氮、磷、钾及其配施对制种玉米养分吸收利用的影响

郭世乾，崔增团，师伟杰，程红玉，肖 让，肖占文，赵芸晨，曹建祖

(1.甘肃省耕地质量建设保护总站，甘肃兰州730020;2.张掖市甘州区农业技术推广中心，甘肃张掖734000;3.河西学院农业与生态工程学院，甘肃张掖734000，4.河西学院土木工程学院，甘肃 张掖734000)

甘肃省河西地区光照资源充足，昼夜温差大，灌溉农业发达，凭借优越的地理位置和得天独厚的自然条件，已成为全国最大的玉米制种主产区，生产了全国50%以上的玉米良种［1］。随着制种玉米规模的不断扩大，连作现象非常普遍，导致土壤养分失衡，供肥能力不断下降，农民为了追求高产，不断增加施肥量，导致肥料利用率下降，养分流失带来的环境污染加重，种植效益降低［2-3］。

在农户传统的制种玉米生产施肥模式中，存在重氮、磷肥轻钾肥，重化肥轻有机肥，盲目加大施肥量，氮、磷、钾配比不科学，肥料品种较为单一等问题，造成肥料利用率低，土壤养分失衡，土壤面源污染等一系列问题［4］。2015年国家农业部提出了化肥零增长行动，到2020年主要农作物化肥使用量实现零增长，肥料利用率达到40%以上［5］。近年来，全国范围内开展了大量关于玉米减量增效施肥技术的试验示范和推广工作，为该技术的推广奠定了一定的基础，但关于减量施肥条件下制种玉米肥料利用率研究较少。本研究通过开展田间试验，摸清制种玉米氮、磷、钾吸收及肥料利用率状况，为进一步完善制种玉米化肥减量增效技术施肥指标体系，优化肥料配方提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试肥料:氮肥为尿素，含氮 (N)46%，由张掖新大弓农化公司生产;重过磷酸钙，含磷(P2O5)46%，由昆明红云化工生产有限公司生产;钾肥为硫酸钾，含钾(K2O)24%，由张掖新大弓农化公司生产。供试制种玉米品种为郑单958(母本:郑58;父本:昌 7-2)。

1.2 试验地概况

试验于2018年4—10月在张掖市甘州区乌江镇贾寨村冯爱国制种玉米田(39°2＇40″N，100°25＇10″E，海拔1 472 m)进行，土壤类型为盐化潮土。0～20 cm耕层土壤pH为8.40，有机质含量为43.9 g·kg-1，碱解氮 96.2 mg·kg-1，有效磷 42.65 mg·kg-1，速效钾137.35 mg·kg-1。前茬作物为制种玉米。

1.3 试验设计和方法

试验采用随机区组设计方法，设5个处理，分别为:不施肥(CK);缺氮(PK);缺磷(NK);缺钾(NP);氮磷钾配施(NPK)(各处理肥料施用量见表1)，氮肥中30%作为基肥，70%作为追肥，分别在玉米拔节期、大喇叭口期和抽雄后追施，追施比例为30%、40%和30%，磷钾肥全部作为基肥，播种前结合整地一次性施入小区。每个处理3次重复，共15个小区，小区面积39.2 m2(长7.0 m×宽5.6 m)，小区间筑宽50 cm、高30 cm的地埂，四周设保护区。父母本采用满天星配置法，母本采用宽窄行种植方式，膜间宽行行距60 cm，膜上窄行行距40 cm，株距20 cm，种植密度10×104株·hm-2，每小区种7膜，每膜种2行。于4月21日播种母本，3 d后播种第一期父本，5 d后播种第二期父本。试验期间加强田间管理。

表1 试验施肥量设计/(kg·hm-2)Table 1 Experimental fertilizer treatment

1.4 测定项目与方法

1.4.1 植株生长性状的测定 于玉米拔节期每小区随机选母本5株，分别测定株高、单株叶片数、单株叶面积(长宽测量法)、叶面积指数(LAI)、地上部分干重、地下部分干重等指标。

