广东农业科学  2022, Vol. 49 Issue (5): 53-64   DOI: 10.16768/j.issn.1004-874X.2022.05.007.
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文章信息

引用本文
廖学圆, 李永梅, 陈佳钰, 范茂攀, 赵吉霞. 缓释氮肥对饲用玉米氮素吸收及产量品质的影响[J]. 广东农业科学, 2022, 49(5): 53-64.   DOI: 10.16768/j.issn.1004-874X.2022.05.007
LIAO Xueyuan, LI Yongmei, CHEN Jiayu, FAN Maopan, ZHAO Jixia. Effects of Slow-release Nitrogen Fertilizers on Nitrogen Uptake, Yield and Quality of Forage Maize[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2022, 49(5): 53-64.   DOI: 10.16768/j.issn.1004-874X.2022.05.007

基金项目

云南省科技重大专项子课题(2019ZG00902-08)

作者简介

廖学圆(1995—),女,在读硕士生,研究方向为玉米氮肥施用技术,E-mail:736847364@163.com.

通讯作者

赵吉霞(1989—),女,白族,博士,讲师,研究方向为土壤肥力提升,E-mail:zhaojixiacc@163.com.

文章历史

收稿日期:2022-03-04
缓释氮肥对饲用玉米氮素吸收及产量品质的影响
廖学圆 , 李永梅 , 陈佳钰 , 范茂攀 , 赵吉霞     
云南农业大学资源与环境学院,云南 昆明 650201
摘要:【目的】 探讨缓释氮肥类型和尿素不同配施比例对饲用玉米产量和品质的影响,为云南省饲用玉米绿色高质栽培提供理论依据。【方法】 选用玉米品种桥单六号进行大田试验,设置不施肥、单施尿素、含DMPP硝化抑制剂缓释氮肥和含聚谷氨酸缓释氮肥分别与尿素按2 ∶ 8、4 ∶ 6、6 ∶ 4配施8个处理,研究同一施氮水平不同类型缓释氮肥与尿素配施比例对饲用玉米生长、产量及氮素利用的影响。【结果】 含DMPP硝化抑制剂缓释氮肥与尿素6 ∶ 4配施处理的饲用玉米株高、叶面积指数、鲜草产量和干物质积累均显著高于其他处理,收获期最大鲜草产量为84.62 t/hm2,最大干物质量为25.35 t/hm2。与单施尿素处理相比,A60处理粗蛋白含量、地上部氮素积累量和氮肥利用率分别提高44.33%、48.84% 和61.84%。【结论】 含硝化抑制剂DMPP的缓释氮肥与尿素6 ∶ 4配施较其他处理可显著提高饲用玉米株高和叶面积指数,有利于饲用玉米鲜草产量和干物质量的积累,并且提高饲用玉米的品质和氮素利用率,为饲用玉米绿色高质栽培的最佳配比。
关键词缓释氮肥    饲用玉米    产量    氮肥利用率    铵态氮    硝态氮    品质    
Effects of Slow-release Nitrogen Fertilizers on Nitrogen Uptake, Yield and Quality of Forage Maize
LIAO Xueyuan , LI Yongmei , CHEN Jiayu , FAN Maopan , ZHAO Jixia     
College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China
Abstract: 【Objective】 The study was carried out to explore the effects of different types of slow-release nitrogen fertilizers and different proportion with urea on yield and quality of forage maize, which would provide theoretical basis for green and high-quality cultivation of forage maize in Yunnan Province. 【Method】 A field experiment was conducted with forage maize cultivar of'Qiaodan 6', and eight treatments were set: no nitrogen as the control, urea alone, slow-release nitrogen fertilizer with DMPP nitrification inhibitor and slow-release nitrogen fertilizer with γ-polyglutamic acid in combination with urea by ratios of 2 ∶ 8, 4 ∶ 6 and 6 ∶ 4, respectively The effects of different types of slow-release nitrogen fertilizers with urea at the same level of nitrogen application on the growth, yield and nitrogen utilization of forage maize were investigated. 【Result】 The plant height, leaf area index, fresh yield and dry matter accumulation of forage maize under the treatment of slow-release nitrogen fertilizer containing DMPP and urea at the ratio of 6 ∶ 4 were significantly higher than those of other treatments, and the maximum fresh yield at harvest period was 8462 t/hm2 and the maximum dry matter mass was 2535 t/hm2 Compared with urea alone treatment, crude protein content, aboveground nitrogen accumulation amount and nitrogen utilization efficiency of A60 treatment increased by 4433%, 4884% and 6184%, respectively. 【Conclusion】 The slow-release nitrogen fertilizer containing DMPP and urea at the ratio of 6 ∶ 4 significantly increased the plant height and leaf area index of forage maize compared with other treatments, which was beneficial to the accumulation of fresh yield and dry matter accumulation of forage maize, and increased its forage quality and nitrogen utilization Therefore, this ratio was the best ratio for green and high-quality cultivation of forage maize.
Key words: slow-release nitrogen fertilizer    forage maize    yield    nitrogen utilization efficiency    ammonium nitrogen    nitrate nitrogen    quality    

