不同施肥措施对夏玉米田间群体微环境的影响

聂胜委，张巧萍，张玉亭，段俊枝，韩伟锋，宝德俊，黄绍敏

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.河南省农业科学院农业经济信息研究所，河南郑州450002）

不同施肥措施对夏玉米田间群体微环境的影响

聂胜委1，张巧萍1，张玉亭1，段俊枝2，韩伟锋1，宝德俊1，黄绍敏1

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.河南省农业科学院农业经济信息研究所，河南郑州450002）

以长期不施肥（CK）为对照，研究单施氮肥（N2）、氮钾配施（N2K）、氮磷配施（N2P）、氮磷钾配施（N1PK，N2PK，N3PK，N4PK）对夏玉米田间群体微环境的影响。结果表明，不施肥或缺素施肥（CK，N2，N2K，N2P）措施对玉米大喇叭口期、灌浆期的群体内地面温度改变较少，温度较高，氮磷钾肥配施（N1PK，N2PK，N3PK，N4PK）措施对群体内地面温度改变较大，温度较低，二者温度相差0.2～12.0℃，差异达到显著或极显著水平；不施肥或缺素施肥（CK，N2，N2K）处理对玉米大喇叭口期的群体冠层温度影响较小，温度较高，氮磷钾肥配施（N2PK，N3PK，N4PK）处理的群体冠层温度较低，二者温度相差0.2～7.0℃；不同施肥措施对大喇叭口期、灌浆期群体内相对湿度，大喇叭口期群体内CO2含量影响较小。通过合理施肥可以改善田间群体微环境，提高玉米的抗逆能力，获得较高的产量。

施肥措施；玉米季；群体；微环境；影响

施肥对玉米生长、发育以及产量均有非常显著的影响[1-2]，施用有机肥和化肥对作物有极好的增产效果和持续的增产作用[3-5]；长期施用有机肥与化肥可持续提高玉米产量[6]。在土壤肥力较低情况下，氮磷配施可显著提高夏玉米生物产量和籽粒产量[7-9]；在干旱年和丰水年，氮磷配施、有机无机肥配施均具有较好的增产效果[10]。氮肥单施的增产作用受水分影响较大，随着年限的增加，增产作用下降；有机肥配施化肥则受水分影响较小，增产作用则有逐年递增趋势[11-12]。在黄淮海平原，施NPK肥的玉米产量最高，施NP肥虽获得较高产量，但是没有可持续性[13]；在甘肃平凉，小麦/玉米轮作条件下，长期氮磷肥配施粪肥或者秸秆肥较不施肥、单施氮肥以及氮磷配施的处理相比，可持续获得较高产量[14]。在南方红壤上，长期施用有机肥或与化肥配施可以极大地提高玉米产量和增强肥效[6]；NPK化肥配施有机肥玉米产量显著高于不施肥或者单施无机肥的处理[15]；氮肥单施时玉米对N的农学效率降低，而NPK配施时N的农学效率有上升趋势[16]。

此外，轮作条件下，长期高施氮量比低施氮量能增加8%的作物残茬覆盖度；小麦/玉米轮作，玉米施用厩肥或者秸秆还田配施NPK化肥可以降低近1/2的轮作效应[17]。有机肥和氮肥配施能明显降低丛枝菌（AM）真菌对玉米的侵染率（MCP）、丛枝着生率（ACP）以及侵入点数（NE）等[18]；而且随着施用量增加，玉米叶片SPAD值增大[19]。化肥和秸秆配施在促进玉米生长的同时还能延缓叶片衰老，更大程度地增加穗粒数，提高千粒质量和干物质积累速率[20]；有机肥配施氮肥或氮磷钾肥配施能够促进夏玉米叶片氮代谢，增强吐丝后期穗位叶硝酸还原酶活性，增加游离氨基酸和蛋白质含量，改善叶片荧光反应[21]；提高玉米籽实氨基酸总量及必需氨基酸含量[22]。长期施用有机肥、NPK、有机肥配施化肥可明显提高微生物量和碱性磷酸酶活性以及玉米对磷的吸收[23]。与常规施肥相比，调控施肥的玉米群体的N2O排放总量、碳强度降低70%以上，产量显著增加[24]。

