氮肥、磷肥對(duì)旱地玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

近年來，我國(guó)植物產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整不斷加深。玉米已成為中國(guó)水稻的第二大主要收獲。玉米的消費(fèi)結(jié)構(gòu)已從過去的糧食消費(fèi)轉(zhuǎn)向主要方向、多領(lǐng)域和多層次消費(fèi)。隨著我國(guó)加入WTO和世界經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)玉米子粒品質(zhì)的要求不斷提高。基于人多地少的現(xiàn)狀,我國(guó)的玉米生產(chǎn)只能是既要提高單產(chǎn),又要改善品質(zhì)。關(guān)于氮、磷營(yíng)養(yǎng)對(duì)玉米子粒產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別就氮、磷單施及配合施用等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,但不同氮、磷施用量對(duì)玉米子粒產(chǎn)量、品質(zhì)的影響機(jī)理研究則鮮有報(bào)道。本研究以豫玉22為試材,分析了氮、磷營(yíng)養(yǎng)對(duì)黃土高原旱地玉米產(chǎn)量、品質(zhì)、根系及其子粒灌漿等的影響,揭示氮、磷營(yíng)養(yǎng)對(duì)旱作玉米品質(zhì)、產(chǎn)量及相關(guān)生理活動(dòng)的影響效應(yīng),旨在為旱作玉米的高產(chǎn)栽培和品質(zhì)改良提供依據(jù)。1材料和方法1.1玉米生育期2002年試驗(yàn)于2002年4月至2003年10月在甘肅省農(nóng)科院鎮(zhèn)原旱農(nóng)試驗(yàn)基地(農(nóng)業(yè)部鎮(zhèn)原黃土旱塬生態(tài)環(huán)境野外觀測(cè)試驗(yàn)站)實(shí)施。試驗(yàn)區(qū)屬半濕潤(rùn)偏旱區(qū),海拔1297m,年日照時(shí)數(shù)2449.2h,太陽輻射總量562.2kJ/cm2,年均氣溫8.3℃,作物活躍生長(zhǎng)期172d。多年平均降水量548.9mm,7～9月降水量占年降水量的51.4%,季節(jié)分布不均。土壤為覆蓋黑壚土,肥力中等,有機(jī)質(zhì)含量11.1g/kg,全氮0.86g/kg,堿解氮82mg/kg,速效磷10mg/kg,速效鉀228mg/kg。試驗(yàn)區(qū)玉米生育期間多年年均降水量為372.9mm。2002年春玉米生育期間降水281.1mm,較歷年平均降水量減少24.4%,屬欠水年份,但有限降水在玉米生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期適時(shí)供給,6月下旬到7月初的玉米拔節(jié)至大喇叭口期降水是歷年的1.1倍,抽雄與吐絲期間土壤水分適宜,灌漿期降水充沛,日照充足,授粉良好。2003年玉米生育前期降雨量?jī)H為67.1mm,雖利于根系生長(zhǎng),但玉米植株生長(zhǎng)遲緩;玉米生育后期降水量較多,導(dǎo)致收獲期延后。1.2處理和種植田間試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),以氮肥為主處理,設(shè)施N(kg/hm2):0(N0)、150(N150)、225(N225);磷肥為副處理,設(shè)P2O5(kg/hm2):0(P0)、75(P75)、225(P225)3個(gè)水平。小區(qū)面積23.34m2,3次重復(fù),隨機(jī)排列。供試玉米品種為豫玉22。4月21日播種,種植密度為58200株/hm2。