氮、磷、鉀及其配施對制種玉米養分吸收利用的影響

郭世乾，崔增團，師偉杰，程紅玉，肖 讓，肖占文，趙蕓晨，曹建祖

(1.甘肅省耕地質量建設保護總站，甘肅蘭州730020;2.張掖市甘州區農業技術推廣中心，甘肅張掖734000;3.河西學院農業與生態工程學院，甘肅張掖734000，4.河西學院土木工程學院，甘肅 張掖734000)

甘肅省河西地區光照資源充足，晝夜溫差大，灌溉農業發達，憑借優越的地理位置和得天獨厚的自然條件，已成為全國最大的玉米制種主產區，生產了全國50%以上的玉米良種［1］。隨著制種玉米規模的不斷擴大，連作現象非常普遍，導致土壤養分失衡，供肥能力不斷下降，農民為了追求高產，不斷增加施肥量，導致肥料利用率下降，養分流失帶來的環境污染加重，種植效益降低［2-3］。

在農戶傳統的制種玉米生產施肥模式中，存在重氮、磷肥輕鉀肥，重化肥輕有機肥，盲目加大施肥量，氮、磷、鉀配比不科學，肥料品種較為單一等問題，造成肥料利用率低，土壤養分失衡，土壤面源污染等一系列問題［4］。2015年國家農業部提出了化肥零增長行動，到2020年主要農作物化肥使用量實現零增長，肥料利用率達到40%以上［5］。近年來，全國范圍內開展了大量關于玉米減量增效施肥技術的試驗示范和推廣工作，為該技術的推廣奠定了一定的基礎，但關于減量施肥條件下制種玉米肥料利用率研究較少。本研究通過開展田間試驗，摸清制種玉米氮、磷、鉀吸收及肥料利用率狀況，為進一步完善制種玉米化肥減量增效技術施肥指標體系，優化肥料配方提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試肥料:氮肥為尿素，含氮 (N)46%，由張掖新大弓農化公司生產;重過磷酸鈣，含磷(P2O5)46%，由昆明紅云化工生產有限公司生產;鉀肥為硫酸鉀，含鉀(K2O)24%，由張掖新大弓農化公司生產。供試制種玉米品種為鄭單958(母本:鄭58;父本:昌 7-2)。

1.2 試驗地概況

試驗于2018年4—10月在張掖市甘州區烏江鎮賈寨村馮愛國制種玉米田(39°2＇40″N，100°25＇10″E，海拔1 472 m)進行，土壤類型為鹽化潮土。0～20 cm耕層土壤pH為8.40，有機質含量為43.9 g·kg-1，堿解氮 96.2 mg·kg-1，有效磷 42.65 mg·kg-1，速效鉀137.35 mg·kg-1。前茬作物為制種玉米。

1.3 試驗設計和方法

試驗采用隨機區組設計方法，設5個處理，分別為:不施肥(CK);缺氮(PK);缺磷(NK);缺鉀(NP);氮磷鉀配施(NPK)(各處理肥料施用量見表1)，氮肥中30%作為基肥，70%作為追肥，分別在玉米拔節期、大喇叭口期和抽雄后追施，追施比例為30%、40%和30%，磷鉀肥全部作為基肥，播種前結合整地一次性施入小區。每個處理3次重復，共15個小區，小區面積39.2 m2(長7.0 m×寬5.6 m)，小區間筑寬50 cm、高30 cm的地埂，四周設保護區。父母本采用滿天星配置法，母本采用寬窄行種植方式，膜間寬行行距60 cm，膜上窄行行距40 cm，株距20 cm，種植密度10×104株·hm-2，每小區種7膜，每膜種2行。于4月21日播種母本，3 d后播種第一期父本，5 d后播種第二期父本。試驗期間加強田間管理。

表1 試驗施肥量設計/(kg·hm-2)Table 1 Experimental fertilizer treatment

1.4 測定項目與方法

1.4.1 植株生長性狀的測定 于玉米拔節期每小區隨機選母本5株，分別測定株高、單株葉片數、單株葉面積(長寬測量法)、葉面積指數(LAI)、地上部分干重、地下部分干重等指標。

