氮磷鉀配比對玉米干物質積累、產量、品質的影響

李波++史文璐

摘要：灌溉施肥條件下氮磷鉀配比的確定有利于提高水肥利用率。通過田間小區試驗研究膜下滴灌條件下不同氮磷鉀配比對玉米不同生育期和不同器官的干物質積累、玉米產量及品質的影響。結果表明，在試驗條件下，當氮、磷、鉀施肥量分別為120、60、60 kg/hm2時，玉米各時期莖、葉、穗的干物質量以及玉米籽粒產量、籽粒蛋白質含量、脂肪含量、淀粉含量均較高。

關鍵詞：玉米；氮磷鉀配比；干物質積累；產量；品質

中圖分類號： S513.06文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0085-04

收稿日期：2015-04-22

基金項目：公益性行業（農業）科研專項（編號：201303125）。

作者簡介：李波（1969—），女，遼寧沈陽人，博士，副教授，主要從事生態環境、節水灌溉理論和技術研究。E-mail：liboluck@126.com。膜下滴灌水肥一體化是一種局部、高頻率的灌溉施肥技術，可使作物近根區保持較高濕度及適宜養分體積分數[1-2]。該技術不僅具有滴灌省水、省工、增產、高效、適用性強等優點，又能發揮地膜覆蓋技術保水、保墑、增加土壤積溫和微生物活性、減少化學物質淋失的特長，已被廣泛應用于水稻、花生、棉花[3-5]等各類作物，相關研究也不斷深入。合理施肥是實現作物高產的重要措施之一，也是調控生物產量及組分動態轉化的重要手段。了解施肥對作物干物質積累和養分吸收的影響規律，有助于采取有效措施調控作物生長發育、提高作物產量[6-7]。氮、磷、鉀是玉米生長發育不可缺少的元素，對提高玉米產量和品質具有重要作用。研究表明，增施氮肥、磷肥、鉀肥可提高玉米的干物質積累量、干物質轉移效率，從而提高玉米產量及品質[8-10]。目前，關于膜下滴灌施肥條件下氮磷鉀配比對沈陽地區玉米干物質積累及品質影響的研究較少，不利于該地區玉米生產節水灌溉施肥技術的推廣和應用。本研究通過田間小區試驗探討膜下滴灌施肥條件下氮磷鉀配比對玉米植株干物質積累、玉米產量及品質的影響，確定氮磷鉀肥料的最佳用量和配比，為玉米生產中合理施肥提供依據。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗于2014年5—9月在沈陽農業大學試驗基地進行，該基地位于41°49′26.26″N、123°34′00.72″E，海拔 55 m，年平均氣溫11 ℃，年平均降水量721.9 mm，年平均蒸發量 1 300 mm，無霜期183 d。災害天氣主要為春季干旱、夏季暴雨。土壤為沙性棕壤土，其耕層基礎理化性質為：全氮含量3.03 g/kg，全磷含量3.58 g/kg，全鉀含量23.17 g/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，有機質含量33.91 g/kg，pH值7.13。

1.2試驗設計

供試玉米品種為美津599。灌溉方式為膜下重力滴灌，滴灌管直徑16 mm、壁厚0.6 mm、滴頭間距30 cm、流量 2.4 L/h。試驗小區共設置5個處理，每個處理3次重復，每個小區行長16 m、行距3 m、株距30 cm、小區面積48 m2。

根據農業部專家組（2012年）測土配方施肥成果，對遼寧省不同產量水平的玉米施肥提出分類指導建議。試驗以4種不同的氮磷鉀施肥配比為變量，各處理的氮磷鉀施肥量及配比見表1。表中數值為玉米整個生育期的追肥總量，生育期內共追施2次，每次追施施肥總量的一半，分別于小區內50%以上的玉米達到拔節期、抽雄期時開始追肥。

表1施肥水平設計

處理代號肥料用量（kg/hm2）N P2O5 K2ON ∶P2O5 ∶K2OCK000Ⅰ26339521 ∶0.15 ∶0.20Ⅱ22575451 ∶0.33 ∶0.20Ⅲ19593781 ∶0.48 ∶0.40Ⅳ12060601 ∶0.50 ∶0.50

1.3測定項目與方法

分別于拔節期、抽雄期、灌漿期、成熟期測定干物質量。在每個小區中間2行隨機抽選3株進行取樣，將樣品放于紗網袋中，自然風干至恒質量后進行稱量。玉米籽粒的蛋白質、可溶性糖、淀粉均采用FOSS infratec TM 1241 Analyzer型近紅外快速品質分析儀測定。在玉米果實成熟期，每個小區取20株測定產量，并換算為單位面積產量。

1.4統計分析

采用Matlab軟件、SPSS 19.0軟件、Excel 2013軟件進行數據分析。

2結果與分析

2.1膜下滴灌條件下氮磷鉀配比對玉米生長的影響

2.1.1氮磷鉀配比對不同器官干物質積累的影響氮磷鉀配比對沈陽地區玉米不同器官干物質積累與分配的影響見圖1。干物質積累量隨著玉米生長不斷增加，直至成熟。拔節期植株生長較為緩慢，干物質積累量少，各器官干物質積累量表現為莖>葉，分別占植株總干物質量的53.74%～58.04%、41.21%～46.26%。Ⅳ處理莖、葉的干物質量最高，CK莖、葉的干物質量最低，表明在一定范圍內氮磷鉀肥施用過多會導致作物生長過于茂盛、群體過大，而施用量過少則不利于干物質的積累。

