陳一昊,孔麗麗,侯云鵬,尹彩俠,張 磊,趙胤凱,劉志全

(吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 長春 130033)

玉米是我國當(dāng)前第一大糧食作物,也是重要的飼用、工業(yè)及能源原料,對我國的生存和發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)[1]。隨著我國人口總量和居民生活水平的不斷提高,對玉米需求仍呈增加態(tài)勢。東北地區(qū)是我國玉米的重要生產(chǎn)基地,據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì),2019年黑龍江、吉林和遼寧三省合計(jì)春玉米種植面積約為1 276.7萬 hm2,占全國的30.2%[2]。如何進(jìn)一步挖掘該區(qū)域玉米增產(chǎn)潛力已成為保障國家糧食安全的必要條件。

玉米物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配特征決定了營養(yǎng)物質(zhì)的去向,是玉米產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。而玉米物質(zhì)積累受品種、施肥技術(shù)以及環(huán)境效應(yīng)等因素的綜合影響[3-6],其中密度和養(yǎng)分管理是玉米物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的重要影響因素[5-6]。增加種植密度可以在一定范圍內(nèi)顯著提高冠層光截留、作物冠層生產(chǎn)力、收獲指數(shù)、生物量和產(chǎn)量[7-8]。因此,提高植株密度是提高玉米產(chǎn)量的途徑之一,也是目前最直接有效的栽培技術(shù)[9]。在養(yǎng)分管理中,鉀是玉米生長發(fā)育所需的重要營養(yǎng)元素之一。在植株蛋白質(zhì)、酶、淀粉、纖維素和維生素的合成、營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸和吸收、抵抗非生物和生物脅迫等方面起了重要作用。并可增強(qiáng)玉米抗倒伏和抗寒抗旱等能力,進(jìn)而增加玉米產(chǎn)量和改善品質(zhì)[10-13]。但在東北地區(qū),玉米種植密度低和鉀素施用不足在玉米種植系統(tǒng)中非常普遍[14-15]。因此,探索玉米密度與鉀肥的互促效應(yīng),對進(jìn)一步挖掘該區(qū)域玉米產(chǎn)量潛力具有重大意義。

目前,關(guān)于增加種植密度和施鉀對玉米生長發(fā)育的調(diào)控效應(yīng)研究較多,這些研究表明,在一定范圍內(nèi),群體葉面積、物質(zhì)積累和冠層光截獲量均隨種植密度的增加呈現(xiàn)增高趨勢[16]。但是,當(dāng)密度進(jìn)一步增加,導(dǎo)致冠層光截獲率過高,削弱玉米中下部葉層的光照條件,降低群體光合能力[17],進(jìn)而影響產(chǎn)量。而適宜的鉀肥用量可以促進(jìn)干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn),并能提高作物抗倒伏能力,提高作物的增產(chǎn)潛力[18-19]。但當(dāng)鉀肥施用不足或過量供應(yīng)時(shí),均會(huì)對作物生長發(fā)育產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)[20]?？梢?在玉米生產(chǎn)中種植密度和鉀肥用量只有維持高度協(xié)調(diào)和相互平衡的關(guān)系,才能夠充分發(fā)揮生產(chǎn)潛力,實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效。但縱觀前人研究,雖然有關(guān)種植密度和養(yǎng)分管理或不同種植密度對玉米干物質(zhì)積累的研究較多,但由于養(yǎng)分管理中鉀對玉米增產(chǎn)效果低于氮肥[14],因此,大多數(shù)是以氮素養(yǎng)分與種植密度組合研究,而關(guān)于東北典型黑土不同密度和鉀肥用量互作模式對玉米物質(zhì)積累與產(chǎn)量形成的協(xié)同調(diào)控增產(chǎn)機(jī)制還鮮見報(bào)道。鑒于此,本研究通過探索適度調(diào)控玉米種植密度、量化鉀肥用量以及兩者間互作效應(yīng)對玉米群體物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)特征以及玉米產(chǎn)量形成的影響,解析玉米增密與增施鉀肥的互利增產(chǎn)機(jī)制,以期為東北典型黑土區(qū)肥密耦合下鉀素高效利用和高產(chǎn)栽培技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年,在吉林省公主嶺市劉房子村進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于東北南部(35°28′ N,104°44′ E),平均氣溫 5.6 ℃,≥10 ℃積溫 2 980.4 ℃,屬中溫帶半濕潤區(qū);多年平均降水594.8 mm,為典型的雨養(yǎng)分農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)地塊附近自動(dòng)氣象站記錄的氣溫和降雨量見圖1。試驗(yàn)地土壤類型為黑土,播前耕層(0～20 cm)土壤水解性氮122.64 mg/kg,有效磷25.38 mg/kg,速效鉀116.47 mg/kg,有機(jī)質(zhì)22.74 g/kg,pH值6.86。

