李小煒,李曉韜

(榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院,陜西 榆林 719000)

玉米已成為我國最重要的糧食作物之一,在食品、飼料、工業(yè)原料等方面具有廣泛的用途[1-2]。高產(chǎn)栽培技術(shù)已使玉米單產(chǎn)大幅提高,其中化肥投入尤其是N、P、K肥投入是實現(xiàn)玉米增產(chǎn)的最重要因素[3]。但是由于施肥缺乏科學(xué)依據(jù),不能掌握N、P、K素在玉米體內(nèi)分布和積累的規(guī)律,造成了3種肥料配施不合理、施肥量不科學(xué)等多種問題[4-5]，導(dǎo)致了玉米產(chǎn)量降低、肥料浪費、生產(chǎn)成本提高、土壤化肥殘留污染等諸多問題[6-8]。

前人對玉米N、P、K素吸收規(guī)律的研究大多是在灌水充分的條件下進(jìn)行的，而在干旱地區(qū)進(jìn)行的類似研究很少。干物質(zhì)積累是研究作物N、P、K素積累的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也是產(chǎn)量研究的依據(jù)[9]。在干旱地區(qū)玉米栽培中，灌水量不足,玉米對N、P、K素的吸收和積累具有其特殊性。鑒于此，我們在寧夏中部干旱少雨、土壤貧瘠[10]的鹽池縣開展試驗，研究了不同水肥條件下N、P、K素在玉米整株和根、莖、葉、籽粒中的分布和干物質(zhì)積累規(guī)律,以期為干旱區(qū)玉米生產(chǎn)中N、P、K肥科學(xué)配合施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年在鹽池縣實施,該地為干旱半干旱氣候,日平均溫度21.6 ℃,年降水量265 mm,≥10 ℃有效積溫為2949.9 ℃·d,無霜期151 d。該地由于自然生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞,常年風(fēng)沙,原灰鈣土表層覆蓋深厚沙土。土壤容重1.44, pH 8.5,總孔隙度46.42%,田間持水量18.4%；速效氮27.88 mg/kg,速效鉀92.5 mg/kg,速效磷3.24 mg/kg,有機質(zhì)3.18 g/kg。

供試玉米品種為正大12,種植密度為90900株/hm2;采用滴灌,進(jìn)行水、肥一體化管理。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 灌水量試驗:試驗設(shè)置3個處理:1350、2700、4500 m3/hm2,每個處理3個重復(fù)。分別施N、P、K肥562.5 kg/hm2;在播種前施用4500 kg/hm2有機肥作為基肥。

施肥量試驗:試驗設(shè)置3個處理,每個處理3個重復(fù): N、P、K肥總量分別為450、675、900 kg/hm2。在播種前統(tǒng)一施用4500 kg/hm2有機肥作為基肥；各處理的灌水量均為3150 m3/hm2。滴灌肥中N∶P2O5∶K2O=25∶9∶16,總養(yǎng)分率為56%， N∶P∶K≈6∶1∶3。

生育期干物質(zhì)積累變化規(guī)律試驗:設(shè)置1個處理3個重復(fù),生育期施N、P、K肥總量675 kg/hm2；施4500 kg/hm2有機肥作為基肥；滴灌量為2700 m3/hm2。

1.2.2 測定方法 生育期干物質(zhì)積累規(guī)律試驗:在玉米生育期間，每隔10 d隨機采集3株，測定平均株高、莖粗,測量根、莖、葉、籽粒干重。

不同施肥量和灌水量下N、P、K及干物質(zhì)積累規(guī)律試驗:在玉米灌漿后期，測量不同水、肥處理下玉米整株和各器官中N、P、K及干物質(zhì)的積累量。用H2SO4-H2O2消煮蒸餾法測定全氮含量,用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定全磷含量,用火焰光度計讀取測定[11]全鉀含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

以下項目均采用單因素方差分析(one-way ANOVA):不同灌水量、施肥量下玉米干物質(zhì)積累量的差異；不同灌水量、施肥量下各器官N、P、K素積累量的差異。統(tǒng)計學(xué)分析采用SAS 8.01數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 干物質(zhì)積累規(guī)律

