滴施不同水溶性磷肥對玉米產量形成的影響

劉 道，梁 飛，李全勝，田宇欣，賈宏濤，蔣平安*

（1．新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2．新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；3．農業農村部西北綠洲節水農業重點實驗室，新疆 石河子 832000）

玉米是糧食、飼料、加工、能源多元用途作物，2012年，玉米已經成為我國第一大糧食作物。滴灌施肥技術是國內外公認的一項高效灌溉和高效施肥技術［1］。玉米膜下滴灌是將覆膜種植技術與滴灌技術相結合的一種新的灌水技術。滴灌玉米在15000～18000 kg/hm2產量水平下，相比漫灌可以節水40%左右［2-3］；生育期間氮、磷、鉀肥用量分別為300～450、75～135、45～75 kg/hm2，相比漫灌整體上可節肥15%～25%［2，4-5］。

玉米是磷敏感作物，使用磷肥有利于保持土壤中有效磷的水平［6］，從而增加玉米株高、葉面積、穗粒數、穗長、百粒質量等，最終表現為增加產量及改善品質［7］。在氮、磷、鉀三大肥料中，磷的移動性最小，磷在土壤中擴散距離僅為3～4 cm［8］，土壤中施入磷肥后，由于土壤對磷的吸附和固定，使磷在較短的時間內有效性及移動性降低［9］，而滴灌施肥下磷素的移動性由土壤含水量、滴灌時間、施肥方式、土壤質地等眾多因素共同影響和決定，另外，磷的有效性和移動性與磷肥本身組成、形態及數量也有關系［9-13］。在滴灌玉米施肥方式上，大量研究表明磷肥隨水分次滴施對玉米生產具有積極意義［14-17］。而生產中越來越多的二元復合肥如滴灌一銨、滴灌二銨、全水溶性三元復合肥等通過灌溉施肥方式使用［18］，但由于不同種類磷肥在玉米水肥一體化中的效果研究較少，因此，選擇合適磷肥品種成為滴灌玉米磷肥使用的關鍵。本文以玉米為研究材料，通過設計不施肥及施用磷酸一銨、磷酸二銨、磷酸脲、磷酸二氫鉀、聚磷酸銨溶液5種水溶性磷肥6個處理進行試驗，以滴灌水肥一體化方式進行4年的大田試驗，研究不同滴灌磷肥下玉米的生長和產量，以期為干旱區滴灌玉米合理滴施磷肥提供科學依據，為進一步完善滴灌玉米水肥管理提供基礎。

1 材料與方法

1.1 供試區情況及供試材料

本試驗于2017～2020年5～10月在新疆石河子市的新疆農墾科學院農業農村部作物高效用水石河子科學觀測實驗站（45°38′ N，86°09′ E）進行。研究區域位于天山北麓的沖積扇平原，屬于典型的溫帶大陸性氣候，年均氣溫6.5～7.2℃，年均降水量115 mm、蒸發量1942 mm，蒸降比16.9＞10。試驗土壤為灌耕灰漠土（Calcaric Fluvisals），耕層土壤有機質7.14 g/kg，堿解氮34.30 mg/kg，有效磷18.0 mg/kg，速效鉀130.50 mg/kg，pH值8.2，土壤容重1.67 g/cm3，田間持水量17.7%。

供試玉米品種：鄭單958。供試肥料種類：①尿素：N≥46.4%，顆粒，新疆心連心能源化工有限公司提供；②磷酸一銨：N≥12%，P2O5≥61%，粉劑，成都尼達羅農業科技有限公司提供；③磷酸二銨：N≥18%，P2O5≥46%，粉劑，成都尼達羅農業科技有限公司提供；④磷酸脲：N≥17%，P2O5≥44%，粉劑，成都尼達羅農業科技有限公司提供；⑤磷酸二氫鉀：P2O5≥52%，K2O≥34%，晶體，成都尼達羅農業科技有限公司提供；⑥聚磷酸銨：N≥11%，P2O5≥37%，液體，廣西越洋科技股份有限公司提供；⑦硫酸鉀：K2O≥51%，粉劑，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司提供。

