春玉米農(nóng)藝性狀及養(yǎng)分積累動(dòng)態(tài)對(duì)水溶肥管理的響應(yīng)

王 欣，馬俊祥，滕澤宇，王 柏，陳智文，張 清

（吉林師范大學(xué)吉林省高校新型肥料工程研究中心，吉林四平 136000）

0 引言

2020年國(guó)內(nèi)玉米的種植面積約為4126.4萬(wàn)hm2，占全國(guó)糧食播種面積的35.33%[1]。玉米是重要的食用和飼料作物，保證其穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)是國(guó)內(nèi)糧食安全的重要任務(wù)[2]。吉林省西部半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)是東北重要的玉米種植區(qū)[3]，該區(qū)域具有較好的光熱資源，生產(chǎn)潛力大。但長(zhǎng)期不合理灌溉施肥，造成水肥資源浪費(fèi)嚴(yán)重，甚至引發(fā)環(huán)境污染[4-6]。水肥一體化技術(shù)具有節(jié)水、增產(chǎn)、減少養(yǎng)分淋失、提高肥料利用率等優(yōu)點(diǎn)[7-9]，已成為吉林省西部半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)主要推廣技術(shù)之一。探明滴灌條件下不同生育期肥料運(yùn)籌對(duì)春玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量以及養(yǎng)分積累動(dòng)態(tài)的影響，實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)，對(duì)于保障吉林省乃至國(guó)家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)內(nèi)農(nóng)田水肥耦合研究最早開(kāi)始于20世紀(jì)80年代。大量研究結(jié)果顯示，合理的覆膜灌溉技術(shù)與施肥方法相結(jié)合，可以促進(jìn)玉米生長(zhǎng)發(fā)育，提高玉米產(chǎn)量。劉洋等[10]在東北黑土區(qū)開(kāi)展的玉米膜下滴灌試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量受施氮次數(shù)影響。徐泰森等[11]采用水肥一體化模式對(duì)覆膜玉米水氮耦合效應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)合理范圍內(nèi)的灌水和施氮對(duì)玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀均有顯著影響。胡蜀東等[12]進(jìn)行了水肥一體化對(duì)玉米的生物性狀與水肥利用效率分析試驗(yàn)，認(rèn)為覆膜滴灌、不同的肥料運(yùn)籌會(huì)導(dǎo)致生育期內(nèi)玉米植株的農(nóng)藝性狀以及產(chǎn)量的差異性。杜軍等[13]發(fā)現(xiàn)水肥一體化有利于夏玉米的均衡生長(zhǎng)，增加夏玉米產(chǎn)量。單株玉米產(chǎn)量是一個(gè)受多基因控制的數(shù)量性狀，各項(xiàng)農(nóng)藝性狀之間會(huì)相互作用進(jìn)而對(duì)玉米產(chǎn)量造成不同程度的影響[14]。本研究以‘迪卡159’為研究對(duì)象，對(duì)不同施肥處理與產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析，對(duì)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性和通徑分析，探討不同施肥處理與春玉米產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系，分析影響春玉米產(chǎn)量的主要因素，以及各因素對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)和影響產(chǎn)量的途徑，旨在為吉林省西部半干旱區(qū)春玉米生產(chǎn)合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在吉林省乾安縣贊字鄉(xiāng)父字村(44°87′N，123°99′E)，屬于溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，土壤類型為淡黑鈣土，質(zhì)地為沙壤，2019年播前耕層(0～20 cm)土壤pH 7.82，全氮含量1.26 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量17.41 g/kg，有效磷含量14.89 mg/kg，速效鉀含量112.39 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2019年5—10月玉米生長(zhǎng)季開(kāi)展試驗(yàn)。選用‘迪卡159’作為供試玉米品種。設(shè)3個(gè)處理水平（表1）。每個(gè)小區(qū)面積180 m2，不同處理采用隨機(jī)區(qū)組排列，3個(gè)重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)所用的肥料為尿素(N 46%)、磷酸二銨(P2O546%、N 18%)和氯化鉀(K2O 60%)。各處理的施肥量為純氮200 kg/hm2、純磷80 kg/hm2、純鉀90 kg/hm2，種植密度7.5×104株/hm2。試驗(yàn)各處理均采用秸稈還田大壟雙行覆膜栽培模式，覆膜前在土壤表面噴施除草劑進(jìn)行封閉防草。滴灌帶沿玉米行向鋪設(shè)于兩壟之間，每條滴灌帶控制2行玉米，每個(gè)小區(qū)配獨(dú)立施肥罐，施肥開(kāi)始前按各處理所需氮、磷、鉀肥分別加入各小區(qū)的施肥罐中。玉米收獲日期為10月5日，其他田間管理措施同常規(guī)。

