不同滴灌施肥策略對玉米產量、養分吸收及效益的影響

華 瑞，李俊華，王立坤，李 丹，馮麗萍，董有鵬

(石河子大學農學院資環系/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832000)

不同滴灌施肥策略對玉米產量、養分吸收及效益的影響

華 瑞，李俊華，王立坤，李 丹，馮麗萍，董有鵬

(石河子大學農學院資環系/新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832000)

【目的】研究不同施肥處理對滴灌玉米生長、養分吸收、土壤養分及經濟效益的影響，為滴灌玉米生產中的合理施肥提供科學依據。【方法】滴灌條件下設不施肥對照、常規施肥、減氮增磷施肥、增氮減磷施肥4個處理，進行田間小區試驗與室內分析。【結果】增氮減磷施肥方案對玉米生長發育具有促進作用，促進玉米干物質的積累，增加穗行數、行粒數、百粒重。減量施肥(即減氮增磷施肥和增氮減磷施肥)與常規施肥的植株氮磷鉀積累量和土壤養分含量無明顯差異；增氮減磷施肥比常規施肥增產474 kg/hm2，增長3.4%；增氮減磷施肥比常規施肥增收1 154元/hm2，增長4.5%，增產增收效果明顯。【結論】增氮減磷施肥和減氮增磷施肥較常規施肥量減少5%和8%的滴灌施肥水平，對玉米的株高和葉片數無明顯影響，且對玉米干物質的積累有促進作用。其中以較常規施肥量減少5%施肥量的增氮減磷滴灌施肥策略的產量最高，經濟效益最好。

玉米；滴灌施肥；產量；養分；效益

0 引 言

【研究意義】玉米作為重要的糧食、飼料以及燃料乙醇的原料，需求量不斷增長，但種植的土地供應減少，這就意味著產量必須得到提高[1]。玉米需肥量大，合理施肥對其獲得高產十分重要。玉米在新疆農業生產中占有重要地位，但是在玉米施肥上普遍存在肥料利用率低問題[2]。水是新疆農業生產的主要限制因素[3,4]。滴灌施肥不僅有效地節約水資源和肥料，而且有效地調節作物水分和養分的供應。因此研究在滴灌條件下不同施肥量對玉米產量等因素的影響更有現實意義和價值。【前人研究進展】有關滴灌施肥中的養分和水分運移規律及增產機理等國內外已進行了研究[5]，關于干旱地區滴灌施肥的水肥耦合性也有報道,但注重的都是水肥協同的增產效應、水分灌溉指標和不同肥料品種的施用[6,7],而沒有定量的評價滴灌施肥條件下各因子的產量效應。有關研究表明，棉花、蔬菜、果樹等作物應用滴灌施肥可以節肥20%～60%，并能維持或提高產量和品質[8]。徐盈盈[9]研究表明，在施肥量減少30%和40%的條件下，滴灌施肥處理較常規施肥處理既沒有降低甜糯玉米對氮磷鉀養分的吸收和利用，也沒有降低甜糯玉米的產量和品質。陳建軍等[10]研究表明，玉米滴灌灌溉方式具有節水、省工、增產、增收的綜合效果,尤其是膜下滴灌種植玉米效應更加明顯，增產10%～20%，水分利用效率提高25%。膜下滴灌是實現有限水分高效利用的最優模式，滴灌施肥不僅有效地節約水資源和肥料，而且有效地調節作物水分和養分的供應。【本研究切入點】近年來，隨著我國糧食產量不斷增加，化肥的施用量越來越多[11,12]，進行科學合理地施用肥料顯得越來越重要，為廣大土壤肥料工作者所重視[13]。氮肥、磷肥、鉀肥是提高玉米產量的基礎，在滴灌條件下，根據土壤養分狀況優化施肥策略，進而提高肥料利用率和經濟效益。【擬解決的關鍵問題】研究膜下滴灌條件下，優化施肥策略對N、P、K利用效率和玉米產量的影響及其增產高效的效應，為滴灌玉米生產中合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地點為新疆石河子大學農學院試驗站，屬溫帶大陸性氣候區，年平均日照2 721～2 818 h，光熱資源充足。試驗地為石灰性土壤，前茬為棉花。播種前，0～20 cm土壤，基礎養分含量為：堿解氮49.94 mg/kg、速效磷46.45 mg/kg、速效鉀198.72 mg/kg、有機質13.45 g/kg，pH值7.51。

供試玉米品種為SC704，供試肥料為尿素(含N為46%)，三料磷肥(含P2O5為45%)和硫酸鉀(含K2O為45%)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗統計

