王 欣，馬俊祥，滕澤宇，王 柏，陳智文，張 清

（吉林師范大學(xué)吉林省高校新型肥料工程研究中心，吉林四平 136000）

0 引言

2020年國內(nèi)玉米的種植面積約為4126.4萬hm2，占全國糧食播種面積的35.33%[1]。玉米是重要的食用和飼料作物，保證其穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)是國內(nèi)糧食安全的重要任務(wù)[2]。吉林省西部半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)是東北重要的玉米種植區(qū)[3]，該區(qū)域具有較好的光熱資源，生產(chǎn)潛力大。但長期不合理灌溉施肥，造成水肥資源浪費嚴重，甚至引發(fā)環(huán)境污染[4-6]。水肥一體化技術(shù)具有節(jié)水、增產(chǎn)、減少養(yǎng)分淋失、提高肥料利用率等優(yōu)點[7-9]，已成為吉林省西部半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)主要推廣技術(shù)之一。探明滴灌條件下不同生育期肥料運籌對春玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量以及養(yǎng)分積累動態(tài)的影響，實現(xiàn)節(jié)肥增產(chǎn)，對于保障吉林省乃至國家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。國內(nèi)農(nóng)田水肥耦合研究最早開始于20世紀80年代。大量研究結(jié)果顯示，合理的覆膜灌溉技術(shù)與施肥方法相結(jié)合，可以促進玉米生長發(fā)育，提高玉米產(chǎn)量。劉洋等[10]在東北黑土區(qū)開展的玉米膜下滴灌試驗結(jié)果表明，玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量受施氮次數(shù)影響。徐泰森等[11]采用水肥一體化模式對覆膜玉米水氮耦合效應(yīng)進行研究，發(fā)現(xiàn)合理范圍內(nèi)的灌水和施氮對玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀均有顯著影響。胡蜀東等[12]進行了水肥一體化對玉米的生物性狀與水肥利用效率分析試驗，認為覆膜滴灌、不同的肥料運籌會導(dǎo)致生育期內(nèi)玉米植株的農(nóng)藝性狀以及產(chǎn)量的差異性。杜軍等[13]發(fā)現(xiàn)水肥一體化有利于夏玉米的均衡生長，增加夏玉米產(chǎn)量。單株玉米產(chǎn)量是一個受多基因控制的數(shù)量性狀，各項農(nóng)藝性狀之間會相互作用進而對玉米產(chǎn)量造成不同程度的影響[14]。本研究以‘迪卡159’為研究對象，對不同施肥處理與產(chǎn)量進行回歸分析，對產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀進行相關(guān)性和通徑分析，探討不同施肥處理與春玉米產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系，分析影響春玉米產(chǎn)量的主要因素，以及各因素對產(chǎn)量的貢獻和影響產(chǎn)量的途徑，旨在為吉林省西部半干旱區(qū)春玉米生產(chǎn)合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗設(shè)在吉林省乾安縣贊字鄉(xiāng)父字村(44°87′N，123°99′E)，屬于溫帶半干旱半濕潤季風氣候，土壤類型為淡黑鈣土，質(zhì)地為沙壤，2019年播前耕層(0～20 cm)土壤pH 7.82，全氮含量1.26 g/kg，有機質(zhì)含量17.41 g/kg，有效磷含量14.89 mg/kg，速效鉀含量112.39 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

于2019年5—10月玉米生長季開展試驗。選用‘迪卡159’作為供試玉米品種。設(shè)3個處理水平（表1）。每個小區(qū)面積180 m2，不同處理采用隨機區(qū)組排列，3個重復(fù)，共9個小區(qū)。試驗所用的肥料為尿素(N 46%)、磷酸二銨(P2O546%、N 18%)和氯化鉀(K2O 60%)。各處理的施肥量為純氮200 kg/hm2、純磷80 kg/hm2、純鉀90 kg/hm2，種植密度7.5×104株/hm2。試驗各處理均采用秸稈還田大壟雙行覆膜栽培模式，覆膜前在土壤表面噴施除草劑進行封閉防草。滴灌帶沿玉米行向鋪設(shè)于兩壟之間，每條滴灌帶控制2行玉米，每個小區(qū)配獨立施肥罐，施肥開始前按各處理所需氮、磷、鉀肥分別加入各小區(qū)的施肥罐中。玉米收獲日期為10月5日，其他田間管理措施同常規(guī)。