1.4.2 玉米产量和经济性状的测定 于玉米成熟期每小区随机取20株母本果穗，分别收获，室内测定穗长、穗粗、穗行数、穗粒数、行粒数、单穗重、单穗籽粒重、秃尖长、出籽率、千粒重等经济性状;每小区收获中间2膜(4行)全部母本果穗，自然晾晒，晾干后脱粒称重，计算小区产量并折算每公顷产量。

1.4.3 植株养分测定 于玉米成熟期每小区随机取5株母本植株，分为秸秆和籽粒两部分，于105℃杀青30 min后，80℃烘箱中烘干至恒重后称重。籽粒和茎秆分别粉碎后采用H2SO4-H2O2消煮法消煮，全氮采用半微量蒸馏法［6］、全磷采用钼锑抗比色法［6］，全钾采用火焰光度计法［6］。

1.4.4 肥料利用率分析 玉米养分吸收量(kg·hm-2)=玉米籽粒产量(kg·hm-2)×籽粒养分质量分数(%)+玉米秸秆产量(kg·hm-2)×秸秆养分质量分数(%);

氮(磷、钾)肥利用率(%)=［配方施肥区玉米吸氮(磷、钾)总量(kg·hm-2)-无氮(磷、钾)区玉米吸氮(磷、钾)总量(kg·hm-2)］/配方施肥区氮(磷、钾)投入量(kg·hm-2)×100%;

氮(磷、钾)肥农学利用率(kg·kg-1)=［配方施肥区玉米产量(kg·hm-2)-无氮(磷、钾)区玉米产量(kg·hm-2)］/配方施肥区氮(磷、钾)投入量(kg·hm-2)［7］。

1.5 数据整理与分析

试验数据采用Excel 2007和DPSv 7.05软件进行统计分析，方差分析采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对制种玉米生长性状的影响

在玉米拔节期(6月8日)测定母本植株生长性状，由表2可以看出，施肥对玉米生长性状产生了很大的影响。不施肥处理(CK)株高仅为37.1 cm，而PK、NK、NP、NPK 株高分别达到 43.0、42.6、42.9 cm和45.2 cm，分别较对照增加5.9、5.5、5.8 cm和8.1 cm。茎粗以NPK处理最大(2.404 cm)。施肥对单株叶片数影响不大，变幅在7.5～7.8片之间，但对地上和地下部生物量的累积产生一定的影响，其中NPK处理地上和地下部分干重均达到最大，地上部分干重较对照增加2.370 g·株-1，NK处理植株生物产量显著降低，地下部分干重较NPK处理降低0.655 g·株-1。缺氮会显著影响玉米叶片生长，PK处理单株叶面积为834.0 cm2，较对照仅增加了64.9 cm2，而 NK、NP、NPK 分别较对照增加了 104.6、174.8、203.8 cm2。PK、NK、NP、NPK 拔节期叶面积指数(LAI)分别达到 0.83、0.87、0.94 和 0.97，较对照分别增加0.06、0.10、0.17 和 0.20。

2.2 不同施肥处理对制种玉米果穗经济性状的影响

由表3可以看出，不同施肥处理对制种玉米果穗经济性状产生了不同的影响，穗长变幅在13.1～14.7 cm之间，其中NPK处理最长，较对照增长1.6 cm。各处理间穗行数差异不大，变幅在12.1～12.4行之间。施肥有助于提高单穗子粒数，PK、NK、NP、NPK 穗粒数分别达到 277.5、270.7、287.4、289.6 粒，较对照分别增加 23.8、17.0、33.7、35.9粒。单穗籽粒重以NPK处理最大(107.8 g)，其次为NP处理(99.8 g)。施肥对籽粒千粒重影响较大，变幅在336.1～387.6 g之间，其中NPK处理千粒重达到387.6 g，较对照增加 15.3%，PK、NK、NP、NPK 与对照相比均达到极显著差异(P＜0.01)。可以看出，施肥主要会影响到玉米产量构成中的果穗子粒数和千粒重。

