氮磷鉀配比對玉米干物質(zhì)積累、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

李波++史文璐

摘要：灌溉施肥條件下氮磷鉀配比的確定有利于提高水肥利用率。通過田間小區(qū)試驗研究膜下滴灌條件下不同氮磷鉀配比對玉米不同生育期和不同器官的干物質(zhì)積累、玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在試驗條件下，當?shù)⒘?、鉀施肥量分別為120、60、60 kg/hm2時，玉米各時期莖、葉、穗的干物質(zhì)量以及玉米籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、淀粉含量均較高。

關(guān)鍵詞：玉米；氮磷鉀配比；干物質(zhì)積累；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號： S513.06文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0085-04

收稿日期：2015-04-22

基金項目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（編號：201303125）。

作者簡介：李波（1969—），女，遼寧沈陽人，博士，副教授，主要從事生態(tài)環(huán)境、節(jié)水灌溉理論和技術(shù)研究。E-mail：liboluck@126.com。膜下滴灌水肥一體化是一種局部、高頻率的灌溉施肥技術(shù)，可使作物近根區(qū)保持較高濕度及適宜養(yǎng)分體積分數(shù)[1-2]。該技術(shù)不僅具有滴灌省水、省工、增產(chǎn)、高效、適用性強等優(yōu)點，又能發(fā)揮地膜覆蓋技術(shù)保水、保墑、增加土壤積溫和微生物活性、減少化學物質(zhì)淋失的特長，已被廣泛應(yīng)用于水稻、花生、棉花[3-5]等各類作物，相關(guān)研究也不斷深入。合理施肥是實現(xiàn)作物高產(chǎn)的重要措施之一，也是調(diào)控生物產(chǎn)量及組分動態(tài)轉(zhuǎn)化的重要手段。了解施肥對作物干物質(zhì)積累和養(yǎng)分吸收的影響規(guī)律，有助于采取有效措施調(diào)控作物生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量[6-7]。氮、磷、鉀是玉米生長發(fā)育不可缺少的元素，對提高玉米產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用。研究表明，增施氮肥、磷肥、鉀肥可提高玉米的干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率，從而提高玉米產(chǎn)量及品質(zhì)[8-10]。目前，關(guān)于膜下滴灌施肥條件下氮磷鉀配比對沈陽地區(qū)玉米干物質(zhì)積累及品質(zhì)影響的研究較少，不利于該地區(qū)玉米生產(chǎn)節(jié)水灌溉施肥技術(shù)的推廣和應(yīng)用。本研究通過田間小區(qū)試驗探討膜下滴灌施肥條件下氮磷鉀配比對玉米植株干物質(zhì)積累、玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，確定氮磷鉀肥料的最佳用量和配比，為玉米生產(chǎn)中合理施肥提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2014年5—9月在沈陽農(nóng)業(yè)大學試驗基地進行，該基地位于41°49′26.26″N、123°34′00.72″E，海拔 55 m，年平均氣溫11 ℃，年平均降水量721.9 mm，年平均蒸發(fā)量 1 300 mm，無霜期183 d。災害天氣主要為春季干旱、夏季暴雨。土壤為沙性棕壤土，其耕層基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：全氮含量3.03 g/kg，全磷含量3.58 g/kg，全鉀含量23.17 g/kg，速效氮含量201.68 mg/kg，速效磷含量372.78 mg/kg，速效鉀含量635.46 mg/kg，有機質(zhì)含量33.91 g/kg，pH值7.13。

1.2試驗設(shè)計

供試玉米品種為美津599。灌溉方式為膜下重力滴灌，滴灌管直徑16 mm、壁厚0.6 mm、滴頭間距30 cm、流量 2.4 L/h。試驗小區(qū)共設(shè)置5個處理，每個處理3次重復，每個小區(qū)行長16 m、行距3 m、株距30 cm、小區(qū)面積48 m2。

根據(jù)農(nóng)業(yè)部專家組（2012年）測土配方施肥成果，對遼寧省不同產(chǎn)量水平的玉米施肥提出分類指導建議。試驗以4種不同的氮磷鉀施肥配比為變量，各處理的氮磷鉀施肥量及配比見表1。表中數(shù)值為玉米整個生育期的追肥總量，生育期內(nèi)共追施2次，每次追施施肥總量的一半，分別于小區(qū)內(nèi)50%以上的玉米達到拔節(jié)期、抽雄期時開始追肥。

