夏玉米植株干物質(zhì)、 氮磷鉀養(yǎng)分積累速度和時間的動態(tài)分析

肖 強(qiáng)， 閆連波， 朱欣宇， 張懷文， 曹 兵， 倪小會， 李麗霞， 楊俊剛， 黃德明， 衣文平*

(1 北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所， 北京 100097; 2 北京市緩控釋肥料工程技術(shù)研究中心， 北京 100097;3 北京市順義區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所， 北京 101300)

夏玉米生長發(fā)育進(jìn)程經(jīng)歷了營養(yǎng)生長、 生殖生長和籽粒成熟等階段，植株干物質(zhì)和N、 P、 K養(yǎng)分的積累符合慢—快—慢的三段式生物學(xué)過程，不少學(xué)者用Logistic方程進(jìn)行模擬已有多篇論文發(fā)表[1-14]。Logistic方程表達(dá)的是積累量隨時間的變化，積累量的多少取決于輸入量、 速度和時間三個因素。通過田間肥料試驗(yàn)， 研究夏玉米植株干物質(zhì)和NPK養(yǎng)分的積累速度將有助于對其積累量的深入了解，對此國內(nèi)外已有一些論文發(fā)表[15-22]。本文將利用Logistic方程求導(dǎo)得出的速度方程探討NPK 肥料對于干物質(zhì)和養(yǎng)分積累速度的影響，以期為這種動態(tài)過程提供一些新的資料。

1 材料與方法

夏玉米氮磷鉀肥料試驗(yàn)設(shè)置在本院試驗(yàn)場。 試驗(yàn)地土壤為砂壤質(zhì)潮土，肥力中上等，基礎(chǔ)土樣有機(jī)質(zhì)16.8 g/kg、 堿解氮73 mg/kg、 有效磷P2O525 mg/kg、 有效鉀K2O 85 mg/kg。 從肥料試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選取施氮(N， 不施磷鉀)、 施磷(P， 不施氮鉀)、 施鉀(K， 不施氮磷)、 空白對照(CK)四個處理，每處理3個小區(qū)，小區(qū)面積20 m2，試驗(yàn)用肥料在播前耕翻時一次性施入，氮處理每公頃N 225 kg(尿素)、 磷處理P2O575 kg(過磷酸鈣)、 鉀處理K2O 150 kg (氯化鉀)。玉米品種為京早8號，種植密度8.4×104plant/hm2。夏玉米在6月17日播種，三葉期開始取樣，間隔期10天左右，共取樣10次。

植株按器官測干重，烘干粉碎后按常規(guī)方法測定全氮、 全磷和全鉀。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算方法見文獻(xiàn)[23]。夏玉米植株干物質(zhì)和養(yǎng)分積累與速度方程為：

Wt=W0/[1+exp(a-bt)]

(1)

Vt=W0·b·exp(a-bt)/[1+exp(a-bt)]2

(2)

其中: Wt—夏玉米生長期間植株干物質(zhì)或養(yǎng)分積累量kg/hm2; W0—夏玉米植株干物質(zhì)或養(yǎng)分最大積累量kg/hm2;Vt—干物質(zhì)或養(yǎng)分積累速度[kg/(hm2·d)]; a、 b—系數(shù); t—時間。方程中W0的計(jì)算采用文獻(xiàn)[24]介紹的方法，即用試驗(yàn)數(shù)據(jù)中等距的低、 中、 高三點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，使W0的計(jì)算值符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)的范圍。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時期植株干重與氮磷鉀養(yǎng)分積累量分析

根據(jù)表1、 2的數(shù)據(jù)算得各處理的植株干物質(zhì)與養(yǎng)分積累量的Logistic方程R2值均在0.96以上，擬合良好。從Logistic方程推導(dǎo)的各處理干物質(zhì)和NPK養(yǎng)分積累速度方程見表3。

表1 夏玉米地上部植株干重(kg/hm2)

表2 夏玉米地上部植株N、 P、 K養(yǎng)分積累量(kg/hm2)