表1 春玉米試驗(yàn)施肥方式 kg/hm2

1.3 樣品采集與測(cè)定

在春玉米不同生育期，即出苗28、52、63、78、95、120天進(jìn)行田間觀測(cè)和樣品采集。選取具有代表性的玉米植株3株（苗期為30株），取地上部植株樣品，分段切碎裝入袋中，于105℃殺青，在80℃下烘干至恒重，測(cè)定植株干物質(zhì)及養(yǎng)分含量。植株全氮、全磷、全鉀均采用AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定。成熟期收獲每個(gè)小區(qū)中間2行玉米，按14%水分計(jì)產(chǎn)。同時(shí)，調(diào)查穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Microsoft Excel 2010進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算、整理，采用SPSS 21.0進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)、相關(guān)性分析、回歸分析和通徑分析，處理間差異顯著性分析采用Duncan檢驗(yàn)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 春玉米產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性及通徑分析

2.1.1 相關(guān)性分析 相關(guān)系數(shù)只表明兩性狀間的相關(guān)程度，并不能揭示各性狀究竟對(duì)產(chǎn)量作用如何，只有進(jìn)一步通徑分析才能理清各農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量所起的真正作用。根據(jù)試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，求得春玉米各農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)（表2），春玉米產(chǎn)量(Y)與穗粗(X1)、行粒數(shù)(X4)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.780、0.782。春玉米產(chǎn)量(Y)與各農(nóng)藝性狀的相關(guān)關(guān)系由大到小依次為行粒數(shù)(X4)＞穗粗(X1)＞穗行數(shù)(X3)＞穗長(zhǎng)(X2)＞百粒重(X5)。穗長(zhǎng)(X2)與行粒數(shù)(X4)呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)0.700；穗長(zhǎng)(X2)與百粒重(X5)、行粒數(shù)(X4)與百粒重(X5)都呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.893和0.668。

表2 春玉米農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的相關(guān)性分析

如表3所示，對(duì)春玉米產(chǎn)量(Y)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，其顯著水平P=0.295＞0.05，服從正態(tài)分布，可進(jìn)行多元回歸分析。以產(chǎn)量(Y)為因變量，穗粗(X1)、穗長(zhǎng)(X2)、穗行數(shù)(X3)、行粒數(shù)(X4)、百粒重(X5)為自變量，通過(guò)逐步回歸分析（表4），建立自變量與因變量的最優(yōu)多元回歸方程，如式(1)。方程篩選了2個(gè)對(duì)產(chǎn)量(Y)有顯著效應(yīng)的自變量，分別為穗行數(shù)(X3)和行粒數(shù)(X4)，穗行數(shù)(X3)每增加1行，產(chǎn)量(Y)增加855.646 kg/hm2；每增加1行的行粒數(shù)(X4)，產(chǎn)量(Y)增加465.886 kg/hm2。決定系數(shù)R2=0.863，表明穗行數(shù)和行粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量的總影響達(dá)到86.3%以上。

表3 春玉米產(chǎn)量的正態(tài)性檢驗(yàn)

表4 春玉米產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性及逐步回歸分析

2.1.2 通徑分析 在相關(guān)分析和多元回歸的基礎(chǔ)上，求得各農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的直接和間接通徑系數(shù)如表5。在本試驗(yàn)條件下，各農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量(Y)的直接通徑系數(shù)由大到小依次為行粒數(shù)(X4)＞穗行數(shù)(X3)＞穗長(zhǎng)(X2)＞穗粗(X1)＞百粒重(X5)。

