嚴(yán)旖旎， 石曉旭， 劉海翠， 單海勇， 劉旭杰， 張 晉， 劉 建， 李 贏， 楊美英

(江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/南通市循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南通 226001)

玉米是我國三大糧食作物之一，其種植面積居世界首位，在我國糧食安全中起到不可替代的重要作用[1]。隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，農(nóng)村人口大量向城鎮(zhèn)遷移，老齡化程度加劇[2]，農(nóng)村勞動(dòng)力短缺，影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，嚴(yán)重威脅國家糧食安全。宋明元等的研究表明，肥料的種類和施肥方式是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一[3]。當(dāng)前我國農(nóng)民習(xí)慣的玉米施肥方式以“一底三追”為主，且追施多采用撒施，導(dǎo)致部分肥料的養(yǎng)分分布于離根較遠(yuǎn)的土體，運(yùn)移到根系效率很低，肥料易通過氨揮發(fā)、徑流、淋洗等途徑損失；農(nóng)民為了保證產(chǎn)量而施肥過量，不僅降低了肥料的利用效率，也對(duì)環(huán)境造成污染[4]。合理的一次性施肥方式可以減少施肥次數(shù)和勞動(dòng)力投入，還可以改善玉米的冠層結(jié)構(gòu)及光合特性，是玉米高產(chǎn)高效的重要施肥方式[5]。葉綠素含量對(duì)作物產(chǎn)量有重要影響，葉片葉綠素含量的增加，可使光能的吸收與轉(zhuǎn)化作用增強(qiáng)[6-7]。Xu等研究發(fā)現(xiàn)，合理的施肥量和施肥方式能夠保證玉米生長期內(nèi)的養(yǎng)分供需平衡，增加玉米葉片的葉綠素含量，延長葉面積指數(shù)高值持續(xù)期，提高其光合速率，從而改善玉米光合性能、提高產(chǎn)量[8-10]。任青等發(fā)現(xiàn)，不同施肥方式可通過對(duì)葉綠素含量的影響進(jìn)一步影響糯玉米的產(chǎn)量[11]。前人的研究多集中于不同階段肥料的施用量和施用方式，對(duì)一次性施肥條件下玉米產(chǎn)量形成和光合特性的影響研究較少。本研究以蘇玉30為試驗(yàn)材料，通過比較一次性帶施、條施、穴施3種施肥方式對(duì)玉米產(chǎn)量和葉片光合特性的影響，以期為玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)栽培技術(shù)的推廣提供理論支持和研究方向。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年6月24日在江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所薛窯基地進(jìn)行，土質(zhì)為沙壤土，0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)20.2 g/kg、全氮1.30 g/kg、堿解氮103.92 mg/kg、有效磷50.97 mg/kg、速效鉀 91.83 mg/kg。

選用玉米品種蘇玉30(國審玉2011022)為試驗(yàn)材料。蘇玉30由江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育，適宜在江蘇省中南部種植，是江蘇省大面積推廣品種。

2021年6月24日播種，密度為67 500株/km2。株距20 cm，行距窄行30 cm、寬行103 cm。肥料一次性基施，設(shè)置3個(gè)人工模擬機(jī)械直播施肥方式：帶施、條施、穴施，復(fù)合肥1 364 kg/km2(N ∶P2O5∶K2O=22 ∶9 ∶9)。設(shè)置對(duì)照(CK)為常規(guī)施肥方式，基肥 ∶5.5葉期追肥 ∶11.5葉期追肥= 3.0 ∶2.5 ∶4.5，2次追肥分別在7月19日和8月9日。每個(gè)處理重復(fù)3次，每次重復(fù)為1個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為92.05 m2(13.80 m×6.67 m)。于9月27日統(tǒng)一收獲。夏玉米生育期氣溫變化見圖1。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 玉米農(nóng)藝性狀 每個(gè)小區(qū)選取5株發(fā)育一致、健康的玉米植株，定株定點(diǎn)測(cè)定拔節(jié)期、大喇叭口期、籽粒充實(shí)期的株高(cm)，籽粒充實(shí)期的穗位高(cm)、莖粗(cm)。

1.2.2 玉米葉片光合參數(shù) 采用LI6800便攜式光合測(cè)定儀，于成熟期測(cè)定各處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率。