【研究意义】饲用玉米主要指青贮玉米,即在乳熟至蜡熟期收获,将包括果穗在内的整株玉米经过青贮发酵制成饲料的玉米[1-2],其被广泛应用于饲料生产。云南省位于我国西南部,其独特的地理气候条件和资源优势很适合畜牧业的发展,同时,省内山地面积大,决定了其相比于以收获籽实为目的的传统农业生产更适合发展营养体农业[3]。因而,大力推广饲用玉米的种植,对云南省农业产业和山区经济发展具有重要意义。【前人研究进展】在玉米的农业种植生产中仍存在一系列问题,一是因氮肥在玉米生长发育、产量与品质的形成过程中发挥着重要作用[4],为追求高产而过量施用氮肥,造成氮肥利用率低的现象。研究表明我国玉米的氮肥表观利用率平均为29.1%,低于世界平均水平[5];同时大量滞留于土壤中的氮肥还会造成生态环境破环[6]。二是受农村劳动力减少和玉米生长后期植株高大不便施肥的限制,玉米种植中多采用一次性底施尿素的方式。然而,由于尿素溶解速度快、易挥发和肥效短等问题导致玉米后期脱肥早衰和产量不高的现象[7]。缓释肥料是指采用物理、化学和生物化学方法制造的能使肥料中的养分在土壤中缓慢释放,使其作物有效性明显延长的肥料[8]。硝化抑制剂是一类可抑制土壤硝化过程的制剂,其中3, 4- 二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)为当前国内外应用最为广泛的硝化抑制剂之一,自20世纪50年代以来可被化学合成后被用于缓释肥中[9-11]。聚谷氨酸作为肥料增效剂可以通过增强作物对养分的吸收能力以达到增产的目的,随着聚谷氨酸生产技术的日益成熟,由于其低毒和易分解的特性,作为肥料具有普通肥料所没有的环境友好和经济效益[12-14]。张嘉敏[15]研究表明,可通过一次性基施缓释肥来满足作物不同生长时期所需养分,提高氮素利用率。张宁宁等[16]的研究结果显示,尿素与缓释肥配施比例为3 ∶ 7时可通过提高玉米株高、茎粗和后期土壤硝铵态氮含量达到提高产量的目的。含硝化抑制剂DMPP的缓释肥在玉米上的研究表明,缓释肥的施用能使玉米生育后期保持良好生长状态,并有效促进玉米生长和生物量累积,从而提高产量[9, 17]。刁倩等[18]、张静静[19]关于聚谷氨酸缓释肥的研究结果显示,施用聚谷氨酸能够促进水稻、大豆、小麦、玉米等作物的生长和产量。郭恒等[20]、韩春生[21]关于马铃薯的研究表明,缓释氮肥较普通氮肥增产达到10.6% 和17.4%,淀粉含量显著提高。张师等[22]关于玉米的研究表明,缓释氮肥处理玉米农艺性状与经济性状显著优于普通尿素处理。【本研究切入点】玉米是云南省畜产品最重要的饲料来源,随着肉牛产业被纳入云南省核心高原特色农业产业,对玉米的需求呈现出增长的态势。因此,亟需探索经济与生态效益兼顾的饲用玉米绿色高产施肥技术。目前有关缓释肥施用的研究多见于缓释肥和尿素适宜比例的筛选[23-24]和对籽粒玉米产量及品质的影响[25-28],在饲用玉米上的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】本试验选取分别含硝化抑制剂DMPP和含有聚谷氨酸的两种类型缓释氮肥,探究同一适宜施氮水平下一次性基施对饲用玉米生长及产量和品质的影响,以达到提高氮肥利用率、减少化肥与劳动力投入的目的,为饲用玉米绿色轻简化栽培提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验地位于云南省昆明市寻甸县大河桥云南农业大学实践教学基地(103° 16′ 41″ E、25° 31′ 07″ N)。试验地属于亚热带季风气候,海拔1 860 m,年平均气温15.80 ℃,年均降水量900~1 000 mm,降水主要集中在5—9月。土壤类型为山地红壤,试验前0~20 cm土层养分含量为:有机质31.14 g/kg,全氮1.66 g/kg,碱解氮94.5 mg/kg,有效磷14.29 mg/kg,速效钾170.06 mg/kg,pH 7.28。

