干旱區玉米不同水肥下N、P、K吸收及干物質積累規律的研究

李小煒,李曉韜

(榆林學院 生命科學學院,陜西 榆林 719000)

玉米已成為我國最重要的糧食作物之一,在食品、飼料、工業原料等方面具有廣泛的用途[1-2]。高產栽培技術已使玉米單產大幅提高,其中化肥投入尤其是N、P、K肥投入是實現玉米增產的最重要因素[3]。但是由于施肥缺乏科學依據,不能掌握N、P、K素在玉米體內分布和積累的規律,造成了3種肥料配施不合理、施肥量不科學等多種問題[4-5]，導致了玉米產量降低、肥料浪費、生產成本提高、土壤化肥殘留污染等諸多問題[6-8]。

前人對玉米N、P、K素吸收規律的研究大多是在灌水充分的條件下進行的，而在干旱地區進行的類似研究很少。干物質積累是研究作物N、P、K素積累的基礎數據,也是產量研究的依據[9]。在干旱地區玉米栽培中，灌水量不足,玉米對N、P、K素的吸收和積累具有其特殊性。鑒于此，我們在寧夏中部干旱少雨、土壤貧瘠[10]的鹽池縣開展試驗，研究了不同水肥條件下N、P、K素在玉米整株和根、莖、葉、籽粒中的分布和干物質積累規律,以期為干旱區玉米生產中N、P、K肥科學配合施用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年在鹽池縣實施,該地為干旱半干旱氣候,日平均溫度21.6 ℃,年降水量265 mm,≥10 ℃有效積溫為2949.9 ℃·d,無霜期151 d。該地由于自然生態環境遭到嚴重破壞,常年風沙,原灰鈣土表層覆蓋深厚沙土。土壤容重1.44, pH 8.5,總孔隙度46.42%,田間持水量18.4%；速效氮27.88 mg/kg,速效鉀92.5 mg/kg,速效磷3.24 mg/kg,有機質3.18 g/kg。

供試玉米品種為正大12,種植密度為90900株/hm2;采用滴灌,進行水、肥一體化管理。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 灌水量試驗:試驗設置3個處理:1350、2700、4500 m3/hm2,每個處理3個重復。分別施N、P、K肥562.5 kg/hm2;在播種前施用4500 kg/hm2有機肥作為基肥。

施肥量試驗:試驗設置3個處理,每個處理3個重復: N、P、K肥總量分別為450、675、900 kg/hm2。在播種前統一施用4500 kg/hm2有機肥作為基肥；各處理的灌水量均為3150 m3/hm2。滴灌肥中N∶P2O5∶K2O=25∶9∶16,總養分率為56%， N∶P∶K≈6∶1∶3。

生育期干物質積累變化規律試驗:設置1個處理3個重復,生育期施N、P、K肥總量675 kg/hm2；施4500 kg/hm2有機肥作為基肥；滴灌量為2700 m3/hm2。

1.2.2 測定方法 生育期干物質積累規律試驗:在玉米生育期間，每隔10 d隨機采集3株，測定平均株高、莖粗,測量根、莖、葉、籽粒干重。

不同施肥量和灌水量下N、P、K及干物質積累規律試驗:在玉米灌漿后期，測量不同水、肥處理下玉米整株和各器官中N、P、K及干物質的積累量。用H2SO4-H2O2消煮蒸餾法測定全氮含量,用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定全磷含量,用火焰光度計讀取測定[11]全鉀含量。

1.3 數據分析

以下項目均采用單因素方差分析(one-way ANOVA):不同灌水量、施肥量下玉米干物質積累量的差異；不同灌水量、施肥量下各器官N、P、K素積累量的差異。統計學分析采用SAS 8.01數據統計軟件進行。

2 結果與分析

2.1 干物質積累規律

2.1.1 生育期干物質積累隨時間的變化規律 在N、P、K肥總量675 kg/hm2、滴灌量2700 m3/hm2條件下進行試驗。從圖1-a可以看出：在生育期0～40 d的苗期，干物質積累緩慢;從生育期30 d到生育期90 d,為苗期末期到拔節期結束,干物質積累為逐漸加快的過程；在拔節中后期，即生育期70～90 d,為整個生育期間干物質積累最快期,此期水、肥供應是玉米高產的關鍵;生育期90～120 d為灌漿早期和中期,由于果穗的迅速生長,干物質積累仍然保持著較快的增長速度；在生育期120～150 d即灌漿后期,果穗生長逐漸停止,莖葉也逐漸停止生長,干物質積累基本停止。因此，在玉米生育期間，干物質積累總體表現為慢-快-慢的趨勢。