表1施肥水平設(shè)計

處理代號肥料用量（kg/hm2）N P2O5 K2ON ∶P2O5 ∶K2OCK000Ⅰ26339521 ∶0.15 ∶0.20Ⅱ22575451 ∶0.33 ∶0.20Ⅲ19593781 ∶0.48 ∶0.40Ⅳ12060601 ∶0.50 ∶0.50

1.3測定項目與方法

分別于拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期測定干物質(zhì)量。在每個小區(qū)中間2行隨機抽選3株進行取樣，將樣品放于紗網(wǎng)袋中，自然風干至恒質(zhì)量后進行稱量。玉米籽粒的蛋白質(zhì)、可溶性糖、淀粉均采用FOSS infratec TM 1241 Analyzer型近紅外快速品質(zhì)分析儀測定。在玉米果實成熟期，每個小區(qū)取20株測定產(chǎn)量，并換算為單位面積產(chǎn)量。

1.4統(tǒng)計分析

采用Matlab軟件、SPSS 19.0軟件、Excel 2013軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

2.1膜下滴灌條件下氮磷鉀配比對玉米生長的影響

2.1.1氮磷鉀配比對不同器官干物質(zhì)積累的影響氮磷鉀配比對沈陽地區(qū)玉米不同器官干物質(zhì)積累與分配的影響見圖1。干物質(zhì)積累量隨著玉米生長不斷增加，直至成熟。拔節(jié)期植株生長較為緩慢，干物質(zhì)積累量少，各器官干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為莖>葉，分別占植株總干物質(zhì)量的53.74%～58.04%、41.21%～46.26%。Ⅳ處理莖、葉的干物質(zhì)量最高，CK莖、葉的干物質(zhì)量最低，表明在一定范圍內(nèi)氮磷鉀肥施用過多會導致作物生長過于茂盛、群體過大，而施用量過少則不利于干物質(zhì)的積累。

在大喇叭口期至灌漿期，玉米在營養(yǎng)增加的同時進行生長，各器官積累的干物質(zhì)量大幅度增加，干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為莖>葉>穗，分別占植株總干物質(zhì)量的39.76%～42.88%、29.50%～32.61%、25.24%～28.78%。Ⅳ處理莖干物質(zhì)量最高，達120 g/株，比莖干物質(zhì)量最低的CK（99.52 g/株）高 20.6%；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ處理間差異不明顯，而與其他處理差異明顯。Ⅳ處理葉干物質(zhì)量最高，達94.95 g/株，與其他處理差異明顯。Ⅳ處理穗干物質(zhì)量最高，其次為Ⅲ處理，施氮更有利于穗部干物質(zhì)量的積累。

在灌漿期至成熟期，莖、葉的干物質(zhì)量達到最大值，穗部干物質(zhì)累積量明顯增加，表明營養(yǎng)物質(zhì)主要被運至籽粒中以滿足其生長需要，干物質(zhì)量表現(xiàn)為穗>莖>葉。各器官干物質(zhì)量在不同處理間存在顯著差異，莖、葉、穗干物質(zhì)量均為Ⅳ處理最高。成熟期穗部干物質(zhì)量最高的為Ⅳ處理，與其他各處理差異明顯。單株干物質(zhì)量最高為626.24 g/株，各處理大小依次為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK。在一定范圍內(nèi)，籽粒的干物質(zhì)量、植株總干物質(zhì)量均隨施氮磷鉀量的增加呈先增后降的趨勢。

2.1.2氮磷鉀配比對葉干質(zhì)量的影響作物生產(chǎn)歸根結(jié)底依賴于葉片的光合作用；因此，作物栽培的主要目的之一是形成具有高光合能力的葉片，并依靠葉片提高單位面積產(chǎn)量。葉干質(zhì)量是衡量葉片光合能力、葉片質(zhì)量的重要指標之一。由圖2可知，拔節(jié)期至灌漿期植株不斷生長，各處理玉米葉干質(zhì)量均呈上升趨勢；灌漿期至成熟期則均呈下降趨勢，葉干質(zhì)量表現(xiàn)為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK。其中，拔節(jié)期各處理葉片干質(zhì)量差別不大；拔節(jié)期至大喇叭口期，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ處理葉干質(zhì)量優(yōu)勢大，Ⅰ、CK處理葉干質(zhì)量較??；大喇叭口期至灌漿期，Ⅲ、Ⅳ處理葉干質(zhì)量優(yōu)勢明顯；至籽粒形成期各處理葉干質(zhì)量均達到最大值，之后開始下降，各處理葉干質(zhì)量由大到小依次為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK?？梢?，籽粒形成后葉片制造光合產(chǎn)物并轉(zhuǎn)向穗部，生物產(chǎn)量開始轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟產(chǎn)量。

