張正珍，慕瑞瑞,2，王佳,3，徐燦，陳永偉，張戰(zhàn)勝，吳宏亮，康建宏

（1寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川 750021；2海原縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，寧夏海原 751800；3平羅縣紅果子鎮(zhèn)農(nóng)技站，寧夏平羅 753400；4寧夏農(nóng)墾農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，銀川 750024；5寧夏農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，銀川 750001）

0 引言

玉米是中國主要經(jīng)濟作物之一，其生產(chǎn)的多少將直接影響中國糧食安全和谷物工業(yè)的發(fā)展，因此提高玉米產(chǎn)量是保證中國食品安全的重要途徑[1]。鉀是玉米生長所必需的重要元素，又是植物體內(nèi)多種酶的激活劑，可直接參與作物體內(nèi)多種代謝過程，促進有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和作物對氮、磷等養(yǎng)分的吸收利用[2-3]。寧夏被認為是鉀素相對豐富地區(qū)，致使人們只注重氮磷的施用，忽略鉀肥的施用，推薦的施肥方案中幾乎不施鉀肥，又因長期高產(chǎn)帶走較多鉀素，造成土壤和作物嚴重缺鉀，進而影響到玉米產(chǎn)量。因此，想要玉米獲得高產(chǎn)，必須注重鉀肥的使用。近年來，許多研究者針對鉀肥用量對作物干物質(zhì)積累、作物群體鉀素吸收利用和鉀肥利用效率的影響進行了大量研究，明確了作物干物質(zhì)積累和養(yǎng)分積累轉(zhuǎn)運受施肥量的影響。胡志橋等[4]表明，施鉀能提高玉米植株鉀含量和吸鉀量，與不施鉀肥相比，玉米植株中的含鉀量比施鉀處理，含鉀量減少了20%～24.8%，吸鉀量降低了25.7%～28.7%。李波等[5]研究發(fā)現(xiàn)，夏玉米產(chǎn)量和鉀素農(nóng)學(xué)利用率隨施鉀水平的增加呈先增后降趨勢，鉀肥偏生產(chǎn)力隨施鉀水平的增加顯著減小。侯云鵬等[6]等表明，適宜的鉀肥用量促進了鉀素向玉米籽粒中的轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運效率。有研究發(fā)現(xiàn)，在中國南部紅壤丘陵區(qū)，隨著施肥期限的增長，有機或無機肥配施處理對一年二季小麥的產(chǎn)量、吸鉀量、鉀肥使用率、鉀肥收獲指數(shù)，以及鉀對農(nóng)學(xué)效果的改善效應(yīng)逐步提高[7]。大量的科學(xué)研究已經(jīng)證實，鉀利用率與玉米生產(chǎn)具有明顯的正相關(guān)性，使用鉀有助于增加谷物對鉀吸收和鉀素吸收的利用率，而施用鉀能明顯提高谷物產(chǎn)量，并提高玉米穗粒數(shù)和百粒重，從而增加了谷物生產(chǎn)[8-9]。近年來對超高產(chǎn)夏玉米干物質(zhì)、養(yǎng)分積累、轉(zhuǎn)運及分配的研究大多基于不同種植模式及水肥運籌方式下進行[10-11]，而針對寧夏干旱地區(qū)滴灌施肥條件下，鉀素用量對玉米干物質(zhì)和養(yǎng)分積累與轉(zhuǎn)運及分配特性研究相對薄弱，且長期缺鉀和鉀素用量對寧夏旱區(qū)滴灌施肥條件下，玉米干物質(zhì)、養(yǎng)分積累、轉(zhuǎn)運及分配機制并不清楚。通過探討施鉀量對玉米干物質(zhì)積累和鉀素轉(zhuǎn)運及利用效率的影響，明確滴灌施肥條件下施鉀量對玉米群體干物質(zhì)和鉀積累轉(zhuǎn)運特性，以期為寧夏旱區(qū)滴灌施肥條件下的高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018—2019年在寧夏銀川平吉堡進行，地處106°01′E，38°24′N，平均海拔1170 m，年平均氣溫8.5℃，年平均降雨在200 mm 左右，年平均蒸發(fā)量在2000 mm以上，屬干旱地區(qū)，土壤類型為淡灰鈣土。試驗地土壤(0～20 cm)基本理化性狀見表1。

