春玉米氮磷钾肥料效应及肥料利用率研究

2019-07-11丁亨虎刘克芝吴家琼

现代农业科技 2019年1期

丁亨虎刘克芝吴家琼

摘要为探索“行端”“行边”边际效应对玉米产量的影响，进行了春玉米氮磷钾肥料效应及肥料利用率试验研究。结果表明，土壤地力中等以上、前茬为蔬菜田块种植春玉米，配方施肥应调氮、减磷、增钾，以提高肥料利用率。在氮、磷、钾肥配施条件下，玉米100 kg籽粒氮、磷、钾养分吸收量为4.473 kg，其中纯N为2.487 kg、P2O5为0.342 kg、K2O为1.644 kg;氮肥利用率为31.36%，磷肥利用率为9.99%，钾肥利用率为41.59%，氮磷钾肥协同利用率为30.69%。此类田块种植春玉米肥料边际效应明显，配方施肥表现为向外输运养分，行端（边）边际效应为 -13.91%;不施肥表现为向外吸取养分，行端（边）边际效应为13.64%;缺氮、磷表现为向外吸取养分，行端（边）边际效应分别为10.61%、15.80%;缺钾表现为向外输运养分，行端（边）边际效应平均为-3.83%。

关键词玉米;氮;磷;钾;肥料效应;利用率

中图分类号 S513;S147.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2019）01-0008-04

随着农业供给侧结构性改革，潜江市玉米种植呈发展态势，其种植模式主要有2种，分别为蔬菜/春玉米、夏粮/夏玉米。春玉米由于前茬多为蔬菜，其土壤养分相对较高，前季化肥也有一定的残留效应，若施肥不合理，轻则造成化肥浪费，重则产生面源污染。

近年来，现代农业生产把农业生态环保列为重点，解决好资源、环境及农民收益问题，减少不合理种植结构与施肥造成的负面影响日益受到关注[1-4]。

玉米作为我国第一大粮食作物，其养分管理与施肥技术优化对实现化肥零增长具有重要意义，而明确氮、磷、钾养分利用率则是实现减量增效的基础[5-9]。玉米是侧根系、高秆作物，其边际效应十分明显，边际效应对氮、磷、钾肥的利用也是需要研究的问题之一[10-12]。探索前茬作物为蔬菜土壤养分具有一定化肥残留效应时，“行端”“行边”边际效应对玉米产量的影响;以“小区中心”籽粒、茎叶实测值计算氮、磷、钾肥料利用率，并探讨氮磷钾协同利用率计算方法。本试验在《测土配方施肥技术规范》肥料利用率试验基础上，增设不施肥处理，减少氮、磷、钾肥施用总量，增设3次重复，以期适度消除“行端”“行边”边际效应对肥料利用率的影响，分析此等土壤养分及种模式下玉米氮、磷、钾肥料利用效果[13-14]，为春玉米科学施肥、提高肥料利用率提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在潜江市竹根滩镇朱湖村，土壤类型为潮土，土种为灰油砂土，耕层质地为砂壤。用常规法检测土样，测得土壤含有机质33.4 g/kg，碱解氮88.7 mg/kg，有效磷27.8 mg/kg，速效钾171 mg/kg，pH值7.66，土壤肥力中等以上[14]。前茬作物为冬春大白菜，施用51%复合肥1 125 kg/hm2，产量达90 t/hm2。

1.2 供試材料

供试作物为玉米，品种为蠡玉16。供试肥料：氮肥为尿素（纯N≥46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5≥12%），钾肥为氯化钾（K2O≥60%），锌肥为硫酸锌（Zn≥34.5%）。

1.3 试验设计

试验设5个处理，分别为不施肥（N0P0K0）、配方施肥无氮（N0P2K2）、配方施肥无磷（N2P0K2）、配方施肥无钾（N2P2K0）、配方施肥（N2P2K2）（每处理养分的下标0、2，表示配方施肥养分用量）。其中N2（纯N）=180 kg/hm2，P2（P2O5）=81 kg/hm2，K2（K2O）=72 kg/hm2（N、P、K养分下标0，表示不施该肥料），纯锌用量3.15 kg/hm2。3次重复，随机排列，小区面积50 m2。株行距为32.65 cm×56.25 m，小区基本苗272株（小区共8行，每行34株，小区行端（边）80株、小区中心192株），密度为5.44万株/hm2，四周留有保护行，保护区为常规种植。

施肥方法：磷肥全部作基肥，氮肥、钾肥60%作基肥、40%作追肥（6∶4）。在苗期、大喇叭口期分2次追施氮肥，在穗期（大喇叭口期）一次性追施钾肥。各处理锌肥作基肥一次性施用。