2.1.1 生育期干物質(zhì)積累隨時間的變化規(guī)律 在N、P、K肥總量675 kg/hm2、滴灌量2700 m3/hm2條件下進(jìn)行試驗。從圖1-a可以看出：在生育期0～40 d的苗期，干物質(zhì)積累緩慢;從生育期30 d到生育期90 d,為苗期末期到拔節(jié)期結(jié)束,干物質(zhì)積累為逐漸加快的過程；在拔節(jié)中后期，即生育期70～90 d,為整個生育期間干物質(zhì)積累最快期,此期水、肥供應(yīng)是玉米高產(chǎn)的關(guān)鍵;生育期90～120 d為灌漿早期和中期,由于果穗的迅速生長,干物質(zhì)積累仍然保持著較快的增長速度；在生育期120～150 d即灌漿后期,果穗生長逐漸停止,莖葉也逐漸停止生長,干物質(zhì)積累基本停止。因此，在玉米生育期間，干物質(zhì)積累總體表現(xiàn)為慢-快-慢的趨勢。

從圖1-b可以看出：在生育期0～90 d,根、莖、葉中干物質(zhì)積累呈現(xiàn)一個從緩慢到逐漸加快的過程，這是由拔節(jié)期玉米生長迅速所致；在播種90 d后，即進(jìn)入灌漿期后,各器官干物質(zhì)積累表現(xiàn)為逐漸降低趨勢,這是因為這一時期以籽粒生長為主,營養(yǎng)器官逐漸停止生長甚至枯萎脫落；莖部干物質(zhì)積累在拔節(jié)期后迅速下降,也充分說明莖部大量營養(yǎng)物質(zhì)向果穗轉(zhuǎn)移,供果穗生長，因此果穗干物質(zhì)積累在灌漿期呈迅速上升趨勢。

圖1 玉米在不同生育期干物質(zhì)的積累

2.1.2 不同灌水量下玉米干物質(zhì)積累規(guī)律 從圖2-a可以看出,隨著灌水量從1350 m3/hm2增加到4500 m3/hm2,玉米整株干物質(zhì)積累呈顯著增加趨勢(P<0.05)。因此在灌水不充分的干旱地區(qū),增加灌水是提高玉米干物質(zhì)積累量的最重要手段。

從圖2-b可以看出,在施肥量相同條件下,隨著灌水量的增加,玉米根、莖、葉、籽粒干物質(zhì)積累均呈上升趨勢,說明在干旱區(qū)水分不飽和條件下,增加灌水量有利于根系吸收營養(yǎng)物質(zhì),體內(nèi)較多的水分有利于提高光合作用效率和產(chǎn)量。從該圖也可以看出,干物質(zhì)多積累于籽粒中,籽粒中干物質(zhì)約等于根、莖、葉中干物質(zhì)積累的總和；莖部干物質(zhì)積累量大于葉部干物質(zhì)積累量,而根部干物質(zhì)積累量最少。從不同灌水處理下干物質(zhì)積累量的斜率來看,增加灌水對籽粒干物質(zhì)積累提升的效果最明顯。

圖2 在不同灌水量下玉米單株干物質(zhì)積累規(guī)律

2.1.3 不同施肥量下玉米干物質(zhì)積累規(guī)律 從圖3-a可以看出,隨著施肥量的增加,玉米整株干重呈顯著增加趨勢。說明施肥是土壤貧瘠地區(qū)提高玉米干物質(zhì)積累量、增加青儲產(chǎn)量的重要手段。

從圖3-b可以看出,隨著施肥量的提高,玉米不同器官干物質(zhì)積累均呈現(xiàn)增加趨勢。從不同施肥量下不同器官干物質(zhì)積累的斜率可知,施肥對籽粒干物質(zhì)積累量的影響大于對其它器官的影響。不同施肥處理下根、莖、葉干物質(zhì)積累量總和均大于籽粒干物質(zhì)積累量,這與灌水試驗有所差異,說明不充足的水分條件影響其它器官的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移,進(jìn)而影響產(chǎn)量。

圖3 在不同施肥量下玉米單株干物質(zhì)積累規(guī)律

2.2 不同灌水處理下玉米N、P、K積累規(guī)律

2.2.1 不同灌水量下整株N、P、K積累規(guī)律 從圖4可以看出,在施肥量一定的前提下,玉米整株N素含量隨著灌水量的增加而呈增加趨勢。這與灌水量增加有利于肥料溶解、促進(jìn)根部吸收有關(guān)。玉米整株P(guān)素含量在灌水1350 m3/hm2下較少,在2700 m3/hm2、4500 m3/hm2灌水量下相近,這是因為在施肥量相同、灌水較多的條件下灌水對玉米吸收P肥不再起制約作用。不同灌水處理下整株K素含量近似,是因為K肥易溶于水,在不同灌水量、施用相同鉀肥量的條件下K素均能很好地被玉米植株吸收。灌水量對玉米吸收N、P、K肥的影響表現(xiàn)為N>P>K。

