涝渍玉米对俄亥俄州淹水后施氮的响应

《Crop, Forage & Turfgrass Management》：Waterlogged corn responded to post-flooding N in Ohio

　　

中文摘要翻译：美国中西部地区的降水格局日益不稳定，导致洪涝和土壤涝渍事件频发。当前的玉米（Zea mays L.）氮（N）管理推荐方案并未充分考虑过量水分的影响，也未在确定最佳施氮量时考虑分次施氮策略。本研究旨在探究涝渍与施氮之间的交互作用对玉米氮素吸收和籽粒产量的影响，并评估在正常条件下建立的植株和土壤养分状况氮素充足性指标在涝渍后是否仍然适用。涝渍处理在营养生长早期（V4–V6）追肥前诱导，包括无涝渍、3天涝渍和重复涝渍（3+3天）作为主区因子。播前（0或100 lb N ac?1）与追肥（0、60、120或180 lb N ac?1）施氮组合作为副区因子，并在各主区内随机排列。与未涝渍对照相比，涝渍使玉米籽粒产量最多降低25%；然而，无论涝渍持续时间如何，产量对施氮的响应均相似。播前施用100 lb N + 追肥120或180 lb N ac?1的处理获得最高产量。开花期（R1）穗位叶氮浓度超过2.75%时对应收获期最高籽粒产量。研究结果表明，玉米在遭受涝渍后对施氮仍有响应。非涝渍条件下使用的穗位叶氮充足性指标2.75%–3.0%同样对应于涝渍玉米中产量最高的处理，表明2.75%的充足性指标在涝渍后仍可用于评估玉米对涝渍后施氮的吸收情况。未来应在多个地点开展进一步研究，以加深对涝渍条件下玉米恢复力和氮响应的理解。

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一、研究背景与问题

美国中西部地区的降水格局日趋不稳定，极端降水事件频发，导致农田洪涝和土壤涝渍现象日益普遍。已有研究表明，涝渍可使玉米（Zea mays L.）籽粒产量相对于长期产量趋势平均值降低高达34%。2011年中西部地区因田间洪涝造成的涝渍条件，给玉米和大豆种植者带来了16亿美元的经济损失。涝渍土壤不仅影响作物生长，还增加了硝酸盐（NO₃^?）淋溶进入水体的风险，导致水质问题，同时增加农业土壤中氮氧化物（NO_x）的排放，加剧温室气体排放。

当前玉米氮（N）管理推荐方案主要基于正常生长条件制定，尚未充分考虑过量水分的影响以及分次施氮策略在涝渍条件下的适用性。俄亥俄州的一项研究采用多个涝渍持续时间（WD；0、2、4和6天）处理，发现每增加一天涝渍，产量降低14 bu ac^?1；该研究还表明，播前施用120 lb N ac^?1配合追肥60 lb N ac^?1，比单独播前施用120 lb N ac^?1在涝渍发生后可使玉米籽粒产量提高27%–70%。密苏里州的研究也观察到每增加一天涝渍，产量降低6.7–11.5 bu ac^?1。然而，现有研究尚未考察重复涝渍事件对玉米生长和氮需求的影响，也不清楚传统的组织测试方法，如开花期（R1）穗位叶氮含量或成熟期（R6）茎秆硝酸盐氮（NO₃-N）含量，能否用于评估涝渍影响田块的植株氮充足性并指导施氮决策。

二、研究内容与主要结论

本研究在俄亥俄州Custar的西北农业研究站（41°12′53″ N，83°45′34″ W）于2021、2022和2023年三个生长季开展，供试土壤为Hoytville粘壤土。2021和2022年使用俄亥俄州常见成熟期的商业玉米杂交种P0506AM（Corteva Agriscience），2023年因种子供应原因改用P0404AM（Corteva Agriscience），播种密度均为34,000粒ac^?1，行距30英寸。试验采用裂区随机完全区组设计，设4个重复（区组）。主区因子为涝渍持续时间：0天涝渍、3天涝渍和重复涝渍（3+3天，即先涝渍3天，土壤干燥3天后再次涝渍3天）。副区因子为氮肥施用，共8个水平：播前施氮（0或100 lb N ac^?1）与涝渍后追肥（0、60、120或180 lb N ac^?1）的组合。涝渍通过架空灌溉在V4（2021和2023年）或V6（2022年）生长阶段实施，保持土壤饱和状态并伴有最高0.75英寸的积水。追肥在最后一次涝渍结束3天后施用，3+3天处理因需经历第二次涝渍和干燥期而延后6天施用。每个副区面积为10英尺宽×25英尺长（2021和2023年）或10英尺宽×30英尺长（2022年）。

