孫笑梅，武慶慧，李宏杰，黃玉芳，趙亞南，葉優(yōu)良

1.河南省土壤肥料站，鄭州 450002；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002

玉米是我國(guó)主要糧食作物之一，我國(guó)農(nóng)戶(hù)在玉米種植過(guò)程中，存在氮磷鉀養(yǎng)分比例不合理、施肥方式粗放、底肥施用量大、追肥比例小等現(xiàn)象，一些地方農(nóng)戶(hù)“一炮轟”的施肥方式非常普遍，這是造成肥料利用率偏低的重要原因［1］。此外，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在地塊面積小、土地分散經(jīng)營(yíng)、小農(nóng)戶(hù)管理的特點(diǎn)，導(dǎo)致我國(guó)糧食生產(chǎn)方式以費(fèi)時(shí)耗力的勞動(dòng)密集型為主，因此，節(jié)本、省工、高產(chǎn)、高效的輕簡(jiǎn)化農(nóng)業(yè)管理方式越來(lái)越受到重視［2］。由于玉米生育期較短，關(guān)于玉米一次性施肥的研究越來(lái)越多，通過(guò)控釋技術(shù)和改進(jìn)施肥方法等措施，可以在一次性施肥下實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)和養(yǎng)分高效利用［3-4］。

近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)戶(hù)在肥料施用過(guò)程中，通過(guò)復(fù)合肥投入的養(yǎng)分比例越來(lái)越高，在這種趨勢(shì)下設(shè)計(jì)合理的肥料配方對(duì)于保障糧食產(chǎn)量、促進(jìn)科學(xué)施肥具有重要意義［5-6］。有研究表明，養(yǎng)分配比會(huì)影響作物的產(chǎn)量［7-8］。安景文等［9］在遼寧省應(yīng)用不同氮磷鉀用量配比對(duì)玉米進(jìn)行一次性深施肥試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)施用包膜尿素、增施鉀肥和一次性深施肥能提高氮肥利用率；吳良泉等［10］根據(jù)我國(guó)不同生態(tài)區(qū)域的氣候、栽培和土壤條件差異，將我國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)劃分為4個(gè)大區(qū)和12 個(gè)施肥亞區(qū)，并在養(yǎng)分推薦用量基礎(chǔ)上針對(duì)12個(gè)亞區(qū)確定了12 個(gè)基追結(jié)合施肥下的配方和4 個(gè)一次性施肥配方。

河南省是我國(guó)農(nóng)業(yè)大省，玉米種植面積和產(chǎn)量在全國(guó)占居重要地位。但針對(duì)河南省不同地區(qū)玉米施肥調(diào)研發(fā)現(xiàn)，玉米種植存在氮肥用量偏高和磷鉀施用不足等現(xiàn)象，同時(shí)肥料一次性施用現(xiàn)象比較普遍［11］。針對(duì)河南省玉米氮素需求和施氮量的估算表明，河南省玉米生產(chǎn)具有很大的節(jié)氮潛力［12］；張國(guó)合等［13］研究了夏玉米主產(chǎn)區(qū)土壤理化性狀也認(rèn)為，玉米施肥應(yīng)控氮減磷補(bǔ)鉀。復(fù)合肥是玉米養(yǎng)分投入的載體，但關(guān)于玉米配方肥一次性施用效果對(duì)比的研究較少。本研究通過(guò)田間試驗(yàn)，分析不同肥料配方一次性施用對(duì)夏玉米養(yǎng)分吸收利用、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的影響，旨在明確不同配方在夏玉米上的施用效果，為肥料配方優(yōu)化和一次性施肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017 年6―10 月在河南省潁縣杜曲鎮(zhèn)（33°47′N(xiāo)，113°50′E）開(kāi)展，土壤類(lèi)型為潮土，質(zhì)地為輕黏壤，前茬作物為小麥。試驗(yàn)前0～20 cm 耕層土壤理化性質(zhì)為：pH 7.3，有機(jī)質(zhì)23.5 g/kg，全氮1.68 g/kg，速效磷（Olsen-P）10.0 mg/kg，速效鉀（NH4OAc-K）80.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)肥料配方，配方肥實(shí)物用量保持一致，通過(guò)養(yǎng)分配比的差異調(diào)控氮、磷、鉀養(yǎng)分投入量和比例，因此，各處理間養(yǎng)分投入總量和比例并不一致（表1）。其中，30-5-5 和33-5-8 為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)常用的高氮配方，28-7-9是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的華北夏玉米區(qū)一次性施肥配方［14］，27-7-12 在28-7-9 基礎(chǔ)上提高鉀肥用量，28-11-10和29-6-10為高磷和低磷配方。