农田小气候（微环境）是指农田中作物层里形成的特殊气候，不同农作物、植株密度、株行距、行向、生育期以及叶面积大小等都能形成特定的小气候[25]。种群分布较均匀的行株距处理较非均匀处理能够明显降低近地面空气温度和0～5 cm土壤温度，增加空气相对湿度，减少棵间蒸发，降低湍流热通量和土壤热通量，改变近地面微气候[26]。研究发现，改变耕作措施也可以改变群体微环境，粉垄耕作对小麦灌浆期群体冠层温度、群体内地表温度以及群体内CO2浓度影响较大[27]；在玉米生长季，粉垄耕作后效能够有效降低土壤温度，比CK的土壤温度低1～2℃，同时提高了土壤湿度，降低了群体内温度[28]。

玉米是我国重要的粮饲、能源和经济作物，其生产在保障粮食安全、维护社会稳定等方面意义重大。前人有关施肥对玉米生长、发育及产量等方面研究的较多，而关于不同施肥措施对玉米群体微环境的报道则较少。因此，本试验研究了不同施肥措施对玉米田间群体微环境的影响，旨在为制定合理施肥措施，增强玉米对不良因子的防御能力，获得高产提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于郑州国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站（113°40′E，34°47′N），气候类型为暖温带季风气候，年平均气温14.4℃，＞10℃积温约5 169℃，年平均降雨量645 mm，无霜期224 d，年日照时数约2 400 h，土壤类型为潮土。试验开始于1990年，试验开始时土壤样品的养分情况为：pH值8.3，土壤有机质（SOM）10.1 g/kg，土壤碱解氮（Alka li-hydrolysableNitrogen）76.6mg/kg，有效磷（Olsen-P）6.5 mg/kg，有效钾（Exchangeable K）74.5 mg/kg，土壤全氮（Total N）0.65 g/kg，土壤全磷（Total P）0.64 g/kg，土壤全钾（Total K）16.9 g/kg。通过多年定位施肥，土壤养分在不同施肥措施下逐渐分化趋于稳定。

1.2 试验设计

试验小区为完全随机排列，小区面积为45 m2，每个处理重复3次。本研究选取其中的8个处理，分别为：（1）N2（单施尿素）；（2）N2P（施氮磷肥，不施钾肥）；（3）N2K（施氮钾肥，不施磷肥）；（4）N1PK（低量氮肥和磷钾肥）；（5）N2PK（平衡施肥）；（6）N3PK（高量氮肥和磷钾肥）；（7）N4PK（高量氮肥和磷钾肥）；（8）CK（不施肥）。各处理的施肥量如表1所示。N1，N2，N3，N4分别表示不同的施氮量，N2为适宜施氮量，N1相当于N2施肥量的75%，N3相当于N2施肥量的125%，N4相当于N2施肥量的150%。施肥选用的氮肥为尿素（CO（NH2）2），磷肥为磷酸二氢钙（Ca（H2PO4）2），钾肥为硫酸钾（K2SO4）。磷肥、钾肥作基肥一次施入，氮肥的基追比为6∶4。供试玉米品种为浚单20，等行距种植，行距60 cm，株距19 cm，密度为6.75万株/hm2，分别在2013，2014年当年6月上旬播种，至当年的9月中下旬收获。其他田间管理措施各处理均一致。

表1 各处理氮、磷、钾肥料的施用量 kg/hm2

1.3 测定项目及方法

在玉米大喇叭口期（2013-07-25，2014-07-22）、灌浆期（2013-08-24，2014-08-20）测定田间群体冠层温度、群体内地表温度（℃）、群体内二氧化碳含量（CO2，mg/L）、群体内空气相对湿度（%）、群体内环境温度（℃）以及最上部完全展开叶SPAD值等指标，成熟期各处理实收测产。