2.1.3氮磷鉀配比對莖干質(zhì)量的影響玉米莖稈在玉米各生育時期均具有特殊作用。除株高、莖粗等指標外，干質(zhì)量也是衡量玉米莖稈質(zhì)量的重要指標。由圖3可知，CK與不同施肥水平處理有明顯差異，但莖干質(zhì)量仍表現(xiàn)為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK，表明不同氮磷鉀配比對莖干質(zhì)量具有明顯影響。拔節(jié)期至成熟期，玉米莖稈干質(zhì)量不斷增加，施肥水平對玉米莖稈干質(zhì)量的影響愈加明顯；在灌漿期，CK莖稈干質(zhì)量處于較低水平，Ⅰ、Ⅱ處理莖稈干質(zhì)量均處于中間水平，Ⅲ、Ⅳ處理莖稈干質(zhì)量均處于較高水平，表明莖稈干物質(zhì)積累與施鉀水平呈負相關(guān)。至籽粒成熟期，各處理莖稈干質(zhì)量差異不明顯，可能是莖稈先前貯存的干物質(zhì)大量轉(zhuǎn)移至穗部所致。

2.2膜下滴灌條件下氮磷鉀配比對玉米品質(zhì)的影響

2.2.1氮磷鉀配比對玉米蛋白質(zhì)含量的影響蛋白質(zhì)含量是衡量玉米品質(zhì)及營養(yǎng)價值的重要指標。由圖4可知，不同施肥處理的蛋白質(zhì)含量大小為：Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ>CK；與CK相比，各施肥處理的蛋白質(zhì)含量分別增加22.28%、18.35%、16.64%、15.73%，表明不同施肥處理對玉米蛋白質(zhì)含量的影響具有明顯差異。

對不同施肥處理和玉米蛋白質(zhì)含量進行方差分析（表2），顯著性為0.001，達到極顯著水平（P<0.01），表明不同施肥處理對玉米蛋白質(zhì)含量具有極顯著影響。

2.2.2氮磷鉀配比對玉米淀粉含量的影響淀粉是玉米重要的營養(yǎng)物質(zhì)之一，有著一系列獨特性能，在食品、糖果、飼料等工業(yè)中具有重大作用。由圖5可知，不同施肥處理的淀粉含量大小為：Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ>CK；與CK相比，各施肥處理的淀粉含量分別增加了6.96%、6.19%、5.65%、5.41%，表明施肥有助于玉米中淀粉的形成。

對不同施肥處理和玉米淀粉含量進行方差分析（表3），顯著性為0.002，達到極顯著水平（P<0.01），表明不同施肥處理對玉米淀粉含量具有極顯著影響。

2.2.3氮磷鉀配比對玉米脂肪含量的影響由圖6可知，氮、磷、鉀調(diào)控對脂肪含量影響較小。不同施肥處理的脂肪含量大小為：Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK；與CK相比，各施肥處理的脂肪含量分別增加了3.86%、2.97%、1.78%、0.88%。

對不同施肥處理和玉米脂肪含量進行方差分析（表4），顯著性為0.762，未達到顯著水平，表明不同施肥處理對玉米脂肪含量無顯著影響，這可能與玉米的品種有關(guān)。

2.3膜下滴灌條件下氮磷鉀配比對玉米產(chǎn)量的影響

由不同氮磷鉀配比對沈陽地區(qū)玉米產(chǎn)量的影響（圖7）可知，不同施肥處理對玉米產(chǎn)量具有顯著影響，各處理的產(chǎn)量大

小為：Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK；與CK相比，各施肥處理的產(chǎn)量分別增加了30.55%、26.35%、15.23%、11.01%。由不同施肥量與施肥配比可知，在施肥量較少的情況下，Ⅲ、Ⅳ處理通過氮、磷、鉀肥的均衡配施使玉米產(chǎn)量在各處理中最高，表明均衡施肥可增強土壤生產(chǎn)能力、提高玉米產(chǎn)量。不均衡施肥將導致土壤生產(chǎn)能力降低，各項生理指標的構(gòu)成因素均不同程度降低，從而使不均衡施肥的玉米產(chǎn)量降低。

對不同施肥處理和玉米產(chǎn)量進行方差分析（表5），顯著性為0.000，達到極顯著水平（P<0.01），表明不同施肥處理對玉米產(chǎn)量具有極顯著影響。

