氮、磷、鉀及其配施對制種玉米養(yǎng)分吸收利用的影響

郭世乾，崔增團(tuán)，師偉杰，程紅玉，肖 讓，肖占文，趙蕓晨，曹建祖

(1.甘肅省耕地質(zhì)量建設(shè)保護(hù)總站，甘肅蘭州730020;2.張掖市甘州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅張掖734000;3.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院，甘肅張掖734000，4.河西學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅 張掖734000)

甘肅省河西地區(qū)光照資源充足，晝夜溫差大，灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，憑借優(yōu)越的地理位置和得天獨(dú)厚的自然條件，已成為全國最大的玉米制種主產(chǎn)區(qū)，生產(chǎn)了全國50%以上的玉米良種［1］。隨著制種玉米規(guī)模的不斷擴(kuò)大，連作現(xiàn)象非常普遍，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，供肥能力不斷下降，農(nóng)民為了追求高產(chǎn)，不斷增加施肥量，導(dǎo)致肥料利用率下降，養(yǎng)分流失帶來的環(huán)境污染加重，種植效益降低［2-3］。

在農(nóng)戶傳統(tǒng)的制種玉米生產(chǎn)施肥模式中，存在重氮、磷肥輕鉀肥，重化肥輕有機(jī)肥，盲目加大施肥量，氮、磷、鉀配比不科學(xué)，肥料品種較為單一等問題，造成肥料利用率低，土壤養(yǎng)分失衡，土壤面源污染等一系列問題［4］。2015年國家農(nóng)業(yè)部提出了化肥零增長行動，到2020年主要農(nóng)作物化肥使用量實(shí)現(xiàn)零增長，肥料利用率達(dá)到40%以上［5］。近年來，全國范圍內(nèi)開展了大量關(guān)于玉米減量增效施肥技術(shù)的試驗(yàn)示范和推廣工作，為該技術(shù)的推廣奠定了一定的基礎(chǔ)，但關(guān)于減量施肥條件下制種玉米肥料利用率研究較少。本研究通過開展田間試驗(yàn)，摸清制種玉米氮、磷、鉀吸收及肥料利用率狀況，為進(jìn)一步完善制種玉米化肥減量增效技術(shù)施肥指標(biāo)體系，優(yōu)化肥料配方提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試肥料:氮肥為尿素，含氮 (N)46%，由張掖新大弓農(nóng)化公司生產(chǎn);重過磷酸鈣，含磷(P2O5)46%，由昆明紅云化工生產(chǎn)有限公司生產(chǎn);鉀肥為硫酸鉀，含鉀(K2O)24%，由張掖新大弓農(nóng)化公司生產(chǎn)。供試制種玉米品種為鄭單958(母本:鄭58;父本:昌 7-2)。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年4—10月在張掖市甘州區(qū)烏江鎮(zhèn)賈寨村馮愛國制種玉米田(39°2＇40″N，100°25＇10″E，海拔1 472 m)進(jìn)行，土壤類型為鹽化潮土。0～20 cm耕層土壤pH為8.40，有機(jī)質(zhì)含量為43.9 g·kg-1，堿解氮 96.2 mg·kg-1，有效磷 42.65 mg·kg-1，速效鉀137.35 mg·kg-1。前茬作物為制種玉米。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計和方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計方法，設(shè)5個處理，分別為:不施肥(CK);缺氮(PK);缺磷(NK);缺鉀(NP);氮磷鉀配施(NPK)(各處理肥料施用量見表1)，氮肥中30%作為基肥，70%作為追肥，分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期和抽雄后追施，追施比例為30%、40%和30%，磷鉀肥全部作為基肥，播種前結(jié)合整地一次性施入小區(qū)。每個處理3次重復(fù)，共15個小區(qū)，小區(qū)面積39.2 m2(長7.0 m×寬5.6 m)，小區(qū)間筑寬50 cm、高30 cm的地埂，四周設(shè)保護(hù)區(qū)。父母本采用滿天星配置法，母本采用寬窄行種植方式，膜間寬行行距60 cm，膜上窄行行距40 cm，株距20 cm，種植密度10×104株·hm-2，每小區(qū)種7膜，每膜種2行。于4月21日播種母本，3 d后播種第一期父本，5 d后播種第二期父本。試驗(yàn)期間加強(qiáng)田間管理。

表1 試驗(yàn)施肥量設(shè)計/(kg·hm-2)Table 1 Experimental fertilizer treatment

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 植株生長性狀的測定 于玉米拔節(jié)期每小區(qū)隨機(jī)選母本5株，分別測定株高、單株葉片數(shù)、單株葉面積(長寬測量法)、葉面積指數(shù)(LAI)、地上部分干重、地下部分干重等指標(biāo)。

