氮磷钾肥量对玉米产量及养分吸收、利用效率的影响

王树林，祁虹，王燕，张谦，冯国艺，林永增，梁青龙

(河北省农林科学院 棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北 石家庄 050051)



氮磷钾肥量对玉米产量及养分吸收、利用效率的影响

王树林，祁虹，王燕，张谦，冯国艺，林永增*，梁青龙

(河北省农林科学院 棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，河北 石家庄 050051)

[目的]探明粮棉轮作模式下玉米经济合理施肥量，以期提高肥料利用效率。[方法]在大田条件下采用随机区组试验，按照N、P2O5、K2O分别设置了0、75、150、225、300 kg·hm-25个用量梯度，研究了不同肥料用量对玉米产量、养分吸收及肥料利用率的影响。[结果]氮用量在0～225 kg·hm-2之间时随施氮量增加，玉米籽粒产量增加，N225达到10 382 kg·hm-2，氮用量超过225 kg·hm-2后产量下降，生物量与经济系数变化规律相似；秸秆氮含量随施氮量增加持续升高，N300处理达到0.680%，显著高于N0、N75与N150，但与N225差异不显著，秸秆氮携出量变化规律相似；籽粒氮含量随施氮量增加先升后降，以N225最高达到1.224%，氮携出量变化规律相似，N225达到127.1 kg·hm-2。施磷对玉米产量、生物量与经济系数无显著影响；但随施磷量增加，秸秆与籽粒中P含量均先升后降，秸秆中以P225最高达到0.187%，籽粒中以P150最高达到0.582%，均显著高于对照；秸秆中P2O5携出量随施磷量增加而增加，籽粒中P2O5携出量不同处理间差异不显著。施钾增加玉米籽粒产量，K75、K150、K225与K300分别较K0增加10.8%、12.0%、13.3%、13.4%，但不同用量间差异不显著，生物量变化规律相似，经济系数则变化不大；秸秆K含量与K2O携出量均随施钾量增加先升后降，以K225最高，分别达到2.352%与217.4 kg·hm-2，籽粒K含量不同处理间差异不显著，籽粒K2O携出量对照显著低于各施钾处理，但不同钾肥用量间差异不显著。[结论]综合考虑产量、养分吸收与肥料利用率结果，玉米季肥料适宜用量为N 225kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2, 免施磷肥。

氮磷钾； 玉米产量； 养分吸收； 肥料利用率

河北省中南部为传统旱地棉花产区，近年来随着水利条件的改善，该地区具备了种植粮食的生产条件，但受水资源限制[1]，完全改种粮食仍存在地下水供给不足的问题，因此在河北省中南部传统一熟棉区开展棉花-小麦-玉米两年三熟粮棉轮作种植模式研究具有重要意义。长期连作棉田土壤养分具有“少氮、富磷、高钾”的特征[2,3]，在向粮棉轮作模式转变过程中，利用土壤养分特征制定经济合理的施肥原则，对减少化肥投入、降低环境污染、实现节本增效的目标具有重要意义。关于粮棉轮作模式下氮磷钾肥对玉米产量及肥料利用效率的影响，前人研究较少，但是针对棉花连作或小麦玉米种植模式下的肥料用量研究较多，如棉花对氮肥与钾肥需求量大，对磷肥需求量小[4,5]，而玉米对氮肥需求量大，对钾肥需求量小[6]；刘淑霞等就玉米氮磷钾肥用量做了相关研究，但由于试验受基础地力影响较大，所得结果不尽相同[6～8]。本文在粮棉轮作模式下，利用肥料定位试验研究一个轮作周期内玉米的经济施肥量。合理的施肥种类与施肥量在不同区域、不同种植模式下相差较大，因此本文研究了粮棉轮作种植模式下氮磷钾肥对玉米产量及肥料利用效率的影响，以期为这一新型种植模式的推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地情况

试验于2015年在河北省农林科学院棉花研究所威县试验站(威县枣元乡东张庄村)进行，试验田2014年种植棉花，土壤为沙壤土，肥力中等，有机质7.6 g·kg-1，全氮0.565 g·kg-1，速效磷24.8 mg·kg-1，速效钾112 mg·kg-1。2014年10月28日播种小麦，小麦品种为冀麦585，2015年6月13日播种玉米(先玉688)，氮肥为普通尿素，纯N含量46.4%，磷肥为重过磷酸钙，P2O5含量为46.0%，钾肥为氯化钾，K2O含量为60.0%。

