氮磷運籌對膜下滴灌玉米養分利用及產量的影響

楊 釗，馬忠明，陳玉梁

(1.甘肅省農業科學院黃羊麥類作物育種試驗站，甘肅 武威 733000；2.甘肅省農業科學院，甘肅 蘭州 730070)

玉米是我國三大糧食作物之一。在我國的糧食生產中占有重要地位，所以玉米的高產穩產對我們有著重要意義。朱金龍等[1]研究膜下滴灌春玉米氮素吸收規律，表明氮肥使用量的增加可以提高膜下滴灌玉米干物質積累和氮素吸收能力，但氮肥使用過量就會影響干物質及氮素積累，出現下降；玉米產量隨氮肥使用量增加而增加，在300 kg/hm2時玉米產量最大，此時氮肥農學效率、氮肥利用率以及生理利用率達到最大。孫文濤等[2]研究了在滴灌施肥條件下玉米水、氮及磷的耦合效應，結果表明，影響玉米產量的最主要的因素是氮素，其次是灌水和磷素，其效應順序為N-水大于P-水大于N-P,對膜下滴灌施肥具有指導意義。玉米的高產施肥技術，以及不同施肥方式是農業工作者研究較多的[3-5]，但是對河西灌區膜下滴灌氮磷運籌機制研究的較少。研究表明，滴灌施肥技術是現代農業生產中最重要的綜合管理技術措施之一，因其灌溉施肥的準確性、均勻性及施肥時間和施肥次數的可控性等，可有效提高作物的產量、產品品質及養分利用率，減少對環境的污染等[6-8]。本試驗結合氮磷肥的比例，在膜下滴灌條件下，充分發揮其潛在的效應，期望獲得較單一肥力更高的產量。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗設在甘肅省農業科學院張掖節水試驗站進行。試驗站位于河西走廊中部，北緯38°56′，東經100°26′，海拔1 570 m，土壤類型為灌漠土，年均降水130 mm，年蒸發量2 047 mm，干旱指數達10.3，年均氣溫7 ℃，是典型的大陸性干旱氣候?！? ℃積溫3 388 ℃，≥10 ℃積溫2 896 ℃，無霜期153 d，具有良好的光熱條件和較高的光溫生產潛力，既是我國的傳統優勢農業區，也是沒有灌溉就沒有農業的典型干旱綠洲灌區，農業依靠祁連山雪水和地下水實施井河混灌，水資源不足和利用率不高是制約農業和農村經濟發展的主要因素。其氣候特征、土壤類型、農作制度和農業發展水平在中國西北干旱綠洲灌區具有很強的區域代表性。

1.2 試驗設計

試驗設在甘肅省農業科學院張掖節水試驗站進行。供試玉米品種為先玉335。試驗采用隨機區組設計，共設10個處理，氮、磷施肥比例如表1，不施鉀肥。每個處理3次重復，共計30個小區，每個小區面積3×20=60 (m2)。

供試土壤為灌漠土，0～20 cm基礎土樣，土壤有機質18.10 g/kg，全氮1.40 g/kg，速效磷22 mg/kg，田間最大體積含水量31.68%。

表1 不同時期氮磷分配比例表Tab.1 Nitrogen and phosphorus distribution ratio at different times

灌水處理：全生育期灌溉量27 778 m3/hm2，水表量水控制水量。滴灌小區中每兩行玉米鋪設1條滴灌帶，滴灌帶鋪設于膜下正中，滴灌帶要求各滴頭滴水均勻，滴頭間距30 cm，流量2 L/h。玉米拔節期開始灌溉頭水，灌水頻率約為平均每10 d一次，收獲前20 d停水。灌水量分別為灌溉定額的10%:10%:15%:15%:15%:15%:10%:10%。

種植方法：種植密度99 000 株/hm2。玉米寬窄行覆膜種植，帶幅寬100 cm，寬行70 cm，窄行30 cm，株距20 cm，播種深度4 cm。

水肥同步：施氮肥(純N)：225 kg/hm2，氮磷比例如表1。氮肥用SODm尿素，磷肥用磷酸脲。每小區進口處配備施肥罐，不施基肥，所有肥料通過文丘里施肥器隨水滴施，各處理施肥方式、時間均相同。

1.3 測定項目與方法

分別于玉米苗期、拔節期、大喇叭口期、灌漿中期和成熟期采集土壤樣品。土壤水分用傳統土鉆取土，烘箱烘干法。測定部位：測定層次為0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm。隨機用土鉆取兩個點(滴頭與玉米中心與相鄰兩株玉米之間各取一個點)同層混合，帶回實驗室先稱鮮土重，各層土壤樣品取鮮樣200 g冷凍保存，用于分析硝態氮、速效磷，土壤硝態氮測定用紫外分光光度計法，常規法測土壤速效磷[9]。

