不同磷素用量對玉米氮磷鉀養(yǎng)分分配及產(chǎn)量的影響

高文龍 崔浩 馮木彩 張贏心 高占 賈志越 盧英進(jìn) 劉樹堂

摘要：為研究不同磷素用量對玉米氮磷鉀養(yǎng)分分配以及玉米產(chǎn)量和磷肥利用率的影響，以魯單818玉米為試驗材料，設(shè)置0（P1）、20 （P2）、40 （P3）、60 （P4）、80 （P5）、100 kg/hm2（P6）共6個磷素處理水平，測定玉米各個器官氮磷鉀累積含量、玉米產(chǎn)量以及磷肥利用率。結(jié)果表明，施用磷肥能夠顯著提高玉米養(yǎng)分累積量和玉米產(chǎn)量（P<0.05），其中 100 kg/hm2 磷肥處理的玉米氮、磷、鉀含量較不施磷肥分別提高了37.95%、54.15%、48.12%，另外玉米干物質(zhì)積累量、穗長、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量較不施磷肥處理分別提高12.15%、18.18%、22.22%、9.21%、21.68%;施用磷肥可以顯著提高玉米各器官的氮磷鉀含量，養(yǎng)分在玉米植株各器官中的分布規(guī)律：氮素含量表現(xiàn)為籽粒>葉葉>莖稈>根系，磷素含量表現(xiàn)為為籽粒>葉片>莖稈>根系，鉀素含量表現(xiàn)為葉片>莖稈>籽粒>根系;磷肥利用率、磷肥農(nóng)學(xué)效率、磷肥偏生產(chǎn)力、磷素吸收效率均隨磷素用量的增加而下降，100 kg/hm2磷素用量時分別為17.46%、20.79 kg/kg、116.21 kg/kg、0.56 kg/kg。當(dāng)磷素用量為100 kg/hm2時玉米產(chǎn)量最高，當(dāng)磷素用量為60～80 kg/hm2時既可以保證高產(chǎn)又可以保持較高的磷肥利用率。

關(guān)鍵詞：磷素用量;玉米;養(yǎng)分吸收;產(chǎn)量構(gòu)成;養(yǎng)分利用效率

中圖分類號： S513.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）12-0075-06

收稿日期：2021-09-11

基金項目：山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項目（編號：SD2019ZZ013）;山東省科技特派員行動計劃 （編號：2020KJTPY075）。

作者簡介：高文龍（1997—），男，山東臨沂人，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)研究。E-mail：gwl0313@163.com。

通信作者：劉樹堂，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事植物營養(yǎng)與施肥技術(shù)研究。E-mail：liushutang212@163.com。

磷是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素之一，參與植物體的構(gòu)成以及新陳代謝等過程[1]。土壤中只有少量的有效磷可以供作物吸收利用[2]，因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上需施用磷肥來提高作物產(chǎn)量。但是由于磷肥當(dāng)季利用率低，在1980—2010年間磷肥用量增長了2倍，而糧食產(chǎn)量僅提高70%[3]，并且過量以及不合理地施用磷肥也造成土壤磷素累積、水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題，最終導(dǎo)致磷肥資源的浪費以及生產(chǎn)成本的提高[4]。

玉米作為主要的農(nóng)作物之一，對我國糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要影響[5]。氮磷鉀在玉米器官中的養(yǎng)分積累分配對玉米產(chǎn)量以及品質(zhì)具有顯著影響[6]，掌握玉米養(yǎng)分吸收累積的特點能夠為合理施肥提供科學(xué)的理論依據(jù)[7]。李川等發(fā)現(xiàn)，隨著生育期的進(jìn)行，玉米植株內(nèi)磷素含量逐漸增加，并在鮮食期達(dá)到最大值[8]。李文娟等發(fā)現(xiàn)，灌漿期以后，玉米體內(nèi)的磷素有56.0%～85.8%來自于營養(yǎng)器官的轉(zhuǎn)運[9]。隨著施磷量的增加，籽粒的磷素累積量先增加后降低，而磷肥利用率則逐漸降低[10-11]。前人研究多集中在肥料以及氮素對玉米養(yǎng)分分配以及產(chǎn)量的影響，本試驗通過設(shè)置不同的磷素用量來研究磷素對玉米養(yǎng)分分配、產(chǎn)量以及肥料利用率的影響，以期為玉米生產(chǎn)中合理施用磷肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2020年6月28日在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)萊陽試驗站栽培池（120.7°E，36.9°N）進(jìn)行，栽培池長×寬為2 m×2 m，深1.5 m，栽培池之間用水泥層隔斷。土壤為棕壤，pH值為6.5，有機(jī)質(zhì)含量12.93 g/kg，全氮含量0.77 mg/kg，堿解氮含量59.85 mg/kg，有效磷含量30.52 mg/kg，速效鉀含量112.60 mg/kg。玉米品種為魯單818，行距60 cm，株距20 cm，試驗共設(shè)6個處理（表1），4次重復(fù)。所施肥料中氮肥為尿素（氮含量46%）、磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量14.5%），鉀肥為氯化鉀（K2O含量62.67%）。2020年6月28日播種，磷肥和鉀肥全部作基肥一次施入，氮肥分3次施入，分別在播種期、大喇叭口期、抽雄期施入總量的30%、30%、40%。玉米整個生育期內(nèi)管理方式相同，如灌溉、除草、追肥等。