表5 春玉米產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的通徑分析

（1）行粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響。行粒數(shù)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(r=0.782*)，且其對(duì)產(chǎn)量的直接效應(yīng)最大(P=0.660)。行粒數(shù)通過(guò)穗長(zhǎng)(P=0.126)和穗粗(P=0.041)有一定的正向間接效應(yīng)，通過(guò)穗行數(shù)(P=-0.006)和百粒重(P=-0.039)有一定的負(fù)向間接效應(yīng)，但負(fù)間接效應(yīng)遠(yuǎn)小于行粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量的直接作用。表明行粒數(shù)是本試驗(yàn)較為理想的增產(chǎn)因素，這與譚靜等[15]的研究結(jié)果一致。

（2）穗行數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響。穗行數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān)(r=0.493)，直接通徑系數(shù)為正值(P=0.506)。因此，穗行數(shù)也是本試驗(yàn)產(chǎn)量提高的有利因素。然而，穗行數(shù)通過(guò)穗長(zhǎng)、行粒數(shù)所起的間接作用均為負(fù)值，且通過(guò)穗長(zhǎng)的間接作用為較大負(fù)值(P=-0.074)，說(shuō)明穗行數(shù)對(duì)產(chǎn)量的最終總效應(yīng)在很大程度上受到穗長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。

（3）穗長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)量的影響。穗長(zhǎng)與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)和直接通徑系數(shù)均為正值(r=0.406、P=0.180)。穗長(zhǎng)通過(guò)穗行數(shù)、百粒重的間接作用均為較小的負(fù)值，通過(guò)穗粗、行粒數(shù)的間接作用均為正值，特別是通過(guò)行粒數(shù)的間接作用為較大正值(P=0.462)，說(shuō)明穗長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)量的提高有益。這與楊金慧等[16]的研究結(jié)果一致。

（4）穗粗對(duì)產(chǎn)量的影響。穗粗對(duì)產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)較小(P=0.067)，通過(guò)行粒數(shù)(P=0.401)有較大的正向間接效應(yīng)，通過(guò)百粒重(P=-0.009)有較小的間接負(fù)效應(yīng)，雖然穗粗對(duì)產(chǎn)量的總體效應(yīng)值r=0.780，但其他性狀間接正效應(yīng)略大于負(fù)效應(yīng)。所以，穗粗對(duì)本試驗(yàn)產(chǎn)量的增產(chǎn)效果較小。

（5）百粒重對(duì)產(chǎn)量的影響。百粒重對(duì)產(chǎn)量是負(fù)直接作用(P=-0.058)，間接通徑系數(shù)為正效應(yīng)的性狀有穗粗(P=0.010)、穗長(zhǎng)(P=0.161)、行粒數(shù)(P=0.441)；為負(fù)效應(yīng)的性狀有穗行數(shù)(P=-0.303)，正負(fù)效應(yīng)相互抵消。劉世敏等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，百粒重對(duì)產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)也為負(fù)值。因此，在兼顧其他農(nóng)藝性狀的情況下,較高的百粒重有利于高產(chǎn)。

綜上，玉米性狀間的相互作用是復(fù)雜的，既相輔相成也相互制約。某一性狀的加強(qiáng)，常伴隨著一些性狀作用的加強(qiáng)和另一些性狀作用的削弱。所以為了提高產(chǎn)量，應(yīng)該抓住某個(gè)主要性狀的選擇，同時(shí)兼顧其他性狀不至于削弱。本試驗(yàn)條件下，無(wú)論是哪種施肥方式，對(duì)‘迪卡159’春玉米產(chǎn)量起主要作用的2個(gè)農(nóng)藝性狀是行粒數(shù)和穗行數(shù)，尤其是行粒數(shù)。

2.2 春玉米農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量對(duì)不同施肥方式的響應(yīng)

追施水溶肥對(duì)春玉米農(nóng)藝性狀有不同的影響（表6）。從穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)看，追施水溶肥的各處理均優(yōu)于對(duì)照。其中，處理1的穗粗較處理2和CK分別增加了0.01、0.09 cm；穗長(zhǎng)較處理2和CK分別增加了0.28、0.29 cm；百粒重較CK和處理2分別增加0.20、0.48 g。行粒數(shù)以處理1最高，較CK和處理2分別增加0.8、0.1粒；而處理2與處理1的穗行數(shù)相同。說(shuō)明處理1的施肥方式有利于春玉米穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重的增加。結(jié)合通徑分析結(jié)果，行粒數(shù)、穗行數(shù)、穗長(zhǎng)和百粒重都會(huì)使春玉米增產(chǎn)，而行粒數(shù)是其中的主要因素，處理1比處理2增產(chǎn)1.2%。由此可知，施用氮、磷、鉀肥均能增加玉米產(chǎn)量，但在水溶肥用量相同的基礎(chǔ)上，追施4次氮磷鉀肥比追施4次氮磷肥+3次鉀肥更有利于提高春玉米產(chǎn)量。