表1 春玉米試驗施肥方式 kg/hm2

1.3 樣品采集與測定

在春玉米不同生育期，即出苗28、52、63、78、95、120天進行田間觀測和樣品采集。選取具有代表性的玉米植株3株（苗期為30株），取地上部植株樣品，分段切碎裝入袋中，于105℃殺青，在80℃下烘干至恒重，測定植株干物質(zhì)及養(yǎng)分含量。植株全氮、全磷、全鉀均采用AA3連續(xù)流動分析儀測定。成熟期收獲每個小區(qū)中間2行玉米，按14%水分計產(chǎn)。同時，調(diào)查穗粗、穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Microsoft Excel 2010進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計算、整理，采用SPSS 21.0進行單因素方差分析(ANOVA)、相關(guān)性分析、回歸分析和通徑分析，處理間差異顯著性分析采用Duncan檢驗法。

2 結(jié)果與分析

2.1 春玉米產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性及通徑分析

2.1.1 相關(guān)性分析 相關(guān)系數(shù)只表明兩性狀間的相關(guān)程度，并不能揭示各性狀究竟對產(chǎn)量作用如何，只有進一步通徑分析才能理清各農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量所起的真正作用。根據(jù)試驗相關(guān)數(shù)據(jù)，求得春玉米各農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)（表2），春玉米產(chǎn)量(Y)與穗粗(X1)、行粒數(shù)(X4)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.780、0.782。春玉米產(chǎn)量(Y)與各農(nóng)藝性狀的相關(guān)關(guān)系由大到小依次為行粒數(shù)(X4)＞穗粗(X1)＞穗行數(shù)(X3)＞穗長(X2)＞百粒重(X5)。穗長(X2)與行粒數(shù)(X4)呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)，相關(guān)系數(shù)0.700；穗長(X2)與百粒重(X5)、行粒數(shù)(X4)與百粒重(X5)都呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.893和0.668。

表2 春玉米農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的相關(guān)性分析

如表3所示，對春玉米產(chǎn)量(Y)進行正態(tài)性檢驗，其顯著水平P=0.295＞0.05，服從正態(tài)分布，可進行多元回歸分析。以產(chǎn)量(Y)為因變量，穗粗(X1)、穗長(X2)、穗行數(shù)(X3)、行粒數(shù)(X4)、百粒重(X5)為自變量，通過逐步回歸分析（表4），建立自變量與因變量的最優(yōu)多元回歸方程，如式(1)。方程篩選了2個對產(chǎn)量(Y)有顯著效應(yīng)的自變量，分別為穗行數(shù)(X3)和行粒數(shù)(X4)，穗行數(shù)(X3)每增加1行，產(chǎn)量(Y)增加855.646 kg/hm2；每增加1行的行粒數(shù)(X4)，產(chǎn)量(Y)增加465.886 kg/hm2。決定系數(shù)R2=0.863，表明穗行數(shù)和行粒數(shù)對產(chǎn)量的總影響達到86.3%以上。

表3 春玉米產(chǎn)量的正態(tài)性檢驗

表4 春玉米產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性及逐步回歸分析

2.1.2 通徑分析 在相關(guān)分析和多元回歸的基礎(chǔ)上，求得各農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的直接和間接通徑系數(shù)如表5。在本試驗條件下，各農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量(Y)的直接通徑系數(shù)由大到小依次為行粒數(shù)(X4)＞穗行數(shù)(X3)＞穗長(X2)＞穗粗(X1)＞百粒重(X5)。