玉米群体冠层和群体内地表温度用红外线测温仪测定，群体内二氧化碳含量（CO2，mg/L）、相对湿度（%）、温度（℃）用CO2Meter计测定，叶片叶绿素用SPAD计测定。

1.4 数据分析

数据采用Excel，DPS等软件进行整理分析，用LSD法比较处理间差异性，P≤0.05，P≤0.01表示显著、极显著差异水平。

2 结果与分析

2.1 不同施肥措施对玉米产量的影响

从图1可以看出，CK，N2，N2P，N2K处理的玉米籽粒产量较低，2013，2014年分别为2.07，2.37，6.61，4.06 t/hm2和1.63，1.89，3.28，2.99 t/hm2。N1PK，N2PK，N3PK，N4PK处理的玉米籽粒产量较高，显著或极显著高于不施肥或缺素施肥处理，2013，2014年分别为7.74，9.37，8.47，9.49 t/hm2和6.46，6.61，8.60，8.07 t/hm2。

2.2 不同施肥措施对玉米叶片叶绿素含量的影响

叶绿素含量受施肥的影响较明显。由表2可知，2013年玉米大喇叭口期上部完全展开叶叶绿素（SPAD）含量，CK处理最低，SPAD值为26.36，极显著低于其他处理；N1PK（35.39），N2（36.17），N2K（36.57）稍高，但是显著或极显著低于N2P（45.86），N2PK（41.43），N3PK（45.29），N4PK（44.30）处理。灌浆期穗位叶SPAD值，CK（28.76）处理最小，显著低于其他处理；N1PK（49.24），N2（41.45），N2K（42.48）处理高于CK，但是均极显著低于N2P（55.12），N2PK（55.06），N3PK（55.24），N4PK（55.10）处理。

表2 玉米大喇叭口期（上部完全展开叶）、灌浆期（穗位叶）叶片SAPD值比较

2014年与2013年趋势接近，玉米大喇叭口期上部完全展开叶叶绿素（SPAD）含量，CK（31.38），N2（34.24），N2K（30.51）处理较低；N2P，N2PK，N4PK，N3PK处理较高，SPAD值分别为44.52，46.72，46.88，49.04；CK，N1PK，N2，N2K处理极显著低于其他处理，而N2P，N2PK，N4PK，N3PK处理间差异不显著。玉米灌浆期，N2P，N2PK，N4PK，N3PK处理的穗位叶叶绿素含量较高，SPAD值分别为53.95，53.71，55.08，49.49；而 CK（30.95），N2（47.06），N1PK（45.41），N2K（45.19）处理的SPAD值较小，其中，CK处理极显著低于施肥处理，N2，N1PK，N2K处理显著或极显著低于N2P，N2PK，N4PK处理。

2.3 不同施肥措施对玉米群体内地面温度的影响从表3可以看出，2013年玉米大喇叭口期，CK（34.09℃），N2（34.13℃）处理地面温度较高，极显著高于其他处理，N2K（32.62℃），N2P（32.43℃）处理次之，显著或极显著高于N2PK（31.37℃），N3PK（31.13℃），N4PK（31.32℃）处理。灌浆期则延续这一趋势，CK（36.04℃）处理的地面温度最高，显著或极显著高于其他处理（N2除外）；N2，N2K，N2P次之，N2，N2K，N2P处理显著或极显著高于N3PK，N4PK处理，其他处理地面温度则相对较低。

表3 不同施肥措施对玉米大喇叭口期、灌浆期群体内地面温度的影响 ℃

2014年与2013年趋势接近，玉米大喇叭口期，CK，N2，N2P，N2PK处理群体地面温度较高，温度范围在41～49℃，N1PK（39.89℃），N4PK（39.74℃），N2K（39.81℃），N3PK（36.74℃）地面温度稍低，温度范围在36～40℃，比其他处理低1～12℃；CK，N2处理显著或极显著高于N1PK，N2K，N2PK，N3PK，N4PK处理。玉米灌浆期，CK，N2处理显著或极显著高于N1PK，N2PK，N3PK，N4PK处理。

