全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(1): 118−123 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由山东省资源节约型社会科技支撑体系建设专项计划项目(2006JY06), 山东省博士后科研项目专项经费资助(200603043), 山东省中青
年科学家科研奖励基金(2007BS06017), 2008年公益性行业(农业)科研专项经费(200803028)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 宁堂原, E-mail: ningty@163.com; Tel: 0538-8249737
第一作者联系方式: E-mail: sgq-1981@163.com; Tel: 0537-8237722
Received(收稿日期): 2008-04-28; Accepted(接受日期): 2008-09-12.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.00118
不同水分条件下常规尿素和控释尿素对玉米根冠生长及产量的影响
邵国庆 1,2 李增嘉 1 宁堂原 1,* 张 民 3 江晓东 1 王 芸 1 赵建波 1
吕美蓉 1 赵 杰 4
1 山东农业大学农学院作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018; 2 微山县农业局农业技术推广站, 山东济宁 277600; 3 山东农
业大学资源与环境学院, 山东泰安 271018; 4 龙口市农业局, 山东龙口 265701
摘 要: 为了进一步探讨控释尿素在玉米上的应用效果, 于 2006—2007 年在防雨棚中, 应用郑单 958 进行了池栽试
验。在不同水分条件下, 比较了施用常规尿素和控释尿素后, 玉米各生育阶段的根系活力、植株生长及籽粒产量。与
常规尿素(全部基施和基施+小喇叭口期追施)相比, 地上部干重、叶面积指数开花前较低, 开花后较高; 成熟期籽粒产
量显著高于不施氮对照和两个常规尿素处理, 生物产量显著高于不施氮对照和常规尿素全部基施处理。从籽粒产量
看, 维持土壤田间最大持水量的 50%时, 控释尿素处理分别比常规尿素全部基施处理和分次施处理高 27.3%和 12.1%;
维持土壤田间最大持水量的 75%时, 分别比常规尿素全部基施处理和分次施处理高 17.4%和 8.1%。相同氮肥处理, 土
壤田间最大持水量维持 75%处理比维持 50%处理籽粒产量和生物产量平均分别高 20.6%和 17.0%, 差异均达极显著水
平。与常规尿素处理相比, 控释尿素处理花前根系数量、活性和根冠比均较低, 但花后三者能维持较高水平。可见, 控
释尿素对玉米生长具有明显的“前控后保”效果; 控释尿素与水分对玉米产量的耦合效应高于常规尿素, 其原因是生
育后期能维持较高的根系数量及活性, 促进地上部干物质积累和转移。
关键词: 田间持水量; 常规尿素; 控释尿素; 玉米; 根冠比; 产量
Effects of Normal Urea and Release-Controlled Urea on Root and Shoot
Growth and Yield of Maize in Different Water Conditions
SHAO Guo-Qing1,2, LI Zeng-Jia1, NING Tang-Yuan1,*, ZHANG Min3, JIANG Xiao-Dong1, WANG Yun1,
ZHAO Jian-Bo1, LÜ Mei-Rong1, and ZHAO Jie4
1 College of Agronomy / State Key Laboratory of Crop Biology, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China; 2 Agrotechnology Extension
Station, Agricultural Bureau of Weishan County, Jining 277600, China; 3 College of Resource and Environment, Shandong Agricultural University,
Tai’an 271018, China; 4 Agriculture Bureau of Longkou City, Longkou 265701, China
Abstract: As a prosperous fertilizer in crop production, release-controlled urea (CU) promotes the yield of maize (Zea mays L.)
and nitrogen use efficiency with less environmental pollution than normal fertilizers. However, the interaction effects of CU and
soil water content on the growth and development of maize have been rarely reported. In this study, the maize cultivar Zhengdan
958 was used to compare the differences of root activity, root and shoot growth, and yield between treatments with normal urea
and CU under two water soil moisture conditions. The experiments were carried out in pools (10 m in length, 60 cm in width, and
1.2 m in depth) under a mobile water-proof shelter in 2006–2007. The normal urea was applied with basal (100% applied before
sowing, NU) and split (40% applied before sowing and 60% applied at pretasselling stage, NS) dressing methods, whereas, the
CU was totally applied before sowing. No urea applied was taken as the control. The results showed that the shoot dry weight and
leaf area index of CU treatments were higher after anthesis and lower before anthesis than those of NU and NS treatments. As a
result, the grain yield of CU treatment was significantly higher than those of NU and NS treatments, and the biomass of CU
treatment was significantly higher (P < 0.05) than those of NU treatment and control. Under the condition of soil moisture at 50%
of field capacity (W1), the grain yield of CU treatment was higher than those of NU and NS treatments by 27.3% and 12.1%, re-
spectively. Under the condition of soil moisture at 75% of field capacity (W2), the grain yield of CU treatment was higher than
those of NU and NS treatments by 17.4% and 8.1%, respectively. In the same urea treatment, the average values of grain yield and
第 1期 邵国庆等: 不同水分条件下常规尿素和控释尿素对玉米根冠生长及产量的影响 119


