丁變紅，吳新明，陳江魯，張小偉，楊京京，趙戰(zhàn)勝

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆五家渠 831300)

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高密度栽培條件下磷肥用量對滴灌玉米干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響

丁變紅，吳新明，陳江魯，張小偉，楊京京，趙戰(zhàn)勝

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆五家渠 831300)

【目的】研究不同磷肥用量對高密度栽培條件下玉米產(chǎn)量、各生育階段干物質(zhì)積累與分配的影響?！痉椒ā坎捎昧褏^(qū)實驗設(shè)計，測量P2O5不同用量下玉米干物質(zhì)和產(chǎn)量，對滴灌玉米在高密度栽培條件下產(chǎn)量與最佳施磷量之間的關(guān)系進行了探索。【結(jié)果】隨著磷肥用量的增加，玉米產(chǎn)量、莖粗呈拋物線變化趨勢。隨著玉米生育進程的推進，各處理玉米干物質(zhì)積累量均隨生長發(fā)育進程而增加，拔節(jié)期到大喇叭口期積累緩慢，從大喇叭口期開始迅速增長。各個生育時期施磷量187.5 kg/hm2處理的葉面積指數(shù)、葉片SPAD值最大，拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期施磷量187.5 kg/hm2處理的葉面積指數(shù)均顯著高于其他處理。隨著施磷量的增加玉米的株高增加，二者符合指數(shù)函數(shù)?！窘Y(jié)論】研究區(qū)理論施磷量為213.8 kg/hm2，可獲得的最高產(chǎn)量為16 021.61 kg/hm2。

磷肥；高密度；滴灌；玉米；干物質(zhì)積累；產(chǎn)量

0 引 言

【研究意義】玉米是世界三大糧食作物之一，在國家糧食安全中具有舉足輕重的作用[1]。玉米又是新疆的主要糧食作物之一，也是飼草的主要原料。播種面積僅次于棉花和小麥[2]。磷在玉米營養(yǎng)中起著重要的作用。如果玉米磷素營養(yǎng)不足，會阻礙核蛋白的合成，嚴重抑制玉米的生長發(fā)育，花絲抽出延遲，造成雌雄花不遇，授粉困難，產(chǎn)生穗行不齊和缺粒禿尖的果穗，并且延遲成熟期[3]。隨著種植密度和玉米產(chǎn)量水平的提高，玉米的施磷量有較大幅度的增加，雖然前人對膜下滴管玉米施肥有了一定的研究，但在高密度栽培條件下(15 000 kg/hm2)以上產(chǎn)量水平的玉米滴管施肥技術(shù)研究較少，目前缺乏相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)和規(guī)范的灌溉施肥模式，亟待完善。在玉米施肥過程中，農(nóng)民為獲得較高產(chǎn)量，往往過量或不合理施用肥料，偏施氮肥而忽視了磷、鉀肥配合施用對玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成和養(yǎng)分吸收的促進作用[4]。這些問題不僅限制了滴灌玉米產(chǎn)量的提高，也增加了肥料投入成本，影響了經(jīng)濟效益。20世紀80年代以來，我國磷肥的生產(chǎn)和消費量持續(xù)快速增加，目前已躍居世界首位[5]。磷肥的大量施用，不僅導(dǎo)致磷肥利用率下降和生產(chǎn)成本的增加，而且加速了磷礦資源的枯竭并增大了環(huán)境風(fēng)險[6-7]。研究就是在滴灌玉米高密度栽培和最佳施氮、鉀量條件下,研究磷肥不同用量對玉米產(chǎn)量及干物質(zhì)積累的影響，從而建立玉米產(chǎn)量對磷肥的依存關(guān)系以及施磷模型，這在一定程度上既能滿足滴灌條件下玉米不同生長時期所需要的磷肥，又能節(jié)省磷肥用量，避免了多余的肥料對土壤造成污染，也減少了成本的投入。因此，研究天山北坡滴灌玉米高密度栽培條件下磷肥最佳施用量的范圍對提高玉米產(chǎn)量，節(jié)約磷肥使用成本和減少環(huán)境污染有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】有關(guān)磷素對作物養(yǎng)分積累動態(tài)、品質(zhì)以及產(chǎn)量的影響有許多研究[8-12]，但不同研究因試驗作物種類、生態(tài)條件、研究方法的差異，所得到的磷素對作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和土壤養(yǎng)分含量作用大小的結(jié)論也不盡相同。研究證明，施磷可顯著增加玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，施用磷肥可促進玉米對氮、鉀養(yǎng)分的吸收，但隨著施磷量的增加，磷肥的增產(chǎn)效益和利用率降低[13]。過量施用磷肥會使磷素在土壤中大量富集，致使磷素面源污染[14]。關(guān)于施磷方式和磷肥利用率的研究較多，滴灌玉米在高密度栽培條件下磷肥運籌規(guī)律的研究報道較少?！颈狙芯壳腥朦c】在高密度滴灌栽培條件下，研究玉米高產(chǎn)實現(xiàn)過程中磷肥的最佳用量范圍，掌握在高密度栽培條件下滴灌玉米磷肥運籌規(guī)律，為大田生產(chǎn)合理施用磷肥提供理論依據(jù)。通過磷肥與氮、鉀肥配施田間試驗，研究磷肥運籌對滴灌玉米高密度條件下物質(zhì)生產(chǎn)積累、分配的影響，豐富和發(fā)展滴灌玉米高密度條件下磷素養(yǎng)分高效管理理論，為研究地區(qū)及同類地區(qū)玉米減磷增效提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過田間試驗，研究滴灌玉米高密度栽培條件下不同磷肥施用量對玉米的生長、養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響，探尋適宜該區(qū)種植玉米磷肥最佳用量，為研究區(qū)玉米高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2014～2015年在第六師共青團農(nóng)場科技園區(qū)六師農(nóng)科所試驗地進行，試驗地屬中溫帶大陸性氣候，光能資源充足，熱能資源比較豐富，冬季嚴寒，夏季炎熱，春季氣溫上升快，秋季氣溫下降迅速；降水少，蒸發(fā)大，空氣相對濕度低。墾區(qū)年太陽總輻射5 585 MJ/M2，日照時數(shù)2 744～3 136 h，≥10℃年均積溫3 376～3 670℃，無霜期129～190 d，年均氣溫6.1℃，氣溫日較差大，年均降雨量114～168 mm，相對濕度60%。試驗地土壤為沙壤土，0～20 cm 耕層混合土樣pH 7.48、有機質(zhì)6.67 g/kg、全氮0.49 g/kg、堿解氮139.78 mg/kg、有效磷9.43 mg/kg、 速效鉀362 mg/kg、全磷0.876 g/kg、全鉀29.49 g/kg。