試驗在滴灌條件下設4個施肥處理，即不施肥對照(T1)、常規施肥(T2)、減氮增磷施肥(T3)、增氮減磷施肥(T4)，總氮量30%的尿素和全部的磷、鉀肥作為基肥，其余70%的尿素分兩次在玉米拔節期和抽雄期隨水施入。每個處理重復3次，共12個小區，小區面積57，隨機區組排列。試驗于2012年5月5日播種，5月21日出苗，各試驗小區出苗情況良好，9月27日收獲。試驗玉米行距采用40與60 cm寬窄行沿南北方向進行種植，株距為20 cm。每條滴灌帶控制兩行玉米，每個小區配備一個施肥罐，保證各小區單獨施肥。整個生育期內共計滴灌5次，總灌水量為3 582 m3/hm3。表1

表1 試驗處理方案(kg/hm2)

Table 1 The amount of fertilizer applied in each treatment

處理Treatment處理代號Abbreviation施肥總量Totalamountoffertilizer氮肥總量Totalnitrogen基肥Basalfertilizer追肥AdditionalfertilizerP2O5K2ONN不施肥對照NoFertilizationT1000000常規施肥ConventionalFertilizationT2390240708072168減氮增磷施肥ReducedNitrogenandIncreasedPhosphorusFertilizationT3360220905066154增氮減磷施肥IncreasedNitrogenandReducedPhosphorusFertilizationT4370270505081189

1.2.2 測定項目

1.2.2.1 生長發育記錄

玉米出苗后,每個小區呈S型隨機選取長勢一致的20株玉米定點調查，前期每7 d調查一次，后期每15 d調查一次。每次記錄玉米的株高和葉片數。

1.2.2.2 生物量

在玉米生長發育的每個時期進行采樣。每個小區呈S型隨機采取5株玉米植株樣，分解樣品組織。在105℃烘箱中殺青，70℃烘箱中烘干后稱重[14]。

1.2.2.3 玉米產量及產量構成因素

各處理分小區全收全稱，實收計產。在相同處理下隨機取12穗室內考種，測定穗行數、行粒數、百粒重等產量影響因子。

1.2.2.4 植株養分與土壤養分

植株全氮的測定采用奈氏比色法；植株全磷的測定采用釩鉬黃比色法；植株全鉀的測定采用火焰光度法。

土壤堿解氮的測定采用堿解擴散法；土壤速效磷的測定采用鉬銻抗比色法；土壤速效鉀的測定采用火焰光度法[15]。

1.3 數據統計

試驗數據采用分析軟件SPASS17.0和Excel2003處理。作單因素方差分析，并作Duncan 多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對玉米株高及葉片數的影響

研究表明,施肥可提高玉米拔節期株高。其中，T2和T4處理可顯著提高；T3處理玉米拔節期株高比對照略有提高，但差異不顯著。常規施肥(T2)、減氮增磷施肥(T3)和增氮減磷施肥(T4)比對照(T1)分別提高35%、7%和21%(P<0.05)。T2和T4處理可顯著提高玉米抽雄期株高。T2、T4處理玉米抽雄期株高比對照分別提高29%和11%(P<0.05)，T3處理玉米抽雄期株高比對照提高4%，但無顯著差異。說明常規施肥和優化減磷施肥均可顯著增加玉米抽雄期株高。圖1

注：小寫字母不同代表同一時期統計檢驗5%水平差異顯著，下同

苗期是不同處理下玉米葉片數差別最明顯的時期，玉米從拔節期到抽雄期前這一階段是葉片數抽出最快的時期。隨著生育期的延長，葉片數的差距逐漸減小。進入抽雄期，葉片大部分抽出，T1處理逐漸趕上其他施肥處理，此時各處理間差異不顯著。圖2

圖2 不同處理玉米葉片數變化

2.2 不同處理對玉米干物重的影響

各處理的干物質積累量均表現出隨生育期的推進而不斷增加。各處理植株干重的趨勢是：增氮減磷施肥處理>減氮增磷施肥處理>常規施肥處理>對照。這種差異在玉米生育后期更加明顯，從灌漿期和成熟期的測定結果來看，T4處理地上部干重的增加量明顯大于其他處理。圖3

圖3 不同處理玉米干物質重量變化

作物籽粒產量的絕大部分來自葉片的光合產物，因此干物質是產量形成的物質基礎。在一定范圍內，干物質積累越多，籽粒產量也就越高。T2處理在玉米生長前期對干物質的積累大于其他處理；而到玉米生長后期，T3、T4處理的干物質積累量大于T2、T1，并且T4處理下的玉米干物質積累量明顯大于其他處理。表2

