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        灌水及肥料配施對夏玉米產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響

        2020-08-31 08:44:32張光巖徐良菊李俊良金圣愛
        山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年7期
        關(guān)鍵詞:鉀素磷素夏玉米

        張光巖,徐良菊,李俊良,2,金圣愛,2

        (1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,山東 青島 266109;2.山東省水肥一體化工程技術(shù)研究中心,山東 青島 266109)

        黃淮海平原是我國玉米主產(chǎn)區(qū)之一[1],占全國玉米種植面積的26.09% ~29.00%[2,3]。史常亮等[4]采用2004—2013年省級面板數(shù)據(jù),測算得出中國玉米主產(chǎn)區(qū)的過量施肥程度為44.58%。研究表明施肥量、施肥時期、不同肥料配比均會顯著影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量以及養(yǎng)分吸收利用效率[5-7]。高氮水平下磷鉀肥分施,不僅可以顯著提高作物產(chǎn)量、氮磷鉀的吸收量,還可提高磷鉀素吸收、利用效率、偏生產(chǎn)力[8]。林繼雄等[9]研究表明施磷量可影響植株磷素吸收量,低磷水平下,植株磷素吸收量明顯降低。氮鉀肥合理配施可促進小麥、玉米對氮鉀素吸收,提高植株體內(nèi)氮鉀含量,小麥、玉米對氮鉀素的吸收表現(xiàn)出一定的正交互作用[9,10]。劉淑霞[11]、王宜倫[12]等研究發(fā)現(xiàn),適量施用鉀肥,不僅可以增加玉米產(chǎn)量,還可顯著提高玉米生育期養(yǎng)分吸收總量,提高籽粒氮磷鉀積累量。此外,滴灌水肥一體化,將肥料溶解在水中,可實現(xiàn)灌溉與施肥同步進行,適時適量地滿足作物對水分和養(yǎng)分的需求[13-16],有效提高作物水肥的吸收利用[17,18]。本試驗以灌水和肥料配施為切入點,研究兩者對夏玉米產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響,旨在為山東青島砂姜黑土夏玉米高產(chǎn)高效種植提供數(shù)據(jù)支持。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地概況

        試驗于2019年6—9月在萊西五四農(nóng)場進行。萊西位于山東膠東半島中部,地處東經(jīng)120°12′~120°40′,北緯36°34′~37°09′,屬溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫11.3℃,氣溫年溫差較小,年平均降水量732 mm。

        試驗地前茬作物為小麥。土壤類型為砂姜黑土,0~30 cm土層土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)分別為有機質(zhì)16.58 g/kg、堿解氮128.63 mg/kg、速效磷72.12 mg/kg、速效鉀240.53 mg/kg,pH值6.82。

        1.2 試驗材料

        供試玉米品種為登海605。供試肥料為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O518%)和氯化鉀(K2O 60%)。

        1.3 試驗設(shè)計

        試驗采用灌水與施肥雙因素隨機區(qū)組設(shè)計,灌水量(D)設(shè)0、50 mm兩個水平,施肥(F)設(shè)不施肥0、NP、NK、PK、NPK五種配比,共設(shè)置10個處理。小區(qū)面積及各處理純養(yǎng)分用量見表1。

        表1 不同處理養(yǎng)分施用量

        玉米采取行距70 cm、株距21.3 cm進行播種,播深4~5 cm。施肥方式分基施和追施兩種。其中磷肥、鉀肥作為基肥一次性施入;不灌水處理氮肥依據(jù)基追比4∶6比例在大喇叭口期追施一次(追肥在陰雨天進行),灌水處理氮肥依據(jù)4∶3∶3比例在大喇叭口、灌漿期各追施一次,水肥同施。其它管理措施同大田。各處理重復(fù)3次,重復(fù)之間設(shè)置2行隔離區(qū)。

        灌水處理采用滴灌模式。滴灌管鋪設(shè)方式為1管1行。毛管采用迷宮式滴灌管,管徑16 mm、滴頭間距20 cm、滴頭流量3 L/h,滴灌管道材料為PVC管。

        1.4 測試項目與方法

        1.4.1 樣品采集及產(chǎn)量測定 玉米收獲期,將每個小區(qū)劃為測產(chǎn)區(qū)和采樣區(qū)兩部分。采樣區(qū),每小區(qū)隨機選取10株玉米測定其株高、鮮重等相關(guān)指標(biāo),取地上部植株帶回實驗室分別稱秸稈、果穗鮮重,測量果穗長、粗,然后用四分法取適量植物樣于105℃殺青30 min,75℃烘干,分別稱其干重、單株果穗粒重,數(shù)果穗的籽粒數(shù),最后用粉碎機磨細(xì)測定植株NPK含量。測產(chǎn)區(qū),選取長2 m、寬1.4 m區(qū)域,數(shù)取玉米株數(shù),之后將玉米果穗剝皮掰下帶回晾曬,記產(chǎn)。