參試品種為鄭單958。試驗用肥：羅布泊硫酸鉀K2O含量51%；烏魯木齊石化產(chǎn)的昆侖牌尿素N含量46.4%；錦禾牌磷酸二氫鉀K2O含量34%、P2O5含量52%。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

各處理在氮、鉀肥用量一致的情況下，設(shè)磷肥用量為6個梯度。采用田間裂區(qū)試驗，6個磷水平為大區(qū)，大區(qū)內(nèi)設(shè)3個小區(qū)作為3次重復(fù)，重復(fù)間間隔2 m。試驗田播幅1.1 m，行距配置(40 cm+70 cm)平均行距0.55 m，株距0.15 m，每個小區(qū)4條膜8行，行長6 m，小區(qū)面積26.4 m2。密度：121 218 株/hm2。小區(qū)水肥控制：試驗設(shè)立單獨的滴水施肥系統(tǒng)，在每個小區(qū)入口處連接施肥罐，控制施肥量。

4月28日機械鋪膜，4月30日人工點種，5月10日出苗。全部肥料隨水滴施，N、K2O用量不變，分別為517.5、225 kg/hm2，P2O5設(shè)不同梯度，為112.5～300 kg/hm2。表1

表1 磷肥試驗方案

Table 1 The testing program of phosphorus application

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

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 干物質(zhì)

拔節(jié)期(6月8日)、大喇叭口期(6月24日)、吐絲期(7月16日)、成熟期(9月15日)在每個小區(qū)選取代表性植株5株，稱其鮮重，用烘干法置于105 ℃烘箱殺青60 min，后在80℃的恒溫下烘干至恒量，稱其干重，計算玉米地上部干物質(zhì)積累量。

1.2.2.2 葉面積指數(shù)(LAI)

每小區(qū)取樣5株，分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、成熟期測量每片葉的長度和最寬處的寬度，按如下公式計算：單葉面積=葉片長×葉片寬×系數(shù)(未展開葉片系數(shù)為0.5，展開葉片系數(shù)為0.75)[15]。葉面積指數(shù)(LAI)=(單株葉面積×小區(qū)株數(shù))/小區(qū)面積。拔節(jié)期、抽雄期、吐絲、成熟期測定每個小區(qū)的葉面積指數(shù)。

1.2.2.3 葉綠素

每小區(qū)選取長勢均勻一致的玉米植株5株。用SPAD-502PLus葉綠素測定儀于苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、成熟期測定葉片葉綠素含量。拔節(jié)期和大喇叭口期取植株上部倒數(shù)第3片葉，吐絲及其以后取穗位葉。