1.4 试验经过

试验于3月24日营养钵育苗，3月27日整田划小区，4月2日施基肥，4月3日大田移栽，4月10日、4月28日人工除草2次;4月18日（苗期）、5月17日（大喇叭口期）追肥2次;4月8日选用1%阿维菌素450 mL/hm2+15%三唑酮1.5 kg/hm2及5月13日、5月27日选用20%甲维·甲虫肼900 mL/hm2+2.5%高效氯氟氰菊酯2 250 mL/hm2防治玉米小斑病和玉米螟。7月22日小区实收实测产量。

1.5 调查内容与方法

试验于6月1日、6月3日各小区中心随机抽查2行，每行抽查10株，记载其抽雄数。试验于7月22日收获前，随机齐地采割各小区中间2行10株，分别记载其株高、穗位高、茎秆粗、穗长、穗粗、秃尖长、鲜穗重、茎秆鲜重。试验于7月22日收获，收获时行端（边）、中心区分别收获称重计产，按小区基本苗272株、密度5.44万株/hm2计算，风干后剥粒。

在玉米成熟收获后，实打计（风干重）籽粒产量和玉米茎秆产量、玉米芯量。玉米收获前分别采取各小区植样10株，将籽粒和茎叶（玉米芯）烘干后分别制样检测籽粒、茎秆（玉米芯）养分含量。运用试验小区（中心）籽粒产量、茎叶（玉米芯）产量结果，按差减法[15]计算玉米100 kg经济产量氮、磷、钾养分吸收量。根据玉米100 kg经济产量氮、磷、钾养分吸收量，按差减法计算玉米氮、磷、钾肥利用率和氮、磷、钾肥综合利用率。试验数据用Excel 进行计算。计算公式如下：

玉米氮（磷、钾）养分吸收总量（kg/hm2）=玉米籽粒产量（kg/hm2）×玉米籽粒氮（磷、钾）养分含量（%）+玉米茎叶产量（kg/hm2）×玉米茎叶氮（磷、钾）养分含量（%）+玉米芯产量（kg/hm2）×玉米芯氮（磷、钾）养分含量（%）;

玉米100 kg经济产量氮（磷、钾）养分吸收量（kg）=玉米氮（磷、钾）养分吸收总量（kg/hm2）÷玉米籽粒产量（kg/hm2）×100 kg;

常规区作物吸氮（磷、钾）总量（kg/hm2）=常规施肥区产量×施氮（磷、钾）下形成100 kg经济产量养分吸收量÷100;

无氮（磷、钾）区作物吸氮（磷、钾）总量（kg/hm2）=无氮（磷、钾）区产量×无氮形成100 kg经济产量吸收量÷100;

氮（磷、钾）肥利用率（%）=（常规施肥区作物吸氮（磷、钾）总量-无氮（磷、钾）区作物吸氮（磷、钾）总量）÷所施肥料中氮（磷、钾）素的总量×100;

氮磷钾肥协同利用率（%）=（配方施肥区作物吸氮（磷、钾）总量-无氮磷钾区作物吸氮（磷、钾）总量）÷所施肥料中氮磷钾素的总量×100;

缺素区相对产量（%）=缺素区籽粒实收产量÷全肥区籽粒产量×100;

小区行端（边）边际效应（%）=（小区行端（边）籽粒产量÷行端（边）总株数-小区中心籽粒产量÷小区中心总株数）÷（小区中心籽粒产量/小区中心总株数）×100;

小区行端（边）：小区两端谓行端，小区两边行谓行边，统称小区行端（边）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对玉米抽雄率的影响

雄穗抽出3～5 cm即玉米进入抽雄期，其生育特点是营养生长减缓，生殖生长加快，土壤养分缺素对其抽雄影响明显。

从表1可以看出，6月1日调查，缺氮素处理（N0P2K2）抽雄率最高，为50.00%，其次是不施肥处理（N0P0K0），为31.67%，缺钾素处理（N2P2K0）、缺磷素处理（N2P0K2）分别为26.67%、21.67%，抽雄率最低的是配方施肥处理（N2P2K2），为18.33%。从缺素处理间均值与标准偏差综合分析，对抽雄影响较大的为缺氮素处理，其次是缺钾素处理，缺磷素处理对抽雄影响较小。6月3日调查，缺氮素处理（N0P2K2）抽雄率仍为最高，为81.67%;其次是配方施肥处理（N2P2K2），抽雄率为65.00%;第3位是不施肥处理（N0P0K0），为63.33%;缺钾素处理（N2P2K0）、缺磷素处理（N2P0K2）分别位于第4、5位。由此说明，平衡施肥能促进玉米抽雄;同时还表现缺氮素或缺氮磷钾玉米抽雄期也会适度提前，缺钾素、缺磷素则会推迟玉米抽雄期。综合分析，缺氮素的影响最大，钾素次之，磷素最小。

