沈陽地區(qū)滴施條件下施肥比例對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

劉金龍　李波　王鐵良　高宏偉

摘要：在沈陽地區(qū)玉米滴灌施肥條件下，研究在不同N、P、K施肥配比條件下，施肥比例對玉米產(chǎn)量、品質(zhì)以及產(chǎn)量品質(zhì)綜合效應(yīng)的影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行處理，對產(chǎn)量品質(zhì)綜合效應(yīng)評定采用主成分分析方法。結(jié)果表明，氮、磷、鉀施肥比例是影響玉米品質(zhì)和產(chǎn)量的重要因素，試驗(yàn)土壤養(yǎng)分條件下種植玉米，玉米產(chǎn)量最佳氮、磷、鉀施肥比例為1 ∶0.48 ∶0.40；不同的施肥比例對蛋白質(zhì)的影響較明顯，對脂肪淀粉影響較弱。玉米品質(zhì)最佳氮、磷、鉀施肥比例為1 ∶0.15 ∶0.20；通過主成分分析，評定產(chǎn)量和品質(zhì)綜合效應(yīng)，最佳氮、磷、鉀施肥比例為1 ∶0.48 ∶0.40，此時產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同效應(yīng)最好，玉米產(chǎn)量最高，品質(zhì)也較好，玉米經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大。

關(guān)鍵詞：玉米；施肥比例；產(chǎn)量；品質(zhì)；主成成分分析

中圖分類號： S513.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0095-04

收稿日期：2014-09-25

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（編號：201303125）。

作者簡介：劉金龍（1988—），男，遼寧沈陽人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論和技術(shù)研究。E-mail：benben3008@163.com。

通信作者：李波，博士，副教授，從事節(jié)水灌溉理論和技術(shù)研究。E-mail：liboluck@126.com。玉米是目前世界上產(chǎn)量最高的谷類糧食作物，是禾谷類作物中增產(chǎn)潛力最大的作物[1]，具有糧食、飼料、工業(yè)原料等多種用途，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位[2]。玉米適宜的土壤pH值為5～8，以6.5～7.0最適，耐鹽堿能力差。玉米是高產(chǎn)作物，需肥量較大，必須合理施肥才能滿足玉米在整個生育期對養(yǎng)分的需要。在不同的土壤水分條件下作物對N、P、K的吸收和利用存在明顯差異，不同施肥條件下對作物的生長發(fā)育同樣具有影響[3]，不同的N、P、K比例對玉米的產(chǎn)量、品質(zhì)會造成不同的影響[4-8]。滴灌是一種局部、高頻率供水的灌溉技術(shù)，結(jié)合施肥具有節(jié)水、省肥，并可以使作物近根區(qū)保持較高濕度以及合適養(yǎng)分濃度的特點(diǎn)，有利于作物的生長，可有效提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[9-10]。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)在玉米滴灌施肥條件下，探索不同施肥比例對玉米品質(zhì)、產(chǎn)量以及產(chǎn)量品質(zhì)綜合效應(yīng)的影響。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)布置在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)旱農(nóng)試驗(yàn)基地。基地位于遼寧省沈陽市沈河區(qū)，42°11′N、120°12′E，海拔高度55 m，年平均氣溫11 ℃，年降水量600 mm，年蒸發(fā)量55 mm，無霜期 220 d。災(zāi)害天氣主要是春季干旱和夏季暴雨。

1.2試驗(yàn)材料

試驗(yàn)基地土壤為沙性棕壤土，耕層基礎(chǔ)理化性狀：全氮含量3.03 g/kg、全磷含量3.58 mg/kg、全鉀含量23.17 mg/kg、速效氮含量201.68 mg/kg、速效磷含量372.78 mg/kg、速效鉀含量635.46 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量33.91 g/kg、pH值7.13。試驗(yàn)材料為玉米，品種為佳玉338。灌溉方式為滴灌，滴灌管直徑16 mm，壁厚0.6 mm，滴頭間距30 cm，流量為2.4 L/h。2013年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)旱農(nóng)實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1氮、磷、鉀施肥量及比例對玉米產(chǎn)量的影響

