不同施肥水平對玉米產量的影響及肥料效應

周 龍，曾志偉，楊德榮,3*

(1.云南農業大學 植物保護學院，云南 昆明 650201；2.云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228；3.云南省化工研究院，云南 昆明 650228)

玉米是世界三大糧食作物之一，主要用于食用和飼料加工。當前，玉米工業加工用途也越來越受到重視，未來其能源替代前景也十分廣闊。然而，廣大種植戶在玉米種植上存在較大盲點，種植方式與結構不夠合理、種植技術更是不符合要求，小農思維導致種植戶只種地、不養地，普遍重施氮肥、少施或不施磷鉀肥和中微量元素肥，在有機物料投入方面也是沿襲原始焚燒秸稈還田模式，不僅產量得不到提高，化肥施用和品種結構單一導致作物病蟲害高發，玉米產質量較低，且導致土壤結構持續惡化，嚴重影響土壤與環境的質量[1-2]。因此，通過測土配方施肥確定玉米氮、磷和鉀的合理施用量及比例具有重要意義。

“3414”試驗是根據作物的需肥特點、土壤供肥性能與肥料效應，在測出土壤養分狀況的前提下，提出氮、磷和鉀的合理施用量及比例，是當前大田作物推薦施肥的主要田間試驗方案。其試驗設計方案作為全國范圍內廣泛開展的測土配方施肥推薦的主要田間試驗方案，已在水稻[3]、小麥[4]、油菜[5]和大麥[6]等作物上分別建立了施肥指標體系，玉米作為我國主要糧食作物及新能源替代作物已受到廣泛關注[1,7-9]，但關于不同品種、不同壤質及肥力下的玉米推薦施肥研究較少。為此，選擇2個玉米品種，采用“3414”方案設計氮磷鉀3種不同肥料配比進行不同壤質的田間試驗并建立肥料效應模型，研究氮磷鉀配比對玉米產量的影響，以期為不同壤質及肥力下玉米的合理施肥提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 玉米品種 會單4號和長城799，由麗江市農技推廣站提供。

1.1.2 肥料 氮肥為尿素(N 46%)，磷肥為普通過磷酸鈣(P2O514%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O 50%)，均由云南云天化股份有限公司提供。

1.2 試驗地概況

試驗均于2012年6-10月分別在云南省麗江市玉龍縣拉市鄉豐樂村木洪強農戶家(N 26°51′12"，E 100°07′01")和玉龍縣拉市鄉海東村和兆蕓農戶家(N 26°49′08"，E 100°07′36")進行，2塊試驗地分別以豐樂村和海東村標記其名稱。該地屬低緯暖溫帶山地高原季風氣候，具有“一山分四季，十里不同天”的立體氣候特征。海拔2 459 m，年日照數2 475.2 h，多年平均氣溫14.2℃，平均降雨量897.3 mm。豐樂村土壤類型為沖積土，土層深厚，質地為砂土，地勢平坦，前作為蠶豆；海東村土壤類型為紅壤，土質中壤，前季休閑，具體土壤理化性狀見表1。

表1 試驗地0～20 cm土壤的理化性狀Table 1 Physical and chemical properties of tested soil with 0-20 cm depth

1.3 試驗設計

試驗采用“3414”試驗方案，設置氮肥、磷肥和鉀肥用量3個試驗因素，每個試驗因素設4個施肥水平(0，1，2，3)，共14個處理，3次重復，隨機區組設計，各試驗因素及施肥水平見表2。小區面積20 m2(3.9 m×5.1 m)。每小區種玉米3壟，行距均為20 cm。

1.4 試驗管理

豐樂村試驗地于2012年4月3日機耕翻犁，犁前施農家肥500 kg/667m2，4月4日按設計要求規劃小區，地膜覆蓋，每小區種3行，大行距1.2 m，小行距0.4 m，株距0.35 m，雙行雙株，寬窄行播種，種植密度4050株，4月15日出苗，4月25日定苗，6月18日追拔節肥，7月14日玉米吐絲期追穗肥，9月18日收獲，全生育期163 d。肥料分3次施入，28%的氮肥和全部磷鉀肥作基肥施入，其余氮肥作拔節肥(36%)和穗肥(36%)追施。