biomass were higher by 20.6% and 17.0% under W2 than those under W1, respectively. Root weight, root activity, and root/shoot
ratio were lower before anthesis in CU treatment than in NU and NS treatments, but higher after anthesis in CU treatment than in
NU treatment. The results suggest that the CU could have a remarkable early-decrease-and-late-increase effect on maize growth,
and its coupling effect with soil moisture was higher than that of normal urea. The positive coupling effect of CU might be caused
by the higher root activity and root/shoot ratio after anthesis, which could increase the accumulation and transportation of dry
matters in the aboveground organs.
Keywords: Field water capacity; Normal urea; Controlled release urea; Maize; Root/shoot ratio; Yield
水分和氮素调控是作物高产优质栽培技术体系
的重要组成部分。水分胁迫影响根系的生长和分布,
并通过协调根冠关系对地上部的生长和发育进行调
控 [1-2]。施氮可以显著促进作物生长 , 降低根冠比 ,
提高产量, 但是施氮量较大时氮素利用率却显著降
低[3-4]。水分和氮素对根、冠生长不仅存在单独效应,
也存在耦合效应[5-7]。在水分和常规尿素对玉米根冠
生长的影响方面, 前人研究主要集中在对产量的影
响上, 而对根冠生长的报道较少。已有研究表明, 在
土壤干旱状况下增施氮肥, 或者在低肥条件下增加
灌水量, 均可显著提高玉米产量; 在节水节肥条件
下, 通过氮水耦合也可以实现玉米高产[8-10]。但水分
和控释尿素对玉米根冠生长及产量的耦合效应鲜见
报道。与常规肥料相比, 控释肥料可显著提高玉米
产量和肥料利用率 , 并减少对环境的污染 [11-13]。
Shoji等[14]研究指出, 控释氮肥不仅能提高玉米产量
和氮素利用率, 而且能提高玉米氮素吸收总量。随
着控释尿素生产成本的降低和产量的增加, 控释尿
素在生产中的应用成为化学肥料发展的重要趋势之
一。本研究旨在探讨不同土壤水分条件下, 常规尿
素和控释尿素对玉米根系数量与活性分布、根冠生
长及产量影响的差异, 为控释尿素在玉米高产优质
高效实践中安全合理利用提供理论依据和技术借
鉴。
1 材料与方法
1.1 试验设计
为了克服盆栽试验与大田种植差异较大、而大
田种植根系取样较难等不足, 2006年和 2007年在山
东农业大学农学实验站活动式防雨棚内进行池栽试
验。试验池水泥砌成, 长 10 m, 宽 60 cm, 深 1.2 m,
将玉米植株按照 25 cm株距用 PVC板固定防水膜隔
开, 然后从田间逐层取土填实。土壤为棕壤土, 0~20
cm土层含有机质 12.9 g kg−1、全氮 1.0 g kg−1、碱解
氮 89.8 mg kg−1、速效磷 52.6 mg kg−1、速效钾 88.9 mg
kg−1。
两年均设 2个水分处理 , 分别于开花后维持土
壤田间最大持水量的(50±5)%(W1)和(75±5)%(W2)。
2006 年设 3 个氮肥处理, 即不施氮对照、常规尿素
基施 150 kg N hm−2(NU)和包膜控释尿素基施 150 kg
N hm−2(CU); 2007年增加常规尿素 150 kg N hm−2分
次施处理(基施 40%, 其余 60%于小喇叭口期追施,
NS)。控释尿素(含氮 43.47%)由山东金正大生态工程
股份有限公司提供。
玉米品种为郑单 958, 6月 11日播种, 每池中央
播 3粒, 三叶期每池定苗 1株, 其他管理同高产田。
为了尽量模拟大田种植情况 , 每个处理播 3行, 仅
在中间行取样, 3次重复。
1.2 生长指标和产量测定
于大喇叭口期、开花期、乳熟期和成熟期取样,
3次重复, 每重复取 2株。用叶长×叶宽×0.75法测定
叶面积。取植株地上部, 分成籽粒、秸秆两部分, 于
105℃杀青 30 min, 80℃烘至恒重后测定各部分干物
质量。将已取地上部样品的池中土分 6个层次, 0~50
cm土层每 10 cm为一个层次, 50~120 cm为一个层次,
每个层次的土全部取出, 把根小心地完全冲出, 快
速洗净、去杂, 并挑除死根后, 测定根系活力和根干
重。用 TTC还原法测定根系活力[15], 每个样品随机
取样, 测定 3次。
1.3 数据处理
用 DPS 7.05 软件分析数据, 用最小显著极差法
(LSD0.05)进行平均数显著性检验, 取 P = 0.05。用 ORI-
GIN PRO 8.0软件作图。两年的试验结果趋势基本一
致, 除 NS处理数据外, 其他均为两年的平均数。
2 结果与分析
2.1 玉米叶面指数动态
施氮处理玉米叶面积指数均高于对照。大喇叭
口期, W1条件下表现为 NU>NS>CU>CK; W2条件
下 NS、CU>NU>CK。开花期与大喇叭口期基本一
致, 不同的是在W1条件下 NS>CU>NU>CK, 说明
大喇叭口期追施尿素已发挥作用(图 1)。乳熟期至成
熟期, 叶面积指数均表现为 CU、NS>NU>CK。与W1
相比, W2 处理玉米前期叶面积指数较高, 且花后叶
120 作 物 学 报 第 35卷

