灌水及肥料配施对夏玉米产量和养分吸收利用的影响

张光岩，徐良菊，李俊良，2，金圣爱，2

（1.青岛农业大学资源与环境学院，山东 青岛 266109；2.山东省水肥一体化工程技术研究中心，山东 青岛 266109）

黄淮海平原是我国玉米主产区之一［1］，占全国玉米种植面积的26.09% ～29.00%［2，3］。史常亮等［4］采用2004—2013年省级面板数据，测算得出中国玉米主产区的过量施肥程度为44.58%。研究表明施肥量、施肥时期、不同肥料配比均会显著影响作物的生长发育、产量以及养分吸收利用效率［5-7］。高氮水平下磷钾肥分施，不仅可以显著提高作物产量、氮磷钾的吸收量，还可提高磷钾素吸收、利用效率、偏生产力［8］。林继雄等［9］研究表明施磷量可影响植株磷素吸收量，低磷水平下，植株磷素吸收量明显降低。氮钾肥合理配施可促进小麦、玉米对氮钾素吸收，提高植株体内氮钾含量，小麦、玉米对氮钾素的吸收表现出一定的正交互作用［9，10］。刘淑霞［11］、王宜伦［12］等研究发现，适量施用钾肥，不仅可以增加玉米产量，还可显著提高玉米生育期养分吸收总量，提高籽粒氮磷钾积累量。此外，滴灌水肥一体化，将肥料溶解在水中，可实现灌溉与施肥同步进行，适时适量地满足作物对水分和养分的需求［13-16］，有效提高作物水肥的吸收利用［17，18］。本试验以灌水和肥料配施为切入点，研究两者对夏玉米产量和养分吸收利用的影响，旨在为山东青岛砂姜黑土夏玉米高产高效种植提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年6—9月在莱西五四农场进行。莱西位于山东胶东半岛中部，地处东经120°12′～120°40′，北纬36°34′～37°09′，属温带半湿润季风气候区。年平均气温11.3℃，气温年温差较小，年平均降水量732 mm。

试验地前茬作物为小麦。土壤类型为砂姜黑土，0～30 cm土层土壤基础理化性质分别为有机质16.58 g／kg、碱解氮128.63 mg／kg、速效磷72.12 mg／kg、速效钾240.53 mg／kg，pH值6.82。

1.2 试验材料

供试玉米品种为登海605。供试肥料为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O518%）和氯化钾（K2O 60%）。

1.3 试验设计

试验采用灌水与施肥双因素随机区组设计，灌水量（D）设0、50 mm两个水平，施肥（F）设不施肥0、NP、NK、PK、NPK五种配比，共设置10个处理。小区面积及各处理纯养分用量见表1。

表1 不同处理养分施用量

玉米采取行距70 cm、株距21.3 cm进行播种，播深4～5 cm。施肥方式分基施和追施两种。其中磷肥、钾肥作为基肥一次性施入；不灌水处理氮肥依据基追比4∶6比例在大喇叭口期追施一次（追肥在阴雨天进行），灌水处理氮肥依据4∶3∶3比例在大喇叭口、灌浆期各追施一次，水肥同施。其它管理措施同大田。各处理重复3次，重复之间设置2行隔离区。

灌水处理采用滴灌模式。滴灌管铺设方式为1管1行。毛管采用迷宫式滴灌管，管径16 mm、滴头间距20 cm、滴头流量3 L／h，滴灌管道材料为PVC管。

1.4 测试项目与方法

1.4.1 样品采集及产量测定 玉米收获期，将每个小区划为测产区和采样区两部分。采样区，每小区随机选取10株玉米测定其株高、鲜重等相关指标，取地上部植株带回实验室分别称秸秆、果穗鲜重，测量果穗长、粗，然后用四分法取适量植物样于105℃杀青30 min，75℃烘干，分别称其干重、单株果穗粒重，数果穗的籽粒数，最后用粉碎机磨细测定植株NPK含量。测产区，选取长2 m、宽1.4 m区域，数取玉米株数，之后将玉米果穗剥皮掰下带回晾晒，记产。