表2 各處理下玉米成熟期單株各器官干物質分配情況

各個不同的肥料處理對于果穗干物質積累的影響最大。T4處理的果穗、 莖稈、葉片干物質重量均比其他處理水平的高。

2.3 不同處理對玉米植株氮磷鉀積累量的影響

養分對作物的生長發育有重要的作用，不同的營養元素對作物的影響作用不同。隨玉米生育期的推進，玉米植株氮磷鉀積累量逐漸增加，增加的幅度因處理不同而異，在成熟期達到峰值。在各生育時期內，T1處理下的植株氮磷鉀積累量均為最低。

與常規施肥處理(T2)相比，除T4在拔節期植株氮積累量低于T2，且差異顯著外，T3和T4處理下的各生育期玉米氮積累量差異均不顯著，說明T3和T4與常規施肥相比對植株氮積累量的影響不大。成熟期，植株氮積累量大小依次為：T4>T3>T2>T1。

在苗期和成熟期，各處理下的植株磷積累量之間無明顯差異。拔節期， T3和T4處理與T2處理相比均降低了植株磷積累量，分別降低33.4%和25.7%。抽雄期和灌漿期，T3處理均提高了植株磷素積累量，分別提高4.3%和5.3%。成熟期，植株磷積累量大小依次為：T3>T2>T4>T1。

與常規施肥處理(T2)相比， T4處理在苗期提高了植株鉀素積累量，提高25.1%。灌漿期，T3和T4處理提高了植株鉀素積累量，分別提高了1.9%和7.6%。成熟期，T3和T4處理植株鉀素積累量均低于T2處理水平。植株鉀積累量大小依次為：T2>T4>T3>T1。圖4

圖4 不同處理下植株氮磷鉀積累量變化

Fig. 4 Effects on N, P, and K fertilizer on NPK accumulation at different stages during the maize growing season

2.4 不同處理對土壤速效養分的影響

2.4.1 不同處理對土壤堿解氮的影響

土壤水解性氮或稱堿解氮，也叫有效氮，能反映土壤近期內氮素供應情況。堿解氮包括無機態氮(銨態氮、硝態氮)及易水解的有機態氮(氨基酸、酰銨和易水解蛋白質)。研究表明，施肥條件下的土壤堿解氮含量高于不施肥條件下的含量，并且隨著生育期的推進，土壤堿解氮含量呈遞減的趨勢。拔節期，堿解氮含量大小依次為T4>T3>T2>T1，增加幅度為28.5%、29.0%和37.5%，處理之間差異顯著(P<0.05)。灌漿期，T2、T3、T4處理下的土壤堿解氮含量都高于T1處理水平。成熟期，隨著氮磷施入量的增加，堿解氮含量也增加，T1與T3的土壤堿解氮含量等級為低級(<70 mg/kg)，T2與T4為中級(70～100 mg/kg)。說明一定量增施氮肥可以改善土壤肥力狀況，增加土壤氮素，尤其對堿解氮有明顯的促進作用。圖5

圖5 不同處理下土壤堿解氮含量變化

Fig. 5 Effect of different treatments on soil alkaline hydrolysis N content

2.4.2 不同處理對土壤速效磷的影響

土壤中的速效磷是指能為當季作物吸收利用的磷，速效磷的含量是土壤磷素供應的指標，了解速效磷的供應狀況，對施肥有著直接的指導意義。不同施肥使得土壤速效磷含量變化不一,但總體上磷肥力等級呈現中、高等級。拔節期，增施氮肥，速效磷含量明顯增加，且大小依次為T3>T2>T4>T1，但差異不顯著。灌漿期，土壤速效磷含量減少，但T2、T3和T4處理下的速效磷含量仍然高于T1處理，處理間差異不顯著。成熟期，T4處理下的土壤速效磷含量最高，T2和T3大致相等，土壤速效磷含量大于T1處理水平，差異不顯著。圖6

圖6 不同處理下土壤速效磷含量變化

Fig. 6 Effect of different treatments on soil available P content

2.4.3 不同處理對土壤速效鉀的影響

土壤速效鉀以交換性鉀為主，占95%以上，水溶性鉀僅占極小部分。與其他大量元素相比，土壤速效鉀含量相對較高。研究表明，施肥對土壤速效鉀含量影響較大，隨著生育期的推進，各處理下的土壤速效鉀含量呈現遞減的趨勢，鉀肥力等級為中、高等級。在苗期，各施肥處理與對照相比增加幅度分別為17.0%、9.9%和17.4%，在同等施鉀肥水平下，增加施氮量會提高土壤速效鉀含量。拔節期，施肥量的變化對速效鉀含量影響不大，各處理之間差異不顯著。灌漿期，各施肥處理的土壤速效鉀含量與對照相比，增加幅度分別為17.7%、15.2%和9.7%，差異不顯著。成熟期，土壤速效鉀含量大小依次為T2>T3>T4>T1，與對照相比，增加幅度分別為13.7%、7.1%和5.0%，差異不顯著。氮肥施用量較低時，增施磷肥對速效鉀含量影響不大。增加氮肥用量，隨著施磷鉀量的增加，速效鉀含量也增加，說明氮磷肥對土壤速效鉀含量均有促進作用，但氮肥的作用大于磷肥。圖7