表1 試驗(yàn)處理及養(yǎng)分投入量Table 1 Experimental design and nutrient inputkg/hm2

每個(gè)處理3 次重復(fù)，共18 個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)長(zhǎng)、寬均為8 m。各配方肥施用量均為750 kg/hm2，種肥同播一次性基施。玉米品種為登海605，種植密度為66 000 株/hm2，于2017 年6 月15 日播種，2017年6月23日出苗，2017年9月28日收獲。

1.3 樣品采集與測(cè)定

玉米播種后8 d 出苗，分別在出苗后22 d（拔節(jié)期）、37 d（大喇叭口期）、49 d（抽雄期）、71 d（灌漿期）、102 d（成熟期）隨機(jī)選取5株玉米，在105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，然后稱(chēng)取質(zhì)量。烘干后的植株樣品粉碎，采用常規(guī)方法測(cè)定養(yǎng)分含量，濃硫酸-過(guò)氧化氫消解獲取植株待測(cè)液，凱氏定氮法（海能D9840）測(cè)定氮含量、釩鉬黃比色法（元析UV-5100）測(cè)定磷含量、火焰光度計(jì)法（元析FP640）測(cè)定鉀含量［15］。

1.4 產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成

在玉米收獲期，每個(gè)小區(qū)連續(xù)收獲40 株裝入網(wǎng)袋中，脫粒后稱(chēng)質(zhì)量，然后用谷物水分測(cè)定儀（農(nóng)奧LDS-1G）測(cè)定含水量，按照含水量13%的標(biāo)準(zhǔn)換算玉米產(chǎn)量。同時(shí)，選出長(zhǎng)勢(shì)均勻、具有代表性的10個(gè)玉米穗，分別測(cè)定穗粗、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重等指標(biāo)［16］。

1.5 指標(biāo)計(jì)算

本研究采用養(yǎng)分收獲指數(shù)、養(yǎng)分內(nèi)部效率、肥料偏生產(chǎn)力來(lái)評(píng)價(jià)玉米氮、磷、鉀利用率。以氮為例，氮素收獲指數(shù)（nitrogen harvest index,NHI)、氮素內(nèi)部效率（nitrogen internal efficiency,NIE)、氮肥偏生產(chǎn)力（nitrogen partial factor productivity,NPFP)計(jì)算公式[17]如下：

磷素收獲指數(shù)（PHI）、磷素內(nèi)部效率（PIE）、磷肥偏生產(chǎn)力（PPFP）以及鉀素收獲指數(shù)（KHI）、鉀素內(nèi)部效率（KIE）、鉀肥偏生產(chǎn)力（KPFP）計(jì)算同上。

采用肥料成本、總收入、凈收益評(píng)價(jià)不同配方處理下的經(jīng)濟(jì)效益，其中凈收益為總收益除去肥料、種子、灌水、農(nóng)藥、機(jī)械等成本投入。

式（4）中，玉米收購(gòu)單價(jià)為1.6 元/kg；氮、磷、鉀投入按4.5元/kg N、4.8元/kg P2O5、5.6 元/kg K2O計(jì)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 整理數(shù)據(jù)和制圖；用SPSS 20.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，處理間差異采用單因素方差分析，Duncan’s法進(jìn)行多重比較（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒產(chǎn)量

由表2 可見(jiàn)，不同配方處理下，配方33-5-8 的玉米產(chǎn)量最低，其次為30-5-5，二者顯著（P＜0.05）低于其他配方。配方33-5-8 和30-5-5 的籽粒千粒重顯著較低，且配方33-5-8的穗粒數(shù)低于其他配方處理。配方27-7-12 的玉米穗長(zhǎng)顯著低于29-6-10 和30-5-5，而不同配方間玉米穗粗、行數(shù)、行粒數(shù)差異均不顯著。相對(duì)于2 個(gè)高氮配方，4 個(gè)增磷鉀配方降低了玉米禿尖長(zhǎng)和缺粒數(shù)，提高了結(jié)實(shí)率。配方28-7-9穗部禿尖長(zhǎng)最小，其次為27-7-12，配方33-5-8 禿尖長(zhǎng)最大。30-5-5和33-5-8 處理缺粒數(shù)均高于其他處理，而籽粒結(jié)實(shí)率低于其他處理?？傮w來(lái)看，與高氮配方（33-5-8 和50-5-5）相比，4 個(gè)增磷鉀配方提高了玉米產(chǎn)量，主要是增加了穗粒數(shù)和千粒重。

表2 不同配方處理下的玉米產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成、穗部性狀Table 2 Maize yield，yield components and ear traits under different formulas