表5 春玉米產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的通徑分析

（1）行粒數(shù)對產(chǎn)量的影響。行粒數(shù)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(r=0.782*)，且其對產(chǎn)量的直接效應(yīng)最大(P=0.660)。行粒數(shù)通過穗長(P=0.126)和穗粗(P=0.041)有一定的正向間接效應(yīng)，通過穗行數(shù)(P=-0.006)和百粒重(P=-0.039)有一定的負向間接效應(yīng)，但負間接效應(yīng)遠小于行粒數(shù)對產(chǎn)量的直接作用。表明行粒數(shù)是本試驗較為理想的增產(chǎn)因素，這與譚靜等[15]的研究結(jié)果一致。

（2）穗行數(shù)對產(chǎn)量的影響。穗行數(shù)與產(chǎn)量呈正相關(guān)(r=0.493)，直接通徑系數(shù)為正值(P=0.506)。因此，穗行數(shù)也是本試驗產(chǎn)量提高的有利因素。然而，穗行數(shù)通過穗長、行粒數(shù)所起的間接作用均為負值，且通過穗長的間接作用為較大負值(P=-0.074)，說明穗行數(shù)對產(chǎn)量的最終總效應(yīng)在很大程度上受到穗長的調(diào)節(jié)。

（3）穗長對產(chǎn)量的影響。穗長與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)和直接通徑系數(shù)均為正值(r=0.406、P=0.180)。穗長通過穗行數(shù)、百粒重的間接作用均為較小的負值，通過穗粗、行粒數(shù)的間接作用均為正值，特別是通過行粒數(shù)的間接作用為較大正值(P=0.462)，說明穗長對產(chǎn)量的提高有益。這與楊金慧等[16]的研究結(jié)果一致。

（4）穗粗對產(chǎn)量的影響。穗粗對產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)較小(P=0.067)，通過行粒數(shù)(P=0.401)有較大的正向間接效應(yīng)，通過百粒重(P=-0.009)有較小的間接負效應(yīng)，雖然穗粗對產(chǎn)量的總體效應(yīng)值r=0.780，但其他性狀間接正效應(yīng)略大于負效應(yīng)。所以，穗粗對本試驗產(chǎn)量的增產(chǎn)效果較小。

（5）百粒重對產(chǎn)量的影響。百粒重對產(chǎn)量是負直接作用(P=-0.058)，間接通徑系數(shù)為正效應(yīng)的性狀有穗粗(P=0.010)、穗長(P=0.161)、行粒數(shù)(P=0.441)；為負效應(yīng)的性狀有穗行數(shù)(P=-0.303)，正負效應(yīng)相互抵消。劉世敏等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，百粒重對產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)也為負值。因此，在兼顧其他農(nóng)藝性狀的情況下,較高的百粒重有利于高產(chǎn)。

綜上，玉米性狀間的相互作用是復(fù)雜的，既相輔相成也相互制約。某一性狀的加強，常伴隨著一些性狀作用的加強和另一些性狀作用的削弱。所以為了提高產(chǎn)量，應(yīng)該抓住某個主要性狀的選擇，同時兼顧其他性狀不至于削弱。本試驗條件下，無論是哪種施肥方式，對‘迪卡159’春玉米產(chǎn)量起主要作用的2個農(nóng)藝性狀是行粒數(shù)和穗行數(shù)，尤其是行粒數(shù)。

2.2 春玉米農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量對不同施肥方式的響應(yīng)

追施水溶肥對春玉米農(nóng)藝性狀有不同的影響（表6）。從穗粗、穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)看，追施水溶肥的各處理均優(yōu)于對照。其中，處理1的穗粗較處理2和CK分別增加了0.01、0.09 cm；穗長較處理2和CK分別增加了0.28、0.29 cm；百粒重較CK和處理2分別增加0.20、0.48 g。行粒數(shù)以處理1最高，較CK和處理2分別增加0.8、0.1粒；而處理2與處理1的穗行數(shù)相同。說明處理1的施肥方式有利于春玉米穗粗、穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重的增加。結(jié)合通徑分析結(jié)果，行粒數(shù)、穗行數(shù)、穗長和百粒重都會使春玉米增產(chǎn)，而行粒數(shù)是其中的主要因素，處理1比處理2增產(chǎn)1.2%。由此可知，施用氮、磷、鉀肥均能增加玉米產(chǎn)量，但在水溶肥用量相同的基礎(chǔ)上，追施4次氮磷鉀肥比追施4次氮磷肥+3次鉀肥更有利于提高春玉米產(chǎn)量。

