不同滴灌施肥策略对玉米产量、养分吸收及效益的影响

华 瑞，李俊华，王立坤，李 丹，冯丽萍，董有鹏

(石河子大学农学院资环系/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000)

不同滴灌施肥策略对玉米产量、养分吸收及效益的影响

华 瑞，李俊华，王立坤，李 丹，冯丽萍，董有鹏

(石河子大学农学院资环系/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000)

【目的】研究不同施肥处理对滴灌玉米生长、养分吸收、土壤养分及经济效益的影响，为滴灌玉米生产中的合理施肥提供科学依据。【方法】滴灌条件下设不施肥对照、常规施肥、减氮增磷施肥、增氮减磷施肥4个处理，进行田间小区试验与室内分析。【结果】增氮减磷施肥方案对玉米生长发育具有促进作用，促进玉米干物质的积累，增加穗行数、行粒数、百粒重。减量施肥(即减氮增磷施肥和增氮减磷施肥)与常规施肥的植株氮磷钾积累量和土壤养分含量无明显差异；增氮减磷施肥比常规施肥增产474 kg/hm2，增长3.4%；增氮减磷施肥比常规施肥增收1 154元/hm2，增长4.5%，增产增收效果明显。【结论】增氮减磷施肥和减氮增磷施肥较常规施肥量减少5%和8%的滴灌施肥水平，对玉米的株高和叶片数无明显影响，且对玉米干物质的积累有促进作用。其中以较常规施肥量减少5%施肥量的增氮减磷滴灌施肥策略的产量最高，经济效益最好。

玉米；滴灌施肥；产量；养分；效益

0 引 言

【研究意义】玉米作为重要的粮食、饲料以及燃料乙醇的原料，需求量不断增长，但种植的土地供应减少，这就意味着产量必须得到提高[1]。玉米需肥量大，合理施肥对其获得高产十分重要。玉米在新疆农业生产中占有重要地位，但是在玉米施肥上普遍存在肥料利用率低问题[2]。水是新疆农业生产的主要限制因素[3,4]。滴灌施肥不仅有效地节约水资源和肥料，而且有效地调节作物水分和养分的供应。因此研究在滴灌条件下不同施肥量对玉米产量等因素的影响更有现实意义和价值。【前人研究进展】有关滴灌施肥中的养分和水分运移规律及增产机理等国内外已进行了研究[5]，关于干旱地区滴灌施肥的水肥耦合性也有报道,但注重的都是水肥协同的增产效应、水分灌溉指标和不同肥料品种的施用[6,7],而没有定量的评价滴灌施肥条件下各因子的产量效应。有关研究表明，棉花、蔬菜、果树等作物应用滴灌施肥可以节肥20%～60%，并能维持或提高产量和品质[8]。徐盈盈[9]研究表明，在施肥量减少30%和40%的条件下，滴灌施肥处理较常规施肥处理既没有降低甜糯玉米对氮磷钾养分的吸收和利用，也没有降低甜糯玉米的产量和品质。陈建军等[10]研究表明，玉米滴灌灌溉方式具有节水、省工、增产、增收的综合效果,尤其是膜下滴灌种植玉米效应更加明显，增产10%～20%，水分利用效率提高25%。膜下滴灌是实现有限水分高效利用的最优模式，滴灌施肥不仅有效地节约水资源和肥料，而且有效地调节作物水分和养分的供应。【本研究切入点】近年来，随着我国粮食产量不断增加，化肥的施用量越来越多[11,12]，进行科学合理地施用肥料显得越来越重要，为广大土壤肥料工作者所重视[13]。氮肥、磷肥、钾肥是提高玉米产量的基础，在滴灌条件下，根据土壤养分状况优化施肥策略，进而提高肥料利用率和经济效益。【拟解决的关键问题】研究膜下滴灌条件下，优化施肥策略对N、P、K利用效率和玉米产量的影响及其增产高效的效应，为滴灌玉米生产中合理施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验地点为新疆石河子大学农学院试验站，属温带大陆性气候区，年平均日照2 721～2 818 h，光热资源充足。试验地为石灰性土壤，前茬为棉花。播种前，0～20 cm土壤，基础养分含量为：碱解氮49.94 mg/kg、速效磷46.45 mg/kg、速效钾198.72 mg/kg、有机质13.45 g/kg，pH值7.51。

