沙地滴灌春玉米最適氮磷鉀配方施肥研究

李利敏，李娟娟，馬理輝，高成平，劉思春

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；4.神木市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 神木 719300）

玉米（Zea maysL.）是我國(guó)第一大糧食作物，居主要糧食作物種植面積和產(chǎn)量之首，在我國(guó)糧食生產(chǎn)中起到了重要作用［1］，也是陜北主要的糧食作物。近年來(lái)，隨著玉米高產(chǎn)品種的大量種植，玉米產(chǎn)量不斷提高，化肥用量相應(yīng)增加，但是化肥施用過(guò)量以及施用結(jié)構(gòu)的不合理造成化肥流失率過(guò)高。三大養(yǎng)分資源氮、磷、鉀直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況和作物產(chǎn)量［2］。肖萬(wàn)欣等［3］通過(guò)設(shè)置不同氮肥、磷肥和鉀肥配比，對(duì)玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的施肥效應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在每 公 頃 施N 135.0～180.0 kg、P2O575.0～120.0 kg、K2O 90.0～120.0 kg時(shí)玉米產(chǎn)量達(dá)到最高。王寅等［4］整理2005～2013年國(guó)家測(cè)土配方施肥項(xiàng)目田間試驗(yàn)得出：當(dāng)?shù)?、磷、鉀養(yǎng)分平均吸收量分別為190.8、87.0、215.1 kg·hm-2時(shí)，區(qū)域春玉米可獲得最高籽粒產(chǎn)量和養(yǎng)分最佳吸收量。由此可見(jiàn)，玉米適宜的氮肥、磷肥和鉀肥配施存在較大差異。

陜北長(zhǎng)城沿線風(fēng)沙灘地是我國(guó)規(guī)劃發(fā)展的“第二糧倉(cāng)”，糧食生產(chǎn)需要耗費(fèi)大量的水資源，地處半干旱偏旱地區(qū)的陜北不僅降水少，還是全國(guó)水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。沙地的土質(zhì)特征不保水不保肥，傳統(tǒng)灌溉方式如畦灌、溝灌及漫灌勢(shì)必造成地下水資源的大量消耗和肥料的深層滲漏，這種滲漏又容易造成地下水面源污染。水土流失和不合理的灌溉方式使原本貧瘠的土壤水肥利用率進(jìn)一步降低［5］，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞?！暗诙Z倉(cāng)”建設(shè)迫切需要采用更為高效的水肥利用方式，滴灌是目前當(dāng)?shù)卣诖罅ν茝V的節(jié)水技術(shù)之一，采用水肥一體化模式可以顯著提高作物水肥利用效率，使作物可以得到充足的養(yǎng)分供應(yīng)［6］，可以有效協(xié)調(diào)產(chǎn)量、施肥及灌溉方式之間的關(guān)系［7］。當(dāng)前研究多集中于氮、磷、鉀配施對(duì)產(chǎn)量的影響，對(duì)沙地玉米在水肥一體化條件下合適的氮磷鉀配施研究較少，為了解覆膜滴灌條件下氮、磷、鉀不同配施對(duì)沙地春玉米產(chǎn)量及不同生育期干物質(zhì)量的影響，在陜西神木沙地進(jìn)行試驗(yàn)，旨在確定沙地春玉米最佳養(yǎng)分施用配比，為沙地滴灌玉米合理施肥提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地區(qū)概況

本研究于2018年5～10月在陜西神木進(jìn)行，該試驗(yàn)地區(qū)位于毛烏素沙漠與黃土丘陵區(qū)的過(guò)渡地帶，東經(jīng)110°51′、北緯38°83′，年平均日照2875.9 h，年平均氣溫8.9℃，10℃以上天氣169 d。平均年降水量421.2 mm，年蒸發(fā)量為1336.6 mm。

試驗(yàn)土壤為風(fēng)沙土，土質(zhì)疏松。0～20 cm耕層土壤的基本性狀為：有機(jī)質(zhì)5.57 g·kg-1，硝態(tài)氮+銨態(tài)氮15.96 mg·kg-1，有效磷13.85 mg·kg-1，速效鉀81 mg·kg-1，pH值為8.0。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

