王樹林，祁虹，王燕，張謙，馮國藝，林永增，梁青龍

(河北省農林科學院 棉花研究所/農業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北 石家莊 050051)

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氮磷鉀肥量對玉米產量及養(yǎng)分吸收、利用效率的影響

王樹林，祁虹，王燕，張謙，馮國藝，林永增*，梁青龍

(河北省農林科學院 棉花研究所/農業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室，河北 石家莊 050051)

[目的]探明糧棉輪作模式下玉米經濟合理施肥量，以期提高肥料利用效率。[方法]在大田條件下采用隨機區(qū)組試驗，按照N、P2O5、K2O分別設置了0、75、150、225、300 kg·hm-25個用量梯度，研究了不同肥料用量對玉米產量、養(yǎng)分吸收及肥料利用率的影響。[結果]氮用量在0～225 kg·hm-2之間時隨施氮量增加，玉米籽粒產量增加，N225達到10 382 kg·hm-2，氮用量超過225 kg·hm-2后產量下降，生物量與經濟系數變化規(guī)律相似；秸稈氮含量隨施氮量增加持續(xù)升高，N300處理達到0.680%，顯著高于N0、N75與N150，但與N225差異不顯著，秸稈氮攜出量變化規(guī)律相似；籽粒氮含量隨施氮量增加先升后降，以N225最高達到1.224%，氮攜出量變化規(guī)律相似，N225達到127.1 kg·hm-2。施磷對玉米產量、生物量與經濟系數無顯著影響；但隨施磷量增加，秸稈與籽粒中P含量均先升后降，秸稈中以P225最高達到0.187%，籽粒中以P150最高達到0.582%，均顯著高于對照；秸稈中P2O5攜出量隨施磷量增加而增加，籽粒中P2O5攜出量不同處理間差異不顯著。施鉀增加玉米籽粒產量，K75、K150、K225與K300分別較K0增加10.8%、12.0%、13.3%、13.4%，但不同用量間差異不顯著，生物量變化規(guī)律相似，經濟系數則變化不大；秸稈K含量與K2O攜出量均隨施鉀量增加先升后降，以K225最高，分別達到2.352%與217.4 kg·hm-2，籽粒K含量不同處理間差異不顯著，籽粒K2O攜出量對照顯著低于各施鉀處理，但不同鉀肥用量間差異不顯著。[結論]綜合考慮產量、養(yǎng)分吸收與肥料利用率結果，玉米季肥料適宜用量為N 225kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2, 免施磷肥。

氮磷鉀； 玉米產量； 養(yǎng)分吸收； 肥料利用率

河北省中南部為傳統(tǒng)旱地棉花產區(qū)，近年來隨著水利條件的改善，該地區(qū)具備了種植糧食的生產條件，但受水資源限制[1]，完全改種糧食仍存在地下水供給不足的問題，因此在河北省中南部傳統(tǒng)一熟棉區(qū)開展棉花-小麥-玉米兩年三熟糧棉輪作種植模式研究具有重要意義。長期連作棉田土壤養(yǎng)分具有“少氮、富磷、高鉀”的特征[2,3]，在向糧棉輪作模式轉變過程中，利用土壤養(yǎng)分特征制定經濟合理的施肥原則，對減少化肥投入、降低環(huán)境污染、實現節(jié)本增效的目標具有重要意義。關于糧棉輪作模式下氮磷鉀肥對玉米產量及肥料利用效率的影響，前人研究較少，但是針對棉花連作或小麥玉米種植模式下的肥料用量研究較多，如棉花對氮肥與鉀肥需求量大，對磷肥需求量小[4,5]，而玉米對氮肥需求量大，對鉀肥需求量小[6]；劉淑霞等就玉米氮磷鉀肥用量做了相關研究，但由于試驗受基礎地力影響較大，所得結果不盡相同[6～8]。本文在糧棉輪作模式下，利用肥料定位試驗研究一個輪作周期內玉米的經濟施肥量。合理的施肥種類與施肥量在不同區(qū)域、不同種植模式下相差較大，因此本文研究了糧棉輪作種植模式下氮磷鉀肥對玉米產量及肥料利用效率的影響，以期為這一新型種植模式的推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地情況