表6 春玉米農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量對不同施肥方式的響應(yīng)

2.3 春玉米地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累動態(tài)及分配

2.3.1 各生育期不同施肥方式氮、磷、鉀積累動態(tài) 不同施肥方式下玉米植株地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累動態(tài)變化見圖1。春玉米植株地上部養(yǎng)分積累量總是隨著生育時期呈逐漸增加的趨勢，并在出苗120天時達最高值。整個生育時期，2個施肥處理地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累總量均顯著高于不施肥處理(P＜0.05)。說明分次追施水溶肥可以增加春玉米植株地上部養(yǎng)分積累量。出苗28～63天處理2的磷、鉀積累總量均高于處理1，氮積累總量小于處理1，但均無顯著性差異(P＜0.05)。出苗63～120天，處理1的氮、磷、鉀積累總量均高于處理2，尤其是鉀素積累量有明顯差異(P＜0.05)，表明在處理2的施肥基礎(chǔ)上，將鉀肥繼續(xù)追施更能促進春玉米生育后期氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收與利用。

圖1 各生育期不同施肥處理春玉米地上部氮、磷、鉀積累

2.3.2 各生育期不同施肥方式氮、磷、鉀分配比例 圖2表明，氮、磷、鉀養(yǎng)分積累分配比例在不同生育階段表現(xiàn)存在差異，出苗28～52、52～63、63～78、78～95、95～120天各生育期不同處理氮積累量平均值占全生育期氮積累量的比例分別為40.84%、12.57%、23.59%、13.64%、9.36%；不同處理各生育期磷積累量平均值占全生育期磷積累量比例的28.37%、16.30%、20.65%、20.21%、14.48%；不同處理各生育期鉀積累量平均值占全生育期鉀積累量比例的44.56%、15.45%、15.49%、13.21%、11.29%。不同施肥方式對各生育時期玉米氮、磷、鉀積累分配比例具有明顯的影響，處理1出苗63天前氮、磷、鉀積累分配比例均低于處理2，出苗63天后處理1氮、磷、鉀積累比例均高于處理2。表明氮、磷肥用量與施肥方式相同的基礎(chǔ)上，追施4次鉀肥利于玉米出苗63天后地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累分配。

圖2 各生育期不同施肥處理春玉米地上部氮、磷、鉀積累分配比例

3 討論與結(jié)論

王激清等[18]研究發(fā)現(xiàn)，水肥一體化管理可以顯著改善春玉米的行粒數(shù)、穗粗、穗行數(shù)、穗長等產(chǎn)量構(gòu)成因子。譚和平等[19]對玉米產(chǎn)量效應(yīng)因子進行通徑分析表明，行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重是影響玉米產(chǎn)量的正效應(yīng)因子。楊金慧等[20]關(guān)于玉米雜交種的研究指出，行粒數(shù)、百粒重和穗行數(shù)是籽粒產(chǎn)量的直接構(gòu)成因子,其他2個因子不變時，任何一個因子增加都可以提高籽粒產(chǎn)量。Jayaraman等[21]的研究也表明，行粒數(shù)對玉米增產(chǎn)有重要作用。本試驗研究也有類似結(jié)果，春玉米產(chǎn)量(Y)與各農(nóng)藝性狀的相關(guān)關(guān)系由大到小依次為行粒數(shù)(X4)＞穗粗(X1)＞穗行數(shù)(X3)＞穗長(X2)＞百粒重(X5)。產(chǎn)量與穗行數(shù)和行粒數(shù)的最優(yōu)回歸方程為Y＝-14878.79+465.886X4+855.646X3(R2=0.863，F(xiàn)=18.92)。表明穗行數(shù)越多，行粒數(shù)越多，產(chǎn)量越大；R2=0.863說明穗行數(shù)和行粒數(shù)對春玉米產(chǎn)量的總影響達到86.3%以上。通徑分析表明，穗行數(shù)和行粒數(shù)是影響春玉米產(chǎn)量最主要的2個農(nóng)藝性狀，尤其是行粒數(shù)。

