施磷量對(duì)高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量和磷素利用的影響

劉凱　張吉旺　郭艷青　裴書(shū)君　董樹(shù)亭　劉鵬　楊今勝　趙斌

摘要：隨著產(chǎn)量和種植密度的提高，夏玉米的磷素吸收、利用及分配特性必然發(fā)生變化。本研究旨在明確高產(chǎn)夏玉米的磷素吸收利用特性及其施磷量調(diào)控效應(yīng)，為黃淮海高產(chǎn)夏玉米高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。選用夏玉米品種鄭單958（ZD958）和登海618（DH618）為試材，設(shè)置施磷（P₂O₅）量0、45、90、135kg/hm²4個(gè)水平。結(jié)果表明，隨施磷量增加，夏玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥農(nóng)學(xué)利用效率和磷肥吸收效率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，磷素收獲指數(shù)沒(méi)有顯著變化。90kg/hm²施磷量處理夏玉米產(chǎn)量較不施磷處理增產(chǎn)7.95%～18.31%；ZD958每生產(chǎn)100kg籽粒需P₂O₅1.54kg，DH618需P₂O₅1.45kg。因此，本試驗(yàn)條件下，施磷量為90kg/hm²時(shí)，高產(chǎn)夏玉米可獲得較高產(chǎn)量和磷素利用效率。

關(guān)鍵詞：夏玉米；產(chǎn)量；施磷量；磷肥利用效率

中圖分類(lèi)號(hào)：S513.062 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2016）04-0061-05

磷是作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的形成有著重要的影響，是植物體內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的組成部分，同時(shí)又以多種形式參與植物體內(nèi)各種代謝過(guò)程。磷能促進(jìn)植株的生長(zhǎng)發(fā)育，直接參與光合作用中的光合磷酸化和碳水化合物的合成與運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程；同時(shí)能促進(jìn)氮代謝，提高氮效率；對(duì)脂肪的代謝也有重要的作用，從而提高植物對(duì)外界不良環(huán)境的適應(yīng)性，增強(qiáng)植株抗逆境能力。近年的研究表明，氮肥的增產(chǎn)效果較20世紀(jì)50年代有所降低，磷素成為繼氮肥之后的又一高產(chǎn)限制因子，而施用磷肥的增產(chǎn)效果顯著提高。進(jìn)行N、P或N、P、K配合施用才能更有效地提高養(yǎng)分的利用率，提高產(chǎn)量。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)磷肥的生產(chǎn)和消費(fèi)量持續(xù)快速增加，目前已躍居世界首位。磷肥的大量施用，不僅導(dǎo)致磷肥利用率下降和生產(chǎn)成本的增加，而且加速了磷礦資源的枯竭并增大了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。由于磷在土壤中移動(dòng)性差，且施人磷肥易被固定等因素的影響，我國(guó)作物磷肥的當(dāng)季利用率多在10%～25%之間，與農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家30%～40%的肥料利用率有較大差距。

近年來(lái)夏玉米產(chǎn)量大幅提高，其對(duì)磷素的利用效率發(fā)生相應(yīng)變化，而國(guó)內(nèi)外研究施磷對(duì)高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量和磷素利用的影響研究報(bào)道較少。本試驗(yàn)旨在明確高產(chǎn)夏玉米的磷素吸收利用特性及其施磷量調(diào)控效應(yīng)，以期為黃淮海高產(chǎn)夏玉米高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2013～2014年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，土壤類(lèi)型為棕壤，0～20cm土層基礎(chǔ)地力見(jiàn)表1。

供試玉米品種為鄭但958（ZD958）和登海618（DH618）；試驗(yàn)所用磷肥為過(guò)磷酸鈣（P₂O₅）12%），氮肥為尿素（N46%），鉀肥為氯化鉀（K2060%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為兩個(gè)玉米品種，即鄭單958（zD958）和登海618（DH618），副處理為4個(gè)施磷（P₂O₅）水平，設(shè)0、45、90、135kg/hm²，分別用P0、P3、P6、P9表示。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)4次，小區(qū)面積為28.5m²。每處理施氮、鉀肥相同，施純氮270kg/hm²，在拔節(jié)期和大喇叭口期以4：6比例追施；K²O225kg/hm²與磷肥同時(shí)基施。種植密度為75000株/hm²，行距60cm。2013年6月15日足墑播種，10月5日收獲，2014年6月15日足墑播種，10月3日收獲。病蟲(chóng)害防治及其他生產(chǎn)管理同一般高產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

分別于拔節(jié)期、大喇叭口期、開(kāi)花期、乳熟期和成熟期每處理取4株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，拔節(jié)期取整株，大喇叭口期和開(kāi)花期植株分為葉片、莖鞘，乳熟期和成熟期植株分為葉片、莖鞘、籽粒和穗軸，105℃殺青30min，80℃烘干。稱(chēng)重后粉碎過(guò)80目篩，用H₂SO₄-H₂O₂聯(lián)合消煮釩鉬黃比色法測(cè)定各器官全磷含量。