2.2 不同施肥处理对玉米农艺性状的影响

从表2可以看出，配方施肥处理（N2P2K2）平均株高为262.97 cm，较不施肥处理（N0P0K0）高13.90 cm、增幅5.58%，较缺氮处理（N0P2K2）高5.94 cm、增幅2.31%，较缺磷处理（N2P0K2）高2.77 cm、增幅1.06%，较缺钾处理（N2P2K0）高5.47 cm、增幅2.12%。穗位高除处理N0P0K0略低外，其他各处理间基本持平。处理N2P2K2茎秆粗较处理N0P0K0粗0.15 cm，与其他处理基本持平。处理N2P2K2单株茎秆鲜重最高，为412 g，较处理N0P0K0增重86 g、增幅26.38%，较处理N0P2K2增加49 g、增幅13.50%，较处理N2P0K2增加63 g、增幅18.05%，较处理N2P2K0增加45 g、增幅12.26%。

试验结果表明，氮、磷、钾配方施肥能促进植株正常生长，与缺素比较，株高、茎粗、茎秆鲜重方差分析差异不显著。综合分析，缺氮素对玉米生长影响最大，缺钾素次之，缺磷素最小。

从表3可以看出，处理N2P2K2与处理N0P0K0比较穗长、穗粗、穗鲜重差异显著，与处理N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0比较穗长、穗粗、穗鲜重差异不显著。处理N2P2K2穗长为18.68 cm，较处理N0P0K0长1.30 cm、增幅7.48%，较处理N0P2K2长0.93 cm、增幅5.24%，较处理N2P0K2长0.71 cm、增幅3.95%，较处理N2P2K0长0.60 cm、增幅3.32%。处理N2P2K2穗粗为5.40 cm，较处理N0P0K0粗0.27 cm、增幅5.26%，较处理N0P2K2粗0.19 cm、增幅3.65%，较处理N2P0K2粗0.15 cm、增幅2.86%，较处理N2P2K0粗0.19 cm、增幅3.65%。处理N2P2K2秃尖长为1.43 cm，较处理N0P0K0短0.42 cm、减幅22.70%，较处理N0P2K2长0.32 cm、增幅28.83%，较处理N2P0K2长0.31 cm、增幅27.68%，较处理N2P2K0长0.27 cm、增幅23.28%。

处理N2P2K2穗鲜重单穗为311.04 g，较处理N0P0K0单穗重55.26 g、增幅21.60%，较处理N0P2K2单穗重32.14 g、增幅11.52%，较处理N2P0K2单穗重29.27 g、增幅10.39%，较处理N2P2K0单穗重24.67 g、增幅8.61%。

试验结果表明，配方施肥能促进玉米增大穗、壮籽粒。单穗重与不施肥比较增幅达20%以上，与缺素处理比较增幅8%以上。穗长、穗粗均大于不施肥处理与缺素处理，穗长增幅3.32%～7.48%，穗粗增幅2.86%～5.28%。

从表2、3可以看出，处理N2P2K2与处理N0P0K0比较干粒重、茎秆干重、百粒重差异显著，与处理N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0比较干粒重、茎秆干重、百粒重差异不显著，处理N2P2K2干芯重与各处理比较差异均不显著。处理N2P2K2单穗籽粒重为175.91 g，较处理N0P0K0单穗籽粒重增加29.88 g、增幅20.46%，较处理N0P2K2单穗籽粒重增加13.06 g、增幅8.02%，较处理N2P0K2單穗籽粒重增加11.99 g、增幅7.31%，较处理N2P2K0单穗籽粒重增加9.46 g、增幅5.68%。处理N2P2K2单株茎秆重为145.00 g，较处理N0P0K0单株茎秆重增加18.33 g、增幅14.47%，较处理N0P2K2单株茎秆重增加3.33 g、增幅2.35%，较处理N2P0K2单株茎秆重增加10.00 g、增幅7.41%，较处理N2P2K0单株茎秆重增加11.67 g、增幅8.75%。处理N2P2K2百粒重为28.04 g，较处理N0P0K0百粒重增加3.21 g、增幅12.93%，较处理N0P2K2百粒重增加2.31 g、增幅8.98%，较处理N2P0K2百粒重增加2.13 g、增幅8.22%，较处理N2P2K0百粒重增加1.77 g、增幅6.74%。