對玉米產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，P=0.000<001，達(dá)到極顯著水平。在一定的灌水量條件下，玉米產(chǎn)量隨著施肥用量不同而存在差異。與不施肥的對照（處理1）相比，4個處理的產(chǎn)量分別增加了14.0%、17.9%、30.8%、256%（表1、表2）。

對其產(chǎn)量單因素方差分析結(jié)果進(jìn)行最小顯著性差異法（LSD）檢驗(yàn)（表3） 處理4、處理1均和其他處理存在顯著差異。處理1是對照組，產(chǎn)量最低；而處理4玉米產(chǎn)量最高，即當(dāng)N ∶P2O5 ∶K2O施肥比例為1 ∶0.48 ∶0.40時，玉米產(chǎn)量最

處理4和處理5差異顯著，驟然增加施肥比例中磷、鉀的比重超過一定程度，玉米產(chǎn)量反而降低。水肥兩因子配施非常重要，在一定的供水情況下，合理的施肥比例能夠維持較高的水肥協(xié)同利用效率，得到最大產(chǎn)量效益。

2.2干物質(zhì)質(zhì)量分析

玉米全生育期全程跟蹤根莖葉果實(shí)的長勢，分2次測量干物質(zhì)質(zhì)量。8月對玉米果實(shí)干物質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行第1次測量，10月收割后對玉米干物質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行第2次測量。對2次干物質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行單因素方差分析：P1=0.307>0.05，表明初期不同的施肥比例對玉米干物質(zhì)質(zhì)量的積累沒有太大差異，這與第1次測量干物質(zhì)質(zhì)量分布圖走勢平緩表征的意義一致（圖1）；P2=0.000<0.01，達(dá)到極顯著水平，說明第2次測量各個處理之間存在明顯差異。

由表4可知，處理1與其他4個處理均存在明顯差異，表明施用肥料之后對玉米干物質(zhì)的積累有明顯提升，圖1中處理1的3個重復(fù)數(shù)值均低于其他4個處理的12個數(shù)值，且處理4干物質(zhì)積累量最高。處理2與處理3無明顯差異，在氮肥和鉀肥施肥比例為1 ∶0.2時，磷肥施用比例提高對干物質(zhì)積累的提升并不明顯。處理2與處理4差異顯著，而處理2與處理5差異不顯著，隨著以氮肥量為基數(shù)，不斷提高磷、鉀

肥的施用比例，出現(xiàn)波峰，這與圖1結(jié)果一致。

2.3不同施肥比例對玉米品質(zhì)的影響

玉米的單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值不僅與產(chǎn)量有關(guān)，而且在很大程度上取決于玉米的品質(zhì)。蛋白質(zhì)含量是衡量玉米品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，它是生命有機(jī)體的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人體氮的唯一來源，表4干物質(zhì)質(zhì)量2次測量LSD分析結(jié)果在酶的系統(tǒng)作用下參與體內(nèi)的各種代謝過程，與碳水化合物、油脂構(gòu)成人類食物的三大基本要素。

玉米不僅是“飼料之王”，可開發(fā)產(chǎn)品最多，還是用量最大的工業(yè)原料。以玉米為原料生產(chǎn)淀粉，附加值超過玉米原值幾十倍；而用玉米淀粉為原料生產(chǎn)的酒精，是一種清潔燃料，有可能未來取代傳統(tǒng)燃料。

因此，本試驗(yàn)選擇對玉米的蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、淀粉含量進(jìn)行測定。這3個指標(biāo)可以表征玉米的品質(zhì)情況。

對蛋白質(zhì)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析得到P<0.01，達(dá)到極顯著水平，并對其結(jié)果進(jìn)行最小顯著性差異法檢驗(yàn)。如表5所示，處理1與其他4個處理差異顯著，說明通過合理施肥，玉米蛋白質(zhì)含量明顯提升。處理2與處理3差異顯著。處理3是在處理2的基礎(chǔ)上（施肥比例仍然以氮肥為基準(zhǔn)），適當(dāng)降低氮肥的施用量、提高磷肥、鉀肥的施用量，而處理3的蛋白質(zhì)含量卻明顯低于處理2，說明氮肥對蛋白質(zhì)含量有促進(jìn)作用，這與圖2的玉米蛋白質(zhì)不同處理所表現(xiàn)的趨勢一致。