從圖1-b可以看出：在生育期0～90 d,根、莖、葉中干物質積累呈現一個從緩慢到逐漸加快的過程，這是由拔節期玉米生長迅速所致；在播種90 d后，即進入灌漿期后,各器官干物質積累表現為逐漸降低趨勢,這是因為這一時期以籽粒生長為主,營養器官逐漸停止生長甚至枯萎脫落；莖部干物質積累在拔節期后迅速下降,也充分說明莖部大量營養物質向果穗轉移,供果穗生長，因此果穗干物質積累在灌漿期呈迅速上升趨勢。

圖1 玉米在不同生育期干物質的積累

2.1.2 不同灌水量下玉米干物質積累規律 從圖2-a可以看出,隨著灌水量從1350 m3/hm2增加到4500 m3/hm2,玉米整株干物質積累呈顯著增加趨勢(P<0.05)。因此在灌水不充分的干旱地區,增加灌水是提高玉米干物質積累量的最重要手段。

從圖2-b可以看出,在施肥量相同條件下,隨著灌水量的增加,玉米根、莖、葉、籽粒干物質積累均呈上升趨勢,說明在干旱區水分不飽和條件下,增加灌水量有利于根系吸收營養物質,體內較多的水分有利于提高光合作用效率和產量。從該圖也可以看出,干物質多積累于籽粒中,籽粒中干物質約等于根、莖、葉中干物質積累的總和；莖部干物質積累量大于葉部干物質積累量,而根部干物質積累量最少。從不同灌水處理下干物質積累量的斜率來看,增加灌水對籽粒干物質積累提升的效果最明顯。

圖2 在不同灌水量下玉米單株干物質積累規律

2.1.3 不同施肥量下玉米干物質積累規律 從圖3-a可以看出,隨著施肥量的增加,玉米整株干重呈顯著增加趨勢。說明施肥是土壤貧瘠地區提高玉米干物質積累量、增加青儲產量的重要手段。

從圖3-b可以看出,隨著施肥量的提高,玉米不同器官干物質積累均呈現增加趨勢。從不同施肥量下不同器官干物質積累的斜率可知,施肥對籽粒干物質積累量的影響大于對其它器官的影響。不同施肥處理下根、莖、葉干物質積累量總和均大于籽粒干物質積累量,這與灌水試驗有所差異,說明不充足的水分條件影響其它器官的干物質向籽粒轉移,進而影響產量。

圖3 在不同施肥量下玉米單株干物質積累規律

2.2 不同灌水處理下玉米N、P、K積累規律

2.2.1 不同灌水量下整株N、P、K積累規律 從圖4可以看出,在施肥量一定的前提下,玉米整株N素含量隨著灌水量的增加而呈增加趨勢。這與灌水量增加有利于肥料溶解、促進根部吸收有關。玉米整株P素含量在灌水1350 m3/hm2下較少,在2700 m3/hm2、4500 m3/hm2灌水量下相近,這是因為在施肥量相同、灌水較多的條件下灌水對玉米吸收P肥不再起制約作用。不同灌水處理下整株K素含量近似,是因為K肥易溶于水,在不同灌水量、施用相同鉀肥量的條件下K素均能很好地被玉米植株吸收。灌水量對玉米吸收N、P、K肥的影響表現為N>P>K。

2.2.2 不同灌水量下玉米各器官N、P、K積累規律 于灌漿后期測量玉米不同器官N、P、K含量。從圖5-a可以看出,隨著灌水量的增加,根部N、P、K含量均呈顯著增加趨勢(P<0.05),說明即使在施肥量相同的前提下,較多的灌水也有利于根部對營養物質的吸收和積累。根中K素含量總體上略高于P素含量。在施磷量遠遠低于施鉀量和施氮量的前提下,在根部的P素含量較高,充分說明根系對P素的吸收能力最強,P肥有利于根系生長。