三、主要技术方法

研究人员采用裂区随机完全区组设计开展田间试验，设置3种涝渍持续时间（0天、3天、3+3天）与8种氮肥施用组合（播前0或100 lb N ac^?1 × 追肥0、60、120或180 lb N ac^?1）。土壤样品在涝渍开始前和涝渍后追肥施用当天采集，测定土壤NO₃-N含量；R1阶段采集穗位叶样品测定氮含量；R6阶段采集下部茎秆段测定NO₃-N含量。采用混合效应模型（GLIMMIX程序，SAS 9.4）进行统计分析，固定因子为WD、氮处理及其交互作用，随机因子为年份、年份内区组及年份内WD×区组。

四、研究结果

1. 1.
   籽粒产量响应

研究未观察到涝渍持续时间与氮处理对籽粒产量的交互作用，但各因子的主效应显著。与未涝渍对照相比，3天涝渍处理使籽粒产量降低13.4%，3+3天重复涝渍处理使产量降低24.7%。无论涝渍持续时间如何，播前施用100 lb N ac^?1配合追肥120或180 lb N ac^?1的处理获得最高产量。播前施氮处理的土壤NO₃-N值高于未施播前氮的处理，表明播前施氮在V4或V6阶段涝渍发生前提供了更大的氮素可利用性。在未施播前氮的情况下，追肥180 lb N ac^?1在各涝渍处理中产量最高，但统计上仍低于施用了播前氮的处理。播前施氮使产量比相同追肥量但未施播前氮的处理提高17%–22%。本研究中达到最高产量所需的总施氮量（220–280 lb N ac^?1）超过了俄亥俄州在较正常生长条件下报告的农学最佳施氮量202–203 lb N ac^?1。

1. 2.
   涝渍后土壤NO₃-N、穗位叶氮和茎秆NO₃-N

涝渍持续时间与氮处理对涝渍后土壤NO₃-N存在交互作用。在0天和3天涝渍处理中，所有接受100 lb N ac^?1播前施氮的小区土壤NO₃-N值均较高，且随着涝渍持续时间延长而下降。3+3天涝渍处理的两种播前施氮方案的土壤NO₃-N值相似，但100+180 lb N ac^?1处理除外。研究人员认为，Dill等人提出的涝后土壤NO₃-N测试可能不具有指导意义，因为无论涝渍持续时间如何，产量对追肥施氮的响应均相似，且涝渍后土壤NO₃-N值变异较大。

产量最高的处理对应R1阶段穗位叶氮含量超过2.75%的情况，这一值低于阿肯色州近期研究提出的3.0%充足性水平，但与Ruiz Diaz提出的2.75%–3.50%充足性水平范围一致。已建立的未涝渍玉米R1穗位叶氮充足性浓度在本研究中涝渍玉米中同样对应最高产量。茎秆NO₃-N浓度的一致性较差，所有测定值均低于1800–2000 ppm的奢侈吸收阈值，表明涝渍玉米在生长季内仍能重新分配氮素，而非因库限制而在茎秆组织中积累高量氮。研究结果表明，在重复涝渍条件下，穗位叶氮样品比茎秆NO₃-N测试更能有效评估生长季内的氮充足性。

1. 3.
   建议

涝渍使玉米籽粒产量在各氮处理中最多降低25%，与未涝渍对照相比。产量对施氮的响应不受涝渍持续时间影响。播前施用100 lb N配合追肥120或180 lb N ac^?1获得最高产量，但需进一步研究以优化重质地土壤上播前施氮的推荐用量。当未施播前氮时，追肥180 lb N ac^?1产量最高，但仍低于施用播前氮的最高产量处理。R1阶段穗位叶氮浓度超过2.75%对应收获期最高籽粒产量。这些结果表明，玉米在涝渍后对施氮仍有响应，且非涝渍条件下建立的穗位叶氮充足性水平（2.75%–3.0%）同样适用于涝渍玉米。

五、讨论与结论

本研究表明，玉米在遭受涝渍后仍能有效响应氮肥施用，涝渍持续时间并未改变产量对施氮的响应模式。播前施氮与涝渍后追肥相结合的策略在涝渍条件下表现出明显优势，播前施氮可提高涝渍前土壤氮素可利用性，而涝渍后追肥可弥补涝渍造成的氮素损失。值得注意的是，达到最高产量所需的总施氮量高于俄亥俄州正常条件下的推荐量，这可能与涝渍条件下氮素损失增加有关。穗位叶氮充足性指标在涝渍条件下仍然适用，为涝渍后氮管理决策提供了可靠的植株诊断工具。未来研究应考察不同播前施氮水平以优化易涝田块的推荐方案，并在多个地点开展试验以进一步验证和细化涝渍条件下玉米氮管理建议。