1.4.2 玉米產量和經濟性狀的測定 于玉米成熟期每小區隨機取20株母本果穗，分別收獲，室內測定穗長、穗粗、穗行數、穗粒數、行粒數、單穗重、單穗籽粒重、禿尖長、出籽率、千粒重等經濟性狀;每小區收獲中間2膜(4行)全部母本果穗，自然晾曬，晾干后脫粒稱重，計算小區產量并折算每公頃產量。

1.4.3 植株養分測定 于玉米成熟期每小區隨機取5株母本植株，分為秸稈和籽粒兩部分，于105℃殺青30 min后，80℃烘箱中烘干至恒重后稱重。籽粒和莖稈分別粉碎后采用H2SO4-H2O2消煮法消煮，全氮采用半微量蒸餾法［6］、全磷采用鉬銻抗比色法［6］，全鉀采用火焰光度計法［6］。

1.4.4 肥料利用率分析 玉米養分吸收量(kg·hm-2)=玉米籽粒產量(kg·hm-2)×籽粒養分質量分數(%)+玉米秸稈產量(kg·hm-2)×秸稈養分質量分數(%);

氮(磷、鉀)肥利用率(%)=［配方施肥區玉米吸氮(磷、鉀)總量(kg·hm-2)-無氮(磷、鉀)區玉米吸氮(磷、鉀)總量(kg·hm-2)］/配方施肥區氮(磷、鉀)投入量(kg·hm-2)×100%;

氮(磷、鉀)肥農學利用率(kg·kg-1)=［配方施肥區玉米產量(kg·hm-2)-無氮(磷、鉀)區玉米產量(kg·hm-2)］/配方施肥區氮(磷、鉀)投入量(kg·hm-2)［7］。

1.5 數據整理與分析

試驗數據采用Excel 2007和DPSv 7.05軟件進行統計分析，方差分析采用LSD法。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對制種玉米生長性狀的影響

在玉米拔節期(6月8日)測定母本植株生長性狀，由表2可以看出，施肥對玉米生長性狀產生了很大的影響。不施肥處理(CK)株高僅為37.1 cm，而PK、NK、NP、NPK 株高分別達到 43.0、42.6、42.9 cm和45.2 cm，分別較對照增加5.9、5.5、5.8 cm和8.1 cm。莖粗以NPK處理最大(2.404 cm)。施肥對單株葉片數影響不大，變幅在7.5～7.8片之間，但對地上和地下部生物量的累積產生一定的影響，其中NPK處理地上和地下部分干重均達到最大，地上部分干重較對照增加2.370 g·株-1，NK處理植株生物產量顯著降低，地下部分干重較NPK處理降低0.655 g·株-1。缺氮會顯著影響玉米葉片生長，PK處理單株葉面積為834.0 cm2，較對照僅增加了64.9 cm2，而 NK、NP、NPK 分別較對照增加了 104.6、174.8、203.8 cm2。PK、NK、NP、NPK 拔節期葉面積指數(LAI)分別達到 0.83、0.87、0.94 和 0.97，較對照分別增加0.06、0.10、0.17 和 0.20。

2.2 不同施肥處理對制種玉米果穗經濟性狀的影響

由表3可以看出，不同施肥處理對制種玉米果穗經濟性狀產生了不同的影響，穗長變幅在13.1～14.7 cm之間，其中NPK處理最長，較對照增長1.6 cm。各處理間穗行數差異不大，變幅在12.1～12.4行之間。施肥有助于提高單穗子粒數，PK、NK、NP、NPK 穗粒數分別達到 277.5、270.7、287.4、289.6 粒，較對照分別增加 23.8、17.0、33.7、35.9粒。單穗籽粒重以NPK處理最大(107.8 g)，其次為NP處理(99.8 g)。施肥對籽粒千粒重影響較大，變幅在336.1～387.6 g之間，其中NPK處理千粒重達到387.6 g，較對照增加 15.3%，PK、NK、NP、NPK 與對照相比均達到極顯著差異(P＜0.01)。可以看出，施肥主要會影響到玉米產量構成中的果穗子粒數和千粒重。