表1 2018—2019年試驗地耕層土壤基本理化性狀

1.2 試驗品種與肥料

試驗品種：‘先玉1225’，屬中晚熟玉米品種。

試驗肥料：氮肥為尿素（含N≥46%），磷肥為磷酸一銨（含P2O5≥61%、N≥12%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O≥52%），皆為水溶性肥料。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)6個鉀肥處理，分別為0、60、120、180、240、300 kg/hm2，依次標記為K0、K1、K2、K3、K4和K5，每處理做3 次重復(fù)，共18 個小區(qū)，小區(qū)面積為88 m2（長20 m、寬4.4 m）。采用寬窄行種植模式，寬行70 cm，窄行40 cm，株距為20 cm，種植密度為90000 株/hm2。各處理氮肥和磷肥用量一致，分別為300 kg/hm2和138 kg/hm2，所有肥料均隨水施入。鉀肥和磷肥的施肥比例為：苗期30%、拔節(jié)期40%和大喇叭口期30%。氮肥的施肥比例為：苗期10%、拔節(jié)期30%、大喇叭口期30%、抽雄期20%、灌漿期10%。2018 和2019 年玉米種植日期分別為4 月18 日和4月20日，收獲日期分別為9月15日和9月18日。

1.4 測定項目與方法

在玉米拔節(jié)期(SL)、大喇叭口期(JT)、抽雄期(BT)、灌漿期(FL)和成熟期(MT)取不同處理中具有代表性植株5 株，將各器官分開，105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重后稱重，采用硫酸—雙氧水消煮，火焰光度法測定全鉀含量。

成熟期，每小區(qū)收取中間2 行，測定每小區(qū)的穗數(shù)，當(dāng)籽粒水分≤20%時，人工脫粒，以14%標準含水量計算產(chǎn)量，收獲時選擇15 個代表性果穗，用于測定產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.5 參數(shù)計算

部分參數(shù)計算如式(1)～(9)所示。

1.6 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2016 進行數(shù)據(jù)整合，SPSS 23.0進行數(shù)據(jù)分析，Origin 2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施鉀量下玉米干物質(zhì)積累動態(tài)

由圖1可知，隨著玉米生育進程的推進，植株干物質(zhì)積累呈遞增趨勢，施鉀可顯著提高玉米地上部干物質(zhì)積累量(P＜0.05)，且隨施鉀量的增加呈現(xiàn)先增后降趨勢，各生育時期中均以K3處理下最高，較K0均具有顯著差異。成熟期(MT)，施鉀處理較K0，干物質(zhì)積累量2年平均提高了3.04%～13.80%，干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為K3＞K4＞K2＞K5＞K1＞K0。

圖1 不同施鉀量下玉米不同生育階段地上部干物質(zhì)量動態(tài)變化

2.2 不同施鉀量下玉米鉀積累動態(tài)與分配

2.2.1 不同施鉀量下玉米鉀積累動態(tài)從2年不同生育階段玉米各器官鉀養(yǎng)分積累動態(tài)變化可以看出（圖2），植株地上部葉和莖的鉀素積累量隨生育期的推進呈先增后降趨勢，以抽雄期(BT)鉀素積累量最高，植株地上部總養(yǎng)分隨生育期的推進呈遞增趨勢。各器官鉀素積累量在各生育時期中均以K3處理下最高，較K0均具有顯著差異。K3較K0處理，葉片鉀素積累量兩年平均提高33.30%～65.11%，莖鉀素積累量2 年平均提高10.56%～53.08%，穗鉀素積累量兩年平均提高32.17%～42.57%。