1.2 试验方法

供试两种缓释型氮肥分别为含硝化抑制剂DMPP的缓释氮肥(含N ≥ 20.5%)和含聚谷氨酸尿素的缓释氮肥(含N ≥ 46%)。试验设不施肥(CK),单施尿素(U),含DMPP的缓释氮肥与尿素2 ∶ 8配施(A20)、4 ∶ 6配施(A40)、6 ∶ 4配施(A60),含聚谷氨酸的缓释氮肥与尿素2 ∶ 8配施(B20)、4 ∶ 6配施(B40)、6 ∶ 4配施(B60)8个处理。

试验采用随机区组设计,每个处理3次重复,小区面积24 m2(6 m×4 m),四周设置宽1m保护行和70 cm区间过道。磷肥为过磷酸钙(含P2O5 ≥ 12%),钾肥为硫酸钾(含K2O ≥ 50%),施肥量均为N 270 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 90kg/hm2。氮肥的基追比为6 ∶ 4,缓释型氮肥、磷肥、钾肥均作基肥一次性施入,追肥在玉米拔节期一次性施用。供试饲用玉米品种为桥单六号,种植规格为行距50 cm、株距20 cm,种植密度为90 000株/hm2,采用人工穴播,播深3~5 cm。2021年5月20日播种,9月20日收获,玉米生长期田管理同当地大田生产。

1.3 测定项目及方法

分别于玉米苗期、拔节期、抽雄期、乳熟末期,每个小区选取有代表性的3株测定株高和全部叶片的长度和宽度;采集植株地上部称量鲜重,然后放入烘箱105 ℃杀青30 min,80 ℃烘干至恒重,称量并粉碎后采用半微量凯氏定氮法测定植株全氮含量。

同时利用随机法采集玉米4穴间0~20 cm土层混合土样,土样加入1 mol/L KCl浸提并震荡1 h后过滤,用连续流动分析仪(AA3)测定土壤硝态氮、铵态氮含量。

饲用玉米在乳熟后期至蜡熟前期收获,每个小区采集中间2行地上部全部植株用于饲用玉米收获测产,粗蛋白含量采用凯氏定氮法测定,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量采用范式洗涤纤维测定法测定。

叶面积指数(LAI)=单株叶面积×单位土地面积株数/ 单位土地面积

地上部氮素累积量(NA)=地上部干物重×地上部干物质含氮量

氮肥利用率(REN)=(施氮肥区植株地上部氮素累积量- 不施氮肥区植株地上部氮素累积量)/ 施氮量×100

氮肥农学效率(AEN)=(施氮肥区产量- 不施氮肥区产量)/ 施氮量

氮肥偏生产力(PFPN)=施氮肥区产量/ 施氮量

试验数据运用Excel 2019进行处理,采用SPSS 25.0单因素方差分析进行差异显著性分析和双因素方差分析。

2 结果与分析 2.1 不同施肥处理对土壤氮含量及氮素吸收的影响

2.1.1 硝态氮 图 1可知,不同氮肥施用是玉米根区0~20 cm土壤硝态氮含量产生差异的主要原因。苗期A20处理土壤硝态氮含量与A40处理无显著差异,但显著高于其他处理,A20处理较U、A40、A60、B20、B4、B60处理土壤硝态氮含量分别高105.04%、4.68%、72.90%、43.87%、144.93% 和180.89%;A60、B20处理土壤硝态氮含量无显著差异,较U处理分别高18.59% 和42.52%;B40、B60处理与U处理土壤硝态氮含量均无显著差异,较U处理分别低16.28% 和27.01%;A60、B40处理与U处理土壤硝态氮含量均无显著差异。可见,随着配施比例的增加,两种缓释氮肥处理土壤硝态氮含量均在降低。拔节期A60处理土壤硝态氮含量显著高于其他处理,较U、A20、A40、B20、B40、B60处理分别高92.32%、395.07%、84.51%、39.84%、132.69% 和251.19%;A40、B20处理与U处理无显著差异,分别较U处理高4.23% 和37.53%。含DMPP缓释氮肥处理土壤硝态氮含量随着配施比例的增加而增加,而聚谷氨酸缓释氮肥处理随着配施比例的增加土壤硝态氮含量在降低。抽雄期B40、B60处理间土壤硝态氮含量无显著差异,分别较U处理高474.25% 和517.88%;含DMPP缓释氮肥处理土壤硝态氮含量随着配施比例的增加而降低,而聚谷氨酸缓释氮肥处理则随着配施比例的增加而提高。乳熟期A20、A40、A60、B20处理间土壤硝态氮含量均无显著差异,但均显著高于其他处理,较U处理分别高105.45%、118.03%、99.12% 和113.70%。含DMPP缓释氮肥处理土壤硝态氮含量随着配施比例的增加呈现先增加后降低的趋势,而聚谷氨酸缓释氮肥处理则随着配施比例的增加而提高。综上,氮肥类型对玉米苗期、抽雄期和乳熟期土壤硝态氮含量的影响达到极显著水平,其中苗期含DMPP缓释氮肥处理土壤硝态氮含量显著高于聚谷氨酸缓释氮肥处理,抽雄期和乳熟期聚谷氨酸缓释氮肥处理土壤硝态氮含量显著高于含DMPP缓释氮肥处理;缓释氮肥与尿素配施比例对苗期土壤硝态氮含量的影响达到极显著水平,表现为2 ∶ 8 > 4 ∶ 6 > 6 ∶ 4,对拔节期和乳熟期土壤硝态氮含量的影响达到显著水平,表现为6 ∶ 4 > 4 ∶ 6 > 2 ∶ 8;氮肥类型和配施比例的交互作用对拔节期和乳熟期土壤硝态氮含量的影响达到极显著水平,对苗期和抽雄期有显著影响。