海東村試驗地于2012年4月6日機耕翻梨人工碎垡整地，犁前施農家肥500 kg/667m2，4月7日按設計要求規劃小區，地膜覆蓋，每小區種3行，大行距1.2 m，小行距0.4 m，株距0.35 m，雙行雙株，寬窄行播種，種植密度4050株，4月18日出苗，4月27日定苗，6月21日追拔節肥，7月17日玉米吐絲期追穗肥，9月19日收獲，全生育期165 d。肥料分3次施入，28%的氮肥和全部磷鉀肥作基肥施入，其余氮肥作拔節肥(36%)和穗肥(36%)追施。

2塊試驗地生育期各處理中耕、培土、除草和病蟲害防治等田間管理保持一致，玉米生育期病蟲害防治及雜草防除各進行2次。

1.5 數據分析

采用Excel 2010對數據進行處理與分析，SPSS 13.0進行處理間差異顯著性檢驗；采用一元二次和三元二次方程對產量進行擬合，根據不同方程擬合的決定系數選擇最適模型，并通過模型邊際效應分析確定玉米最高產量的氮磷鉀肥施用量。

2 結果與分析

2.1 不同處理對玉米農藝性狀及產量效應的影響

2.1.1 農藝性狀 從表3看出，與不施肥處理(N0P0K0)相比，豐樂村試驗地施肥處理玉米穗長、穗粗、穗粒數總體增大，但玉米禿尖長度明顯縮短，粒重波動較大；海東村試驗地施肥處理玉米穗長、穗粗、禿尖長度、穗粒數和粒重均明顯增大。與不施氮處理(N0P2K2)相比，豐樂村試驗地N1、N2和N3水平玉米穗長分別增加2.9%、7.9%和14.3%，穗粒數增加21.6%、25.1%和17.8%，禿尖長度降低44.0%、44.0%和40.0%；海東村試驗地N1、N2和N3水平穗長增加10.4%、11.7%和2.5%，穗粗增大23.3%、32.6%和9.3%，穗粒數增加34.0%、33.4%和34.9%，粒重增加5.1%、18.4%和14.8%。與不施磷處理(N2P0K2)相比，豐樂村試驗地P1、P2和P3水平玉米穗長分別增加13.9%、10.2%和5.1%，穗粒數分別增加44.5%、50.3%和48.1%，粒重分別增加9.2%、4.2%和9.2%，但禿尖長度分別降低44.5%、50.3%和48.1%；海東村試驗地P1、P2和P3水平玉米穗長分別增加11.9%、8.3%和18.5%，穗粗分別增加12.5%、18.8%和16.7%，穗粒數增加16.0%、15.4%和18.6%，粒重分別增加18.5%、14.1%和17.6%，禿尖度分別降低66.7%、33.3%和66.7%。與不施鉀處理(N2P2K0)相比，豐樂村試驗地K1、K2和K3水平玉米穗長分別增加7.1%、7.9%和7.1%，穗粒數分別增加6.1%、22.8%和16.2%，粒重分別增加22.4%、9.2%和15.2%；海東村試驗地K1、K2和K3水平玉米穗長分別增加12.7%、10.3%和12.1%，穗粒數分別增加11.3%、21.2%和4.3%，但禿尖長分別降低0、33.3%和33.3%。

表3 不同施肥處理玉米的農藝性狀Table 3 Agronomic traits of maize under different fertilization treatments

注：各試驗地同列不同小寫字母表示差異達5%顯著水平,下同。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.The same below.