試驗于2015年在河北省農林科學院棉花研究所威縣試驗站(威縣棗元鄉(xiāng)東張莊村)進行，試驗田2014年種植棉花，土壤為沙壤土，肥力中等，有機質7.6 g·kg-1，全氮0.565 g·kg-1，速效磷24.8 mg·kg-1，速效鉀112 mg·kg-1。2014年10月28日播種小麥，小麥品種為冀麥585，2015年6月13日播種玉米(先玉688)，氮肥為普通尿素，純N含量46.4%，磷肥為重過磷酸鈣，P2O5含量為46.0%，鉀肥為氯化鉀，K2O含量為60.0%。

1.2 試驗設計與方法

試驗設置氮肥、磷肥、鉀肥3個單因素試驗(表1)，每種肥料分別設置5個用量梯度，采用隨機區(qū)組設計，每個試驗設3次重復，小區(qū)寬6.0 m，長10.0 m，2014年10月28日播種小麥前按照試驗設計肥料量施肥，2015年6月13日播種玉米前按照試驗設計繼續(xù)定位施肥，施肥量同小麥季，播種玉米后灌水。試驗小區(qū)中所有氮肥處理統(tǒng)一施P2O5150 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；所有磷肥處理統(tǒng)一施純N 225 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2；所有鉀肥處理統(tǒng)一施純N 225 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2；所有肥料一次底施。玉米行距60 cm，株距30 cm，收獲密度5.2萬株·hm-2，其它管理措施同大田。

表1 氮磷鉀肥料設計用量梯度

Table 1 Fertilization of N P K in the experiment

處理TreatmentsN/kg·hm-2處理TreatmentsP2O5/kg·hm-2處理TreatmentsK2O/kg·hm-2N00P00K00N7575P7575K7575N150150P150150K150150N225225P225225K225225N300300P300300K300300

1.3 測定項目與計算方法

1.3.1 產量、干物質及經濟系數測定

玉米收獲前每小區(qū)取三行，收獲全部果穗，曬干后脫粒稱重，取200 g籽粒烘干后折算出各處理籽粒含水量為14%時的產量。

收獲前每小區(qū)取5株秸稈，稱取鮮重，剪碎后從中取500 g在85 ℃烘干至恒重測定植株含水量用于計算地上部生物量。

經濟系數%=籽粒產量/生物量*100。

1.3.2 籽粒養(yǎng)分含量測定

植株樣品養(yǎng)分采用濃H2SO4-H2O2消煮后，半微量凱氏定氮法測定全氮，鉬銻抗比色法測定全磷，火焰光度計法測定全鉀。

1.3.4 化肥養(yǎng)分利用率計算方法[9,10]：

化肥經濟學利用率/kg·kg-1=經濟學產量/植株養(yǎng)分吸收量

化肥生物學利用率/kg·kg-1=生物學產量/植株養(yǎng)分吸收量

化肥表觀利用率/%=(施肥區(qū)養(yǎng)分攜出量-對照處理養(yǎng)分攜出量)/養(yǎng)分投入量×100

化肥農學利用率/kg·kg-1=(施肥區(qū)籽粒產量-空白區(qū)產量)/施肥量

化肥偏生產力/kg·kg-1=施肥區(qū)籽粒產量/施肥量

化肥貢獻率/%=(施肥區(qū)籽粒產量-空白區(qū)產量)/施肥區(qū)籽粒產量×100

2 結果與分析

2.1 氮磷鉀肥用量對玉米產量的影響

氮肥對玉米產量的影響見表2。從表2可以看出，氮肥對玉米產量影響顯著。隨氮肥用量增加，玉米產量先增加后降低，以N225處理最高； N75、N150、N225、N300分別較對照增產65.6%、101.1%、118.8%與105.2%，其中N225與N300差異不顯著，但顯著高于其它處理。結果表明在糧棉輪作模式下，氮肥是影響玉米產量的關鍵因素，玉米季純N用量不應低于225 kg·hm-2。