1.2.3 玉米棒三葉SPAD值和葉片老化指數(shù) 于玉米灌漿期、成熟期分2次測(cè)定各處理棒三葉(穗位葉及穗上第1葉和穗下第1葉)的SPAD值(采用SPAD-502便攜式測(cè)定儀測(cè)定)，并計(jì)算葉片老化指數(shù)：葉片老化指數(shù)=1/2(穗位葉SPAD值+穗下葉SPAD值)/穗上葉SPAD值×100。

1.2.4 玉米銹病感染情況 于玉米灌漿期、成熟期分2次測(cè)定各處理玉米銹病感染情況，采用目測(cè)法調(diào)查測(cè)產(chǎn)行中植株群體的發(fā)病狀況，重點(diǎn)調(diào)查棒三葉。根據(jù)病情級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1)，記載每個(gè)處理的病級(jí)[12]。 每個(gè)處理3次重復(fù)，每次重復(fù)隨機(jī)選擇50株長勢(shì)相同的玉米植株，觀察其棒三葉的發(fā)病狀況，并記錄其等級(jí)，各級(jí)別病株發(fā)生比率=病情級(jí)別所占的株數(shù)÷50×100%。采用銹病感染指數(shù)計(jì)算銹病感染情況，銹病感染指數(shù)=1×1級(jí)病株發(fā)生比率+3×3級(jí)病株發(fā)生比率+5×5級(jí)病株發(fā)生比率+7×7級(jí)病株發(fā)生比率+9×9級(jí)病株發(fā)生比率。

1.2.5 玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 收獲所有小區(qū)的玉米，稱出其凈穗產(chǎn)量(kg/hm2)，脫粒機(jī)脫粒后稱出其籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)，每個(gè)處理取10個(gè)果穗，分別測(cè)量其穗長(cm)、穗行數(shù)、單穗總粒數(shù)、穗軸質(zhì)量(g)、粒質(zhì)量(g)，取平均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的多重比較，用SPSS 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

表1 玉米南方銹病病情級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 相關(guān)參數(shù)計(jì)算

產(chǎn)值(元/hm2)=產(chǎn)量(kg/hm2)×玉米單價(jià)(元/kg)；

農(nóng)資投入(元/hm2)=種子成本(750元/hm2)+肥料成本(復(fù)合肥2 700元/hm2)；

農(nóng)機(jī)和人工投入(元/hm2)=耕整地(750元/hm2)+播種(750元/hm2)+打藥(750元/hm2)+施肥(750元/hm2)+收獲(750元/hm2)；

收益(元/hm2)=產(chǎn)值(元/hm2)-農(nóng)資投入(元/hm2) -農(nóng)機(jī)和人工投入(元/hm2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 一次性施肥方式下玉米的農(nóng)藝性狀

由表2可知，一次性施肥方式對(duì)玉米農(nóng)藝性狀無顯著影響(P>0.05，下同)。3種施肥方式與CK的變化趨勢(shì)一致；其中，帶施條件下的籽粒充實(shí)期株高和穗位高相對(duì)較高，但差異不明顯。籽粒充實(shí)期株高已經(jīng)定型。

表2 一次性施肥方式下玉米的農(nóng)藝性狀

2.2 一次性施肥方式下玉米灌漿期和成熟期葉片的光合參數(shù)

由表3可知，一次性施肥方式對(duì)玉米灌漿期葉片光合參數(shù)具有顯著影響(P<0.05)。與CK相比，條施、帶施、穴施條件下的凈光合速率分別提高了5.1%、10.3%、19.2%，且在穴施條件下提高最多；條施、穴施均降低了胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度；帶施、穴施條件下蒸騰速率分別提高了20.0%、22.9%。由表4可知，一次性施肥方式對(duì)玉米成熟期葉片光合參數(shù)無顯著影響。與CK相比，3種一次性施肥方式下蒸騰速率顯著增加，而凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度無顯著變化。

表3 一次性施肥方式下玉米灌漿期的葉片光合參數(shù)

表4 一次性施肥方式下玉米成熟期的葉片光合參數(shù)

2.3 一次性施肥方式下玉米灌漿期和成熟期棒三葉的SPAD值和葉片老化指數(shù)