2.3 不同施肥處理對制種玉米產量的影響

由表4可以看出，施肥對制種玉米產量影響較大，PK、NK、NP、NPK處理小區平均產量分別為36.2、34.7、36.7 kg 和 38.5 kg，均高于不施肥處理;PK、NK、NP每公頃產量分別達到9 238.5、8 844.0 kg和 9 354.0 kg，較配方施肥(NPK)分別降低6.06%、10.07%和4.88%，不施肥處理產量較配方施肥降低16.49%。可見該地區制種玉米高產的主要限制因子依次為磷、氮和鉀。

2.4 不同施肥處理對制種玉米不同器官養分吸收的影響

2.4.1 施肥對制種玉米不同器官氮素吸收的影響 制種玉米成熟期各部位含氮量和吸氮量見表5，施氮肥有助于提高玉米秸稈和籽粒含氮量，NK、NP和NPK處理籽粒含氮量分別為2.973%、3.105%和2.942%，分別較 CK提高 0.090%、0.222%和0.059%。秸稈吸氮量以NPK處理最高(280.4 kg·hm-2)，籽粒吸氮量以 NP處理最高(290.6 kg·hm-2)，分別較對照增加116.4 kg·hm-2和53.7 kg·hm-2。PK、NK、NP和NPK處理總吸氮量分別較對照提高16.69%、25.15%、32.50%和42.02%，經方差分析得出NPK處理與NP處理間差異不顯著(P＞0.01)，但與CK、PK、NK處理間均達極顯著差異(P＜0.01)。由此可以看出，氮、磷、鉀肥配施有助于提高制種玉米氮肥吸收率。

表2 不同施肥處理對制種玉米生長性狀的影響Table 2 Effect of different fertilizer treatment on growth characters of seed maize

表3 不同施肥處理對制種玉米果穗經濟性狀的影響Table 3 Effect of different fertilizer treatments on economic characters of seed maize spike

表4 不同施肥處理對制種玉米產量的影響Table 4 Effect of different fertilizer treatment on yield of maize seed

表5 不同施肥處理對制種玉米不同器官氮素吸收的影響Table 5 Effect of different fertilizer treatment on nitrogen uptake in different organs of seed maize

2.4.2 施肥對制種玉米不同器官磷素吸收的影響 由表6可以看出，各施肥處理制種玉米籽粒含磷量高于秸稈。PK、NK、NP和NPK處理籽粒含磷量分別較對照提高 0.175%、0.069%、0.186%和0.216%。籽粒吸磷量由高到低的順序為NPK＞NP＞PK＞NK＞CK處理，NPK處理與NP、PK處理間差異不顯著(P＞0.01)，但與CK、NK處理間均達到極顯著差異(P＜0.01)。總吸磷量以NPK處理最高(108.0 kg·hm-2)，其次為 NP 處理(98.7 kg·hm-2)，NPK處理與其他4個處理間均達顯著差異(P＜0.05)。由此可以看出，施磷肥可以增加玉米秸稈和籽粒中的磷含量，促進磷素的吸收。

2.4.3 施肥對制種玉米不同器官鉀素吸收的影響 由表7可以看出，各施肥處理制種玉米秸稈含鉀量明顯高于籽粒。PK、NK和NPK處理秸稈鉀含量分別較對照提高0.090%、0.117%和0.054%，PK、NK、NP和NPK處理秸稈吸鉀量分別達到160.5、170.6、140.1 kg·hm-2和 180.9 kg·hm-2，較對照分別提高16.56%、23.89%、1.74%和31.37%。總吸鉀量以NPK處理達到最高(203.3 kg·hm-2)，其次為NK處理(189.3 kg·hm-2)，NPK處理與PK處理、NK處理間差異不顯著(P＞0.01)，但與NP處理和對照(CK)間差異顯著(P＜0.01)。

2.5 氮、磷、鉀配施對制種玉米肥料利用率的影響

由表8可以看出，制種玉米配方施肥中氮、磷、鉀肥農學效率分別為N1.33 kg·kg-1、P2O57.17 kg·kg-1和 K2O 6.66 kg·kg-1，農學效率磷＞鉀＞氮。氮、磷、鉀肥料利用率分別為22.64%，26.82%和60.10%，鉀肥表現出較高的利用率。

