四川山地、丘陵玉米N、P、K需肥特性及肥料利用率研究

余垚颖，莫太相 ，刘金丹，郭应菊，陈代容，王明富*

(1.四川省农业科学院植物保护研究所，四川 成都 610066；2.四川省中江县农业局，四川 德阳 618000；3.四川省农业技术推广总站，四川 成都 610041)

【研究意义】玉米是我国重要的粮饲及能源作物，其稳产高产对保证粮食供给、社会稳定和经济发展有重要作用。N、P、K是作物生长发育必需的三大营养元素，其吸收利用率直接影响作物生长发育、产量及品质[1-2]。作物在不同地区的养分需求量和养分利用率存在较大差异[3-6]，同时作物在不同生育阶段对各种营养元素需求量也不相同[7-9]。因此分地域了解作物三大营养元素的吸收和需求规律，有助于精准化施肥，提高作物产量。【前人研究进展】玉米生物量累积曲线与N、P、K养分累积曲线基本一致，都呈“S”型[10]，且玉米大喇叭口期到子粒建成期的养分吸收是决定玉米产量的关键时期[11]，N、P、K胁迫能显著影响玉米幼苗成长，其中氮胁迫影响最大，磷胁迫影响次之，钾胁迫影响最小[12]。目前针对四川丘陵及山地玉米种植过程中，不同生育期N、P、K的需肥特性未见报道。【本研究切入点】本研究在四川山地和丘陵地区安排多个试验点，研究生育期不同阶段玉米对N、P、K的需求特性，当地农民习惯施肥模式对养分收获指数和肥料利用率的影响。【拟解决的关键问题】此结果以期为四川玉米种植过程中科学施肥和专用配方肥研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

2015年，在四川丘陵和山地布置6个试验点，各试验点土壤基本情况、前茬作物、供试品种等见表1。

1.2 试验设计

各试验均设2个处理：CK为不施肥，C1为当地农民习惯施肥模式(表2)，重复 3 次，小区面积65 m2，种植密度48 000株/hm2，播种期4月25日至5月10日，收获期8月26日至9月5日，全程依靠雨养种植，其它生产管理措施均采用当地农民常规管理方法。

1.3 样品采集与测定

玉米播种前、三叶期、拔节期、抽穗期、吐丝期及成熟收获期，小区采用5点取样法，取10～20 cm植株根系土壤，实验室风干磨细过筛后测土壤碱解氮、速效钾、有效磷，具体测定方法参见文献[13]。

玉米三叶期、拔节期、抽穗期、吐丝期及成熟收获期，小区依次采集5、3、3、3、3株玉米植株，实验室风干磨细过筛后，用连续流动分析仪(AA3)检测其根、茎、叶的全氮、全磷、全钾的含量。

生育性状调查。收获期每小区随机取样 3 株，进行穗粒数、穗粗、千粒重、穗行数等测定。

1.4 参数计算与统计分析

根据参考文献[14-15]，计算如下参数：

肥料农学利用率(Agronomic efficiency,AE) = (施肥区产量-无肥区产量)/(施N量+施P2O5量+施K2O量)；

肥料贡献率(Fertilizer contribution rate,FCR, %) = (施肥区产量-不施肥区产量)/施肥区产量×100；

地力贡献率(Soil contribution rate,SCR,%) = 不施肥区产量/施肥区产量×100；

收获指数(Harvest index，HI，kg·kg-1)= 籽粒产量/地上部总产量；

氮收获指数(Nitrogen harvest index，NHI，kg·kg-1)=籽粒吸氮量/地上部总吸氮量，同理计算磷、钾收获指数(PHI、KHI)。

表1 试验田基本情况

表2 各地具体施肥

表3 玉米不施肥处理不同时期养分吸收情况

表4 玉米施肥处理不同时期氮的吸收情况

表5 玉米施肥处理不同时期磷的吸收情况

使用Microsoft Excel 2007处理数据和作图，SPSS软件进行其它统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同时期土壤养分变化情况