2.4 不同施肥措施对玉米群体冠层温度的影响

从表4可以看出，2013年玉米大喇叭口期，CK，N1PK，N2，N2K处理的冠层温度稍高，N2P， N2PK，N4PK，N3PK施肥处理的冠层温度略低。灌浆期，N1PK，N2，N2K，N2P，N2PK，N3PK，N4PK处理的冠层温度均低于CK（34.53℃），其中，N3PK（32.31℃），N4PK（33.19℃）显著或极显著低于CK，温度差分别为2.22，1.34℃。

2014年，玉米大喇叭口期，CK，N2，N2K，N1PK，N2P，N2PK处理的冠层温度较高，均超过35℃，其中，N2（38.90℃）处理温度最高；N4PK（33.92℃），N3PK（33.33℃）处理的温度较低，显著或极显著低于N2处理。灌浆期各处理间冠层的温度差异较小。

表4 不同施肥措施对玉米大喇叭口期、灌浆期群体冠层温度的影响 ℃

2.5 不同施肥措施对玉米群体内二氧化碳、相对湿度的影响

作物群体内二氧化碳（CO2）含量处于动态平衡之中，受大气CO2含量、土壤CO2释放量的影响较大，2014年大喇叭口期各处理的群体内CO2含量在处理间差异不大，而灌浆期则有一定差异，群体内CO2含量以N3PK（368.75 mg/L）处理最高，显著高于CK（348.75 mg/L），N2（352.33 mg/L）处理（图2），分别高出20.00，16.42 mg/L。而玉米群体内相对湿度，在大喇叭口期、灌浆期，2013，2014年不同施肥措施对玉米群体内的相对湿度影响较小，各处理间差异不显著（图3，4）。

3 结论与讨论

本研究中，不施肥或缺素施肥（CK，N2，N2P，N2K）处理的玉米籽粒产量较低，而氮磷钾配施（N1PK，N2PK，N3PK，N4PK）处理的玉米籽粒产量较高，这与以往的研究结论[4，6]相一致，说明本研究选取的试验材料是正确的。在群体内地面温度方面，玉米大喇叭口期，2013年CK，N2处理的地面温度较高，极显著高于其他处理；2014年，CK，N2，N2P处理群体的地面温度较高，N4PK，N3PK地面温度稍低，比其他处理低1～12℃。同样，群体冠层温度的调控上也较为明显，2013年，N2P，N2PK，N4PK，N3PK施肥处理的冠层温度略低，比CK，N1PK，N2，N2K处理的冠层温度要低0.5～2℃；2014年，CK，N2，N2K处理的冠层温度较高，N1PK，N2P，N2PK，N4PK，N3PK处理的温度较低，其中，N3PK，N4PK处理显著或极显著低于N2处理。这说明，在其他管理措施一致下，改变施肥措施可以有效地增强玉米群体对微环境的调控能力。而温度因子的改善很大程度受玉米光合作用、蒸腾作用以及群体叶面积等的影响较大，而这些又反映在叶片叶绿素含量上。本研究中，N2PK，N3PK，N4PK处理的叶绿素含量高于CK，N2，N2K，N2P处理，叶片SPAD值要高6～30个单位，这正好说明氮磷钾肥配施能够提高玉米的光合、蒸腾等功能，促进夏玉米叶片的代谢，改善叶片荧光反应[21]，进而调控微环境中的温度因子。氮磷钾肥配合施用取得较高的产量，说明玉米群体对不良环境因子的防御能力较强。

研究初步得出，不施肥或缺素施肥（CK，N2，N2K，N2P）措施对玉米大喇叭口期、灌浆期的群体内地面温度改变较少，温度较高，氮磷钾肥配施（N1PK，N2PK，N3PK，N4PK）措施对群体内地面温度改变较大，温度较低，二者温度相差0.2～12℃，差异达到显著或极显著水平。不施肥或缺素施肥（CK，N2，N2K）处理对玉米大喇叭口期的群体冠层温度影响较小，温度较高，氮磷钾肥配施（N2PK，N3PK，N4PK）处理的群体冠层温度较低，二者温度相差0.2～7℃。施肥措施对灌浆期群体CO2含量的影响较大，群体CO2含量以N3PK（368.75 mg/L）处理最高，显著高于CK（348.75 mg/L），N2处理（352.33 mg/L），分别高出20.00，16.42 mg/L。此外，施肥措施对玉米群体内相对湿度影响较小。通过合理施肥可以改善田间群体微环境，提高玉米的抗逆能力，获得较高的产量。