在大喇叭口期至灌漿期，玉米在營養增加的同時進行生長，各器官積累的干物質量大幅度增加，干物質積累量表現為莖>葉>穗，分別占植株總干物質量的39.76%～42.88%、29.50%～32.61%、25.24%～28.78%。Ⅳ處理莖干物質量最高，達120 g/株，比莖干物質量最低的CK（99.52 g/株）高 20.6%；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ處理間差異不明顯，而與其他處理差異明顯。Ⅳ處理葉干物質量最高，達94.95 g/株，與其他處理差異明顯。Ⅳ處理穗干物質量最高，其次為Ⅲ處理，施氮更有利于穗部干物質量的積累。

在灌漿期至成熟期，莖、葉的干物質量達到最大值，穗部干物質累積量明顯增加，表明營養物質主要被運至籽粒中以滿足其生長需要，干物質量表現為穗>莖>葉。各器官干物質量在不同處理間存在顯著差異，莖、葉、穗干物質量均為Ⅳ處理最高。成熟期穗部干物質量最高的為Ⅳ處理，與其他各處理差異明顯。單株干物質量最高為626.24 g/株，各處理大小依次為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK。在一定范圍內，籽粒的干物質量、植株總干物質量均隨施氮磷鉀量的增加呈先增后降的趨勢。

2.1.2氮磷鉀配比對葉干質量的影響作物生產歸根結底依賴于葉片的光合作用；因此，作物栽培的主要目的之一是形成具有高光合能力的葉片，并依靠葉片提高單位面積產量。葉干質量是衡量葉片光合能力、葉片質量的重要指標之一。由圖2可知，拔節期至灌漿期植株不斷生長，各處理玉米葉干質量均呈上升趨勢；灌漿期至成熟期則均呈下降趨勢，葉干質量表現為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK。其中，拔節期各處理葉片干質量差別不大；拔節期至大喇叭口期，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ處理葉干質量優勢大，Ⅰ、CK處理葉干質量較小；大喇叭口期至灌漿期，Ⅲ、Ⅳ處理葉干質量優勢明顯；至籽粒形成期各處理葉干質量均達到最大值，之后開始下降，各處理葉干質量由大到小依次為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK。可見，籽粒形成后葉片制造光合產物并轉向穗部，生物產量開始轉化為經濟產量。

2.1.3氮磷鉀配比對莖干質量的影響玉米莖稈在玉米各生育時期均具有特殊作用。除株高、莖粗等指標外，干質量也是衡量玉米莖稈質量的重要指標。由圖3可知，CK與不同施肥水平處理有明顯差異，但莖干質量仍表現為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK，表明不同氮磷鉀配比對莖干質量具有明顯影響。拔節期至成熟期，玉米莖稈干質量不斷增加，施肥水平對玉米莖稈干質量的影響愈加明顯；在灌漿期，CK莖稈干質量處于較低水平，Ⅰ、Ⅱ處理莖稈干質量均處于中間水平，Ⅲ、Ⅳ處理莖稈干質量均處于較高水平，表明莖稈干物質積累與施鉀水平呈負相關。至籽粒成熟期，各處理莖稈干質量差異不明顯，可能是莖稈先前貯存的干物質大量轉移至穗部所致。

2.2膜下滴灌條件下氮磷鉀配比對玉米品質的影響

2.2.1氮磷鉀配比對玉米蛋白質含量的影響蛋白質含量是衡量玉米品質及營養價值的重要指標。由圖4可知，不同施肥處理的蛋白質含量大小為：Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ>CK；與CK相比，各施肥處理的蛋白質含量分別增加22.28%、18.35%、16.64%、15.73%，表明不同施肥處理對玉米蛋白質含量的影響具有明顯差異。

對不同施肥處理和玉米蛋白質含量進行方差分析（表2），顯著性為0.001，達到極顯著水平（P<0.01），表明不同施肥處理對玉米蛋白質含量具有極顯著影響。

2.2.2氮磷鉀配比對玉米淀粉含量的影響淀粉是玉米重要的營養物質之一，有著一系列獨特性能，在食品、糖果、飼料等工業中具有重大作用。由圖5可知，不同施肥處理的淀粉含量大小為：Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ>CK；與CK相比，各施肥處理的淀粉含量分別增加了6.96%、6.19%、5.65%、5.41%，表明施肥有助于玉米中淀粉的形成。

對不同施肥處理和玉米淀粉含量進行方差分析（表3），顯著性為0.002，達到極顯著水平（P<0.01），表明不同施肥處理對玉米淀粉含量具有極顯著影響。

2.2.3氮磷鉀配比對玉米脂肪含量的影響由圖6可知，氮、磷、鉀調控對脂肪含量影響較小。不同施肥處理的脂肪含量大小為：Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK；與CK相比，各施肥處理的脂肪含量分別增加了3.86%、2.97%、1.78%、0.88%。