施肥后土壤碱解氮呈现先升后降再升后降的趋势，土壤中碱解氮含量2次高峰期为三叶期和吐丝期；土壤有效磷呈现先升后降再升后降的趋势，施肥后土壤中有效磷含量最高时期是三叶期；施肥后三叶期为土壤中速效钾含量最高时期，且玉米成熟收获期土壤中速效钾含量低于播种时(图1～3)。四川山地和丘陵地区玉米施肥后土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量呈先升后降再升后降的趋势，整个生育存在2个高峰点，这与施肥习惯有关，即除了施用基肥外，均会在后期追施攻苞肥，但玉米成熟收获期土壤中速效钾含量低于播种时，表明肥料中速效钾养分不能满足玉米生长后期对钾素的需求。

表6 玉米施肥处理不同时期钾的吸收情况

2.2 玉米不同部位生育期不同阶段N、P、K吸收规律

玉米吸N、P、K量占整个生育期的比例。播种～三叶期分别为1.34 %、5.33 %、10.33 %，三叶期～拔节期为4.54 %、30.76 %、14.42 %；拔节期～抽雄期为29.74 %、29.48 %、29.14 %；抽雄期～吐丝期为25.7 %、-1.84 %、46.84 %；吐丝期～成熟期为38.69 %、36.27 %、-0.72 %。丘陵和山地试验点的施肥与不施肥处理中玉米的需氮和磷高峰期是均拔节期～抽雄期和吐丝期～成熟期，占整个生育期的60 %以上，而在抽雄～吐丝期需磷量最少，甚至出现下降现象；需钾高峰期则是拔节期～吐丝期，占整个生育期的70 %以上。

从部位分析，从播种～抽雄期(即生育前期)吸氮量：叶>茎>根；吸磷量：叶>根>茎；吸钾量：茎>叶>根；整个生育期吸氮量：籽>叶>茎>根，丘陵不施肥与施肥处理籽粒的吸氮量分别是5275.96 和9681.58 mg/株，山地不施肥与施肥处理吸氮量分别是5377.43 和9314.58 mg/株；整个生育期不施肥处理的吸磷量：叶>籽>茎>根，丘陵和山地叶的吸磷量分别是552.58 和476.08 mg/株，施肥处理的吸磷量：籽>叶>茎>根，丘陵和山地籽的吸磷量分别是1308.76和1334.26 mg/株；整个生育期吸钾量：茎>籽>叶>根，丘陵不施肥与施肥处理的茎吸钾量分别是797.82 和1316.43 mg/株，山地不施肥与施肥处理茎的吸钾量分别是787.6和1316.43 mg/株(表3～6)。 综上所述可知，在玉米的生长后期(吐丝期～成熟期)氮磷的需求量较大，以籽粒主，同时抽雄期～吐丝期与吐丝期～成熟期相比茎叶的氮磷含量降低，籽粒中的氮磷含量增加，表明在生长后期茎、叶中的氮磷营养部分转移至籽粒；玉米对于钾的需求量较大时期是拔节期～吐丝期，以茎的需钾量最大，同时抽雄期～吐丝期与吐丝期～成熟期相比，茎的钾含量降低，根、叶和粒的钾含量增加，表明在生长后期茎中的钾营养向根、叶和籽粒中转移。

2.3 生育性状分析

玉米收获后，对不同地点的生育性状进行分析表明：丘陵和山地2个试验点，施肥后在穗长、行粒数、穗重、穗粒重、出籽率和千粒重上高于未施肥处理，但均不存在显著性差异，其施肥方式有待改善(表7)。

2.4 肥料贡献率与养分收获指数分析

从表 8可知，丘陵和山地试验点肥料对玉米产量的贡献率分别为27.98 %和25.09 %，即相应的土壤依存率为72.02 %和74.91 %；农学利用率是表示施用肥料的每千克N、P2O5、K2O增产玉米籽的能力。分析表可知，丘陵试验点的农学利用率相对较高。由此表明：两地在目前的施肥方式下其肥料利用率较低，其玉米的生产主要还是依靠土壤中的养分供应。