2.2 植株干重與氮磷鉀養(yǎng)分積累速度分析

用干物質(zhì)積累速度方程(表3)，計(jì)算出來的夏玉米生育期間植株干物質(zhì)積累速度(表4)。各處理的干物質(zhì)積累速度隨時間變化均呈現(xiàn)為兩側(cè)不對稱的單峰曲線，從夏玉米植株出苗后，干物質(zhì)積累速度逐漸加大，到Vmax時速度最大，以后逐漸下降。從表4的數(shù)據(jù)中可以看出，施N植株干物質(zhì)積累的最大速度Vmax和平均速度高于K和P處理，但是施K處理植株干物質(zhì)積累速度在生長78天以后就超過了施N處理植株，而施P處理在第85天后，其積累速度也超過了施N處理，這是由于干物質(zhì)積累速度過了高峰期之后，各處理速度均處于下降階段，施N處理速度下降較快，P、 K處理速度下降較慢。

用植株氮磷鉀養(yǎng)分積累速度方程(表3)，計(jì)算出來的氮磷鉀養(yǎng)分累積量。從表5所列數(shù)據(jù)可知，夏玉米植株NPK養(yǎng)分積累速度總體而言以K為高，VmaxK為6.510 kg/(hm2·d)，是VmaxN的1.5倍，但在第36天之前，N的積累速度比K高。所以對NPK養(yǎng)分，也包括干物質(zhì)積累速度變化過程進(jìn)行分時段的比較很有必要。

表3 夏玉米不同處理植株干物質(zhì)和氮磷鉀積累速度方程

表4 夏玉米植株干物質(zhì)積累速度[kg/(hm2 · d)]

表5 夏玉米植株N、 P、 K養(yǎng)分積累速度[kg/(hm2 ·d)]

2.3 植株干重與氮磷鉀養(yǎng)分分期積累速度與積累量分析

從表4、 5中均可看出在夏玉米生長30天前后，NPK養(yǎng)分與干物質(zhì)積累速度均有一明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可以在Vmax與起始測定值之間用兩條直線相交法算出轉(zhuǎn)折點(diǎn)t1的時間，將0-t1、 t1-tmax和tmax-t95和植物干物質(zhì)和NPK養(yǎng)分積累速度進(jìn)程劃分成I-低速期、 Ⅱ-快速期和Ⅲ-降速期三個時段。夏玉米植物干物質(zhì)與NPK養(yǎng)分積累速度分期列于表6。

夏玉米植株干物質(zhì)與NPK養(yǎng)分積累速度變化的拐點(diǎn)出現(xiàn)在出苗后的第30天和60天左右，低速期，快速期和降速期各占三分之一。不同肥料處理對三個分期的時長有不同的影響。施N處理t1和tmax出現(xiàn)時間均早于P、 K的處理，所以它的快速期時長少于P、 K肥處理，而降速期時長相對長一些，如施N處理干物質(zhì)積累速度Ⅱ期時長為31.6天，施K處理為35.6天，少了4天，Ⅲ期時長施N處理為29.4天，施K處理為26.4天，多了3天。這種差別將影響夏玉米先育后期的干物質(zhì)積累。

表6 夏玉米植物干物質(zhì)與N、 P、 K積累速度分期(d)

根據(jù)上表的分期時長，可以算得干物質(zhì)和NPK養(yǎng)分的分期平均積累速度(表7)。

表7 夏玉米植株干物質(zhì)與N、 P、 K養(yǎng)分分期平均積累速度[kg/(hm2 ·d)]

表8的分期積累量數(shù)據(jù)是用各處理的分期平均積累速度乘以分期天數(shù)得出的，以檢驗(yàn)速度研究的可靠性。由于是分期的平均速度，各期積累量的合計(jì)數(shù)與表1、 表2第95天的最終積累量有一些差別，但基本相符。表中干物質(zhì)分期積累量與表7所列分期積累速度并不同步，施K處理Ⅲ期平均積累速度高于施N處理，但干物質(zhì)積累量少于施N處理，這是由于施K處理Ⅲ期的天數(shù)比施N處理少了三天。同樣，施P、 K處理Ⅲ期的平均積累速度高于Ⅱ期，但其干物質(zhì)積累量少于Ⅱ期，這兩個處理干物質(zhì)積累時長分期中，Ⅱ期比Ⅲ期分別多了4天和9天。所以在夏玉米各種生物量積累的研究中，速度和時長是必不可少的兩個參數(shù)。

3 討論

表8 夏玉米植物干物質(zhì)和N、 P、 K養(yǎng)分分期積累量(kg/hm2)

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