试验结果表明，配方施肥能促进玉米干物质的积累，同时，能协调养分促进籽粒饱满，增加百粒重。

2.3 不同施肥处理对玉米产量的影响

从表4可以看出，中心小区处理N2P2K2产量与处理N0P0K0比较差异显著，与处理N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0比较差异不显著;小区行端（边）处理N2P2K2产量与各处理比较均无差异。小区中心处理N2P2K2产量为9 356.76 kg/hm2，较处理N0P0K0产量增加1 547.18 kg/hm2、增幅19.81%，较处理N0P2K2产量增加648.91 kg/hm2、增幅7.45%，较处理N2P0K2产量增加770.76 kg/hm2、增幅8.98%，处理N2P2K0产量增加677.25 kg/hm2、增幅7.80%。由此表明，此类种植模式（蔬菜/玉米）田块虽然配方施肥与缺素田块产量差异不显著，但增产效果明显，其增产幅度为7.45%～8.98%。

缺素区相对产量（%）=缺素区籽粒实收产量÷全肥区籽粒产量×100，通过（按中心小区）计算得出缺氮相对产量为93.05%，缺磷相对产量为91.76%，缺钾相对产量为92.75%。

2.4 不同施肥处理玉米行端（边）边际效应

对表4按小区行端（边）边际效应（%）=（小区行端（边）籽粒产量÷行端（边）总株数-小区中心籽粒产量÷小区中心总株数）÷（小区中心籽粒产量/小区中心总株数）×100，差减法计算得表5。

因为小区设置为随机排列，各处理四周除保护行养分水平一致以外，其他相邻行端（边）基本不一致，因而所表现的行端（边）边际效应也不一致。

从表5可以看出，处理N2P2K2行端（边）边际效应为 -13.91%、高达-29.32%，表现为向外输运养分、玉米产量下降;处理N0P0K0行端（边）边际效应为13.64%、高达33.93%，表现为向外吸取养分、玉米产量增加;处理N0P2K2行端（边）边际效应平均为10.61%，2个小区为正数、1个小区为负数，表现为向外吸取养分、玉米产量增加;处理N2P0K2行端（边）边际效应平均为15.80%，2个小区为正数、1个小区为负数，表现为向外吸取养分、玉米产量增加;处理N2P2K0行端（边）边际效应平均为-3.83%，2个小区为负数、1个小区为正数，表现为向外输运养分、玉米产量下降。

同时，由三缺素行端（边）边际效应说明，氮、磷素在土壤中的移动性明显强于钾素。

2.5 玉米氮磷钾肥料利用率

2.5.1 全株养分含量。从表6可以看出，不同施肥处理其茎叶养分含量检测结果有一定的差异。处理N2P2K2茎叶养分含量检测高于不施肥和缺素各处理，全氮含量平均为1.261%、高的达1.380%，全磷含量平均为0.122%、高的达0.134%，全钾含量平均为1.301%、高的达1.371%。

从表7可以看出，不同施肥处理其玉米芯养分含量检测结果有一定的差异。处理N2P2K2玉米芯养分含量检测全氮、全磷均高于不施肥和缺素各处理，全钾低于缺磷处理。全氮含量平均为0.508%、高的达0.519%，全磷含量平均为0.104%、高的达0.123%，全钾含量平均为0.791%、高的达0.852%。

从表8可以看出，不同施肥处理其玉米籽粒养分含量检测结果有一定的差异。处理N2P2K2玉米芯养分含量检测均高于不施肥和缺素各处理。全氮含量平均为1.332%、高的达1.365%，全磷含量平均为0.221%、高的达0.226%，全钾含量平均为0.406%、高的达0.426%。

2.5.2 玉米100 kg经济产量氮（磷、钾）养分吸收量。从表9可以看出，不同施肥处理玉米100 kg籽粒养分吸收量有一定的差异。处理N2P2K2玉米100 籽粒氮、磷、钾养分吸收量均高于不施肥和缺素各处理，平均为4.473 kg，其中纯N 2.487 kg、P2O5 0.343 kg、K2O 1.644 kg。

2.5.3 玉米氮磷钾肥料利用率。由表10按差减法进一步运算得，配方施肥中氮肥利用率為31.36%、高的达38.76%，磷肥利用率为9.99%、高的达11.11%，钾肥利用率为41.59%、高的达73.79%，氮磷钾肥协同利用率为30.69%、高的达37.52%。

