灌水及肥料配施對(duì)夏玉米產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響

張光巖，徐良菊，李俊良，2，金圣愛，2

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109；2.山東省水肥一體化工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266109）

黃淮海平原是我國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)之一［1］，占全國(guó)玉米種植面積的26.09% ～29.00%［2，3］。史常亮等［4］采用2004—2013年省級(jí)面板數(shù)據(jù)，測(cè)算得出中國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)的過(guò)量施肥程度為44.58%。研究表明施肥量、施肥時(shí)期、不同肥料配比均會(huì)顯著影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量以及養(yǎng)分吸收利用效率［5-7］。高氮水平下磷鉀肥分施，不僅可以顯著提高作物產(chǎn)量、氮磷鉀的吸收量，還可提高磷鉀素吸收、利用效率、偏生產(chǎn)力［8］。林繼雄等［9］研究表明施磷量可影響植株磷素吸收量，低磷水平下，植株磷素吸收量明顯降低。氮鉀肥合理配施可促進(jìn)小麥、玉米對(duì)氮鉀素吸收，提高植株體內(nèi)氮鉀含量，小麥、玉米對(duì)氮鉀素的吸收表現(xiàn)出一定的正交互作用［9，10］。劉淑霞［11］、王宜倫［12］等研究發(fā)現(xiàn)，適量施用鉀肥，不僅可以增加玉米產(chǎn)量，還可顯著提高玉米生育期養(yǎng)分吸收總量，提高籽粒氮磷鉀積累量。此外，滴灌水肥一體化，將肥料溶解在水中，可實(shí)現(xiàn)灌溉與施肥同步進(jìn)行，適時(shí)適量地滿足作物對(duì)水分和養(yǎng)分的需求［13-16］，有效提高作物水肥的吸收利用［17，18］。本試驗(yàn)以灌水和肥料配施為切入點(diǎn)，研究?jī)烧邔?duì)夏玉米產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響，旨在為山東青島砂姜黑土夏玉米高產(chǎn)高效種植提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年6—9月在萊西五四農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。萊西位于山東膠東半島中部，地處東經(jīng)120°12′～120°40′，北緯36°34′～37°09′，屬溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫11.3℃，氣溫年溫差較小，年平均降水量732 mm。

試驗(yàn)地前茬作物為小麥。土壤類型為砂姜黑土，0～30 cm土層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)分別為有機(jī)質(zhì)16.58 g／kg、堿解氮128.63 mg／kg、速效磷72.12 mg／kg、速效鉀240.53 mg／kg，pH值6.82。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為登海605。供試肥料為尿素（N 46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O518%）和氯化鉀（K2O 60%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用灌水與施肥雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，灌水量（D）設(shè)0、50 mm兩個(gè)水平，施肥（F）設(shè)不施肥0、NP、NK、PK、NPK五種配比，共設(shè)置10個(gè)處理。小區(qū)面積及各處理純養(yǎng)分用量見表1。

表1 不同處理養(yǎng)分施用量

玉米采取行距70 cm、株距21.3 cm進(jìn)行播種，播深4～5 cm。施肥方式分基施和追施兩種。其中磷肥、鉀肥作為基肥一次性施入；不灌水處理氮肥依據(jù)基追比4∶6比例在大喇叭口期追施一次（追肥在陰雨天進(jìn)行），灌水處理氮肥依據(jù)4∶3∶3比例在大喇叭口、灌漿期各追施一次，水肥同施。其它管理措施同大田。各處理重復(fù)3次，重復(fù)之間設(shè)置2行隔離區(qū)。

灌水處理采用滴灌模式。滴灌管鋪設(shè)方式為1管1行。毛管采用迷宮式滴灌管，管徑16 mm、滴頭間距20 cm、滴頭流量3 L／h，滴灌管道材料為PVC管。

1.4 測(cè)試項(xiàng)目與方法

1.4.1 樣品采集及產(chǎn)量測(cè)定 玉米收獲期，將每個(gè)小區(qū)劃為測(cè)產(chǎn)區(qū)和采樣區(qū)兩部分。采樣區(qū)，每小區(qū)隨機(jī)選取10株玉米測(cè)定其株高、鮮重等相關(guān)指標(biāo)，取地上部植株帶回實(shí)驗(yàn)室分別稱秸稈、果穗鮮重，測(cè)量果穗長(zhǎng)、粗，然后用四分法取適量植物樣于105℃殺青30 min，75℃烘干，分別稱其干重、單株果穗粒重，數(shù)果穗的籽粒數(shù)，最后用粉碎機(jī)磨細(xì)測(cè)定植株NPK含量。測(cè)產(chǎn)區(qū)，選取長(zhǎng)2 m、寬1.4 m區(qū)域，數(shù)取玉米株數(shù)，之后將玉米果穗剝皮掰下帶回晾曬，記產(chǎn)。