1.2.2.4 收獲期測產(chǎn)與考種調(diào)查

在成熟期選連續(xù)均勻有代表性的植株10株，測定株高、穗位、莖粗。玉米收獲期，調(diào)查小區(qū)實際收獲株數(shù)、空稈株、病蟲株及收獲總穗數(shù)，并實際收獲計產(chǎn)。隨機抽取10個果穗自然風(fēng)干，留作室內(nèi)考種，測定凸尖長、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重和出籽率。人工脫粒后測定鮮粒重和含水率，折算出含水量14%時的標(biāo)準產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007整理數(shù)據(jù)，SPSS.19數(shù)據(jù)分析軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥施用量與玉米籽粒產(chǎn)量的關(guān)系

通過試驗數(shù)據(jù)分析，玉米籽粒產(chǎn)量(Y)與施磷量(X)之間關(guān)系符合方程Y= -0.170 4X2+72.882X+8 228.5，決定系數(shù)R2=0.874 5**。研究表明，玉米籽粒產(chǎn)量隨著磷肥用量的增加而增加，當(dāng)施磷量(P2O5)為213.8 kg/hm2時玉米籽粒產(chǎn)量最高，再增加施磷量時，玉米籽粒產(chǎn)量開始下降。根據(jù)試驗磷肥施用量-玉米籽粒產(chǎn)量的回歸擬合方程可求得研究區(qū)理論施磷量為213.8 kg/hm2時，可獲得的最高理論產(chǎn)量為16 021.61 kg/hm2。圖1

2.2 不同施磷量對玉米不同生育階段干物質(zhì)積累和分配特征的影響

研究表明，隨玉米生育進程的推進，各處理玉米干物質(zhì)積累動態(tài)變化呈現(xiàn)上升特征。拔節(jié)期到大喇叭口期積累緩慢，進入抽雄吐絲期干物質(zhì)積累明顯加快，成熟期達到最大。在不同生育期對各處理干物質(zhì)積累量進行測定，拔節(jié)期處理3的干物質(zhì)積累量與處理5相比不顯著(P<0.05)，與其它處理相比都達到了顯著水平(P<0.05)。在大喇叭口期處理1、處理2、處理6的干物質(zhì)積累量與處理4和處理5相比達到顯著水平(P<0.05)，與處理3相比不顯著(P<0.05)。處理3與處理5相比達到顯著水平(P<0.05)。進入抽雄吐絲期后處理3與其它各處理相比干物質(zhì)積累量都達到顯著水平(P<0.05)。進入成熟期后各處理之間干物質(zhì)的積累量都不顯著(P<0.05)。從不同生育期施磷量的變化對干物質(zhì)積累的影響可以看出，抽雄吐絲期、成熟期干物質(zhì)積累的速度最快，處理3施磷量(P2O5)為187.5 kg/hm2在抽雄吐絲階段有利于地上干物質(zhì)的積累。圖2

圖1 磷肥施用量與玉米籽粒產(chǎn)量的關(guān)系

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

圖2 磷肥施用量與玉米不同生育階段干物質(zhì)積累的關(guān)系

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

2.3 不同施磷量下玉米葉面積指數(shù)的動態(tài)變化

葉片是玉米植株進行光合作用的主要場所，也是有機質(zhì)生產(chǎn)的重要器官，葉面積是描述玉米生長發(fā)育的重要參數(shù)之一，葉面積指數(shù)的大小直接決定著作物光能捕獲量以及CO2的吸收面積， 因此對光合作用有重要的影響。要獲得目標(biāo)產(chǎn)量就必須使葉面積指數(shù)保持在適宜的范圍之內(nèi)。研究表明，磷肥的施用對葉面積指數(shù)的前期影響有限，而在抽雄吐絲期較明顯。葉面積指數(shù)在玉米拔節(jié)期較小，以后隨著生育進程葉面積指數(shù)不斷增大，抽雄吐絲期達到高峰，到成熟期后葉面積指數(shù)下降。各個生育時期處理3的葉面積指數(shù)最大，拔節(jié)期、大喇叭口期、抽雄吐絲期處理3葉面積指數(shù)均與別的處理達到顯著水平。研究表明：施用磷肥能增加玉米的葉面積指數(shù)，且隨施磷量的增加葉面積指數(shù)呈上升趨勢，在處理3( P2O5為187.5 kg/hm2)時達到最大。表2

2.4 不同施磷量下玉米葉片SPAD值動態(tài)變化

葉綠素是捕獲光能、同化CO2的主要色素。葉綠素含量的高低反映了上部葉光合作用的強弱，在一定范圍內(nèi)，葉綠素含量越高，光合作用越強。不同施磷量下玉米葉片SPAD值，從苗期到抽雄吐絲期，玉米葉片SPAD值在不斷緩慢增加，到成熟期迅速下降，在玉米的每個生育時期不同施磷量下處理3玉米葉片的SPAD值最大。而處理3的產(chǎn)量也是最高的。說明光合作用越強產(chǎn)量越高。圖3

