配方施肥對夏玉米肥料利用效果探究

司慶臣 趙立昊 張埡坤 李海燕 李貝貝 劉長旭

（1.山東省齊河縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 山東 齊河 251100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 山東 泰安 271018；3.禹城市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 山東 德州 251200；4.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院德州鹽堿土改良實驗站 山東 德州 253000）

糧食安全是國家安全的重要內(nèi)容[1]，化肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，施用化肥對提高作物產(chǎn)量、確保我國糧食安全具有重要意義。 近年來，隨著農(nóng)民對化肥重視程度的提高，我國的化肥用量逐年增長，而化肥的過量施用會導(dǎo)致肥料利用率降低， 不僅不會促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收，還會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。測土配方施肥是保障玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、 節(jié)本增效的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。 玉米的測土配方技術(shù)是指通過對土壤養(yǎng)分的檢測分析，進(jìn)行針對性施肥，滿足作物各生育時期對養(yǎng)分的需求[3]。 該技術(shù)不僅可以培肥地力，補(bǔ)充土壤缺乏的元素，又可以提高肥料利用率，減輕環(huán)境污染[4-5]。

玉米產(chǎn)量與植株的氮磷鉀吸收量呈顯著的對數(shù)函數(shù)關(guān)系， 其中玉米產(chǎn)量與氮素吸收量的相關(guān)性最高[6]，而氮素是造成肥料污染的主要因素。 候躍等的研究表明，配方施肥可以增加作物產(chǎn)量，且氮肥對作物產(chǎn)量的影響效果最大[7]。 湯明堯等的研究表明，配方施肥可以顯著提高作物對養(yǎng)分的吸收效果，玉米氮、磷、鉀利用率分別達(dá)到了46.9%、20.5%和49.6%[8]。因此， 探索配方施肥對肥料利用率的影響效果對提高玉米產(chǎn)量、保護(hù)環(huán)境、提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益有著重要的作用。 但肥料利用率不僅存在當(dāng)季利用和后季利用問題，而且因受氣候、土壤條件、作物品種等多種因素的影響，需要因地制宜地開展研究。 在齊河縣開展測土配方施肥對玉米肥料利用率的效果探究，為推進(jìn)化肥減量增效、農(nóng)民增產(chǎn)增收提供技術(shù)支撐，助力農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗時間為2022 年6-10 月， 試驗地點在齊河縣袁莊村（36°81′50″N、116°65′89″E），試驗區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年均日照時數(shù)2 483.8 h，年均溫度13.2℃，年均降水量531.4 mm。試驗地土壤為壤土，試驗前耕層土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗前耕層土壤理化性質(zhì)

該地塊常年種植糧食作物， 種植模式為冬小麥—夏玉米輪作，地勢平坦、土質(zhì)均一、排灌條件良好。

1.2 試驗材料

供試作物為夏玉米，選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N珺玉108。2022 年6 月11 日播種，行間距70 cm、株距22 cm；2022 年10 月4 日收獲，全生育期104 d。

肥料品種為單質(zhì)肥料：尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）和硫酸鉀（K2O 50%）。

1.3 試驗設(shè)計與方法

試驗設(shè)5 個處理， 分別為空白 （CK）、 無氮區(qū)（PK）、無磷區(qū)（NK）、無鉀區(qū)（NP）和氮磷鉀（NPK）區(qū)，具體設(shè)計方案見表2。 每個處理3 次重復(fù)，小區(qū)面積40 m2（10 m×4 m）。 隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)間設(shè)有0.5 m明顯的邊界分隔帶。 除施肥外，各小區(qū)其他田間管理措施相同。

表2 試驗設(shè)計方案（單位：kg/畝）

將氮（N）、磷（P2O5）鉀（K2O）采用當(dāng)?shù)販y土配方施肥量施入， 每畝用量分別為13 kg、5 kg 和6 kg。50%氮肥，全部磷、鉀肥作為基肥在播種后溝施；剩余50%氮肥作為追肥在玉米大喇叭口期隨降水撒施。收獲時按小區(qū)實打?qū)嵤眨謩e測定籽粒和莖葉產(chǎn)量，并折算畝產(chǎn)量。