柱上小写英文字母不同者表示处理间差异显著 Different lowercase letters above the graph bar represent significant differences 图 1 不同施肥处理对土壤硝态氮含量的影响 Fig. 1 Effects of different fertilization treatments on soil nitrate nitrogen content

2.1.2 铵态氮 图 2可知,与土壤硝态氮相比,土壤中铵态氮含量较低。饲用玉米苗期含DMPP缓释氮肥处理土壤铵态氮含量随着配施比例的增加呈现增加的趋势,以A60处理显著高于其他处理,较U处理高55.44%;聚谷氨酸缓释氮肥处理土壤铵态氮含量以B40处理最大,B20、B40处理较U处理分别高33.59% 和29.69%。拔节期U处理土壤铵态氮含量显著高于其他处理,其中含DMPP缓释氮肥处理随着配施比例的增加表现先升高后降低,聚谷氨酸缓释氮肥处理随着配施比例的增加而增加。抽雄期A20、A40、A60、B20处理土壤铵态氮含量分别较U处理高78.62%、60.40%、84.50% 和95.90%,且B20处理土壤铵态氮含量显著高于其他处理,B40、B60处理间差异不显著,均显著高于U处理,较U处理分别高15.94% 和23.57%。乳熟期A20、A60、B60处理间土壤铵态氮含量差异不显著,均显著高于其他处理,分别较U处理高29.67%、14.94% 和19.00%。聚谷氨酸缓释氮肥处理土壤铵态氮含量随着配施比例的增加呈增长趋势。氮肥类型对玉米抽雄期和乳熟期土壤铵态氮含量的影响达到极显著水平,且含DMPP缓释氮肥处理土壤铵态氮含量显著高于聚谷氨酸缓释氮肥处理;缓释氮肥与尿素配施比例对抽雄期和乳熟期土壤铵态氮含量的影响亦达到极显著水平,抽雄期表现为2 ∶ 8 > 6 ∶ 4 > 4 ∶ 6,乳熟期表现为6 ∶ 4 > 4 ∶ 6 > 2 ∶ 8,对苗期土壤铵态氮含量的影响达到显著水平;氮肥类型和配施比例的交互作用对玉米苗期、拔节期、抽雄期和乳熟期土壤铵态氮含量的影响均达到极显著水平。

柱上小写英文字母不同者表示处理间差异显著 Different lowercase letters above the graph bar represent significant differences 图 2 不同施肥处理对土壤铵态氮含量的影响 Fig. 2 Effect of different fertilization treatments on soil ammonium nitrogen content

2.2 不同施肥处理对饲用玉米农艺性状的影响

2.2.1 株高 表 1可以看出,A60处理对玉米苗期和乳熟期农艺性状的影响较其他处理差异显著,抽雄期则以B20处理株高最高。含DMPP缓释氮肥处理的饲用玉米株高在各生育时期均表现为随着配施比例的增加而增加,其中A60处理的株高在苗期、拔节期、抽雄期和乳熟期较U处理分别高18.56%、21.20%、5.50% 和7.28%;聚谷氨酸缓释氮肥处理的饲用玉米株高在抽雄期和乳熟期均表现为随着配施比例的增加而降低,苗期和拔节期表现为先降低后增加的趋势,其中B20处理的株高在苗期、抽雄期和乳熟期较U处理分别高7.10%、7.59% 和5.27%。

