不同施肥水平對玉米產(chǎn)量的影響及肥料效應(yīng)

周 龍，曾志偉，楊德榮,3*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228；3.云南省化工研究院，云南 昆明 650228)

玉米是世界三大糧食作物之一，主要用于食用和飼料加工。當(dāng)前，玉米工業(yè)加工用途也越來越受到重視，未來其能源替代前景也十分廣闊。然而，廣大種植戶在玉米種植上存在較大盲點(diǎn)，種植方式與結(jié)構(gòu)不夠合理、種植技術(shù)更是不符合要求，小農(nóng)思維導(dǎo)致種植戶只種地、不養(yǎng)地，普遍重施氮肥、少施或不施磷鉀肥和中微量元素肥，在有機(jī)物料投入方面也是沿襲原始焚燒秸稈還田模式，不僅產(chǎn)量得不到提高，化肥施用和品種結(jié)構(gòu)單一導(dǎo)致作物病蟲害高發(fā)，玉米產(chǎn)質(zhì)量較低，且導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)持續(xù)惡化，嚴(yán)重影響土壤與環(huán)境的質(zhì)量[1-2]。因此，通過測土配方施肥確定玉米氮、磷和鉀的合理施用量及比例具有重要意義。

“3414”試驗(yàn)是根據(jù)作物的需肥特點(diǎn)、土壤供肥性能與肥料效應(yīng)，在測出土壤養(yǎng)分狀況的前提下，提出氮、磷和鉀的合理施用量及比例，是當(dāng)前大田作物推薦施肥的主要田間試驗(yàn)方案。其試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案作為全國范圍內(nèi)廣泛開展的測土配方施肥推薦的主要田間試驗(yàn)方案，已在水稻[3]、小麥[4]、油菜[5]和大麥[6]等作物上分別建立了施肥指標(biāo)體系，玉米作為我國主要糧食作物及新能源替代作物已受到廣泛關(guān)注[1,7-9]，但關(guān)于不同品種、不同壤質(zhì)及肥力下的玉米推薦施肥研究較少。為此，選擇2個(gè)玉米品種，采用“3414”方案設(shè)計(jì)氮磷鉀3種不同肥料配比進(jìn)行不同壤質(zhì)的田間試驗(yàn)并建立肥料效應(yīng)模型，研究氮磷鉀配比對玉米產(chǎn)量的影響，以期為不同壤質(zhì)及肥力下玉米的合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 玉米品種 會(huì)單4號(hào)和長城799，由麗江市農(nóng)技推廣站提供。

1.1.2 肥料 氮肥為尿素(N 46%)，磷肥為普通過磷酸鈣(P2O514%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O 50%)，均由云南云天化股份有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)均于2012年6-10月分別在云南省麗江市玉龍縣拉市鄉(xiāng)豐樂村木洪強(qiáng)農(nóng)戶家(N 26°51′12"，E 100°07′01")和玉龍縣拉市鄉(xiāng)海東村和兆蕓農(nóng)戶家(N 26°49′08"，E 100°07′36")進(jìn)行，2塊試驗(yàn)地分別以豐樂村和海東村標(biāo)記其名稱。該地屬低緯暖溫帶山地高原季風(fēng)氣候，具有“一山分四季，十里不同天”的立體氣候特征。海拔2 459 m，年日照數(shù)2 475.2 h，多年平均氣溫14.2℃，平均降雨量897.3 mm。豐樂村土壤類型為沖積土，土層深厚，質(zhì)地為砂土，地勢平坦，前作為蠶豆；海東村土壤類型為紅壤，土質(zhì)中壤，前季休閑，具體土壤理化性狀見表1。

表1 試驗(yàn)地0～20 cm土壤的理化性狀Table 1 Physical and chemical properties of tested soil with 0-20 cm depth

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用“3414”試驗(yàn)方案，設(shè)置氮肥、磷肥和鉀肥用量3個(gè)試驗(yàn)因素，每個(gè)試驗(yàn)因素設(shè)4個(gè)施肥水平(0，1，2，3)，共14個(gè)處理，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，各試驗(yàn)因素及施肥水平見表2。小區(qū)面積20 m2(3.9 m×5.1 m)。每小區(qū)種玉米3壟，行距均為20 cm。

1.4 試驗(yàn)管理

豐樂村試驗(yàn)地于2012年4月3日機(jī)耕翻犁，犁前施農(nóng)家肥500 kg/667m2，4月4日按設(shè)計(jì)要求規(guī)劃小區(qū)，地膜覆蓋，每小區(qū)種3行，大行距1.2 m，小行距0.4 m，株距0.35 m，雙行雙株，寬窄行播種，種植密度4050株，4月15日出苗，4月25日定苗，6月18日追拔節(jié)肥，7月14日玉米吐絲期追穗肥，9月18日收獲，全生育期163 d。肥料分3次施入，28%的氮肥和全部磷鉀肥作基肥施入，其余氮肥作拔節(jié)肥(36%)和穗肥(36%)追施。