相關計算公式

氮肥農學效率=(施氮區籽粒產量-無氮區籽粒產量)/施氮量，

磷肥利用率(PUE)=(施磷區磷素吸收量-無磷區磷素吸收量)/施磷量×100%，

根據產量及耗水量計算水分利用效率，計算方法如下：玉米耗水量計算公式[10]：

ET=P+I+ΔSWS-R-D

式中：ET為作物耗水量；P為玉米全生育期有效降雨量；I為灌水量；ΔSWS為播種時與收獲后的土壤貯水量之差；R為地表徑流量；D為耕層土壤水滲漏量，試驗區地下水深在20 m以下，有效降雨量為92.9 mm，R和D可以忽略不計，玉米實際耗水量為：

ET=P+I+ΔSWS

土壤貯水量(mm)=土層厚度(mm)×土壤容重(g/cm3)×土壤含水量，灌溉水分生產率(WP,kg/m3)=灌溉區產量/灌水量，水分利用效率(WUE,kg/mm)=產量/耗水量[11-14]。

2 結果與分析

2.1 氮磷運籌對膜下滴灌玉米氮素、磷素吸收的影響

從總體看，玉米的生長對氮素的吸收量表現為苗期較少，在苗期，對氮的吸收表現為0.66～4.30 kg/hm2，所占百分比也較小，為2.00%～8.43%，說明苗期玉米生長緩慢，各個器官生長緩慢。在拔節期過后，玉米吸收氮素量開始增加，大喇叭口期，玉米對氮素的吸收表現為9.39～16.59 kg/hm2，所占百分比也提高至28.49%～30.00%，此階段隨著玉米葉片的大量需求，吸氮量也較大的提高。在抽雄期，玉米對氮素的吸收達到14.44～21.42 kg/hm2，所占比例也相應提高，之后玉米對氮素的吸收趨于緩慢。

玉米在成熟期葉片和莖稈的氮素吸收量明顯下降，表現為4.2～6.67 kg/hm2，前期的營養生長轉化為生殖生長，玉米的生長需要的氮素吸收被苞葉、棒軸、籽粒等吸收，從而消耗大量氮素，葉片和莖稈的氮素積累出現下降趨勢。由表2可知，不同生育時期，各處理間的氮素吸收差異顯著。抽雄期玉米對氮素的吸收最大，為14.44～21.42 kg/hm2，其次就是大喇叭口期，為9.39～16.59 kg/hm2，在成熟期，玉米轉為生殖生長，葉片和莖稈對氮素吸收量下降較大。在抽雄期，隨著玉米穗的形成，對氮素的需求量也加大，這對營養生長具有重要作用。

表2 膜下滴灌條件下不同生育期玉米莖葉對氮的養分吸收 kg/hm2

注：同列數值后相同字母表示差異不顯著(5%顯著水平)，下同。

由表3可知，不同生育時期，各處理間的磷素吸收差異顯著。玉米的生長對磷素的吸收量表現為苗期較少，這與玉米的生長對氮素的吸收比較相似。在苗期，對磷素的吸收表現為0.20～1.87 kg/hm2，所占百分比較小，為1.21%～8.02%，表明在苗期各個器官對磷素的吸收相對較少。在拔節期之后，玉米吸收磷素量開始增加，玉米對磷素的吸收表現為1.82～5.73 kg/hm2，所占百分比為10.97%～19.71%。大喇叭口期，玉米對磷素的吸收表現為4.08～7.95 kg/hm2，所占的百分比也提高至24.59%～30.75%，隨著玉米的生長，對磷素的吸收比例也加大。在抽雄期，玉米對磷素的吸收達到7.37～11.70 kg/hm2，所占比例也得到了相應的提高。玉米在成熟期葉片和莖稈的磷素吸收量明顯下降，表現為3.12～4.90 kg/hm2，所占的百分比18.81%～19.77%，表明前期的營養生長轉化為生殖生長，玉米的生長需要的磷素吸收被苞葉、棒軸、籽粒等吸收，從而消耗大量磷素，葉片和莖稈的磷素積累也出現下降趨勢。

表3 膜下滴灌條件下不同生育期玉米莖葉對磷的養分吸收 kg/hm2

由表3可知，抽雄期玉米對磷素的吸收最大，為7.37～11.70 kg/hm2，其次是大喇叭口期，為4.08～7.95 kg/hm2，在成熟期，玉米轉為生殖生長，葉片和莖稈對磷素吸收量下降較大。在抽雄期，隨著玉米穗的形成，對磷素的需求也加大，這對營養生長具有重要作用。

