沙地滴灌春玉米最適氮磷鉀配方施肥研究

李利敏，李娟娟，馬理輝，高成平，劉思春

（1.西北農林科技大學資源環境學院，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學水利與建筑工程學院，陜西 楊凌 712100；3.西北農林科技大學水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；4.神木市農業技術推廣中心，陜西 神木 719300）

玉米（Zea maysL.）是我國第一大糧食作物，居主要糧食作物種植面積和產量之首，在我國糧食生產中起到了重要作用［1］，也是陜北主要的糧食作物。近年來，隨著玉米高產品種的大量種植，玉米產量不斷提高，化肥用量相應增加，但是化肥施用過量以及施用結構的不合理造成化肥流失率過高。三大養分資源氮、磷、鉀直接影響作物生長發育狀況和作物產量［2］。肖萬欣等［3］通過設置不同氮肥、磷肥和鉀肥配比，對玉米產量和農藝性狀的施肥效應進行研究，結果表明，在每 公 頃 施N 135.0～180.0 kg、P2O575.0～120.0 kg、K2O 90.0～120.0 kg時玉米產量達到最高。王寅等［4］整理2005～2013年國家測土配方施肥項目田間試驗得出：當氮、磷、鉀養分平均吸收量分別為190.8、87.0、215.1 kg·hm-2時，區域春玉米可獲得最高籽粒產量和養分最佳吸收量。由此可見，玉米適宜的氮肥、磷肥和鉀肥配施存在較大差異。

陜北長城沿線風沙灘地是我國規劃發展的“第二糧倉”，糧食生產需要耗費大量的水資源，地處半干旱偏旱地區的陜北不僅降水少，還是全國水土流失最為嚴重的地區之一。沙地的土質特征不保水不保肥，傳統灌溉方式如畦灌、溝灌及漫灌勢必造成地下水資源的大量消耗和肥料的深層滲漏，這種滲漏又容易造成地下水面源污染。水土流失和不合理的灌溉方式使原本貧瘠的土壤水肥利用率進一步降低［5］，導致農業生態環境遭到嚴重破壞。“第二糧倉”建設迫切需要采用更為高效的水肥利用方式，滴灌是目前當地正在大力推廣的節水技術之一，采用水肥一體化模式可以顯著提高作物水肥利用效率，使作物可以得到充足的養分供應［6］，可以有效協調產量、施肥及灌溉方式之間的關系［7］。當前研究多集中于氮、磷、鉀配施對產量的影響，對沙地玉米在水肥一體化條件下合適的氮磷鉀配施研究較少，為了解覆膜滴灌條件下氮、磷、鉀不同配施對沙地春玉米產量及不同生育期干物質量的影響，在陜西神木沙地進行試驗，旨在確定沙地春玉米最佳養分施用配比，為沙地滴灌玉米合理施肥提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地區概況

本研究于2018年5～10月在陜西神木進行，該試驗地區位于毛烏素沙漠與黃土丘陵區的過渡地帶，東經110°51′、北緯38°83′，年平均日照2875.9 h，年平均氣溫8.9℃，10℃以上天氣169 d。平均年降水量421.2 mm，年蒸發量為1336.6 mm。

試驗土壤為風沙土，土質疏松。0～20 cm耕層土壤的基本性狀為：有機質5.57 g·kg-1，硝態氮+銨態氮15.96 mg·kg-1，有效磷13.85 mg·kg-1，速效鉀81 mg·kg-1，pH值為8.0。

1.2 試驗材料與設計

供試作物為“榆單1號”春玉米，2018年5月1日播種，9月28日收獲，全生育期151 d，試驗期內降水307.3 mm。本試驗所選用的化肥種類及有效含量：氮肥為尿素，含N 46.4%；磷肥為過磷酸鈣，含P2O512%；鉀肥為硫酸鉀，含K2O 52%。地膜為聚乙烯薄膜，寬1.2 m，厚0.008 mm。滴灌施肥系統由水源、水泵、首部（由水泵、過濾器、施肥罐、球閥等組成。其作用是從水源取水加壓并注入肥料經過濾后按時按量依次輸送進各級滴灌管網，經過滴頭將水分、肥料直接輸送至作物根部，保證作物的水分、肥料及藥物供應）和輸配水管道系統等組成。灌溉水源來自于地下水，管網由支管和毛管組成。滴灌帶沿玉米行向鋪設于中央，每條滴灌帶控制兩行玉米，滴灌帶滴頭間距30 cm，滴頭流量2.0 L·h-1，滴頭工作壓力0.1 MPa。每個小區設置水表和球閥，確保每個小區灌水量一致。