1.2 測定方法

土壤全氮含量用H2SO4-H2O2消煮，半微量凱氏定氮儀法測定;堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法測定;有效磷含量用鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量用火焰光度計測定;有機(jī)質(zhì)含量用外加熱法測定[12]。

玉米成熟期收獲以后進(jìn)行玉米考種，測量玉米穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量等指標(biāo)。植物養(yǎng)分含量測定：采集各小區(qū)成熟期玉米全株，把根、莖、葉、籽粒等器官分開，在105 ℃殺青1 h，75 ℃ 烘干至恒質(zhì)量，測定干物質(zhì)積累量;采用 H2SO4-H2O2 消煮，半微量凱氏定氮儀法測定玉米植株全氮含量;用釩鉬酸銨比色法測定植株全磷含量;用火焰光度計測定植株全鉀含量[12]。

養(yǎng)分含量及利用效率的計算公式：

植株（器官）養(yǎng)分積累量=植株（器官）生物量×植株（器官）養(yǎng)分含量[6];

磷肥利用率（REP）=（施磷區(qū)地上部吸磷量-不施磷區(qū)地上部吸磷量）/磷肥用量[13];

磷肥農(nóng)學(xué)效率（AEP）=（施磷處理籽粒產(chǎn)量-不施磷處理籽粒產(chǎn)量）/施磷量[13];

磷肥偏生產(chǎn)力（FPP）=施磷處理籽粒產(chǎn)量/施磷量[13];

磷素吸收效率（UPEP）=植株磷素積累量/施磷量[13]。

1.3 統(tǒng)計分析

試驗結(jié)果采用Excel 013、Orinin 018和DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷素用量對土壤養(yǎng)分含量的影響

從表2可以看出，不同的磷素用量對土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀的含量沒有顯著影響。土壤中有效磷含量以P6處理最高，其次是P2處理，較P1處理分別提高20.49%、10.78%。另外，土壤全氮含量表現(xiàn)為P1處理>P2處理>P3處理>P5處理>P4處理>P6處理，其中P6處理的全氮含量較P1處理降低了14.61%，P2處理較P1處理降低了7.87%。堿解氮含量是反映土壤供氮能力的指標(biāo)，P6處理的堿解氮含量最低，其次是P5處理，與P1處理相比分別降低了16.75%、15.36%，P2處理較P1處理也降低了10.22%。試驗結(jié)束后，各個處理的土壤中堿解氮含量均高于基礎(chǔ)土壤，這可能是施用氮肥造成的。說明施用磷素對土壤有機(jī)質(zhì)及速效鉀含量的影響不顯著，但是對土壤氮含量的影響顯著，這可能是磷素的施用促進(jìn)了玉米對氮素的吸收。

2.2 不同磷素用量對玉米干物質(zhì)總量的影響

由圖1可知，隨磷肥用量的增加，玉米干物質(zhì)積累量也在逐漸增加，各施肥處理的玉米干物質(zhì)積累量均高于不施磷肥（P1）處理。各個施肥處理之間的玉米干物質(zhì)積累量具體表現(xiàn)為P6處理>P5處理>P4處理>P3處理>P2處理>P1處理，其中P6處理的干物質(zhì)積累量最高，為24.04 t/hm2，其次是P5處理（23.77 t/hm2），P2處理為22.40 t/hm2，三者較P1處理分別提高了12.15%、10.90%、4.53%。說明施用磷肥能提高玉米干物質(zhì)量的累積。

