高密度栽培条件下磷肥用量对滴灌玉米干物质积累和产量的影响

丁变红，吴新明，陈江鲁，张小伟，杨京京，赵战胜

(新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所，新疆五家渠 831300)



高密度栽培条件下磷肥用量对滴灌玉米干物质积累和产量的影响

丁变红，吴新明，陈江鲁，张小伟，杨京京，赵战胜

(新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所，新疆五家渠 831300)

【目的】研究不同磷肥用量对高密度栽培条件下玉米产量、各生育阶段干物质积累与分配的影响。【方法】采用裂区实验设计，测量P2O5不同用量下玉米干物质和产量，对滴灌玉米在高密度栽培条件下产量与最佳施磷量之间的关系进行了探索。【结果】随着磷肥用量的增加，玉米产量、茎粗呈抛物线变化趋势。随着玉米生育进程的推进，各处理玉米干物质积累量均随生长发育进程而增加，拔节期到大喇叭口期积累缓慢，从大喇叭口期开始迅速增长。各个生育时期施磷量187.5 kg/hm2处理的叶面积指数、叶片SPAD值最大，拔节期、大喇叭口期、抽雄吐丝期施磷量187.5 kg/hm2处理的叶面积指数均显著高于其他处理。随着施磷量的增加玉米的株高增加，二者符合指数函数。【结论】研究区理论施磷量为213.8 kg/hm2，可获得的最高产量为16 021.61 kg/hm2。

磷肥；高密度；滴灌；玉米；干物质积累；产量

0 引 言

【研究意义】玉米是世界三大粮食作物之一，在国家粮食安全中具有举足轻重的作用[1]。玉米又是新疆的主要粮食作物之一，也是饲草的主要原料。播种面积仅次于棉花和小麦[2]。磷在玉米营养中起着重要的作用。如果玉米磷素营养不足，会阻碍核蛋白的合成，严重抑制玉米的生长发育，花丝抽出延迟，造成雌雄花不遇，授粉困难，产生穗行不齐和缺粒秃尖的果穗，并且延迟成熟期[3]。随着种植密度和玉米产量水平的提高，玉米的施磷量有较大幅度的增加，虽然前人对膜下滴管玉米施肥有了一定的研究，但在高密度栽培条件下(15 000 kg/hm2)以上产量水平的玉米滴管施肥技术研究较少，目前缺乏相应的技术参数和规范的灌溉施肥模式，亟待完善。在玉米施肥过程中，农民为获得较高产量，往往过量或不合理施用肥料，偏施氮肥而忽视了磷、钾肥配合施用对玉米生长发育、产量构成和养分吸收的促进作用[4]。这些问题不仅限制了滴灌玉米产量的提高，也增加了肥料投入成本，影响了经济效益。20世纪80年代以来，我国磷肥的生产和消费量持续快速增加，目前已跃居世界首位[5]。磷肥的大量施用，不仅导致磷肥利用率下降和生产成本的增加，而且加速了磷矿资源的枯竭并增大了环境风险[6-7]。研究就是在滴灌玉米高密度栽培和最佳施氮、钾量条件下,研究磷肥不同用量对玉米产量及干物质积累的影响，从而建立玉米产量对磷肥的依存关系以及施磷模型，这在一定程度上既能满足滴灌条件下玉米不同生长时期所需要的磷肥，又能节省磷肥用量，避免了多余的肥料对土壤造成污染，也减少了成本的投入。因此，研究天山北坡滴灌玉米高密度栽培条件下磷肥最佳施用量的范围对提高玉米产量，节约磷肥使用成本和减少环境污染有重要意义。【前人研究进展】有关磷素对作物养分积累动态、品质以及产量的影响有许多研究[8-12]，但不同研究因试验作物种类、生态条件、研究方法的差异，所得到的磷素对作物产量、养分吸收和土壤养分含量作用大小的结论也不尽相同。研究证明，施磷可显著增加玉米产量和经济效益，施用磷肥可促进玉米对氮、钾养分的吸收，但随着施磷量的增加，磷肥的增产效益和利用率降低[13]。过量施用磷肥会使磷素在土壤中大量富集，致使磷素面源污染[14]。关于施磷方式和磷肥利用率的研究较多，滴灌玉米在高密度栽培条件下磷肥运筹规律的研究报道较少。【本研究切入点】在高密度滴灌栽培条件下，研究玉米高产实现过程中磷肥的最佳用量范围，掌握在高密度栽培条件下滴灌玉米磷肥运筹规律，为大田生产合理施用磷肥提供理论依据。通过磷肥与氮、钾肥配施田间试验，研究磷肥运筹对滴灌玉米高密度条件下物质生产积累、分配的影响，丰富和发展滴灌玉米高密度条件下磷素养分高效管理理论，为研究地区及同类地区玉米减磷增效提供理论指导和技术支撑。【拟解决的关键问题】通过田间试验，研究滴灌玉米高密度栽培条件下不同磷肥施用量对玉米的生长、养分吸收和产量的影响，探寻适宜该区种植玉米磷肥最佳用量，为研究区玉米高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2014～2015年在第六师共青团农场科技园区六师农科所试验地进行，试验地属中温带大陆性气候，光能资源充足，热能资源比较丰富，冬季严寒，夏季炎热，春季气温上升快，秋季气温下降迅速；降水少，蒸发大，空气相对湿度低。垦区年太阳总辐射5 585 MJ/M2，日照时数2 744～3 136 h，≥10℃年均积温3 376～3 670℃，无霜期129～190 d，年均气温6.1℃，气温日较差大，年均降雨量114～168 mm，相对湿度60%。试验地土壤为沙壤土，0～20 cm 耕层混合土样pH 7.48、有机质6.67 g/kg、全氮0.49 g/kg、碱解氮139.78 mg/kg、有效磷9.43 mg/kg、 速效钾362 mg/kg、全磷0.876 g/kg、全钾29.49 g/kg。