圖1 2018和2019年玉米生長季溫度與降雨量Fig.1 The temperature and precipitation of maize growing season in 2018 and 2019

1.2 試驗(yàn)材料

選用密植型玉米品種富民985為供試材料。2018年5月2日播種,10月3日收獲,2019年5月6日播種,10月5日收獲。供氮肥來源為尿素(46% N),磷肥為重過磷酸鈣(P2O546%)、鉀肥為氯化鉀(60% K2O)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素析因設(shè)計(jì),分別以3個(gè)種植密度水平(D1:5.5×104株/hm2、D2:7.0×104株/hm2、D3:8.5×104株/hm2)和5個(gè)施鉀(K2O)水平(K0:0 kg/hm2、K40:40 kg/hm2、K80:80 kg/hm2、K120:120 kg/hm2、K160:160 kg/hm2)的完全組合建立。共15個(gè)處理,各處理3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積40 m2(6行區(qū)),采用等行距種植模式。所有處理氮肥(N)和磷肥(P2O5)用量均分別為220,90 kg/hm2。施肥方法為:30%氮肥和全部磷鉀肥作為基肥施入,70%氮肥于拔節(jié)期施入。在玉米生育期內(nèi)無灌溉情況,其他栽培措施均同當(dāng)?shù)赜衩壮Ｒ?guī)生產(chǎn)田。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 干物質(zhì)量與鉀素測定 玉米生長-苗期(V3)、拔節(jié)期(V6)、大口期(V12)、吐絲期(R1)、灌漿期(R2)和成熟期(PM),在每小區(qū)選取長勢一致的玉米植株5株(苗期取30株),灌漿期和成熟期分解為莖稈和籽粒兩部分,在105 ℃殺青20～30 min后,80 ℃下烘干至恒質(zhì)量,計(jì)算不同生育時(shí)期單位面積群體干物質(zhì)量。并將成熟期玉米植株和籽粒樣品研磨后用H2SO4-H2O2消化、采用火焰光度法測定各部分鉀含量。

采用Logistic曲線擬合玉米不同生育時(shí)期干物質(zhì)積累量。方程Y=K/(1+aebt)擬合玉米生育期干物質(zhì)積累過程,式中,Y為干物質(zhì)積累量,t為時(shí)間(d),a、b為待定參數(shù),K為干物質(zhì)積累量理論最大值。對 Logistic方程求一階、二階和三階導(dǎo)數(shù),得到相應(yīng)生長曲線中干物質(zhì)快速積累期起始時(shí)期(t1)、終止時(shí)期(t2)、干物質(zhì)最大積累速率(Vm)、最大積累速率出現(xiàn)天數(shù)(tm)和平均積累速率(Va)。

1.4.2 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg/hm2)=營養(yǎng)器官吐絲期干質(zhì)量-營養(yǎng)器官成熟期干質(zhì)量;干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/營養(yǎng)器官吐絲期干質(zhì)量×100%;干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干質(zhì)量×100%。

1.4.3 產(chǎn)量及構(gòu)成因素測定 于玉米成熟期,在每個(gè)處理內(nèi)選取26.7 m2(中間4行)進(jìn)行人工收獲,晾曬后測定籽粒產(chǎn)量,并折算成14%的標(biāo)準(zhǔn)含水量。同時(shí)在各處理選擇10 個(gè)具有代表性果穗,測定產(chǎn)量構(gòu)成因素(穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量)。

