氮磷鉀肥對玉米關鍵性狀指標及養分利用率的影響

韓冰，王宏棟，韓雙，武明飛，劉文海，李冬剛

（德州市農業科學研究院，山東 德州 253015）

玉米為山東省主要的糧食作物，在農業生產中具有重要地位和作用。玉米產量受品種和肥料因素的影響，在品種保持穩定的前提下，肥料是制約玉米產量的關鍵因素[1]。

氮素為植物體內各類氨基酸必需的基本元素，是蛋白質的構成成分，也是對植物光合作用起決定作用的葉綠素的組成部分[2]。氮對作物生長具有重要作用，施用氮肥能夠提高農作物產量和質量[3]。磷素為僅次于氮素的第2大營養元素，是生物系統中重要的組成部分，且磷素還參與光合磷酸化、三羧酸循環等生理過程。磷肥對作物生長發育和產量形成具有不可替代的作用，施用磷肥是提高作物產量的重要途徑[4]。鉀素是植物的主要營養元素，施用鉀肥能夠促使作物健壯生長、莖稈粗硬，增強對病蟲害和倒伏的抵抗能力，促進糖分和淀粉的生成[5]。為了明確氮磷鉀肥對玉米關鍵性狀指標及養分利用率的影響，在山東省德州市夏津縣玉米田進行施肥試驗，研究了不同肥料對玉米植株性狀、穗部性狀、產量以及養分利用率的影響，以期為玉米科學施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年6～10月在山東省德州市夏津縣雷集鎮軍發家庭農場（北緯37°4′14″，東經116°12′9″）進行。試驗地屬溫帶大陸性季風氣候，年日照時數2 592.7～2 603.5 h，太陽輻射總量124.8 kJ/cm2，平均氣溫12.5～13.6℃，平均降水量547.5～556.8 mm，約75%的降水集中在7～9月。土壤類型為壤土，pH值7.96，含鹽量0.98 g/kg，有機質含量12.87 g/kg，全氮、全磷、全鉀含量分別為1.22、0.74和21.66 g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為95.81、33.20和130.55 mg/kg。試驗地塊地勢平坦，排灌條件良好，肥力中等，不靠近道路，無土傳病害，無堆肥場所，常年種植小麥和玉米。

1.2 試驗材料

試驗夏玉米品種為天泰55；肥料種類有控釋尿素（N含量45%）、過磷酸鈣（P2O5含量12%）和氯化鉀（K2O含量60%）。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 2020年6月14日采用寬窄行播種玉米，寬行行距75 cm，窄行行距45 cm，株距20 cm。在玉米三葉期采用溝施法施肥，試驗設N0P2K2（不施氮肥，處理Ⅰ）、N2P0K2（不施磷肥，處理Ⅱ）、N2P2K0（不施鉀肥，處理Ⅲ）和N2P2K2（常規施肥，處理Ⅳ）4個施肥處理，氮、磷、鉀肥的施用量分別為135、45和45 kg/hm2。小區長10 m、寬5 m，隨機區組排列，小區之間設寬50 cm的邊界分隔，每處理均3次重復。各小區單灌單排，其他田間管理措施同當地農民習慣。玉米10月9日收獲，全生育期118 d。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 植株性狀調查。分別在玉米小喇叭口和大喇叭口期，每小區均選取長勢均勻的植株50株，測量株高和莖粗；并稱量地上部和地下部（根系）的鮮重，80°烘干后稱量干重。

1.3.2.2 谷草比[6]。玉米收獲時，每小區均選取長勢均勻的植株50株，分別測定子粒產量和莖葉產量，計算谷草比（子粒產量/莖葉產量）。

1.3.2.3 肥料利用率。玉米收獲時，每小區均選取長勢均勻的植株50株，分別測定子粒和莖葉的全氮、全磷和全鉀含量。其中，全氮含量測定采用硫酸-高氯酸消煮，凱氏定氮蒸餾法[7]；全磷含量測定采用鉬銻抗比色法[8]；全鉀含量測定采用火焰光度法[9]。分別計算100 kg經濟產量（子粒產量+莖葉產量）的N、P2O5、K2O養分吸收量和肥料利用率：

N吸收量=（子粒產量×子粒N含量+莖葉產量×莖葉N含量）/子粒產量

P吸收量=（子粒產量×子粒P含量+莖葉產量×莖葉P含量）/子粒產量

K吸收量=（子粒產量×子粒K含量+莖葉產量×莖葉K含量）/子粒產量

氮肥利用率=（N2P2K2處理區作物地上部分N吸收量-N0P2K2處理區作物地上部分N吸收量）/N2P2K2處理區N投入量×100%

磷肥利用率=（N2P2K2處理區作物地上部分P吸收量-N0P2K2處理區作物地上部分P吸收量）/N2P2K2處理區P投入量×100%

鉀肥利用率=（N2P2K2處理區作物地上部分K吸收量-N0P2K2處理區作物地上部分K吸收量）/N2P2K2處理區K投入量×100%

1.3.2.4 果穗性狀及產量。玉米收獲時，每小區均選取靠中間位置且比較均勻的1行，連續收獲40穗，測量穗長、穗粗和禿頂徑；裝入網袋，晾干后脫粒稱重，計算子粒產量。

