與籽粒競(jìng)爭(zhēng)光合產(chǎn)物，葉片中的氮向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)減少，不利于籽粒碳的積累。OSAKI 等[16]和SPIERTZ 等[17]研究表明：營(yíng)養(yǎng)體過量的氮素轉(zhuǎn)移將導(dǎo)致葉片早衰及光合能力下降，造成籽粒碳水化合物供應(yīng)不足，降低灌漿速率，對(duì)玉米后期碳氮代謝互作及粒質(zhì)量形成不利。本研究結(jié)果表明：常規(guī)施氮量水平下用SODm 尿素氮替代普通尿素氮，在一定范圍內(nèi)減少施氮量(即SODmN 減量20%以內(nèi))并未對(duì)玉米產(chǎn)量造成顯著影響，減少施氮量25%時(shí)雖有減產(chǎn)趨勢(shì)但與常規(guī)施肥間未達(dá)到顯著差異水平，這主要是由于SODm 尿素中含有SOD 酶，可有效抑制土壤中金屬離子與磷形成不溶性沉淀，且SOD 酶可促進(jìn)作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，同時(shí)也促進(jìn)了對(duì)氮素的吸收利用，使玉米前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過旺，從而影響其籽粒產(chǎn)量。

減量施肥同時(shí)還在一定程度上提高了氮肥利用效率，這與前人研究結(jié)果[18-19]一致。趙士誠(chéng)等[18]對(duì)華北地區(qū)春玉米氮肥減量的研究結(jié)果均表明：氮肥減量后玉米產(chǎn)量沒有顯著降低，肥料利用率反而略有增加；段然等[19]對(duì)湖垸旱地玉米和油菜減量施氮研究結(jié)果也表明：在現(xiàn)有施肥水平下，減量施肥對(duì)玉米和油菜產(chǎn)量沒有顯著影響。

在中國(guó)不同地區(qū)玉米的施肥量差異較大，眾多學(xué)者也提出了因地制宜的施肥建議。葉東靖等[12]研究指出：吉林省玉米施氮適宜用量應(yīng)在180～240 kg/hm2；王俊忠等[20]利用15N 標(biāo)記研究了河南地區(qū)施氮量，結(jié)果表明：施氮量在300 kg/hm2以內(nèi)可保證夏玉米高產(chǎn)，過量施氮并沒有表現(xiàn)出持續(xù)增產(chǎn)的效果。

確定作物的合理施肥量是一個(gè)復(fù)雜的問題，除了與肥料投入和作物產(chǎn)出相關(guān)外，還與植株全生育期內(nèi)土壤養(yǎng)分的礦化量、當(dāng)季降水量及土壤有機(jī)質(zhì)含量等密切相關(guān)。有研究指出：植株全生育期土壤氮素礦化加上播前無機(jī)氮數(shù)量，土壤自身供氮量可高達(dá)347 kg/hm2，足夠植株生長(zhǎng)發(fā)育所需[6,21-22]，這大大弱化了施肥量差異對(duì)作物產(chǎn)量帶來的影響。

甘肅河西綠洲灌區(qū)春玉米種植區(qū)域過量不合理施肥問題普遍存在，在現(xiàn)有玉米施肥水平下，采取適宜的減量施肥方式并配合施用新型的氮肥品種，在減少化肥投入的同時(shí)能保證玉米產(chǎn)量和有效提高氮肥的利用效率，可避免因施肥過量對(duì)環(huán)境造成的潛在威脅。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，用新型SODm 尿素氮替代普通尿素氮，在氮肥用量較常規(guī)施氮量減少25%以內(nèi)時(shí)玉米產(chǎn)量不會(huì)明顯下降，但會(huì)造成土壤氮平衡的虧缺；而氮肥用量較常規(guī)施氮量減少15%時(shí)，在保證穩(wěn)產(chǎn)高效的同時(shí)肥料利用率也相對(duì)較高。