2.1.2 產量及經濟效益 從表4看出，2塊試驗地施用氮、磷、鉀肥均可提高玉米產量，除海東村試驗地的N0P2K2外，其他處理較N0P0K0(CK)增產均達顯著水平，豐樂村和海東村分別以N2P2K3和N2P1K2產量最高，較對照分別增產64.3%和61.9%。單一因子對豐樂村和海東村玉米增產率比較，氮肥平均增產率分別為38.3%和53.5%，磷肥平均增產率分別為7.0%和59.0%，鉀肥平均增產率分別為3.7%和62.8%。盡管隨著氮磷鉀施用量增加豐樂村和海東村玉米均表現出增產效應，但其增產率差異較大，這可能與2塊試驗地土壤肥力及玉米品種有關。

表4 氮磷鉀肥不同處理玉米的產量及經濟效益Table 4 Yield and economic benefit of maize under different fertilization treatments

注：種植當年肥料價格折合純N 4.3元/kg、純P2O55.8元/kg、純K2O 6.2元/kg，當地玉米收購價為2 元/kg。
Note: The price of pure N, P2O5and K2O is 4.3 Yuan/kg, 5.8 Yuan/kg and 6.2 Yuan/kg respectively.The purchasing price of maize is 2.0 Yuan/kg.

產投比兼顧產量與成本投入(成本僅指肥料成本，其余投入一致，不做統計)，關系到最終收益。在K2P2、N2K2和N2P2施肥水平下，除海東村產投比隨施磷量呈先增加后降低趨勢外，其余施肥水平產投比隨施氮、磷和鉀量增加呈降低趨勢。2塊試驗地所有處理產投比最高的均為N0P2K2，分別為12.3和10.6；產投比最低的均為N3P2K2，分別為5.0和4.6，由于產投比受產量和肥料價格的影響，所以產投比的變化有所不同。

2.1.3 相關性分析 通過對玉米產量與玉米農藝指標進行相關分析，豐樂村玉米產量與穗長的相關系數為0.685，呈極顯著正相關(P<0.01)，與禿尖長度的相關系數為-0.704，呈極顯著負相關(P<0.01)，與穗粒數的相關系數為0.534，呈顯著正相關(P<0.05)；海東村試驗地玉米產量與穗長、穗粗、穗粒數和粒重的相關系數分別為0.665、0.685、0.909和0.794，均呈極顯著正相關(P<0.01)，與禿尖長度關系不顯著。表明，2塊試驗地玉米產量受穗長和穗粒數顯著影響，而在穗粗、禿尖長度和粒重上的差異可能主要受品種的影響。因此，在玉米種植過程中，合理選擇良種，并且通過調整氮磷鉀施肥配比改善玉米穗長、穗粗、禿尖長度、穗粒數和粒重有利于提高玉米產量。

2.2 氮磷鉀肥施用水平的互作效應

2.2.1 磷鉀肥對氮肥的響應 從圖1可知，K2水平時，N1和N2水平玉米產量均隨磷肥施用量的增加而降低(豐樂村的N2水平除外)，豐樂村的N1水平玉米產量降低1 116.7 kg/hm2，N2水平提高383.3 kg/hm2；海東村的N1水平和N2水平玉米產量分別降低283.3 kg/hm2和175.0 kg/hm2。P2水平時，K2與K1相比，豐樂村的N1和N2水平玉米產量分別提高450.0 kg/hm2和100.0 kg/hm2，海東村分別提高750.0 kg/hm2和616.7 kg/hm2。

2.2.2 氮鉀肥對磷肥的響應 從圖2看出，K2水平時，豐樂村的P1水平玉米產量隨施氮量增加降低183.3 kg/hm2，P2水平玉米產量則提高1 316.7 kg/hm2；海東村的P1和P2水平分別提高708.3 kg/hm2和816.7 kg/hm2。N2水平時，K2與K1相比，豐樂村的P1和P2水平玉米產量分別提高516.7 kg/hm2和100.0 kg/hm2，海東村分別提高1 291.7 kg/hm2和616.7 kg/hm2。可見，氮肥對磷肥具有一定的增產效果，N2、K2水平時的產量均高于其余水平，說明其有利于磷肥效果的發揮。