1.4.2 玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性狀的測定 于玉米成熟期每小區(qū)隨機(jī)取20株母本果穗，分別收獲，室內(nèi)測定穗長、穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、行粒數(shù)、單穗重、單穗籽粒重、禿尖長、出籽率、千粒重等經(jīng)濟(jì)性狀;每小區(qū)收獲中間2膜(4行)全部母本果穗，自然晾曬，晾干后脫粒稱重，計算小區(qū)產(chǎn)量并折算每公頃產(chǎn)量。

1.4.3 植株養(yǎng)分測定 于玉米成熟期每小區(qū)隨機(jī)取5株母本植株，分為秸稈和籽粒兩部分，于105℃殺青30 min后，80℃烘箱中烘干至恒重后稱重。籽粒和莖稈分別粉碎后采用H2SO4-H2O2消煮法消煮，全氮采用半微量蒸餾法［6］、全磷采用鉬銻抗比色法［6］，全鉀采用火焰光度計法［6］。

1.4.4 肥料利用率分析 玉米養(yǎng)分吸收量(kg·hm-2)=玉米籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)×籽粒養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)+玉米秸稈產(chǎn)量(kg·hm-2)×秸稈養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%);

氮(磷、鉀)肥利用率(%)=［配方施肥區(qū)玉米吸氮(磷、鉀)總量(kg·hm-2)-無氮(磷、鉀)區(qū)玉米吸氮(磷、鉀)總量(kg·hm-2)］/配方施肥區(qū)氮(磷、鉀)投入量(kg·hm-2)×100%;

氮(磷、鉀)肥農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg-1)=［配方施肥區(qū)玉米產(chǎn)量(kg·hm-2)-無氮(磷、鉀)區(qū)玉米產(chǎn)量(kg·hm-2)］/配方施肥區(qū)氮(磷、鉀)投入量(kg·hm-2)［7］。

1.5 數(shù)據(jù)整理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007和DPSv 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，方差分析采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對制種玉米生長性狀的影響

在玉米拔節(jié)期(6月8日)測定母本植株生長性狀，由表2可以看出，施肥對玉米生長性狀產(chǎn)生了很大的影響。不施肥處理(CK)株高僅為37.1 cm，而PK、NK、NP、NPK 株高分別達(dá)到 43.0、42.6、42.9 cm和45.2 cm，分別較對照增加5.9、5.5、5.8 cm和8.1 cm。莖粗以NPK處理最大(2.404 cm)。施肥對單株葉片數(shù)影響不大，變幅在7.5～7.8片之間，但對地上和地下部生物量的累積產(chǎn)生一定的影響，其中NPK處理地上和地下部分干重均達(dá)到最大，地上部分干重較對照增加2.370 g·株-1，NK處理植株生物產(chǎn)量顯著降低，地下部分干重較NPK處理降低0.655 g·株-1。缺氮會顯著影響玉米葉片生長，PK處理單株葉面積為834.0 cm2，較對照僅增加了64.9 cm2，而 NK、NP、NPK 分別較對照增加了 104.6、174.8、203.8 cm2。PK、NK、NP、NPK 拔節(jié)期葉面積指數(shù)(LAI)分別達(dá)到 0.83、0.87、0.94 和 0.97，較對照分別增加0.06、0.10、0.17 和 0.20。

2.2 不同施肥處理對制種玉米果穗經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表3可以看出，不同施肥處理對制種玉米果穗經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生了不同的影響，穗長變幅在13.1～14.7 cm之間，其中NPK處理最長，較對照增長1.6 cm。各處理間穗行數(shù)差異不大，變幅在12.1～12.4行之間。施肥有助于提高單穗子粒數(shù)，PK、NK、NP、NPK 穗粒數(shù)分別達(dá)到 277.5、270.7、287.4、289.6 粒，較對照分別增加 23.8、17.0、33.7、35.9粒。單穗籽粒重以NPK處理最大(107.8 g)，其次為NP處理(99.8 g)。施肥對籽粒千粒重影響較大，變幅在336.1～387.6 g之間，其中NPK處理千粒重達(dá)到387.6 g，較對照增加 15.3%，PK、NK、NP、NPK 與對照相比均達(dá)到極顯著差異(P＜0.01)?？梢钥闯觯┓手饕獣绊懙接衩桩a(chǎn)量構(gòu)成中的果穗子粒數(shù)和千粒重。