表 1 不同施肥处理对饲用玉米生育期农艺性状的影响 Table 1 Effects of different fertilization treatments on agronomic traits of forage maize during growth period

表 2可以看出,饲用玉米各生育时期缓释氮肥类型对株高的影响均达到极显著水平,且含DMPP缓释氮肥处理株高显著高于聚谷氨酸缓释氮肥处理;缓释氮肥与尿素配施比例显著影响苗期株高,对抽雄期株高的影响则达到极显著水平,其中缓释氮肥与尿素2 ∶ 8配施显著提高抽雄期饲用玉米株高;氮肥类型和配施比例对苗期、抽雄期和乳熟期饲用玉米株高均有极显著的交互作用。

表 2 不同氮肥类型及其配施比例对饲用玉米生育期农艺性状的影响 Table 2 Effects of different nitrogen fertilizer types and proportions on agronomic traits of forage maize during growth period

2.2.2 叶面积指数 叶面积指数是反映作物生长情况的一个指标,随着作物生育期的变化会相应改变。从表 1可以看出,各处理叶面积指数在玉米生育期间表现为逐渐增加的趋势,以拔节期到抽雄期增长较快,其中含DMPP缓释氮肥处理的叶面积指数在苗期、拔节期和乳熟期表现为随着配施比例的增加而增加,抽雄期为先降低后增加,以A60处理达到最大值,较U处理分别高34.88%、37.01%、21.02% 和28.74%;聚谷氨酸缓释氮肥处理的叶面积指数在苗期和拔节期随着配施比例的增加表现为先降低后增加的趋势,抽雄期和乳熟期表现为逐渐降低趋势,抽雄期和乳熟期均以B20处理的叶面积指数最大,分别较U处理高13.55% 和20.84%。

表 2 可以看出,氮肥类型在苗期和拔节 期对叶面积指数的影响达到极显著水平,其中含 DMPP 缓释氮肥处理叶面积指数显著高于聚谷氨 酸缓释氮肥处理;缓释氮肥与配施比例显著影响 苗期和乳熟期叶面积指数,对抽雄期叶面积指数 的影响为极显著,其中缓释氮肥与尿素 6 ∶ 4 配 施显著提高苗期和乳熟期饲用玉米叶面积指数;氮肥类型和配施比例交互作用在抽雄期和乳熟期 对叶面积指数的影响达到极显著水平。

2.2.3 鲜草产量 表 3可以看出,在苗期和抽雄期,各处理间饲用玉米产量差异均不显著;拔节期A60处理饲用玉米产量显著高于较其他处理;乳熟期A60处理饲用玉米产量显著高于U处理和B60处理。含DMPP缓释氮肥配施处理中,各生育时期鲜草产量随着配施比例的增加呈上升趋势,其中乳熟期各配施比例处理鲜草产量差异不显著,A60处理青贮玉米鲜草产量与U处理差异显著,A20、A40处理与U处理差异不显著,A20、A40、A60处理鲜草产量比U处理分别高4.89%、8.59% 和19.82%;聚谷氨酸配施处理中,各生育时期鲜草产量随配施比例的增加而降低,其中乳熟期B20、B40、B60处理与U处理均无显著差异,B20、B40处理较U处理分别高10.40% 和3.08%,B60处理较U处理低3.30%。在玉米乳熟期,缓释氮肥与尿素2 ∶ 8配施比例下聚谷氨酸配施处理鲜草产量高于含DMPP配施处理,产量高5.25%;缓释氮肥与尿素4 ∶ 6和6 ∶ 4配施比例下,含DMPP缓释氮肥配施处理鲜草产量均高于聚谷氨酸配施处理,分别高5.34% 和23.92%;6 ∶ 4缓释氮肥配施比例下,含DMPP缓释氮肥的增产效果显著优于聚谷氨酸缓释氮肥。

表 3 不同施肥处理对饲用玉米生育期产量的影响 Table 3 Effects of different fertilizer treatments on yield of forage maize during growth period

2.2.4 干物质量 表 3可以看出,苗期和抽雄期各处理干物质量差异均不显著,乳熟期以A60处理显著高于U处理和聚谷氨酸缓释氮肥配施处理。含DMPP缓释氮肥配施处理中,各生育时期干物质量随着配施比例的增加呈上升趋势,其中乳熟期干物质量各配施比例处理间差异不显著,A60处理青贮玉米干物质量与U处理差异显著,A20、A40处理与U处理差异不显著,A20、A40、A60处理比U处理分别高14.24%、24.42% 和35.33%,A60处理较A20、A40处理分别高18.46% 和8.77%。2 ∶ 8、4 ∶ 6和6 ∶ 4配施比例下,含DMPP缓释氮肥配施处理干物质量均高于聚谷氨酸缓释氮肥配施处理,分别高6.68%、32.93% 和46.20%。