1.4.4 鉀素利用效率 鉀素利用效率包括鉀素回收率(REK)、農(nóng)學(xué)利用率(AEK)和偏生產(chǎn)力(PFPK),公式如下[13]:

鉀素回收率(REK)=(不同密度下施鉀處理鉀積累量-低密度不施鉀處理鉀積累量)/施鉀量×100%;

鉀素農(nóng)學(xué)利用率(AEK,kg/kg)=(不同密度下施鉀處理籽粒產(chǎn)量-低密度不施鉀處理籽粒產(chǎn)量)/施鉀量;

鉀素偏生產(chǎn)力(PFPK,kg/kg)=施鉀處理籽粒產(chǎn)量/施鉀量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 365對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,使用 SPSS 19.0軟件進(jìn)行兩因素(種植密度和施鉀量)方差分析,不同施鉀量處理多重比較采用LSD法;用SigmaPlot 14.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干物質(zhì)積累特征

方差分析表明,除苗期外,種植密度、施鉀量以及兩因素的交互作用對玉米干物質(zhì)積累量的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平(圖2)。相同施鉀量下,隨種植密度的增加,除苗期外,其他各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為先增后降,以D2處理最高。2 a平均拔節(jié)期、大口期、吐絲期、灌漿期和成熟期干物質(zhì)積累量較D1和D3處理分別提高13.9%,8.9%,5.4%,6.5%,6.7%和7.3%,6.1%,2.1%,6.3%,2.7%。在相同種植密度下,玉米各生育期干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為隨施鉀量的增加而增加,其中D1密度下鉀肥用量增加至80 kg/hm2后增幅不再顯著(P>0.05),D2和D3密度下鉀肥用量增加至120 kg/hm2后增幅不再顯著(P>0.05)。種植密度與施鉀量互作下,玉米成熟期干物質(zhì)積累量以D2 K120處理最高,2 a平均干物質(zhì)積累量較D1K80和D3K120處理分別提高9.9%,3.7%。

圖2 不同處理玉米干物質(zhì)累積動(dòng)態(tài)Fig.2 The dynamic of dry matter accumulation under different treatments of maize

方差分析表明,種植密度對干物質(zhì)最大積累速率和平均積累速率的影響均達(dá)到極顯著水平,對干物質(zhì)快速積累期起始時(shí)期、終止時(shí)期和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間的影響均未達(dá)顯著水平;施鉀量對干物質(zhì)快速積累期起始時(shí)期、終止時(shí)期、最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間、干物質(zhì)最大積累速率和平均積累速率的影響均達(dá)到極顯著水平,而兩因素的交互作用僅對玉米干物質(zhì)最大積累速率和平均積累速率的影響達(dá)到極顯著水平(表1)。相同施鉀量下,除2019年D2 K40、D2K80和D2K160處理外,玉米干物質(zhì)最大積累速率和平均積累速率均表現(xiàn)為隨種植密度的增加呈先增后降的趨勢,且均以D2處理最高,2 a平均干物質(zhì)最大積累速率和平均積累速率較D1和D3處理分別提高4.0%,0.6%和8.5%,1.1%。在相同種植密度下,玉米干物質(zhì)最大積累速率、平均積累速率在一定施鉀范圍內(nèi)均表現(xiàn)為隨施鉀量的增加而顯著增加,且干物質(zhì)快速積累期起始時(shí)期、終止時(shí)期和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間均有所提前,其中D1密度下鉀肥用量增加至80 kg/hm2后增幅不再顯著(P>0.05),D2和D3密度下鉀肥用量增加至120 kg/hm2后增幅不再顯著(P>0.05)。種植密度與施鉀量互作下,玉米干物質(zhì)最大累積速率和平均積累速率在D2K120處理獲得最大值,2 a平均最大積累速率和平均積累速率較D1K80和D3K120處理分別提高8.4%,1.1%和12.1%,2.3%。

表1 不同處理玉米干物質(zhì)累積特征Tab.1 The characteristics of dry matter accumulation under different treatments of maize