全部磷肥和50%的氮肥作基肥,另外50%的氮肥于大喇叭口期作追肥施用。其他田間管理同常規(guī)。1.3樣品的采集與分析土壤水分的測(cè)定:采用土鉆法在玉米播種、拔節(jié)、抽雄、吐絲、灌漿及收獲期分別測(cè)定地表下200cm土層的土壤含水量,每20cm為1層,共分10個(gè)土層取樣,每次只測(cè)定1個(gè)重復(fù)。所取土樣在105～110℃烘箱中烘6～8h至恒重后稱重。土壤含水量(%)=[濕土重(W1)-干土重(W)]×100/干土重(W)。植株、根系干重的測(cè)定:玉米吐絲期測(cè)定根系數(shù)量及地上部生物量。每小區(qū)選擇有代表性的植株2株,挖直徑60cm、深100cm的圓柱體土坑,分0—20、20—40、40—100cm3層取樣,重復(fù)3次。將根系放入尼龍網(wǎng)內(nèi)沖洗干凈,用吸水紙吸干表面附著的水分后放入105℃烘箱0.5～2.0h,之后在60～70℃下烘干稱重。將測(cè)定根系的玉米植株地上部洗凈后,用吸水紙吸干表面水分,稱鮮重。將裝有樣品的紙袋放入105℃的烘箱中,高溫烘0.5～2h,然后在70～80℃下烘干至恒重,稱干重。子粒灌漿的測(cè)定:各小區(qū)于7月上旬選取具有代表性的10株為標(biāo)準(zhǔn)株,選其第一果穗套袋,雌穗吐絲2d后剪花絲,人工授粉,掛牌定穗,收獲時(shí)作為樣本株。對(duì)于選好的標(biāo)準(zhǔn)株,從授粉之日起,每隔14d取不同品種果穗中部子?；靹?測(cè)定其鮮重及風(fēng)干重。土壤、植株樣品的采集與分析:播種時(shí)取0—60cm的土樣,每20cm為一層,測(cè)定基礎(chǔ)肥力;在收獲時(shí)用相同的方法采集土樣,用于土壤養(yǎng)分(有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷)的測(cè)定。玉米收獲時(shí),將樣本株單獨(dú)收獲、考種,各小區(qū)單打單收計(jì)實(shí)產(chǎn)。采集不同部位的葉片、穗軸、子粒、秸稈等分析植株吸收氮、磷營(yíng)養(yǎng)情況,子粒用于品質(zhì)分析。植株樣品全氮測(cè)定采用凱氏法;葉片、穗軸、植株的全磷測(cè)定用鉬藍(lán)比色法;子粒全磷用釩鉬黃比色法。子粒品質(zhì)分析:2002年,子粒粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪、賴氨酸含量、直鏈淀粉含量及其子粒容重由農(nóng)業(yè)部谷物測(cè)試中心(北京)測(cè)定;2003年,子粒的粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪、賴氨酸含量及其子粒容重,由甘肅農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品測(cè)試中心測(cè)定。2結(jié)果與分析2.1氮和磷營(yíng)養(yǎng)對(duì)玉米品質(zhì)和產(chǎn)量的影響2.1.1施氮對(duì)子粒營(yíng)養(yǎng)成分的影響施肥可以改善玉米的營(yíng)養(yǎng)條件,影響玉米子粒的化學(xué)成分和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。由表1、表2可看出,施氮能顯著改善玉米子粒中粗蛋白的含量,2002年N225比N0相對(duì)提高7.35%,差異達(dá)顯著水平;2003年N225比N0相對(duì)增加24.1%,差異達(dá)極顯著水平。增施氮肥能夠提高子粒粗脂肪、賴氨酸含量和子粒容重,粗脂肪表現(xiàn)為2002年處理間差異顯著;賴氨酸含量、子粒容重在2003年處理間差異分別達(dá)極顯著、顯著水平。增施氮肥降低了子粒粗淀粉的含量,2002年N0與N225的差異達(dá)極顯著水平;表明施氮對(duì)粗脂肪、粗淀粉、賴氨酸含量和子粒容重的影響年際間不穩(wěn)定性。