2.2 氮磷運籌對膜下滴灌玉米硝態氮時空分布、土壤速效磷含量的影響

由圖1可知，不同氮磷比例配施對大喇叭期土壤硝態氮的含量影響不同，隨土壤層次的增加，影響差異逐漸減小。整體來看，不同處理的不同土層的土壤硝態氮含量變化波動較大。隨著配施不同氮磷比例的氮肥、磷肥，對不同處理的硝態氮含量也產生不同影響，土壤層次為0～10 cm時，同對照CK進行比較，不同氮磷比例施肥使得土壤硝態氮含量增加了51.27%～86.14%，不同處理差異顯著，表明不同的氮磷比例在一定的范圍可以顯著提高土壤中的硝態氮含量。在土壤層次為10～20 cm時，同對照CK進行比較，不同氮磷比例施肥使得土壤硝態氮含量增加了26.44%～74.96%，土壤硝態氮含量差異較大。在大喇叭口期，玉米對土壤中的硝態氮的含量同樣需求較大，隨著玉米的生長發育，其對土壤不同層次的土壤硝態氮含量的要求也發生變化，由于根系位置的改變，對表層的土壤硝態氮含量要求相對較少，隨著不同時期的灌水和追肥，玉米生長需要的硝態氮也隨水肥一起進入到更深層次的土壤中。在此時期，在0～60 cm的土層中的土壤硝態氮變化范圍較大，而在60～100 cm的土層中，土壤硝態氮含量變化較小，基本都小于15 mg/kg。

圖1 氮磷運籌對大喇叭口期土壤硝態氮的影響Fig.1 Effects of different nitrogen and phosphorus treatments on soil content at bell-mouthed stage

由圖2可知，不同氮磷比例配施對抽雄期土壤硝態氮的含量影響不同，隨著土壤層次的增加，影響差異逐漸減小。在抽雄期，隨著配施相同含量的氮肥，前期氮素積累較大，對不同處理的硝態氮含量產生較大的影響，土壤層次為0～10 cm時，同對照CK進行比較，不同氮磷比例施肥使土壤硝態氮含量增加了38.25%～84.45%，不同處理差異顯著。在土壤層次為10～20 cm時，同對照CK進行比較，不同氮磷比例施肥使土壤硝態氮含量增加了18.21%～87.30%，表明在后期與對照不施肥比較，不同土壤層次的土壤硝態氮含量差異顯著。土壤硝態氮在0～20 cm含量較多，表現為NP8>NP2>NP6>NP7>NP3>NP4>NP9>NP1>NP5。由此圖可知，在0～30 cm的土壤層次中NP2、NP6、NP7、NP8的土壤硝態氮的含量變化波動較大，這可能與前期追肥造成的土壤積累有關。在0～30 cm的土壤層次中其他處理的土壤硝態氮變化較小。表明氮磷比例對玉米吸收硝態氮影響較小。

圖2 氮磷運籌對抽雄期土壤硝態氮的影響Fig.2 Effects of different nitrogen and phosphorus treatments on soil content at tasseling stage

由圖3可知，不同氮磷比例配施對成熟期土壤硝態氮的含量影響不同，隨土壤層次增加，差異不顯著。在成熟期，土壤層次為0～10 cm時，同對照CK進行比較，不同氮磷比例施肥使得土壤硝態氮含量增加了9.67%～69.60%，不同處理差異顯著。在土壤層次為10～20 cm時，同對照CK進行比較，不同氮磷比例施肥使得土壤硝態氮含量增加了37.69%～79.01%，說明在后期與對照不施肥比較，不同土壤層次的土壤硝態氮含量差異顯著。土壤硝態氮在0～20 cm含量較多，表現為NP9>NP4>NP7>NP5>NP1>NP8>NP2>NP6>NP3。整體來看，不同處理隨著土壤層次的增加，呈現出緩慢下降的趨勢，這與后期的玉米各個器官基本成熟，對土壤硝態氮的需求也發生了改變，玉米的生長進行生殖生長，各個器官對硝態氮的需求逐漸較小，最終土壤層次越低，土壤中的硝態氮含量也較低到了最小。

從不同時期的土壤硝態氮的不同土壤層次的含量變化可以看出，無論是不同的氮磷比例，還是單一追施氮肥，對增加土壤氮素，對土壤硝態氮含量影響顯著。對玉米的生長，配合各個時期的灌水，可以有效提高氮素利用。另外，玉米不同時期由于根系的作用，對不同土層的土壤硝態氮的需求是不同的，合理的氮磷配施也能提高玉米對硝態氮的吸收作用，對玉米生長起到較大作用。

