施磷量對高產夏玉米產量和磷素利用的影響

劉凱　張吉旺　郭艷青　裴書君　董樹亭　劉鵬　楊今勝　趙斌

摘要：隨著產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生變化。本研究旨在明確高產夏玉米的磷素吸收利用特性及其施磷量調控效應，為黃淮海高產夏玉米高效生產提供理論依據。選用夏玉米品種鄭單958（ZD958）和登海618（DH618）為試材，設置施磷（P₂O₅）量0、45、90、135kg/hm²4個水平。結果表明，隨施磷量增加，夏玉米產量呈現先升高后降低的趨勢，磷肥偏生產力、磷肥農學利用效率和磷肥吸收效率呈現下降趨勢，磷素收獲指數沒有顯著變化。90kg/hm²施磷量處理夏玉米產量較不施磷處理增產7.95%～18.31%；ZD958每生產100kg籽粒需P₂O₅1.54kg，DH618需P₂O₅1.45kg。因此，本試驗條件下，施磷量為90kg/hm²時，高產夏玉米可獲得較高產量和磷素利用效率。

關鍵詞：夏玉米；產量；施磷量；磷肥利用效率

中圖分類號：S513.062 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2016）04-0061-05

磷是作物生長發育所必需的大量營養元素之一，對作物生長發育及產量的形成有著重要的影響，是植物體內許多重要有機化合物的組成部分，同時又以多種形式參與植物體內各種代謝過程。磷能促進植株的生長發育，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轉過程；同時能促進氮代謝，提高氮效率；對脂肪的代謝也有重要的作用，從而提高植物對外界不良環境的適應性，增強植株抗逆境能力。近年的研究表明，氮肥的增產效果較20世紀50年代有所降低，磷素成為繼氮肥之后的又一高產限制因子，而施用磷肥的增產效果顯著提高。進行N、P或N、P、K配合施用才能更有效地提高養分的利用率，提高產量。

20世紀80年代以來，我國磷肥的生產和消費量持續快速增加，目前已躍居世界首位。磷肥的大量施用，不僅導致磷肥利用率下降和生產成本的增加，而且加速了磷礦資源的枯竭并增大了環境風險。由于磷在土壤中移動性差，且施人磷肥易被固定等因素的影響，我國作物磷肥的當季利用率多在10%～25%之間，與農業發達國家30%～40%的肥料利用率有較大差距。

近年來夏玉米產量大幅提高，其對磷素的利用效率發生相應變化，而國內外研究施磷對高產夏玉米產量和磷素利用的影響研究報道較少。本試驗旨在明確高產夏玉米的磷素吸收利用特性及其施磷量調控效應，以期為黃淮海高產夏玉米高效生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2013～2014年在山東農業大學試驗農場進行，土壤類型為棕壤，0～20cm土層基礎地力見表1。

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

1.2 試驗設計

采用裂區設計，主處理為兩個玉米品種，即鄭單958（zD958）和登海618（DH618），副處理為4個施磷（P₂O₅）水平，設0、45、90、135kg/hm²，分別用P0、P3、P6、P9表示。隨機區組排列，重復4次，小區面積為28.5m²。每處理施氮、鉀肥相同，施純氮270kg/hm²，在拔節期和大喇叭口期以4：6比例追施；K²O225kg/hm²與磷肥同時基施。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。病蟲害防治及其他生產管理同一般高產田。

1.3 測定項目和方法

分別于拔節期、大喇叭口期、開花期、乳熟期和成熟期每處理取4株長勢一致的植株，拔節期取整株，大喇叭口期和開花期植株分為葉片、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。稱重后粉碎過80目篩，用H₂SO₄-H₂O₂聯合消煮釩鉬黃比色法測定各器官全磷含量。

成熟期每小區調查有效穗數，收獲中間3行，連續收獲30穗，考種，測產。

1.4 相關參數計算

產量（Yield，kg）=單位面積穗數×穗粒數×粒重（14%含水量）×85%；磷素收獲指數（PHI，%）=籽粒吸磷量/植株吸磷量×100；磷肥農學利用率（PAE，kg/kg）=（施磷區籽粒產量一不施磷區籽粒產量）/施磷量；磷肥偏生產力（PPFP，kg/kg）=施磷區產量/施磷量；營養器官磷素轉運量（PTA，kg/hm²）=開花期營養器官磷素積累量一成熟期營養器官磷素積累量；磷素轉運效率（PTE，%）=營養器官磷素轉運量/乳熟期營養器官磷素積累量×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/玉米籽粒產量×100。