子粒各品質(zhì)成分施磷處理間差異均不顯著,表明施磷對(duì)玉米子粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響不大。2.1.2化肥不同用量對(duì)玉米子粒產(chǎn)量和協(xié)同施用量的影響增施氮、磷肥均有提高玉米產(chǎn)量,降低水分消耗系數(shù)、提高水分利用效率的作用,但氮肥作用明顯大于磷肥(表3)。增施氮肥,可提高玉米的子粒產(chǎn)量和WUE,2002、2003年的N225與N0相比,產(chǎn)量分別增加19.21%和92.58%,WUE分別提高19.20%、57.55%;處理間差異均達(dá)極顯著水平。玉米產(chǎn)量和WUE均隨磷肥施用量的增加而提高,但只有2002年的產(chǎn)量處理間差異達(dá)顯著水平。表明施用氮肥、磷肥能夠增加玉米子粒的產(chǎn)量和WUE,但氮肥的影響遠(yuǎn)大于磷肥。同時(shí),2003年施氮的增產(chǎn)效應(yīng)遠(yuǎn)高于欠水年份2002年,說明水分能促進(jìn)氮肥的吸收和利用,有“以水調(diào)肥”的效果。2.2氮和磷營(yíng)養(yǎng)對(duì)玉米根系和根系冠層密度的影響2.2.1施磷對(duì)土壤根系量的影響增施氮、磷肥增加了0—100cm土層根系重量,其中,N0P225、N225P0分別比N0P0增加26.44%、19.82%,處理間差異達(dá)極顯著水平(表4)。從各土層根系分布來看,表土層(0—20cm)的根量以施磷處理最高,N0P225、N225P0分別比N0P0增加35.44%、20.96%;0—40cm土層的根量N0P225比N225P0、N0P0分別提高9.86%、25.07%;而40—100cm土層根系重量和所占比例,以施氮處理(N225P0)最高。說明施肥促進(jìn)了玉米根系的生長(zhǎng)發(fā)育,提高1m土層的根量,但主要是通過增加0—40cm土層的根量來實(shí)現(xiàn),且增施磷肥的效果優(yōu)于增施氮肥。同時(shí),增施氮肥,根系增深效果明顯,特別能提高40—100cm土層根系的數(shù)量及比例,這有利于玉米植株對(duì)深層水分、養(yǎng)分的吸收、利用,提高玉米的抗旱能力。2.2.2不同施肥用量對(duì)地下部分生物量的影響根冠比是指地下部分生物量與地上部生物量之比,根冠比大的植物,根系相對(duì)發(fā)達(dá),根冠比反映出地上和地下部分的關(guān)系。表5顯示,施肥促進(jìn)了玉米地上部生物量的增加,N225P0、N0P225分別比N0P0增加65.82%、49.32%,且施用氮效果優(yōu)于施磷。同時(shí),處理間根冠比差異也很明顯,說明施用氮、磷肥促進(jìn)了玉米植株的生長(zhǎng),且對(duì)地上部生長(zhǎng)的促進(jìn)作用大于根系,因而使玉米的根冠比降低。2.3不同施氮水平對(duì)玉米子粒品質(zhì)的影響據(jù)報(bào)道,玉米授粉期氮素在各器官的分配是葉片氮素約占50%,莖稈中氮素40%左右,余下的氮分配在雌穗中;葉片中的氮素在抽雄期主要保持在果穗葉及其上下葉片,這幾片葉中保持較高的含氮量,能提高葉片光合效能,為子粒合成更多的光合產(chǎn)物。玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期植株體內(nèi)的養(yǎng)分狀況不僅影響到玉米的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成,而且對(duì)玉米子粒品質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響。表6可以看出,增施氮肥能夠顯著增加植株全氮含量,其中莖稈、葉片和子粒全氮含量處理間差異均達(dá)極顯著水平,穗軸全氮含量處理間差異顯著;增施磷肥對(duì)植株全氮含量的影響不明顯。