圖7 不同處理下土壤速效鉀含量變化

Fig. 7 Effect of different treatments on soil available K content

2.5 不同處理對玉米產量及產量構成因素的影響

不同處理對玉米行粒數、穗行數、百粒重影響不一致。穗行數：T4比T3、0.76行，比T1多0.78行，差異均為顯著；T2與T3、T1相比較，分別多0.54行和0.56行，但差異不顯著。行粒數：T4比T1多5.43粒，差異顯著；T3比T1多2.93粒，差異不顯著；T2比T1多2.7粒，差異不顯著。各處理玉米百粒重的趨勢為：T4>T2>T3>T1，但處理間差異不顯著。表3

表3 各處理下玉米產量構成因素變化

Table 3 Effect of different treatments on maize yield components

處理Treatment穗行數(行)Rowsperear行粒數(粒)Kernelsperrow百粒重(g)100-grainweightT114 11b38 16b31 29aT214 67ab40 86ab34 61aT314 13b41 09ab33 11aT414 89a43 59a35 62a

注：同列中不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同

Note: Different letters shows significant difference, the same as below

表4 各處理下玉米產量變化

Table 4 Effect of different treatments on maize yields

處理Treatment小區產量(kg)YieldperplotⅠⅡⅢ平均Average產量Yield(kg/hm2)比對照增減(%)ComparedtoT1T161 5560 5561 0561 05c10716c0T276 4182 7176 5678 56a13789a28 7T363 6573 6568 6568 65b12050b12 4T478 7683 7681 2681 26a14263a33 1

2.6 經濟效益分析

T1與其他處理差異均達到了顯著水平，T1處理產量最低，為10 716 kg/hm2；T4產量最高，為14 263 kg/hm2，比不施肥處理增產33.1%；T2 T3處理增產幅度在分別為28.7%和12.4%。 T4處理與T2處理之間差異不顯著，但增產474 kg/hm2，增幅為3.4%，T4增產效果最佳。表4

經濟效益分析表明，不同的施肥處理對玉米經濟效益具有明顯的影響。各處理玉米產值分別為：21 432、27 578、24 101和28 526元/hm2，T4處理產值最高。與常規施肥相比，T4處理增加效益1 154元/hm2，增加了4.5%。表5

表5 各處理經濟效益 (元/hm2)

Table 5 Different treatments of economic benefit

處理Treatment尿素Urea三料磷TripleSuper-phosphate硫酸鉀Potassiumsulfate肥料總成本Fertilizercosts產值Output比對照增減ComparedtoT1T10000214320T28353585691761275784385T37654603561581241011088T49442563561555285265539

注：除施肥不同外，其他管理均相同。1 kg價格分別為：尿素1.6元、三料磷2.3元、硫酸鉀3.2元、玉米2.0元

3 討 論

玉米株高和葉片數是衡量玉米生育狀況的重要指標，對其進行測定能在一定程度上反映玉米外觀和長勢。氮素是限制玉米植株性狀的首要因子，進而對玉米產量造成很大的限制。玉米生長發育過程中，施肥量對玉米的影響主要表現在：隨著施肥量的增加，株高增加、葉片數增多、生物量增多；但施肥量的變化對于玉米的株高和葉片數影響較小，這與桑志勤等[16]試驗結果一致。隨著施肥量的增加，尤其是施氮量的增加，玉米穗行數、行粒數及百粒重增加。施磷量增加也可以促進各產量指標值的增大，但效果沒有氮肥明顯。