表 4可以看出,氮肥类型对拔节期鲜草产量的影响达到极显著水平,其中含DMPP缓释氮肥处理鲜草产量显著高于聚谷氨酸缓释氮肥处理;氮肥类型和配施比例对乳熟期鲜草产量有显著的交互作用。在拔节期和乳熟期,氮肥类型对干物质量的影响达到极显著水平。

表 4 不同氮肥类型及其配施比例对饲用玉米生育期产量的影响 Table 4 Effects of different nitrogen fertilizer types and proportions on yield of forage maize during growth period

2.3 不同施肥处理对饲用玉米营养品质的影响

图 3A可知,U处理粗灰分含量达到最大值4.57%,而缓释氮肥配施处理均降低了玉米植株中粗灰分含量,A20、A40、A60、B20、B40、B60处理分别较U处理低23.36%、31.39%、18.98%、7.30%、10.22% 和18.25%。含DMPP缓释氮肥不同配施比例A20、A40、A60处理粗灰分含量呈先降低后增加趋势,A20、A40、A60处理粗灰分含量与U处理差异显著,A60处理较A20、A40处理分别增加5.71% 和18.09%;聚谷氨酸配施处理粗灰分含量随着配施比例的增加而逐渐降低,其中B20处理粗灰分含量较B40、B60处理分别增加3.25% 和13.40%。氮肥类型对粗灰分含量的影响达到极显著水平,以含DMPP缓释氮肥处理粗灰分含量显著低于聚谷氨酸缓释氮肥处理,而配施比例对粗灰分含量无显著影响。

柱上小写英文字母不同者表示处理间差异显著 Different lowercase letters above the graph bar represent significant differences among treatments 图 3 不同施肥处理对饲用玉米乳熟期营养品质的影响 Fig. 3 Effects of different fertilizer treatments on nutritional quality of forage maize at milky stage

粗蛋白是饲草中含氮物质的总和,含有各种必要的氨基酸,是决定玉米饲用品质的重要指标。从图 3B可以看出,含DMPP缓释氮肥配施处理玉米植株粗蛋白含量呈现先降低后增加趋势,A60处理粗蛋白含量达到最大值7.29%,较A20、A40处理分别增加17.32% 和27.30%,A60、B20处理玉米植株粗蛋白含量分别比U处理高44.33% 和61.63%,差异显著;聚谷氨酸配施处理玉米植株粗蛋白含量随着配施比例的增加而逐渐降低,B20处理粗蛋白含量达到最大值8.16%,较B40、B60处理分别增加15.49% 和3.03%。氮肥类型对粗蛋白含量的影响达到显著水平,配施比例对粗蛋白含量无显著影响,氮肥类型和配施比例对粗蛋白含量有极显著的交互作用。

图 3C可知,各处理玉米植株中性洗涤纤维含量差异显著,A20处理达到最大值31.88%、较U处理高15.51%,B60处理达到最小值25.22%、较U处理低8.62%。含DMPP缓释氮肥配施处理随着配施比例的增加中性洗涤纤维含量呈先减小后增加的趋势,A40处理较U处理低3.66%,A60处理较U处理高7.28%;聚谷氨酸缓释氮肥配施处理随着配施比例的增加中性洗涤纤维含量逐渐减少,B20、B40处理较U处理分别低1.85% 和7.46%;氮肥类型和配施比例对中性洗涤纤维含量的影响达到极显著水平,其中含DMPP缓释氮肥处理玉米中性洗涤纤维含量显著高于聚谷氨酸缓释氮肥处理,两种缓释氮肥与尿素2 ∶ 8配施比例显著高于4 ∶ 6和6 ∶ 4配施比例,氮肥类型和配施比例的交互作用对中性洗涤纤维含量有响。

图 3D可知,U处理玉米植株酸性洗涤纤维含量最小、为19.80%,A20处理最大、为24.83%,其中含DMPP缓释氮肥配施处理随着配施比例的增加酸性洗涤纤维呈现降低的趋势,A20、A40、A60处理分别较U处理高25.40%、10.71% 和1.11%;聚谷氨酸缓释氮肥配施处理随着配施比例的增加酸性洗涤纤维含量呈现先升高后降低的趋势,B20、B40、B60处理较U处理分别高4.09%、24.65% 和10.56%;配施比例对酸性洗涤纤维含量的影响达到极显著水平,2 ∶ 8、4 ∶ 6配施比例酸性洗涤纤维含量显著高于6 ∶ 4配施比例,氮肥类型对酸性洗涤纤维含量无显著影响,氮肥类型和配施比例的交互作用对酸性洗涤纤维含量有极显著影响。