表明增施氮肥,提高了土壤中堿解氮的濃度,有利于根系對(duì)氮素的吸收,增加植株莖稈、葉片的全氮含量及向穗軸、子粒的輸送,從而增加子粒中氮的積累,提高子粒中氮的濃度,有利于增加粒重和提高子粒粗蛋白的含量。玉米授粉以后,磷向發(fā)育子粒中輸送十分強(qiáng)烈,從果穗形成到成熟期間,根部對(duì)磷的吸收仍十分活躍。如表6所示,子粒全磷含量隨著施氮水平的提高而增加,N150比N0相對(duì)增加32.67%;但對(duì)玉米葉片、莖稈、穗軸全磷含量的影響不大。增施磷肥,提高了玉米葉片、穗軸、子粒全磷含量,其中子粒全磷含量P225比P0提高16.22%;葉片、穗軸分別增加了52.20%、66.28%。表明增施磷肥,提高了土壤中速效磷的濃度,有利于植株葉片對(duì)磷素的吸收轉(zhuǎn)化并向子粒中輸送,增加子粒中磷素的積累,有利于粒重的增加和蛋白質(zhì)含量的提高。2.4施肥對(duì)子粒鮮重和收獲期粒重的影響與N0P0相比,N225P0授粉后1～42d子粒的鮮重、干重和收獲期粒重分別增加22.32%、29.93%、27.69%,表明增加氮肥,能極顯著提高子粒干物重積累量。其中授粉后1～14、15～28d的子粒鮮重、干重差異極顯著;授粉后29～42d子粒的鮮重、干重積累也分別達(dá)顯著、極顯著水平(表7)。增施磷肥與不施肥相比,授粉后1～42d子粒鮮重、干重積累和收獲期粒重的增加量,只有子粒鮮重N0P225與N0P0的差異顯著。從各灌漿階段來看,增施磷肥主要提高了子粒灌漿前、中期的鮮重和干重積累,N0P225與N0P0授粉后1～14、15～28d的鮮重、干重積累差異顯著。3施氮、基肥、施氮磷等多施策略對(duì)不同土層的生長(zhǎng)和廢水的穩(wěn)定1)增施氮、磷肥能夠顯著提高玉米的子粒產(chǎn)量和水分利用效率,其效果表現(xiàn)為2003年大于欠水年份2002年,這與張福鎖等關(guān)于氮肥施用量已在很大程度上決定了玉米子粒產(chǎn)量高低的結(jié)果相近。增施氮、磷肥能增加子粒粗蛋白的含量,這也與Kramarev、李建奇等研究的結(jié)果相同。增施氮、磷肥對(duì)子粒粗脂肪、賴氨酸含量和子粒容重的增加具有積極作用,但降低了粗淀粉的含量。這可能是由于增施磷、氮肥,特別是增施氮肥,能夠促進(jìn)根系下扎,提高40—100cm土層根量占0—100cm總根量的比例,有利于玉米植株對(duì)深層水分、養(yǎng)分的吸收、利用,在一定程度上可緩解干旱對(duì)玉米的脅迫傷害,實(shí)現(xiàn)“以水調(diào)肥”的目的。施肥玉米的植株發(fā)育好,生物量大,郁閉度高,田間散失水分量減少,從而提高玉米的水分利用效率。本試驗(yàn)還表明,增施氮、磷肥均能增加0—100cm土層的根量,但在0—40cm土層磷肥效果優(yōu)于氮肥,40—100cm土層氮肥效果好于磷肥,表明氮、磷配合施肥對(duì)玉米非常重要。這與孫志強(qiáng)等在小麥上關(guān)于氮肥促進(jìn)0—40cm土層根量,磷促進(jìn)深層土壤根量增加的結(jié)論有所不同。2)增施氮、磷肥,能夠增加土壤中堿解氮、速效磷的供應(yīng)濃度,促進(jìn)根系的生長(zhǎng)發(fā)育,有利于植株對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)化及向穗軸、子粒的輸送,促進(jìn)灌漿中后期子粒氮素、磷素積累;并使不同時(shí)期子粒鮮重、干重的積累和收獲期粒重顯著增加,有利于增加粒重,改善子粒品質(zhì)。本研究結(jié)果也看出,增施氮肥能極顯著提高整個(gè)灌漿期子粒干重的積累量,但增施磷肥僅能增加0～28d內(nèi)子粒干重的積累,對(duì)灌漿后期28～42d內(nèi)子粒干重的影響不顯著。3)有報(bào)道認(rèn)為,增施氮、磷肥,特別是施用氮肥,能夠增大玉米的葉面積系數(shù),延長(zhǎng)葉片的功能期,保持花后有更