養分的積累是作物產量形成的前提與基礎。在施用氮肥的基礎上合理配施磷肥、鉀肥，可以促進養分比例的協調供給和保持養分平衡。研究表明隨著玉米生育期的推進，玉米植株的氮、磷、鉀積累量呈增加趨勢。宋海星[17]、趙營等[18]試驗表明，夏玉米干物重曲線與 N、P、K養分積累曲線都呈“S”形，研究結論與其基本一致。常規處理下的玉米莖稈干物重小于對照處理，原因可能是試驗期間冰雹造成植株機械損傷；減氮增磷處理下的玉米葉片干物重小于對照處理，原因可能是后期采樣時間晚，植株葉枯黃脫落，導致所采樣品干物質量有所降低。研究表明，減量滴灌施肥處理(減量5%和8%)氮磷鉀積累量低于常規施肥處理，隨著生育期的推進，玉米植株快速生長，到抽雄期減量滴灌施肥處理氮磷鉀的積累量逐漸趕上常規施肥處理，成熟期，減量滴灌施肥處理氮磷鉀的積累量較常規施肥處理沒有明顯的差異。這一結論與徐盈盈[9]的研究結果相似。

土壤養分是評價土壤自然肥力的主要因素之一，為植物提供生活所必需的營養元素，其含量直接影響植物的生長。董旭等[19]長期定位施肥試驗表明，土壤培肥效果以有機肥配施化肥好于相應的單施化肥或有機肥, 化肥組合以氮磷鉀或氮磷配施效果更好,單施氮肥相對較差；不同施肥處理對玉米產量的影響與土壤養分的影響規律較為相似, 且相關分析表明玉米產量與土壤堿解氮和速效磷含量密切相關。研究表明，增氮減磷施肥處理土壤堿解氮和速效磷含量大于常規施肥處理，速效鉀含量小于常規施肥處理，但是差異不顯著。減氮增磷施肥處理與常規施肥處理相比，土壤速效養分差異亦不顯著。說明減量滴灌施肥對土壤肥力影響不明顯，可能是因為滴灌施肥條件下，營養元素隨水進入土壤結構中，促進玉米根系向下深扎，進而增強了玉米根系對水分及養分的吸收能力。

4 結 論

較常規施肥量減少5%和8%的滴灌施肥水平對玉米的株高、葉片數、植株氮磷鉀積累量及土壤速效養分無明顯影響，且對玉米干物質的積累有促進作用。其中，以較常規施肥量減少5%的滴灌施肥水平(T4處理，N：270 kg/hm2、P2O5：50 kg/hm2、K2O：50 kg/hm2)的產量最高，經濟效益最好。因此，較常規施肥增加施氮量、減少施磷鉀量的滴灌施肥技術可滿足玉米生長，為玉米適宜的滴灌施肥管理措施。

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DONG Xu, LOU Yilai. (2008). Effect of long-term fertilization on soil nutrients and corn yield [J].ModernAgriculturalSciences, 15(1): 9-11. (in Chinese)

Fund project:Supported by the National Science and Technology Support Program (2012BAD42B02 ), NFSC (31360501) and Higher Level Talent Program (RCZX201132 )

Effects of Different Fertigation Strategies on Maize Yield,Nutrient Uptake, and Economic Benefit

HUA Rui, LI Jun-hua, WANG Li-kun, LI Dan, FENG Li-ping, DONG You-peng

(CollegeofAgronomyofShiheziUniversity/KeyLaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps,CollegeofAgronomy,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China)

【Objective】 The objective of this project is to study the effects of different fertigation strategies on maize growth, yield, nutrient uptake, and economic benefit. 【Method】 The field experiment was adopted in combination with in-house analysis. 【Result】 The results showed that the optimized fertilizer treatment (T4) promoted the growth and development of maize. Specifically, dry matter accumulation, the number of rows per ear, the number of kernels per row, and the 100-grain weight were all greater in the optimized fertilizer treatment (T4) than those by the conventional fertilizer treatment (T2). The optimized fertilizer treatment had no significant effect either on N, P, and K accumulation by maize or on the soil nutrient content. Compared with the conventional fertilizer treatment, the optimized fertilizer treatment increased maize yield by 474 kg/ha and economic return by 1，150 RMB. These increases were significant. 【Conclusion】 Reducing drip irrigation fertilization (by 5% and 8%) had no significant influence on plant height or leaf number in maize, but it increased maize dry matter accumulation. Drip fertigation reduced the amount of fertilizer by 5% compared with conventional fertilization practice. Drip fertigation also had the highest yield and economic benefit.

maize; fertigation; yield; nutrition; economic benefit

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.01.009

2015-06-03

國家科技支撐計劃項目(2012BAD42B02)；國家自然科學基金項目(31360501)；石河子大學高層次人才項目(RCZX201132)

華瑞(1992-)，男，新疆托克遜人，碩士研究生，研究方向為新型肥料與施肥技術，(E-mail)1505423526@qq.com

李俊華(1972-)，男，陜西漢中人，教授，研究方向為新型肥料與施肥技術，(E-mail)ljh630703@163.com

S513.062

A

1001-4330(2016)01-0068-09