        1.4.2 氮磷鉀養(yǎng)分含量測定 植株養(yǎng)分測定參照鮑士旦[19]的方法:H2SO4-H2O2消煮,用凱氏定氮儀測定全氮,釩鉬黃比色法測定全磷,火焰光度法測定全鉀。

        重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)含量;碳酸氫鈉浸提、鉬銻抗比色法測定土壤速效磷;醋酸銨浸提、火焰光度計法測定土壤速效鉀;pH計法測定土壤pH值(水土比5∶1);堿解擴散法測定土壤堿解氮[19]。

        1.4.3 氮磷鉀的相關(guān)指標(biāo)計算方法 本研究養(yǎng)分收獲指數(shù)、吸收效率、利用效率、肥料偏生產(chǎn)力、肥料利用率等計算方法[8-20]如下:

        氮(磷、鉀)素收獲指數(shù)(NHI)=籽粒氮(磷、鉀)素積累量/成熟期植株氮(磷、鉀)素總積累量 ;

        氮(磷、鉀)素吸收效率(NUPE,kg/kg)=植株氮(磷、鉀)素積累量/施氮(磷、鉀)量 ;

        氮(磷或鉀)素利用效率(NUE,%)=籽粒產(chǎn)量/植株氮(磷、鉀)素積累量 ;

        氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=施氮小區(qū)作物產(chǎn)量/施氮量 ;

        氮肥利用率(REN,%)=(UNPK-UPK)/FN×100 。

        式中:UNPK氮磷鉀區(qū)植株全氮含量,UPK為無氮區(qū)植株全氮含量,F(xiàn)N為氮肥投入量。

        磷、鉀肥利用效率的計算方法同氮肥。

        1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

        采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理,用DPS軟件進行統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗(LSD法)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 灌水及肥料配施對夏玉米養(yǎng)分吸收的影響

        由表2可知,不灌水條件下,玉米地上部氮、鉀吸收量均表現(xiàn)為F5處理顯著高于其它處理,F(xiàn)1處理顯著低于其它處理,F(xiàn)5處理地上部氮、鉀吸收量分別較F1處理高97.30%、96.43%。地上部磷吸收量表現(xiàn)為F4、F5處理分別比F1增加49.89%和22.56%,其中F4處理差異顯著。籽粒中氮、磷吸收量表現(xiàn)出相似趨勢,均是F5處理最好,F(xiàn)1處理最差。籽粒中鉀吸收量表現(xiàn)為F1、F4處理大于其它處理。

        灌水條件下,玉米地上部氮、磷、鉀吸收量均表現(xiàn)為D5處理高于或顯著高于其它處理,D1處理最低,D5較D1處理分別高146.14%、15.39%、152.20%。籽粒中氮、磷吸收量均表現(xiàn)為D2、D3、D5處理顯著大于D1、D4處理。籽粒中鉀素吸收量表現(xiàn)為D4處理顯著高于其它處理。

        灌水條件下各施肥處理地上部及籽粒養(yǎng)分吸收量均大于或顯著大于同種養(yǎng)分配施條件下的不灌水處理。

        表2 灌水與肥料配施對夏玉米養(yǎng)分吸收的影響 (kg/hm2)

        2.2 灌水及肥料配施對夏玉米氮素吸收與利用的影響

        由表3可知,不灌水條件下,F(xiàn)5處理氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率均高于或顯著高于其它處理;F4處理氮素利用效率顯著高于F2、F5處理;氮素收獲指數(shù)F1處理最大,但與F3差異不顯著,而顯著高于其它處理。

        灌水條件下,氮肥偏生產(chǎn)力,D5處理顯著高于D2、D3處理;氮素吸收效率,D5處理最高,但各處理之間差異不顯著;氮素利用效率、氮素收獲指數(shù)均與不灌水處理相似,即缺氮處理大于或顯著大于施氮處理。

        灌水處理的氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率均顯著高于同養(yǎng)分配施條件下的不灌水處理;氮素利用效率方面,除D1處理外,同種養(yǎng)分配施條件下不灌水處理均高于或顯著高于灌水處理;氮素收獲指數(shù)方面,D2、D3、D4處理大于或顯著大于F2、F3、F4處理。