2.2 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特征

種植密度對干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量影響達(dá)極顯著水平,對干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率的影響未達(dá)顯著水平;施鉀量對干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平,對干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響未達(dá)顯著水平;而兩因素的交互作用僅對干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量影響達(dá)到顯著水平(表2)。相同施鉀量下,干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量均表現(xiàn)為隨種植密度增加先增后降,以D2處理最高,2 a平均干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量較D1和D3處理分別提高10.6%和4.3%。在相同種植密度下,玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為隨施鉀量的增加而增加的趨勢,其中D1密度下當(dāng)鉀肥用量增加至80 kg/hm2后增幅不再顯著(P>0.05),而D2和D3密度下當(dāng)鉀肥用量增加至120 kg/hm2后增幅不再顯著(P>0.05)。種植密度與施鉀量互作下,干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率在D2K120獲得最大值。2 a平均物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)貢獻(xiàn)率較D1K80和D3K120處理分別提高14.7%,3.9%和0.7,0.1百分點(diǎn)。

表2 不同處理玉米干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)Tab.2 Dry matter translocation under different treatments

2.3 種植密度和施鉀量對玉米鉀素利用效率的影響

種植密度和施鉀量對鉀素回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力均達(dá)極顯著水平,且兩因素的交互作用達(dá)顯著水平(圖3)。相同施鉀量下,玉米鉀素回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為隨種植密度增加先增后降,以D2處理最高。與D1和D3處理相比,D2處理鉀素回收率分別提高11.3,4.2百分點(diǎn);鉀素農(nóng)學(xué)利用率分別提高69.7%,25.5%,鉀素偏生產(chǎn)力分別提高6.5%,3.1%。說明適宜提高種植密度可使玉米產(chǎn)量和鉀素積累總量增加,進(jìn)而提高了鉀素利用效率。相同密度下,隨施鉀量的增加,鉀素回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力均呈下降趨勢。

D×K表示密度和施鉀量間的交互作用;*.P<0.05;**.P<0.01。D×K indicates the interaction between density and K application rate;*.P<0.05;**.P<0.01.

2.4 玉米產(chǎn)量與構(gòu)成因素

種植密度和施鉀量對玉米產(chǎn)量均達(dá)極顯著水平,且兩因素間的交互作用達(dá)極顯著水平(表3)。相同施鉀量下,隨種植密度增加,玉米產(chǎn)量表現(xiàn)為先增后降,以D2處理最高,2 a平均產(chǎn)量較D1和D3處理分別提高6.9%,3.0%,差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。相同密度下,隨施鉀量的增加,玉米產(chǎn)量呈增加趨勢,其中在D1密度下施鉀量增加至80 kg/hm2后玉米產(chǎn)量增幅不再顯著(P>0.05);而在D2和D3密度下施鉀量增加至120 kg/hm2后玉米產(chǎn)量增幅不再顯著(P>0.05)。種植密度與施鉀量互作下,D2K120處理2 a平均玉米產(chǎn)量較D1K80和D3K120處理分別提高9.8%,3.4%。

表3 不同處理玉米產(chǎn)量與構(gòu)成因素Tab.3 Maize yield and its components under different treatments

產(chǎn)量構(gòu)成因素中,種植密度對玉米穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量影響均達(dá)顯著或極顯著水平,施鉀量對穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量影響達(dá)顯著或極顯著水平,對穗數(shù)的影響未達(dá)顯著水平,而兩因素的交互作用對玉米穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的影響達(dá)到顯著或極顯著水平。相同鉀肥用量下,隨種植密度的增加,玉米穗數(shù)呈增加趨勢,而穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量呈下降趨勢。相同密度下,玉米穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量表現(xiàn)隨施鉀量的增加而增加;其中D1密度下施鉀量增至80 kg/hm2后穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量增幅不再顯著(P>0.05);D2和D3密度下施鉀量增至120 kg/hm2后穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量增幅不再顯著(P>0.05)。而不同施鉀處理玉米穗數(shù)差異均未達(dá)顯著水平(P>0.05)。