成熟期每小區(qū)調(diào)查有效穗數(shù)，收獲中間3行，連續(xù)收獲30穗，考種，測(cè)產(chǎn)。

1.4 相關(guān)參數(shù)計(jì)算

產(chǎn)量（Yield，kg）=單位面積穗數(shù)×穗粒數(shù)×粒重（14%含水量）×85%；磷素收獲指數(shù)（PHI，%）=籽粒吸磷量/植株吸磷量×100；磷肥農(nóng)學(xué)利用率（PAE，kg/kg）=（施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量一不施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施磷量；磷肥偏生產(chǎn)力（PPFP，kg/kg）=施磷區(qū)產(chǎn)量/施磷量；營(yíng)養(yǎng)器官磷素轉(zhuǎn)運(yùn)量（PTA，kg/hm²）=開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官磷素積累量一成熟期營(yíng)養(yǎng)器官磷素積累量；磷素轉(zhuǎn)運(yùn)效率（PTE，%）=營(yíng)養(yǎng)器官磷素轉(zhuǎn)運(yùn)量/乳熟期營(yíng)養(yǎng)器官磷素積累量×100；磷肥利用率（PRE，%）=（施磷處理磷積累量-不施磷處理磷積累量）/施磷量×100；磷肥吸收效率（PUPE，kg/kg）=植株磷累積量/施磷量；100kg籽粒需磷量（P，kg）=植株總吸磷量/玉米籽粒產(chǎn)量×100。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Microsoft Excel和DPS軟件，多重比較采用LSD（最小顯著差異法）。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以2014年為主。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷量對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，施磷可以顯著提高夏玉米產(chǎn)量，隨施磷量的增加，玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，P6處理產(chǎn)量最高，同一施磷水平下DH618產(chǎn)量均高于ZD958，兩年產(chǎn)量趨勢(shì)一致。2013年ZD958和DH618 P6處理產(chǎn)量為12312.8kg/hm²和14084.7kg/hm²，分別較PO處理增產(chǎn)7.95%和13.51%；2014年ZD958和DH618 P6處理產(chǎn)量為12960.0kg/hm²和14983.8kg/hm²，分別較P0處理增產(chǎn)18.31%和13.51%。

2.2 施磷量對(duì)夏玉米磷素利用的影響

由表2可以看出，高產(chǎn)夏玉米具有較高的磷素收獲指數(shù)，施磷處理磷素收獲指數(shù)高于不施磷處理，但磷素收獲指數(shù)與施磷量并不呈線性相關(guān)。不施磷處理情況下，DH618磷素收獲指數(shù)比ZD958高17.41%，相同施磷量水平下DH618磷素收獲指數(shù)比ZD958高27.20%～29.33%。施磷處理的磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥農(nóng)學(xué)利用效率、磷肥吸收效率與施磷量顯著相關(guān)，均隨施磷量的增加呈下降趨勢(shì)，且處理問(wèn)差異顯著。DH618除磷肥農(nóng)學(xué)利用率低于ZD958外，其他指標(biāo)均高于ZD958。兩品種的玉米磷肥利用率隨施磷量增加均呈下降趨勢(shì)，ZD658玉米P3處理最高，且3個(gè)處理之間差異顯著；DH618具有更高的磷肥利用率，各施磷量之間差異不顯著。

2.3 施磷量對(duì)磷素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表3可以看出，隨施磷量增加磷素積累總量逐漸上升，相同施磷水平下DH618磷素積累量比ZD958高14.18%～29.97%。施磷處理營(yíng)養(yǎng)器官磷素轉(zhuǎn)運(yùn)量、磷素轉(zhuǎn)運(yùn)率均顯著高于不施磷處理，其中P3處理最高，顯著高于其他施磷處理。

2.4 產(chǎn)量與施磷量擬合關(guān)系模型

如圖2和表4所示，以施磷量為橫坐標(biāo)，兩年平均產(chǎn)量為縱坐標(biāo)，用二次方程（Y=aX²+bX+c）模擬施磷量和產(chǎn)量的關(guān)系時(shí)R²最大，DH618和ZD958擬合模型的R²分別為0.98和0.99。通過(guò)模型參數(shù)可知，DH618在施磷量為96.67kg/hm²時(shí)產(chǎn)量最高，為15015.6kg/hm²，ZD958在施磷量為95.93kg/hm²時(shí)產(chǎn)量最高，為12989.1kg/hm²，兩個(gè)品種最優(yōu)施磷量幾乎一致，但DH618比ZD958增產(chǎn)15.6%。