        表3 不同灌水、施肥處理對夏玉米氮素吸收利用效率的影響

        2.3 灌水及肥料配施對夏玉米磷素吸收與利用的影響

        由表4可知,不灌水條件下,F(xiàn)5處理磷肥偏生產(chǎn)力顯著高于F2、F4;磷素吸收效率F4處理顯著大于F2;磷素利用效率、磷素收獲指數(shù)表現(xiàn)為F2、F3、F5處理均大于或顯著大于F1、F4。

        灌水處理對磷素吸收利用效率的影響規(guī)律與不灌水處理大致相符。D5處理在磷肥偏生產(chǎn)力、磷素吸收效率、磷素利用效率、磷素收獲指數(shù)方面均是較優(yōu)處理。磷肥偏生產(chǎn)力,D5處理顯著高于D2、D4;磷素吸收效率,D5處理最高,但各處理間差異不顯著;施肥處理磷素利用效率均高于不施肥處理,其中D3、D4、D5處理顯著高于D1;磷素收獲指數(shù),D2、D3、D5處理顯著高于D1、D4。

        灌水條件下,各處理磷肥偏生產(chǎn)力、磷素吸收效率均高于或顯著高于同種養(yǎng)分配施條件下的不灌水處理。磷素利用效率、磷素收獲指數(shù)則表現(xiàn)出與磷肥偏生產(chǎn)力、磷素吸收效率相反的趨勢。

        2.4 灌水及肥料配施對夏玉米鉀素吸收與利用的影響

        由表5可知,不灌水條件下,F(xiàn)5處理的鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀素吸收效率均大于或顯著大于F3、F4;鉀素利用效率、鉀素收獲指數(shù)均表現(xiàn)為F1、F3、F4處理顯著大于F2、F5。

        灌水條件下,D5處理鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀素吸收效率均顯著高于D3、D4;鉀素利用效率、鉀素收獲指數(shù)均表現(xiàn)為D1、D4處理高于或顯著高于其它處理。

        灌水條件下,鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀吸收效率均大于同種養(yǎng)分配施條件下的不灌水處理。鉀素利用效率(除D1處理外)、鉀素收獲指數(shù),同養(yǎng)分配施條件下灌水各處理與不灌水處理之間差異不顯著。

        表4 不同處理對夏玉米磷素吸收利用效率的影響

        表5 不同處理對夏玉米鉀素吸收利用效率的影響

        2.5 灌水及肥料配施對夏玉米肥料利用率的影響

        由表6可知,灌水與不灌水處理的肥料利用率均表現(xiàn)為氮肥利用率>鉀肥利用率>磷肥利用率;但相同肥料配施條件下灌水處理氮、磷、鉀肥利用率分別比不灌水處理高154.17%、42.19%、45.97%。

        2.6 灌水及肥料配施對夏玉米產(chǎn)量的影響

        由表7可知,不灌水條件下,玉米平均產(chǎn)量表現(xiàn)為施肥處理均顯著高于空白處理,其中F5較F1提高58.26%,可見施肥顯著影響玉米產(chǎn)量。不同養(yǎng)分配施對產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為F2、F3、F4之間差異不顯著,但均小于F5處理。

        表6 不同處理對肥料利用率的影響 (%)

        灌水條件下,平均產(chǎn)量變化、不同養(yǎng)分配施對玉米產(chǎn)量的影響與不灌水處理一致,其中D5較D1顯著提高49.12%??梢?,氮磷鉀三種養(yǎng)分中任意兩種養(yǎng)分配施對玉米產(chǎn)量的影響均顯著弱于氮磷鉀三種養(yǎng)分配施處理。

        本試驗中,灌水與否對夏玉米的產(chǎn)量沒有顯著影響,但同種養(yǎng)分配施條件下灌水處理夏玉米產(chǎn)量均高于不灌水處理。

        表7 不同處理對夏玉米產(chǎn)量的影響

        3 討論

        3.1 產(chǎn)量方面,本試驗結(jié)果表明,施肥處理夏玉米產(chǎn)量顯著高于不施肥處理,特別是氮磷鉀三種肥料合理配施,這與譚和芳等[21]的研究結(jié)論一致。王宜倫等[12]研究表明,氮肥后施可顯著提高夏玉米產(chǎn)量,與常規(guī)施肥相比增產(chǎn)9.62% ~15.95%。本試驗結(jié)果與其結(jié)論相似:灌水條件下氮磷鉀配施處理(D5)夏玉米產(chǎn)量比不灌水的F5處理增產(chǎn)450.83 kg/hm2。