供試作物為“榆單1號(hào)”春玉米，2018年5月1日播種，9月28日收獲，全生育期151 d，試驗(yàn)期內(nèi)降水307.3 mm。本試驗(yàn)所選用的化肥種類及有效含量：氮肥為尿素，含N 46.4%；磷肥為過(guò)磷酸鈣，含P2O512%；鉀肥為硫酸鉀，含K2O 52%。地膜為聚乙烯薄膜，寬1.2 m，厚0.008 mm。滴灌施肥系統(tǒng)由水源、水泵、首部（由水泵、過(guò)濾器、施肥罐、球閥等組成。其作用是從水源取水加壓并注入肥料經(jīng)過(guò)濾后按時(shí)按量依次輸送進(jìn)各級(jí)滴灌管網(wǎng)，經(jīng)過(guò)滴頭將水分、肥料直接輸送至作物根部，保證作物的水分、肥料及藥物供應(yīng)）和輸配水管道系統(tǒng)等組成。灌溉水源來(lái)自于地下水，管網(wǎng)由支管和毛管組成。滴灌帶沿玉米行向鋪設(shè)于中央，每條滴灌帶控制兩行玉米，滴灌帶滴頭間距30 cm，滴頭流量2.0 L·h-1，滴頭工作壓力0.1 MPa。每個(gè)小區(qū)設(shè)置水表和球閥，確保每個(gè)小區(qū)灌水量一致。

試驗(yàn)采用三因素D飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)，10個(gè)處理，3次重復(fù)，每小區(qū)面積24 m2（4 m×6 m），共30個(gè)小區(qū)，田間隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)計(jì)方案、因素水平見(jiàn)表1。行距55 cm，株間距24 cm，種植密度59970株·hm-2。播種時(shí)施入全部的磷肥、鉀肥和20%的氮肥，穴施，在播種穴一側(cè)人工挖施肥深度20 cm的穴。拔節(jié)期和抽穗期各追氮肥40%，追肥時(shí)將各處理所需氮肥溶解在施肥罐中，肥料隨水施入，拔節(jié)期、抽雄期分別灌水300 m3·hm-2。試驗(yàn)采用覆膜穴播，待玉米出苗后進(jìn)行間苗，保證每穴一株，其它田間管理均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣一致。

表1 氮、磷、鉀三因素D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案和施肥量

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

干物質(zhì)量的測(cè)定：每小區(qū)選取春玉米拔節(jié)期、抽雄期和收獲期長(zhǎng)勢(shì)均勻的兩株植株，將所選植株105℃殺青0.5～2 h，75～80℃烘干至恒重后稱重。

產(chǎn)量測(cè)定：成熟期，每小區(qū)隨機(jī)選取10株，將地上部全部收獲，秸稈和籽粒分開(kāi)，風(fēng)干后計(jì)算籽粒產(chǎn)量。

收獲指數(shù)（HI）=籽粒產(chǎn)量/成熟期地上部總生物量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和DPS 7.05統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性用Duncan新復(fù)極差檢驗(yàn)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮磷鉀配方施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同施肥處理對(duì)玉米產(chǎn)量及各指標(biāo)的影響

從表2可以看出，各施肥處理均促進(jìn)了百粒重的增加（32.1～36.0 g），處理間差異不顯著。與CK相比，N3P1K3處理增加最多，其次為N3P3K1處理，N0P2K2處理增加最小。除K3處理外其余處理均增加了穗粒數(shù)，N3P1K3、N3和P3處理與CK差異顯著；與CK相比，N3處理增加最多，其次為N3P1K3處理。各施肥處理均促進(jìn)了產(chǎn)量的增加，其中N2P0K2、N2P2K0、N3P1K3和N3P3K1處理與CK差異達(dá)顯著水平；與CK相比，以N3P1K3處理產(chǎn)量增產(chǎn)最多，其次為N3P3K1處理，K3處理增產(chǎn)最少。

丁珰道：“你們兩個(gè)長(zhǎng)得一模一樣，在我心里，實(shí)在也沒(méi)什么分別，何況我和你相聚多日，你又一直待我這么好?！站们樯@四個(gè)字，你總聽(tīng)見(jiàn)過(guò)吧？”她抓住了石破天雙手，說(shuō)道：“天哥，你答允我，你無(wú)論如何，不能去死?！?/p>

表2 不同施肥處理下玉米產(chǎn)量

2.1.2 產(chǎn)量效應(yīng)模型建立與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 7.05軟件統(tǒng)計(jì)分析，擬合氮肥、磷肥、鉀肥的三元二次多項(xiàng)式為：

式中X1、X2、X3分別為N、P2O5、K2O施用量（kg·hm-2）；Y為玉米產(chǎn)量（kg·hm-2）。F=8.089，R=0.886，剩余標(biāo)準(zhǔn)差S=1015.447，P=0.001，相關(guān)系數(shù)R=0.829，達(dá)極顯著水平，故所建立的產(chǎn)量效應(yīng)模型效果較好。