此外，本研究是在大田条件下进行的，受多种因素的影响较大，所得结论是暂时的，还有待于进一步研究和验证。

［1］聂胜委，黄绍敏，张水清，等.长期定位施肥对作物效应的研究进展[J].土壤通报，2012，43（4）：979-986.

［2］聂胜委，黄绍敏，张水清，等.长期定位施肥对土壤效应的研究进展[J].土壤，2012，44（2）：188-196.

［3］杨靖一.洛桑试验站150周年经典试验的研究进展 [J].土壤学进展，1995，23（1）：9-13.

［4］张越，王创云，邓研，等.不同施肥处理对玉米光合特性及产量形成的影响[J].山西农业科学，2015，43（4）：430-433，438.

［5］郭玲玲.“3414”测土配方施肥对玉米产量和养分吸收的影响[J].山西农业科学，2015，43（5）：576-578，633.

［6］HUANG S，ZHANG W J，YU X C，et al.Effects of long-term fertilization on corn productivity and its sustainability in an ultisol of southern China[J].Agri EcoEnvir，2010，138：44-50.

［7］褚清河，潘根兴，郭耀东，等.玉米品种产量潜力水平形成原理及其与施肥的关系[J].山西农业科学，2013，41（8）：838-842.

［8］BERZSENYI Z，GIYORFFY B，LAP D.Effect of crop rotation and fertilization on maize and wheat yields and yield stability in a long-termexperiment[J].Eur J Agro，2000，13：225-244.

［9］YANG S M，LI F M，MALHI S S，et al.Long-term fertilization effects on crop yield and nitrate nitrogen accumulation in soil in Northwestern China[J].AgroJ，2004，96：1039-1049.

［10］樊廷录，周广业，王勇，等.甘肃省黄土高原旱地冬小麦-玉米轮作制长期定位施肥的增产效果 [J].植物营养与肥料学报，2004，10（2）：127-131.

［11］HAO M D，FAN J，WANG Q J，et al.Wheat grain yield and yield stabilityin a long-termfertilization experiment on the loess plateau [J].Pedosphere，2007，17（2）：257-264.

［12］ZHANG S X，LI X Y，LI X P，et al.Crop yield，N uptake and nitrates in a fluvo-aquic soil profile in a long-term fertilizer experiment[J].Pedosphere，2004，14（1）：131-136.

［13］CAI ZC，QINSW.Dynamics ofcrop yields and soil organic carbon in a long-term fertilization experiment in the Huang-Huai-Hai Plain ofChina[J].Geoderma，2006，136（3/4）：708-715.

［14］FAN T L，STEWART B A，WANG Y，et al.Long-term fertilization effects on grain yield，water-use efficiency and soil fertility in the dryland ofLoess Plateau in China[J].Agri Eco&Envir，2005，106（4）：313-329.

［15］ZHANG H M，WANG B R，XU MG，et al.Crop yield and soil responses tolong-termfertilization on a red soil in Southern China[J]. Pedosphere，2009，19（2）：199-207.

［16］李秀英，李燕婷，赵秉强，等.褐潮土长期定位不同施肥制度土壤生产功能演化研究[J].作物学报，2006，32（5）：683-689.

［17］ZOLTANG BERZSENYI，BELA GYǒRFFY，DANG Q L.Effect of crop rotation and fertilisation on maize and wheat yields and yield stability in a long-term experiment[J].Eur J Agr，2000，13（2）：225-244.

［18］王淼焱，徐倩，刘润进.长期定位施肥土壤中AM真菌对寄主植物的侵染状况[J].菌物学报，2006，25（1）：131-137.

［19］王建林.长期定位施肥对冬小麦-夏玉米叶片叶绿素含量的影响[J].中国农学通报，2010，26（6）：182-184.