2.4玉米經(jīng)濟(jì)效益因子的研究

通過對玉米產(chǎn)量指標(biāo)、玉米品質(zhì)指標(biāo)的研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量和品質(zhì)最優(yōu)施肥比例并不相同。為了科學(xué)有效地研究各指標(biāo)之間的協(xié)同作用，對5個參數(shù)進(jìn)行主成分分析，其分析結(jié)果如表6所示。

根據(jù)求得的主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為參考或特征值大于1的原則，可以從中提取2個主成分，即

方程1：y1=0.255x1+0.265x2+0.286x3+0.268x4+0.067x5；

方程2：y2=0.344x1-0.236x2-0.01x3-0.251x4+0.68x5。

計(jì)算綜合主成分值，并對其按綜合主成分值進(jìn)行排序，即可對不同施肥比例條件下玉米的效益指標(biāo)進(jìn)行綜合評價比較，結(jié)果見表7。

由表6可知，主成分1和主成分2累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到96877%，具有很好的代表性。主成分1的特征向量中，荷載符號為正，且總質(zhì)量、蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、干物質(zhì)量均與經(jīng)濟(jì)效益有關(guān)，可稱主成分1為經(jīng)濟(jì)效益因子。

主成分2的特征向量中，總質(zhì)量、干物質(zhì)質(zhì)量與蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉3個指標(biāo)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，說明伴隨著總質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量的增高，蛋白質(zhì)、脂肪以及淀粉所代表的品質(zhì)指標(biāo)呈下降趨勢，即盲目地追求過大、過多的產(chǎn)量，會造成玉米蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等品質(zhì)降低。因此，對于提高玉米經(jīng)濟(jì)效益而言 應(yīng)該選擇產(chǎn)量、品質(zhì)都較好的施肥比例。

由表7可知，第一主成分排名處理4最優(yōu)，表明在施肥比例為1 ∶0.48 ∶0.40時，玉米的產(chǎn)量品質(zhì)綜合最優(yōu)。主成分1荷載全部正值且第一主成分處理1為負(fù)值，說明處理1未施肥的對比組遠(yuǎn)低于所有處理的平均值，進(jìn)而表明施肥后玉米的產(chǎn)量品質(zhì)綜合效益提高。第二主成分表征產(chǎn)量指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)的差異性程度。處理2品質(zhì)和產(chǎn)量差異最大，處理2的品質(zhì)優(yōu)于其他處理。這與本研究對玉米品質(zhì)單獨(dú)評價結(jié)果一致。

3結(jié)論

玉米施用肥料以后，產(chǎn)量有顯著提高。不同氮、磷、鉀施肥比例的玉米產(chǎn)量存在差異，當(dāng)?shù)⒘住⑩浭┓时壤秊?1 ∶0.48 ∶0.40 時，產(chǎn)量取得最大值，產(chǎn)量（總質(zhì)量）為 15 090.75 kg/hm2。在玉米結(jié)棒初期，不同氮、磷、鉀施肥比例對干物質(zhì)質(zhì)量積累的影響差異不顯著，但是玉米成熟以后不同施肥比例對干物質(zhì)質(zhì)量的影響存在明顯差異。

不同施肥比例對脂肪和淀粉含量的影響不大，但是優(yōu)于未施肥的玉米。不同氮、磷、鉀施肥比例對玉米蛋白質(zhì)含量影響顯著，當(dāng)?shù)⒘住⑩浭┓时壤秊? ∶0.33 ∶0.20時，品質(zhì)最優(yōu)，其產(chǎn)量（總質(zhì)量）為13 160.25 kg/hm2。

考慮產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同效應(yīng)，綜合評定產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系，使玉米的經(jīng)濟(jì)效益最大化。此時玉米最佳氮、磷、鉀施肥比例為1 ∶0.48 ∶0.40，產(chǎn)量（總質(zhì)量）為15 090.75 kg/hm2。

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