圖4 在不同灌水量下玉米單株N、P、K積累規律

從圖5-b可以看出,莖部N素含量在灌水量1350 m3/hm2、2700 m3/hm2之間差異不顯著(P>0.05),但高灌水量4500 m3/hm2處理的莖部N素含量低于低灌水量、中灌水量處理的,且差異顯著(P<0.05),原因為較高的灌水量可以促進莖稈N素向籽粒轉移,而較低的灌水量則抑制轉移。在不同灌水量處理下莖部P素含量的變化規律與莖部N素含量相似。莖部K素含量隨著灌水量的增加呈顯著減少趨勢(P<0.05),說明較多的灌水能促進莖部K素向籽粒轉移。在3個灌水量處理下莖中K素積累量均最大,甚至大于N素的積累量,說明莖部對K素有較大的需求量,施用K素能促進莖稈健壯。

從圖5-c可以看出,葉片N素含量高于P素和K素的含量,說明葉片的生長生理對N素的需求最大。在灌水4500 m3/hm2處理下,葉中N素含量相對于其它兩個處理呈顯著性增加(P<0.05),說明灌水可以促進N素在葉片中積累,而葉片向籽粒轉運N素較少。葉中P素含量隨著灌水量的增加呈顯著增加趨勢(P<0.05),說明較高的水分有利于葉片吸收和積累P素。葉中K素含量隨著灌水量的增加無明顯規律性,說明K素易溶于水,灌水量對葉片K素的吸收影響不大。

從圖5-d可以看出,隨著灌水量的增加,籽粒中N素呈顯著增加趨勢(P<0.05),說明較多的水分有利于N素向籽粒轉移,灌漿期及時補充水分十分重要。籽粒中N素含量遠遠大于P素、K素的含量,說明在灌漿期補施N肥可以促進籽粒發育。

綜上所述,玉米籽粒和葉部對N素需求最高,莖稈對K素的吸收能力和需求最強,根部對P素有較強的吸收能力和需求。

2.3 不同施肥量下玉米N、P、K積累規律

2.3.1 不同施肥量下整株N、P、K積累規律 從圖6可以看出：隨著施肥量的增加,整株N、K素含量均呈增加趨勢；但整株P素含量隨施肥量的增加呈先增加后下降的變化，說明玉米對P肥的需求量遠遠小于N肥及K肥。

圖5 在不同灌水量下玉米不同器官N、P、K的積累

圖6 在不同施肥量下玉米單株N、P、K的積累

2.3.2 不同施肥量下各器官N、P、K積累規律 從圖7-a可以看出,隨著施肥量的增加,根中N、P、K含量總體上呈顯著增加趨勢(P<0.05)。在施用N、K量遠遠大于施用P量的前提下,根中P素積累量高于N素、K素,說明根系對P素的需求量最高,施用P素能促進根系生長,防止倒伏。

從圖7-b可以看出：隨著施肥量的增加,莖中N、P、K含量均呈顯著增加趨勢(P<0.05)；莖中N素和K素含量較高,P素含量最低；在高施肥量處理下莖部K素含量反而有所下降,可能與莖部向籽粒轉運較多K素有關。

從圖7-c可以看出,葉中養分隨著施肥量的增加呈顯著增加趨勢(P<0.05),其中N素、K素有較高的含量。

從圖7-d可以看出,各施肥處理籽粒中N素含量遠遠高于P素和K素含量，P素含量又高于K素的,說明籽粒對P肥的吸收和需求大于K肥的。

圖7 在不同施肥量下玉米不同器官N、P、K的積累

3 討論

在本試驗中，玉米干物質積累在苗期、拔節期、灌漿期大致表現為慢-快-慢的規律,這與肖強等[12]的試驗結果相似。玉米籽粒對N素的吸收能力和需求量最大,葉部N素含量也較高,這與李婷等[13]、尹彩俠等[13-14]的研究結果類似。玉米莖部對K素吸收和積累的能力強,這與張經廷等[15]、車明等[16]的研究結果相似。前人對玉米N、P、K素吸收規律的研究結論大多是在灌水充足的條件下獲得的,而本研究是在干旱區灌水不足的條件下進行的，因此所得結論與前人的結論有所不同。

4 結論

玉米干物質積累總體表現為苗期緩慢,拔節期至灌漿中期較快,灌漿后期逐漸停止。莖部干物質積累在灌漿期前后呈現明顯的上升和下降兩個階段。隨著施肥量、灌水量的增加,玉米植株體內N、P、K素含量總體上呈增加趨勢。在施肥量相同條件下,增加灌水量能明顯促進玉米對肥料的吸收。N素吸收對水分條件的依賴最強,K素吸收對水分的依賴最低。玉米籽粒、葉部對N肥需求最高,根部對P肥的吸收能力最強,莖部對K素的積累最多。

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