1.2 試驗設計

試驗設6個處理。（1）磷酸脲：UP，（2）磷酸二氫鉀：MKP，（3）聚磷酸銨溶液：APP，（4）磷酸二銨：DAP，（5）磷酸一銨：MAP，（6）不施磷肥（對照）：CK。除對照外，其他各處理氮、磷、鉀投入量相同，總投入量N：240 kg/hm2，P2O5：120 kg/hm2，K2O：60 kg/hm2。具體肥料用量、灌水施肥時間、灌水量和肥料施用次數按照生育期進行分配（表1）；隨機區組設計，重復3次，共18個小區，每個小區110 m2（5.5 m×20 m）。2017～2020年玉米播種日期分別為5月7日、4月28日、4月30日和4月26日，采用（30+80）cm 不等行距，1 膜 1管 2 行種植模式，每公頃126000株；采用內鑲式2.0 L/h出流量滴灌帶灌溉，灌水量為 4800 m3/hm2，每次各小區灌溉量保持一致，滴灌采用單獨施肥裝置，分別裝有獨立的水表，灌水量由供水支管與毛管連接處的水表與閥門共同控制，滿足試驗要求。其他管理措施與普遍生產管理模式保持一致。

表1 施肥灌水試驗設計 （kg/hm2）

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株生長發育指標測定

在玉米開花期（2017年7月20日、2018年7月18日、2019年7月14日、2020年7月15日）和成熟期（2017年8月28日、2018年8月25日、2019年8月22日、2020年9月2日）開展田間取樣與調查。

株高測定：在玉米的開花期，測量玉米植株土面量至（雄穗）頂端的高度，每個處理取 10 株測定后取平均值。

葉面積指數（LAI）測定：對每個小區在玉米的開花期選生長一致的玉米 10 株，測量綠葉葉面積。

葉綠素值（SPAD值）測定：采用SPAD-502葉綠素儀（Minolta，JPN），在玉米的開花期，田間小區每處理隨機連續選取 10 株玉米的穗位葉進行測定，取均值。

干物質：在玉米開花期和成熟期兩個時期進行取樣，每個處理取地上植株 4 株，在實驗室洗凈烘干，按器官（穗、莖稈和葉片）分類，105℃殺青，80℃烘干，稱取生物量。

1.3.2 干物質轉移量、干物質轉移效率和轉移干物質對籽粒的貢獻率計算

干物質轉移量=開花期干物質量-成熟期莖葉干物質量；

干物質轉移率（%）=干物質轉移量/開花期莖葉干物質量×100；

干物質轉移量對籽粒貢獻率（%）=干物質轉移量/籽粒產量×100。

1.3.3 產量及產量構成測定

在玉米完熟期（2017年10月2日、2018年10月6日、2019年10月3日、2020年10月5日）測產，每小區取出 20 個果穗稱鮮重并帶回風干，風干后考種，折合標準水（14%）計算單位面積產量，調查其有效株數、穗數、穗粒數、穗列數、千粒重，并分析產量構成因素。

1.3.4 經濟效益計算

經濟效益=籽粒產值-生產投入；籽粒產值=籽粒產量×單價。玉米生產投入成本按照當地4年平均生產成本計算。具體如下，地租成本：8000元/hm2；機械成本：1050 元/hm2；種子成本：600元/hm2；灌溉成本：750 元/hm2；農藥成本：450元/hm2；保險成本：90 元/hm2；勞動力成本1000元/hm2；肥料成本：磷酸脲4.4 元/kg，聚磷酸銨溶液5.6 元/kg，磷酸二氫鉀6.9 元/kg，磷酸一銨4.05 元/kg，磷酸二銨2.9 元/kg，尿素1.65 元/kg，硫酸鉀2.5 元/kg。2017年玉米籽粒1.5 元/kg，2018年玉米籽粒1.6 元/kg，2019年玉米籽粒1.78 元/kg，2020年玉米籽粒1.9 元/kg。

1.4 數據處理與分析

數據均采用SPSS 16.0與Excel 2007進行分析，Origin進行繪圖，用LSD進行多重比較確定差異的顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同水溶性磷肥對開花期玉米生長的影響

從圖1看出，在播種后滴施不同水溶性磷肥，各處理在開花期葉綠素值相對含量（SPAD值）4年總體表現為APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，除了2018和2020年APP處理的SPAD值顯著大于CK外，其余年份間各處理并無顯著差異。滴施不同水溶性磷肥對玉米株高存在一定差異，4年中不同磷肥類型對玉米株高的整體影響表現為APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，2020年株高數據中UP、APP和MAP處理之間無顯著差異。玉米葉面積指數（LAI）在玉米開花期4年整體表現為APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，2020年UP、APP和MAP處理的LAI都顯著高于其余3個處理。總體而言，滴施磷肥能促進玉米植株生長以及提高玉米花期葉面積指數，對于玉米葉綠素影響較小，其中APP、UP和MAP處理能顯著提高玉米株高以及葉面積指數。