表2 不同施磷量下玉米葉面積指數(shù)變化

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

處理Treatment拔節(jié)期Jointing大喇叭口期Trumpetstage吐絲期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：小寫字母表示在5%水平上差異顯著

Note：Small letters correlation coefficients significant atP<0.05

圖3 不同施磷量玉米葉片SPAD值

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

2.5 施磷量對玉米株高和莖粗的影響

株高是反映玉米生長狀況的一個有效指標(biāo)。滴灌玉米在高密度栽培條件下不同磷肥用量對玉米株高與莖粗有顯著影響。研究表明，通過擬合，株高(Y)與施磷量(X)符合指數(shù)函數(shù)Y=0.052 4 ln(X)+2.534 2，R2=0.921 2。不同施磷量對玉米株高的影響較大，隨著施磷量的增加玉米的株高呈指數(shù)函數(shù)增高。圖4

圖4 磷肥施用量與玉米株高的關(guān)系

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

研究表明，隨著施磷量的增加，莖粗不斷增加，而后又開始下降。通過擬合，莖粗(Y)與施磷量(X)符合一元二次方程Y= -0.00 002X2+0.00 788X+1.35 121，決定系數(shù)R2=0.80 008。從曲線的變化規(guī)律可以看出，當(dāng)施磷量(P2O5)為197 kg/hm2時，莖粗達到最大，再增施磷肥莖粗反而開始下降。圖5

圖5 磷肥施用量與玉米莖粗的關(guān)系

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

3 討 論

2006年美國玉米高產(chǎn)競賽中根據(jù)土壤養(yǎng)分含量不同每級別前三名施磷量從0～162 kg/hm2不等，所以施肥量和產(chǎn)量之間并不是正比關(guān)系[16]，黃長江[17]研究認為施磷(P2O5)192.15 kg/hm2可獲得9 288.4 kg/hm2的理論產(chǎn)量。孫恒等[13]研究表明，施用磷肥對玉米籽粒產(chǎn)量有一定的影響，以施磷(P2O5)120 kg/hm2的玉米籽粒產(chǎn)量最高；達到玉米籽粒理論最高產(chǎn)量的磷肥施用量為181.8 kg/hm2。趙麗亞等[18]研究表明，施用磷肥可以使夏玉米籽粒產(chǎn)量增加8.5%～20.0%，磷肥深施要優(yōu)于分層施肥和淺施。研究表明，滴灌玉米在高密度栽培條件下，合理施用磷肥能協(xié)調(diào)營養(yǎng)器官與生殖器官的生長，從而提高玉米產(chǎn)量。隨著施磷量的增加玉米籽粒產(chǎn)量先增大后減少，呈拋物線趨勢，在該試驗條件下施磷量(P2O5)為187.5 kg/hm2時，獲得最高產(chǎn)量為16 087.5 kg/hm2。施用磷肥能增加玉米的葉面積指數(shù)，且隨施磷量的增加葉面積指數(shù)呈上升趨勢，施磷量(P2O5)為187.5 kg/hm2時有利于地上部分干物質(zhì)的積累。各個生育時期施磷量(P2O5)為187.5 kg/hm2時的葉面積指數(shù)和葉片SPAD值最大。有關(guān)滴灌玉米在高密度栽培條件下磷素利用生理機制仍需深入研究。

4 結(jié) 論

滴灌玉米在高密度栽培條件下合理施用磷肥能增加玉米干物質(zhì)重量，提高玉米葉面積指數(shù)，促進磷素向籽粒運轉(zhuǎn)，提高產(chǎn)量，玉米籽粒產(chǎn)量(Y)與施磷量(X)符合一元二次方程Y=-0.170 4X2+72.882X+8 228.5，決定系數(shù)R2=0.874 5**。磷過量會增加成本投入，降低磷肥利用率，造成肥料浪費，增加面源污染風(fēng)險。研究區(qū)滴灌玉米高密度栽培條件下最適宜的磷肥用量為P2O5為187.5 kg/hm2，可獲得的產(chǎn)量為16 087.5 kg/hm2。根據(jù)回歸擬合方程可求得研究區(qū)理論施磷量為213.8 kg/hm2，可獲得的最高理論產(chǎn)量為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

新疆兵團科技支疆項目“滴灌玉米高密度栽培條件下高產(chǎn)高效水肥運籌規(guī)律的研究”(2014AB020)

丁變紅(1981-)，女，甘肅通渭人，助理研究員，研究方向為作物高產(chǎn)栽培，(E-mail)86779300@qq.com

趙戰(zhàn)勝(1968-)，男，河南扶溝人，副研究員，研究方向為作物育種與栽培，(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)