供试玉米品种为SC704，供试肥料为尿素(含N为46%)，三料磷肥(含P2O5为45%)和硫酸钾(含K2O为45%)。

1.2 方 法

1.2.1 试验统计

试验在滴灌条件下设4个施肥处理，即不施肥对照(T1)、常规施肥(T2)、减氮增磷施肥(T3)、增氮减磷施肥(T4)，总氮量30%的尿素和全部的磷、钾肥作为基肥，其余70%的尿素分两次在玉米拔节期和抽雄期随水施入。每个处理重复3次，共12个小区，小区面积57，随机区组排列。试验于2012年5月5日播种，5月21日出苗，各试验小区出苗情况良好，9月27日收获。试验玉米行距采用40与60 cm宽窄行沿南北方向进行种植，株距为20 cm。每条滴灌带控制两行玉米，每个小区配备一个施肥罐，保证各小区单独施肥。整个生育期内共计滴灌5次，总灌水量为3 582 m3/hm3。表1

表1 试验处理方案(kg/hm2)

Table 1 The amount of fertilizer applied in each treatment

处理Treatment处理代号Abbreviation施肥总量Totalamountoffertilizer氮肥总量Totalnitrogen基肥Basalfertilizer追肥AdditionalfertilizerP2O5K2ONN不施肥对照NoFertilizationT1000000常规施肥ConventionalFertilizationT2390240708072168减氮增磷施肥ReducedNitrogenandIncreasedPhosphorusFertilizationT3360220905066154增氮减磷施肥IncreasedNitrogenandReducedPhosphorusFertilizationT4370270505081189

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 生长发育记录

玉米出苗后,每个小区呈S型随机选取长势一致的20株玉米定点调查，前期每7 d调查一次，后期每15 d调查一次。每次记录玉米的株高和叶片数。

1.2.2.2 生物量

在玉米生长发育的每个时期进行采样。每个小区呈S型随机采取5株玉米植株样，分解样品组织。在105℃烘箱中杀青，70℃烘箱中烘干后称重[14]。

1.2.2.3 玉米产量及产量构成因素

各处理分小区全收全称，实收计产。在相同处理下随机取12穗室内考种，测定穗行数、行粒数、百粒重等产量影响因子。

1.2.2.4 植株养分与土壤养分

植株全氮的测定采用奈氏比色法；植株全磷的测定采用钒钼黄比色法；植株全钾的测定采用火焰光度法。

土壤碱解氮的测定采用碱解扩散法；土壤速效磷的测定采用钼锑抗比色法；土壤速效钾的测定采用火焰光度法[15]。

1.3 数据统计

试验数据采用分析软件SPASS17.0和Excel2003处理。作单因素方差分析，并作Duncan 多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米株高及叶片数的影响

研究表明,施肥可提高玉米拔节期株高。其中，T2和T4处理可显著提高；T3处理玉米拔节期株高比对照略有提高，但差异不显著。常规施肥(T2)、减氮增磷施肥(T3)和增氮减磷施肥(T4)比对照(T1)分别提高35%、7%和21%(P<0.05)。T2和T4处理可显著提高玉米抽雄期株高。T2、T4处理玉米抽雄期株高比对照分别提高29%和11%(P<0.05)，T3处理玉米抽雄期株高比对照提高4%，但无显著差异。说明常规施肥和优化减磷施肥均可显著增加玉米抽雄期株高。图1

注：小写字母不同代表同一时期统计检验5%水平差异显著，下同

苗期是不同处理下玉米叶片数差别最明显的时期，玉米从拔节期到抽雄期前这一阶段是叶片数抽出最快的时期。随着生育期的延长，叶片数的差距逐渐减小。进入抽雄期，叶片大部分抽出，T1处理逐渐赶上其他施肥处理，此时各处理间差异不显著。图2

图2 不同处理玉米叶片数变化

2.2 不同处理对玉米干物重的影响

各处理的干物质积累量均表现出随生育期的推进而不断增加。各处理植株干重的趋势是：增氮减磷施肥处理>减氮增磷施肥处理>常规施肥处理>对照。这种差异在玉米生育后期更加明显，从灌浆期和成熟期的测定结果来看，T4处理地上部干重的增加量明显大于其他处理。图3

图3 不同处理玉米干物质重量变化

作物籽粒产量的绝大部分来自叶片的光合产物，因此干物质是产量形成的物质基础。在一定范围内，干物质积累越多，籽粒产量也就越高。T2处理在玉米生长前期对干物质的积累大于其他处理；而到玉米生长后期，T3、T4处理的干物质积累量大于T2、T1，并且T4处理下的玉米干物质积累量明显大于其他处理。表2

