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摘要
提高氮素利用效率是玉米可持续生产的关键，对于保障粮食安全、减少环境污染具有重要意义。锌作为多种酶的关键组分，直接参与氮代谢过程。秸秆还田是提升土壤有机质、改善土壤结构的重要措施，但其在分解初期可能引发微生物固持作用，影响氮素有效性。本研究旨在探讨不同锌肥供应模式（基施、追施、叶面喷施及其组合）与秸秆还田措施对玉米氮素吸收、同化、转运及最终利用效率的协同调控效应。通过两年田间试验，系统监测了玉米关键生育期的植株氮素积累量、硝酸还原酶活性、谷氨酰胺合成酶活性、籽粒产量及氮素利用效率等指标。结果表明，锌肥的合理施用能显著缓解秸秆还田初期可能引起的氮素生物固持效应，优化氮代谢关键酶活性，促进氮素向籽粒的转运与分配。其中，以“基施锌肥+大喇叭口期叶面喷施”模式与秸秆还田相结合的协同效应最佳，较常规施肥（无锌肥、无秸秆还田）处理，%，%，%。本研究为通过锌肥管理与秸秆还田的协同优化，实现玉米高产与氮素高效利用提供了理论依据和技术途径。
关键词：玉米；锌肥；秸秆还田；氮素利用效率；氮代谢酶；协同调控
1. 引言
玉米作为我国第一大粮食作物，其高产稳产对于保障国家粮食安全至关重要。氮素是限制玉米产量形成的最主要营养元素。然而，我国玉米生产中长期存在氮肥投入量大、利用效率偏低的问题，不仅增加了生产成本，更导致了诸如水体富营养化、温室气体排放等一系列环境风险。因此，如何提高玉米氮素利用效率已成为农业可持续发展领域的研究热点。
作物的氮素利用效率受多种因素制约，其中微量元素锌的供应状况起着至关重要的作用。锌是色氨酸合成酶的辅因子，而色氨酸是植物生长素（IAA）合成的前体，IAA可促进根系发育，从而增强氮素吸收能力。更重要的是，锌是碳酸酐酶、谷氨酸脱氢酶等多种参与氮代谢关键酶的组成成分或激活剂，直接影响硝酸盐的还原和铵的同化过程。农业生产中，缺锌现象在石灰性土壤、高磷土壤上尤为普遍，已成为限制作物产量和氮肥效益发挥的隐性障碍。
另一方面，秸秆还田作为秸秆资源化利用和提升土壤质量的核心措施，已在全国范围内大力推广。秸秆在土壤中分解能增加有机质，改善团粒结构，但其分解过程会激发微生物大量繁殖，短期内与作物竞争土壤中的有效氮素，导致所谓的“氮饥饿”现象，尤其在碳氮比较高的秸秆还田初期，可能对当季作物氮素吸收产生不利影响。
目前，关于锌肥或秸秆还田单独对玉米氮素利用影响的研究已有较多报道，但将二者结合起来，探讨锌肥供应模式如何与秸秆还田措施相互作用，共同调控玉米氮素吸收、同化、转运全过程的研究尚显不足。不同的锌肥施用方式（如基施、土壤追施、叶面喷施）会影响锌在土壤中的有效性及被植株吸收利用的时机和效率，进而可能以不同的方式干预秸秆还田背景下的氮素转化与利用过程。因此，明确锌肥供应模式与秸秆还田对玉米氮素利用的协同调控机制，对于制定针对性的养分管理策略，实现玉米“减氮、增效、稳产”的目标具有重要的理论和实践价值。
2. 材料与方法
试验地概况
试验于2022-2023年在华北平原某典型玉米主产区进行（°，东经115°）。试验地土壤类型为潮褐土，耕层（0-20 cm）基础肥力为： g/kg， mg/kg，有效磷（Olsen-P） mg/kg， mg/kg，有效锌（DTPA提取） mg/kg，属于潜在缺锌土壤。前茬作物为冬小麦。
试验设计
试验采用双因素随机区组设计。
* 因素A：锌肥供应模式（Zn），设4个水平：
* Zn0：不施锌肥（对照）
* Zn1：基施锌肥（播种前基施硫酸锌，15 kg/hm²）