表6 春玉米農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量對(duì)不同施肥方式的響應(yīng)

2.3 春玉米地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累動(dòng)態(tài)及分配

2.3.1 各生育期不同施肥方式氮、磷、鉀積累動(dòng)態(tài) 不同施肥方式下玉米植株地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累動(dòng)態(tài)變化見(jiàn)圖1。春玉米植株地上部養(yǎng)分積累量總是隨著生育時(shí)期呈逐漸增加的趨勢(shì)，并在出苗120天時(shí)達(dá)最高值。整個(gè)生育時(shí)期，2個(gè)施肥處理地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累總量均顯著高于不施肥處理(P＜0.05)。說(shuō)明分次追施水溶肥可以增加春玉米植株地上部養(yǎng)分積累量。出苗28～63天處理2的磷、鉀積累總量均高于處理1，氮積累總量小于處理1，但均無(wú)顯著性差異(P＜0.05)。出苗63～120天，處理1的氮、磷、鉀積累總量均高于處理2，尤其是鉀素積累量有明顯差異(P＜0.05)，表明在處理2的施肥基礎(chǔ)上，將鉀肥繼續(xù)追施更能促進(jìn)春玉米生育后期氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收與利用。

圖1 各生育期不同施肥處理春玉米地上部氮、磷、鉀積累

2.3.2 各生育期不同施肥方式氮、磷、鉀分配比例 圖2表明，氮、磷、鉀養(yǎng)分積累分配比例在不同生育階段表現(xiàn)存在差異，出苗28～52、52～63、63～78、78～95、95～120天各生育期不同處理氮積累量平均值占全生育期氮積累量的比例分別為40.84%、12.57%、23.59%、13.64%、9.36%；不同處理各生育期磷積累量平均值占全生育期磷積累量比例的28.37%、16.30%、20.65%、20.21%、14.48%；不同處理各生育期鉀積累量平均值占全生育期鉀積累量比例的44.56%、15.45%、15.49%、13.21%、11.29%。不同施肥方式對(duì)各生育時(shí)期玉米氮、磷、鉀積累分配比例具有明顯的影響，處理1出苗63天前氮、磷、鉀積累分配比例均低于處理2，出苗63天后處理1氮、磷、鉀積累比例均高于處理2。表明氮、磷肥用量與施肥方式相同的基礎(chǔ)上，追施4次鉀肥利于玉米出苗63天后地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累分配。

圖2 各生育期不同施肥處理春玉米地上部氮、磷、鉀積累分配比例

3 討論與結(jié)論

王激清等[18]研究發(fā)現(xiàn)，水肥一體化管理可以顯著改善春玉米的行粒數(shù)、穗粗、穗行數(shù)、穗長(zhǎng)等產(chǎn)量構(gòu)成因子。譚和平等[19]對(duì)玉米產(chǎn)量效應(yīng)因子進(jìn)行通徑分析表明，行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重是影響玉米產(chǎn)量的正效應(yīng)因子。楊金慧等[20]關(guān)于玉米雜交種的研究指出，行粒數(shù)、百粒重和穗行數(shù)是籽粒產(chǎn)量的直接構(gòu)成因子,其他2個(gè)因子不變時(shí)，任何一個(gè)因子增加都可以提高籽粒產(chǎn)量。Jayaraman等[21]的研究也表明，行粒數(shù)對(duì)玉米增產(chǎn)有重要作用。本試驗(yàn)研究也有類似結(jié)果，春玉米產(chǎn)量(Y)與各農(nóng)藝性狀的相關(guān)關(guān)系由大到小依次為行粒數(shù)(X4)＞穗粗(X1)＞穗行數(shù)(X3)＞穗長(zhǎng)(X2)＞百粒重(X5)。產(chǎn)量與穗行數(shù)和行粒數(shù)的最優(yōu)回歸方程為Y＝-14878.79+465.886X4+855.646X3(R2=0.863，F(xiàn)=18.92)。表明穗行數(shù)越多，行粒數(shù)越多，產(chǎn)量越大；R2=0.863說(shuō)明穗行數(shù)和行粒數(shù)對(duì)春玉米產(chǎn)量的總影響達(dá)到86.3%以上。通徑分析表明，穗行數(shù)和行粒數(shù)是影響春玉米產(chǎn)量最主要的2個(gè)農(nóng)藝性狀，尤其是行粒數(shù)。