参试品种为郑单958。试验用肥：罗布泊硫酸钾K2O含量51%；乌鲁木齐石化产的昆仑牌尿素N含量46.4%；锦禾牌磷酸二氢钾K2O含量34%、P2O5含量52%。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

各处理在氮、钾肥用量一致的情况下，设磷肥用量为6个梯度。采用田间裂区试验，6个磷水平为大区，大区内设3个小区作为3次重复，重复间间隔2 m。试验田播幅1.1 m，行距配置(40 cm+70 cm)平均行距0.55 m，株距0.15 m，每个小区4条膜8行，行长6 m，小区面积26.4 m2。密度：121 218 株/hm2。小区水肥控制：试验设立单独的滴水施肥系统，在每个小区入口处连接施肥罐，控制施肥量。

4月28日机械铺膜，4月30日人工点种，5月10日出苗。全部肥料随水滴施，N、K2O用量不变，分别为517.5、225 kg/hm2，P2O5设不同梯度，为112.5～300 kg/hm2。表1

表1 磷肥试验方案

Table 1 The testing program of phosphorus application

处理Treatment施肥量 Rateoffertilizerapplication(kg/hm2)NP2O5K2O1517 5112 52252517 51502253517 5187 52254517 52252255517 5262 52256517 5300225

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 干物质

拔节期(6月8日)、大喇叭口期(6月24日)、吐丝期(7月16日)、成熟期(9月15日)在每个小区选取代表性植株5株，称其鲜重，用烘干法置于105 ℃烘箱杀青60 min，后在80℃的恒温下烘干至恒量，称其干重，计算玉米地上部干物质积累量。

1.2.2.2 叶面积指数(LAI)

每小区取样5株，分别在玉米拔节期、大喇叭口期、吐丝期、成熟期测量每片叶的长度和最宽处的宽度，按如下公式计算：单叶面积=叶片长×叶片宽×系数(未展开叶片系数为0.5，展开叶片系数为0.75)[15]。叶面积指数(LAI)=(单株叶面积×小区株数)/小区面积。拔节期、抽雄期、吐丝、成熟期测定每个小区的叶面积指数。

1.2.2.3 叶绿素

每小区选取长势均匀一致的玉米植株5株。用SPAD-502PLus叶绿素测定仪于苗期、拔节期、大喇叭口期、吐丝期、成熟期测定叶片叶绿素含量。拔节期和大喇叭口期取植株上部倒数第3片叶，吐丝及其以后取穗位叶。

1.2.2.4 收获期测产与考种调查

在成熟期选连续均匀有代表性的植株10株，测定株高、穗位、茎粗。玉米收获期，调查小区实际收获株数、空秆株、病虫株及收获总穗数，并实际收获计产。随机抽取10个果穗自然风干，留作室内考种，测定凸尖长、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重和出籽率。人工脱粒后测定鲜粒重和含水率，折算出含水量14%时的标准产量。

1.3 数据处理

采用Excel 2007整理数据，SPSS.19数据分析软件进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 磷肥施用量与玉米籽粒产量的关系

通过试验数据分析，玉米籽粒产量(Y)与施磷量(X)之间关系符合方程Y= -0.170 4X2+72.882X+8 228.5，决定系数R2=0.874 5**。研究表明，玉米籽粒产量随着磷肥用量的增加而增加，当施磷量(P2O5)为213.8 kg/hm2时玉米籽粒产量最高，再增加施磷量时，玉米籽粒产量开始下降。根据试验磷肥施用量-玉米籽粒产量的回归拟合方程可求得研究区理论施磷量为213.8 kg/hm2时，可获得的最高理论产量为16 021.61 kg/hm2。图1

