施磷量对高产夏玉米产量和磷素利用的影响

2016-11-19刘凯张吉旺郭艳青裴书君董树亭刘鹏杨今胜赵斌

山东农业科学 2016年4期

刘凯　张吉旺　郭艳青　裴书君　董树亭　刘鹏　杨今胜　赵斌

摘要：随着产量和种植密度的提高，夏玉米的磷素吸收、利用及分配特性必然发生变化。本研究旨在明确高产夏玉米的磷素吸收利用特性及其施磷量调控效应，为黄淮海高产夏玉米高效生产提供理论依据。选用夏玉米品种郑单958（ZD958）和登海618（DH618）为试材，设置施磷（P₂O₅）量0、45、90、135kg/hm²4个水平。结果表明，随施磷量增加，夏玉米产量呈现先升高后降低的趋势，磷肥偏生产力、磷肥农学利用效率和磷肥吸收效率呈现下降趋势，磷素收获指数没有显著变化。90kg/hm²施磷量处理夏玉米产量较不施磷处理增产7.95%～18.31%；ZD958每生产100kg籽粒需P₂O₅1.54kg，DH618需P₂O₅1.45kg。因此，本试验条件下，施磷量为90kg/hm²时，高产夏玉米可获得较高产量和磷素利用效率。

关键词：夏玉米；产量；施磷量；磷肥利用效率

中图分类号：S513.062 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2016）04-0061-05

磷是作物生长发育所必需的大量营养元素之一，对作物生长发育及产量的形成有着重要的影响，是植物体内许多重要有机化合物的组成部分，同时又以多种形式参与植物体内各种代谢过程。磷能促进植株的生长发育，直接参与光合作用中的光合磷酸化和碳水化合物的合成与运转过程；同时能促进氮代谢，提高氮效率；对脂肪的代谢也有重要的作用，从而提高植物对外界不良环境的适应性，增强植株抗逆境能力。近年的研究表明，氮肥的增产效果较20世纪50年代有所降低，磷素成为继氮肥之后的又一高产限制因子，而施用磷肥的增产效果显著提高。进行N、P或N、P、K配合施用才能更有效地提高养分的利用率，提高产量。

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。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。由于磷在土壤中移动性差，且施人磷肥易被固定等因素的影响，我国作物磷肥的当季利用率多在10%～25%之间，与农业发达国家30%～40%的肥料利用率有较大差距。

近年来夏玉米产量大幅提高，其对磷素的利用效率发生相应变化，而国内外研究施磷对高产夏玉米产量和磷素利用的影响研究报道较少。本试验旨在明确高产夏玉米的磷素吸收利用特性及其施磷量调控效应，以期为黄淮海高产夏玉米高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2013～2014年在山东农业大学试验农场进行，土壤类型为棕壤，0～20cm土层基础地力见表1。

供试玉米品种为郑但958（ZD958）和登海618（DH618）；试验所用磷肥为过磷酸钙（P₂O₅）12%），氮肥为尿素（N46%），钾肥为氯化钾（K2060%）。

1.2 试验设计

采用裂区设计，主处理为两个玉米品种，即郑单958（zD958）和登海618（DH618），副处理为4个施磷（P₂O₅）水平，设0、45、90、135kg/hm²，分别用P0、P3、P6、P9表示。随机区组排列，重复4次，小区面积为28.5m²。每处理施氮、钾肥相同，施纯氮270kg/hm²，在拔节期和大喇叭口期以4：6比例追施；K²O225kg/hm²与磷肥同时基施。种植密度为75000株/hm²，行距60cm。2013年6月15日足墒播种，10月5日收获，2014年6月15日足墒播种，10月3日收获。病虫害防治及其他生产管理同一般高产田。

1.3 测定项目和方法

分别于拔节期、大喇叭口期、开花期、乳熟期和成熟期每处理取4株长势一致的植株，拔节期取整株，大喇叭口期和开花期植株分为叶片、茎鞘，乳熟期和成熟期植株分为叶片、茎鞘、籽粒和穗轴，105℃杀青30min，80℃烘干。称重后粉碎过80目筛，用H₂SO₄-H₂O₂联合消煮钒钼黄比色法测定各器官全磷含量。

成熟期每小区调查有效穗数，收获中间3行，连续收获30穗，考种，测产。

1.4 相关参数计算

产量（Yield，kg）=单位面积穗数×穗粒数×粒重（14%含水量）×85%；磷素收获指数（PHI，%）=籽粒吸磷量/植株吸磷量×100；磷肥农学利用率（PAE，kg/kg）=（施磷区籽粒产量一不施磷区籽粒产量）/施磷量；磷肥偏生产力（PPFP，kg/kg）=施磷区产量/施磷量；营养器官磷素转运量（PTA，kg/hm²）=开花期营养器官磷素积累量一成熟期营养器官磷素积累量；磷素转运效率（PTE，%）=营养器官磷素转运量/乳熟期营养器官磷素积累量×100；磷肥利用率（PRE，%）=（施磷处理磷积累量-不施磷处理磷积累量）/施磷量×100；磷肥吸收效率（PUPE，kg/kg）=植株磷累积量/施磷量；100kg籽粒需磷量（P，kg）=植株总吸磷量/玉米籽粒产量×100。