圖2 不同施鉀量下玉米地上部不同生育階段鉀積累量

2.2.2 不同施鉀量下玉米鉀分配比例由圖3 可知，隨著玉米生育進程的推進，葉鉀素積累量所占整個植株鉀素積累總量比例呈遞減趨勢，且隨施鉀量的增加呈先升后降趨勢，以K3處理下所占比例最大；莖中鉀素積累量占整個植株鉀素積累總量的比例隨玉米生育進程的推進呈先升后降趨勢，在抽雄期所占比例最大；穗鉀素積累量所占整個植株鉀素積累總量比例隨生育進程的推進而遞增，且隨施鉀量的增加呈先升后降趨勢。施鉀提高了成熟期穗鉀素分配比例，降低了莖和葉鉀素分配比例，穗鉀素分配比例2 年平均提高了1.79%～8.04%；莖和葉總鉀素分配比例兩年平均降低了3.5%～19.92%。

圖3 不同施鉀量下玉米鉀分配比例

2.3 不同施鉀量下玉米植株體內(nèi)鉀的轉(zhuǎn)運

表2 可知，與K0相比，施鉀可顯著提高鉀轉(zhuǎn)運量、鉀轉(zhuǎn)運率和轉(zhuǎn)運養(yǎng)分對籽粒貢獻率，并隨鉀素水平的提高呈先增加后降低趨勢，其中以K3處理轉(zhuǎn)運效果最好。施鉀處理下葉鉀素轉(zhuǎn)運量2年平均提高了18.65%～82.14%，莖鉀素轉(zhuǎn)運量2 年平均提高了21.91%～55.32%；施鉀處理下葉鉀轉(zhuǎn)運率2 年平均提高了6.57%～31.92%，莖鉀素轉(zhuǎn)運量2年平均提高了13.75%～28.82%；施鉀處理下葉和莖中轉(zhuǎn)運養(yǎng)分對籽粒貢獻率兩年平均提高了20.40%～67.71%；積累養(yǎng)分貢獻率與轉(zhuǎn)運養(yǎng)分對籽粒貢獻率呈相反變化趨勢。不同施鉀水平下鉀轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率、轉(zhuǎn)運養(yǎng)分對籽粒貢獻率和積累養(yǎng)分對籽粒貢獻率無論增加或減少，均具有明顯的一致性。

表2 不同施鉀量下玉米鉀轉(zhuǎn)運及對籽粒的貢獻率

2.4 不同施鉀量下玉米植株體內(nèi)鉀素利用效率

表3可知，鉀用量對鉀素吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和鉀肥偏生產(chǎn)力均具有顯著影響。鉀素吸收利用率、鉀素農(nóng)學(xué)利用率均隨施鉀量的增加呈先增后降趨勢，以K3處理下最優(yōu)，較其他處理，K3處理下的鉀素吸收利用效率兩年平均提高了20.09%～247.97%，鉀素農(nóng)學(xué)利用率兩年平均提高了37.47%～221.27%。鉀肥偏生產(chǎn)力隨施鉀水平的增加呈降低趨勢，以K1處理鉀素偏生產(chǎn)力最大，其他施鉀處理較K1處理，鉀肥偏生產(chǎn)力下降了48.71%～80.20%。

表3 2018—2019年鉀素利用效率

2.5 不同施鉀量下玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表4 可知，隨著施鉀量的增加，2018 年和2019年玉米產(chǎn)量均呈先增后降趨勢，其產(chǎn)量表現(xiàn)為：K3＞K4＞K2＞K5＞K1＞K0，以K3處理產(chǎn)量最高，且顯著高于其他處理，K3處理較其他處理，2年產(chǎn)量平均提高了6.99%～18.14%。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，施鉀可以顯著提高玉米的百粒重和穗粒重，對穗長、穗粗和收獲指數(shù)影響不顯著，但對其有促進作用。百粒重和穗粒重是決定玉米產(chǎn)量最主要的影響因素，各處理中以K3處理下的百粒重和穗粒重表現(xiàn)最好，百粒重較其他處理平均兩年增加了3.43%～5.39%，穗粒重較其他處理平均2年增加了5.83%～12.19%。本研究基于不同施鉀量對產(chǎn)量進行回歸擬合：得方程(10)。求得極值X=171.60 kg/hm2，所以當(dāng)施鉀量為時171.60 kg/hm2，產(chǎn)量達到最大值y=15125.13 kg/hm2。