1.4.2 氮磷鉀養(yǎng)分含量測(cè)定 植株養(yǎng)分測(cè)定參照鮑士旦［19］的方法：H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮儀測(cè)定全氮，釩鉬黃比色法測(cè)定全磷，火焰光度法測(cè)定全鉀。

重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量；碳酸氫鈉浸提、鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷；醋酸銨浸提、火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀；pH計(jì)法測(cè)定土壤pH值（水土比5∶1）；堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮［19］。

1.4.3 氮磷鉀的相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法 本研究養(yǎng)分收獲指數(shù)、吸收效率、利用效率、肥料偏生產(chǎn)力、肥料利用率等計(jì)算方法［8-20］如下：

氮（磷、鉀）素收獲指數(shù)（NHI）＝籽粒氮（磷、鉀）素積累量／成熟期植株氮（磷、鉀）素總積累量 ；

氮（磷、鉀）素吸收效率（NUPE，kg／kg）＝植株氮（磷、鉀）素積累量／施氮（磷、鉀）量 ；

氮（磷或鉀）素利用效率（NUE，%）＝籽粒產(chǎn)量／植株氮（磷、鉀）素積累量 ；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg／kg）＝施氮小區(qū)作物產(chǎn)量／施氮量 ；

氮肥利用率（REN，%）＝（UNPK-UPK）／FN×100 。

式中：UNPK氮磷鉀區(qū)植株全氮含量，UPK為無(wú)氮區(qū)植株全氮含量，F(xiàn)N為氮肥投入量。

磷、鉀肥利用效率的計(jì)算方法同氮肥。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)（LSD法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水及肥料配施對(duì)夏玉米養(yǎng)分吸收的影響

由表2可知，不灌水條件下，玉米地上部氮、鉀吸收量均表現(xiàn)為F5處理顯著高于其它處理，F(xiàn)1處理顯著低于其它處理，F(xiàn)5處理地上部氮、鉀吸收量分別較F1處理高97.30%、96.43%。地上部磷吸收量表現(xiàn)為F4、F5處理分別比F1增加49.89%和22.56%，其中F4處理差異顯著。籽粒中氮、磷吸收量表現(xiàn)出相似趨勢(shì)，均是F5處理最好，F(xiàn)1處理最差。籽粒中鉀吸收量表現(xiàn)為F1、F4處理大于其它處理。

灌水條件下，玉米地上部氮、磷、鉀吸收量均表現(xiàn)為D5處理高于或顯著高于其它處理，D1處理最低，D5較D1處理分別高146.14%、15.39%、152.20%。籽粒中氮、磷吸收量均表現(xiàn)為D2、D3、D5處理顯著大于D1、D4處理。籽粒中鉀素吸收量表現(xiàn)為D4處理顯著高于其它處理。

灌水條件下各施肥處理地上部及籽粒養(yǎng)分吸收量均大于或顯著大于同種養(yǎng)分配施條件下的不灌水處理。

表2 灌水與肥料配施對(duì)夏玉米養(yǎng)分吸收的影響 （kg／hm2）

2.2 灌水及肥料配施對(duì)夏玉米氮素吸收與利用的影響

由表3可知，不灌水條件下，F(xiàn)5處理氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率均高于或顯著高于其它處理；F4處理氮素利用效率顯著高于F2、F5處理；氮素收獲指數(shù)F1處理最大，但與F3差異不顯著，而顯著高于其它處理。

灌水條件下，氮肥偏生產(chǎn)力，D5處理顯著高于D2、D3處理；氮素吸收效率，D5處理最高，但各處理之間差異不顯著；氮素利用效率、氮素收獲指數(shù)均與不灌水處理相似，即缺氮處理大于或顯著大于施氮處理。

灌水處理的氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率均顯著高于同養(yǎng)分配施條件下的不灌水處理；氮素利用效率方面，除D1處理外，同種養(yǎng)分配施條件下不灌水處理均高于或顯著高于灌水處理；氮素收獲指數(shù)方面，D2、D3、D4處理大于或顯著大于F2、F3、F4處理。