        3.2 玉米地上部養(yǎng)分吸收方面,本試驗結(jié)果表明:施肥可促進玉米地上部養(yǎng)分吸收,氮磷鉀三種養(yǎng)分中任意兩種養(yǎng)分配施地上部養(yǎng)分吸收量均小于或顯著小于氮磷鉀三種養(yǎng)分配施;施氮處理有助于玉米地上部對氮、鉀的吸收。籽粒養(yǎng)分吸收方面,灌水與不灌水試驗結(jié)果均表明施氮處理還有助于促進籽粒對氮和磷的吸收,施鉀處理則有助于籽粒對鉀的吸收。這與前人研究結(jié)果相似[21-24]。

        3.3 氮肥偏生產(chǎn)力方面,氮磷鉀三種養(yǎng)分配施的氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率均大于或顯著大于任意兩種肥料配施,這與宋永林等[25]試驗結(jié)果相似。趙俊曄[26]、席吉龍[27]等研究表明,施氮量增加,會使氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率、氮素利用效率、氮素收獲指數(shù)降低。本試驗結(jié)果與其大致相同,同種肥料配施條件下灌水處理氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率、氮素收獲指數(shù)均大于不灌水處理,D5處理氮肥偏生產(chǎn)力、氮素吸收效率比F5處理分別高30.24%、39.02%。這除了與肥料用量有關(guān),還可能與灌水有一定關(guān)系[28]。

        磷肥偏生產(chǎn)力方面,氮磷鉀配施磷肥偏生產(chǎn)力顯著高于任意兩種肥料配施;磷素利用效率、磷素收獲指數(shù)方面,灌水與不灌水試驗結(jié)果均表明施氮處理夏玉米磷素利用效率大于或顯著大于不施氮處理。這與張經(jīng)廷[29]、李劉霞[30]等的研究結(jié)果相似。

        鉀素養(yǎng)分利用方面,鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀素吸收效率均表現(xiàn)出與氮、磷相似的趨勢,即氮磷鉀三種養(yǎng)分配施的鉀肥偏生產(chǎn)力、鉀素吸收效率均大于或顯著大于任意兩種肥料配施;鉀素利用效率、鉀素收獲指數(shù)灌水與不灌水試驗結(jié)果均表現(xiàn)為未施氮處理鉀肥利用效率顯著大于施氮處理??赡艿脑蚴鞘┯玫蕰黾佑衩壮墒炱诟晌镔|(zhì)量,此外,成熟期籽粒中的鉀會轉(zhuǎn)運至莖葉或秸稈,籽粒中鉀含量降低、地上部干物質(zhì)量增加都會使成熟期鉀素收獲指數(shù)減小。

        3.4 灌水處理氮、磷、鉀肥利用率均大于不灌水處理,由此可知,減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]。但是本試驗中磷、鉀肥利用率較低,可能的原因是土壤中速效磷、鉀含量較高。

        4 結(jié)論

        施肥可顯著提高夏玉米地上部養(yǎng)分吸收量、肥料偏生產(chǎn)力、養(yǎng)分吸收效率,氮磷鉀配施夏玉米氮、磷、鉀吸收較不施肥處理分別高97.30%~146.14%、15.39%~22.56%、96.43%~152.20%;氮磷鉀三種肥料配施的氮、磷、鉀肥偏生產(chǎn)力高于或顯著高于缺素處理;氮磷鉀三種肥料配施的氮、磷、鉀吸收效率高于或顯著高于缺素處理。施肥可有效提高磷素利用效率和收獲指數(shù),但會降低氮素、鉀素的利用效率和收獲指數(shù)。產(chǎn)量方面,施肥顯著提高作物產(chǎn)量,氮磷鉀配施夏玉米產(chǎn)量較不施肥處理提高49.12%~58.26%。此外,灌水模式由于實現(xiàn)了氮素后施,在減肥18.2%的基礎(chǔ)上,D5處理與F5處理相比氮、磷、鉀地上部吸收量、肥料偏生產(chǎn)力、吸收效率方面均有所提高。肥料利用率方面灌溉條件下氮、磷、鉀肥利用率分別達到60.62%、12.57%、25.15%,比不灌水處理分別高154.17%、42.19%、45.97%。產(chǎn)量方面D5處理夏玉米產(chǎn)量為7 325.26 kg/hm2,比F5處理(6 874.43 kg/hm2)提高6.56%。由此得出青島市萊西夏玉米減肥量20%左右、采用滴灌追肥兩次的田間管理模式不會造成玉米減產(chǎn)。

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