由于氮肥、磷肥、鉀肥對(duì)玉米產(chǎn)量的回歸方程已經(jīng)過(guò)無(wú)量綱編碼代換，故各偏回歸系數(shù)絕對(duì)值的大小可反映各因子的重要程度。從式（1）可知，氮肥、磷肥、鉀肥的一次項(xiàng)絕對(duì)值系數(shù)分別為18.5、16.1、17.8，說(shuō)明在覆膜滴灌條件下氮肥對(duì)玉米產(chǎn)量的影響最大，鉀肥其次，磷肥最小。產(chǎn)量達(dá)到10000 kg·hm-2，所需氮肥、磷肥和鉀肥量分別為70、93和95 kg·hm-2。

（1）單因素效應(yīng)分析

采用降維法，將式（1）中3因子中的2個(gè)固定為零水平，求得單因素對(duì)產(chǎn)量的偏回歸子模型。氮肥對(duì)玉米產(chǎn)量效應(yīng)模型：Y=8854+18.5X1-0.027X12；磷肥對(duì)玉米產(chǎn)量效應(yīng)模型：Y=8854+16.1X2-0.041X22；鉀肥對(duì)玉米產(chǎn)量效應(yīng)模型：Y=8854+17.8X3-0.060X32。

效應(yīng)模型說(shuō)明玉米產(chǎn)量開(kāi)始隨施肥量的增加而增大，達(dá)到極限后產(chǎn)量將隨著施肥量增大而減小，符合米采利希（E.Mitcherlich）提出的肥料效應(yīng)報(bào)酬遞減定律。其中，單施氮342 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最高可達(dá)12022 kg·hm-2；單施磷肥產(chǎn)量最高達(dá)10435 kg·hm-2，對(duì)應(yīng)施磷量為196 kg·hm-2；在單施鉀148 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最大值10174 kg·hm-2。

（2）兩因子互作效應(yīng)分析

采用降維法，將式（1）中任意自變量編碼值固定為零水平，得到其它兩因素的互作效應(yīng)等值線圖。

從圖1（a）可以看出，氮磷肥配施有效促進(jìn)產(chǎn)量增加，呈現(xiàn)正交互作用，氮素是主要影響因素，隨著施氮量的增加，磷肥對(duì)氮肥的促進(jìn)作用越來(lái)越小。施氮量不變，施磷量超過(guò)195 kg·hm-2產(chǎn)量開(kāi)始下降。產(chǎn)量達(dá)到10000 kg·hm-2，氮磷肥用量?jī)H為40和30 kg·hm-2。比單因素分析達(dá)到相同產(chǎn)量所需肥量分別節(jié)省氮肥、磷肥約30和65 kg·hm-2。要達(dá)到最高產(chǎn)量13000 kg·hm-2，氮肥和磷肥施用量分別為216～240和128～225 kg·hm-2，其中，氮肥施用最少的組合為：氮肥216 kg·hm-2、磷肥170 kg·hm-2；施肥量最小的組合為：氮肥240 kg·hm-2、磷肥127 kg·hm-2。

從圖1（b）可以看出，氮鉀肥配施對(duì)產(chǎn)量有明顯的正互作效應(yīng)，產(chǎn)量隨著施氮量和施鉀量增加而增高，曲線斜率較大，說(shuō)明氮鉀配施有效促進(jìn)產(chǎn)量增加。施氮量不變，施鉀量超過(guò)195 kg·hm-2產(chǎn)量開(kāi)始下降。達(dá)到最高產(chǎn)量13000 kg·hm-2，需施氮肥量160～240 kg·hm-2，施鉀肥量68～225 kg·hm-2，其中氮肥施用量最少且施肥量最少的組合為：氮肥160 kg·hm-2、鉀肥145 kg·hm-2。與氮磷肥配施相比，產(chǎn)量達(dá)到13000 kg·hm-2氮鉀肥配施所需肥料量減少62 kg·hm-2。

從圖1（c）可以看出，磷鉀肥配施對(duì)產(chǎn)量的影響小于氮磷肥配施、氮鉀肥配施，產(chǎn)量隨磷鉀施肥量增加而增高。磷鉀配施的最高產(chǎn)量為10728 kg·hm-2，遠(yuǎn)低于氮磷配施、氮鉀配施的最高產(chǎn)量，達(dá)最高產(chǎn)量所需鉀肥和磷肥分別為143和83 kg·hm-2。