1.4 測定項目與方法

試驗實施前，采用多點混合法取得基礎(chǔ)土樣。 采用常規(guī)方法測定土壤主要理化性狀，其中pH 采用電位法、有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法、全氮采用凱氏法消解-AA3 型連續(xù)流動分析儀測定、有效磷采用0.5 mol/L 碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法、速效鉀采用1 mol/L 醋酸銨提取-火焰光度法。

作物收獲時分別采集籽粒和莖稈樣品。 測定植株籽粒和莖葉2 部分的全氮、全磷、全鉀含量，經(jīng)過H2SO4-H2O2消煮后， 全氮采用AA3 連續(xù)流動分析儀測定、全磷采用釩鉬黃比色法測定、全鉀采用火焰光度法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

（1）養(yǎng)分吸收量計算方法：

氮素（N）吸收量（kg/畝）=籽粒產(chǎn)量（kg/畝）×籽粒N 含量+秸稈產(chǎn)量（kg/畝）×秸稈N 含量；

磷素（P2O5）吸收量（kg/畝）=［籽粒產(chǎn)量（kg/畝）×籽粒P 含量+秸稈產(chǎn)量（kg/畝）×秸稈P 含量］×2.29；

鉀素（K2O）吸收量（kg/畝）=［籽粒產(chǎn)量（kg/畝）×籽粒K 含量+秸稈產(chǎn)量（kg/畝）×秸稈K 含量］×1.204 6。

（2）100 kg 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量計算方法：

100 kg 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量N（P、K）養(yǎng)分吸收量=［籽粒產(chǎn)量×籽粒N（P、K）養(yǎng)分含量+莖葉產(chǎn)量×莖葉N（P、K）養(yǎng)分含量］/籽粒產(chǎn)量×100。

（3）每畝作物養(yǎng)分吸收總量：

每畝作物N （P、K） 養(yǎng)分吸收總量=籽粒畝產(chǎn)×100 kg 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量N（P、K）養(yǎng)分吸收量/100。

（4）收獲指數(shù)的計算方法：

氮素的收獲指數(shù)（NHI）（%）=（籽粒氮總量/作物地上部吸氮量）×100；

磷素的收獲指數(shù)（PHI）（%）=（籽粒磷總量/作物地上部吸磷量）×100；

鉀素的收獲指數(shù)（KHI）（%）=（籽粒鉀總量/作物地上部吸鉀量）×100。

（5）生理效率的計算方法：

氮素生理效率=玉米籽粒產(chǎn)量/玉米地上部吸氮量；

磷素生理效率=玉米籽粒產(chǎn)量/玉米地上部吸磷量；

鉀素生理效率=玉米籽粒產(chǎn)量/玉米地上部吸鉀量。

（6）肥料利用率計算方法：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對玉米產(chǎn)量的影響

由表3 可知，氮磷鉀、無氮、無磷、無鉀和空白處理玉米籽粒烘干產(chǎn)量分別為588.1 kg/畝、398.4 kg/畝、466.7 kg/畝、500.8 kg/畝和350.1 kg/畝，表現(xiàn)為NPK＞NP＞NK＞PK＞CK； 玉米秸稈風(fēng)干產(chǎn)量分別為534.7 kg、349.9 kg、 414.3 kg、 444.9 kg 和301.3 kg/畝， 表現(xiàn)為NPK＞NP＞NK＞PK＞CK。 不施肥對玉米的產(chǎn)量和生物量均有較大的影響， 施用氮、 磷、 鉀肥玉米籽粒產(chǎn)量比CK 提高了14.8%～40.5%,秸稈產(chǎn)量提高了15.8%～40.0%， 增產(chǎn)效果顯著。 除CK 外， 氮肥對產(chǎn)量的影響效果最大， 磷肥其次， 鉀肥對玉米產(chǎn)量的影響效果最小。

