四川山地、丘陵玉米N、P、K需肥特性及肥料利用率研究

余垚穎，莫太相 ，劉金丹，郭應(yīng)菊，陳代容，王明富*

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，四川 成都 610066；2.四川省中江縣農(nóng)業(yè)局，四川 德陽 618000；3.四川省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041)

【研究意義】玉米是我國重要的糧飼及能源作物，其穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)對保證糧食供給、社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展有重要作用。N、P、K是作物生長發(fā)育必需的三大營養(yǎng)元素，其吸收利用率直接影響作物生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)[1-2]。作物在不同地區(qū)的養(yǎng)分需求量和養(yǎng)分利用率存在較大差異[3-6]，同時作物在不同生育階段對各種營養(yǎng)元素需求量也不相同[7-9]。因此分地域了解作物三大營養(yǎng)元素的吸收和需求規(guī)律，有助于精準化施肥，提高作物產(chǎn)量。【前人研究進展】玉米生物量累積曲線與N、P、K養(yǎng)分累積曲線基本一致，都呈“S”型[10]，且玉米大喇叭口期到子粒建成期的養(yǎng)分吸收是決定玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵時期[11]，N、P、K脅迫能顯著影響玉米幼苗成長，其中氮脅迫影響最大，磷脅迫影響次之，鉀脅迫影響最小[12]。目前針對四川丘陵及山地玉米種植過程中，不同生育期N、P、K的需肥特性未見報道。【本研究切入點】本研究在四川山地和丘陵地區(qū)安排多個試驗點，研究生育期不同階段玉米對N、P、K的需求特性，當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥模式對養(yǎng)分收獲指數(shù)和肥料利用率的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】此結(jié)果以期為四川玉米種植過程中科學施肥和專用配方肥研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2015年，在四川丘陵和山地布置6個試驗點，各試驗點土壤基本情況、前茬作物、供試品種等見表1。

1.2 試驗設(shè)計

各試驗均設(shè)2個處理：CK為不施肥，C1為當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥模式(表2)，重復 3 次，小區(qū)面積65 m2，種植密度48 000株/hm2，播種期4月25日至5月10日，收獲期8月26日至9月5日，全程依靠雨養(yǎng)種植，其它生產(chǎn)管理措施均采用當?shù)剞r(nóng)民常規(guī)管理方法。

1.3 樣品采集與測定

玉米播種前、三葉期、拔節(jié)期、抽穗期、吐絲期及成熟收獲期，小區(qū)采用5點取樣法，取10～20 cm植株根系土壤，實驗室風干磨細過篩后測土壤堿解氮、速效鉀、有效磷，具體測定方法參見文獻[13]。

玉米三葉期、拔節(jié)期、抽穗期、吐絲期及成熟收獲期，小區(qū)依次采集5、3、3、3、3株玉米植株，實驗室風干磨細過篩后，用連續(xù)流動分析儀(AA3)檢測其根、莖、葉的全氮、全磷、全鉀的含量。

生育性狀調(diào)查。收獲期每小區(qū)隨機取樣 3 株，進行穗粒數(shù)、穗粗、千粒重、穗行數(shù)等測定。

1.4 參數(shù)計算與統(tǒng)計分析

根據(jù)參考文獻[14-15]，計算如下參數(shù)：

肥料農(nóng)學利用率(Agronomic efficiency,AE) = (施肥區(qū)產(chǎn)量-無肥區(qū)產(chǎn)量)/(施N量+施P2O5量+施K2O量)；

肥料貢獻率(Fertilizer contribution rate,FCR, %) = (施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量)/施肥區(qū)產(chǎn)量×100；

地力貢獻率(Soil contribution rate,SCR,%) = 不施肥區(qū)產(chǎn)量/施肥區(qū)產(chǎn)量×100；

收獲指數(shù)(Harvest index，HI，kg·kg-1)= 籽粒產(chǎn)量/地上部總產(chǎn)量；

氮收獲指數(shù)(Nitrogen harvest index，NHI，kg·kg-1)=籽粒吸氮量/地上部總吸氮量，同理計算磷、鉀收獲指數(shù)(PHI、KHI)。

表1 試驗田基本情況

表2 各地具體施肥

表3 玉米不施肥處理不同時期養(yǎng)分吸收情況

表4 玉米施肥處理不同時期氮的吸收情況

表5 玉米施肥處理不同時期磷的吸收情況

使用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù)和作圖，SPSS軟件進行其它統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時期土壤養(yǎng)分變化情況