面积指数降低的速率较慢, 从而更有利于植株干物质
的积累。表明控释尿素和适宜的水分可以维持较高的
花后叶面积指数, 利于夏玉米产量的提高。

图 1 玉米不同处理的叶面积动态变化
Fig. 1 Dynamic change of leaf area index of maize in different
treatments
W1: soil moisture at 50% of field capacity; W2: soil moisture at
75% of field capacity. CK: no urea applied; NU: 150 kg N hm−2
normal urea, totally applied before sowing; NS: 150 kg N hm−2
normal urea, 40% applied before sowing and 60% applied at pre-
tasselling stage; CU: 150 kg N hm−2 controlled release urea, totally
applied before sowing. PT: pretasselling; AT: anthesis; MK: milking;
MT: maturity.

2.2 玉米地上部干物质积累动态
施氮能显著提高玉米花后的干物质量, 在水分
充足的条件下增幅更显著。与常规尿素处理相比 ,
包膜控释尿素处理开花期前干物质积累量较小, 低
于 NU和 NS处理; 但开花期高于 NU处理, 而低于
NS处理 ; 乳熟期和成熟期均表现为 CU>NS>NU>
CK。与 W1处理相比, W2处理的花后干物质量均提
高(图 2)。

图 2 不同处理玉米干物质积累动态
Fig. 2 Dry matter accumulation of maize in different treat-
ments
Treatments described as in Fig. 1.

2.3 籽粒产量
土壤水分状况和尿素类型直接影响作物产量
(表 1)。统计分析表明, 氮肥、水分以及水氮耦合作
用对籽粒产量和生物产量的影响均达显著水平。在
相同的水分条件下施氮具有极显著的增产效果, 籽
粒产量和生物产量均为 CU>NS>NU>CK。W1时 CU
处理的籽粒产量分别比 NS 和 NU 处理高 12.1%和
27.3%; W2时 CU处理的籽粒产量分别比 NS和 NU
处理高 8.1%和 17.4%。氮肥和水分对生物产量的影
响与对籽粒产量的影响基本一致。相同的氮肥处理,
W2比W1籽粒产量和生物产量平均分别提高 20.6%
和 17.0%, 均达极显著水平。表明氮肥和水分具有良
好的耦合效应, 相同水分条件下包膜控释尿素的耦
合效应均高于常规尿素。两个水分条件下, CU和 NS
处理的秸秆产量差异不显著, 但籽粒产量均达显著
水平, 这得益于收获指数的提高。

表 1 不同处理的玉米产量
Table 1 Yield of maize in different treatments (g plant−1)
处理
Treatment
籽粒产量
Grain yield
秸秆产量
Straw yield
生物产量
Biomass yield
W1CK 147.6 f 156.0 d 303.7 f
W1NU 166.1 e 170.0 c 336.0 e
W1NS 188.5 d 180.1 bc 368.6 d
W1CU 211.4 c 190.8 b 402.1 c
W2CK 159.7 ef 168.8 c 328.4 e
W2NU 214.9 c 192.0 b 406.9 c
W2NS 233.5 b 213.1 a 446.6 b
W2CU 252.4 a 215.5 a 467.9 a
Values followed by different letters within a column are significantly different at P<0.05. Treatments described as in Fig. 1.