一次性施肥方式對(duì)玉米灌漿期和成熟期棒三葉SPAD值和葉片老化指數(shù)影響不顯著(表5、表6)。與CK相比，3種一次性施肥方式下玉米灌漿期葉片老化指數(shù)相對(duì)較高，但無顯著差異。且?guī)?、條施、穴施下玉米成熟期葉片老化指數(shù)較CK分別下降了1.86%、8.13%、3.33%，在條施條件下葉片老化指數(shù)下降幅度較大，但總體差異不顯著。

表5 一次性施肥方式下玉米灌漿期棒三葉的SPAD值和葉片老化指數(shù)

2.4 一次性施肥方式下玉米灌漿期和成熟期的銹病感染情況

夏玉米生育后期易受銹病影響[13]，試驗(yàn)地玉米灌漿期和成熟期均受到不同程度的銹病感染影響。在玉米灌漿期，與CK相比，穴施條件下1級(jí)感染情況顯著降低，下降了75.54%；而3級(jí)感染情況顯著升高，提高了42.03%；5級(jí)感染情況無顯著變化。帶施、條施條件下對(duì)銹病感染情況無顯著影響(表7)。在玉米成熟期，與CK相比，帶施條件下的7級(jí)感染情況顯著升高，提高了10.76倍，其他施肥方式條件下的銹病感染情況無顯著變化(表8)。

表6 一次性施肥方式下玉米成熟期棒三葉的SPAD值和葉片老化指數(shù)

表7 一次性施肥方式下玉米灌漿期的銹病感染情況

表8 一次性施肥方式下玉米成熟期的銹病感染情況

2.5 一次性施肥方式下玉米的產(chǎn)量構(gòu)成因素

一次性施肥方式對(duì)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素影響不顯著(表9)。與CK相比，穴施條件下玉米的穗長、穗行數(shù)、單穗總粒數(shù)、穗軸質(zhì)量、粒質(zhì)量分別提高了3.82%、5.56%、9.81%、5.43%、7.92%；帶施條件下的禿尖長下降了60.00%，但其變化幅度都不顯著。

2.6 一次性施肥方式下玉米的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益

3種一次性施肥方式間玉米的凈穗產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量均無顯著差異， 但與CK相比均有不同程度的提高。與CK相比，帶施、條施、穴施條件下玉米的凈穗產(chǎn)量分別提高2.80%、0.83%、1.56%，籽粒產(chǎn)量分別提高2.15%、1.10%、2.54%，穴施條件下籽粒產(chǎn)量相對(duì)較高，但差異不顯著(圖2)。玉米的收益主要受產(chǎn)量和投入的影響(表10)。玉米價(jià)格為2.0元/kg，常規(guī)復(fù)合肥(22-9-9)價(jià)格為 2.0元/kg。3種一次性施肥方式均顯著增加了玉米種植的經(jīng)濟(jì)效益，分別增加了21.6%、19.5%、22.3%，具體體現(xiàn)在施肥次數(shù)的減少，減少了農(nóng)機(jī)人工成本，優(yōu)化了施肥方式，且穴施條件下的收益最高。

表9 一次性施肥方式下玉米的產(chǎn)量構(gòu)成因素

表10 一次性施肥方式對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響 元/hm2

2.7 相關(guān)性分析

由表11可知，凈穗產(chǎn)量與籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與灌漿期葉片老化指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；籽粒產(chǎn)量與灌漿期葉片老化指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；穗長與穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)；禿尖長與銹病感染指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。

表11 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與葉片光合特性的相關(guān)性分析結(jié)果

3 討論

一次性施肥主要是指在作物生長期內(nèi)只進(jìn)行一次性施肥，整個(gè)生育期內(nèi)不再追肥[14-15]。玉米穴施肥技術(shù)是指將肥料一次性呈穴狀施入玉米根系活躍生長區(qū)域的土壤中，即肥料處于玉米的側(cè)下方，且與植株保持一定的距離[16]。條施是指將肥料一次性施于2行植株之間的施肥溝中。帶施是指將肥料一次性呈帶狀均勻施于2行植株之間。一次性施肥因其勞動(dòng)用工少、施肥工序簡化，已經(jīng)逐漸成為廣泛推行的技術(shù)措施[17-19]。一些研究已經(jīng)證實(shí)，全生育期一次性施肥能夠保證作物高產(chǎn)，提高肥料利用率[17-20]。