2.2 不同配方施肥處理對(duì)玉米干物質(zhì)量、收獲指數(shù)的影響

干物質(zhì)積累是判斷玉米營(yíng)養(yǎng)狀況的主要指標(biāo)之一。從表3可以看出，與CK相比，拔節(jié)期施肥處理的玉米各時(shí)期干物質(zhì)量均有所增加。N3P3K1處理與CK差異達(dá)顯著水平，其次為N1P3K3處理，K3處理增加最少。隨著生育期推進(jìn)，抽雄期各處理干物質(zhì)量迅速增加，除K3處理外其余處理與CK差異達(dá)顯著水平，其中，N3P3K1處理增加最多，其次為N3P1K3處理，增加最少的為K3處理。與CK相比，收獲期各處理干物質(zhì)量均有所增加。除K3處理外其余處理與CK差異達(dá)顯著水平，干物質(zhì)量增加最多的是N3P3K1處理，其次是N3P1K3處理，增加最少的為K3處理?？傮w來(lái)說(shuō)，氮磷鉀配施處理（N3P3K1、N3P1K3和N1P3K3）在各個(gè)生育期干物質(zhì)量均較高，N3P3K1處理最高。

由表3可知，配施處理中，除N1P3K3、N0P2K2處理外，其余處理的收獲指數(shù)均高于0.50。其中，N2P2K0處理收獲指數(shù)最高，較CK高18.48%，其次為N3P1K3處理，較CK高18.02%；收獲指數(shù)最低是P3，僅比CK高2.26%。

表3 不同生育期玉米整株干物質(zhì)量和收獲指數(shù)

3 討論

3.1 關(guān)于不同氮磷鉀配方施肥對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

不同氮磷鉀肥配施對(duì)玉米百粒重和穗粒數(shù)影響不同。與CK相比，百粒重以N3P1K3處理增加最多，其次為N3P3K1處理，穗粒數(shù)最大的兩個(gè)處理分別為N3P1K3、N3處理。說(shuō)明氮素對(duì)百粒重、穗粒數(shù)影響較大，與單獨(dú)施肥處理相比，氮磷鉀肥配施更有助于玉米百粒重、穗粒數(shù)的增加。晁曉樂(lè)［8］提出三大養(yǎng)分中，氮素是對(duì)玉米產(chǎn)量和效益影響最大的元素，玉米體內(nèi)氮素水平與玉米生長(zhǎng)期發(fā)育及產(chǎn)量的形成有較好的相關(guān)性。王宜倫等［9］、侯云鵬等［10］和曹建敏等［11］均認(rèn)為單獨(dú)施氮肥、磷肥和鉀肥均有助于增加玉米穗粒數(shù)，其中氮肥影響最大。賀嬌姣［2］研究表明施用不同配比的氮磷鉀肥顯著增加穗粒數(shù)、百粒重。Ma等［12］在研究不同氮肥對(duì)玉米產(chǎn)量和氮效率中發(fā)現(xiàn)，氮磷肥配施能顯著提高穗粒數(shù)。

施肥顯著影響玉米產(chǎn)量，在一定范圍內(nèi)，施肥量越大，玉米產(chǎn)量提高幅度越大。本研究表明，氮磷鉀肥不同配施可提高產(chǎn)量32.60%～52.90%。閆翠萍等［13］通過(guò)連續(xù)兩年大田試驗(yàn)結(jié)果表明配方施肥對(duì)春玉米增產(chǎn)、增收效果顯著。龍勝舉等［14］通過(guò)采用“3414”設(shè)計(jì)方案研究不同氮磷鉀組合對(duì)紫葉萵筍的產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，合理施肥對(duì)紫葉萵筍具有顯著增產(chǎn)效果。

通過(guò)產(chǎn)量效應(yīng)方程分析，進(jìn)一步證明了氮肥對(duì)產(chǎn)量影響最大，其次為鉀肥，磷肥影響最小，產(chǎn)量隨氮、磷、鉀施肥量增加而增加，但超過(guò)施肥最佳水平后反而下降。王宜倫等［9］在施氮量對(duì)超高產(chǎn)夏玉米產(chǎn)量的影響研究中發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。鄭毅等［15］通過(guò)肥料效應(yīng)方程對(duì)氮磷鉀配合比率進(jìn)行優(yōu)化與解析表明，隨著氮磷鉀肥施用量的增加，糖用甜菜產(chǎn)量、含糖率和產(chǎn)糖量均呈先升后降的趨勢(shì)，符合肥料報(bào)酬遞減律。