2.3 不同磷素用量對玉米各器官中氮素含量的影響

由圖2可知，玉米植株各器官中的氮素累積量表現(xiàn)為籽粒>葉片>莖稈>根系;另外，不同磷肥施用量處理下玉米植株中氮素總累積量表現(xiàn)為P6處理>P5處理>P4處理>P2處理>P3處理>P1處理，其中P6處理的氮素累積量最高，為327.25 kg/hm2，其次是P5處理（293.84 kg/hm2），P2處理為 64.67 kg/hm2，三者較P1處理分別高出37.95%、23.86%、11.56%。玉米根、莖、葉、籽粒中氮素含量隨磷肥用量的增加呈現(xiàn)升高趨勢，其中，P6處理較P1處理分別提高39.20%、78.35%、75.28%、18.34%，P5處理較P1處理分別提高29.52%、71.24%、38.62%、11.52%，P2處理的根系中氮素含量和P1處理無顯著差異，莖、葉、籽粒中氮素含量較P1處理分別顯著高出23.70%、11.25%、10.76%。結(jié)果表明，施用磷肥能夠有效提高玉米根、莖、葉以及籽粒中的氮素累積量，說明磷肥的施用促進(jìn)了玉米對氮素的吸收和累積。

2.4 不同磷素用量對玉米各器官中磷素含量的影響

由圖3可知，磷素在玉米各器官中的累積量表現(xiàn)為籽粒>葉片>莖稈>根系;不同磷肥施用量處理下玉米植株磷素總累積量表現(xiàn)為P6處理>P5處理>P4處理>P3處理>P2處理>P1處理。其中，P6處理的磷素累積量最高，為68.94 kg/hm2，其次是P5處理（62.27 kg/hm2），P2處理為53.91 kg/hm2，三者較P1處理分別高出54.15%、39.24%、20.56%。施用磷肥增加了玉米根、莖、葉、籽粒中的磷素累積量，其中P6處理較P1處理分別提高64.16%、47.96%、115.87%、34.99%，P5處理較P1處理分別提高59.67%、51.53%、57.64%、31.16%，P2處理較P1處理分別高出5.34%、20.55%、10.59%、24.29%。結(jié)果表明，施用磷肥能夠有效提高玉米植株中磷素累積量，其中葉片中磷素累積量增加效果最顯著，這可能是由于磷參與光合作用，顯著提高了玉米葉片中磷的含量。

2.5 不同磷素用量對玉米各器官中鉀素含量的影響

由圖4可知，鉀素在玉米各器官的累積量表現(xiàn)為葉片>莖稈>籽粒>根系;不同磷肥施用量處理下玉米植株鉀素總累積量表現(xiàn)為P6處理>P5處理>P4處理>P2處理>P3處理>P1處理。其中，P6處理的鉀素累積總量最高，為170.18 kg/hm2，其次是P5處理（163.60 kg/hm2），P2處理為132.17 kg/hm2，三者較P1處理分別高出48.12%、42.33%、15.04%。施用磷肥增加了玉米根、莖、葉、籽粒中的鉀素累積量，其中P6處理較P1處理分別提高67.30%、65.04%、57.52%、16.55%，P5處理較P1處理分別提高74.57%、60.74%、49.33%、10.59%，P2處理較P1處理分別高出33.02%、35.28%、7.00%、6.28%。結(jié)果表明，施用磷素可以提高玉米植株中鉀素的累積，這可能是磷肥的使用促進(jìn)了玉米的生長發(fā)育，進(jìn)而提高了玉米對其他養(yǎng)分的吸收和累積。

2.6 不同磷素用量對玉米產(chǎn)量構(gòu)成的影響

從表3可以看出，各個處理間玉米穗行數(shù)沒有顯著差異;另外，不同磷肥用量處理的玉米產(chǎn)量均大于不施磷肥處理，不同磷肥用量對玉米穗長、行粒數(shù)以及產(chǎn)量的影響均表現(xiàn)為P6處理>P5處理≥P4處理>P3處理>P2處理>P1處理，其中P6處理的玉米穗長、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量和產(chǎn)量均最高，較P1處理分別提高了18.18%、22.22%、9.21%、21.68%，其次是P5處理，較P1處理分別提高7.39%、18.52%、3.42%、19.58%，P2處理較P1處理也分別提高1.14%、11.11%、3.93%、7.64%。試驗結(jié)果表明，施用磷肥可以提高玉米穗長、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量等指標(biāo)，從而提高玉米產(chǎn)量，尤其是對百粒質(zhì)量和穗長的提高效果最好，因此合理施用磷肥對提高玉米產(chǎn)量至關(guān)重要。