圖1 不同水溶性磷肥處理下玉米開花期SPAD值、株高和LAI的變化

2.2 不同水溶性磷肥對玉米地上生物量的影響

玉米干物質積累是判斷玉米營養狀況的主要指標之一，也是衡量玉米水肥管理好壞的重要指標。從圖2可以看出，玉米開花期和成熟期4年總生物量整體表現為APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK。其中2017年，玉米開花期APP處理穗、莖和總生物量均顯著大于DAP和CK處理，UP和MAP處理穗生物量顯著高于CK處理，莖生物量和總生物量顯著高于DAP和CK處理；玉米成熟期APP處理穗生物量顯著高于除UP外的其他處理，總生物量顯著高于MKP、DAP和CK處理，UP和MAP處理莖生物量和總生物量顯著高于CK處理，葉生物量各處理之間無顯著差異。綜上所述，滴施不同水溶性磷肥有利于玉米開花期和成熟期地上生物量的積累，整體表現為APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK。

圖2 不同水溶性磷肥下玉米地上生物量變化

2.3 不同水溶性磷肥處理下的玉米開花前干物質累積和轉移

由表2可知，在2017、2019和2020年玉米干物質轉移量、轉移率和對籽粒的貢獻率APP處理最高，且顯著高于其他處理；其中干物質轉移量對籽粒貢獻率范圍在53%～74%之間。以上表明滴施APP可以促進干物質轉移，且其他處理較CK處理差異均不顯著。

表2 不同水溶性磷肥下玉米開花前干物質累積和轉移

2.4 不同水溶性磷肥對玉米產量及構成因素的影響

從表3可以看出，不同磷肥處理下玉米產量表現為APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK；4年產量分析UP和APP處理均顯著大于不施肥處理，APP處理相較于CK處理的增產幅度為19.1%～44.4%，UP處理相較于CK處理的增產幅度為14.7%～39.6%；MAP處理產量在2020年顯著大于CK處理，增產18.7%。就產量結構而言，穗長、穗粗、穗行數、穗列數和千粒重總體表現為UP、APP和MAP大于其他處理。2020年APP處理穗粗顯著大于MKP、DAP和CK處理，穗行數APP處理顯著高于CK處理，千粒重顯著大于其他處理；UP處理穗粗顯著大于MKP、DAP和CK處理，千粒重UP處理顯著大于CK處理；MAP處理穗粗顯著大于DAP和CK處理，千粒重顯著大于CK處理。綜上所述，滴施磷肥有利于玉米產量的形成，從而顯著提高玉米產量，但不同磷肥之間玉米產量具有差異，整體表現為APP和UP更有利于玉米產量形成。

表3 不同水溶性磷肥下玉米的產量與產量結構變化

2.5 不同磷肥的經濟效益分析

與CK處理相比，施磷肥能提高玉米的經濟效益，且5種水溶性磷肥中滴施APP經濟效益最高，4年平均值凈收益比CK處理增加4962 元/hm2。

表4 不同水溶性磷肥下的玉米經濟效益 （元/hm2）

3 討論

磷的吸收利用直接影響著作物的生長和發育，從而影響作物的產量［19］。而在土壤中磷素的不同化學行為和不同存在形態下作物對磷素的吸收利用不同［20］，并且土壤磷素形態與磷肥品種密切相關。

3.1 不同水溶性磷肥對玉米生長的影響

本研究表明，滴施磷肥能顯著提高玉米株高和開花期LAI，這與李瑞珂［21］的研究結果相同，與薛垠鑫等［22］玉米株高受磷肥影響較小的研究結果不一致，可能因為本試驗設計了不同磷肥品種之間的比較，而薛垠鑫等［22］研究中只在同種磷肥不同使用量水平上與氮、鉀對玉米株高進行比較。本研究不同磷肥類型對玉米株高和葉面積指數的整體影響表現為APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，其中UP、APP和MAP處理株高與LAI都顯著高于其他3個處理。這可能是因為UP和MAP是酸性肥料，施入石灰性土壤后，肥料中的游離酸以及磷肥水解產生的酸可降低土壤pH，增加了磷在土壤中的移動性，減少被固定，APP是聚合磷肥，磷酸根聚合以后，減少了磷在土壤中的固定；從而促進玉米根系對磷素的吸收［23］。磷酸二氫鉀雖然是酸性磷肥，但由于施入的磷酸二氫鉀主要轉化為溶解性不高的Al-P和Fe-P，不利于作物吸收［24-25］。本研究表明施用磷肥對開花期葉綠素含量影響不明顯，這與王重鋒［26］的研究結果相同。何萍等［27］研究認為，磷直接參與了光合作用，包括光反應和暗反應，磷對葉片光合強度的影響主要是對玉米葉片厚度、光合過程和植株整個代謝活動作用的結果，而對葉片葉綠素無明顯的影響。