表4 不同施鉀量下玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.6 不同施鉀量下玉米養(yǎng)分利用效率及產(chǎn)量構(gòu)成因素間的相關(guān)性分析

為了深入解析施鉀條件下玉米干物質(zhì)、鉀素積累、鉀轉(zhuǎn)用量、鉀轉(zhuǎn)用率、轉(zhuǎn)用養(yǎng)分貢獻率、積累養(yǎng)分貢獻率、鉀素吸收利用效率、鉀素農(nóng)學(xué)利用率、鉀肥偏生產(chǎn)力、穗長、穗粗、百粒重、穗粒重、產(chǎn)量和收獲指數(shù)的變化規(guī)律，筆者對15 個指標進行相關(guān)分析（表5）。結(jié)果表明，DM 與PA、PTA、GW 和Y 呈顯著正相關(guān)，與PCR、KRE、EL和HGW呈及顯著正相關(guān)；PA與PTA呈極顯著正相關(guān)，與GW、和Y 呈顯著正相關(guān)；PTA 與PCR 呈極顯著正相關(guān),與TNCR 呈顯著正相關(guān)，與CRAN 呈顯著負相關(guān)；TNCR 與KRE 呈先著正相關(guān)；CRAN 與KRE 呈顯著負相關(guān)；KRE 與KAE 和EL 呈極顯著正相關(guān)，與GW、Y和HI呈顯著正相關(guān)；KAE與HI呈極顯著正相關(guān)，與EL和HI呈顯著正相關(guān)；EL與GW和Y呈顯著正相關(guān)；Y與EL和HI呈顯著正相關(guān)；其他各指標間相關(guān)性不顯著。

表5 不同施鉀條件下各指標間的相關(guān)性分析

2.7 不同施鉀量下玉米養(yǎng)分利用效率及產(chǎn)量構(gòu)成因素主成分分析

在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，本研究采用Origin 對不同施鉀條件下玉米養(yǎng)分利用效率及產(chǎn)量構(gòu)成因素等15個指標進行主成分分析（表6）。采用分析—降維—因子方法發(fā)現(xiàn)獲得4 個主成分，解析貢獻率分別為58.62%、12.53%、9.64%和6.98%，其累積總貢獻率為87.77%。第1 主成分主要由鉀轉(zhuǎn)運量、干物質(zhì)和鉀素吸收利用率等組成，第2 主成分主要為鉀素農(nóng)學(xué)利用率和鉀肥偏生產(chǎn)力，第3 主成分主要是積累養(yǎng)分貢獻率和百粒重，第4 主成分主要為轉(zhuǎn)用養(yǎng)分貢獻率和穗粗。將15 個指標成分矩陣主成分得分除以提取載荷獲得載荷矩陣（表7），獲得4個主成分得分的計算方程分別為(11)～(14)。

表6 初始特征值和提取的主成分貢獻率

表7 成分矩陣

從表8 可以看出，不同施鉀處理下K3得分最高為2.147，主成分分析結(jié)果與不同施鉀量下養(yǎng)分積累、養(yǎng)分利用效率及產(chǎn)量所得結(jié)果一致，進一步證明施鉀量180 kg/hm2最優(yōu)。