表2 各处理下玉米成熟期单株各器官干物质分配情况

各个不同的肥料处理对于果穗干物质积累的影响最大。T4处理的果穗、 茎秆、叶片干物质重量均比其他处理水平的高。

2.3 不同处理对玉米植株氮磷钾积累量的影响

养分对作物的生长发育有重要的作用，不同的营养元素对作物的影响作用不同。随玉米生育期的推进，玉米植株氮磷钾积累量逐渐增加，增加的幅度因处理不同而异，在成熟期达到峰值。在各生育时期内，T1处理下的植株氮磷钾积累量均为最低。

与常规施肥处理(T2)相比，除T4在拔节期植株氮积累量低于T2，且差异显著外，T3和T4处理下的各生育期玉米氮积累量差异均不显著，说明T3和T4与常规施肥相比对植株氮积累量的影响不大。成熟期，植株氮积累量大小依次为：T4>T3>T2>T1。

在苗期和成熟期，各处理下的植株磷积累量之间无明显差异。拔节期， T3和T4处理与T2处理相比均降低了植株磷积累量，分别降低33.4%和25.7%。抽雄期和灌浆期，T3处理均提高了植株磷素积累量，分别提高4.3%和5.3%。成熟期，植株磷积累量大小依次为：T3>T2>T4>T1。

与常规施肥处理(T2)相比， T4处理在苗期提高了植株钾素积累量，提高25.1%。灌浆期，T3和T4处理提高了植株钾素积累量，分别提高了1.9%和7.6%。成熟期，T3和T4处理植株钾素积累量均低于T2处理水平。植株钾积累量大小依次为：T2>T4>T3>T1。图4

图4 不同处理下植株氮磷钾积累量变化

Fig. 4 Effects on N, P, and K fertilizer on NPK accumulation at different stages during the maize growing season

2.4 不同处理对土壤速效养分的影响

2.4.1 不同处理对土壤碱解氮的影响

土壤水解性氮或称碱解氮，也叫有效氮，能反映土壤近期内氮素供应情况。碱解氮包括无机态氮(铵态氮、硝态氮)及易水解的有机态氮(氨基酸、酰铵和易水解蛋白质)。研究表明，施肥条件下的土壤碱解氮含量高于不施肥条件下的含量，并且随着生育期的推进，土壤碱解氮含量呈递减的趋势。拔节期，碱解氮含量大小依次为T4>T3>T2>T1，增加幅度为28.5%、29.0%和37.5%，处理之间差异显著(P<0.05)。灌浆期，T2、T3、T4处理下的土壤碱解氮含量都高于T1处理水平。成熟期，随着氮磷施入量的增加，碱解氮含量也增加，T1与T3的土壤碱解氮含量等级为低级(<70 mg/kg)，T2与T4为中级(70～100 mg/kg)。说明一定量增施氮肥可以改善土壤肥力状况，增加土壤氮素，尤其对碱解氮有明显的促进作用。图5

图5 不同处理下土壤碱解氮含量变化

Fig. 5 Effect of different treatments on soil alkaline hydrolysis N content

2.4.2 不同处理对土壤速效磷的影响

土壤中的速效磷是指能为当季作物吸收利用的磷，速效磷的含量是土壤磷素供应的指标，了解速效磷的供应状况，对施肥有着直接的指导意义。不同施肥使得土壤速效磷含量变化不一,但总体上磷肥力等级呈现中、高等级。拔节期，增施氮肥，速效磷含量明显增加，且大小依次为T3>T2>T4>T1，但差异不显著。灌浆期，土壤速效磷含量减少，但T2、T3和T4处理下的速效磷含量仍然高于T1处理，处理间差异不显著。成熟期，T4处理下的土壤速效磷含量最高，T2和T3大致相等，土壤速效磷含量大于T1处理水平，差异不显著。图6