行粒數(shù)與穗行數(shù)是衡量春玉米生長(zhǎng)發(fā)育狀況的重要標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是反映其生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)研究表明，不同的水溶肥管理方式對(duì)春玉米的農(nóng)藝性狀有不同的影響。春玉米在施肥處理下穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)和行粒數(shù)的平均值分別為4.50 cm、17.91 cm、15.93行、29.97粒，均高于不施肥處理；此外，在水溶肥用量相同的基礎(chǔ)上，追施4次氮、磷、鉀肥的處理1更有利于春玉米穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重的增加。侯云鵬等[16-17]研究表明，合理的氮、磷、鉀養(yǎng)分配比和分次后移，能使玉米的穗粒數(shù)和百粒重增加。穗粒數(shù)又與行粒數(shù)、穗行數(shù)有關(guān)，也就是說(shuō)分期施肥能夠增加玉米的行粒數(shù)和穗行數(shù)。這與本研究的結(jié)果相似。

各生育期春玉米的養(yǎng)分積累是其生物量積累的基礎(chǔ)，有研究表明玉米地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累與產(chǎn)量均存在顯著或極顯著正相關(guān)[22]。鄭偉等[23]研究了吉林省高、低肥力條件下不同氮肥用量對(duì)春玉米產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響，發(fā)現(xiàn)玉米地上部氮素吸收與產(chǎn)量間存在極顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，氮、磷、鉀都追施4次的處理1，不僅能夠持續(xù)增加玉米地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量，還可以促進(jìn)出苗63天后氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收與利用?？梢?jiàn)，合理的氮磷鉀養(yǎng)分配比以及分次追施水溶肥的措施更有利于玉米產(chǎn)量形成。姜濤等[24]證實(shí)了決定玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期是大喇叭口期到籽粒建成期的養(yǎng)分積累與吸收。趙營(yíng)等[25]研究也表明，拔節(jié)期至大喇叭口期和抽雄期至灌漿期的養(yǎng)分積累量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響至關(guān)重要。從養(yǎng)分積累分配比例來(lái)看，與施肥處理1相比，處理2只提高了玉米出苗63天前氮、磷、鉀積累量所占整個(gè)生育期積累量的比例，處理1則提高了出苗63天后春玉米的氮、磷、鉀的積累比例。顯然，氮、磷、鉀肥都追4次的施肥方式不僅能保證春玉米生育前期的養(yǎng)分供應(yīng)，還能為生育后期供應(yīng)較充足的氮、磷、鉀養(yǎng)分。

本研究利用通徑分析等方法探究了吉林省西部半干旱區(qū)覆膜滴灌條件下，不同肥料運(yùn)籌、春玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量之間的關(guān)系，尋找促進(jìn)春玉米增產(chǎn)的水溶肥施用模式，為吉林西部半干旱區(qū)春玉米生產(chǎn)中合理施肥提供依據(jù)。本研究?jī)H為當(dāng)年氣象條件同一玉米品種不同施肥處理的結(jié)果，不同年份氣象條件差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，不同追肥量對(duì)春玉米氮、磷、鉀在各器官間的分配、累積以及分配過(guò)程對(duì)肥料運(yùn)籌的響應(yīng)關(guān)系，還需后續(xù)進(jìn)一步的研究擴(kuò)充。

綜上所述，本研究條件下，將氮、磷、鉀肥分4次后移可增加春玉米行粒數(shù)和穗行數(shù)，促進(jìn)出苗63天后養(yǎng)分的積累與吸收，從而提高玉米產(chǎn)量。因此，在總施肥量相同的情況下，氮肥、磷肥和鉀肥分次追施的施用方式是吉林省西部半干旱區(qū)覆膜滴灌條件下春玉米生產(chǎn)的最佳水溶肥施用模式。