表3 不同灌水、施肥處理對(duì)夏玉米氮素吸收利用效率的影響

2.3 灌水及肥料配施對(duì)夏玉米磷素吸收與利用的影響

由表4可知，不灌水條件下，F(xiàn)5處理磷肥偏生產(chǎn)力顯著高于F2、F4；磷素吸收效率F4處理顯著大于F2；磷素利用效率、磷素收獲指數(shù)表現(xiàn)為F2、F3、F5處理均大于或顯著大于F1、F4。

灌水處理對(duì)磷素吸收利用效率的影響規(guī)律與不灌水處理大致相符。D5處理在磷肥偏生產(chǎn)力、磷素吸收效率、磷素利用效率、磷素收獲指數(shù)方面均是較優(yōu)處理。磷肥偏生產(chǎn)力，D5處理顯著高于D2、D4；磷素吸收效率，D5處理最高，但各處理間差異不顯著；施肥處理磷素利用效率均高于不施肥處理，其中D3、D4、D5處理顯著高于D1；磷素收獲指數(shù)，D2、D3、D5處理顯著高于D1、D4。

灌水條件下，各處理磷肥偏生產(chǎn)力、磷素吸收效率均高于或顯著高于同種養(yǎng)分配施條件下的不灌水處理。磷素利用效率、磷素收獲指數(shù)則表現(xiàn)出與磷肥偏生產(chǎn)力、磷素吸收效率相反的趨勢(shì)。

2.4 灌水及肥料配施對(duì)夏玉米鉀素吸收與利用的影響

由表5可知，不灌水條件下，F(xiàn)5處理的鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀素吸收效率均大于或顯著大于F3、F4；鉀素利用效率、鉀素收獲指數(shù)均表現(xiàn)為F1、F3、F4處理顯著大于F2、F5。

灌水條件下，D5處理鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀素吸收效率均顯著高于D3、D4；鉀素利用效率、鉀素收獲指數(shù)均表現(xiàn)為D1、D4處理高于或顯著高于其它處理。

灌水條件下，鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀吸收效率均大于同種養(yǎng)分配施條件下的不灌水處理。鉀素利用效率（除D1處理外）、鉀素收獲指數(shù)，同養(yǎng)分配施條件下灌水各處理與不灌水處理之間差異不顯著。

表4 不同處理對(duì)夏玉米磷素吸收利用效率的影響

表5 不同處理對(duì)夏玉米鉀素吸收利用效率的影響

2.5 灌水及肥料配施對(duì)夏玉米肥料利用率的影響

由表6可知，灌水與不灌水處理的肥料利用率均表現(xiàn)為氮肥利用率＞鉀肥利用率＞磷肥利用率；但相同肥料配施條件下灌水處理氮、磷、鉀肥利用率分別比不灌水處理高154.17%、42.19%、45.97%。

2.6 灌水及肥料配施對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響

由表7可知，不灌水條件下，玉米平均產(chǎn)量表現(xiàn)為施肥處理均顯著高于空白處理，其中F5較F1提高58.26%，可見施肥顯著影響玉米產(chǎn)量。不同養(yǎng)分配施對(duì)產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為F2、F3、F4之間差異不顯著，但均小于F5處理。

表6 不同處理對(duì)肥料利用率的影響 （%）

灌水條件下，平均產(chǎn)量變化、不同養(yǎng)分配施對(duì)玉米產(chǎn)量的影響與不灌水處理一致，其中D5較D1顯著提高49.12%。可見，氮磷鉀三種養(yǎng)分中任意兩種養(yǎng)分配施對(duì)玉米產(chǎn)量的影響均顯著弱于氮磷鉀三種養(yǎng)分配施處理。

本試驗(yàn)中，灌水與否對(duì)夏玉米的產(chǎn)量沒有顯著影響，但同種養(yǎng)分配施條件下灌水處理夏玉米產(chǎn)量均高于不灌水處理。

表7 不同處理對(duì)夏玉米產(chǎn)量的影響

3 討論

3.1 產(chǎn)量方面，本試驗(yàn)結(jié)果表明，施肥處理夏玉米產(chǎn)量顯著高于不施肥處理，特別是氮磷鉀三種肥料合理配施，這與譚和芳等［21］的研究結(jié)論一致。王宜倫等［12］研究表明，氮肥后施可顯著提高夏玉米產(chǎn)量，與常規(guī)施肥相比增產(chǎn)9.62% ～15.95%。本試驗(yàn)結(jié)果與其結(jié)論相似：灌水條件下氮磷鉀配施處理（D5）夏玉米產(chǎn)量比不灌水的F5處理增產(chǎn)450.83 kg／hm2。