表2 氮磷鉀肥用量對玉米產量的影響

Table 2 Effects of fertilization of N P K on maize yield

處理Treatments籽粒產量/kg·hm-2Yield處理Treatments籽粒產量/kg·hm-2Yield處理Treatments籽粒產量/kg·hm-2YieldN04746dP010817aK09854bN757861cP7510482aK7510923aN1509545bP15010624aK15011039aN22510382aP22510507aK22511160aN3009737abP30010264aK30011172a

注：數值后不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。表3～表6同。

Note：Values followed by different small letters are significantly different among the treatments at 5% level. The same as in following tables.

磷肥對玉米產量影響不大，不施磷肥對照與施磷各處理間差異不顯著。

不施鉀玉米產量顯著低于各施鉀處理，K75、K150、K225與K300分別較K0增加10.8%、12.0%、13.3%、13.4%，但不同鉀肥用量之間產量則差異不顯著。因此在糧棉輪作模式下，玉米季鉀肥用量保持在75 kg·hm-2即可。

2.2 氮磷鉀肥對玉米經濟系數及養(yǎng)分吸收的影響

2.2.1 氮肥對玉米經濟系數及氮素吸收的影響

氮肥能夠提高玉米生物量(表3)，當純N用量在0～225 kg·hm-2時，隨氮肥用量增加，玉米生物量顯著提高，N225處理達到17 762 kg·hm-2，N用量超過225 kg·hm-2后，生物量下降；經濟系數與生物量變化規(guī)律相似，以N225最高，但不同N用量間差異不顯著。

秸稈N含量與N攜出量均隨氮肥用量增加而持續(xù)升高，N300處理分別達到0.680%與51.3 kg·hm-2，顯著高于N0、N75、N150，但與N225之間差異不顯著；籽粒N含量隨氮肥用量增加有升高趨勢，但N150、N225、N300三個處理間差異不顯著，籽粒N攜出量隨氮肥用量增加先升高后降低，以N225最高達到127.1 kg·hm-2?？梢姷誓軌蛎黠@提高玉米的生物產量與經濟系數，同時增加了秸稈、籽粒中N含量與N攜出量，但當N用量超過225 kg·hm-2后其作用反而降低。

表3 氮肥用量對小麥經濟系數及養(yǎng)分吸收的影響

Table 3 Effect of nitrogen rate on economic coefficient and N uptake

處理Treatments生物量/kg·hm-2Biomass經濟系數Coefficient秸稈N素含量/%Ncontentinstraws秸稈N攜出量/kg·hm-2Nuptakeinstraws籽粒N素含量/%Ncontentingrains籽粒N攜出量/kg·hm-2NuptakeingrainsN09129d0.52b0.444d19.5d0.862c40.9dN7514653c0.54ab0.528c35.9c0.984b77.3cN15016951b0.56a0.572b42.3b1.159a110.6bN22517762a0.58a0.653a48.2a1.224a127.1aN30017279a0.56a0.680a51.3a1.216a118.4ab

表4 磷肥用量對小麥經濟系數及養(yǎng)分吸收的影響

Table 4 Effect of P2O5 fertilization of N P K on on economic coefficient and P2O5 uptake

處理Treatments生物量/kg·hm-2Biomass經濟系數Coefficient秸稈P素含量/%Pcontentinstraws秸稈P2O5攜出量/kg·hm-2P2O5uptakefromstraws籽粒P素含量/%Pcontentingrains籽粒P2O5攜出量/kg·hm-2P2O5uptakeingrainsP017288a0.63a0.142c21.1b0.548b135.7aP7517123a0.61a0.154bc23.4ab0.550b132.0aP15017440a0.61a0.165abc25.8ab0.582a141.6aP22517433a0.60a0.187a29.7a0.568a136.6aP30017229a0.60a0.184ab29.4a0.570a133.9a