1.2 试验设计与方法

试验设置氮肥、磷肥、钾肥3个单因素试验(表1)，每种肥料分别设置5个用量梯度，采用随机区组设计，每个试验设3次重复，小区宽6.0 m，长10.0 m，2014年10月28日播种小麦前按照试验设计肥料量施肥，2015年6月13日播种玉米前按照试验设计继续定位施肥，施肥量同小麦季，播种玉米后灌水。试验小区中所有氮肥处理统一施P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；所有磷肥处理统一施纯N 225 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；所有钾肥处理统一施纯N 225 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2；所有肥料一次底施。玉米行距60 cm，株距30 cm，收获密度5.2万株·hm-2，其它管理措施同大田。

表1 氮磷钾肥料设计用量梯度

Table 1 Fertilization of N P K in the experiment

处理TreatmentsN/kg·hm-2处理TreatmentsP2O5/kg·hm-2处理TreatmentsK2O/kg·hm-2N00P00K00N7575P7575K7575N150150P150150K150150N225225P225225K225225N300300P300300K300300

1.3 测定项目与计算方法

1.3.1 产量、干物质及经济系数测定

玉米收获前每小区取三行，收获全部果穗，晒干后脱粒称重，取200 g籽粒烘干后折算出各处理籽粒含水量为14%时的产量。

收获前每小区取5株秸秆，称取鲜重，剪碎后从中取500 g在85 ℃烘干至恒重测定植株含水量用于计算地上部生物量。

经济系数%=籽粒产量/生物量*100。

1.3.2 籽粒养分含量测定

植株样品养分采用浓H2SO4-H2O2消煮后，半微量凯氏定氮法测定全氮，钼锑抗比色法测定全磷，火焰光度计法测定全钾。

1.3.4 化肥养分利用率计算方法[9,10]：

化肥经济学利用率/kg·kg-1=经济学产量/植株养分吸收量

化肥生物学利用率/kg·kg-1=生物学产量/植株养分吸收量

化肥表观利用率/%=(施肥区养分携出量-对照处理养分携出量)/养分投入量×100

化肥农学利用率/kg·kg-1=(施肥区籽粒产量-空白区产量)/施肥量

化肥偏生产力/kg·kg-1=施肥区籽粒产量/施肥量

化肥贡献率/%=(施肥区籽粒产量-空白区产量)/施肥区籽粒产量×100

2 结果与分析

2.1 氮磷钾肥用量对玉米产量的影响

氮肥对玉米产量的影响见表2。从表2可以看出，氮肥对玉米产量影响显著。随氮肥用量增加，玉米产量先增加后降低，以N225处理最高； N75、N150、N225、N300分别较对照增产65.6%、101.1%、118.8%与105.2%，其中N225与N300差异不显著，但显著高于其它处理。结果表明在粮棉轮作模式下，氮肥是影响玉米产量的关键因素，玉米季纯N用量不应低于225 kg·hm-2。

表2 氮磷钾肥用量对玉米产量的影响

Table 2 Effects of fertilization of N P K on maize yield

处理Treatments籽粒产量/kg·hm-2Yield处理Treatments籽粒产量/kg·hm-2Yield处理Treatments籽粒产量/kg·hm-2YieldN04746dP010817aK09854bN757861cP7510482aK7510923aN1509545bP15010624aK15011039aN22510382aP22510507aK22511160aN3009737abP30010264aK30011172a

注：数值后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。表3～表6同。

Note：Values followed by different small letters are significantly different among the treatments at 5% level. The same as in following tables.

磷肥对玉米产量影响不大，不施磷肥对照与施磷各处理间差异不显著。

不施钾玉米产量显著低于各施钾处理，K75、K150、K225与K300分别较K0增加10.8%、12.0%、13.3%、13.4%，但不同钾肥用量之间产量则差异不显著。因此在粮棉轮作模式下，玉米季钾肥用量保持在75 kg·hm-2即可。

2.2 氮磷钾肥对玉米经济系数及养分吸收的影响

2.2.1 氮肥对玉米经济系数及氮素吸收的影响

氮肥能够提高玉米生物量(表3)，当纯N用量在0～225 kg·hm-2时，随氮肥用量增加，玉米生物量显著提高，N225处理达到17 762 kg·hm-2，N用量超过225 kg·hm-2后，生物量下降；经济系数与生物量变化规律相似，以N225最高，但不同N用量间差异不显著。