1.4.2 氮磷钾养分含量测定 植株养分测定参照鲍士旦［19］的方法：H2SO4-H2O2消煮，用凯氏定氮仪测定全氮，钒钼黄比色法测定全磷，火焰光度法测定全钾。

重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量；碳酸氢钠浸提、钼锑抗比色法测定土壤速效磷；醋酸铵浸提、火焰光度计法测定土壤速效钾；pH计法测定土壤pH值（水土比5∶1）；碱解扩散法测定土壤碱解氮［19］。

1.4.3 氮磷钾的相关指标计算方法 本研究养分收获指数、吸收效率、利用效率、肥料偏生产力、肥料利用率等计算方法［8-20］如下：

氮（磷、钾）素收获指数（NHI）＝籽粒氮（磷、钾）素积累量／成熟期植株氮（磷、钾）素总积累量 ；

氮（磷、钾）素吸收效率（NUPE，kg／kg）＝植株氮（磷、钾）素积累量／施氮（磷、钾）量 ；

氮（磷或钾）素利用效率（NUE，%）＝籽粒产量／植株氮（磷、钾）素积累量 ；

氮肥偏生产力（kg／kg）＝施氮小区作物产量／施氮量 ；

氮肥利用率（REN，%）＝（UNPK-UPK）／FN×100 。

式中：UNPK氮磷钾区植株全氮含量，UPK为无氮区植株全氮含量，FN为氮肥投入量。

磷、钾肥利用效率的计算方法同氮肥。

1.5 数据处理与统计方法

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理，用DPS软件进行统计分析和差异显著性检验（LSD法）。

2 结果与分析

2.1 灌水及肥料配施对夏玉米养分吸收的影响

由表2可知，不灌水条件下，玉米地上部氮、钾吸收量均表现为F5处理显著高于其它处理，F1处理显著低于其它处理，F5处理地上部氮、钾吸收量分别较F1处理高97.30%、96.43%。地上部磷吸收量表现为F4、F5处理分别比F1增加49.89%和22.56%，其中F4处理差异显著。籽粒中氮、磷吸收量表现出相似趋势，均是F5处理最好，F1处理最差。籽粒中钾吸收量表现为F1、F4处理大于其它处理。

灌水条件下，玉米地上部氮、磷、钾吸收量均表现为D5处理高于或显著高于其它处理，D1处理最低，D5较D1处理分别高146.14%、15.39%、152.20%。籽粒中氮、磷吸收量均表现为D2、D3、D5处理显著大于D1、D4处理。籽粒中钾素吸收量表现为D4处理显著高于其它处理。

灌水条件下各施肥处理地上部及籽粒养分吸收量均大于或显著大于同种养分配施条件下的不灌水处理。

表2 灌水与肥料配施对夏玉米养分吸收的影响 （kg／hm2）

2.2 灌水及肥料配施对夏玉米氮素吸收与利用的影响

由表3可知，不灌水条件下，F5处理氮肥偏生产力、氮素吸收效率均高于或显著高于其它处理；F4处理氮素利用效率显著高于F2、F5处理；氮素收获指数F1处理最大，但与F3差异不显著，而显著高于其它处理。

灌水条件下，氮肥偏生产力，D5处理显著高于D2、D3处理；氮素吸收效率，D5处理最高，但各处理之间差异不显著；氮素利用效率、氮素收获指数均与不灌水处理相似，即缺氮处理大于或显著大于施氮处理。

灌水处理的氮肥偏生产力、氮素吸收效率均显著高于同养分配施条件下的不灌水处理；氮素利用效率方面，除D1处理外，同种养分配施条件下不灌水处理均高于或显著高于灌水处理；氮素收获指数方面，D2、D3、D4处理大于或显著大于F2、F3、F4处理。