表7 玉米生育性状方差分析

养分收获指数是指籽粒中养分吸收量与地上部吸收总量的比值，该指标反映了作物生长后期养分由营养体向籽粒转移的强度。表9显示，两地N、P、K的收获指数范围分别为：0.63～0.67、0.34～0.66、0.25～0.33，与CK处理相比，C1处理丘陵和山地试验点的NHI、PHI、KHI呈增加趋势，特别是PHI呈明显增加；从地区来分析，丘陵试验点在N、P、K的收获指数上要高于山地。综上表明，生长后期N、P养分由营养体向籽粒转移强度高于K，这与前面生长后期各部位N、P、K的需求规律基本一致；施肥与不施肥相比，施肥有利于N、P、K养分向籽粒运输，从而增加了收获期植株养分总量中籽粒养分所占的比例，但增加幅度均较低。

表8 常规施肥肥料贡献率

表9 养分收获指数分析

3 结论与讨论

实现作物高产和养分高效是转变中国现代农业发展方式的迫切需求，也是保障我国粮食安全的长期需求[16]。因此本文通过了解四川盆地及山地玉米对养分的需求特性及当地农民习惯施肥模式下肥料的利用情况，为玉米科学合理施肥和研究配方肥奠定基础。研究表明：四川盆地及山地地区玉米肥料养分释放与玉米植株需求之间的协调性较差，即玉米播种～拔节期肥料释放养分多，植株需求量少；吐丝～成熟期肥料养分极少或无，植株需求量多，使得肥料利用率低，严重影响玉米产量与品质，因此应适当减少前期养分供应，加大中后期肥料的养分供应，以期在玉米籽粒形成时予于充足的养分，提高玉米产量与质量。

作物养分积累是生物量积累的基础，显著影响产量的形成。本研究表明，从生育期分析，玉米对需氮和磷养分的高峰期均为拔节期～抽雄期和吐丝期～成熟期，占整个生育期的60 %以上，需钾高峰期是拔节期～吐丝期，占整个生育期的70 %；从部位分析，生育前期N、P、K主要分布在叶和茎中，生育后期N、P主要分布于籽粒中，钾主要分布于茎和籽粒中，这与赵营等人[10-11]的研究结果基本一致，可见提高玉米生育中后期N、P、K的供给更有利于玉米产量形成。

合理施肥不仅是提高作物产量的基础，也是提升土壤养分含量、培肥地力的关键。玉米开花后根系养分吸收和营养体的转移是子粒养分的主要来源。李文娟等[17]指出，营养器官N、P、K转运量分别占子粒养分的54.5 %～60.6 %、56.0 %～85.8 %和52.4 %～100.0 %。本研究表明，四川盆地及山地区农民习惯施肥模式下，肥料对玉米产量的贡献率变幅为25.09～27.98 %；N、P、K的农学利用率的变幅是4.47～5.81 kg/kg；施肥后N、P、K的收获指数范围分别为：0.65～0.67、0.64～0.66、0.30～0.33，这与当地农民施肥模式中重氮磷肥、轻钾肥和前期投入量大于后期的习惯相关，使得玉米前期生长过旺，后期养分供应不足，降低后期玉米籽粒对养分的吸收，使得籽粒N、P、K养分主要依靠从茎叶中转运所得。

国内外许多学者研究表明：不科学的施肥，造成肥料养分释放与植株养分吸收不协调[18-19]及肥料利用率低[20]，是影响作物产量和质量的重要因素。在四川地区按目前玉米种植的施肥方式，肥料利用率较低，玉米的生产主要依靠土壤养分供应，其施肥方式或施肥种类有待进一步改进。根据四川的情况可从以下几个方面研究，提高肥料利用率：调整施肥时间和比例，提高对钾肥的重视度，提升作物养分需求与肥料养分释放的协调性，以减少肥料的损失；施用缓/控释肥[21-22]；根据研究结果研制缓释与速效为一体的玉米专用配方肥，以期减少劳动力投入，提高产质量。