秸秆N含量与N携出量均随氮肥用量增加而持续升高，N300处理分别达到0.680%与51.3 kg·hm-2，显著高于N0、N75、N150，但与N225之间差异不显著；籽粒N含量随氮肥用量增加有升高趋势，但N150、N225、N300三个处理间差异不显著，籽粒N携出量随氮肥用量增加先升高后降低，以N225最高达到127.1 kg·hm-2。可见氮肥能够明显提高玉米的生物产量与经济系数，同时增加了秸秆、籽粒中N含量与N携出量，但当N用量超过225 kg·hm-2后其作用反而降低。

表3 氮肥用量对小麦经济系数及养分吸收的影响

Table 3 Effect of nitrogen rate on economic coefficient and N uptake

处理Treatments生物量/kg·hm-2Biomass经济系数Coefficient秸秆N素含量/%Ncontentinstraws秸秆N携出量/kg·hm-2Nuptakeinstraws籽粒N素含量/%Ncontentingrains籽粒N携出量/kg·hm-2NuptakeingrainsN09129d0.52b0.444d19.5d0.862c40.9dN7514653c0.54ab0.528c35.9c0.984b77.3cN15016951b0.56a0.572b42.3b1.159a110.6bN22517762a0.58a0.653a48.2a1.224a127.1aN30017279a0.56a0.680a51.3a1.216a118.4ab

表4 磷肥用量对小麦经济系数及养分吸收的影响

Table 4 Effect of P2O5 fertilization of N P K on on economic coefficient and P2O5 uptake

处理Treatments生物量/kg·hm-2Biomass经济系数Coefficient秸秆P素含量/%Pcontentinstraws秸秆P2O5携出量/kg·hm-2P2O5uptakefromstraws籽粒P素含量/%Pcontentingrains籽粒P2O5携出量/kg·hm-2P2O5uptakeingrainsP017288a0.63a0.142c21.1b0.548b135.7aP7517123a0.61a0.154bc23.4ab0.550b132.0aP15017440a0.61a0.165abc25.8ab0.582a141.6aP22517433a0.60a0.187a29.7a0.568a136.6aP30017229a0.60a0.184ab29.4a0.570a133.9a

表5 钾肥用量对小麦经济系数及养分吸收的影响

Table 5 Effect of K2O rate on economic coefficient and K2O uptake

处理Treatments生物量/kg·hm-2Biomass经济系数Coefficient秸秆K素含量/%Kcontentinstraws秸秆K2O携出量/kg·hm-2K2Ouptakeinstraws籽粒K素含量/%Kcontentingrains籽粒K2O携出量/kg·hm-2K2OuptakeingrainsK016302b0.60a2.192b170.3c0.359a42.7bK7517727a0.61a2.309a189.3b0.368a48.4aK15018296a0.60a2.339a204.5ab0.368a48.9aK22518831a0.59a2.352a217.4a0.364a48.9aK30018972a0.59a2.262a212.6a0.360a48.5a

2.2.2 磷肥对玉米经济系数与磷素吸收的影响

施磷对玉米生物量响不大，随磷肥用量增加经济系数有降低趋势，但不同处理间差异不显著；施磷提高了秸秆与籽粒中的P含量，秸秆中P含量以P225处理最高，籽粒中P含量以P150处理最高，均显著高于不施磷肥对照；秸秆P2O5田间携出量随施磷量增加有增加的趋势，P225与P300两个处理显著高于P0，而籽粒P2O5田间携出量不同处理间则差异不显著。可见增施磷肥虽然能够提高玉米秸秆与籽粒中的P含量，但却未能提高玉米的生物量。

2.2.3 钾肥对玉米经济系数与钾素吸收的影响 施用钾肥提高了玉米的生物量，对照生物量显著低于各施钾处理，但不同钾肥用量间差异不显著，经济系数不同处理间差异不大；秸秆K含量对照显著低于各施钾处理，但不同钾肥用量间差异不显著，籽粒K含量随钾肥用量增加先升高后降低，不同处理间差异未达显著水平；秸秆K2O携出量以K225最高，达到了217.4 kg·hm-2，籽粒K2O携出量除对照偏低外，其它4个处理间差异不大，在48.4～48.9 kg·hm-2之间；秸秆与籽粒K2O携出总量随钾肥用量增加先增加后降低，以K225最高达到266.3 kg·hm-2，其中籽粒携出量48.9 kg·hm-2仅占18.4%，秸秆携出量占81.6%。