海東村試驗(yàn)地于2012年4月6日機(jī)耕翻梨人工碎垡整地，犁前施農(nóng)家肥500 kg/667m2，4月7日按設(shè)計(jì)要求規(guī)劃小區(qū)，地膜覆蓋，每小區(qū)種3行，大行距1.2 m，小行距0.4 m，株距0.35 m，雙行雙株，寬窄行播種，種植密度4050株，4月18日出苗，4月27日定苗，6月21日追拔節(jié)肥，7月17日玉米吐絲期追穗肥，9月19日收獲，全生育期165 d。肥料分3次施入，28%的氮肥和全部磷鉀肥作基肥施入，其余氮肥作拔節(jié)肥(36%)和穗肥(36%)追施。

2塊試驗(yàn)地生育期各處理中耕、培土、除草和病蟲害防治等田間管理保持一致，玉米生育期病蟲害防治及雜草防除各進(jìn)行2次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，SPSS 13.0進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗(yàn)；采用一元二次和三元二次方程對產(chǎn)量進(jìn)行擬合，根據(jù)不同方程擬合的決定系數(shù)選擇最適模型，并通過模型邊際效應(yīng)分析確定玉米最高產(chǎn)量的氮磷鉀肥施用量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量效應(yīng)的影響

2.1.1 農(nóng)藝性狀 從表3看出，與不施肥處理(N0P0K0)相比，豐樂村試驗(yàn)地施肥處理玉米穗長、穗粗、穗粒數(shù)總體增大，但玉米禿尖長度明顯縮短，粒重波動(dòng)較大；海東村試驗(yàn)地施肥處理玉米穗長、穗粗、禿尖長度、穗粒數(shù)和粒重均明顯增大。與不施氮處理(N0P2K2)相比，豐樂村試驗(yàn)地N1、N2和N3水平玉米穗長分別增加2.9%、7.9%和14.3%，穗粒數(shù)增加21.6%、25.1%和17.8%，禿尖長度降低44.0%、44.0%和40.0%；海東村試驗(yàn)地N1、N2和N3水平穗長增加10.4%、11.7%和2.5%，穗粗增大23.3%、32.6%和9.3%，穗粒數(shù)增加34.0%、33.4%和34.9%，粒重增加5.1%、18.4%和14.8%。與不施磷處理(N2P0K2)相比，豐樂村試驗(yàn)地P1、P2和P3水平玉米穗長分別增加13.9%、10.2%和5.1%，穗粒數(shù)分別增加44.5%、50.3%和48.1%，粒重分別增加9.2%、4.2%和9.2%，但禿尖長度分別降低44.5%、50.3%和48.1%；海東村試驗(yàn)地P1、P2和P3水平玉米穗長分別增加11.9%、8.3%和18.5%，穗粗分別增加12.5%、18.8%和16.7%，穗粒數(shù)增加16.0%、15.4%和18.6%，粒重分別增加18.5%、14.1%和17.6%，禿尖度分別降低66.7%、33.3%和66.7%。與不施鉀處理(N2P2K0)相比，豐樂村試驗(yàn)地K1、K2和K3水平玉米穗長分別增加7.1%、7.9%和7.1%，穗粒數(shù)分別增加6.1%、22.8%和16.2%，粒重分別增加22.4%、9.2%和15.2%；海東村試驗(yàn)地K1、K2和K3水平玉米穗長分別增加12.7%、10.3%和12.1%，穗粒數(shù)分別增加11.3%、21.2%和4.3%，但禿尖長分別降低0、33.3%和33.3%。

表3 不同施肥處理玉米的農(nóng)藝性狀Table 3 Agronomic traits of maize under different fertilization treatments

注：各試驗(yàn)地同列不同小寫字母表示差異達(dá)5%顯著水平,下同。
Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level.The same below.