2.4氮磷鉀最佳配比的確定

在玉米實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)者面對各種肥料用量時往往無從選擇，難以找到最適合所種植作物的配比用量。為確定玉米生產(chǎn)的最佳肥料配比模式，從高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、增益的角度綜合分析5種肥料配比模式下的產(chǎn)量、蛋白質(zhì)指標，實測數(shù)據(jù)、特征向量矩陣、累積貢獻率分別見表6至表8。

將特征向量與標準化后的數(shù)據(jù)相乘，可得第1、第2主成分表達式：

根據(jù)主成分綜合模型計算綜合主成分值，并按綜合主成分值對其進行排序，即可對不同施肥處理下玉米的產(chǎn)量、品質(zhì)進行綜合評價比較（表9）。

表9各處理按第1、第2主成分得分的排序結(jié)果

處理第1主成分F1*排名處理第2主成分F2*排名Ⅰ7 778.744Ⅰ-7 766.152Ⅱ8 074.253Ⅱ-8 061.773Ⅲ8 852.912Ⅲ-8 840.144Ⅳ9 147.281Ⅳ-9 134.085CK7 007.105CK-6 996.311

根據(jù)表9結(jié)果得出第1主成分得分排序為Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>CK。由不同施肥量與施肥配比可知，在施肥量較少的情況下，Ⅲ、Ⅳ處理通過氮、磷、鉀肥的均衡配施使玉米在各處理中產(chǎn)量最高、品質(zhì)最佳，表明均衡施肥可增強土壤生產(chǎn)能力、提高玉米產(chǎn)量。

3討論

3.1不同施肥配比對玉米干物質(zhì)積累的影響

不同氮磷鉀用量可明顯影響玉米總生物量的增長期、增長速率，以及營養(yǎng)體干質(zhì)量的增長期、下降速率。適宜的氮磷鉀配比及施肥技術(shù)應(yīng)有效促進玉米植株生育前期總生物量的積累，以及生育后期干物質(zhì)從營養(yǎng)體向籽粒的轉(zhuǎn)移，在生育后期達到較高的粒質(zhì)量增長速率與營養(yǎng)體干質(zhì)量下降速率，從而獲得較高的籽粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)[11]。

王進軍等研究表明，在一定范圍內(nèi)增加氮肥用量可加快玉米干物質(zhì)積累速率[12]。趙營等認為，干物質(zhì)和養(yǎng)分的積累是玉米產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[13]。戴明宏等認為，氮素供應(yīng)直接影響作物的生長發(fā)育，并促進玉米干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運，增加養(yǎng)分的吸收積累，從而獲得較高的產(chǎn)量[14]。

拔節(jié)期至灌漿中期是氮素吸收的關(guān)鍵時期，吸收速率大、積累量高、對籽粒增產(chǎn)的貢獻率較大，生產(chǎn)中應(yīng)著重考慮該時期養(yǎng)分的充足供應(yīng)，這是獲得高產(chǎn)的主要途徑。

3.2不同施肥配比對玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

姜佰文等認為，氮、鉀施肥量分別為150、100 kg/hm2有利于寒地玉米的干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及品質(zhì)的提高[15]。劉洋等認為，施氮次數(shù)對玉米生長和產(chǎn)量影響顯著，3次施氮處理顯著提高了玉米生育后期（灌漿期）的干物質(zhì)質(zhì)量和氮素吸收量，增產(chǎn)效果顯著；玉米各生育階段干物質(zhì)質(zhì)量和氮素吸收量均隨施氮量呈增加趨勢，在玉米生育后期更為明顯[1]。劉英等認為，鉀肥對玉米增產(chǎn)效果顯著，當?shù)食渥銜r鉀肥的增產(chǎn)效果更加顯著[16-18]。

4結(jié)論

通過田間小區(qū)試驗，研究膜下滴灌條件下不同施肥配比對玉米各器官干物質(zhì)量、玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，并對試驗數(shù)據(jù)采用單因素分析和主成分分析。在本試驗條件下，氮磷鉀配比為1 ∶0.5 ∶0.5（氮、磷、鉀施肥量分別為120、60、60 kg/hm2）有利于玉米干物質(zhì)量積累和獲得最高產(chǎn)量；玉米蛋白質(zhì)含量與淀粉含量均以氮磷鉀配比為1 ∶0.5 ∶0.5（氮、磷、鉀施肥量分別為120、60、60 kg/hm2）時最高，但對脂肪含量的影響較小?？梢姡耸┓逝浔扔欣谟衩椎鞍踪|(zhì)與淀粉含量的提高。

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