回歸分析表明(圖4),在不同密度下,鉀肥用量與玉米產(chǎn)量呈顯著的線性加平臺(tái)關(guān)系(R2=0.825**～0.942**);與鉀素回收率呈顯著的指數(shù)關(guān)系(R2=0.944**～0.961**)。結(jié)合回歸方程,求得D1、D2和D3密度下鉀肥用量分別為75.8,109.9,110.5 kg/hm2,平臺(tái)產(chǎn)量分別為10 656,11 703,11 340 kg/hm2。而在此施鉀量下,鉀素回收率分別為29.6%,33.7%,28.8%。以理論最高產(chǎn)量鉀肥用量的95%作為置信區(qū)間,計(jì)算出D1、D2和D3密度下施鉀范圍分別為72～80 kg/hm2,104～115 kg/hm2,105～116 kg/hm2。而D2密度下鉀肥適宜用量在較D1處理鉀肥用量提高44.5%以及與D3處理相持平條件下,玉米產(chǎn)量分別提高9.8%,3.2%,鉀素回收率分別提高4.1,4.9百分點(diǎn)。

圖4 不同密度處理籽粒產(chǎn)量、鉀素回收率與施鉀量的關(guān)系Fig.4 Correlations between K application rates,maize yield and K recovery efficiency under different densities

3 結(jié)論與討論

3.1 種植密度與鉀肥用量對干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)特征的影響

干物質(zhì)是作物光合作用產(chǎn)物的最高形式,其積累量高低直接影響作物產(chǎn)量[21]。而種植密度和施鉀量作為玉米生產(chǎn)重要調(diào)控措施,對干物質(zhì)積累影響顯著[22-23]。魏廷邦等[24]研究發(fā)現(xiàn),種植密度可顯著影響玉米干物質(zhì)積累速率。隨種植密度的增加,干物質(zhì)積累速率顯著增大,但當(dāng)密度增大到一定數(shù)量后,干物質(zhì)積累速率有所下降。而本研究結(jié)果也表明,群體干物質(zhì)積累速率和積累總量隨種植密度的增加呈先增后降趨勢,其群體干物質(zhì)積累速率和積累總量最高值出現(xiàn)在種植密度7.0萬株/hm2處理,主要是由于適宜增加種植密度可優(yōu)化作物群體光合特性[25],促進(jìn)群體干物質(zhì)積累速率,使積累總量得到提高,但當(dāng)超過適宜密度,玉米光合能力下降,影響光合產(chǎn)物的生產(chǎn),從而造成干物質(zhì)積累總量下降[26]。本研究小組前期的研究表明[27],在適宜群體密度基礎(chǔ)上,通過肥料合理運(yùn)籌,可進(jìn)一步促進(jìn)群體干物質(zhì)積累。本研究中,在適宜種植密度下(7.0萬株/hm2),增施鉀肥進(jìn)一步提高了干物質(zhì)最大積累速率和積累總量,并且干物質(zhì)快速積累期起始時(shí)期和最大積累速率出現(xiàn)時(shí)間均有所提前。其主要原因是適宜的鉀肥用量可延緩葉綠素含量的降低,改善作物光合特性,使植物體生育后期葉片光合功能期延長,使干物質(zhì)積累進(jìn)一步提高[28]。但當(dāng)鉀肥用量超過作物需求后,不僅不會(huì)提高玉米干物質(zhì)積累總量,還會(huì)導(dǎo)致作物對鉀素的奢侈吸收[29]。此外,種植密度和施鉀量互作還顯著提高了玉米吐絲后干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn),其中以D2K120處理達(dá)到最高。由此說明,合理的種植密度結(jié)合適宜的鉀肥用量可有效改善玉米的生長狀況,提高干物質(zhì)積累總量,促進(jìn)干物質(zhì)向庫器官籽粒的轉(zhuǎn)移,進(jìn)而增加了干物質(zhì)積累對籽粒的貢獻(xiàn)率。