2.2.2 不同灌水量下玉米各器官N、P、K積累規(guī)律 于灌漿后期測量玉米不同器官N、P、K含量。從圖5-a可以看出,隨著灌水量的增加,根部N、P、K含量均呈顯著增加趨勢(P<0.05),說明即使在施肥量相同的前提下,較多的灌水也有利于根部對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和積累。根中K素含量總體上略高于P素含量。在施磷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于施鉀量和施氮量的前提下,在根部的P素含量較高,充分說明根系對P素的吸收能力最強,P肥有利于根系生長。

圖4 在不同灌水量下玉米單株N、P、K積累規(guī)律

從圖5-b可以看出,莖部N素含量在灌水量1350 m3/hm2、2700 m3/hm2之間差異不顯著(P>0.05),但高灌水量4500 m3/hm2處理的莖部N素含量低于低灌水量、中灌水量處理的,且差異顯著(P<0.05),原因為較高的灌水量可以促進(jìn)莖稈N素向籽粒轉(zhuǎn)移,而較低的灌水量則抑制轉(zhuǎn)移。在不同灌水量處理下莖部P素含量的變化規(guī)律與莖部N素含量相似。莖部K素含量隨著灌水量的增加呈顯著減少趨勢(P<0.05),說明較多的灌水能促進(jìn)莖部K素向籽粒轉(zhuǎn)移。在3個灌水量處理下莖中K素積累量均最大,甚至大于N素的積累量,說明莖部對K素有較大的需求量,施用K素能促進(jìn)莖稈健壯。

從圖5-c可以看出,葉片N素含量高于P素和K素的含量,說明葉片的生長生理對N素的需求最大。在灌水4500 m3/hm2處理下,葉中N素含量相對于其它兩個處理呈顯著性增加(P<0.05),說明灌水可以促進(jìn)N素在葉片中積累,而葉片向籽粒轉(zhuǎn)運N素較少。葉中P素含量隨著灌水量的增加呈顯著增加趨勢(P<0.05),說明較高的水分有利于葉片吸收和積累P素。葉中K素含量隨著灌水量的增加無明顯規(guī)律性,說明K素易溶于水,灌水量對葉片K素的吸收影響不大。

從圖5-d可以看出,隨著灌水量的增加,籽粒中N素呈顯著增加趨勢(P<0.05),說明較多的水分有利于N素向籽粒轉(zhuǎn)移,灌漿期及時補充水分十分重要。籽粒中N素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于P素、K素的含量,說明在灌漿期補施N肥可以促進(jìn)籽粒發(fā)育。

綜上所述,玉米籽粒和葉部對N素需求最高,莖稈對K素的吸收能力和需求最強,根部對P素有較強的吸收能力和需求。

2.3 不同施肥量下玉米N、P、K積累規(guī)律

2.3.1 不同施肥量下整株N、P、K積累規(guī)律 從圖6可以看出：隨著施肥量的增加,整株N、K素含量均呈增加趨勢；但整株P(guān)素含量隨施肥量的增加呈先增加后下降的變化，說明玉米對P肥的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于N肥及K肥。

圖5 在不同灌水量下玉米不同器官N、P、K的積累

圖6 在不同施肥量下玉米單株N、P、K的積累

2.3.2 不同施肥量下各器官N、P、K積累規(guī)律 從圖7-a可以看出,隨著施肥量的增加,根中N、P、K含量總體上呈顯著增加趨勢(P<0.05)。在施用N、K量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于施用P量的前提下,根中P素積累量高于N素、K素,說明根系對P素的需求量最高,施用P素能促進(jìn)根系生長,防止倒伏。

從圖7-b可以看出：隨著施肥量的增加,莖中N、P、K含量均呈顯著增加趨勢(P<0.05)；莖中N素和K素含量較高,P素含量最低；在高施肥量處理下莖部K素含量反而有所下降,可能與莖部向籽粒轉(zhuǎn)運較多K素有關(guān)。