［20］曹彩云，郑春莲，李科，等.长期定位施肥对夏玉米光合特性及产量的影响研究 [J].中国生态农业学报，2009，17（6）：1074-1079.

［21］周晓琳，薛登峰，刘树堂，等.长期定位施肥对夏玉米氮代谢的影响[J].中国农学通报，2009，25（2）：85-88.

［22］邹德乙，刘小虎，韩晓日，等.长期定位施肥对作物籽实氨基酸含量影响[J].沈阳农业大学学报，1997，28（2）：120-124.

［23］HUJ L，LINXG，WANGJ H，et al.Arbuscular mycorrhizal fungus enhances crop yield and P-uptake of maize（Zea mays L.）：A field case study on a sandy loam soil as affected by long-term P-deficiency fertilization [J].Soil Biology and Biochemistry，2009，41（12）：2460-2465.

［24］郭耀东，邬刚，武小平，等.不同施肥方式对玉米产量和温室气体排放的影响[J].山西农业科学，2012，40（10）：1067-1070.

［25］李明桃.农田小气候理论探索 [J].园艺与种苗，2014（12）：27-30，53.

［26］孙淑娟，周勋波，陈雨海，等冬小麦种群不同分布方式对农田小气候及产量的影响[J].农业工程学报，2008，24（2）：27-31.

［27］聂胜委，张玉亭，汤丰收，等.粉垄耕作对潮土冬小麦田间群体微生态环境的影响 [J].农业资源与环境学报，2015，32（2）：204-205.

［28］聂胜委，张玉亭，汤丰收，等.粉垄耕作后效对夏玉米群体微环境的影响[J].山西农业科学，2016，44（3）：348-352.

Effect of Various Fertilization Practices on Micro-environment of Summer Maize's Group

NIE Shengwei1，ZHANGQiaoping1，ZHANGYuting1，DUANJunzhi2，HANWeifeng1，BAODejun1，HUANGShaomin1
（1.Institute ofPlant Nutrient and Environmental Resources，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China；2.Institute ofAgricultural Economyand Information，Henan AcademyofAgricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China）

In this manuscript,micro-environment of summer maize's group under various fertilization practices,such as CK（no fertilizer）,N2（inorganic N fertilizer）,N2K（inorganic N and K fertilizer）,N2P（inorganic N and P fertilizer）,NPK（inorganic N and P and K fertilizer,N1PK,N2PK,N3PK,N4PK）,was studied.The results showed that there were little effects of no fertilizer or absent fertilization treatments（CK,N2,N2K,N2P）on maize's group inner ground temperature at belling mouth stage and filling stage, respectively,and had higher temperature values.While NPK fertilization treatments（N1PK,N2PK,N3PK,N4PK）had great influences on group inner ground temperature and had lower temperature values,about 0.2-12.0℃was lower compared with no fertilizer or absent fertilization treatments.Similarly,there were little effects ofnofertilizer or absent fertilization treatments（CK,N2,N2K）on maize's group canopytemperature at bellingmouth stage,and had higher temperature values.While NPK fertilization treatments（N2PK,N3PK,N4PK）had great influences on group canopy temperature and had lower temperature values,about 0.2-7.0℃ was lower compared with no fertilizer or absent fertilization treatments.Moreover,there were little effects ofvarious fertilizations on maize's group relativity humidity at belling mouth stage and filling stage,respectively.And there were little effects on carbon dioxide concentrations at belling mouth stage. So,the micro-environment could be improved through suitable fertilizations and obtained higher yields.

fertilization practices;summer maize season;group;micro-environment;effect

S513.062

：A

：1002-2481（2017）01-0054-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.01.15

2016-07-06

国家自然科学基金项目（31301284）；“十二五”科技支撑计划项目（2012BAD14B08）；河南省农业科学院优秀青年科技基金项目（2013YQ15）

聂胜委（1979-），男，河南汝州人，副研究员，博士，主要从事长期定位施肥、农田受损生态系统修复以及循环农业等研究工作。