数据统计分析采用Microsoft Excel和DPS软件，多重比较采用LSD（最小显著差异法）。试验数据分析以2014年为主。

2 结果与分析

2.1 施磷量对夏玉米产量的影响

从图1可以看出，施磷可以显著提高夏玉米产量，随施磷量的增加，玉米产量呈现先增加后降低的趋势，P6处理产量最高，同一施磷水平下DH618产量均高于ZD958，两年产量趋势一致。2013年ZD958和DH618 P6处理产量为12312.8kg/hm²和14084.7kg/hm²，分别较PO处理增产7.95%和13.51%；2014年ZD958和DH618 P6处理产量为12960.0kg/hm²和14983.8kg/hm²，分别较P0处理增产18.31%和13.51%。

2.2 施磷量对夏玉米磷素利用的影响

由表2可以看出，高产夏玉米具有较高的磷素收获指数，施磷处理磷素收获指数高于不施磷处理，但磷素收获指数与施磷量并不呈线性相关。不施磷处理情况下，DH618磷素收获指数比ZD958高17.41%，相同施磷量水平下DH618磷素收获指数比ZD958高27.20%～29.33%。施磷处理的磷肥偏生产力、磷肥农学利用效率、磷肥吸收效率与施磷量显著相关，均随施磷量的增加呈下降趋势，且处理问差异显著。DH618除磷肥农学利用率低于ZD958外，其他指标均高于ZD958。两品种的玉米磷肥利用率随施磷量增加均呈下降趋势，ZD658玉米P3处理最高，且3个处理之间差异显著；DH618具有更高的磷肥利用率，各施磷量之间差异不显著。

2.3 施磷量对磷素转运的影响

由表3可以看出，随施磷量增加磷素积累总量逐渐上升，相同施磷水平下DH618磷素积累量比ZD958高14.18%～29.97%。施磷处理营养器官磷素转运量、磷素转运率均显著高于不施磷处理，其中P3处理最高，显著高于其他施磷处理。

2.4 产量与施磷量拟合关系模型

如图2和表4所示，以施磷量为横坐标，两年平均产量为纵坐标，用二次方程（Y=aX²+bX+c）模拟施磷量和产量的关系时R²最大，DH618和ZD958拟合模型的R²分别为0.98和0.99。通过模型参数可知，DH618在施磷量为96.67kg/hm²时产量最高，为15015.6kg/hm²，ZD958在施磷量为95.93kg/hm²时产量最高，为12989.1kg/hm²，两个品种最优施磷量几乎一致，但DH618比ZD958增产15.6%。

3 结论与讨论

3.1 施磷量对玉米产量的影响

美国衣阿华州的Francis Child在2002年美国玉米高产竞赛中创造的27750kg/hm²为世界玉米最高产记录。2013中国夏玉米高产纪录由登海种业的登海618再次刷新，产量达22676.1kg/hm²。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0～162kg/hm²不等，所以施肥量和产量之间并不是正比关系。黄长江研究认为施磷（P₂O₅）230kg/hm²可获得9288.4kg/hm²的理论产量。赵丽亚等研究表明，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。本研究表明，施磷对高产夏玉米增产效应明显，DH618和ZD958均在施磷量为90kg/hm²产量最高，两年趋势一致。不同产量水平下玉米磷素吸收规律不同，陈远学等研究表明，玉米籽粒产量随磷肥施用量的增加先增大后减少，在其试验条件下最适施磷量为（P₂O₄）112.5kg/hm²时，可获得最高产量6588kg/hm²。可见高产夏玉米具有更高的磷素利用效率，对于高产夏玉米高效磷素利用机制的研究十分必要。

3.2 施磷对玉米磷素吸收利用的影响

肥料利用率指标很难反映不同农业生产水平条件下作物对肥料的利用状况，应该结合当地的作物产量水平、施肥水平及土壤肥力水平等进行综合考虑。前人多认为我国磷肥当季利用率为10%～20%，高产玉米磷肥利用率为10%～18%。张福锁等对2000～2005年不同作物和不同区域试验结果分析发现，主要粮食作物的磷肥利用率不同地区的变幅在7.3%～20.1%，平均为11.6%，分析指出我国磷肥利用率逐渐下降的重要原因之一是施肥过量。本研究表明，磷肥偏生产力、磷肥农学利用率随施磷量增加显著下降；两品种磷肥利用率随施磷量增加均呈下降趋势，ZDP3处理为24.06%，显著高于同品种其他处理；DH618磷肥利用率以DHP3处理最高，为27.06%，但与DHP9、DHP6处理无显著差异。DH618较ZD958具有较高的磷肥利用率，同一施磷量的情况下，DH618磷肥利用率较ZD958高3.00～10.16个百分点。

3.3 施磷对磷素积累的影响

受各自试验田产量限制，前人关于玉米的磷素需求量的研究结果不一致。一般认为每生产100kg籽粒需N：P₂O₅：K₂O比例为3：1：3。张智猛等研究认为，生产100kg玉米籽粒需P₂O₅0.898kg。何萍等研究认为，生产100kg玉米籽粒需P₂O₅1.376kg。陆卫平分析了高产玉米6750～9750kg/hm²的氮、磷、钾吸收资料，指出高产条件下增加肥料投入才能发挥出生产潜力，产量越高则氮、磷、钾的效益也越高。不同产量水平下玉米每生产100kg籽粒所需P₂O₄不同，本研究发现，高产夏玉米每生产100kg籽粒，ZD958和DH618分别需P₂O₄1.54kg和1.45kg（表4），不同品种之间略有差异。在相同施磷量情况下，DH618的产量高于ZD958，主要是因为DH618的磷肥利用效率、籽粒吸磷量和磷素总积累量都显著高于ZD958。