數據統計分析采用Microsoft Excel和DPS軟件，多重比較采用LSD（最小顯著差異法）。試驗數據分析以2014年為主。

2 結果與分析

2.1 施磷量對夏玉米產量的影響

從圖1可以看出，施磷可以顯著提高夏玉米產量，隨施磷量的增加，玉米產量呈現先增加后降低的趨勢，P6處理產量最高，同一施磷水平下DH618產量均高于ZD958，兩年產量趨勢一致。2013年ZD958和DH618 P6處理產量為12312.8kg/hm²和14084.7kg/hm²，分別較PO處理增產7.95%和13.51%；2014年ZD958和DH618 P6處理產量為12960.0kg/hm²和14983.8kg/hm²，分別較P0處理增產18.31%和13.51%。

2.2 施磷量對夏玉米磷素利用的影響

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

2.3 施磷量對磷素轉運的影響

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%。施磷處理營養器官磷素轉運量、磷素轉運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 產量與施磷量擬合關系模型

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

3 結論與討論

3.1 施磷量對玉米產量的影響

美國衣阿華州的Francis Child在2002年美國玉米高產競賽中創造的27750kg/hm²為世界玉米最高產記錄。2013中國夏玉米高產紀錄由登海種業的登海618再次刷新，產量達22676.1kg/hm²。2006年美國玉米高產競賽中根據土壤養分含量不同每級別前三名施磷量從0～162kg/hm²不等，所以施肥量和產量之間并不是正比關系。黃長江研究認為施磷（P₂O₅）230kg/hm²可獲得9288.4kg/hm²的理論產量。趙麗亞等研究表明，施用磷肥可以使夏玉米籽粒產量增加8.5%～20.0%，磷肥深施要優于分層施肥和淺施。本研究表明，施磷對高產夏玉米增產效應明顯，DH618和ZD958均在施磷量為90kg/hm²產量最高，兩年趨勢一致。不同產量水平下玉米磷素吸收規律不同，陳遠學等研究表明，玉米籽粒產量隨磷肥施用量的增加先增大后減少，在其試驗條件下最適施磷量為（P₂O₄）112.5kg/hm²時，可獲得最高產量6588kg/hm²。可見高產夏玉米具有更高的磷素利用效率，對于高產夏玉米高效磷素利用機制的研究十分必要。

3.2 施磷對玉米磷素吸收利用的影響

肥料利用率指標很難反映不同農業生產水平條件下作物對肥料的利用狀況，應該結合當地的作物產量水平、施肥水平及土壤肥力水平等進行綜合考慮。前人多認為我國磷肥當季利用率為10%～20%，高產玉米磷肥利用率為10%～18%。張福鎖等對2000～2005年不同作物和不同區域試驗結果分析發現，主要糧食作物的磷肥利用率不同地區的變幅在7.3%～20.1%，平均為11.6%，分析指出我國磷肥利用率逐漸下降的重要原因之一是施肥過量。本研究表明，磷肥偏生產力、磷肥農學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，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個百分點。

3.3 施磷對磷素積累的影響

受各自試驗田產量限制，前人關于玉米的磷素需求量的研究結果不一致。一般認為每生產100kg籽粒需N：P₂O₅：K₂O比例為3：1：3。張智猛等研究認為，生產100kg玉米籽粒需P₂O₅0.898kg。何萍等研究認為，生產100kg玉米籽粒需P₂O₅1.376kg。陸衛平分析了高產玉米6750～9750kg/hm²的氮、磷、鉀吸收資料，指出高產條件下增加肥料投入才能發揮出生產潛力，產量越高則氮、磷、鉀的效益也越高。不同產量水平下玉米每生產100kg籽粒所需P₂O₄不同，本研究發現，高產夏玉米每生產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的產量高于ZD958，主要是因為DH618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。

選擇優良品種、合理使用磷肥可提高磷肥利用效率增加產量。綜合經濟效益、磷肥利用率和生產成本等方面的因素考慮，在本試驗條件下高產夏玉米最適磷肥施用量為90kg/hm²。對于高產夏玉米高效的磷素利用生理機制仍需深入研究。