圖3 氮磷運籌對成熟期土壤硝態氮的影響Fig.3 Effects of different nitrogen and phosphorus treatments on soil content at maturation stage

由圖4知，不同氮磷比例對土壤速效磷含量的影響差異較大。在苗期，與CK比較，最多增加了31.19%，最少也增加了14.59%，差異顯著。到拔節期，土壤速效磷含量均增加，其中NP2的值最大。在大喇叭口期，隨著氮磷肥料施肥量的增加，速效磷含量增加較大，且表現出NP1的土壤速效磷含量最大，表明，氮肥量的增加，速效磷的含量增加較明顯。抽雄期，隨著氮肥繼續追施，土壤速效磷含量繼續增加，各處理差異顯著。在成熟期，各處理差異不顯著，均表現出下降趨勢。表明在灌水相同條件下，氮是限制速效磷的主要因素，一定范圍內增加氮肥對土壤速效磷含量有促進作用。

2.3 氮磷運籌對膜下滴灌玉米產量、水分利用、肥料利用的影響

試驗結果表明(表4)，不同氮磷施肥水平對玉米產量具有重要影響，各處理之間差異顯著。隨著施磷肥量的增多，玉米的行粒數、百粒重等均較其他有增多趨勢，同時，不同施磷肥量對株高影響較大，對穗長、穗粗及穗行數的影響并不明顯，這可能與玉米的品種有一定關系。在低水平施磷條件下，隨著磷肥比例的增加，玉米的穗長、穗粗及穗行數變化不大，其產量增加較明顯分別增加3.01%、6.73%。在較高水平施磷條件下，隨著磷肥比例的增加，玉米的穗長、穗行數有降低的趨勢，產量也表現出降低趨勢，分別降低1.63%、1.58%，這可能與氮磷配施對氮磷平衡產生了影響，導致玉米對養分和水分吸收出現了一定變化。在高水平施磷條件下，隨著磷肥比例的增加，玉米的穗長、穗粗及穗行數變化不大，玉米的禿尖長、株高等變化不大，但產量有增加的趨勢，分別增加3.48%、4.06%，說明氮磷的合理配施對玉米吸收養分、水分，以及最終產量意義重大。

圖4 氮磷運籌對不同處理土壤速效磷的影響Fig.4 Effects of nitrogen phosphate on different treatments of soil speed phosphorus

表4 氮磷運籌對玉米的產量及構成Tab.4 Effects of different nitrogen and phosphorus treatments on yield and composition of maize

在施氮量相同條件下，隨著施磷量的增多，對玉米的穗長、穗粗、穗行數、行粒數及百粒重影響較小，但對玉米株高影響較大，表明磷肥可能對玉米生長中的某些與品種有關的指標影響較小，對株高的影響也是由氮肥參與共同決定的。

從最終測產結果來看，不同處理相比較：NP9>NP8>NP3>NP4>NP6>NP5>NP7>NP2>NP1，與對照CK相比，分別增產22.78%、22.34%、21.52%、21.18%、19.91%、19.87%、19.64%、18.68%及16.23%，差異顯著。表明在播種期，氮磷比例較高條件下，后期追施磷肥對玉米產量影響較大，但是在前期氮磷施肥磷肥比例較低情況下，追施磷肥，產量有所降低。在合理的氮磷比例條件下，玉米的生長只有在生長發育的特定時期及時補充其生長發育需要的營養元素，才能最終決定它的產量。

由表5可知，CK的水分利用效率最低，NP9的水分利用效率最高，NP9比CK高出4.97%。與CK比較，其他處理都處于20.00%左右，各處理的水分利用效率大小為NP9>NP8>NP3>NP4>NP6>NP5>NP7>NP2>NP1>CK。表明水分利用效率越高，它的產量也越高。在一定范圍內，氮磷配施有利于提高作物水分利用效率，從而促進玉米進行生長發育。在一定范圍內，氮磷配施，水分利用效率有所降低，但表現不明顯。

表5 氮磷運籌對水分利用及肥料利用的影響Tab.5 The effect of nitrogen phosphate on water use and fertilizer use

