不同磷素用量對玉米氮磷鉀養分分配及產量的影響

高文龍 崔浩 馮木彩 張贏心 高占 賈志越 盧英進 劉樹堂

摘要：為研究不同磷素用量對玉米氮磷鉀養分分配以及玉米產量和磷肥利用率的影響，以魯單818玉米為試驗材料，設置0（P1）、20 （P2）、40 （P3）、60 （P4）、80 （P5）、100 kg/hm2（P6）共6個磷素處理水平，測定玉米各個器官氮磷鉀累積含量、玉米產量以及磷肥利用率。結果表明，施用磷肥能夠顯著提高玉米養分累積量和玉米產量（P<0.05），其中 100 kg/hm2 磷肥處理的玉米氮、磷、鉀含量較不施磷肥分別提高了37.95%、54.15%、48.12%，另外玉米干物質積累量、穗長、行粒數、百粒質量、產量較不施磷肥處理分別提高12.15%、18.18%、22.22%、9.21%、21.68%;施用磷肥可以顯著提高玉米各器官的氮磷鉀含量，養分在玉米植株各器官中的分布規律：氮素含量表現為籽粒>葉葉>莖稈>根系，磷素含量表現為為籽粒>葉片>莖稈>根系，鉀素含量表現為葉片>莖稈>籽粒>根系;磷肥利用率、磷肥農學效率、磷肥偏生產力、磷素吸收效率均隨磷素用量的增加而下降，100 kg/hm2磷素用量時分別為17.46%、20.79 kg/kg、116.21 kg/kg、0.56 kg/kg。當磷素用量為100 kg/hm2時玉米產量最高，當磷素用量為60～80 kg/hm2時既可以保證高產又可以保持較高的磷肥利用率。

關鍵詞：磷素用量;玉米;養分吸收;產量構成;養分利用效率

中圖分類號： S513.06文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）12-0075-06

收稿日期：2021-09-11

基金項目：山東省農業重大應用技術創新項目（編號：SD2019ZZ013）;山東省科技特派員行動計劃 （編號：2020KJTPY075）。

作者簡介：高文龍（1997—），男，山東臨沂人，碩士研究生，主要從事植物營養研究。E-mail：gwl0313@163.com。

通信作者：劉樹堂，博士，教授，碩士生導師，主要從事植物營養與施肥技術研究。E-mail：liushutang212@163.com。

磷是植物生長發育所必需的營養元素之一，參與植物體的構成以及新陳代謝等過程[1]。土壤中只有少量的有效磷可以供作物吸收利用[2]，因此農業生產上需施用磷肥來提高作物產量。但是由于磷肥當季利用率低，在1980—2010年間磷肥用量增長了2倍，而糧食產量僅提高70%[3]，并且過量以及不合理地施用磷肥也造成土壤磷素累積、水體富營養化等環境問題，最終導致磷肥資源的浪費以及生產成本的提高[4]。

玉米作為主要的農作物之一，對我國糧食安全和經濟發展具有重要影響[5]。氮磷鉀在玉米器官中的養分積累分配對玉米產量以及品質具有顯著影響[6]，掌握玉米養分吸收累積的特點能夠為合理施肥提供科學的理論依據[7]。李川等發現，隨著生育期的進行，玉米植株內磷素含量逐漸增加，并在鮮食期達到最大值[8]。李文娟等發現，灌漿期以后，玉米體內的磷素有56.0%～85.8%來自于營養器官的轉運[9]。隨著施磷量的增加，籽粒的磷素累積量先增加后降低，而磷肥利用率則逐漸降低[10-11]。前人研究多集中在肥料以及氮素對玉米養分分配以及產量的影響，本試驗通過設置不同的磷素用量來研究磷素對玉米養分分配、產量以及肥料利用率的影響，以期為玉米生產中合理施用磷肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2020年6月28日在青島農業大學萊陽試驗站栽培池（120.7°E，36.9°N）進行，栽培池長×寬為2 m×2 m，深1.5 m，栽培池之間用水泥層隔斷。土壤為棕壤，pH值為6.5，有機質含量12.93 g/kg，全氮含量0.77 mg/kg，堿解氮含量59.85 mg/kg，有效磷含量30.52 mg/kg，速效鉀含量112.60 mg/kg。玉米品種為魯單818，行距60 cm，株距20 cm，試驗共設6個處理（表1），4次重復。所施肥料中氮肥為尿素（氮含量46%）、磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量14.5%），鉀肥為氯化鉀（K2O含量62.67%）。2020年6月28日播種，磷肥和鉀肥全部作基肥一次施入，氮肥分3次施入，分別在播種期、大喇叭口期、抽雄期施入總量的30%、30%、40%。玉米整個生育期內管理方式相同，如灌溉、除草、追肥等。