從圖7-c可以看出,葉中養(yǎng)分隨著施肥量的增加呈顯著增加趨勢(P<0.05),其中N素、K素有較高的含量。

從圖7-d可以看出,各施肥處理籽粒中N素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于P素和K素含量，P素含量又高于K素的,說明籽粒對P肥的吸收和需求大于K肥的。

圖7 在不同施肥量下玉米不同器官N、P、K的積累

3 討論

在本試驗中，玉米干物質(zhì)積累在苗期、拔節(jié)期、灌漿期大致表現(xiàn)為慢-快-慢的規(guī)律,這與肖強等[12]的試驗結(jié)果相似。玉米籽粒對N素的吸收能力和需求量最大,葉部N素含量也較高,這與李婷等[13]、尹彩俠等[13-14]的研究結(jié)果類似。玉米莖部對K素吸收和積累的能力強,這與張經(jīng)廷等[15]、車明等[16]的研究結(jié)果相似。前人對玉米N、P、K素吸收規(guī)律的研究結(jié)論大多是在灌水充足的條件下獲得的,而本研究是在干旱區(qū)灌水不足的條件下進(jìn)行的，因此所得結(jié)論與前人的結(jié)論有所不同。

4 結(jié)論

玉米干物質(zhì)積累總體表現(xiàn)為苗期緩慢,拔節(jié)期至灌漿中期較快,灌漿后期逐漸停止。莖部干物質(zhì)積累在灌漿期前后呈現(xiàn)明顯的上升和下降兩個階段。隨著施肥量、灌水量的增加,玉米植株體內(nèi)N、P、K素含量總體上呈增加趨勢。在施肥量相同條件下,增加灌水量能明顯促進(jìn)玉米對肥料的吸收。N素吸收對水分條件的依賴最強,K素吸收對水分的依賴最低。玉米籽粒、葉部對N肥需求最高,根部對P肥的吸收能力最強,莖部對K素的積累最多。

[1] 王宜倫,白由路,王磊,等.基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的小麥-玉米推薦施肥效應(yīng)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2015(22):4483-4492.

[2] 王帥,韓曉日,戰(zhàn)秀梅,等.氮肥水平對玉米灌漿期穗位葉光合功能的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2014(2):280-289.

[3] 徐芳.不同氮肥處理下玉米中營養(yǎng)成分的分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2013(3):59-62.

[4] 紀(jì)德智,王端,趙京考,等.不同氮肥形式對玉米氮、磷、鉀吸收及氮素平衡的影響[J].水土保持學(xué)報,2014(4):104-109.

[5] 李丹,孫志梅,王艷群,等.氮磷鉀和微肥對高肥區(qū)夏玉米養(yǎng)分積累、分配及產(chǎn)量的影響[J].中國土壤與肥料,2009(6):32-36.

[6] 侯云鵬,孔麗麗,尹彩俠,等.養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥對吉林省玉米產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和利用的影響[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013(5):563-567.

[7] 蔡紅光,米國華,張秀芝,等.不同施肥方式對東北黑土春玉米連作體系土壤氮素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2012(1):89-97.

[8] 李欠欠,李雨繁,高強,等.傳統(tǒng)和優(yōu)化施氮對春玉米產(chǎn)量、氨揮發(fā)及氮平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2015(3):571-579.

[9] 田立雙,李國紅,楊恒山,等.不同栽培模式對春玉米干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運的影響[J].作物雜志,2014(1):89-93.

[10] 湯英,李金娟,韓小龍,等.寧夏中部干旱帶覆膜溝灌玉米灌溉制度研究[J].節(jié)水灌溉,2014(3):9-13.

[11] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[12] 肖強,閆連波,朱欣宇,等.夏玉米植株干物質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分積累速度和時間的動態(tài)分析[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2014(3):606-612.

[13] 李婷,申麗霞,黃彥凱.施氮對不同氮效率玉米干物質(zhì)形成及籽粒發(fā)育的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2015(12):62-66.

[14] 尹彩俠,劉宏偉,孔麗麗,等.控釋氮肥對春玉米干物質(zhì)積累、氮素吸收及產(chǎn)量的影響[J].玉米科學(xué),2014(6):108-113.

[15] 張經(jīng)廷,呂麗華,張麗華,等.不同肥料滴灌配施夏玉米產(chǎn)量與氮磷鉀吸收利用特性[J].玉米科學(xué),2017(2):123-129.

[16] 車明,曹國軍,耿玉輝,等.不同施鉀方式對吉林省東部玉米鉀素吸收積累的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2017(7):9-15.