行粒數(shù)與穗行數(shù)是衡量春玉米生長發(fā)育狀況的重要標準，同時也是反映其生產(chǎn)能力的重要指標。本試驗研究表明，不同的水溶肥管理方式對春玉米的農(nóng)藝性狀有不同的影響。春玉米在施肥處理下穗粗、穗長、穗行數(shù)和行粒數(shù)的平均值分別為4.50 cm、17.91 cm、15.93行、29.97粒，均高于不施肥處理；此外，在水溶肥用量相同的基礎(chǔ)上，追施4次氮、磷、鉀肥的處理1更有利于春玉米穗粗、穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重的增加。侯云鵬等[16-17]研究表明，合理的氮、磷、鉀養(yǎng)分配比和分次后移，能使玉米的穗粒數(shù)和百粒重增加。穗粒數(shù)又與行粒數(shù)、穗行數(shù)有關(guān)，也就是說分期施肥能夠增加玉米的行粒數(shù)和穗行數(shù)。這與本研究的結(jié)果相似。

各生育期春玉米的養(yǎng)分積累是其生物量積累的基礎(chǔ)，有研究表明玉米地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累與產(chǎn)量均存在顯著或極顯著正相關(guān)[22]。鄭偉等[23]研究了吉林省高、低肥力條件下不同氮肥用量對春玉米產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響，發(fā)現(xiàn)玉米地上部氮素吸收與產(chǎn)量間存在極顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，氮、磷、鉀都追施4次的處理1，不僅能夠持續(xù)增加玉米地上部氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量，還可以促進出苗63天后氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收與利用。可見，合理的氮磷鉀養(yǎng)分配比以及分次追施水溶肥的措施更有利于玉米產(chǎn)量形成。姜濤等[24]證實了決定玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵時期是大喇叭口期到籽粒建成期的養(yǎng)分積累與吸收。趙營等[25]研究也表明，拔節(jié)期至大喇叭口期和抽雄期至灌漿期的養(yǎng)分積累量對玉米產(chǎn)量的影響至關(guān)重要。從養(yǎng)分積累分配比例來看，與施肥處理1相比，處理2只提高了玉米出苗63天前氮、磷、鉀積累量所占整個生育期積累量的比例，處理1則提高了出苗63天后春玉米的氮、磷、鉀的積累比例。顯然，氮、磷、鉀肥都追4次的施肥方式不僅能保證春玉米生育前期的養(yǎng)分供應(yīng)，還能為生育后期供應(yīng)較充足的氮、磷、鉀養(yǎng)分。

本研究利用通徑分析等方法探究了吉林省西部半干旱區(qū)覆膜滴灌條件下，不同肥料運籌、春玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量之間的關(guān)系，尋找促進春玉米增產(chǎn)的水溶肥施用模式，為吉林西部半干旱區(qū)春玉米生產(chǎn)中合理施肥提供依據(jù)。本研究僅為當年氣象條件同一玉米品種不同施肥處理的結(jié)果，不同年份氣象條件差異對試驗結(jié)果的影響，不同追肥量對春玉米氮、磷、鉀在各器官間的分配、累積以及分配過程對肥料運籌的響應(yīng)關(guān)系，還需后續(xù)進一步的研究擴充。

綜上所述，本研究條件下，將氮、磷、鉀肥分4次后移可增加春玉米行粒數(shù)和穗行數(shù)，促進出苗63天后養(yǎng)分的積累與吸收，從而提高玉米產(chǎn)量。因此，在總施肥量相同的情況下，氮肥、磷肥和鉀肥分次追施的施用方式是吉林省西部半干旱區(qū)覆膜滴灌條件下春玉米生產(chǎn)的最佳水溶肥施用模式。