1.2 測定方法

土壤全氮含量用H2SO4-H2O2消煮，半微量凱氏定氮儀法測定;堿解氮含量用堿解擴散法測定;有效磷含量用鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量用火焰光度計測定;有機質含量用外加熱法測定[12]。

玉米成熟期收獲以后進行玉米考種，測量玉米穗長、穗行數、行粒數、百粒質量、產量等指標。植物養分含量測定：采集各小區成熟期玉米全株，把根、莖、葉、籽粒等器官分開，在105 ℃殺青1 h，75 ℃ 烘干至恒質量，測定干物質積累量;采用 H2SO4-H2O2 消煮，半微量凱氏定氮儀法測定玉米植株全氮含量;用釩鉬酸銨比色法測定植株全磷含量;用火焰光度計測定植株全鉀含量[12]。

養分含量及利用效率的計算公式：

植株（器官）養分積累量=植株（器官）生物量×植株（器官）養分含量[6];

磷肥利用率（REP）=（施磷區地上部吸磷量-不施磷區地上部吸磷量）/磷肥用量[13];

磷肥農學效率（AEP）=（施磷處理籽粒產量-不施磷處理籽粒產量）/施磷量[13];

磷肥偏生產力（FPP）=施磷處理籽粒產量/施磷量[13];

磷素吸收效率（UPEP）=植株磷素積累量/施磷量[13]。

1.3 統計分析

試驗結果采用Excel 013、Orinin 018和DPS軟件進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同磷素用量對土壤養分含量的影響

從表2可以看出，不同的磷素用量對土壤有機質和速效鉀的含量沒有顯著影響。土壤中有效磷含量以P6處理最高，其次是P2處理，較P1處理分別提高20.49%、10.78%。另外，土壤全氮含量表現為P1處理>P2處理>P3處理>P5處理>P4處理>P6處理，其中P6處理的全氮含量較P1處理降低了14.61%，P2處理較P1處理降低了7.87%。堿解氮含量是反映土壤供氮能力的指標，P6處理的堿解氮含量最低，其次是P5處理，與P1處理相比分別降低了16.75%、15.36%，P2處理較P1處理也降低了10.22%。試驗結束后，各個處理的土壤中堿解氮含量均高于基礎土壤，這可能是施用氮肥造成的。說明施用磷素對土壤有機質及速效鉀含量的影響不顯著，但是對土壤氮含量的影響顯著，這可能是磷素的施用促進了玉米對氮素的吸收。

2.2 不同磷素用量對玉米干物質總量的影響

由圖1可知，隨磷肥用量的增加，玉米干物質積累量也在逐漸增加，各施肥處理的玉米干物質積累量均高于不施磷肥（P1）處理。各個施肥處理之間的玉米干物質積累量具體表現為P6處理>P5處理>P4處理>P3處理>P2處理>P1處理，其中P6處理的干物質積累量最高，為24.04 t/hm2，其次是P5處理（23.77 t/hm2），P2處理為22.40 t/hm2，三者較P1處理分別提高了12.15%、10.90%、4.53%。說明施用磷肥能提高玉米干物質量的累積。