2.3 不同施肥处理对制种玉米产量的影响

由表4可以看出，施肥对制种玉米产量影响较大，PK、NK、NP、NPK处理小区平均产量分别为36.2、34.7、36.7 kg 和 38.5 kg，均高于不施肥处理;PK、NK、NP每公顷产量分别达到9 238.5、8 844.0 kg和 9 354.0 kg，较配方施肥(NPK)分别降低6.06%、10.07%和4.88%，不施肥处理产量较配方施肥降低16.49%。可见该地区制种玉米高产的主要限制因子依次为磷、氮和钾。

2.4 不同施肥处理对制种玉米不同器官养分吸收的影响

2.4.1 施肥对制种玉米不同器官氮素吸收的影响 制种玉米成熟期各部位含氮量和吸氮量见表5，施氮肥有助于提高玉米秸秆和籽粒含氮量，NK、NP和NPK处理籽粒含氮量分别为2.973%、3.105%和2.942%，分别较 CK提高 0.090%、0.222%和0.059%。秸秆吸氮量以NPK处理最高(280.4 kg·hm-2)，籽粒吸氮量以 NP处理最高(290.6 kg·hm-2)，分别较对照增加116.4 kg·hm-2和53.7 kg·hm-2。PK、NK、NP和NPK处理总吸氮量分别较对照提高16.69%、25.15%、32.50%和42.02%，经方差分析得出NPK处理与NP处理间差异不显著(P＞0.01)，但与CK、PK、NK处理间均达极显著差异(P＜0.01)。由此可以看出，氮、磷、钾肥配施有助于提高制种玉米氮肥吸收率。

表2 不同施肥处理对制种玉米生长性状的影响Table 2 Effect of different fertilizer treatment on growth characters of seed maize

表3 不同施肥处理对制种玉米果穗经济性状的影响Table 3 Effect of different fertilizer treatments on economic characters of seed maize spike

表4 不同施肥处理对制种玉米产量的影响Table 4 Effect of different fertilizer treatment on yield of maize seed

表5 不同施肥处理对制种玉米不同器官氮素吸收的影响Table 5 Effect of different fertilizer treatment on nitrogen uptake in different organs of seed maize

2.4.2 施肥对制种玉米不同器官磷素吸收的影响 由表6可以看出，各施肥处理制种玉米籽粒含磷量高于秸秆。PK、NK、NP和NPK处理籽粒含磷量分别较对照提高 0.175%、0.069%、0.186%和0.216%。籽粒吸磷量由高到低的顺序为NPK＞NP＞PK＞NK＞CK处理，NPK处理与NP、PK处理间差异不显著(P＞0.01)，但与CK、NK处理间均达到极显著差异(P＜0.01)。总吸磷量以NPK处理最高(108.0 kg·hm-2)，其次为 NP 处理(98.7 kg·hm-2)，NPK处理与其他4个处理间均达显著差异(P＜0.05)。由此可以看出，施磷肥可以增加玉米秸秆和籽粒中的磷含量，促进磷素的吸收。

2.4.3 施肥对制种玉米不同器官钾素吸收的影响 由表7可以看出，各施肥处理制种玉米秸秆含钾量明显高于籽粒。PK、NK和NPK处理秸秆钾含量分别较对照提高0.090%、0.117%和0.054%，PK、NK、NP和NPK处理秸秆吸钾量分别达到160.5、170.6、140.1 kg·hm-2和 180.9 kg·hm-2，较对照分别提高16.56%、23.89%、1.74%和31.37%。总吸钾量以NPK处理达到最高(203.3 kg·hm-2)，其次为NK处理(189.3 kg·hm-2)，NPK处理与PK处理、NK处理间差异不显著(P＞0.01)，但与NP处理和对照(CK)间差异显著(P＜0.01)。

2.5 氮、磷、钾配施对制种玉米肥料利用率的影响

由表8可以看出，制种玉米配方施肥中氮、磷、钾肥农学效率分别为N1.33 kg·kg-1、P2O57.17 kg·kg-1和 K2O 6.66 kg·kg-1，农学效率磷＞钾＞氮。氮、磷、钾肥料利用率分别为22.64%，26.82%和60.10%，钾肥表现出较高的利用率。