2.4 不同施肥处理对氮肥利用率及相关指标的影响

表 5可以看出,施氮处理玉米地上部氮素积累量显著高于CK,A60、B20处理显著高于U处理,分别高48.84% 和53.77%;含DMPP缓释氮肥配施处理随着配施比例的增加地上部氮素积累量呈现先降低后升高得趋势,A60处理达到最大值252.97 kg/hm2,A20、A40处理较U处理分别高28.07% 和16.80%;聚谷氨酸配施下,B40、B60处理间地上部氮素积累量无显著差异,较U处理分别高8.63% 和9.08%。B20处理氮肥利用率达到最大值,A60、B20处理氮肥利用率显著高于U处理;A20、A40、A60、B20、B40、B60处理氮肥利用率分别较U处理高35.54%、21.27%、61.84%、68.08%、10.93% 和11.49%。含DMPP缓释氮处理氮肥农学效率和氮肥偏生产力均高于其他处理,A60处理达到最大值,且显著高于U处理,其中A20、A40、A60、B20处理氮肥农学效率较U处理分别高23.29%、39.92%、57.73%和11.60%,B40、B60处理较U处理分别低12.15% 和10.44%;A20、A40、A60和B20处理氮肥偏生产力较U处理分别高14.25%、24.43%、35.33% 和7.10%,B40、B60处理较U处理分别>低7.43% 和6.39%。

表 5 不同施肥处理对饲用玉米乳熟期氮素吸收利用的影响 Table 5 Effects of different fertilizer treatments on nitrogen uptake and utilization in forage maize at milky stage

表 6可以看出,氮肥类型和配施比例对氮肥农学效率和氮肥偏生产力的影响均达到极显著水平,其中含DMPP缓释氮肥处理氮肥农学效率和氮肥偏生产力均显著高于聚谷氨酸缓释氮肥处理。

表 6 不同氮肥类型及其配施比例对饲用玉米乳熟期氮素吸收利用的影响 Table 6 Effects of different nitrogen fertilizer types and proportions on nitrogen uptake and utilization in forage maize at milky stage

3 讨论

饲用玉米株高和叶面积指数在一定程度上能反映玉米产量的高低,施用缓释肥能保证玉米在生长后期仍具有较高的株高和叶面积指数,保证玉米充分的光合作用,进而影响产量[8]。本试验结果表明两种缓释氮肥与尿素配施均能提高饲用玉米株高和叶面积指数,其中含DMPP缓释氮肥与尿素6 ∶ 4配施处理饲用玉米株高和叶面积指数达到最优,较普通尿素U处理分别高7.28% 和28.74%。含DMPP缓释氮肥处理下饲用玉米株高随着缓释氮肥施用比例的增加而增加,这与张嘉敏[15]的研究结果相一致;聚谷氨酸缓释氮肥处理下饲用玉米株高和叶面积指数随着缓释氮肥施用比例的增加而减少,其中苗期和拔节期的玉米株高和叶面积指数均小于单施尿素处理,拔节期至抽雄期聚谷氨酸缓释氮肥释放出充足的氮素养分,使得这个时期玉米株高和叶面积得到增加,这与刁倩等[18]的研究结果相一致。同等施氮量条件下,缓释肥的施用能够延缓叶片的衰老,满足玉米后期生长,因此饲用玉米株高与叶面积在生长后期仍有稳定的增长。

饲用玉米是一种喜肥作物,尤其对氮肥反应敏感,合理的氮肥运筹对饲用玉米的高产优质生产起着重要的作用[29]。本试验中,施用氮肥较不施用氮肥相比能显著提高饲用玉米的产量,其中含DMPP缓释氮肥处理下鲜草产量和干物质量均有所提高,且随着施用比例的增加而增加,以6 ∶ 4配施处理饲用玉米鲜草产量和干物质量均达到最优,这与崔磊等[30]的研究结果相一致;聚谷氨酸缓释氮肥处理下饲用玉米鲜草产量和干物质量随着缓释氮肥施用比例的增加而减少,以2 ∶ 8配施比例鲜草产量和干物质量均达到最大值,而4 ∶ 6和6 ∶ 4配施比例干物质量要低于普通尿素U处理,这与姬景红等[31]的研究结果“缓释氮肥与普通尿素混合施用缓释氮肥比例在45%~75% 之间玉米产量效益的效果最佳”不相一致,这可能是由于不同的土壤类型、玉米品种和气候环境等对最佳配施比例造成的影响。