1.3.3 數據處理與分析 利用SPSS軟件對試驗數據進行統計分析，采用鄧肯氏新復極差（DMRT）法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對拔節期玉米植株性狀的影響

小喇叭口期，不同施肥處理的玉米株高順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與處理Ⅰ差異（增幅11.94%）達到了顯著水平，但二者均與其他處理差異不大；莖粗順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅰ＞處理Ⅱ，各處理間差異均不顯著；地上部干重順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與處理Ⅰ差異（增幅20.64%）達到了極顯著水平，與處理Ⅱ和Ⅲ差異（增幅14.09%和12.30%）達到了顯著水平；地下部干重順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅰ＞處理Ⅱ，其中處理Ⅳ與處理Ⅱ差異（增幅14.43%）達到了顯著水平，但二者均與其他處理差異不大（表1）。表明不同施肥處理對玉米株高以及地上部和地下部干重均有顯著影響，但對莖粗影響不大；與常規施肥相比，缺素施肥不利于玉米生長，導致植株性狀指標降低，其中氮肥的影響最大，其次是磷肥，鉀肥的影響最小。

表1 不同施肥處理對玉米拔節期植株性狀的影響Table 1 Effects of different fertilization treatments on the plant characters of maize at elongation stage

大喇叭口期，不同施肥處理的玉米株高順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與其他處理差異（增幅5.18%～10.16%）均達到了極顯著水平，處理Ⅲ與處理Ⅰ差異（增幅4.73%）也達到了極顯著水平；莖粗順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與處理Ⅱ和Ⅲ差異均不顯著，但與處理Ⅰ差異（增幅28.34%）達到了顯著水平；地上部干重順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，各處理間差異均達到了顯著水平，其中處理Ⅳ與其他處理差異（增幅10.41%～19.50%）均達到了極顯著水平，處理Ⅲ與處理Ⅰ和Ⅱ差異（增幅分別為8.23%和5.57%）也達到了極顯著水平，處理Ⅱ與處理Ⅰ差異（增幅2.52%）達到了顯著水平；地下部干重順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與處理Ⅲ差異（增幅14.34%）達到了顯著水平，且二者均與其他2個處理差異（增幅16.10%～32.75%）達到了極顯著水平，而處理Ⅱ與處理Ⅰ差異不顯著。表明不同施肥處理對玉米株高、莖粗以及地上部和地下部干重均有顯著影響；與常規施肥相比，缺素施肥不利于玉米生長，導致植株性狀指標降低，其中氮肥的影響最大，其次是磷肥，鉀肥的影響最小。

2.2 不同施肥處理對玉米谷草比的影響

不同施肥處理的玉米子粒產量順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅰ＞處理Ⅱ，各處理間差異均達到了極顯著水平，其中處理Ⅳ較其他處理增幅為3.60%～50.00%；莖葉產量順序為處理Ⅳ＞處理Ⅰ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ，各處理間差異均達到了顯著水平，其中處理Ⅳ與處理Ⅰ和Ⅲ差異（增幅分別為7.11%和7.82%）達到了顯著水平，且三者均與處理Ⅱ差異（增幅為17.72%～26.92%）達到了極顯著水平；谷草比為1.66～1.79，指標值順序為處理Ⅱ＞處理Ⅲ＞處理Ⅳ＞處理Ⅰ（表2）。表明不同施肥處理對玉米子粒產量和莖葉產量均有極顯著影響，最終影響谷草比的大小；與常規施肥相比，缺素施肥不利于玉米光合產物的轉化，導致玉米子粒產量和莖葉產量降低，其中氮肥對谷草比的影響最大，施用磷鉀肥對莖葉產量的提高效率高于子粒產量。

表2 不同施肥處理對玉米谷草比的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on the ratio of mazie to straw

2.3 不同施肥處理對玉米氮磷鉀肥料利用率的影響

不同施肥處理100 kg經濟產量的養分吸收量順序均為N＞K2O＞P2O5（表3）。處理Ⅳ100 kg經濟產量的養分總吸收量最高，其中氮和磷素的吸收量均高于缺素處理，分別達到了2.343和0.230 kg，較缺氮處理（處理Ⅰ）的氮素吸收量提高了17.38%，較缺磷處理（處理Ⅱ）的磷素吸收量提高了19.79%；鉀素的吸收量較高，為0.868kg，較缺鉀處理（處理Ⅲ）的鉀素吸收量提高了22.95%。經計算，處理Ⅳ的玉米氮、磷、鉀肥料利用率分別為41.1%、16.9%和44.7%。表明氮磷鉀配施較缺素施肥可以有效促進養分的吸收，提高肥料利用率。