3 結(jié)論與討論

3.1 施磷量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

美國(guó)衣阿華州的Francis Child在2002年美國(guó)玉米高產(chǎn)競(jìng)賽中創(chuàng)造的27750kg/hm²為世界玉米最高產(chǎn)記錄。2013中國(guó)夏玉米高產(chǎn)紀(jì)錄由登海種業(yè)的登海618再次刷新，產(chǎn)量達(dá)22676.1kg/hm²。2006年美國(guó)玉米高產(chǎn)競(jìng)賽中根據(jù)土壤養(yǎng)分含量不同每級(jí)別前三名施磷量從0～162kg/hm²不等，所以施肥量和產(chǎn)量之間并不是正比關(guān)系。黃長(zhǎng)江研究認(rèn)為施磷（P₂O₅）230kg/hm²可獲得9288.4kg/hm²的理論產(chǎn)量。趙麗亞等研究表明，施用磷肥可以使夏玉米籽粒產(chǎn)量增加8.5%～20.0%，磷肥深施要優(yōu)于分層施肥和淺施。本研究表明，施磷對(duì)高產(chǎn)夏玉米增產(chǎn)效應(yīng)明顯，DH618和ZD958均在施磷量為90kg/hm²產(chǎn)量最高，兩年趨勢(shì)一致。不同產(chǎn)量水平下玉米磷素吸收規(guī)律不同，陳遠(yuǎn)學(xué)等研究表明，玉米籽粒產(chǎn)量隨磷肥施用量的增加先增大后減少，在其試驗(yàn)條件下最適施磷量為（P₂O₄）112.5kg/hm²時(shí)，可獲得最高產(chǎn)量6588kg/hm²?？梢?jiàn)高產(chǎn)夏玉米具有更高的磷素利用效率，對(duì)于高產(chǎn)夏玉米高效磷素利用機(jī)制的研究十分必要。

3.2 施磷對(duì)玉米磷素吸收利用的影響

肥料利用率指標(biāo)很難反映不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平條件下作物對(duì)肥料的利用狀況，應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖魑锂a(chǎn)量水平、施肥水平及土壤肥力水平等進(jìn)行綜合考慮。前人多認(rèn)為我國(guó)磷肥當(dāng)季利用率為10%～20%，高產(chǎn)玉米磷肥利用率為10%～18%。張福鎖等對(duì)2000～2005年不同作物和不同區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，主要糧食作物的磷肥利用率不同地區(qū)的變幅在7.3%～20.1%，平均為11.6%，分析指出我國(guó)磷肥利用率逐漸下降的重要原因之一是施肥過(guò)量。本研究表明，磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥農(nóng)學(xué)利用率隨施磷量增加顯著下降；兩品種磷肥利用率隨施磷量增加均呈下降趨勢(shì)，ZDP3處理為24.06%，顯著高于同品種其他處理；DH618磷肥利用率以DHP3處理最高，為27.06%，但與DHP9、DHP6處理無(wú)顯著差異。DH618較ZD958具有較高的磷肥利用率，同一施磷量的情況下，DH618磷肥利用率較ZD958高3.00～10.16個(gè)百分點(diǎn)。

3.3 施磷對(duì)磷素積累的影響

受各自試驗(yàn)田產(chǎn)量限制，前人關(guān)于玉米的磷素需求量的研究結(jié)果不一致。一般認(rèn)為每生產(chǎn)100kg籽粒需N：P₂O₅：K₂O比例為3：1：3。張智猛等研究認(rèn)為，生產(chǎn)100kg玉米籽粒需P₂O₅0.898kg。何萍等研究認(rèn)為，生產(chǎn)100kg玉米籽粒需P₂O₅1.376kg。陸衛(wèi)平分析了高產(chǎn)玉米6750～9750kg/hm²的氮、磷、鉀吸收資料，指出高產(chǎn)條件下增加肥料投入才能發(fā)揮出生產(chǎn)潛力，產(chǎn)量越高則氮、磷、鉀的效益也越高。不同產(chǎn)量水平下玉米每生產(chǎn)100kg籽粒所需P₂O₄不同，本研究發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)夏玉米每生產(chǎn)100kg籽粒，ZD958和DH618分別需P₂O₄1.54kg和1.45kg（表4），不同品種之間略有差異。在相同施磷量情況下，DH618的產(chǎn)量高于ZD958，主要是因?yàn)镈H618的磷肥利用效率、籽粒吸磷量和磷素總積累量都顯著高于ZD958。

選擇優(yōu)良品種、合理使用磷肥可提高磷肥利用效率增加產(chǎn)量。綜合經(jīng)濟(jì)效益、磷肥利用率和生產(chǎn)成本等方面的因素考慮，在本試驗(yàn)條件下高產(chǎn)夏玉米最適磷肥施用量為90kg/hm²。對(duì)于高產(chǎn)夏玉米高效的磷素利用生理機(jī)制仍需深入研究。