粗蛋白是饲草中包括各种必要氨基酸的含氮物质的总和,是决定饲用玉米品质质量的重要指标,玉米含氮量的增加能增加饲用玉米的粗蛋白含量; 中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维是对植物纤维成分的一种测定指标,包括纤维素、半纤维素等,影响动物对饲料的采食率和消化率[32-33]。本试验结果表明,两种缓释氮肥与尿素配施均能提高饲用玉米粗蛋白含量,其中含DMPP缓释氮肥处理粗蛋白含量较单施尿素处理显著增加,这可能是在氮肥需求量大的时期(拔节期- 大喇叭口期)含DMPP硝化抑制剂的缓释氮肥通过提高叶面积,促进叶片光合物质的积累,使得植株粗蛋白含量升高;聚谷氨酸缓释氮肥处理中,2 ∶ 8配施比例粗蛋白含量最高,酸性洗涤纤维含量最低,达到最佳的饲用品质,这可能是聚谷氨酸缓释氮肥处理氮素释放较为缓慢,缓释尿素比例越高,易造成饲用玉米生育前期氮素不足,影响玉米的生长发育,使得产量降低品质下降。缓控释氮肥能够明显地改善玉米的氮素利用状况。本试验中,两种缓释氮肥与尿素配施均能提高饲用玉米收获期地上部氮素累积量,其中含DMPP缓释氮肥与尿素6 ∶ 4配施处理和聚谷氨酸缓释氮肥与尿素2 ∶ 8配施处理玉米地上部氮素积累量较单施尿素处理明显增加,以含聚谷氨酸的缓释氮肥与尿素2 ∶ 8配施处理氮素累积量和氮肥利用率达到最大值,含DMPP的缓释氮肥与尿素6 ∶ 4配施处理氮肥农学效率和氮肥偏生产力最大,这与王宜伦等的研究结果相一致[34]

硝态氮是能被植物根系直接吸收利用的无机态氮之一。土壤中维持一定量的硝态氮有利于为玉米生育后期生长提供充足的养分,提高氮素的吸收利用率[35]。本试验结果表明,含DMPP缓释氮肥处理玉米苗期土壤硝态氮含量随着配施比例的增加而降低,土壤铵态氮含量随着配施比例的增加而增加,这可能是由于DMPP硝化抑制剂抑制了硝化过程,铵态氮在土壤中能以较高浓度存在,而土壤中的硝态氮含量较低;聚谷氨酸缓释氮肥苗期土壤硝态氮含量随着配施比例的增加而降低,这是由于聚谷氨酸缓释氮肥是通过阻止包裹的尿素的溶解来减缓氮素的释放过程,以满足玉米生育后期的养分供应[22],配施比例越高,氮素释放量小,导致玉米生长所需的无机态氮供应不足。随着饲用玉米的生长发育,土壤硝态氮含量呈现逐渐增加的趋势,这可能是由于DMPP在土壤中的降解速度慢,可以维持较长时间的抑制作用,从而在玉米生长后期仍能释放出充足的养分供应玉米生育后期的生长与氮素积累;聚谷氨酸缓释氮肥处理氮素释放较为缓慢,在玉米生育后期也能提供充足的氮素供应。乳熟末期收获玉米后土壤中仍有大量未被利用的有效氮素,其肥效在后季作物中也可能有进一步的利用,缓释氮肥相比普通尿素肥效更长,其对轮作体系作物的产量与肥料利用率也会有着促进作用[36]

4 结论

含DMPP缓释氮肥与普通尿素不同比例配施均增加了饲用玉米的株高、叶面积指数、产量、粗蛋白含量、植株氮素吸收量、氮肥利用率和氮肥农学效率和氮肥偏生产力,其中含DMPP缓释氮肥与尿素6 ∶ 4配施处理获得最大鲜草产量和干物质量,较普通施肥高19.82% 和35.33%,氮肥利用率高61.84%。同时获得了较高的粗蛋白含量,而中性洗涤纤维的增加一定程度上降低了其作为青贮料的适口性和消化率。含DMPP缓释氮肥在玉米生育后期仍能保持土壤较高的硝铵态氮含量,有利于玉米的吸收利用,减少氮素损失,提高氮肥利用率,含硝化抑制剂DMPP的缓释氮肥与尿素6 ∶ 4配施为实现饲用玉米高产优质的最佳配比。

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