表3 不同灌水、施肥处理对夏玉米氮素吸收利用效率的影响

2.3 灌水及肥料配施对夏玉米磷素吸收与利用的影响

由表4可知，不灌水条件下，F5处理磷肥偏生产力显著高于F2、F4；磷素吸收效率F4处理显著大于F2；磷素利用效率、磷素收获指数表现为F2、F3、F5处理均大于或显著大于F1、F4。

灌水处理对磷素吸收利用效率的影响规律与不灌水处理大致相符。D5处理在磷肥偏生产力、磷素吸收效率、磷素利用效率、磷素收获指数方面均是较优处理。磷肥偏生产力，D5处理显著高于D2、D4；磷素吸收效率，D5处理最高，但各处理间差异不显著；施肥处理磷素利用效率均高于不施肥处理，其中D3、D4、D5处理显著高于D1；磷素收获指数，D2、D3、D5处理显著高于D1、D4。

灌水条件下，各处理磷肥偏生产力、磷素吸收效率均高于或显著高于同种养分配施条件下的不灌水处理。磷素利用效率、磷素收获指数则表现出与磷肥偏生产力、磷素吸收效率相反的趋势。

2.4 灌水及肥料配施对夏玉米钾素吸收与利用的影响

由表5可知，不灌水条件下，F5处理的钾肥偏生产力、钾素吸收效率均大于或显著大于F3、F4；钾素利用效率、钾素收获指数均表现为F1、F3、F4处理显著大于F2、F5。

灌水条件下，D5处理钾肥偏生产力、钾素吸收效率均显著高于D3、D4；钾素利用效率、钾素收获指数均表现为D1、D4处理高于或显著高于其它处理。

灌水条件下，钾肥偏生产力、钾吸收效率均大于同种养分配施条件下的不灌水处理。钾素利用效率（除D1处理外）、钾素收获指数，同养分配施条件下灌水各处理与不灌水处理之间差异不显著。

表4 不同处理对夏玉米磷素吸收利用效率的影响

表5 不同处理对夏玉米钾素吸收利用效率的影响

2.5 灌水及肥料配施对夏玉米肥料利用率的影响

由表6可知，灌水与不灌水处理的肥料利用率均表现为氮肥利用率＞钾肥利用率＞磷肥利用率；但相同肥料配施条件下灌水处理氮、磷、钾肥利用率分别比不灌水处理高154.17%、42.19%、45.97%。

2.6 灌水及肥料配施对夏玉米产量的影响

由表7可知，不灌水条件下，玉米平均产量表现为施肥处理均显著高于空白处理，其中F5较F1提高58.26%，可见施肥显著影响玉米产量。不同养分配施对产量的影响表现为F2、F3、F4之间差异不显著，但均小于F5处理。

表6 不同处理对肥料利用率的影响 （%）

灌水条件下，平均产量变化、不同养分配施对玉米产量的影响与不灌水处理一致，其中D5较D1显著提高49.12%。可见，氮磷钾三种养分中任意两种养分配施对玉米产量的影响均显著弱于氮磷钾三种养分配施处理。

本试验中，灌水与否对夏玉米的产量没有显著影响，但同种养分配施条件下灌水处理夏玉米产量均高于不灌水处理。

表7 不同处理对夏玉米产量的影响

3 讨论

3.1 产量方面，本试验结果表明，施肥处理夏玉米产量显著高于不施肥处理，特别是氮磷钾三种肥料合理配施，这与谭和芳等［21］的研究结论一致。王宜伦等［12］研究表明，氮肥后施可显著提高夏玉米产量，与常规施肥相比增产9.62% ～15.95%。本试验结果与其结论相似：灌水条件下氮磷钾配施处理（D5）夏玉米产量比不灌水的F5处理增产450.83 kg／hm2。