2.2 不同施磷量对玉米不同生育阶段干物质积累和分配特征的影响

研究表明，随玉米生育进程的推进，各处理玉米干物质积累动态变化呈现上升特征。拔节期到大喇叭口期积累缓慢，进入抽雄吐丝期干物质积累明显加快，成熟期达到最大。在不同生育期对各处理干物质积累量进行测定，拔节期处理3的干物质积累量与处理5相比不显著(P<0.05)，与其它处理相比都达到了显著水平(P<0.05)。在大喇叭口期处理1、处理2、处理6的干物质积累量与处理4和处理5相比达到显著水平(P<0.05)，与处理3相比不显著(P<0.05)。处理3与处理5相比达到显著水平(P<0.05)。进入抽雄吐丝期后处理3与其它各处理相比干物质积累量都达到显著水平(P<0.05)。进入成熟期后各处理之间干物质的积累量都不显著(P<0.05)。从不同生育期施磷量的变化对干物质积累的影响可以看出，抽雄吐丝期、成熟期干物质积累的速度最快，处理3施磷量(P2O5)为187.5 kg/hm2在抽雄吐丝阶段有利于地上干物质的积累。图2

图1 磷肥施用量与玉米籽粒产量的关系

Fig.1 The relationship between the grain yield and phosphorus application

图2 磷肥施用量与玉米不同生育阶段干物质积累的关系

Fig.2 The relationship between the maize dry matter accumulation and phosphorus application at different developmental stage

2.3 不同施磷量下玉米叶面积指数的动态变化

叶片是玉米植株进行光合作用的主要场所，也是有机质生产的重要器官，叶面积是描述玉米生长发育的重要参数之一，叶面积指数的大小直接决定着作物光能捕获量以及CO2的吸收面积， 因此对光合作用有重要的影响。要获得目标产量就必须使叶面积指数保持在适宜的范围之内。研究表明，磷肥的施用对叶面积指数的前期影响有限，而在抽雄吐丝期较明显。叶面积指数在玉米拔节期较小，以后随着生育进程叶面积指数不断增大，抽雄吐丝期达到高峰，到成熟期后叶面积指数下降。各个生育时期处理3的叶面积指数最大，拔节期、大喇叭口期、抽雄吐丝期处理3叶面积指数均与别的处理达到显著水平。研究表明：施用磷肥能增加玉米的叶面积指数，且随施磷量的增加叶面积指数呈上升趋势，在处理3( P2O5为187.5 kg/hm2)时达到最大。表2

2.4 不同施磷量下玉米叶片SPAD值动态变化

叶绿素是捕获光能、同化CO2的主要色素。叶绿素含量的高低反映了上部叶光合作用的强弱，在一定范围内，叶绿素含量越高，光合作用越强。不同施磷量下玉米叶片SPAD值，从苗期到抽雄吐丝期，玉米叶片SPAD值在不断缓慢增加，到成熟期迅速下降，在玉米的每个生育时期不同施磷量下处理3玉米叶片的SPAD值最大。而处理3的产量也是最高的。说明光合作用越强产量越高。图3

表2 不同施磷量下玉米叶面积指数变化

Table 2 The changes of the leaf area index (LAI) value under different phosphorus application in maize

处理Treatment拔节期Jointing大喇叭口期Trumpetstage吐丝期Silkingstage成熟期Maturestage11 03d4 60b11 83b5 90ab21 48c4 50b11 91b6 01ab31 92a5 70a13 36a7 06a41 75b4 03b12 12b5 77b51 74bc4 33b11 83b5 86b61 60c4 77b12 24b6 04b

注：小写字母表示在5%水平上差异显著

Note：Small letters correlation coefficients significant atP<0.05

图3 不同施磷量玉米叶片SPAD值

Fig.3 The leaf SPAD value under different phosphorus application in maize

2.5 施磷量对玉米株高和茎粗的影响

株高是反映玉米生长状况的一个有效指标。滴灌玉米在高密度栽培条件下不同磷肥用量对玉米株高与茎粗有显著影响。研究表明，通过拟合，株高(Y)与施磷量(X)符合指数函数Y=0.052 4 ln(X)+2.534 2，R2=0.921 2。不同施磷量对玉米株高的影响较大，随着施磷量的增加玉米的株高呈指数函数增高。图4

图4 磷肥施用量与玉米株高的关系

Fig.4 The relationship between the maize plant height and phosphorus application

研究表明，随着施磷量的增加，茎粗不断增加，而后又开始下降。通过拟合，茎粗(Y)与施磷量(X)符合一元二次方程Y= -0.00 002X2+0.00 788X+1.35 121，决定系数R2=0.80 008。从曲线的变化规律可以看出，当施磷量(P2O5)为197 kg/hm2时，茎粗达到最大，再增施磷肥茎粗反而开始下降。图5