兩因子互作效應(yīng)表明，氮磷互作、氮鉀互作對(duì)產(chǎn)量影響遠(yuǎn)大于磷鉀互作。氮磷互作、氮鉀互作最高產(chǎn)量可達(dá)13000 kg·hm-2，磷鉀互作產(chǎn)量最高為10728 kg·hm-2。產(chǎn)量效應(yīng)方程表明，氮磷鉀配施條件下，產(chǎn)量最高達(dá)14151 kg·hm-2，再次驗(yàn)證了氮磷鉀配施可獲得最高產(chǎn)量。侯云鵬等［16］研究結(jié)果表明，平衡施肥使氮、磷、鉀等養(yǎng)分均衡，有利于養(yǎng)分被作物充分吸收和利用，促進(jìn)玉米更好地生長(zhǎng)發(fā)育，從而提高產(chǎn)量。

3.2 關(guān)于不同氮磷鉀配方施肥對(duì)玉米干物質(zhì)量和收獲指數(shù)的影響

拔節(jié)期各處理干物質(zhì)量中，3個(gè)高磷梯度處理干物質(zhì)量高于其它處理，說(shuō)明拔節(jié)期施磷促進(jìn)莖的生長(zhǎng)。孫文濤等［17］在平衡施肥對(duì)玉米產(chǎn)量影響的研究中發(fā)現(xiàn)，磷肥對(duì)苗期干物質(zhì)量影響較大。隨著生育期推進(jìn)，配施肥效對(duì)干物質(zhì)量增加作用逐漸顯現(xiàn)，抽雄期氮磷鉀配施仍高于其它處理，其它處理施肥效應(yīng)依次為N2P0K2＞N3＞N0P2K2＞N2P2K0＞P3＞K3，說(shuō)明抽雄期氮鉀肥配施、磷鉀肥配施對(duì)干物質(zhì)量影響較大，單獨(dú)施磷肥、鉀肥效果不顯 著。成 熟期，N3P1K3＞N3P3K1，N2P0K2＞N2P2K0，說(shuō)明高氮處理和中氮處理鉀素高的籽粒干物質(zhì)量也較大，可能與鉀素有助于促進(jìn)籽粒有機(jī)物合成有關(guān)。

3個(gè)生育期干物質(zhì)量最大的處理均是N3P3K1，其次為N3P1K3處理（拔節(jié)期N1P3K3處理比N3P1K3處理高0.29%）；產(chǎn)量最高的處理是N3P1K3，其次是N3P3K1處理。說(shuō)明在施氮量相同的情況下（240 kg·hm-2），較高的施磷量（225 kg·hm-2）顯著促進(jìn)植株生長(zhǎng)，使干物質(zhì)量增加；較高的施鉀量（225 kg·hm-2）促進(jìn)籽粒干物質(zhì)量增加，從而獲得高產(chǎn)。李文娟等［18］對(duì)鉀素在玉米生育后期干物質(zhì)量和養(yǎng)分積累與轉(zhuǎn)運(yùn)中的研究認(rèn)為，從抽雄期到收獲期施鉀促進(jìn)了植株生殖生長(zhǎng)階段對(duì)氮、磷、鉀的吸收，并以較高的比例運(yùn)轉(zhuǎn)到籽粒中，對(duì)增產(chǎn)有重要作用。

收獲指數(shù)反映了作物群體光合同化物轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品的能力，是評(píng)價(jià)作物品種產(chǎn)量水平的重要指標(biāo)。收獲指數(shù)最高的兩個(gè)處理為N2P2K0處理和N3P1K3處理。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下氮磷鉀不同配施均有助于玉米產(chǎn)量的增加，產(chǎn)量隨肥料施用量增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。根據(jù)產(chǎn)量效應(yīng)方程得出，滴灌條件下玉米最高產(chǎn)量14151 kg·hm-2時(shí)氮磷鉀肥用量分別是：氮肥240 kg·hm-2、磷肥77 kg·hm-2、鉀肥158 kg·hm-2。綜合考慮，N3P1K3處理在本試驗(yàn)中效果最好，可達(dá)最高產(chǎn)量13540 kg·hm-2，氮磷鉀肥施用量分別為：氮肥240 kg·hm-2、磷肥80 kg·hm-2、鉀肥225 kg·hm-2。本試驗(yàn)條件下，通過(guò)試驗(yàn)與理論相結(jié)合，提出膜下滴灌條件下沙地春玉米的最佳施肥配比，還需要在不同條件下做驗(yàn)證試驗(yàn)，及進(jìn)一步開(kāi)展覆膜與不覆膜配方肥用量與效果的差異，西北旱作區(qū)壤土、砂土質(zhì)地條件下氮磷鉀肥用量的區(qū)別等更多的相關(guān)研究，才能為沙地滴灌玉米合理施肥提供足夠的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。