3 结论与讨论

氮、磷、钾配方施肥能促进玉米植株正常生长，与缺素处理比较其农艺性状有一定的差异。刘志琴[3]研究认为，缺氮处理的玉米株高、根茎粗、穗长、穗位高均最低;测土配方施肥可延缓玉米过早进入完熟期，有利于增产;氮肥对玉米的产量影响最大，其次是磷肥，最后是钾肥;配方施肥处理较传统常规施肥处理成熟期延迟2 d，较常规缺氮处理玉米迟熟5 d。朱广锋等[8]、黄丽达等[9]研究认为，缺素区拔节期和抽穗期较三元素配施区有不同程度延缓，尤其以无氮区和无钾区延缓明显，延缓4～5 d，无氮区由于后期供氮不足出现早衰，提早2 d成熟。本试验结果表明，配方施肥能促进玉米抽雄;同时还表现缺氮素或缺氮磷钾玉米抽雄期也会适度提前，缺钾素、缺磷素则会推迟玉米抽雄期;配方施肥能促进玉米增大穗、壮籽粒。单穗重与不施肥比较增幅达20%以上、与缺素处理比较增幅8%以上。

武少元等[4]将春玉米缺素相对产量划分为五级，春玉米缺素区相对产量低于50%的养分值为极低，介于50%～75%范围为低，介于75%～90%范围为中，介于90%～95%范围为高，大于95%为极高。本试验缺氮素相对产量为93.05%，缺磷素相对产量为91.76%，缺钾素相对产量为92.75%;按上述划分法此试验田块养分为高，土壤养分[13-14]则处于“潜在缺乏”，合理施肥十分利于玉米生长。

基于测土配方施肥项目结果，2013年10月10日，农业部发布《中国三大粮食作物肥料利用率研究报告》指出，目前玉米的氮、磷、钾养分当季回收利用率分别达到32%、25%和43%。王寅等[5]研究认为，吉林春玉米氮磷钾配方处理生产100 kg籽粒平均需吸收纯N 1.98 kg、P2O5 0.90 kg、K2O 2.24 kg，比例为1.00∶0.45∶1.13;吉林春玉米生產中氮、磷、钾肥的平均养分回收利用效率分别为33.7%、27.5%和45.0%，高于全国平均水平。有研究[4-7]认为，地块肥力不同肥料的利用率不同，地块肥力越高利用率越低。要想提高化肥利用率，必须改变化肥的使用方法和方式，才能提高化肥利用率，减少化肥使用量，实现节本增效。

当下对肥料边际效应报道较少，而边际效应是一种普遍存在的自然现象，对肥料利用率影响极大，适度消除边际效应的影响，更接近肥料利用的实值。有研究[10-13]认为，玉米测产“实践中多采用收获小区中间2～4行（总6行）的全部有效株测产，或去除行端1～3株后，收中间2～4行测产”其产量更接近实际产量。本试验参照玉米品种试验把小区行端（边）纳入边际效应范围。

氮磷钾配方施肥能促进植株正常生长，增产效果明显。配方施肥较不施肥株高增加5.58%、茎秆粗增加6.05%、茎秆重增加14.47%、穗长增加7.48%、穗粗增加5.26%、穗重增加21.60%、百粒重增加12.93%、产量增加19.83%，产量达9 356 kg/hm2。与缺素处理比较增产明显，较缺氮处理增加7.47%，较缺磷处理增加8.98%，较缺钾处理增加7.81%。

此种种植模式（蔬菜/玉米）田块其土壤养分处于“潜在缺乏”，肥料边际效应明显。本试验配方施肥表现为向外输运养分、玉米产量下降，行端（边）边际效应为-13.91%、高达-29.32%;不施肥处理表现为向外吸取养分、玉米产量增加，行端（边）边际效应为13.64%、高达33.93%;缺氮处理表现为向外吸取养分、玉米产量增加，行端（边）边际效应平均为10.61%;缺磷处理表现为向外吸取养分、玉米产量增加，行端（边）边际效应平均为15.80%;缺钾处理表现为向外输运养分、玉米产量下降，行端（边）边际效应平均为-3.83%。

由三缺素行端（边）边际效应说明，氮素、磷素在土壤中的移动性明显强于钾素。

在氮、磷、钾肥配施条件下，玉米100 kg籽粒氮、磷、钾养分吸收量高于不施肥和缺素各处理，为4.473 kg，其中纯N为2.487 kg、P2O5为0.342 kg、K2O为1.644 kg。配方施肥中氮肥利用率为31.36%、高的达38.76%，磷肥利用率为9.99%、高的达11.11%，钾肥利用率为41.59%、高的达73.79%，氮磷钾肥协同利用率为30.69%、高的达37.52%。由于土壤有效养分利用率与土壤有效含量均成较好的负相关[16]，前茬为蔬菜田块应调氮、减磷、增钾，以提高肥料利用率。

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