图6 不同处理下土壤速效磷含量变化

Fig. 6 Effect of different treatments on soil available P content

2.4.3 不同处理对土壤速效钾的影响

土壤速效钾以交换性钾为主，占95%以上，水溶性钾仅占极小部分。与其他大量元素相比，土壤速效钾含量相对较高。研究表明，施肥对土壤速效钾含量影响较大，随着生育期的推进，各处理下的土壤速效钾含量呈现递减的趋势，钾肥力等级为中、高等级。在苗期，各施肥处理与对照相比增加幅度分别为17.0%、9.9%和17.4%，在同等施钾肥水平下，增加施氮量会提高土壤速效钾含量。拔节期，施肥量的变化对速效钾含量影响不大，各处理之间差异不显著。灌浆期，各施肥处理的土壤速效钾含量与对照相比，增加幅度分别为17.7%、15.2%和9.7%，差异不显著。成熟期，土壤速效钾含量大小依次为T2>T3>T4>T1，与对照相比，增加幅度分别为13.7%、7.1%和5.0%，差异不显著。氮肥施用量较低时，增施磷肥对速效钾含量影响不大。增加氮肥用量，随着施磷钾量的增加，速效钾含量也增加，说明氮磷肥对土壤速效钾含量均有促进作用，但氮肥的作用大于磷肥。图7

图7 不同处理下土壤速效钾含量变化

Fig. 7 Effect of different treatments on soil available K content

2.5 不同处理对玉米产量及产量构成因素的影响

不同处理对玉米行粒数、穗行数、百粒重影响不一致。穗行数：T4比T3、0.76行，比T1多0.78行，差异均为显著；T2与T3、T1相比较，分别多0.54行和0.56行，但差异不显著。行粒数：T4比T1多5.43粒，差异显著；T3比T1多2.93粒，差异不显著；T2比T1多2.7粒，差异不显著。各处理玉米百粒重的趋势为：T4>T2>T3>T1，但处理间差异不显著。表3

表3 各处理下玉米产量构成因素变化

Table 3 Effect of different treatments on maize yield components

处理Treatment穗行数(行)Rowsperear行粒数(粒)Kernelsperrow百粒重(g)100-grainweightT114 11b38 16b31 29aT214 67ab40 86ab34 61aT314 13b41 09ab33 11aT414 89a43 59a35 62a

注：同列中不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同

Note: Different letters shows significant difference, the same as below

表4 各处理下玉米产量变化

Table 4 Effect of different treatments on maize yields

处理Treatment小区产量(kg)YieldperplotⅠⅡⅢ平均Average产量Yield(kg/hm2)比对照增减(%)ComparedtoT1T161 5560 5561 0561 05c10716c0T276 4182 7176 5678 56a13789a28 7T363 6573 6568 6568 65b12050b12 4T478 7683 7681 2681 26a14263a33 1

2.6 经济效益分析

T1与其他处理差异均达到了显著水平，T1处理产量最低，为10 716 kg/hm2；T4产量最高，为14 263 kg/hm2，比不施肥处理增产33.1%；T2 T3处理增产幅度在分别为28.7%和12.4%。 T4处理与T2处理之间差异不显著，但增产474 kg/hm2，增幅为3.4%，T4增产效果最佳。表4

经济效益分析表明，不同的施肥处理对玉米经济效益具有明显的影响。各处理玉米产值分别为：21 432、27 578、24 101和28 526元/hm2，T4处理产值最高。与常规施肥相比，T4处理增加效益1 154元/hm2，增加了4.5%。表5

表5 各处理经济效益 (元/hm2)

Table 5 Different treatments of economic benefit

处理Treatment尿素Urea三料磷TripleSuper-phosphate硫酸钾Potassiumsulfate肥料总成本Fertilizercosts产值Output比对照增减ComparedtoT1T10000214320T28353585691761275784385T37654603561581241011088T49442563561555285265539

注：除施肥不同外，其他管理均相同。1 kg价格分别为：尿素1.6元、三料磷2.3元、硫酸钾3.2元、玉米2.0元

3 讨 论

玉米株高和叶片数是衡量玉米生育状况的重要指标，对其进行测定能在一定程度上反映玉米外观和长势。氮素是限制玉米植株性状的首要因子，进而对玉米产量造成很大的限制。玉米生长发育过程中，施肥量对玉米的影响主要表现在：随着施肥量的增加，株高增加、叶片数增多、生物量增多；但施肥量的变化对于玉米的株高和叶片数影响较小，这与桑志勤等[16]试验结果一致。随着施肥量的增加，尤其是施氮量的增加，玉米穗行数、行粒数及百粒重增加。施磷量增加也可以促进各产量指标值的增大，但效果没有氮肥明显。