2.1.2 產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益 從表4看出，2塊試驗(yàn)地施用氮、磷、鉀肥均可提高玉米產(chǎn)量，除海東村試驗(yàn)地的N0P2K2外，其他處理較N0P0K0(CK)增產(chǎn)均達(dá)顯著水平，豐樂村和海東村分別以N2P2K3和N2P1K2產(chǎn)量最高，較對照分別增產(chǎn)64.3%和61.9%。單一因子對豐樂村和海東村玉米增產(chǎn)率比較，氮肥平均增產(chǎn)率分別為38.3%和53.5%，磷肥平均增產(chǎn)率分別為7.0%和59.0%，鉀肥平均增產(chǎn)率分別為3.7%和62.8%。盡管隨著氮磷鉀施用量增加豐樂村和海東村玉米均表現(xiàn)出增產(chǎn)效應(yīng)，但其增產(chǎn)率差異較大，這可能與2塊試驗(yàn)地土壤肥力及玉米品種有關(guān)。

表4 氮磷鉀肥不同處理玉米的產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益Table 4 Yield and economic benefit of maize under different fertilization treatments

注：種植當(dāng)年肥料價(jià)格折合純N 4.3元/kg、純P2O55.8元/kg、純K2O 6.2元/kg，當(dāng)?shù)赜衩资召弮r(jià)為2 元/kg。
Note: The price of pure N, P2O5and K2O is 4.3 Yuan/kg, 5.8 Yuan/kg and 6.2 Yuan/kg respectively.The purchasing price of maize is 2.0 Yuan/kg.

產(chǎn)投比兼顧產(chǎn)量與成本投入(成本僅指肥料成本，其余投入一致，不做統(tǒng)計(jì))，關(guān)系到最終收益。在K2P2、N2K2和N2P2施肥水平下，除海東村產(chǎn)投比隨施磷量呈先增加后降低趨勢外，其余施肥水平產(chǎn)投比隨施氮、磷和鉀量增加呈降低趨勢。2塊試驗(yàn)地所有處理產(chǎn)投比最高的均為N0P2K2，分別為12.3和10.6；產(chǎn)投比最低的均為N3P2K2，分別為5.0和4.6，由于產(chǎn)投比受產(chǎn)量和肥料價(jià)格的影響，所以產(chǎn)投比的變化有所不同。

2.1.3 相關(guān)性分析 通過對玉米產(chǎn)量與玉米農(nóng)藝指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，豐樂村玉米產(chǎn)量與穗長的相關(guān)系數(shù)為0.685，呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與禿尖長度的相關(guān)系數(shù)為-0.704，呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與穗粒數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.534，呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；海東村試驗(yàn)地玉米產(chǎn)量與穗長、穗粗、穗粒數(shù)和粒重的相關(guān)系數(shù)分別為0.665、0.685、0.909和0.794，均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與禿尖長度關(guān)系不顯著。表明，2塊試驗(yàn)地玉米產(chǎn)量受穗長和穗粒數(shù)顯著影響，而在穗粗、禿尖長度和粒重上的差異可能主要受品種的影響。因此，在玉米種植過程中，合理選擇良種，并且通過調(diào)整氮磷鉀施肥配比改善玉米穗長、穗粗、禿尖長度、穗粒數(shù)和粒重有利于提高玉米產(chǎn)量。

2.2 氮磷鉀肥施用水平的互作效應(yīng)

2.2.1 磷鉀肥對氮肥的響應(yīng) 從圖1可知，K2水平時(shí)，N1和N2水平玉米產(chǎn)量均隨磷肥施用量的增加而降低(豐樂村的N2水平除外)，豐樂村的N1水平玉米產(chǎn)量降低1 116.7 kg/hm2，N2水平提高383.3 kg/hm2；海東村的N1水平和N2水平玉米產(chǎn)量分別降低283.3 kg/hm2和175.0 kg/hm2。P2水平時(shí)，K2與K1相比，豐樂村的N1和N2水平玉米產(chǎn)量分別提高450.0 kg/hm2和100.0 kg/hm2，海東村分別提高750.0 kg/hm2和616.7 kg/hm2。

2.2.2 氮鉀肥對磷肥的響應(yīng) 從圖2看出，K2水平時(shí)，豐樂村的P1水平玉米產(chǎn)量隨施氮量增加降低183.3 kg/hm2，P2水平玉米產(chǎn)量則提高1 316.7 kg/hm2；海東村的P1和P2水平分別提高708.3 kg/hm2和816.7 kg/hm2。N2水平時(shí)，K2與K1相比，豐樂村的P1和P2水平玉米產(chǎn)量分別提高516.7 kg/hm2和100.0 kg/hm2，海東村分別提高1 291.7 kg/hm2和616.7 kg/hm2。可見，氮肥對磷肥具有一定的增產(chǎn)效果，N2、K2水平時(shí)的產(chǎn)量均高于其余水平，說明其有利于磷肥效果的發(fā)揮。

2.2.3 氮磷肥對鉀肥的響應(yīng) 從圖3看出，K2和K1水平均以N2和P2水平玉米產(chǎn)量最高，說明氮磷肥合理施用，鉀肥效能可得到最大發(fā)揮。P2水平時(shí)，K1水平的N2水平較N1水平豐樂村和海東村玉米產(chǎn)量提高1 666.7 kg/hm2和950.0 kg/hm2；K2水平的N2水平較N1水平豐樂村和海東村玉米產(chǎn)量提高1 316.7 kg/hm2和816.7 kg/hm2。N2水平時(shí)，P2與P1相比，K1水平豐樂村和海東村玉米產(chǎn)量分別提高800.0 kg/hm2和500.0 kg/hm2；K2水平豐樂村玉米產(chǎn)量提高383.3 kg/hm2，海東村玉米產(chǎn)量降低175.0 kg/hm2。