表6 氮磷钾肥利用效率、偏生产力与贡献率

Table 6 Utilization efficiency，partial productivity and contribution rate of NPK

处理Treatments经济学利用率/kg·kg-1Economicefficiency生物学利用率/kg·kg-1Drymatterprodu-ctionefficiency表观利用率/%Apparentefficiency农学利用率/kg·kg-1Agronomicefficiency偏生产力/kg·kg-1Partialproductivity贡献率/%ContributionrateN078.6a151.2a----N7569.4a129.4b70.5a41.5a104.8a39.6bN15062.4ab110.8c61.7b32.0b63.6b50.3aN22559.2b101.4c51.0c25.0c46.1c54.3aN30057.4b101.8c36.4d16.6d32.5c51.3aP069.0a110.2a----P7567.4a110.2a126.7a76.5a139.8a54.7aP15063.5a104.2a71.3b39.2b70.8b55.3aP22563.2a104.8a47.1c25.6c46.7c54.8aP30063.7a103.8a33.6d18.4d34.2c53.8aK046.3a76.5a----K7545.9a74.6a236.5a82.4a145.6a56.6aK15043.6a72.2a128.7b42.0b73.6b57.0aK22541.9a70.7a91.5c28.5c49.6c57.5aK30042.8a72.7a66.9d21.4c37.2d57.5a

2.3 氮磷钾肥利用率、偏生产力与贡献率

氮肥经济学利用率随施氮量增加而降低，不同处理间差异达显著水平，磷肥与钾肥经济学利用率也随施肥量增加而降低，但处理之间差异不显著；氮肥经济学利用率变幅较大，在57.4～78.6 kg·kg-1之间，磷肥经济学利用率在63.7～69.0 kg·kg-1之间，钾肥经济学利用率最低，在41.9～46.3 kg·kg-1之间。

生物学利用率也有随施肥量增加而降低的现象，氮肥生物学利用率最高，不同处理间差异达到显著水平，磷肥生物学利用率次之，钾肥生物学利用率最低，磷钾肥不同用量间差异均不显著。

表观利用率、农学利用率、偏生产力均随着化肥用量增加而显著降低；3种肥料之间表现为钾肥>磷肥>氮肥；氮肥贡献率以N225最高，与N150、N300之间差异不显著，但显著高于N75，磷肥与钾肥的贡献率不同处理间差异不大。

3 结论与讨论

关于氮、磷、钾三种肥料对玉米的增产效果，前人做了大量研究，结果比较一致，即氮>钾>磷[6，8，11，12]，本研究结果类似，但在氮、磷、钾肥料适宜用量方面，不同研究结果差异较大，这主要是受试验田基础地力与不同地区生产条件差异较大所致[8, 11,13，14]；本研究在粮棉轮作种植模式背景之下的结果表明，氮肥是玉米产量形成的关键因子，氮用量在0～225 kg·hm-2时随施氮量增加玉米产量显著增加，用量超过225 kg·hm-2后玉米产量下降，但N300与N225之间差异不显著；磷肥无增产效果，这一结果主要是由于棉花需磷量低，在长期连作棉田土壤中积累了丰富的磷素[2]，向粮棉轮作种植模式转变的过程中，导致施磷无增产效果，因此粮棉轮作模式下玉米季不需再施用磷肥；钾肥具有一定增产效果，但钾肥用量在75～300 kg·hm-2范围内时玉米产量差异不显著。

施氮显著促进夏玉米地上部分植株对氮素的吸收，但当施氮量超过一定程度后对氮素的吸收量差异不显著[15，16]，这与本研究结果类似；施磷增加玉米整株干重及磷含量[17]，玉米植株各器官磷素积累量随施磷量增加而增加，籽粒磷素积累量最大[18]，而孙恒等[19]发现磷肥施用量对玉米籽粒及地上部磷含量影响不明显，本研究结果发现，施磷促进了玉米秸秆与籽粒中P素的吸收，但对玉米生物量影响不大；刘淑霞等[7]研究发现，成熟期玉米籽粒含钾量低，且受处理影响较小，秸秆含钾量高，且随着施钾量的增加而提高，李波等[20]研究认为施钾可以显著增加植株钾素积累，但随钾肥用量增加，植株钾含量增长缓慢并出现下降，本试验结果中秸秆钾含量随施钾量增加而缓慢增加，随后出现下降，但籽粒中钾含量不同处理间差异不显著；由于玉米秸秆全部还田，因此养分田间携出量以籽粒为主，从N、P2O5、K2O田间携出量来看，N田间携出量N225最高达到127.1 kg·hm-2，N150与N300分别为110.6、118.4 kg·hm-2，P2O5田间携出量在132.0～141.6 kg·hm-2，差异不显著，K2O田间携出量最低，除K0显著降低外，其它施钾处理在48.4～48.9 kg·hm-2，差异很小。