2.3 不同施肥處理對制種玉米產(chǎn)量的影響

由表4可以看出，施肥對制種玉米產(chǎn)量影響較大，PK、NK、NP、NPK處理小區(qū)平均產(chǎn)量分別為36.2、34.7、36.7 kg 和 38.5 kg，均高于不施肥處理;PK、NK、NP每公頃產(chǎn)量分別達(dá)到9 238.5、8 844.0 kg和 9 354.0 kg，較配方施肥(NPK)分別降低6.06%、10.07%和4.88%，不施肥處理產(chǎn)量較配方施肥降低16.49%?？梢娫摰貐^(qū)制種玉米高產(chǎn)的主要限制因子依次為磷、氮和鉀。

2.4 不同施肥處理對制種玉米不同器官養(yǎng)分吸收的影響

2.4.1 施肥對制種玉米不同器官氮素吸收的影響 制種玉米成熟期各部位含氮量和吸氮量見表5，施氮肥有助于提高玉米秸稈和籽粒含氮量，NK、NP和NPK處理籽粒含氮量分別為2.973%、3.105%和2.942%，分別較 CK提高 0.090%、0.222%和0.059%。秸稈吸氮量以NPK處理最高(280.4 kg·hm-2)，籽粒吸氮量以 NP處理最高(290.6 kg·hm-2)，分別較對照增加116.4 kg·hm-2和53.7 kg·hm-2。PK、NK、NP和NPK處理總吸氮量分別較對照提高16.69%、25.15%、32.50%和42.02%，經(jīng)方差分析得出NPK處理與NP處理間差異不顯著(P＞0.01)，但與CK、PK、NK處理間均達(dá)極顯著差異(P＜0.01)。由此可以看出，氮、磷、鉀肥配施有助于提高制種玉米氮肥吸收率。

表2 不同施肥處理對制種玉米生長性狀的影響Table 2 Effect of different fertilizer treatment on growth characters of seed maize

表3 不同施肥處理對制種玉米果穗經(jīng)濟(jì)性狀的影響Table 3 Effect of different fertilizer treatments on economic characters of seed maize spike

表4 不同施肥處理對制種玉米產(chǎn)量的影響Table 4 Effect of different fertilizer treatment on yield of maize seed

表5 不同施肥處理對制種玉米不同器官氮素吸收的影響Table 5 Effect of different fertilizer treatment on nitrogen uptake in different organs of seed maize

2.4.2 施肥對制種玉米不同器官磷素吸收的影響 由表6可以看出，各施肥處理制種玉米籽粒含磷量高于秸稈。PK、NK、NP和NPK處理籽粒含磷量分別較對照提高 0.175%、0.069%、0.186%和0.216%。籽粒吸磷量由高到低的順序?yàn)镹PK＞NP＞PK＞NK＞CK處理，NPK處理與NP、PK處理間差異不顯著(P＞0.01)，但與CK、NK處理間均達(dá)到極顯著差異(P＜0.01)?？偽琢恳訬PK處理最高(108.0 kg·hm-2)，其次為 NP 處理(98.7 kg·hm-2)，NPK處理與其他4個處理間均達(dá)顯著差異(P＜0.05)。由此可以看出，施磷肥可以增加玉米秸稈和籽粒中的磷含量，促進(jìn)磷素的吸收。

2.4.3 施肥對制種玉米不同器官鉀素吸收的影響 由表7可以看出，各施肥處理制種玉米秸稈含鉀量明顯高于籽粒。PK、NK和NPK處理秸稈鉀含量分別較對照提高0.090%、0.117%和0.054%，PK、NK、NP和NPK處理秸稈吸鉀量分別達(dá)到160.5、170.6、140.1 kg·hm-2和 180.9 kg·hm-2，較對照分別提高16.56%、23.89%、1.74%和31.37%?？偽浟恳訬PK處理達(dá)到最高(203.3 kg·hm-2)，其次為NK處理(189.3 kg·hm-2)，NPK處理與PK處理、NK處理間差異不顯著(P＞0.01)，但與NP處理和對照(CK)間差異顯著(P＜0.01)。

2.5 氮、磷、鉀配施對制種玉米肥料利用率的影響

由表8可以看出，制種玉米配方施肥中氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率分別為N1.33 kg·kg-1、P2O57.17 kg·kg-1和 K2O 6.66 kg·kg-1，農(nóng)學(xué)效率磷＞鉀＞氮。氮、磷、鉀肥料利用率分別為22.64%，26.82%和60.10%，鉀肥表現(xiàn)出較高的利用率。

表6 不同施肥處理對制種玉米不同器官磷素吸收的影響Table 6 Effect of different fertilizer treatment on phosphorus uptake in different organs of seed maize