試驗采用三因素D飽和最優設計，10個處理，3次重復，每小區面積24 m2（4 m×6 m），共30個小區，田間隨機區組排列，設計方案、因素水平見表1。行距55 cm，株間距24 cm，種植密度59970株·hm-2。播種時施入全部的磷肥、鉀肥和20%的氮肥，穴施，在播種穴一側人工挖施肥深度20 cm的穴。拔節期和抽穗期各追氮肥40%，追肥時將各處理所需氮肥溶解在施肥罐中，肥料隨水施入，拔節期、抽雄期分別灌水300 m3·hm-2。試驗采用覆膜穴播，待玉米出苗后進行間苗，保證每穴一株，其它田間管理均與當地農民習慣一致。

表1 氮、磷、鉀三因素D-飽和最優設計方案和施肥量

1.3 測定項目與方法

干物質量的測定：每小區選取春玉米拔節期、抽雄期和收獲期長勢均勻的兩株植株，將所選植株105℃殺青0.5～2 h，75～80℃烘干至恒重后稱重。

產量測定：成熟期，每小區隨機選取10株，將地上部全部收獲，秸稈和籽粒分開，風干后計算籽粒產量。

收獲指數（HI）=籽粒產量/成熟期地上部總生物量。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2010和DPS 7.05統計分析，差異顯著性用Duncan新復極差檢驗法。

2 結果與分析

2.1 不同氮磷鉀配方施肥處理對玉米產量的影響

2.1.1 不同施肥處理對玉米產量及各指標的影響

從表2可以看出，各施肥處理均促進了百粒重的增加（32.1～36.0 g），處理間差異不顯著。與CK相比，N3P1K3處理增加最多，其次為N3P3K1處理，N0P2K2處理增加最小。除K3處理外其余處理均增加了穗粒數，N3P1K3、N3和P3處理與CK差異顯著；與CK相比，N3處理增加最多，其次為N3P1K3處理。各施肥處理均促進了產量的增加，其中N2P0K2、N2P2K0、N3P1K3和N3P3K1處理與CK差異達顯著水平；與CK相比，以N3P1K3處理產量增產最多，其次為N3P3K1處理，K3處理增產最少。

丁珰道：“你們兩個長得一模一樣，在我心里，實在也沒什么分別，何況我和你相聚多日，你又一直待我這么好。‘日久情生’這四個字，你總聽見過吧？”她抓住了石破天雙手，說道：“天哥，你答允我，你無論如何，不能去死。”

表2 不同施肥處理下玉米產量

2.1.2 產量效應模型建立與分析

試驗數據采用DPS 7.05軟件統計分析，擬合氮肥、磷肥、鉀肥的三元二次多項式為：

式中X1、X2、X3分別為N、P2O5、K2O施用量（kg·hm-2）；Y為玉米產量（kg·hm-2）。F=8.089，R=0.886，剩余標準差S=1015.447，P=0.001，相關系數R=0.829，達極顯著水平，故所建立的產量效應模型效果較好。

由于氮肥、磷肥、鉀肥對玉米產量的回歸方程已經過無量綱編碼代換，故各偏回歸系數絕對值的大小可反映各因子的重要程度。從式（1）可知，氮肥、磷肥、鉀肥的一次項絕對值系數分別為18.5、16.1、17.8，說明在覆膜滴灌條件下氮肥對玉米產量的影響最大，鉀肥其次，磷肥最小。產量達到10000 kg·hm-2，所需氮肥、磷肥和鉀肥量分別為70、93和95 kg·hm-2。

（1）單因素效應分析

采用降維法，將式（1）中3因子中的2個固定為零水平，求得單因素對產量的偏回歸子模型。氮肥對玉米產量效應模型：Y=8854+18.5X1-0.027X12；磷肥對玉米產量效應模型：Y=8854+16.1X2-0.041X22；鉀肥對玉米產量效應模型：Y=8854+17.8X3-0.060X32。

效應模型說明玉米產量開始隨施肥量的增加而增大，達到極限后產量將隨著施肥量增大而減小，符合米采利希（E.Mitcherlich）提出的肥料效應報酬遞減定律。其中，單施氮342 kg·hm-2時，產量最高可達12022 kg·hm-2；單施磷肥產量最高達10435 kg·hm-2，對應施磷量為196 kg·hm-2；在單施鉀148 kg·hm-2時，產量達到最大值10174 kg·hm-2。