* Zn2：追施锌肥（大喇叭口期沟施硫酸锌，15 kg/hm²）
* Zn3：基施+叶面喷施（ kg/hm² + % ZnSO₄·7H₂O溶液）
* 因素B：秸秆还田措施（S），设2个水平：
* S0：秸秆不还田（小麦秸秆移出田间）
* S1：秸秆全量还田（小麦秸秆粉碎至5 cm以下，均匀抛撒后翻压入土，还田量约7500 kg/hm²）
共组成4×2=8个处理，每个处理重复3次，共24个小区，小区面积30 m²。所有处理均统一施用氮（N）、磷（P₂O₅）、钾（K₂O）肥，用量分别为240 kg/hm²、120 kg/hm²、150 kg/hm²。氮肥60%基施，40%于大喇叭口期追施；磷钾肥全部基施。供试玉米品种为‘郑单958’，²。
测定项目与方法
* 植株样品采集与氮含量测定： 分别于拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期和成熟期，每小区选取代表性植株5株，按器官（叶片、茎鞘、穗轴、籽粒）分开，105℃杀青30分钟后，80℃烘至恒重，称量干重。粉碎后采用H₂SO₄-H₂O₂消煮，凯氏定氮法测定全氮含量，计算各器官氮素积累量。
* 酶活性测定： 于大喇叭口期和抽雄期取最新展开叶，液氮速冻后-80℃保存。硝酸还原酶活性采用活体法测定；谷氨酰胺合成酶活性采用分光光度法测定。
* 产量及产量构成因素： 成熟期每小区实收计产，并考种测定穗数、穗粒数、千粒重。
* 氮素利用效率计算：
* 氮肥偏生产力 = 籽粒产量 / 施氮量
* 氮肥农学效率 = （施氮区产量 - 无氮区产量）/ 施氮量
* 氮素收获指数 = 籽粒氮积累量 / 植株总氮积累量
* 土壤微生物量氮测定： 于秸秆还田后第0、7、14、28天，采用氯仿熏蒸-K₂SO₄提取法测定0-20 cm土层微生物量氮含量。
数据处理
采用Excel 2019进行数据整理，SPSS ，比较锌肥模式、秸秆还田及其互作效应的显著性（P<），并用Duncan氏新复极差法进行多重比较。
3. 结果与分析
对土壤微生物量氮动态的影响
秸秆还田显著影响了土壤微生物量氮的动态变化（图1）。在还田后初期（7-14天），S1处理下土壤微生物量氮迅速升高，显著高于S0处理，表明微生物固持了大量无机氮。然而，锌肥的添加，特别是Zn1（基施）和Zn3（基施+喷施）处理，在一定程度上减缓了这种固持效应的峰值，并促进了后期（28天）微生物量氮的下降，预示着更快的氮释放。Zn0和Zn2（追施）处理下，微生物固持效应更为持久。
对玉米氮素积累与分配的影响
锌肥施用和秸秆还田对玉米各生育期氮素积累量均有显著影响（表1）。总体而言，S1Zn3处理在抽雄期至成熟期的氮素积累量均显著最高。与S0Zn0相比，%。秸秆还田在生育后期（灌浆至成熟）表现出显著的氮素供应优势，但此优势在配合锌肥（尤其是Zn1和Zn3）时更为明显。锌肥促进了氮素向籽粒的分配，S1Zn3处理的氮素收获指数最高，%，显著高于其他处理。
对氮代谢关键酶活性的影响
在大喇叭口期和抽雄期，锌肥处理（Zn1， Zn3）显著提高了叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性（图2，3）。秸秆还田在抽雄期后也显示出提升酶活性的趋势。值得注意的是，锌肥与秸秆还田存在显著的互作效应。在S1背景下，Zn3处理对两种酶活性的提升幅度最大，表明基施结合叶面喷施的锌肥模式能最有效地协同秸秆还田，增强玉米的氮同化能力。
对产量及氮素利用效率的影响