2.3 不同磷素用量對玉米各器官中氮素含量的影響

由圖2可知，玉米植株各器官中的氮素累積量表現為籽粒>葉片>莖稈>根系;另外，不同磷肥施用量處理下玉米植株中氮素總累積量表現為P6處理>P5處理>P4處理>P2處理>P3處理>P1處理，其中P6處理的氮素累積量最高，為327.25 kg/hm2，其次是P5處理（293.84 kg/hm2），P2處理為 64.67 kg/hm2，三者較P1處理分別高出37.95%、23.86%、11.56%。玉米根、莖、葉、籽粒中氮素含量隨磷肥用量的增加呈現升高趨勢，其中，P6處理較P1處理分別提高39.20%、78.35%、75.28%、18.34%，P5處理較P1處理分別提高29.52%、71.24%、38.62%、11.52%，P2處理的根系中氮素含量和P1處理無顯著差異，莖、葉、籽粒中氮素含量較P1處理分別顯著高出23.70%、11.25%、10.76%。結果表明，施用磷肥能夠有效提高玉米根、莖、葉以及籽粒中的氮素累積量，說明磷肥的施用促進了玉米對氮素的吸收和累積。

2.4 不同磷素用量對玉米各器官中磷素含量的影響

由圖3可知，磷素在玉米各器官中的累積量表現為籽粒>葉片>莖稈>根系;不同磷肥施用量處理下玉米植株磷素總累積量表現為P6處理>P5處理>P4處理>P3處理>P2處理>P1處理。其中，P6處理的磷素累積量最高，為68.94 kg/hm2，其次是P5處理（62.27 kg/hm2），P2處理為53.91 kg/hm2，三者較P1處理分別高出54.15%、39.24%、20.56%。施用磷肥增加了玉米根、莖、葉、籽粒中的磷素累積量，其中P6處理較P1處理分別提高64.16%、47.96%、115.87%、34.99%，P5處理較P1處理分別提高59.67%、51.53%、57.64%、31.16%，P2處理較P1處理分別高出5.34%、20.55%、10.59%、24.29%。結果表明，施用磷肥能夠有效提高玉米植株中磷素累積量，其中葉片中磷素累積量增加效果最顯著，這可能是由于磷參與光合作用，顯著提高了玉米葉片中磷的含量。

2.5 不同磷素用量對玉米各器官中鉀素含量的影響

由圖4可知，鉀素在玉米各器官的累積量表現為葉片>莖稈>籽粒>根系;不同磷肥施用量處理下玉米植株鉀素總累積量表現為P6處理>P5處理>P4處理>P2處理>P3處理>P1處理。其中，P6處理的鉀素累積總量最高，為170.18 kg/hm2，其次是P5處理（163.60 kg/hm2），P2處理為132.17 kg/hm2，三者較P1處理分別高出48.12%、42.33%、15.04%。施用磷肥增加了玉米根、莖、葉、籽粒中的鉀素累積量，其中P6處理較P1處理分別提高67.30%、65.04%、57.52%、16.55%，P5處理較P1處理分別提高74.57%、60.74%、49.33%、10.59%，P2處理較P1處理分別高出33.02%、35.28%、7.00%、6.28%。結果表明，施用磷素可以提高玉米植株中鉀素的累積，這可能是磷肥的使用促進了玉米的生長發育，進而提高了玉米對其他養分的吸收和累積。

2.6 不同磷素用量對玉米產量構成的影響

從表3可以看出，各個處理間玉米穗行數沒有顯著差異;另外，不同磷肥用量處理的玉米產量均大于不施磷肥處理，不同磷肥用量對玉米穗長、行粒數以及產量的影響均表現為P6處理>P5處理≥P4處理>P3處理>P2處理>P1處理，其中P6處理的玉米穗長、行粒數、百粒質量和產量均最高，較P1處理分別提高了18.18%、22.22%、9.21%、21.68%，其次是P5處理，較P1處理分別提高7.39%、18.52%、3.42%、19.58%，P2處理較P1處理也分別提高1.14%、11.11%、3.93%、7.64%。試驗結果表明，施用磷肥可以提高玉米穗長、行粒數、百粒質量等指標，從而提高玉米產量，尤其是對百粒質量和穗長的提高效果最好，因此合理施用磷肥對提高玉米產量至關重要。