（2）兩因子互作效應分析

采用降維法，將式（1）中任意自變量編碼值固定為零水平，得到其它兩因素的互作效應等值線圖。

從圖1（a）可以看出，氮磷肥配施有效促進產量增加，呈現正交互作用，氮素是主要影響因素，隨著施氮量的增加，磷肥對氮肥的促進作用越來越小。施氮量不變，施磷量超過195 kg·hm-2產量開始下降。產量達到10000 kg·hm-2，氮磷肥用量僅為40和30 kg·hm-2。比單因素分析達到相同產量所需肥量分別節省氮肥、磷肥約30和65 kg·hm-2。要達到最高產量13000 kg·hm-2，氮肥和磷肥施用量分別為216～240和128～225 kg·hm-2，其中，氮肥施用最少的組合為：氮肥216 kg·hm-2、磷肥170 kg·hm-2；施肥量最小的組合為：氮肥240 kg·hm-2、磷肥127 kg·hm-2。

從圖1（b）可以看出，氮鉀肥配施對產量有明顯的正互作效應，產量隨著施氮量和施鉀量增加而增高，曲線斜率較大，說明氮鉀配施有效促進產量增加。施氮量不變，施鉀量超過195 kg·hm-2產量開始下降。達到最高產量13000 kg·hm-2，需施氮肥量160～240 kg·hm-2，施鉀肥量68～225 kg·hm-2，其中氮肥施用量最少且施肥量最少的組合為：氮肥160 kg·hm-2、鉀肥145 kg·hm-2。與氮磷肥配施相比，產量達到13000 kg·hm-2氮鉀肥配施所需肥料量減少62 kg·hm-2。

從圖1（c）可以看出，磷鉀肥配施對產量的影響小于氮磷肥配施、氮鉀肥配施，產量隨磷鉀施肥量增加而增高。磷鉀配施的最高產量為10728 kg·hm-2，遠低于氮磷配施、氮鉀配施的最高產量，達最高產量所需鉀肥和磷肥分別為143和83 kg·hm-2。

2.2 不同配方施肥處理對玉米干物質量、收獲指數的影響

干物質積累是判斷玉米營養狀況的主要指標之一。從表3可以看出，與CK相比，拔節期施肥處理的玉米各時期干物質量均有所增加。N3P3K1處理與CK差異達顯著水平，其次為N1P3K3處理，K3處理增加最少。隨著生育期推進，抽雄期各處理干物質量迅速增加，除K3處理外其余處理與CK差異達顯著水平，其中，N3P3K1處理增加最多，其次為N3P1K3處理，增加最少的為K3處理。與CK相比，收獲期各處理干物質量均有所增加。除K3處理外其余處理與CK差異達顯著水平，干物質量增加最多的是N3P3K1處理，其次是N3P1K3處理，增加最少的為K3處理。總體來說，氮磷鉀配施處理（N3P3K1、N3P1K3和N1P3K3）在各個生育期干物質量均較高，N3P3K1處理最高。

由表3可知，配施處理中，除N1P3K3、N0P2K2處理外，其余處理的收獲指數均高于0.50。其中，N2P2K0處理收獲指數最高，較CK高18.48%，其次為N3P1K3處理，較CK高18.02%；收獲指數最低是P3，僅比CK高2.26%。

表3 不同生育期玉米整株干物質量和收獲指數

3 討論

3.1 關于不同氮磷鉀配方施肥對玉米產量的影響

不同氮磷鉀肥配施對玉米百粒重和穗粒數影響不同。與CK相比，百粒重以N3P1K3處理增加最多，其次為N3P3K1處理，穗粒數最大的兩個處理分別為N3P1K3、N3處理。說明氮素對百粒重、穗粒數影響較大，與單獨施肥處理相比，氮磷鉀肥配施更有助于玉米百粒重、穗粒數的增加。晁曉樂［8］提出三大養分中，氮素是對玉米產量和效益影響最大的元素，玉米體內氮素水平與玉米生長期發育及產量的形成有較好的相關性。王宜倫等［9］、侯云鵬等［10］和曹建敏等［11］均認為單獨施氮肥、磷肥和鉀肥均有助于增加玉米穗粒數，其中氮肥影響最大。賀嬌姣［2］研究表明施用不同配比的氮磷鉀肥顯著增加穗粒數、百粒重。Ma等［12］在研究不同氮肥對玉米產量和氮效率中發現，氮磷肥配施能顯著提高穗粒數。