表5 鉀肥用量對小麥經濟系數及養(yǎng)分吸收的影響

Table 5 Effect of K2O rate on economic coefficient and K2O uptake

處理Treatments生物量/kg·hm-2Biomass經濟系數Coefficient秸稈K素含量/%Kcontentinstraws秸稈K2O攜出量/kg·hm-2K2Ouptakeinstraws籽粒K素含量/%Kcontentingrains籽粒K2O攜出量/kg·hm-2K2OuptakeingrainsK016302b0.60a2.192b170.3c0.359a42.7bK7517727a0.61a2.309a189.3b0.368a48.4aK15018296a0.60a2.339a204.5ab0.368a48.9aK22518831a0.59a2.352a217.4a0.364a48.9aK30018972a0.59a2.262a212.6a0.360a48.5a

2.2.2 磷肥對玉米經濟系數與磷素吸收的影響

施磷對玉米生物量響不大，隨磷肥用量增加經濟系數有降低趨勢，但不同處理間差異不顯著；施磷提高了秸稈與籽粒中的P含量，秸稈中P含量以P225處理最高，籽粒中P含量以P150處理最高，均顯著高于不施磷肥對照；秸稈P2O5田間攜出量隨施磷量增加有增加的趨勢，P225與P300兩個處理顯著高于P0，而籽粒P2O5田間攜出量不同處理間則差異不顯著?？梢娫鍪┝追孰m然能夠提高玉米秸稈與籽粒中的P含量，但卻未能提高玉米的生物量。

2.2.3 鉀肥對玉米經濟系數與鉀素吸收的影響 施用鉀肥提高了玉米的生物量，對照生物量顯著低于各施鉀處理，但不同鉀肥用量間差異不顯著，經濟系數不同處理間差異不大；秸稈K含量對照顯著低于各施鉀處理，但不同鉀肥用量間差異不顯著，籽粒K含量隨鉀肥用量增加先升高后降低，不同處理間差異未達顯著水平；秸稈K2O攜出量以K225最高，達到了217.4 kg·hm-2，籽粒K2O攜出量除對照偏低外，其它4個處理間差異不大，在48.4～48.9 kg·hm-2之間；秸稈與籽粒K2O攜出總量隨鉀肥用量增加先增加后降低，以K225最高達到266.3 kg·hm-2，其中籽粒攜出量48.9 kg·hm-2僅占18.4%，秸稈攜出量占81.6%。

表6 氮磷鉀肥利用效率、偏生產力與貢獻率

Table 6 Utilization efficiency，partial productivity and contribution rate of NPK

處理Treatments經濟學利用率/kg·kg-1Economicefficiency生物學利用率/kg·kg-1Drymatterprodu-ctionefficiency表觀利用率/%Apparentefficiency農學利用率/kg·kg-1Agronomicefficiency偏生產力/kg·kg-1Partialproductivity貢獻率/%ContributionrateN078.6a151.2a----N7569.4a129.4b70.5a41.5a104.8a39.6bN15062.4ab110.8c61.7b32.0b63.6b50.3aN22559.2b101.4c51.0c25.0c46.1c54.3aN30057.4b101.8c36.4d16.6d32.5c51.3aP069.0a110.2a----P7567.4a110.2a126.7a76.5a139.8a54.7aP15063.5a104.2a71.3b39.2b70.8b55.3aP22563.2a104.8a47.1c25.6c46.7c54.8aP30063.7a103.8a33.6d18.4d34.2c53.8aK046.3a76.5a----K7545.9a74.6a236.5a82.4a145.6a56.6aK15043.6a72.2a128.7b42.0b73.6b57.0aK22541.9a70.7a91.5c28.5c49.6c57.5aK30042.8a72.7a66.9d21.4c37.2d57.5a