本研究結(jié)果表明，不同的一次性施肥方式對(duì)玉米農(nóng)藝性狀和玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素均無顯著影響。而凈穗產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量與穗長均呈正相關(guān)關(guān)系，可見農(nóng)藝性狀良好可改善玉米的產(chǎn)量構(gòu)成，增加玉米的產(chǎn)量[21]。與CK相比，3種處理的一次性施肥方式能在減少施肥次數(shù)的基礎(chǔ)上保證穩(wěn)產(chǎn)，減少了用工成本。本研究發(fā)現(xiàn)，不同的一次性施肥方式對(duì)成熟期凈光合速率、灌漿期、成熟期棒三葉SPAD值無顯著影響，但與CK相比，3種一次性施肥方式在灌漿期凈光合速率上均有顯著提高。由相關(guān)性分析結(jié)果可知，凈穗產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量與成熟期凈光合速率均呈正相關(guān)關(guān)系，這與前人的研究結(jié)果[22]一致。除了施肥效應(yīng)，土壤、氣候等因素對(duì)作物的影響也不容忽視[23-26]。 夏季南方銹病暴發(fā)，玉米感染情況嚴(yán)重。與CK相比，灌漿期穴施條件對(duì)銹病感染情況具有顯著影響，1級(jí)感染情況顯著降低，下降了75.54%；而3級(jí)感染情況顯著升高，提高了42.03%。與CK相比，成熟期帶施條件下的7級(jí)感染情況顯著升高，提高了10.76倍。而銹病對(duì)于玉米葉片的損害較嚴(yán)重，灌漿期可能導(dǎo)致玉米葉片葉綠素含量下降而影響葉片光合速率，進(jìn)而影響產(chǎn)量。因此，穴施對(duì)玉米銹病感染情況的影響更明顯，可能是施肥方式導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化，也可能與2021年夏季持續(xù)高溫有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步研究。

研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)难ㄊ┗驐l施可顯著提高肥料利用率、減少養(yǎng)分損失[27-28]。姜超強(qiáng)等發(fā)現(xiàn)，一次性根區(qū)穴施比分次施氮、一次性條施分別增產(chǎn)8.8%、9.8%(P<0.05)[29]。本研究條件下，與CK相比，帶施、條施、穴施條件下玉米的凈穗產(chǎn)量分別提高了2.80%、0.83%、1.56%，籽粒產(chǎn)量分別提高了2.15%、1.10%、2.54%，且穴施條件下籽粒產(chǎn)量相對(duì)較高，這與前人的研究結(jié)果相似；而條施條件下增產(chǎn)效果不明顯。王火焰等研究發(fā)現(xiàn)，一次性穴施肥料養(yǎng)分的釋放與玉米的養(yǎng)分吸收相互匹配，較高濃度條件可以持續(xù)供應(yīng)90 d，從而滿足玉米生育期的氮肥需求，提高了肥料的利用效率[30-31]。由此可見，一次性穴施的施肥方式能提高肥料養(yǎng)分利用率，從而達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)。由于條施化肥施在相鄰玉米植株間，化肥利用率較低；而穴施肥技術(shù)避免了因化肥分散分布、沒有針對(duì)特定種子而造成的浪費(fèi)現(xiàn)象[32]，且在不影響產(chǎn)量的前提下，有較好的農(nóng)藝性狀和抗病效應(yīng)，節(jié)工節(jié)本，經(jīng)濟(jì)效益高。

4 結(jié)論

一次性施肥方式在夏玉米種植推廣上具有重要意義。與常規(guī)的施肥方式相比，一次性施肥可緩解江蘇省肥料利用方式不當(dāng)、肥料施用頻繁、農(nóng)村用工短缺等問題，且均可以在不影響產(chǎn)量的前提下，節(jié)工節(jié)本；穴施方式更能在一定程度上達(dá)到玉米增產(chǎn)的效果。但本試驗(yàn)只是一個(gè)預(yù)試驗(yàn)，在一次性穴施肥料的基礎(chǔ)上，能否通過農(nóng)藝措施及肥料的配比提高增產(chǎn)潛力，有待驗(yàn)證。實(shí)際生產(chǎn)中農(nóng)民多采用帶施和條施的施肥方式，且多是表面撒施，易造成肥料流失，降低肥料利用率；而人工穴施因需在植株側(cè)身挖穴深施，較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，在玉米一次性穴施的基礎(chǔ)上，優(yōu)化并推廣玉米穴施機(jī)具的使用，在玉米的種植推廣及高效穩(wěn)產(chǎn)上意義重大。