表7 不同施肥處理對制種玉米不同器官鉀素吸收的影響Table 7 Effect of different fertilizer treatment on potassium uptake in different organs of seed maize

表8 氮、磷、鉀配施對制種玉米肥料利用率的影響Table 8 Effect of nitrogen，phosphorus and potassium combined application on fertilizer utilization efficiency of seed maize

3 討論

3.1 不同施肥處理對制種玉米生長和產(chǎn)量的影響

氮、磷、鉀肥配施對制種玉米生長和產(chǎn)量影響顯著。本研究結(jié)果表明，氮、磷、鉀肥配施有利于促進(jìn)玉米生長、提高產(chǎn)量，該研究結(jié)論與陳浩［8］、李玉影［9］、羅照霞［10］等人研究結(jié)論一致。缺氮主要影響地上部分生物量的累積和光合器官葉片的生長，單株葉面積減小，從而降低群體的葉面積指數(shù)。缺磷使玉米根系生長受阻，降低地下部分生物量的積累，而鉀肥對玉米生長影響相對較小。玉米成熟期通過測產(chǎn)和考種得出，NPK處理產(chǎn)量最高(9 834.0 kg·hm-2)，而缺氮(PK 處理)、缺磷(NK 處理)、缺鉀(NP處理)產(chǎn)量分別較NPK處理降低了6.06%、10.07%和4.88%，該地區(qū)制種玉米高產(chǎn)的主要限制因子依次為磷、氮和鉀，本研究結(jié)論與孫寧科等［11］不同，可能與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶施肥習(xí)慣有關(guān)，長期重施氮肥，會造成土壤中氮素積累較多，而磷肥供肥能力較低。

3.2 不同施肥處理對制種玉米養(yǎng)分吸收和肥料利用率的影響

氮、磷、鉀配施有利于促進(jìn)制種玉米地上部分器官對養(yǎng)分的吸收和積累，NPK處理植株地上部分總吸氮量、吸磷量和吸鉀量分別達(dá)到569.4 kg·hm-2、108.0 kg·hm-2和 203.3 kg·hm-2。莖稈吸鉀量大于籽粒，而吸氮量和吸磷量卻是籽粒大于莖稈。由此可以看出，制種玉米植株中氮、磷養(yǎng)分主要轉(zhuǎn)移到籽粒中，而鉀主要轉(zhuǎn)移到莖稈中。

肥料利用率是現(xiàn)代平衡施肥技術(shù)的重要參數(shù)［12］。本研究中，NPK處理的氮、磷、鉀肥當(dāng)季利用率分別為22.64%、26.82%和60.10%，索東讓［13］通過長期定位試驗(yàn)得出河西地區(qū)主要作物氮、磷、鉀當(dāng)季利用率分別為24.0%～28.0%、17.2%～20.9%和16.7%～22.1%，相比之下，本研究得出制種玉米氮肥利用率略低，磷、鉀肥的利用效率相對較高。磷肥利用率高可能是由于長期施磷，土壤中積累的磷潛在有效性使磷肥利用率提高;鉀肥利用率偏高主要由于河西地區(qū)土壤鉀素含量較高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上長期不施化學(xué)鉀肥或施用量較小，田間鉀素一直處于虧缺狀態(tài)［14］。制種玉米氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率分別為 N1.33 kg·kg-1、P2O57.17 kg·kg-1和 K2O 6.66 kg·kg-1，而在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下我國玉米氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率分別為 N 9.8～11.2 kg·kg-1、P2O57.5～9.5 kg·kg-1和 K2O 5.7～9.2 kg·kg-1［15-16］，可見氮素農(nóng)學(xué)效率遠(yuǎn)低于國內(nèi)現(xiàn)有水平，這可能與目前制種玉米生產(chǎn)過程中氮肥施用過多，有機(jī)肥施用過少及施肥方法有關(guān)。

4 結(jié)論

通過開展河西地區(qū)制種玉米肥料試驗(yàn)得出，氮、磷、鉀配施(NPK處理)最佳，產(chǎn)量達(dá)到9 834.0 kg·hm-2，氮、磷、鉀肥對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為6.06%、10.07%和4.88%，磷素是產(chǎn)量提高的第一限制因素，氮素的增產(chǎn)效益較小。氮、磷、鉀肥料當(dāng)季利用率分別為22.64%、26.82%和60.10%。因此，在制種玉米生產(chǎn)中應(yīng)重視磷、鉀肥的施用，加強(qiáng)氮肥的節(jié)肥增效管理，推廣平衡施肥，以提高肥料利用率和環(huán)境效益。