2.3 氮磷鉀肥利用率、偏生產力與貢獻率

氮肥經濟學利用率隨施氮量增加而降低，不同處理間差異達顯著水平，磷肥與鉀肥經濟學利用率也隨施肥量增加而降低，但處理之間差異不顯著；氮肥經濟學利用率變幅較大，在57.4～78.6 kg·kg-1之間，磷肥經濟學利用率在63.7～69.0 kg·kg-1之間，鉀肥經濟學利用率最低，在41.9～46.3 kg·kg-1之間。

生物學利用率也有隨施肥量增加而降低的現象，氮肥生物學利用率最高，不同處理間差異達到顯著水平，磷肥生物學利用率次之，鉀肥生物學利用率最低，磷鉀肥不同用量間差異均不顯著。

表觀利用率、農學利用率、偏生產力均隨著化肥用量增加而顯著降低；3種肥料之間表現為鉀肥>磷肥>氮肥；氮肥貢獻率以N225最高，與N150、N300之間差異不顯著，但顯著高于N75，磷肥與鉀肥的貢獻率不同處理間差異不大。

3 結論與討論

關于氮、磷、鉀三種肥料對玉米的增產效果，前人做了大量研究，結果比較一致，即氮>鉀>磷[6，8，11，12]，本研究結果類似，但在氮、磷、鉀肥料適宜用量方面，不同研究結果差異較大，這主要是受試驗田基礎地力與不同地區(qū)生產條件差異較大所致[8, 11,13，14]；本研究在糧棉輪作種植模式背景之下的結果表明，氮肥是玉米產量形成的關鍵因子，氮用量在0～225 kg·hm-2時隨施氮量增加玉米產量顯著增加，用量超過225 kg·hm-2后玉米產量下降，但N300與N225之間差異不顯著；磷肥無增產效果，這一結果主要是由于棉花需磷量低，在長期連作棉田土壤中積累了豐富的磷素[2]，向糧棉輪作種植模式轉變的過程中，導致施磷無增產效果，因此糧棉輪作模式下玉米季不需再施用磷肥；鉀肥具有一定增產效果，但鉀肥用量在75～300 kg·hm-2范圍內時玉米產量差異不顯著。

施氮顯著促進夏玉米地上部分植株對氮素的吸收，但當施氮量超過一定程度后對氮素的吸收量差異不顯著[15，16]，這與本研究結果類似；施磷增加玉米整株干重及磷含量[17]，玉米植株各器官磷素積累量隨施磷量增加而增加，籽粒磷素積累量最大[18]，而孫恒等[19]發(fā)現磷肥施用量對玉米籽粒及地上部磷含量影響不明顯，本研究結果發(fā)現，施磷促進了玉米秸稈與籽粒中P素的吸收，但對玉米生物量影響不大；劉淑霞等[7]研究發(fā)現，成熟期玉米籽粒含鉀量低，且受處理影響較小，秸稈含鉀量高，且隨著施鉀量的增加而提高，李波等[20]研究認為施鉀可以顯著增加植株鉀素積累，但隨鉀肥用量增加，植株鉀含量增長緩慢并出現下降，本試驗結果中秸稈鉀含量隨施鉀量增加而緩慢增加，隨后出現下降，但籽粒中鉀含量不同處理間差異不顯著；由于玉米秸稈全部還田，因此養(yǎng)分田間攜出量以籽粒為主，從N、P2O5、K2O田間攜出量來看，N田間攜出量N225最高達到127.1 kg·hm-2，N150與N300分別為110.6、118.4 kg·hm-2，P2O5田間攜出量在132.0～141.6 kg·hm-2，差異不顯著，K2O田間攜出量最低，除K0顯著降低外，其它施鉀處理在48.4～48.9 kg·hm-2，差異很小。