對不同施肥處理和玉米脂肪含量進行方差分析（表4），顯著性為0.762，未達到顯著水平，表明不同施肥處理對玉米脂肪含量無顯著影響，這可能與玉米的品種有關。

2.3膜下滴灌條件下氮磷鉀配比對玉米產量的影響

由不同氮磷鉀配比對沈陽地區玉米產量的影響（圖7）可知，不同施肥處理對玉米產量具有顯著影響，各處理的產量大

小為：Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK；與CK相比，各施肥處理的產量分別增加了30.55%、26.35%、15.23%、11.01%。由不同施肥量與施肥配比可知，在施肥量較少的情況下，Ⅲ、Ⅳ處理通過氮、磷、鉀肥的均衡配施使玉米產量在各處理中最高，表明均衡施肥可增強土壤生產能力、提高玉米產量。不均衡施肥將導致土壤生產能力降低，各項生理指標的構成因素均不同程度降低，從而使不均衡施肥的玉米產量降低。

對不同施肥處理和玉米產量進行方差分析（表5），顯著性為0.000，達到極顯著水平（P<0.01），表明不同施肥處理對玉米產量具有極顯著影響。

2.4氮磷鉀最佳配比的確定

在玉米實際生產中，生產者面對各種肥料用量時往往無從選擇，難以找到最適合所種植作物的配比用量。為確定玉米生產的最佳肥料配比模式，從高產、優質、增益的角度綜合分析5種肥料配比模式下的產量、蛋白質指標，實測數據、特征向量矩陣、累積貢獻率分別見表6至表8。

將特征向量與標準化后的數據相乘，可得第1、第2主成分表達式：

根據主成分綜合模型計算綜合主成分值，并按綜合主成分值對其進行排序，即可對不同施肥處理下玉米的產量、品質進行綜合評價比較（表9）。

表9各處理按第1、第2主成分得分的排序結果

處理第1主成分F1*排名處理第2主成分F2*排名Ⅰ7 778.744Ⅰ-7 766.152Ⅱ8 074.253Ⅱ-8 061.773Ⅲ8 852.912Ⅲ-8 840.144Ⅳ9 147.281Ⅳ-9 134.085CK7 007.105CK-6 996.311

根據表9結果得出第1主成分得分排序為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK。由不同施肥量與施肥配比可知，在施肥量較少的情況下，Ⅲ、Ⅳ處理通過氮、磷、鉀肥的均衡配施使玉米在各處理中產量最高、品質最佳，表明均衡施肥可增強土壤生產能力、提高玉米產量。

3討論

3.1不同施肥配比對玉米干物質積累的影響

不同氮磷鉀用量可明顯影響玉米總生物量的增長期、增長速率，以及營養體干質量的增長期、下降速率。適宜的氮磷鉀配比及施肥技術應有效促進玉米植株生育前期總生物量的積累，以及生育后期干物質從營養體向籽粒的轉移，在生育后期達到較高的粒質量增長速率與營養體干質量下降速率，從而獲得較高的籽粒產量和收獲指數[11]。

王進軍等研究表明，在一定范圍內增加氮肥用量可加快玉米干物質積累速率[12]。趙營等認為，干物質和養分的積累是玉米產量形成的基礎[13]。戴明宏等認為，氮素供應直接影響作物的生長發育，并促進玉米干物質向籽粒轉運，增加養分的吸收積累，從而獲得較高的產量[14]。

拔節期至灌漿中期是氮素吸收的關鍵時期，吸收速率大、積累量高、對籽粒增產的貢獻率較大，生產中應著重考慮該時期養分的充足供應，這是獲得高產的主要途徑。

3.2不同施肥配比對玉米產量及品質的影響

姜佰文等認為，氮、鉀施肥量分別為150、100 kg/hm2有利于寒地玉米的干物質積累、產量及品質的提高[15]。劉洋等認為，施氮次數對玉米生長和產量影響顯著，3次施氮處理顯著提高了玉米生育后期（灌漿期）的干物質質量和氮素吸收量，增產效果顯著；玉米各生育階段干物質質量和氮素吸收量均隨施氮量呈增加趨勢，在玉米生育后期更為明顯[1]。劉英等認為，鉀肥對玉米增產效果顯著，當氮肥充足時鉀肥的增產效果更加顯著[16-18]。

4結論

通過田間小區試驗，研究膜下滴灌條件下不同施肥配比對玉米各器官干物質量、玉米產量及品質的影響，并對試驗數據采用單因素分析和主成分分析。在本試驗條件下，氮磷鉀配比為1 ∶0.5 ∶0.5（氮、磷、鉀施肥量分別為120、60、60 kg/hm2）有利于玉米干物質量積累和獲得最高產量；玉米蛋白質含量與淀粉含量均以氮磷鉀配比為1 ∶0.5 ∶0.5（氮、磷、鉀施肥量分別為120、60、60 kg/hm2）時最高，但對脂肪含量的影響較小。可見，此施肥配比有利于玉米蛋白質與淀粉含量的提高。

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