表6 不同施肥處理對制種玉米不同器官磷素吸收的影響Table 6 Effect of different fertilizer treatment on phosphorus uptake in different organs of seed maize

表7 不同施肥處理對制種玉米不同器官鉀素吸收的影響Table 7 Effect of different fertilizer treatment on potassium uptake in different organs of seed maize

表8 氮、磷、鉀配施對制種玉米肥料利用率的影響Table 8 Effect of nitrogen，phosphorus and potassium combined application on fertilizer utilization efficiency of seed maize

3 討論

3.1 不同施肥處理對制種玉米生長和產量的影響

氮、磷、鉀肥配施對制種玉米生長和產量影響顯著。本研究結果表明，氮、磷、鉀肥配施有利于促進玉米生長、提高產量，該研究結論與陳浩［8］、李玉影［9］、羅照霞［10］等人研究結論一致。缺氮主要影響地上部分生物量的累積和光合器官葉片的生長，單株葉面積減小，從而降低群體的葉面積指數。缺磷使玉米根系生長受阻，降低地下部分生物量的積累，而鉀肥對玉米生長影響相對較小。玉米成熟期通過測產和考種得出，NPK處理產量最高(9 834.0 kg·hm-2)，而缺氮(PK 處理)、缺磷(NK 處理)、缺鉀(NP處理)產量分別較NPK處理降低了6.06%、10.07%和4.88%，該地區制種玉米高產的主要限制因子依次為磷、氮和鉀，本研究結論與孫寧科等［11］不同，可能與當地農戶施肥習慣有關，長期重施氮肥，會造成土壤中氮素積累較多，而磷肥供肥能力較低。

3.2 不同施肥處理對制種玉米養分吸收和肥料利用率的影響

氮、磷、鉀配施有利于促進制種玉米地上部分器官對養分的吸收和積累，NPK處理植株地上部分總吸氮量、吸磷量和吸鉀量分別達到569.4 kg·hm-2、108.0 kg·hm-2和 203.3 kg·hm-2。莖稈吸鉀量大于籽粒，而吸氮量和吸磷量卻是籽粒大于莖稈。由此可以看出，制種玉米植株中氮、磷養分主要轉移到籽粒中，而鉀主要轉移到莖稈中。

肥料利用率是現代平衡施肥技術的重要參數［12］。本研究中，NPK處理的氮、磷、鉀肥當季利用率分別為22.64%、26.82%和60.10%，索東讓［13］通過長期定位試驗得出河西地區主要作物氮、磷、鉀當季利用率分別為24.0%～28.0%、17.2%～20.9%和16.7%～22.1%，相比之下，本研究得出制種玉米氮肥利用率略低，磷、鉀肥的利用效率相對較高。磷肥利用率高可能是由于長期施磷，土壤中積累的磷潛在有效性使磷肥利用率提高;鉀肥利用率偏高主要由于河西地區土壤鉀素含量較高，農業生產上長期不施化學鉀肥或施用量較小，田間鉀素一直處于虧缺狀態［14］。制種玉米氮、磷、鉀肥農學效率分別為 N1.33 kg·kg-1、P2O57.17 kg·kg-1和 K2O 6.66 kg·kg-1，而在現有生產條件下我國玉米氮、磷、鉀肥農學效率分別為 N 9.8～11.2 kg·kg-1、P2O57.5～9.5 kg·kg-1和 K2O 5.7～9.2 kg·kg-1［15-16］，可見氮素農學效率遠低于國內現有水平，這可能與目前制種玉米生產過程中氮肥施用過多，有機肥施用過少及施肥方法有關。

4 結論

通過開展河西地區制種玉米肥料試驗得出，氮、磷、鉀配施(NPK處理)最佳，產量達到9 834.0 kg·hm-2，氮、磷、鉀肥對產量的貢獻率分別為6.06%、10.07%和4.88%，磷素是產量提高的第一限制因素，氮素的增產效益較小。氮、磷、鉀肥料當季利用率分別為22.64%、26.82%和60.10%。因此，在制種玉米生產中應重視磷、鉀肥的施用，加強氮肥的節肥增效管理，推廣平衡施肥，以提高肥料利用率和環境效益。