由表5可知，肥料的投入量在一定范圍內對產量的影響顯著。從NP1、NP2、NP3這個階梯式的遞增表明在同等灌水條件下，隨著氮肥投入量的增加，其氮肥農學效率表現出遞增的趨勢，相應的每公斤氮肥增加的玉米經濟產量較明顯。同時可以看到，NP7、NP8、NP9也有相似的結果，隨著氮肥的投入，其氮肥農學效率遞增。以上兩組與其對應的水分利用效率進行對比發現，NP1、NP2、NP3的水分利用效率表現出遞增的規律， NP7、NP8、NP9的水分利用效率也表現出遞增的規律，表明在一定范圍的氮磷比例可以提高氮肥農學效率，同時也能提高玉米的水分利用效率。NP4、NP5、NP6之間進行比較發現，NP4的水分利用效率、氮肥農學效率最大，NP5的這兩個指標最小，NP6處于中間。表明只有合理進行氮磷配施，才能提高水分利用效率、氮肥農學效率，否則會打亂氮磷平衡，影響玉米的正常生長。

由表5可知，氮磷運籌對膜下滴灌玉米磷肥利用率的影響差異顯著，NP1的磷肥利用率最高，表明在相同灌水量條件下，磷肥的利用效率主要決定于氮肥的施用量，NP1的氮肥施用量最大，有效促進了玉米對磷肥的吸收，從NP4、NP7的磷肥利用率來看，在前期氮肥、磷肥施肥量相同條件下，隨著磷肥的施用量增加，氮肥施用量的減少，磷肥利用率反而出現了下降的趨勢，表明磷肥施用量的增加不能對磷肥利用效率產生促進作用，進而表明氮肥在磷肥利用效率上起到了主要作用。NP6的磷肥利用效率最低，表明在此處理下，氮磷比例失去平衡，抑制了玉米對磷素的吸收，氮磷比例只有控制在一定范圍內才能促進玉米吸收養分。

3 結論與討論

本試驗表明，玉米的葉片、莖稈對氮素、磷素均表現出苗期吸收量較少的現象，在抽雄期氮素、磷素的吸收達到最大，之后其吸收量下降，從營養生長轉化為生殖生長，玉米的生長需要的氮素、磷素被苞葉、玉米芯、籽粒等吸收，從而消耗大量氮素、磷素。玉米的養分吸收主要集中于葉片，其次是莖稈，成熟期主要是籽粒、苞葉、玉米芯等，在吸收氮素、磷素過程中，氮素起了決定性作用。葉片的最大吸氮量為12.12～15.86 kg/hm2，最大吸磷量為4.84～6.89 kg/hm2，莖稈的最大吸氮量為4.65～5.71 kg/hm2，最大吸磷量為3.59～4.88 kg/hm2。

由不同時期的土壤硝態氮的不同土壤層次的含量變化規律得出，無論是不同的氮磷比例，還是單一追施氮肥，對增加土壤氮素，對土壤硝態氮含量影響顯著，土壤硝態氮含量變化主要集中在0～40 cm土層。對玉米的生長，配合各個時期的灌水，可以有效提高氮素利用。另外，玉米不同時期由于根系的作用，對不同土層的土壤硝態氮的需求是不同的，合理的氮磷配施也能提高玉米對硝態氮的吸收作用，對玉米生長起到較大作用。在灌水相同條件下，氮是限制速效磷的主要因素，一定范圍內增加氮肥對土壤速效磷含量有促進作用。

不同氮磷施肥對玉米穗長、穗粗及穗行數影響較小，隨著氮磷比例中磷肥中后期的增加，玉米的行粒數、百粒重均增加，禿頂長出現減小的趨勢，株高明顯增加。同樣，施磷量的增加也可以促進各產量指標的增大。土壤水分利用效率范圍在16.86～21.83 kg/hm2/mm2之間。氮肥農學效率最高的是NP9，磷肥利用率最高的是NP1，磷肥的利用效率主要決定于氮肥的施用量。試驗研究結果表明，中后期增施氮磷肥均促進產量增加，各處理的產量高低依次為NP9>NP8>NP3>NP4>NP6>NP5>NP7>NP2>NP1>CK，最高產量的氮磷施用量分別為225 kg/hm2(純N)、123.7 kg/hm2(P2O5)，產量為14 167 kg/hm2。

關義新等[15]認為，產量超過15 000 kg/hm2的高產典型案例中，群體粒數是實現超高產的關鍵。本試驗結果表明，在氮磷比例較高條件下，后期追施肥料中磷肥比例較大時，玉米的行粒數最大為36.8，因此，采用合理的氮磷比例運籌提高玉米群體的行粒數可以實現玉米的超高產。

本試驗是從膜下滴灌條件下不同氮磷運籌對玉米生長及產量的影響為出發點的，研究了河西地區不同氮磷比例對膜下滴灌玉米養分吸收、生長、土壤硝態氮的影響，結果如預期的一樣。本試驗研究時間較短，有些方面還需進一步深入探討、研究。