3.2 種植密度與鉀肥用量對玉米產(chǎn)量形成的影響

增加密度是提高玉米單產(chǎn)重要技術(shù)途徑之一[16,26]。單位面積玉米穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒質(zhì)量是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),三者間任何一個(gè)因素都會(huì)影響產(chǎn)量的高低[30]。相關(guān)研究表明[26,31],在一定密度范圍內(nèi),隨著密度增加,玉米單株生產(chǎn)力下降,使穗粒數(shù)和粒質(zhì)量有所下降,但通過提高群體數(shù)量,使群體產(chǎn)量得到提高。本研究中,相同施鉀量下,增加種植密度雖然降低了玉米穗粒數(shù)和粒質(zhì)量,但由于顯著增加了玉米穗數(shù),使群體效應(yīng)的增幅大于單株效應(yīng)的降幅,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)。但種植密度過高時(shí),會(huì)使玉米的群體光合能力下降[32],導(dǎo)致玉米穗粒數(shù)與粒質(zhì)量降度低于群體增產(chǎn)效應(yīng),最終導(dǎo)致減產(chǎn)。可見產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵。此外,在適宜密度下增施鉀肥是進(jìn)一步提高玉米產(chǎn)量的重要措施[33]。本研究中適宜種植密度條件下(7.0萬株/hm2),施鉀量增加至120 kg/hm2獲得了較高的玉米產(chǎn)量,而穗粒數(shù)和粒質(zhì)量的增加是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。主要原因是施鉀可以提高植株體內(nèi)活性氧清除酶的代謝合成量,提高光合性能,促進(jìn)葉片積累較多的同化產(chǎn)物[34],進(jìn)而滿足籽粒灌漿期對光合產(chǎn)物的需求,加速光合物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)[35],獲得高產(chǎn)。

3.3 種植密度與鉀肥用量對玉米鉀素利用效率的影響

評(píng)價(jià)栽培措施是否合理應(yīng)綜合考慮增產(chǎn)效應(yīng)和肥料利用效率。合理的密度配套養(yǎng)分優(yōu)化管理是實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)和資源高效利用的有效途徑[36]。相關(guān)研究指出,在適當(dāng)肥密條件下,可顯著提高玉米群體干物質(zhì)積累總量和鉀素積累總量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量與鉀素利用效率的協(xié)同提高,并能顯著減少溫室氣體排放,降低污染[37]。本研究結(jié)果表明,種植密度7.0萬株/hm2下最高產(chǎn)量處理(D1K120)鉀肥用量雖較5.5萬株/hm2最高產(chǎn)量處理(D1K80)增加40 kg/hm2,但該處理產(chǎn)量和鉀素利用效率均顯著高于后者。說明,適當(dāng)增密結(jié)合適量增施鉀肥,可促進(jìn)玉米產(chǎn)量和鉀素利用效率協(xié)同提高。

3.4 適宜鉀肥用量的確定

目前,通過肥料投入和作物產(chǎn)量之間的函數(shù)關(guān)系確定適宜肥料用量是最常用的方法,在農(nóng)業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用[20,29]。本研究中,在不同種植密度下建立肥料投入和作物產(chǎn)量的關(guān)系基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了鉀肥投入與鉀素利用效率的關(guān)系。與5.5萬株/hm2密度下的鉀肥適宜用量(72～80 kg/hm2)相比,7.0萬株/hm2密度下的鉀肥適宜用量(104～115 kg/hm2)雖然增加了44.5%,但相對應(yīng)的玉米產(chǎn)量和鉀素回收率分別提高9.8%,4.1百分點(diǎn)。因此,可將104～115 kg/hm2的鉀肥用量,可作為玉米密植條件下高產(chǎn)高效的鉀肥適宜用量。

種植密度與鉀肥用量的交互作用對玉米干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量及鉀素利用率的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平。兩者互作充分發(fā)揮了玉米群體生產(chǎn)潛力,實(shí)現(xiàn)玉米鉀素需求與鉀素供應(yīng)平衡。當(dāng)種植密度增加至適宜范圍時(shí),通過調(diào)控鉀肥用量達(dá)到最適穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)。因此,在東北春玉米實(shí)際生產(chǎn)中,種植密度70 000 株/hm2配合施鉀量104～115 kg/hm2的栽培模式,可在確保玉米高產(chǎn)的同時(shí),顯著提高鉀素利用效率。