2.2 養(yǎng)分吸收

玉米氮磷鉀養(yǎng)分累積量隨著其生長(zhǎng)生育逐漸增加，在大喇叭口期前氮素累積速率較慢，積累量較低，之后迅速增加（圖1）。在拔節(jié)期，配方27-7-12 的氮磷鉀累積量均低于其他處理，配方33-5-8和28-11-10 氮素累積量較高；配方27-7-12 磷素累積量較低，其次29-6-10；配方28-11-10 鉀素累積量最高。在抽雄期，配方27-7-12 氮素累積最高，其次為33-5-8，29-6-10 最低；磷素累積量最高的為28-11-10，35-5-8 和29-6-10 較?。?7-7-12 的鉀素累積較高，30-5-5 最低。在灌漿期，氮素累積量最大為28-11-10，其次為30-5-5，最小的處理為27-7-12；磷素累積量差異相對(duì)較小。成熟期各處理氮素累積量為236.5～246.1 kg/hm2，處理間差異性不顯著；磷素累積量為75.4～86.1 kg/hm2，處理30-5-5、29-6-10、28-7-9 的磷素吸收相對(duì)高于其他3 個(gè)處理；鉀素累積量245.9～263.4 kg/hm2，以28-11-10 較低?？梢钥闯?，不同配方處理玉米養(yǎng)分吸收量在生育前期差異相對(duì)較小，在生育后期高氮配方并沒(méi)有提高玉米氮素吸收，且33-5-8處理的磷鉀養(yǎng)分吸收較增磷鉀配方偏低。

圖1 不同配方處理下玉米氮（A）、磷（B）、鉀（C）累積Fig.1 N（A），P（B）and K（C）accumulation of maize under different formulas

2.3 養(yǎng)分利用率

玉米氮磷鉀收獲指數(shù)分別為60.9%、78.0%、28.4%，不同處理間33-5-8 和30-5-5 兩個(gè)高氮配方的氮磷鉀收獲指數(shù)低于其他4個(gè)增磷鉀配方。配方29-6-10的氮收獲指數(shù)最高，顯著高于33-5-8、30-5-5、28-11-10；配方28-7-9 的磷收獲指數(shù)顯著高于33-5-8；配方27-7-12、29-6-10、28-11-10的鉀收獲指數(shù)高于其他處理（圖2A、B、C）。玉米氮磷鉀素內(nèi)部效率分別為41.9～45.7、119.7～145.6、37.8～43.9 kg/kg，平均值為44.2、131.7、40.7 kg/kg。高氮配方30-5-5 和33-5-8 的氮素內(nèi)部效率較低；配方27-7-12 和28-11-10 的磷素內(nèi)部效率較高，30-5-5 相對(duì)較低；處理為33-5-8和30-5-5 的鉀素內(nèi)部效率顯著低于28-11-10，其他處理間差異不顯著（圖2D、E、F）。不同配方之間肥料偏生產(chǎn)力差異很大：配方33-5-8和30-5-5的氮肥偏生產(chǎn)力顯著低于其他4個(gè)增磷鉀配方，而磷肥偏生產(chǎn)力低于其他處理，其中增磷配方28-11-10最低；配方30-5-5 的鉀素比例最低，因此其鉀肥偏生產(chǎn)力高于其他處理，而高鉀配方27-7-12 最低（圖2G、H、I）。綜合不同指標(biāo)來(lái)看，增磷鉀處理提高了玉米養(yǎng)分向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)（收獲指數(shù)）和利用效率（單位養(yǎng)分形成的產(chǎn)量），同時(shí)提高氮肥偏生產(chǎn)力；但磷肥和鉀肥投入量相對(duì)較高導(dǎo)致磷鉀偏生產(chǎn)力降低。

圖2 不同配方處理下玉米的氮磷鉀收獲指數(shù)（A，B，C）、內(nèi)部效率（D，E，F(xiàn)）和偏生產(chǎn)力（G，H，I）Fig.2 NPK harvest index（A，B，C），internal efficiency（D，E，F(xiàn)）and partial factor productivity（G，H，I）under different formulas

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

不同配方下夏玉米的毛收入為16 501～18 527元/hm2，其中33-5-8 和30-5-5 低于其他增磷鉀處理。肥料成本為1 403～1 761 元/hm2，28-11-10 相對(duì)最高，而30-5-5 成本最低。除去肥料、種子、機(jī)械、人工后，凈收益為8 496～9 848 元/hm2，配方33-5-8最低，其次為30-5-5，其他4 個(gè)增磷鉀處理比30-5-5 增收6.5%～9.7%，比33-5-8增收19.3%～20.8%。