施肥后土壤堿解氮呈現(xiàn)先升后降再升后降的趨勢，土壤中堿解氮含量2次高峰期為三葉期和吐絲期；土壤有效磷呈現(xiàn)先升后降再升后降的趨勢，施肥后土壤中有效磷含量最高時期是三葉期；施肥后三葉期為土壤中速效鉀含量最高時期，且玉米成熟收獲期土壤中速效鉀含量低于播種時(圖1～3)。四川山地和丘陵地區(qū)玉米施肥后土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量呈先升后降再升后降的趨勢，整個生育存在2個高峰點，這與施肥習慣有關(guān)，即除了施用基肥外，均會在后期追施攻苞肥，但玉米成熟收獲期土壤中速效鉀含量低于播種時，表明肥料中速效鉀養(yǎng)分不能滿足玉米生長后期對鉀素的需求。

表6 玉米施肥處理不同時期鉀的吸收情況

2.2 玉米不同部位生育期不同階段N、P、K吸收規(guī)律

玉米吸N、P、K量占整個生育期的比例。播種～三葉期分別為1.34 %、5.33 %、10.33 %，三葉期～拔節(jié)期為4.54 %、30.76 %、14.42 %；拔節(jié)期～抽雄期為29.74 %、29.48 %、29.14 %；抽雄期～吐絲期為25.7 %、-1.84 %、46.84 %；吐絲期～成熟期為38.69 %、36.27 %、-0.72 %。丘陵和山地試驗點的施肥與不施肥處理中玉米的需氮和磷高峰期是均拔節(jié)期～抽雄期和吐絲期～成熟期，占整個生育期的60 %以上，而在抽雄～吐絲期需磷量最少，甚至出現(xiàn)下降現(xiàn)象；需鉀高峰期則是拔節(jié)期～吐絲期，占整個生育期的70 %以上。

從部位分析，從播種～抽雄期(即生育前期)吸氮量：葉>莖>根；吸磷量：葉>根>莖；吸鉀量：莖>葉>根；整個生育期吸氮量：籽>葉>莖>根，丘陵不施肥與施肥處理籽粒的吸氮量分別是5275.96 和9681.58 mg/株，山地不施肥與施肥處理吸氮量分別是5377.43 和9314.58 mg/株；整個生育期不施肥處理的吸磷量：葉>籽>莖>根，丘陵和山地葉的吸磷量分別是552.58 和476.08 mg/株，施肥處理的吸磷量：籽>葉>莖>根，丘陵和山地籽的吸磷量分別是1308.76和1334.26 mg/株；整個生育期吸鉀量：莖>籽>葉>根，丘陵不施肥與施肥處理的莖吸鉀量分別是797.82 和1316.43 mg/株，山地不施肥與施肥處理莖的吸鉀量分別是787.6和1316.43 mg/株(表3～6)。 綜上所述可知，在玉米的生長后期(吐絲期～成熟期)氮磷的需求量較大，以籽粒主，同時抽雄期～吐絲期與吐絲期～成熟期相比莖葉的氮磷含量降低，籽粒中的氮磷含量增加，表明在生長后期莖、葉中的氮磷營養(yǎng)部分轉(zhuǎn)移至籽粒；玉米對于鉀的需求量較大時期是拔節(jié)期～吐絲期，以莖的需鉀量最大，同時抽雄期～吐絲期與吐絲期～成熟期相比，莖的鉀含量降低，根、葉和粒的鉀含量增加，表明在生長后期莖中的鉀營養(yǎng)向根、葉和籽粒中轉(zhuǎn)移。

2.3 生育性狀分析

玉米收獲后，對不同地點的生育性狀進行分析表明：丘陵和山地2個試驗點，施肥后在穗長、行粒數(shù)、穗重、穗粒重、出籽率和千粒重上高于未施肥處理，但均不存在顯著性差異，其施肥方式有待改善(表7)。

2.4 肥料貢獻率與養(yǎng)分收獲指數(shù)分析

從表 8可知，丘陵和山地試驗點肥料對玉米產(chǎn)量的貢獻率分別為27.98 %和25.09 %，即相應(yīng)的土壤依存率為72.02 %和74.91 %；農(nóng)學利用率是表示施用肥料的每千克N、P2O5、K2O增產(chǎn)玉米籽的能力。分析表可知，丘陵試驗點的農(nóng)學利用率相對較高。由此表明：兩地在目前的施肥方式下其肥料利用率較低，其玉米的生產(chǎn)主要還是依靠土壤中的養(yǎng)分供應(yīng)。