2.2.3 氮磷肥對鉀肥的響應 從圖3看出，K2和K1水平均以N2和P2水平玉米產量最高，說明氮磷肥合理施用，鉀肥效能可得到最大發揮。P2水平時，K1水平的N2水平較N1水平豐樂村和海東村玉米產量提高1 666.7 kg/hm2和950.0 kg/hm2；K2水平的N2水平較N1水平豐樂村和海東村玉米產量提高1 316.7 kg/hm2和816.7 kg/hm2。N2水平時，P2與P1相比，K1水平豐樂村和海東村玉米產量分別提高800.0 kg/hm2和500.0 kg/hm2；K2水平豐樂村玉米產量提高383.3 kg/hm2，海東村玉米產量降低175.0 kg/hm2。

圖1 不同磷鉀用量下的氮肥效果Fig.1 Nitrogen effect on maize yield under different P and K application amount

圖2 不同氮鉀用量下的磷肥效果Fig.2 Phosphorus effect on maize yield under different N and K application amount

圖3 不同氮磷用量下的鉀肥效果Fig.3 Potassium effect on maize yield under different N and P application amount

2.3 肥料效應模式與推薦施肥量

從表5看出，豐樂村試驗地N、P、K三元二次肥料函數通過回歸方程顯著性檢驗，海東村試驗地N一元二次肥料效應函數通過回歸方程顯著性檢驗。因此，2塊試驗地分別以N、P、K三元二次肥料效應函數模型和N一元二次肥料效應函數模式作為玉米推薦施肥模式。其中，豐樂村試驗地最高產量施肥量為N 410.6 kg/hm2、P2O580.7 kg/hm2和K2O 105.6 kg/hm2，對應產量達8 114.8 kg/hm2。海東村試驗地最高產量施肥量為N 419.7 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2，對應產量為7 599.3 kg/hm2。

表5 肥料效應函數擬合方程Table 5 Function fitting equation of fertilizer effect

3 結論與討論

玉米品質和產量受作物生長的群體結構及生產過程中多種因素影響和制約[10-11]。施肥是多種影響因素中對其影響最直接也是最快速的，氮肥、磷肥和鉀肥合理搭配不僅有助于玉米生長發育和形態建成，還有助于建立良好的群體結構，顯著增加作物產量[12]。研究結果表明，不同壤質及肥力狀況的2塊試驗地，通過施用肥料使玉米穗長、穗粗、穗粒數、禿尖長度和粒重發生改變，進而對玉米的產量和凈收益產生影響。相關分析也證實玉米產量受玉米穗長、穗粗、穗粒數、禿尖長度和粒重等指標影響。盡管影響因素不一，這可能與品種及土壤肥力因素不同而異。

除豐樂村試驗地隨施鉀量增加玉米產量、產值和收入呈增加趨勢外，2個玉米品種隨施肥量增加，其產量、產值和收益均呈先提高后降低的趨勢，氮肥平均增產率分別為38.3%和53.5%，磷肥平均增產率分別為7.0%和59.0%，鉀肥平均增產率分別為3.7%和62.8%。盡管隨著氮磷鉀施用量增加玉米均表現出增產效應，但2塊試驗地玉米增產率差異較大，這可能與試驗地土壤肥力及玉米品種有關。總體而言，當施肥超過一定范圍時，玉米產量和經濟效應將不再提高，反而呈降低趨勢，這符合肥料報酬遞減律[13]，與牛桂玉等[14-15]的研究一致。

研究結果表明，2個玉米品種在2塊試驗地肥料效應擬合獲得最高產量的擬合函數不同，豐樂村和海東村分別以N、P、K三元二次肥料效應函數模型和N一元二次肥料效應函數模式作為玉米推薦施肥模式最佳。豐樂村試驗地最高產量施肥量為N 410.6 kg/hm2、P2O580.7 kg/hm2和K2O 105.6 kg/hm2，對應產量為8114.8 kg/hm2；海東村試驗地最高產量施肥量為N 419.7 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2，對應產量為7599.3 kg/hm2。