3.2 玉米地上部养分吸收方面，本试验结果表明：施肥可促进玉米地上部养分吸收，氮磷钾三种养分中任意两种养分配施地上部养分吸收量均小于或显著小于氮磷钾三种养分配施；施氮处理有助于玉米地上部对氮、钾的吸收。籽粒养分吸收方面，灌水与不灌水试验结果均表明施氮处理还有助于促进籽粒对氮和磷的吸收，施钾处理则有助于籽粒对钾的吸收。这与前人研究结果相似［21-24］。

3.3 氮肥偏生产力方面，氮磷钾三种养分配施的氮肥偏生产力、氮素吸收效率均大于或显著大于任意两种肥料配施，这与宋永林等［25］试验结果相似。赵俊晔［26］、席吉龙［27］等研究表明，施氮量增加，会使氮肥偏生产力、氮素吸收效率、氮素利用效率、氮素收获指数降低。本试验结果与其大致相同，同种肥料配施条件下灌水处理氮肥偏生产力、氮素吸收效率、氮素收获指数均大于不灌水处理，D5处理氮肥偏生产力、氮素吸收效率比F5处理分别高30.24%、39.02%。这除了与肥料用量有关，还可能与灌水有一定关系［28］。

磷肥偏生产力方面，氮磷钾配施磷肥偏生产力显著高于任意两种肥料配施；磷素利用效率、磷素收获指数方面，灌水与不灌水试验结果均表明施氮处理夏玉米磷素利用效率大于或显著大于不施氮处理。这与张经廷［29］、李刘霞［30］等的研究结果相似。

钾素养分利用方面，钾肥偏生产力、钾素吸收效率均表现出与氮、磷相似的趋势，即氮磷钾三种养分配施的钾肥偏生产力、钾素吸收效率均大于或显著大于任意两种肥料配施；钾素利用效率、钾素收获指数灌水与不灌水试验结果均表现为未施氮处理钾肥利用效率显著大于施氮处理。可能的原因是施用氮肥会增加玉米成熟期干物质量，此外，成熟期籽粒中的钾会转运至茎叶或秸秆，籽粒中钾含量降低、地上部干物质量增加都会使成熟期钾素收获指数减小。

3.4 灌水处理氮、磷、钾肥利用率均大于不灌水处理，由此可知，减少氮肥用量以及氮肥后施有利于提高夏玉米肥料利用率［22，30］。但是本试验中磷、钾肥利用率较低，可能的原因是土壤中速效磷、钾含量较高。

4 结论

施肥可显著提高夏玉米地上部养分吸收量、肥料偏生产力、养分吸收效率，氮磷钾配施夏玉米氮、磷、钾吸收较不施肥处理分别高97.30%～146.14%、15.39%～22.56%、96.43%～152.20%；氮磷钾三种肥料配施的氮、磷、钾肥偏生产力高于或显著高于缺素处理；氮磷钾三种肥料配施的氮、磷、钾吸收效率高于或显著高于缺素处理。施肥可有效提高磷素利用效率和收获指数，但会降低氮素、钾素的利用效率和收获指数。产量方面，施肥显著提高作物产量，氮磷钾配施夏玉米产量较不施肥处理提高49.12%～58.26%。此外，灌水模式由于实现了氮素后施，在减肥18.2%的基础上，D5处理与F5处理相比氮、磷、钾地上部吸收量、肥料偏生产力、吸收效率方面均有所提高。肥料利用率方面灌溉条件下氮、磷、钾肥利用率分别达到60.62%、12.57%、25.15%，比不灌水处理分别高154.17%、42.19%、45.97%。产量方面D5处理夏玉米产量为7 325.26 kg／hm2，比F5处理（6 874.43 kg／hm2）提高6.56%。由此得出青岛市莱西夏玉米减肥量20%左右、采用滴灌追肥两次的田间管理模式不会造成玉米减产。