玉米地下滴灌追施氮肥对生长与产量的优化效应及氮素运移机制研究

本研究通过地下滴灌系统探讨了不同氮肥追施量（0、60、80、100 kg ha?1）在玉米关键生育期（V6和R1阶段）的应用效果。结果表明，80 kg ha?1处理可实现最优氮素吸收与产量，但约50.9%的氮残留在滴灌带以下土壤中。研究为精准水肥一体化（Fertigation）提供了实践依据，对提高水氮利用效率（WUE）和减少环境风险具有重要意义。

　　

引言

玉米（Zea mays L.）作为全球主要粮食作物，其产量受水分和养分管理影响显著。氮素是玉米生长与产量形成的关键元素，但传统施肥方式存在利用率低和环境风险高等问题。地下滴灌（Subsurface Drip Irrigation, SDI）系统能够将水分和养分直接输送到根系区域，提高水肥利用效率，然而关于其追施氮肥的效果及氮素运移机制尚不明确。本研究旨在评估地下滴灌追施氮肥对玉米生长、产量及氮素分布的影响。

材料与方法

试验于2021年和2023年在韩国庆尚国立大学试验站进行，土壤类型为砂壤土。地下滴灌管道埋深40 cm，设置4个氮肥追施处理（N0、N60、N80、N100），分别在V6（拔节期）和R1（吐丝期）阶段施用。灌溉水量为243 mm ha^?1，以使土壤10 cm深度达到饱和。测定指标包括土壤水分含量、电导率（EC）、氮素吸收量、根系形态及产量构成。

结果

水分与氮素运移

灌溉水量243 mm ha^?1可使土壤10 cm深度达到饱和。施肥后，养分通过毛细作用向上运移，并被根系吸收、土壤吸附或淋溶。土壤电导率在施肥后显著升高，且7天后仍高于施肥前水平，表明氮素在土壤中残留。氮素在土壤水中主要分布在50 cm深度，残留量随施肥量增加而上升。

根系生长

氮肥追施显著促进根系生长，N80处理根系总长度、体积和干重均达到最高。过量施肥（N100）反而抑制根系发育，可能与氮素浓度过高抑制根系伸长有关。

氮素吸收与残留

植株氮素吸收量在N80处理最高（17.2 kg ha^?1），吸收率为38.6%。超过50%的施氮量残留在50 cm以下土壤中，其中N80处理残留量为20.2 kg ha^?1。氮素主要以铵态氮（NH₄⁺-N）形式存在，残留量在30–40 cm土层中最高。

产量构成

N80处理产量最高，穗长、百粒重和产量均显著优于其他处理。主成分分析表明，氮肥追施量与生长指标和产量成分呈正相关，但超过80 kg ha^?1后增产效果不显著。

讨论

灌溉与施肥策略

地下滴灌需根据土壤性质确定灌水量和施肥浓度。本研究中，砂壤土条件下243 mm ha^?1灌水量可实现根系区域有效湿润。施肥浓度1%为宜，过高可能导致氮素淋溶。

氮素运移与利用

地下滴灌施肥后，氮素通过毛细作用向地表运移，但大量氮素残留在深层土壤中，增加了淋溶风险。N80处理氮素吸收率最高，但仍有50.9%的氮未被利用，表明需优化施肥深度和时机。

根系与产量响应

适量氮肥（80 kg ha^?1）促进根系发育和产量形成，过量则抑制生长。建议在根系浅层阶段（早期）采用地表灌溉，深层阶段（V6/R1）采用地下滴灌，以减少氮素损失。

环境与经济影响

地下滴灌系统初期投资较高（约14.4万美元/公顷），但可提高产量8.5%，预计10年内回本。该系统有望应对气候变化下的水资源短缺问题，但需进一步研究减少氮淋溶的措施。

结论

地下滴灌追施80 kg ha^?1氮肥可优化玉米生长和产量，但氮素残留问题突出。未来需根据土壤性质和生育阶段调整灌溉深度，以提高氮素利用效率并减少环境风险。