2.7 不同磷素用量對玉米磷肥利用效率的影響

從表4可以看出，隨著磷肥施用量的增加，玉米磷肥利用率、磷肥農學效率、磷肥偏生產力以及磷素吸收效率逐漸下降。其中，P6處理較P2處理的磷肥利用效率下降27.87百分點，磷肥農學效率下降44.41%，磷肥偏生產力下降77.41%，磷素吸收效率下降76.37%。通過不同磷素用量對玉米磷肥利用效率的影響進行比較可以發現，施用磷肥可以有效提高玉米產量，但是隨磷肥施用量的增加，磷肥利用效率也在逐漸降低，因此選擇合理的磷肥用量對于保證玉米產量，提高磷肥利用效率至關重要。

2.8 不同磷素用量與產量、磷肥利用率的關系

由圖5可知，對玉米產量、磷肥利用率與磷素用量進行擬合，得出玉米產量與磷肥施用量的回歸方程為y=41.245x-2.201x2+9 473.100（r2=0.930 8），根據方程可以得出，當磷肥用量為 103 kg/hm2 時，玉米產量達到最大值。磷肥利用率和磷肥用量之間的關系為y=188.11x-0.544（r2=0.796 ），可以看出，隨著磷肥用量的增加磷肥利用率逐漸降低。通過分析產量和磷肥利用率得出，在該試驗條件下磷素用量在60～80 kg/hm2時能保證產量和磷肥利用率。

3 討論與結論

磷是植物生長發育不可缺少的營養元素，磷肥的合理施用是保證玉米產量的重要措施，本試驗結果表明，增施磷肥能促進玉米對氮磷鉀養分的累積，有利于提高玉米產量，這與江帆等的研究結果[14]一致。雖施用磷肥提高了籽粒的氮素含量，但不同磷肥用量處理之間的籽粒氮素含量增加不明顯。氮素在玉米各器官中的含量表現為籽粒>葉片>莖稈>根系，這與王安臻等的研究結果[6]一致。本研究結果表明，磷素在各器官中的累積量表現為籽粒>葉片>莖稈>根系，增施磷肥顯著增加了玉米籽粒和葉片中磷素累積量，但磷肥用量在 0～80 kg/hm2 時籽粒中磷素累積量差異不顯著，這與顏曉軍等的研究結果[15]一致。鉀素在植株中的累積量常因作物種類和器官不同而有所區別[6]，本研究結果表明，玉米各器官中鉀素含量表現為葉片>莖稈>籽粒>根系，試驗結果顯示，鉀素主要存在于葉片中，這與楊歡等的研究結果[16]存在差異，可能是由玉米品種以及葉鞘的劃分不同造成的。

從土壤養分的角度看，施用磷肥的處理土壤全氮、堿解氮含量有所降低，但土壤中有機質以及速效鉀含量變化不顯著，這可能是由于氮磷交互作用促進了玉米對氮素的吸收，而鉀素在土壤中移動性較強，從而導致含量變化不顯著，這與吳啟華等的研究結果[17]一致。干物質累積是玉米生長發育的基礎，本研究結果表明，增施磷肥可以顯著增加玉米干物質積累量，這與前人的研究結果[18-19]一致。

本研究結果表明，隨著磷肥用量的增加，玉米穗長、行粒數、百粒質量以及產量都明顯增加，這與郝中明等的研究結果[13]一致。玉米磷肥利用率、磷肥偏生產力、磷素吸收效率、磷肥農學效率均隨施磷量的增加而降低，這與李前等的研究結果[20]一致。

綜上，施用磷肥可以促進玉米對土壤中氮磷鉀養分的吸收，提高玉米植株中氮磷鉀養分累積量，促進玉米籽粒中養分累積，最終提高玉米產量;但隨磷肥用量的增加，玉米產量的提高逐漸減小，磷肥利用率也在逐漸下降，最終造成生產成本的升高、磷肥流失浪費以及環境污染等問題。因此，在本試驗條件下，結合玉米產量、養分累積、磷肥利用率等指標，磷肥施用量在60～80 kg/hm2 時既能保證玉米產量，又能實現磷肥減施增效的目的。

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