表7 玉米生育性狀方差分析

養(yǎng)分收獲指數(shù)是指籽粒中養(yǎng)分吸收量與地上部吸收總量的比值，該指標反映了作物生長后期養(yǎng)分由營養(yǎng)體向籽粒轉(zhuǎn)移的強度。表9顯示，兩地N、P、K的收獲指數(shù)范圍分別為：0.63～0.67、0.34～0.66、0.25～0.33，與CK處理相比，C1處理丘陵和山地試驗點的NHI、PHI、KHI呈增加趨勢，特別是PHI呈明顯增加；從地區(qū)來分析，丘陵試驗點在N、P、K的收獲指數(shù)上要高于山地。綜上表明，生長后期N、P養(yǎng)分由營養(yǎng)體向籽粒轉(zhuǎn)移強度高于K，這與前面生長后期各部位N、P、K的需求規(guī)律基本一致；施肥與不施肥相比，施肥有利于N、P、K養(yǎng)分向籽粒運輸，從而增加了收獲期植株養(yǎng)分總量中籽粒養(yǎng)分所占的比例，但增加幅度均較低。

表8 常規(guī)施肥肥料貢獻率

表9 養(yǎng)分收獲指數(shù)分析

3 結(jié)論與討論

實現(xiàn)作物高產(chǎn)和養(yǎng)分高效是轉(zhuǎn)變中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的迫切需求，也是保障我國糧食安全的長期需求[16]。因此本文通過了解四川盆地及山地玉米對養(yǎng)分的需求特性及當?shù)剞r(nóng)民習慣施肥模式下肥料的利用情況，為玉米科學合理施肥和研究配方肥奠定基礎(chǔ)。研究表明：四川盆地及山地地區(qū)玉米肥料養(yǎng)分釋放與玉米植株需求之間的協(xié)調(diào)性較差，即玉米播種～拔節(jié)期肥料釋放養(yǎng)分多，植株需求量少；吐絲～成熟期肥料養(yǎng)分極少或無，植株需求量多，使得肥料利用率低，嚴重影響玉米產(chǎn)量與品質(zhì)，因此應(yīng)適當減少前期養(yǎng)分供應(yīng)，加大中后期肥料的養(yǎng)分供應(yīng)，以期在玉米籽粒形成時予于充足的養(yǎng)分，提高玉米產(chǎn)量與質(zhì)量。

作物養(yǎng)分積累是生物量積累的基礎(chǔ)，顯著影響產(chǎn)量的形成。本研究表明，從生育期分析，玉米對需氮和磷養(yǎng)分的高峰期均為拔節(jié)期～抽雄期和吐絲期～成熟期，占整個生育期的60 %以上，需鉀高峰期是拔節(jié)期～吐絲期，占整個生育期的70 %；從部位分析，生育前期N、P、K主要分布在葉和莖中，生育后期N、P主要分布于籽粒中，鉀主要分布于莖和籽粒中，這與趙營等人[10-11]的研究結(jié)果基本一致，可見提高玉米生育中后期N、P、K的供給更有利于玉米產(chǎn)量形成。

合理施肥不僅是提高作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)，也是提升土壤養(yǎng)分含量、培肥地力的關(guān)鍵。玉米開花后根系養(yǎng)分吸收和營養(yǎng)體的轉(zhuǎn)移是子粒養(yǎng)分的主要來源。李文娟等[17]指出，營養(yǎng)器官N、P、K轉(zhuǎn)運量分別占子粒養(yǎng)分的54.5 %～60.6 %、56.0 %～85.8 %和52.4 %～100.0 %。本研究表明，四川盆地及山地區(qū)農(nóng)民習慣施肥模式下，肥料對玉米產(chǎn)量的貢獻率變幅為25.09～27.98 %；N、P、K的農(nóng)學利用率的變幅是4.47～5.81 kg/kg；施肥后N、P、K的收獲指數(shù)范圍分別為：0.65～0.67、0.64～0.66、0.30～0.33，這與當?shù)剞r(nóng)民施肥模式中重氮磷肥、輕鉀肥和前期投入量大于后期的習慣相關(guān)，使得玉米前期生長過旺，后期養(yǎng)分供應(yīng)不足，降低后期玉米籽粒對養(yǎng)分的吸收，使得籽粒N、P、K養(yǎng)分主要依靠從莖葉中轉(zhuǎn)運所得。

國內(nèi)外許多學者研究表明：不科學的施肥，造成肥料養(yǎng)分釋放與植株養(yǎng)分吸收不協(xié)調(diào)[18-19]及肥料利用率低[20]，是影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。在四川地區(qū)按目前玉米種植的施肥方式，肥料利用率較低，玉米的生產(chǎn)主要依靠土壤養(yǎng)分供應(yīng)，其施肥方式或施肥種類有待進一步改進。根據(jù)四川的情況可從以下幾個方面研究，提高肥料利用率：調(diào)整施肥時間和比例，提高對鉀肥的重視度，提升作物養(yǎng)分需求與肥料養(yǎng)分釋放的協(xié)調(diào)性，以減少肥料的損失；施用緩/控釋肥[21-22]；根據(jù)研究結(jié)果研制緩釋與速效為一體的玉米專用配方肥，以期減少勞動力投入，提高產(chǎn)質(zhì)量。