图5 磷肥施用量与玉米茎粗的关系

Fig.5 The relationship between the maize stem diameter and phosphorus application

3 讨 论

2006年美国玉米高产竞赛中根据土壤养分含量不同每级别前三名施磷量从0～162 kg/hm2不等，所以施肥量和产量之间并不是正比关系[16]，黄长江[17]研究认为施磷(P2O5)192.15 kg/hm2可获得9 288.4 kg/hm2的理论产量。孙恒等[13]研究表明，施用磷肥对玉米籽粒产量有一定的影响，以施磷(P2O5)120 kg/hm2的玉米籽粒产量最高；达到玉米籽粒理论最高产量的磷肥施用量为181.8 kg/hm2。赵丽亚等[18]研究表明，施用磷肥可以使夏玉米籽粒产量增加8.5%～20.0%，磷肥深施要优于分层施肥和浅施。研究表明，滴灌玉米在高密度栽培条件下，合理施用磷肥能协调营养器官与生殖器官的生长，从而提高玉米产量。随着施磷量的增加玉米籽粒产量先增大后减少，呈抛物线趋势，在该试验条件下施磷量(P2O5)为187.5 kg/hm2时，获得最高产量为16 087.5 kg/hm2。施用磷肥能增加玉米的叶面积指数，且随施磷量的增加叶面积指数呈上升趋势，施磷量(P2O5)为187.5 kg/hm2时有利于地上部分干物质的积累。各个生育时期施磷量(P2O5)为187.5 kg/hm2时的叶面积指数和叶片SPAD值最大。有关滴灌玉米在高密度栽培条件下磷素利用生理机制仍需深入研究。

4 结 论

滴灌玉米在高密度栽培条件下合理施用磷肥能增加玉米干物质重量，提高玉米叶面积指数，促进磷素向籽粒运转，提高产量，玉米籽粒产量(Y)与施磷量(X)符合一元二次方程Y=-0.170 4X2+72.882X+8 228.5，决定系数R2=0.874 5**。磷过量会增加成本投入，降低磷肥利用率，造成肥料浪费，增加面源污染风险。研究区滴灌玉米高密度栽培条件下最适宜的磷肥用量为P2O5为187.5 kg/hm2，可获得的产量为16 087.5 kg/hm2。根据回归拟合方程可求得研究区理论施磷量为213.8 kg/hm2，可获得的最高理论产量为16 021.61 kg/hm2。

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Effects of Phosphorus Fertilizer on the Characteristics of Dry Matter Accumulation and Yield in Maize under High Planting Density

DING Bian-hong, WU Xin-ming, CHEN Jiang-lu, ZHANG Xiao-wei,YANG Jing-jing, ZHAO Zhan-sheng

(ResearchInstituteofAgriculturalSciences,Division6ofXPCG,,WujiaquXinjiang831300,China)

【Objective】 In order to discuss the effect of phosphorus fertilizer on the characteristics of yield and nutrient uptake in maize. 【Method】The split block design was used to analyze the effect of different P2O5quantities on the dry matter accumulation and yield in maize, and further explore the relationship between yield and phosphorus application under high density planting and fertigation. 【Result】The results indicated that with the increase of phosphorus application, the maize yield and stem diameter showed a parabolic trend. The dry matter accumulation was increased with the maize development, which was slowly accumulated from elongation stage to bell stage and rapidly accumulated from bell stage forward. Under 187.5 kg/hm2phosphorus application, the leaf area index (LAI) and SPAD value were highest, respectively at different developmental stages. Under 187.5 kg/hm2phosphorus condition, the leaf area index (LAI) value was significantly higher than that under the other treatments. With the increase of phosphorus application, the plant height of maize was increased, which showed the exponential trend. 【Conclusion】Conclusively, the yield peaked at 16,021.61 kg/hm2under the appropriate phosphorus application of 213.8 kg/hm2at this experimental site.

phosphorus fertilizer; high density planting; drip irrigation; maize; dry matter accumulation; yield

ZHAO Zhan-sheng(1968-), man, Fugou County, Henan, Associate Research Fellow, Bachelor, Crop breeding and Cultivation, (E-mail) 1441870702@qq.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.04.012

2016-01-15

新疆兵团科技支疆项目“滴灌玉米高密度栽培条件下高产高效水肥运筹规律的研究”(2014AB020)

丁变红(1981-)，女，甘肃通渭人，助理研究员，研究方向为作物高产栽培，(E-mail)86779300@qq.com

赵战胜(1968-)，男，河南扶沟人，副研究员，研究方向为作物育种与栽培，(E-mail)1441870702@qq.com

S51

A

1001-4330(2017)04-0675-07

Supported by: Science and technology supporting Xinjiang program of XPCC "Study on high yield and high efficiency of water and fertilizer application law of high density cultivation of maize under drip irrigation condition" (2014AB020)