表6 不同施肥处理对制种玉米不同器官磷素吸收的影响Table 6 Effect of different fertilizer treatment on phosphorus uptake in different organs of seed maize

表7 不同施肥处理对制种玉米不同器官钾素吸收的影响Table 7 Effect of different fertilizer treatment on potassium uptake in different organs of seed maize

表8 氮、磷、钾配施对制种玉米肥料利用率的影响Table 8 Effect of nitrogen，phosphorus and potassium combined application on fertilizer utilization efficiency of seed maize

3 讨论

3.1 不同施肥处理对制种玉米生长和产量的影响

氮、磷、钾肥配施对制种玉米生长和产量影响显著。本研究结果表明，氮、磷、钾肥配施有利于促进玉米生长、提高产量，该研究结论与陈浩［8］、李玉影［9］、罗照霞［10］等人研究结论一致。缺氮主要影响地上部分生物量的累积和光合器官叶片的生长，单株叶面积减小，从而降低群体的叶面积指数。缺磷使玉米根系生长受阻，降低地下部分生物量的积累，而钾肥对玉米生长影响相对较小。玉米成熟期通过测产和考种得出，NPK处理产量最高(9 834.0 kg·hm-2)，而缺氮(PK 处理)、缺磷(NK 处理)、缺钾(NP处理)产量分别较NPK处理降低了6.06%、10.07%和4.88%，该地区制种玉米高产的主要限制因子依次为磷、氮和钾，本研究结论与孙宁科等［11］不同，可能与当地农户施肥习惯有关，长期重施氮肥，会造成土壤中氮素积累较多，而磷肥供肥能力较低。

3.2 不同施肥处理对制种玉米养分吸收和肥料利用率的影响

氮、磷、钾配施有利于促进制种玉米地上部分器官对养分的吸收和积累，NPK处理植株地上部分总吸氮量、吸磷量和吸钾量分别达到569.4 kg·hm-2、108.0 kg·hm-2和 203.3 kg·hm-2。茎秆吸钾量大于籽粒，而吸氮量和吸磷量却是籽粒大于茎秆。由此可以看出，制种玉米植株中氮、磷养分主要转移到籽粒中，而钾主要转移到茎秆中。

肥料利用率是现代平衡施肥技术的重要参数［12］。本研究中，NPK处理的氮、磷、钾肥当季利用率分别为22.64%、26.82%和60.10%，索东让［13］通过长期定位试验得出河西地区主要作物氮、磷、钾当季利用率分别为24.0%～28.0%、17.2%～20.9%和16.7%～22.1%，相比之下，本研究得出制种玉米氮肥利用率略低，磷、钾肥的利用效率相对较高。磷肥利用率高可能是由于长期施磷，土壤中积累的磷潜在有效性使磷肥利用率提高;钾肥利用率偏高主要由于河西地区土壤钾素含量较高，农业生产上长期不施化学钾肥或施用量较小，田间钾素一直处于亏缺状态［14］。制种玉米氮、磷、钾肥农学效率分别为 N1.33 kg·kg-1、P2O57.17 kg·kg-1和 K2O 6.66 kg·kg-1，而在现有生产条件下我国玉米氮、磷、钾肥农学效率分别为 N 9.8～11.2 kg·kg-1、P2O57.5～9.5 kg·kg-1和 K2O 5.7～9.2 kg·kg-1［15-16］，可见氮素农学效率远低于国内现有水平，这可能与目前制种玉米生产过程中氮肥施用过多，有机肥施用过少及施肥方法有关。

4 结论

通过开展河西地区制种玉米肥料试验得出，氮、磷、钾配施(NPK处理)最佳，产量达到9 834.0 kg·hm-2，氮、磷、钾肥对产量的贡献率分别为6.06%、10.07%和4.88%，磷素是产量提高的第一限制因素，氮素的增产效益较小。氮、磷、钾肥料当季利用率分别为22.64%、26.82%和60.10%。因此，在制种玉米生产中应重视磷、钾肥的施用，加强氮肥的节肥增效管理，推广平衡施肥，以提高肥料利用率和环境效益。