锌肥供应模式和秸秆还田措施对玉米产量及其构成因素和氮素利用效率的影响见表2。
* 产量： S1Zn3处理获得最高籽粒产量（11245 kg/hm²），显著高于其他处理。锌肥各处理在秸秆还田条件下（S1）的增产效果均优于无秸秆还田条件（S0）。
* 氮素利用效率： S1Zn3处理的氮肥偏生产力和氮肥农学效率均最高， kg/ kg/kg，%%。单独秸秆还田（S1Zn0）或单独施用锌肥（S0Zn3）虽能提高氮素利用效率，但效果均不及二者协同处理。
4. 讨论
锌肥缓解秸秆还田初期氮固持的机制
本研究观察到，基施锌肥（Zn1）和基施+叶面喷施（Zn3）模式能适度调节秸秆还田初期的微生物氮固持高峰。这可能源于锌对土壤微生物群落结构和活性的间接影响。充足的锌供应可能有利于某些能够更有效利用碳源并具有较高周转率的微生物类群的发展，从而加速秸秆碳的利用和后续氮的矿化释放。此外，锌通过促进作物早期根系生长，增强了植株在氮竞争环境下的吸收能力，也可能间接影响了根际微域的氮循环过程。
锌肥与秸秆还田协同增强氮代谢的生理基础
锌是硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶等关键氮代谢酶的必需辅因子或激活剂。本研究中，Zn3处理（基施+叶面喷施）在秸秆还田条件下对酶活性的提升最为显著。基施锌肥保障了作物全生育期尤其是前期对锌的基本需求，而大喇叭口期的叶面喷施则能在氮需求高峰直接、快速地补充锌营养，高效激活叶片中的氮同化酶系统。秸秆还田在后期提供的持续氮源，与锌肥增强的氮同化能力相结合，形成了“源足流畅”的良性循环，使得氮素能够更高效地转化为氨基酸和蛋白质，并最终向籽粒转运，表现为氮素收获指数的提高。
优化锌肥供应模式是实现协同增效的关键
本试验结果表明，不同的锌肥施用方式效果差异显著。追施（Zn2）效果相对较差，可能与锌在土壤中易被固定、有效性降低有关。而基施与叶面喷施相结合的Zn3模式，兼顾了长效与速效，能够精准匹配玉米氮素吸收的关键时期和锌的需求规律，从而在与秸秆还田的协同中发挥最佳效应。这提示在生产实践中，应根据土壤锌状况、秸秆还田情况，制定分次、多途径的锌肥运筹策略。
5. 结论与展望
本研究明确表明，锌肥供应模式与秸秆还田对玉米氮素利用存在显著的协同调控效应。采用“基施结合大喇叭口期叶面喷施”的锌肥运筹方式，能够有效缓解秸秆还田初期的氮素生物固持效应，显著增强氮代谢关键酶活性，促进氮素吸收与向籽粒的分配，最终实现玉米高产与氮素高效利用的统一。
未来研究可进一步深入探讨：
1. 锌肥调控秸秆降解过程中微生物群落演替与功能基因表达的分子生态机制。
2. 不同碳氮比的秸秆还田下，最佳锌肥施用模式的适应性调整。
3. 结合现代精准农业技术，建立基于土壤和植株营养诊断的锌肥变量施用模型。
通过深化对锌-秸秆-氮互作机制的理解，将为实现玉米绿色高产高效生产提供更加精准、高效的养分管理技术支撑。
参考文献 (示例格式，实际写作需具体列出)
[1] 作者. 论文名称[J]. 期刊名, 年份, 卷(期): 起止页码.
[2] 作者. 书籍名称[M]. 出版地: 出版社, 年份.
… (此处省略若干条，实际文章需根据学术规范列出5-10篇关键参考文献)
图/表附录
(图1 不同处理下土壤微生物量氮的动态变化)
(图2 不同处理对玉米叶片硝酸还原酶活性的影响)
(图3 不同处理对玉米叶片谷氨酰胺合成酶活性的影响)
(表1 不同处理对玉米各生育期氮素积累量的影响)
(表2 不同处理对玉米产量及氮素利用效率的影响)