2.7 不同磷素用量對玉米磷肥利用效率的影響

從表4可以看出，隨著磷肥施用量的增加，玉米磷肥利用率、磷肥農(nóng)學(xué)效率、磷肥偏生產(chǎn)力以及磷素吸收效率逐漸下降。其中，P6處理較P2處理的磷肥利用效率下降27.87百分點，磷肥農(nóng)學(xué)效率下降44.41%，磷肥偏生產(chǎn)力下降77.41%，磷素吸收效率下降76.37%。通過不同磷素用量對玉米磷肥利用效率的影響進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，施用磷肥可以有效提高玉米產(chǎn)量，但是隨磷肥施用量的增加，磷肥利用效率也在逐漸降低，因此選擇合理的磷肥用量對于保證玉米產(chǎn)量，提高磷肥利用效率至關(guān)重要。

2.8 不同磷素用量與產(chǎn)量、磷肥利用率的關(guān)系

由圖5可知，對玉米產(chǎn)量、磷肥利用率與磷素用量進(jìn)行擬合，得出玉米產(chǎn)量與磷肥施用量的回歸方程為y=41.245x-2.201x2+9 473.100（r2=0.930 8），根據(jù)方程可以得出，當(dāng)磷肥用量為 103 kg/hm2 時，玉米產(chǎn)量達(dá)到最大值。磷肥利用率和磷肥用量之間的關(guān)系為y=188.11x-0.544（r2=0.796 ），可以看出，隨著磷肥用量的增加磷肥利用率逐漸降低。通過分析產(chǎn)量和磷肥利用率得出，在該試驗條件下磷素用量在60～80 kg/hm2時能保證產(chǎn)量和磷肥利用率。

3 討論與結(jié)論

磷是植物生長發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)元素，磷肥的合理施用是保證玉米產(chǎn)量的重要措施，本試驗結(jié)果表明，增施磷肥能促進(jìn)玉米對氮磷鉀養(yǎng)分的累積，有利于提高玉米產(chǎn)量，這與江帆等的研究結(jié)果[14]一致。雖施用磷肥提高了籽粒的氮素含量，但不同磷肥用量處理之間的籽粒氮素含量增加不明顯。氮素在玉米各器官中的含量表現(xiàn)為籽粒>葉片>莖稈>根系，這與王安臻等的研究結(jié)果[6]一致。本研究結(jié)果表明，磷素在各器官中的累積量表現(xiàn)為籽粒>葉片>莖稈>根系，增施磷肥顯著增加了玉米籽粒和葉片中磷素累積量，但磷肥用量在 0～80 kg/hm2 時籽粒中磷素累積量差異不顯著，這與顏曉軍等的研究結(jié)果[15]一致。鉀素在植株中的累積量常因作物種類和器官不同而有所區(qū)別[6]，本研究結(jié)果表明，玉米各器官中鉀素含量表現(xiàn)為葉片>莖稈>籽粒>根系，試驗結(jié)果顯示，鉀素主要存在于葉片中，這與楊歡等的研究結(jié)果[16]存在差異，可能是由玉米品種以及葉鞘的劃分不同造成的。

從土壤養(yǎng)分的角度看，施用磷肥的處理土壤全氮、堿解氮含量有所降低，但土壤中有機(jī)質(zhì)以及速效鉀含量變化不顯著，這可能是由于氮磷交互作用促進(jìn)了玉米對氮素的吸收，而鉀素在土壤中移動性較強(qiáng)，從而導(dǎo)致含量變化不顯著，這與吳啟華等的研究結(jié)果[17]一致。干物質(zhì)累積是玉米生長發(fā)育的基礎(chǔ)，本研究結(jié)果表明，增施磷肥可以顯著增加玉米干物質(zhì)積累量，這與前人的研究結(jié)果[18-19]一致。

本研究結(jié)果表明，隨著磷肥用量的增加，玉米穗長、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量以及產(chǎn)量都明顯增加，這與郝中明等的研究結(jié)果[13]一致。玉米磷肥利用率、磷肥偏生產(chǎn)力、磷素吸收效率、磷肥農(nóng)學(xué)效率均隨施磷量的增加而降低，這與李前等的研究結(jié)果[20]一致。

綜上，施用磷肥可以促進(jìn)玉米對土壤中氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，提高玉米植株中氮磷鉀養(yǎng)分累積量，促進(jìn)玉米籽粒中養(yǎng)分累積，最終提高玉米產(chǎn)量;但隨磷肥用量的增加，玉米產(chǎn)量的提高逐漸減小，磷肥利用率也在逐漸下降，最終造成生產(chǎn)成本的升高、磷肥流失浪費以及環(huán)境污染等問題。因此，在本試驗條件下，結(jié)合玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分累積、磷肥利用率等指標(biāo)，磷肥施用量在60～80 kg/hm2 時既能保證玉米產(chǎn)量，又能實現(xiàn)磷肥減施增效的目的。

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