2.4 根系数量和活性的时空分布
2.4.1 根系的数量的时空变化 0~20 cm 土层玉
米根干重最高 , 占总根干重的 55.0%~69.9%, 随着
土层深度的增加, 根干重所占比例呈下降趋势, 但
第 1期 邵国庆等: 不同水分条件下常规尿素和控释尿素对玉米根冠生长及产量的影响 121


仍有 7.0%~22.6%的根干重分布在 50~120 cm土层
(表 2)。开花期, 总根干重为 NU>NS>CU>CK, 各土
层中均以 NU 的根干重最高; 在乳熟期, W1 条件下
总根干重为 NS>CU>CK、NU, 而W2时则为 CU>NS>
NU、CK。成熟期, W1 和 W2 条件下总根干重均为
CU>NS>NU>CK。说明施用控释尿素利于玉米后期
维持较多的活性根系。在 50~120 cm土层中, CU处
理花后根干重高于 NU 和 NS 处理。同一施氮处理,
灌水量增加时总根干重降低, 且更多地分布在较浅
的土层中。

表 2 玉米根干重的时空分布
Table 2 Temporal and spatial distribution of root dry weight of maize (g)
土壤层次 Soil layer 时期
Growing stage
处理
Treatment 0–10 cm 10–20 cm 20–30 cm 30–40 cm 40–50 cm 50–120 cm
合计
Total
CK 11.36 d 2.56 bc 2.03 b 1.40 b 2.22 a 5.73 b 25.30 c
NU 17.89 a 2.90 a 2.55 a 1.83 a 1.89 ab 7.20 a 34.26 a
NS 14.62 b 2.70 b 2.44 a 1.53 b 1.61 b 5.36 b 28.26 b
开花
Anthesis
CU 13.10 c 2.45 c 2.38 a 1.45 b 1.55 b 4.91 c 25.84 c


W1CK 10.79 bc 3.13 c 2.10 bc 1.49 bc 1.83 bc 5.39 bc 24.72 b
W1NU 11.16 bc 3.40 bc 1.98 c 1.13 cd 1.75 bc 4.57 c 23.98 b
W1NS 13.15 ab 3.47 ab 2.51 ab 1.86 ab 2.44 a 6.12 ab 29.54 a
W1CU 15.30 a 3.78 a 2.72 a 2.11 a 2.63 a 6.65 a 33.18 a
W2CK 9.45 c 1.63 e 1.22 d 1.02 cd 0.93 e 2.34 d 16.59 c
W2NU 9.18 c 1.91 de 1.35 d 0.91 d 1.06 de 2.32 d 16.73 c
W2NS 10.91 bc 1.81 e 1.39 d 1.47 bc 1.42 cd 3.05 d 20.05 bc
乳熟
Milking
W2CU 13.25 ab 2.18 d 1.87 c 1.81 ab 1.88 b 4.57 c 25.54 b


W1CK 6.54 e 1.61 c 1.21 d 0.98 de 0.94 cd 1.18 de 12.45 de
W1NU 7.49 d 1.59 c 1.76 b 1.21 c 1.03 bc 1.42 bc 14.50 c
W1NS 8.65 ab 2.42 b 1.52 c 1.28 c 1.03 bc 1.53 ab 16.42 b
W1CU 9.02 a 2.83 a 2.06 a 1.88 a 1.32 a 1.67 a 18.77 a
W2CK 6.50 e 1.55 c 0.96 e 0.88 e 0.88 d 0.98 ef 11.74 e
W2NU 7.82 cd 1.51 c 1.09 de 0.99 de 1.01 bc 0.93 f 13.34 cd
W2NS 8.02 bcd 1.60 c 1.29 d 1.04 d 1.06 b 1.27 cd 14.28 c
成熟
Maturity
W2CU 8.39 abc 2.64 ab 1.91 ab 1.51 b 1.09 b 1.59 ab 17.12 b
In each growth stage, values followed by different letters within a column are significantly different at P<0.05. Treatments described as
in Fig. 1.