表3 不同處理產(chǎn)量情況（單位：kg/畝）

2.2 不同施肥處理對玉米植株養(yǎng)分含量的影響

由表4 可知， 籽粒全氮含量依次為NPK（1.199%）>NK（1.146%）>NP（1.145%）>PK（0.934%）>CK（0.906%），氮磷鉀施肥處理最高，除CK 外無氮施肥最低； 籽粒全磷含量依次為NPK （0.260%） >NP（0.242%）>PK（0.241%）>NK（1.183%）>CK（0.182%），氮磷鉀施肥處理最高，CK 最低，其次為無磷施肥；籽粒全鉀含量依次為NPK（0.292%） >NK（0.284%）>PK（0.266%）>CK（0.227%）>NP（0.225%），氮磷鉀施肥處理最高，無鉀施肥處理最低。 由此可知，增施氮、磷、鉀肥可以分別有效提高籽粒中全氮、 全磷和全鉀的含量，改善玉米籽粒品質(zhì)。 此外，由于氮磷鉀養(yǎng)分間的協(xié)同作用， 氮磷鉀全施處理相比其他處理玉米籽粒養(yǎng)分含量最高。

表4 不同處理玉米籽粒養(yǎng)分含量（單位：%）

由表5 可知，氮磷鉀施肥處理莖葉全氮、全磷和全鉀平均含量分別為0.765%、0.073%和1.197%，無氮處理莖葉全氮平均含量為0.530%， 無磷處理莖葉全磷平均含量為0.061%， 無鉀處理莖葉全鉀平均含量為1.087%。氮磷鉀施肥處理莖葉全氮、全磷和全鉀含量分別高于無氮處理莖葉全氮含量、 無磷處理莖葉全磷含量和無鉀處理莖葉全鉀含量。 由此可知，增施氮、 磷和鉀肥可以分別有效提高莖葉中全氮磷鉀的含量。

表5 不同處理玉米莖葉養(yǎng)分含量（單位：%）

2.3 不同施肥處理對玉米養(yǎng)分吸收量的影響

由表6 可知， 氮磷鉀施肥處理100 kg 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量氮、 磷、 鉀養(yǎng)分吸收量分別為1.93 kg、 0.33 kg 和1.38 kg， 無氮處理100 kg 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量氮素吸收量為1.40 kg、無磷處理為0.24 kg、無鉀處理為1.19 kg。 由此可以看出， 氮磷鉀施肥處理100 kg 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量氮、磷、 鉀養(yǎng)分吸收量均高于缺素區(qū)相應(yīng)養(yǎng)分的100 kg經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量，即增施氮、磷、鉀肥可以有效地提高對應(yīng)養(yǎng)分的吸收效率。

表6 不同處理玉米100 kg 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量（單位：kg）

由表7 可知，氮磷鉀施肥處理氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量分別為11.35 kg、1.94 kg 和8.12 kg，無氮處理氮素吸收量為5.58 kg、無磷處理為1.12 kg、無鉀處理為5.96 kg。由此可以看出，氮磷鉀施肥處理每畝玉米氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量均高于缺素區(qū)對應(yīng)養(yǎng)分的吸收量。 氮鉀和氮磷處理玉米氮素吸收量較氮磷鉀處理分別降低了30.0%和21.9%；磷鉀和氮磷處理的玉米磷素吸收量較氮磷鉀處理分別降低了36.1%和20.1%；磷鉀和氮鉀處理玉米鉀素吸收量較氮磷鉀處理分別降低了34.2%和17.9%。 說明氮、磷、鉀肥的結(jié)合施用可以通過相互促進(jìn)的作用提高玉米對養(yǎng)分的吸收效果，從而獲得高產(chǎn)。