肥料利用率前人研究结果基本一致，即随肥料用量增加而逐渐降低[19，21～23]，本研究结果发现，氮磷钾肥料利用率均随氮磷钾肥用量增加而依次降低，趋势明显，其中经济学利用率氮肥与磷肥相当，钾肥最低，生物学利用率氮肥>磷肥>钾肥，表观利用率、农学利用率、偏生产力则是钾肥>磷肥>氮肥；贡献率三种肥料相差不大。

综合考虑玉米产量与养分吸收、肥料利用率等结果，粮棉轮作模式下玉米季肥料适宜用量为N 225kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2, 免施磷肥。

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(编辑：邢国芳)

Effects of fertilization of N P K on maize yield, nutrients uptake and using efficiency

Wang Shulin, Qi Hong, Wang Yan, Zhang Qian, Feng Guoyi, Lin Yongzeng*, Liang Qinglong

(CottonResearchInstitute，HebeiAcademyofAgricultureandForestryScience/KeyLaboratoryofBiologyandGeneticImprovementofCottoninHuanghuaihaiSemiaridArea，MinistryofAgriculture，Shijiazhuang050051，China)

[Objective]In order to identify the optimum fertilizer rates for maize in cotton-wheat-maize rotation system. [Methods] Five treatments (0,75,150,225,300 kg/hm2) for each N, P2O5, K2O were designed to study the effect of fertilizer rates on maize yield, nutrient uptake and fertilizer using efficiency by adopting randomized block design in fields. [Results] The results showed that with the increase of the nitrogen from 0 to 225 kg·hm-2,the maize yield increased, which reached 10 382 kg·hm-2when the N rate was 225 kg·hm-2, but when the nitrogen rate exceeded 225 kg·hm-2the maize yield decreased. The biomass and economic coefficient changed as the same trend. The N content in straws increased with the increase of the N rate, which reached 0.680% when the N rate was 300 kg·hm-2, and the N content of N300 was higher significantly than that of N0, N75, N150, but there was no significant difference between N300 and N225. The N uptake in straws changed as the same trend. The N content in grains increased firstly then decreased with the increase of the N rate, which reached 1.224% when the N rate was 225 kg·hm-2, the N uptake in grains changed as the same trend, which reached 127.1 kg·hm-2when the N rate was 225 kg·hm-2. Phosphorus had no effects on the maize yield, biomass and economic coefficient. But P content in straws and grains increased firstly then decreased with the increase of P2O5rate, the P content in straws reached the most (0.187%) when the P2O5rate was 225 kg·hm-2, but for the grains it was 0.582% when the P2O5rate was 150 kg·hm-2. The P2O5uptake in straws increased with the increase of P2O5rate, but there was no significant difference for P2O5uptake in grains. The potassium increased maize yield, K75, K150, K225 and K300 increased yield by 10.8%、12.0%、13.3%、13.4% compared with the K0 respectively, but there was no significant difference between treatments which applied K2O, the biomass with the same trend, but the economic coefficients of different treatments changed little. The K content and the K2O uptake in straws increased firstly then decreased with the increase of the K2O rate, the K content and the K2O uptake reached the most when the K2O rate was 225 kg·hm-2, which was 2.352% and 217.4 kg·hm-2respectively. [Conclusion] According to the maize yield, the nutrient uptake and the using efficiency, the optimum fertilizer for maize in the cotton-wheat-maize rotation system was N 225kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2,without P2O5.

Nitrogen Phosphorous Potassium， Maize yield， Nutrient content， Fertilizer using efficiency

2016-05-04

2016-06-13

王树林(1978-)，男(汉)，河北巨鹿人，副研究员，研究方向：棉花栽培与麦棉两熟双高产栽培技术

*通讯作者：林永增，研究员。Tel：15131499343，E-mail：zaipei@sohu.com

科技部支撑计划“渤海粮仓科技示范工程”(2013BAD05B00)

S513

A

1671-8151(2016)11-0768-07