2.4.2 根系活性的时空变化 不同层次根系活力
均随生育期的推进先增加后降低, 呈单峰曲线变化
(图 3)。在 0~50 cm土层中, 玉米根系活力在 0~10 cm
的活性最强, 10~20 cm 其次, 在其他层次则相对较
弱。相同水分条件下, 开花期各土层中根系活力基
本表现为 NU>NS>CU>CK; 而花后各时期各土层的
根系活力基本表现为 CU>NS>NU>CK。相同氮素条
件下, W2处理的花后的根系活力均高于 W1处理。
表明花后保持适宜的水分条件或施用控释尿素则利
于维持较强的根系活力。
2.5 根冠比动态
由图 4可知 , 相同水分条件下 , 玉米大喇叭口
期根冠比 CK>NS>NU>CU, 开花期各处理根冠比则
为CK>NU>NS>CU。乳熟期W1条件下CK、NU>NS、
CU, 而 W2时 CU>CK>NS、NU。成熟期, 相同水分
条件下, 根冠比均以 CU处理最高。这表明施氮降低
了玉米的根冠比, 相同施氮量时常规尿素处理的根
冠比要高于控释尿素处理, 但控释尿素处理在乳熟
期后仍能维持较高的根冠比。与 W1 处理相比, W2
处理各时期的根冠比较低。上述结果表明, 在干旱、
122 作 物 学 报 第 35卷


图 3 玉米根系活力的时空变化
Fig. 3 Temporal and spatial changes of root activity of maize
Abbreviations as in Fig. 1.

低肥条件下, 玉米可以通过提高根冠比来增加对水
分和养分的吸收。

图 4 不同处理玉米根冠比的动态
Fig. 4 Dynamic changes of root to shoot ratio in different
treatments
Abbreviations as in Fig. 1.

3 讨论
与常规尿素全部基施和分次施肥处理相比, 控
释尿素处理开花前玉米的叶面积指数、地上部干重
较小, 但花后增长较快, 乳熟期至成熟期已超过各
常规尿素处理, 因而成熟期籽粒产量和生物产量均
较高, 表现出明显的“前控后保”效果。干旱时, 控释
尿素的“前控后保”效果更显著。这种“前控后保”效
果与根系数量和活性及根冠比等的变化密切相关。
大喇叭口期和开花期, 控释尿素处理的根冠比低于
常规尿素全部基施和分次施肥各处理, 但成熟期控
释尿素处理仍保持较高的根冠比。由于前期的大量
吸收和淋失, 施用常规尿素的玉米花后氮素和水分
供需矛盾加重 [14,16-17], 为了获得足够氮素和水分 ,
玉米根系所占的比例增大, 但这种调整是以消耗光
合产物为代价的, 因此产量降低。而控释尿素前期
释放较慢[16], 玉米长势较弱, 花后氮素供应较充足,
根系相对数量较多、活力较强, 促进了地上部干物
质量的积累和转移, 成熟期籽粒产量和生物产量高
于常规尿素全部基施和分次施各处理。
氮素与水分对产量的影响存在显著的互作效
第 1期 邵国庆等: 不同水分条件下常规尿素和控释尿素对玉米根冠生长及产量的影响 123


应[5-7]。改善水肥条件, 促进根系与地上部分均衡生
长是获得高产的有力措施[6,18]。本研究表明, 氮素和
水分在玉米产量上存在显著的正耦合效应, 施用包
膜控释尿素将显著提高这种正耦合效应。与水分适
宜相比, 干旱条件下控释尿素的增产效果更显著。
上述影响均可用根冠协调生长来解释。作物根系具
有自我调控能力, 当少量根系能维持作物水分与养
分的供需平衡时, 作物将把能量更多地用于地上部
的生长, 而不是用于根系的生长; 当水分或养分不
足时, 作物会增加根系数量、活性及根冠比来加强
对水分和养分的吸收[2,4], 但并不能弥补肥水缺乏造
成的产量下降。由于控释尿素更好地协调了作物的
根冠关系, 特别是生育后期能维持较高的根系总活
力, 因而耦合效应更显著。
4 结论
控释尿素对玉米生长具有明显的“前控后保”效
果, 成熟期籽粒产量和生物产量均较高。控释尿素
与水分对植株生长及产量的耦合效应高于常规尿素
与水分的耦合效应。其原因是生育后期能维持较高
的根系数量及活性, 协调了根冠关系, 促进了地上
部干物质积累和转移, 产量显著增加, 而且在干旱
条件下增产幅度更大。
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