表7 不同處理玉米養(yǎng)分吸收量（單位：kg/畝）

2.4 不同施肥處理對玉米養(yǎng)分收獲指數(shù)的影響

收獲指數(shù)是衡量作物養(yǎng)分利用效率的指標(biāo)之一，是作物的養(yǎng)分吸收量向籽粒中轉(zhuǎn)移比例的多少。由表8 可知， 玉米的氮素收獲指數(shù)平均為63.94%～66.69%；磷素收獲指數(shù)平均為76.53%～79.61%；鉀素收獲指數(shù)平均為18.92%～21.14%。 玉米氮素收獲指數(shù)磷鉀處理最高，氮磷鉀處理最低；氮鉀處理略低于磷鉀處理，氮磷處理略高于氮磷鉀處理。 磷素和鉀素收獲指數(shù)氮磷鉀處理最高，其余處理之間差異不顯著。

表8 不同處理玉米的收獲指數(shù)（單位：%）

2.5 不同施肥處理對玉米養(yǎng)分生理效率的影響

生理效率是指作物每吸收1 kg 養(yǎng)分（氮或磷、鉀）向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量（kg）。 由表9 可知，本試驗條件下玉米吸收1 kg 氮素平均生產(chǎn)籽粒為51.82～69.87 kg；吸收1 kg P2O5平均生產(chǎn)籽粒為306.84～421.50 kg、吸收1 kg K2O 平均生產(chǎn)籽粒為70.33～84.12 kg。 氮素生理效率磷鉀處理最高，磷素生理效率氮鉀處理最高，鉀素生理效率氮磷處理最高， 其余處理之間差異不顯著，說明平衡施肥能保障作物對養(yǎng)分的吸收效果，對養(yǎng)分的利用效率并沒有明顯降低。

表9 不同處理玉米的養(yǎng)分生理效率（單位：kg/kg）

2.6 玉米氮磷鉀肥料利用率

根據(jù)肥料利用率計算公式計算出玉米氮、磷、鉀肥料利用率。 由表10 可知，玉米氮、磷、鉀肥利用率分別為44.47%、16.32%和36.04%。 氮肥在當(dāng)?shù)氐睦寐瘦^高，其次為鉀肥，但氮肥和鉀肥的肥料利用率變異系數(shù)較大，可能是由于土壤本身肥力較高導(dǎo)致，還需進(jìn)行定位試驗以得到最準(zhǔn)確的肥料利用效果。磷肥利用率最低，合理施用氮、鉀肥可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，提高玉米產(chǎn)量。

表10 氮、磷、鉀肥料利用率（單位：%）

3 討論與結(jié)論

配方施肥能夠有效地增加玉米地上部分產(chǎn)量[9-11]。在本試驗條件下，氮肥對玉米產(chǎn)量的影響最大，磷肥其次，鉀肥對玉米產(chǎn)量的影響效果最小，不施肥玉米的產(chǎn)量有明顯降低。 增施氮、磷、鉀肥可以有效促進(jìn)作物對對應(yīng)養(yǎng)分的吸收利用， 提高玉米地上部的養(yǎng)分含量，且施用養(yǎng)分越全面，作物對養(yǎng)分的吸收效果越好，這與王金鳳、韓冰等的研究結(jié)論相同[12-13]。 氮素收獲指數(shù)氮磷鉀處理較其余處理有所降低，而磷素、鉀素收獲指數(shù)氮磷鉀處理最高， 說明配方施肥條件下可以促進(jìn)養(yǎng)分向籽粒的運(yùn)輸。 氮磷鉀處理玉米的生理效率較其余處理差異不顯著， 說明配方施肥在提高玉米產(chǎn)量的同時并沒有降低養(yǎng)分的利用效率。從研究結(jié)果來看， 施用配方肥玉米的肥料利用率達(dá)到了較高的水平， 在當(dāng)?shù)馗鼞?yīng)重視測土配方施肥技術(shù)的應(yīng)用，響應(yīng)國家化肥減量增效政策的要求。

肥料利用率是衡量施肥效果的重要指標(biāo)。 本研究表明，在玉米測土配方施肥條件下，玉米氮、磷、鉀肥當(dāng)季利用率分別為44.47%、16.32%和36.04%，達(dá)到了較高的水平， 說明測土配方施肥在當(dāng)?shù)氐膽?yīng)用效果較好，有助于減少肥料損失，提高作物產(chǎn)量，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展的一種有效途徑。