圖1 不同磷鉀用量下的氮肥效果Fig.1 Nitrogen effect on maize yield under different P and K application amount

圖2 不同氮鉀用量下的磷肥效果Fig.2 Phosphorus effect on maize yield under different N and K application amount

圖3 不同氮磷用量下的鉀肥效果Fig.3 Potassium effect on maize yield under different N and P application amount

2.3 肥料效應(yīng)模式與推薦施肥量

從表5看出，豐樂村試驗(yàn)地N、P、K三元二次肥料函數(shù)通過回歸方程顯著性檢驗(yàn)，海東村試驗(yàn)地N一元二次肥料效應(yīng)函數(shù)通過回歸方程顯著性檢驗(yàn)。因此，2塊試驗(yàn)地分別以N、P、K三元二次肥料效應(yīng)函數(shù)模型和N一元二次肥料效應(yīng)函數(shù)模式作為玉米推薦施肥模式。其中，豐樂村試驗(yàn)地最高產(chǎn)量施肥量為N 410.6 kg/hm2、P2O580.7 kg/hm2和K2O 105.6 kg/hm2，對應(yīng)產(chǎn)量達(dá)8 114.8 kg/hm2。海東村試驗(yàn)地最高產(chǎn)量施肥量為N 419.7 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2，對應(yīng)產(chǎn)量為7 599.3 kg/hm2。

表5 肥料效應(yīng)函數(shù)擬合方程Table 5 Function fitting equation of fertilizer effect

3 結(jié)論與討論

玉米品質(zhì)和產(chǎn)量受作物生長的群體結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)過程中多種因素影響和制約[10-11]。施肥是多種影響因素中對其影響最直接也是最快速的，氮肥、磷肥和鉀肥合理搭配不僅有助于玉米生長發(fā)育和形態(tài)建成，還有助于建立良好的群體結(jié)構(gòu)，顯著增加作物產(chǎn)量[12]。研究結(jié)果表明，不同壤質(zhì)及肥力狀況的2塊試驗(yàn)地，通過施用肥料使玉米穗長、穗粗、穗粒數(shù)、禿尖長度和粒重發(fā)生改變，進(jìn)而對玉米的產(chǎn)量和凈收益產(chǎn)生影響。相關(guān)分析也證實(shí)玉米產(chǎn)量受玉米穗長、穗粗、穗粒數(shù)、禿尖長度和粒重等指標(biāo)影響。盡管影響因素不一，這可能與品種及土壤肥力因素不同而異。

除豐樂村試驗(yàn)地隨施鉀量增加玉米產(chǎn)量、產(chǎn)值和收入呈增加趨勢外，2個(gè)玉米品種隨施肥量增加，其產(chǎn)量、產(chǎn)值和收益均呈先提高后降低的趨勢，氮肥平均增產(chǎn)率分別為38.3%和53.5%，磷肥平均增產(chǎn)率分別為7.0%和59.0%，鉀肥平均增產(chǎn)率分別為3.7%和62.8%。盡管隨著氮磷鉀施用量增加玉米均表現(xiàn)出增產(chǎn)效應(yīng)，但2塊試驗(yàn)地玉米增產(chǎn)率差異較大，這可能與試驗(yàn)地土壤肥力及玉米品種有關(guān)?？傮w而言，當(dāng)施肥超過一定范圍時(shí)，玉米產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)將不再提高，反而呈降低趨勢，這符合肥料報(bào)酬遞減律[13]，與牛桂玉等[14-15]的研究一致。

研究結(jié)果表明，2個(gè)玉米品種在2塊試驗(yàn)地肥料效應(yīng)擬合獲得最高產(chǎn)量的擬合函數(shù)不同，豐樂村和海東村分別以N、P、K三元二次肥料效應(yīng)函數(shù)模型和N一元二次肥料效應(yīng)函數(shù)模式作為玉米推薦施肥模式最佳。豐樂村試驗(yàn)地最高產(chǎn)量施肥量為N 410.6 kg/hm2、P2O580.7 kg/hm2和K2O 105.6 kg/hm2，對應(yīng)產(chǎn)量為8114.8 kg/hm2；海東村試驗(yàn)地最高產(chǎn)量施肥量為N 419.7 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 75 kg/hm2，對應(yīng)產(chǎn)量為7599.3 kg/hm2。