3.2 不同水溶性磷肥對玉米地上生物量和干物質轉移的影響

本研究表明，地上部總生物量在玉米開花期和成熟期不同磷肥處理表現為APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，其中APP相對于其他處理主要表現為穗生物量的顯著增加。這主要由于玉米開花期到成熟期是籽粒形成的關鍵時期，磷素的吸收有利于籽粒的形成，尤其是在玉米生育后期，此階段根系生長旺盛，由于APP處理深層土壤有效磷含量相比其他磷肥處理更高，土壤中的磷素分布誘導玉米根系向下發展，更利于玉米的根系發育，從而吸收較多的磷素養分，以滿足玉米后期對磷素的需求［28］。在2017、2019和2020年玉米干物質轉移量、轉移率和對籽粒貢獻率均為APP處理最高，且顯著高于其他處理；其中干物質轉移量對籽粒的貢獻率范圍在53%～74%之間，這表明滴施APP有利于干物質轉移。這可能由于滴施APP后，其在土壤中能逐漸釋放螯合的中微量元素供給玉米生長所需［29］。而中微量元素與氮、磷、鉀肥的合理施用能有效地促進玉米植株生育前期總生物量的積累，提高生育后期的干物質轉移能力，并且提高了光合產物向生殖器官的分配能力［30］。

3.3 不同水溶性磷肥對玉米產量及構成因素的影響

本研究表明，施磷對玉米產量和產量構成因素都有積極意義，且不同水溶性磷肥對玉米產量及構成因素都具有顯著差異，產量總體表現為聚磷酸銨溶液＞磷酸脲＞磷酸一銨＞磷酸二氫鉀＞磷酸二銨。滴施聚磷酸銨溶液、磷酸脲和磷酸一銨3個處理顯著提高了玉米產量，且分別對于不施磷肥的增產范圍 為19.1%～44.4%和14.7%～39.6%，MAP在2020年相比CK增產率為18.7%。這與張皓禹等［28］的研究結果相同，但與其研究表明聚磷酸銨處理的玉米產量顯著高于磷酸脲和磷酸一銨的結果不同，本研究顯示產量上聚磷酸銨溶液高于磷酸脲和磷酸一銨，但并無顯著差異，這可能與試驗條件和時間有關，本試驗進行了4年的大田試驗，在不同年份之間各處理的差異性會有不同，這可能是因為不同年份氣候不同，但其整體表現規律不變。而穗長、穗列數、穗行數和穗粗以及千粒重是玉米產量構成的重要因素，整體規律都表現為聚磷酸銨溶液對產量構成影響最大，其次是磷酸脲與磷酸一銨，這可能因為MAP施入石灰性土壤后，能使土壤中碳酸鹽及土壤中原有難溶性鐵、鋁礦物發生分解，引起肥料磷固定并限制肥料磷遷移［31］，雖然滴施磷酸脲能降低石灰性土壤的pH，并且改善土壤環境及活化土壤中的磷素［32］，但APP磷肥在土壤的水解作用下能逐漸水解為正磷酸根，更有利于玉米根系吸收，從而降低磷素沉淀機率［33］，提升玉米產量。

4 結論

（1）滴施不同水溶性磷肥能顯著提高玉米株高和玉米開花期的葉面積指數，且整體表現為聚磷酸銨溶液＞磷酸脲＞磷酸一銨＞磷酸二氫鉀＞磷酸二銨。

（2）滴施聚磷酸銨、磷酸脲和磷酸一銨相比滴施磷酸二氫鉀和磷酸二銨能顯著提高玉米花期和成熟期的地上生物量，促進玉米干物質轉移，其中滴施聚磷酸銨溶液對提高玉米地上生物量和增強干物質轉移能力表現最優。

（3）滴施聚磷酸銨、磷酸脲和磷酸一銨能顯著提高玉米產量，從而增加玉米經濟效益。在等量水分和氮、磷、鉀條件下，玉米產量表現為聚磷酸銨溶液＞磷酸脲＞磷酸一銨＞磷酸二氫鉀＞磷酸二銨，聚磷酸銨溶液相較于不施磷肥增產幅度為19.1%～44.4%；磷酸脲相較于不施磷肥的增產幅度為14.7%～39.6%；磷酸一銨在2020年產量較不施磷肥顯著增加18.7%。滴施聚磷酸銨溶液相較于其他處理玉米經濟效益最高。

綜上所述，在新疆滴灌玉米的磷肥選擇中，聚磷酸銨、磷酸脲和磷酸一銨在促進玉米生長、干物質轉移和提升產量上優于磷酸二氫鉀和磷酸二銨，其中滴施聚磷酸銨溶液效果最好。在經濟效益和產量提升上，滴施聚磷酸銨溶液是滴灌磷肥的最優選擇，其次是磷酸脲和磷酸一銨。