表3 不同施肥處理對玉米養分吸收的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on the nutrient absorption of maize

2.4 不同施肥處理對玉米穗部性狀的影響

不同施肥處理的玉米穗長順序為處理Ⅳ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ＞處理Ⅲ，其中處理Ⅳ與其他處理差異（增幅1.25%～1.84%）均達到了顯著水平，而其他3個處理間差異均不顯著；穗粗順序為處理Ⅳ＞處理Ⅱ＞處理Ⅲ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與處理Ⅰ差異（增幅17.42%）達到了極顯著水平，與其他2個處理差異（8.23%～11.37）達到了顯著水平；禿頂徑順序為處理Ⅳ＜處理Ⅱ＜處理Ⅰ＜處理Ⅲ，各處理間差異均不顯著，其中處理Ⅳ較其他處理降低了5.88%～21.31%（表4）。表明不同施肥處理對玉米穗長和穗粗均有顯著影響，但對禿頂徑影響不大；與常規施肥相比，缺素施肥不利于玉米穗部發育，導致穗部性狀指標降低，其中鉀肥對穗長和禿頂徑影響最大，氮肥對穗粗影響最大。

表4 不同施肥處理對玉米穗部性狀的影響Table 4 Effects of different fertilization treatments on the ear characters of maize （cm）

2.5 不同施肥處理對玉米產量的影響

不同施肥處理的玉米產量順序為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與處理Ⅲ差異達到了顯著水平，與其他2個處理差異均達到了極顯著水平；處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別較處理Ⅳ減產9.48%、7.63%和4.66%，其中處理Ⅰ與處理Ⅲ差異達到了顯著水平（表5）。表明不同施肥處理對玉米產量有極顯著影響；與常規施肥相比，缺素施肥會導致玉米顯著減產，其中氮肥的影響最大，其次是磷肥，鉀肥的影響最小。

表5 不同施肥處理對玉米產量的影響Table 5 Effect of different fertilization treatments on maize yield

3 結論與討論

在所有的營養元素中，氮素有“生命元素”之稱，其是植物體內蛋白質和各種酶的重要成分[10]，是影響玉米生長最重要的元素。磷素是細胞體內核酸、蛋白質和磷脂等大分子物質的結構組分，是細胞質和細胞核的重要組成成分，能穩定細胞結構，提高植物的抗逆能力[11]。鉀素被植物吸收后，以離子形態存在于植物體內，參與細胞內的滲透調節作用，從而促進根系對水分的吸收，提高玉米的抗旱性[12]。

本研究結果表明，氮磷鉀肥料配施可以明顯促進玉米生長，不施氮肥、不施磷肥、不施鉀肥均影響玉米生育期內的各種關鍵性狀指標。小喇叭口期，氮肥對玉米株高和地上部干重影響最大，其次是磷肥，鉀肥的影響最小；磷肥對玉米莖粗和地下部分干重影響最大，其次是氮肥，鉀肥的影響最小。大喇叭口期，氮肥對玉米株高、莖粗以及地下部干重和地上部干重影響均最大，其次是磷肥，鉀肥的影響最小；收獲期，鉀肥對果穗的穗長和禿頂徑影響最大，其次是氮肥，磷肥的影響最小。氮肥對玉米谷草比影響較大，原因是氮肥能夠促進植株光合產物的轉化，提高了作物產量的經濟系數；而施用磷肥和鉀肥則對莖葉產量的提高效率高于對子粒產量的提高效率。此外，氮肥對玉米產量影響最大，其次是磷肥，鉀肥的影響最小。

肥料利用率是衡量施肥效果的主要指標。初明光等[13]對2000～2005年全國糧食主產區1 333個玉米田間肥料試驗結果進行了分析，發現玉米的氮肥利用率為26.1%。李麗等[14]研究顯示，我國玉米氮、磷、鉀肥的當季平均利用率分別為30.39%、12.56%和48.77%。閆湘等[15]對2017年我國19個省13 667個地塊的施肥調查結果和22個省32個養分監測村的田間試驗結果進行總結，結果顯示，玉米氮、磷、鉀肥的利用率分別為31.0%、15.3%和30.5%。本研究結果表明，山東省德州市夏津縣常規施肥條件下，玉米氮、磷、鉀肥的當季利用率分別為41.1%、16.9%和44.7%，其中，氮肥和鉀肥的當季利用率略優于當前我國平均水平，磷肥的當季利用率與當前我國的平均水平相當。