以上表明，盡管配方30-5-5 的肥料投入略低，但相對(duì)于30-5-5 和33-5-8 兩個(gè)高氮配方，其他增磷鉀配方的毛收益和凈收益均明顯提高，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。

圖3 不同配方處理下的玉米經(jīng)濟(jì)效益Fig.3 Economic benefits of maize under different formulas

3 討 論

一次性施肥有助于促進(jìn)糧食生產(chǎn)輕簡(jiǎn)化和機(jī)械化管理。玉米是生育期較短的作物，關(guān)于玉米一次性施肥的研究相對(duì)較多，多側(cè)重于肥料的控釋技術(shù)和施用技術(shù)。王宜倫等［3］研究表明，采用粒片狀肥料一次性施用可以實(shí)現(xiàn)夏玉米的高產(chǎn)；姜超強(qiáng)等［4］通過(guò)施肥位點(diǎn)來(lái)調(diào)控優(yōu)化尿素一次性施用效果。本研究在其他條件相同下，對(duì)比了常規(guī)肥料不同配方一次性施用對(duì)夏玉米的影響，結(jié)果表明減氮增磷鉀配方處理（28-7-9、27-7-12、28-11-10、29-6-10）的玉米產(chǎn)量均達(dá)到10.5 t/hm2，說(shuō)明一次性施肥可以實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)。此外，一次性施肥能夠減少玉米管理成本投入，符合很多農(nóng)戶(hù)“一炮轟”施肥習(xí)慣；一些農(nóng)戶(hù)在玉米生長(zhǎng)后期撒施追肥也會(huì)增加投入成本，同時(shí)也會(huì)增加環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)［18］。因此，對(duì)比不同配方一次性施用效果將有利于夏玉米一次性施肥技術(shù)應(yīng)用和推廣。

本研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于農(nóng)戶(hù)習(xí)慣采用的高氮配方，4 個(gè)減氮增磷鉀配方均提高了玉米的產(chǎn)量，增產(chǎn)作用主要是由于提高了穗粒數(shù)和千粒重，且玉米禿尖長(zhǎng)和缺粒數(shù)降低，從而結(jié)實(shí)率增加。這主要是因?yàn)榕浞降牟煌瑢?dǎo)致了氮磷鉀養(yǎng)分投入數(shù)量和配比的差異［5］。本試驗(yàn)條件下，土壤氮素供應(yīng)能力較強(qiáng)，而土壤磷、鉀供應(yīng)能力較弱，因此，高氮配方處理下較高的氮投入可能導(dǎo)致造成玉米貪青晚熟、倒伏、抗逆性差等情況，進(jìn)而影響籽粒產(chǎn)量［16］；磷、鉀投入不足可能會(huì)影響生育后期籽粒灌漿，磷素與植株體內(nèi)碳和脂肪代謝有關(guān)系，并影響光合作用進(jìn)行，而鉀素有利于提高葉片光合強(qiáng)度，同時(shí)能影響庫(kù)源關(guān)系，促進(jìn)光合同化產(chǎn)物的運(yùn)輸，使同化產(chǎn)物更多地輸入到結(jié)實(shí)器官，進(jìn)而提高玉米的結(jié)實(shí)率和千粒重等穗部性狀［19-20］。在養(yǎng)分分配方面，養(yǎng)分收獲指數(shù)反映了吸收的養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)的比例，內(nèi)部利用效率是單位養(yǎng)分產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，反映了綜合利用效率［17］，可以看出，無(wú)論收獲指數(shù)還是內(nèi)部利用效率，相較于2 個(gè)高氮配方，4 個(gè)減氮增磷增鉀配方均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，這也表明調(diào)控肥料配方能夠改善養(yǎng)分流的作用，促使前期養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

經(jīng)濟(jì)收益是農(nóng)戶(hù)選擇肥料的重要依據(jù)。盡管養(yǎng)分含量和磷、鉀比例較高的配方一定程度會(huì)增加投入成本，但與收益的增加相比，成本變化較小，配方30-5-5 和33-5-8 的總收益和凈收益明顯低于其他配方。很多研究表明，近年來(lái)隨著農(nóng)戶(hù)大量施用化肥和秸稈還田等措施，河南省農(nóng)田土壤氮素供應(yīng)能力提高，而土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩暨^(guò)高，但農(nóng)戶(hù)在施肥時(shí)仍然存在氮肥用量過(guò)高和磷鉀施用不足等現(xiàn)象［11-12］，因此，玉米生產(chǎn)中具有很大的節(jié)氮潛力，減氮增磷鉀配方肥的應(yīng)用對(duì)于河南省玉米合理施肥及區(qū)域減肥增效增收具有重要意義。