施肥顯著影響玉米產量，在一定范圍內，施肥量越大，玉米產量提高幅度越大。本研究表明，氮磷鉀肥不同配施可提高產量32.60%～52.90%。閆翠萍等［13］通過連續兩年大田試驗結果表明配方施肥對春玉米增產、增收效果顯著。龍勝舉等［14］通過采用“3414”設計方案研究不同氮磷鉀組合對紫葉萵筍的產量與品質的影響，結果表明，合理施肥對紫葉萵筍具有顯著增產效果。

通過產量效應方程分析，進一步證明了氮肥對產量影響最大，其次為鉀肥，磷肥影響最小，產量隨氮、磷、鉀施肥量增加而增加，但超過施肥最佳水平后反而下降。王宜倫等［9］在施氮量對超高產夏玉米產量的影響研究中發現，隨著施氮量增加，產量呈現先增加后降低的趨勢。鄭毅等［15］通過肥料效應方程對氮磷鉀配合比率進行優化與解析表明，隨著氮磷鉀肥施用量的增加，糖用甜菜產量、含糖率和產糖量均呈先升后降的趨勢，符合肥料報酬遞減律。

兩因子互作效應表明，氮磷互作、氮鉀互作對產量影響遠大于磷鉀互作。氮磷互作、氮鉀互作最高產量可達13000 kg·hm-2，磷鉀互作產量最高為10728 kg·hm-2。產量效應方程表明，氮磷鉀配施條件下，產量最高達14151 kg·hm-2，再次驗證了氮磷鉀配施可獲得最高產量。侯云鵬等［16］研究結果表明，平衡施肥使氮、磷、鉀等養分均衡，有利于養分被作物充分吸收和利用，促進玉米更好地生長發育，從而提高產量。

3.2 關于不同氮磷鉀配方施肥對玉米干物質量和收獲指數的影響

拔節期各處理干物質量中，3個高磷梯度處理干物質量高于其它處理，說明拔節期施磷促進莖的生長。孫文濤等［17］在平衡施肥對玉米產量影響的研究中發現，磷肥對苗期干物質量影響較大。隨著生育期推進，配施肥效對干物質量增加作用逐漸顯現，抽雄期氮磷鉀配施仍高于其它處理，其它處理施肥效應依次為N2P0K2＞N3＞N0P2K2＞N2P2K0＞P3＞K3，說明抽雄期氮鉀肥配施、磷鉀肥配施對干物質量影響較大，單獨施磷肥、鉀肥效果不顯 著。成 熟期，N3P1K3＞N3P3K1，N2P0K2＞N2P2K0，說明高氮處理和中氮處理鉀素高的籽粒干物質量也較大，可能與鉀素有助于促進籽粒有機物合成有關。

3個生育期干物質量最大的處理均是N3P3K1，其次為N3P1K3處理（拔節期N1P3K3處理比N3P1K3處理高0.29%）；產量最高的處理是N3P1K3，其次是N3P3K1處理。說明在施氮量相同的情況下（240 kg·hm-2），較高的施磷量（225 kg·hm-2）顯著促進植株生長，使干物質量增加；較高的施鉀量（225 kg·hm-2）促進籽粒干物質量增加，從而獲得高產。李文娟等［18］對鉀素在玉米生育后期干物質量和養分積累與轉運中的研究認為，從抽雄期到收獲期施鉀促進了植株生殖生長階段對氮、磷、鉀的吸收，并以較高的比例運轉到籽粒中，對增產有重要作用。

收獲指數反映了作物群體光合同化物轉化為經濟產品的能力，是評價作物品種產量水平的重要指標。收獲指數最高的兩個處理為N2P2K0處理和N3P1K3處理。

4 結論

在本試驗條件下氮磷鉀不同配施均有助于玉米產量的增加，產量隨肥料施用量增加呈現先增加后降低的趨勢。根據產量效應方程得出，滴灌條件下玉米最高產量14151 kg·hm-2時氮磷鉀肥用量分別是：氮肥240 kg·hm-2、磷肥77 kg·hm-2、鉀肥158 kg·hm-2。綜合考慮，N3P1K3處理在本試驗中效果最好，可達最高產量13540 kg·hm-2，氮磷鉀肥施用量分別為：氮肥240 kg·hm-2、磷肥80 kg·hm-2、鉀肥225 kg·hm-2。本試驗條件下，通過試驗與理論相結合，提出膜下滴灌條件下沙地春玉米的最佳施肥配比，還需要在不同條件下做驗證試驗，及進一步開展覆膜與不覆膜配方肥用量與效果的差異，西北旱作區壤土、砂土質地條件下氮磷鉀肥用量的區別等更多的相關研究，才能為沙地滴灌玉米合理施肥提供足夠的理論依據和技術支撐。