肥料利用率前人研究結果基本一致，即隨肥料用量增加而逐漸降低[19，21～23]，本研究結果發(fā)現，氮磷鉀肥料利用率均隨氮磷鉀肥用量增加而依次降低，趨勢明顯，其中經濟學利用率氮肥與磷肥相當，鉀肥最低，生物學利用率氮肥>磷肥>鉀肥，表觀利用率、農學利用率、偏生產力則是鉀肥>磷肥>氮肥；貢獻率三種肥料相差不大。

綜合考慮玉米產量與養(yǎng)分吸收、肥料利用率等結果，糧棉輪作模式下玉米季肥料適宜用量為N 225kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2, 免施磷肥。

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(編輯：邢國芳)

Effects of fertilization of N P K on maize yield, nutrients uptake and using efficiency

Wang Shulin, Qi Hong, Wang Yan, Zhang Qian, Feng Guoyi, Lin Yongzeng*, Liang Qinglong

(CottonResearchInstitute，HebeiAcademyofAgricultureandForestryScience/KeyLaboratoryofBiologyandGeneticImprovementofCottoninHuanghuaihaiSemiaridArea，MinistryofAgriculture，Shijiazhuang050051，China)

[Objective]In order to identify the optimum fertilizer rates for maize in cotton-wheat-maize rotation system. [Methods] Five treatments (0,75,150,225,300 kg/hm2) for each N, P2O5, K2O were designed to study the effect of fertilizer rates on maize yield, nutrient uptake and fertilizer using efficiency by adopting randomized block design in fields. [Results] The results showed that with the increase of the nitrogen from 0 to 225 kg·hm-2,the maize yield increased, which reached 10 382 kg·hm-2when the N rate was 225 kg·hm-2, but when the nitrogen rate exceeded 225 kg·hm-2the maize yield decreased. The biomass and economic coefficient changed as the same trend. The N content in straws increased with the increase of the N rate, which reached 0.680% when the N rate was 300 kg·hm-2, and the N content of N300 was higher significantly than that of N0, N75, N150, but there was no significant difference between N300 and N225. The N uptake in straws changed as the same trend. The N content in grains increased firstly then decreased with the increase of the N rate, which reached 1.224% when the N rate was 225 kg·hm-2, the N uptake in grains changed as the same trend, which reached 127.1 kg·hm-2when the N rate was 225 kg·hm-2. Phosphorus had no effects on the maize yield, biomass and economic coefficient. But P content in straws and grains increased firstly then decreased with the increase of P2O5rate, the P content in straws reached the most (0.187%) when the P2O5rate was 225 kg·hm-2, but for the grains it was 0.582% when the P2O5rate was 150 kg·hm-2. The P2O5uptake in straws increased with the increase of P2O5rate, but there was no significant difference for P2O5uptake in grains. The potassium increased maize yield, K75, K150, K225 and K300 increased yield by 10.8%、12.0%、13.3%、13.4% compared with the K0 respectively, but there was no significant difference between treatments which applied K2O, the biomass with the same trend, but the economic coefficients of different treatments changed little. The K content and the K2O uptake in straws increased firstly then decreased with the increase of the K2O rate, the K content and the K2O uptake reached the most when the K2O rate was 225 kg·hm-2, which was 2.352% and 217.4 kg·hm-2respectively. [Conclusion] According to the maize yield, the nutrient uptake and the using efficiency, the optimum fertilizer for maize in the cotton-wheat-maize rotation system was N 225kg·hm-2，K2O 75 kg·hm-2,without P2O5.

Nitrogen Phosphorous Potassium， Maize yield， Nutrient content， Fertilizer using efficiency

2016-05-04

2016-06-13

王樹林(1978-)，男(漢)，河北巨鹿人，副研究員，研究方向：棉花栽培與麥棉兩熟雙高產栽培技術

*通訊作者：林永增，研究員。Tel：15131499343，E-mail：zaipei@sohu.com

科技部支撐計劃“渤海糧倉科技示范工程”(2013BAD05B00)

S513

A

1671-8151(2016)11-0768-07