养分的积累是作物产量形成的前提与基础。在施用氮肥的基础上合理配施磷肥、钾肥，可以促进养分比例的协调供给和保持养分平衡。研究表明随着玉米生育期的推进，玉米植株的氮、磷、钾积累量呈增加趋势。宋海星[17]、赵营等[18]试验表明，夏玉米干物重曲线与 N、P、K养分积累曲线都呈“S”形，研究结论与其基本一致。常规处理下的玉米茎秆干物重小于对照处理，原因可能是试验期间冰雹造成植株机械损伤；减氮增磷处理下的玉米叶片干物重小于对照处理，原因可能是后期采样时间晚，植株叶枯黄脱落，导致所采样品干物质量有所降低。研究表明，减量滴灌施肥处理(减量5%和8%)氮磷钾积累量低于常规施肥处理，随着生育期的推进，玉米植株快速生长，到抽雄期减量滴灌施肥处理氮磷钾的积累量逐渐赶上常规施肥处理，成熟期，减量滴灌施肥处理氮磷钾的积累量较常规施肥处理没有明显的差异。这一结论与徐盈盈[9]的研究结果相似。

土壤养分是评价土壤自然肥力的主要因素之一，为植物提供生活所必需的营养元素，其含量直接影响植物的生长。董旭等[19]长期定位施肥试验表明，土壤培肥效果以有机肥配施化肥好于相应的单施化肥或有机肥, 化肥组合以氮磷钾或氮磷配施效果更好,单施氮肥相对较差；不同施肥处理对玉米产量的影响与土壤养分的影响规律较为相似, 且相关分析表明玉米产量与土壤碱解氮和速效磷含量密切相关。研究表明，增氮减磷施肥处理土壤碱解氮和速效磷含量大于常规施肥处理，速效钾含量小于常规施肥处理，但是差异不显著。减氮增磷施肥处理与常规施肥处理相比，土壤速效养分差异亦不显著。说明减量滴灌施肥对土壤肥力影响不明显，可能是因为滴灌施肥条件下，营养元素随水进入土壤结构中，促进玉米根系向下深扎，进而增强了玉米根系对水分及养分的吸收能力。

4 结 论

较常规施肥量减少5%和8%的滴灌施肥水平对玉米的株高、叶片数、植株氮磷钾积累量及土壤速效养分无明显影响，且对玉米干物质的积累有促进作用。其中，以较常规施肥量减少5%的滴灌施肥水平(T4处理，N：270 kg/hm2、P2O5：50 kg/hm2、K2O：50 kg/hm2)的产量最高，经济效益最好。因此，较常规施肥增加施氮量、减少施磷钾量的滴灌施肥技术可满足玉米生长，为玉米适宜的滴灌施肥管理措施。

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Fund project:Supported by the National Science and Technology Support Program (2012BAD42B02 ), NFSC (31360501) and Higher Level Talent Program (RCZX201132 )

Effects of Different Fertigation Strategies on Maize Yield,Nutrient Uptake, and Economic Benefit

HUA Rui, LI Jun-hua, WANG Li-kun, LI Dan, FENG Li-ping, DONG You-peng

(CollegeofAgronomyofShiheziUniversity/KeyLaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps,CollegeofAgronomy,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China)

【Objective】 The objective of this project is to study the effects of different fertigation strategies on maize growth, yield, nutrient uptake, and economic benefit. 【Method】 The field experiment was adopted in combination with in-house analysis. 【Result】 The results showed that the optimized fertilizer treatment (T4) promoted the growth and development of maize. Specifically, dry matter accumulation, the number of rows per ear, the number of kernels per row, and the 100-grain weight were all greater in the optimized fertilizer treatment (T4) than those by the conventional fertilizer treatment (T2). The optimized fertilizer treatment had no significant effect either on N, P, and K accumulation by maize or on the soil nutrient content. Compared with the conventional fertilizer treatment, the optimized fertilizer treatment increased maize yield by 474 kg/ha and economic return by 1，150 RMB. These increases were significant. 【Conclusion】 Reducing drip irrigation fertilization (by 5% and 8%) had no significant influence on plant height or leaf number in maize, but it increased maize dry matter accumulation. Drip fertigation reduced the amount of fertilizer by 5% compared with conventional fertilization practice. Drip fertigation also had the highest yield and economic benefit.

maize; fertigation; yield; nutrition; economic benefit

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.01.009

2015-06-03

国家科技支撑计划项目(2012BAD42B02)；国家自然科学基金项目(31360501)；石河子大学高层次人才项目(RCZX201132)

华瑞(1992-)，男，新疆托克逊人，硕士研究生，研究方向为新型肥料与施肥技术，(E-mail)1505423526@qq.com

李俊华(1972-)，男，陕西汉中人，教授，研究方向为新型肥料与施肥技术，(E-mail)ljh630703@163.com

S513.062

A

1001-4330(2016)01-0068-09