3.2 玉米地上部養(yǎng)分吸收方面，本試驗(yàn)結(jié)果表明：施肥可促進(jìn)玉米地上部養(yǎng)分吸收，氮磷鉀三種養(yǎng)分中任意兩種養(yǎng)分配施地上部養(yǎng)分吸收量均小于或顯著小于氮磷鉀三種養(yǎng)分配施；施氮處理有助于玉米地上部對(duì)氮、鉀的吸收。籽粒養(yǎng)分吸收方面，灌水與不灌水試驗(yàn)結(jié)果均表明施氮處理還有助于促進(jìn)籽粒對(duì)氮和磷的吸收，施鉀處理則有助于籽粒對(duì)鉀的吸收。這與前人研究結(jié)果相似［21-24］。

3.3 氮肥偏生產(chǎn)力方面，氮磷鉀三種養(yǎng)分配施的氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率均大于或顯著大于任意兩種肥料配施，這與宋永林等［25］試驗(yàn)結(jié)果相似。趙俊曄［26］、席吉龍［27］等研究表明，施氮量增加，會(huì)使氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率、氮素利用效率、氮素收獲指數(shù)降低。本試驗(yàn)結(jié)果與其大致相同，同種肥料配施條件下灌水處理氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率、氮素收獲指數(shù)均大于不灌水處理，D5處理氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率比F5處理分別高30.24%、39.02%。這除了與肥料用量有關(guān)，還可能與灌水有一定關(guān)系［28］。

磷肥偏生產(chǎn)力方面，氮磷鉀配施磷肥偏生產(chǎn)力顯著高于任意兩種肥料配施；磷素利用效率、磷素收獲指數(shù)方面，灌水與不灌水試驗(yàn)結(jié)果均表明施氮處理夏玉米磷素利用效率大于或顯著大于不施氮處理。這與張經(jīng)廷［29］、李劉霞［30］等的研究結(jié)果相似。

鉀素養(yǎng)分利用方面，鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀素吸收效率均表現(xiàn)出與氮、磷相似的趨勢(shì)，即氮磷鉀三種養(yǎng)分配施的鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀素吸收效率均大于或顯著大于任意兩種肥料配施；鉀素利用效率、鉀素收獲指數(shù)灌水與不灌水試驗(yàn)結(jié)果均表現(xiàn)為未施氮處理鉀肥利用效率顯著大于施氮處理?？赡艿脑蚴鞘┯玫蕰?huì)增加玉米成熟期干物質(zhì)量，此外，成熟期籽粒中的鉀會(huì)轉(zhuǎn)運(yùn)至莖葉或秸稈，籽粒中鉀含量降低、地上部干物質(zhì)量增加都會(huì)使成熟期鉀素收獲指數(shù)減小。

3.4 灌水處理氮、磷、鉀肥利用率均大于不灌水處理，由此可知，減少氮肥用量以及氮肥后施有利于提高夏玉米肥料利用率［22，30］。但是本試驗(yàn)中磷、鉀肥利用率較低，可能的原因是土壤中速效磷、鉀含量較高。

4 結(jié)論

施肥可顯著提高夏玉米地上部養(yǎng)分吸收量、肥料偏生產(chǎn)力、養(yǎng)分吸收效率，氮磷鉀配施夏玉米氮、磷、鉀吸收較不施肥處理分別高97.30%～146.14%、15.39%～22.56%、96.43%～152.20%；氮磷鉀三種肥料配施的氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力高于或顯著高于缺素處理；氮磷鉀三種肥料配施的氮、磷、鉀吸收效率高于或顯著高于缺素處理。施肥可有效提高磷素利用效率和收獲指數(shù)，但會(huì)降低氮素、鉀素的利用效率和收獲指數(shù)。產(chǎn)量方面，施肥顯著提高作物產(chǎn)量，氮磷鉀配施夏玉米產(chǎn)量較不施肥處理提高49.12%～58.26%。此外，灌水模式由于實(shí)現(xiàn)了氮素后施，在減肥18.2%的基礎(chǔ)上，D5處理與F5處理相比氮、磷、鉀地上部吸收量、肥料偏生產(chǎn)力、吸收效率方面均有所提高。肥料利用率方面灌溉條件下氮、磷、鉀肥利用率分別達(dá)到60.62%、12.57%、25.15%，比不灌水處理分別高154.17%、42.19%、45.97%。產(chǎn)量方面D5處理夏玉米產(chǎn)量為7 325.26 kg／hm2，比F5處理（6 874.43 kg／hm2）提高6.56%。由此得出青島市萊西夏玉米減肥量20%左右、采用滴灌追肥兩次的田間管理模式不會(huì)造成玉米減產(chǎn)。