表8 綜合評價表

3 結(jié)論與討論

群體干物質(zhì)量的積累決定著玉米產(chǎn)量，氮磷鉀養(yǎng)分積累是干物質(zhì)積累的基礎(chǔ)，也是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[12-13]。本試驗中，植株干物質(zhì)和鉀素積累隨生育期的推進不斷增加，且施鉀顯著提高玉米花后鉀積累比例，與花后干物質(zhì)積累比例變化趨勢一致，植株干物質(zhì)和鉀素積累及分配比例均隨施鉀量的增加呈先增后降的趨勢，以K3處理最優(yōu)。本研究還發(fā)現(xiàn)葉片和莖中的鉀素積累隨著生育期的推進呈先升高后降低，穗部鉀素積累量隨之升高，這應(yīng)是花后葉片和莖中養(yǎng)分向穗部轉(zhuǎn)移的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)，在氮、磷肥和水分供應(yīng)豐富的條件下，施用鉀肥能促進玉米葉片發(fā)育，增強光合性能，提高玉米群體干物質(zhì)積累量并促進鉀素吸收，有利于鉀素由營養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運量，進而達到增產(chǎn)效果[14-16]。研究發(fā)現(xiàn)，鉀使用量不足的情況下，不僅會影響作物對鉀的吸收，而且會因養(yǎng)分投入不平衡，限制其他養(yǎng)分的吸收，尤其是對氮磷的吸收，從而降低了肥料利用率[17-18]。宋杰等[19]指出，玉米干物質(zhì)和養(yǎng)分積累隨施鉀量的增加呈先增加后降低趨勢，且增施鉀肥提高了玉米花后干物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)運的強度。王曉磊等[20]發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)拟浄视昧靠梢匝泳徶仓耆~片衰老，施鉀之所以使玉米花后干物質(zhì)積累比例提高是因為延長了玉米光合功能期。薛欣欣等[21]發(fā)現(xiàn)，合理施鉀能夠明顯提高水稻地上部干物質(zhì)與鉀素積累量。綜上可知，合理施鉀使玉米具有較大的干物質(zhì)和鉀素累積優(yōu)勢，對花后氮、磷的積累影響也比花前更大，花后養(yǎng)分吸收促進玉米花后干物質(zhì)積累，為夏玉米產(chǎn)量提高奠定基礎(chǔ)。

農(nóng)學(xué)利用率、吸收利用率和肥料的偏生產(chǎn)力均是表示養(yǎng)分利用率的常用定量指標，能從不同的角度說明作物對肥料的利用率[5]。本研究表明，鉀素轉(zhuǎn)運量、鉀轉(zhuǎn)運率、轉(zhuǎn)運養(yǎng)分對籽粒貢獻率、鉀素吸收利用效率和農(nóng)學(xué)利用效率都隨施鉀量的增加先升后降，鉀肥偏生產(chǎn)力隨施鉀量的增加呈顯著降低趨勢，這與薛欣欣等[21]在水稻中的研究結(jié)果一致，鉀素存在明顯的奢侈吸收現(xiàn)象。李颯等[22]指出，玉米對鉀素的吸收過程大多在吐絲之前進行，而吐絲后的鉀素累積速度顯著降低。有研究表明，籽粒中52.4%～100%的鉀素來源于營養(yǎng)體的轉(zhuǎn)運[3]，籽粒養(yǎng)分積累是花后養(yǎng)分積累和花前養(yǎng)分再轉(zhuǎn)運共同作用的結(jié)果[23-25]。薛欣欣等[21]發(fā)現(xiàn)，水稻對鉀的吸收存在顯著的奢侈吸收現(xiàn)象，即便過量施鉀，也不能進一步獲得更高的生長潛力。王寅等[26]表明，施鉀量水平較低的處理其農(nóng)學(xué)利用效率和鉀肥貢獻率顯著高于施鉀水平高的處理。結(jié)合前人研究和本次試驗可知，施鉀不但增加了玉米生殖生長階段中對鉀的吸收，還促使了玉米花前儲存更多的養(yǎng)分向籽粒中轉(zhuǎn)移，進而提高養(yǎng)分轉(zhuǎn)運對玉米籽粒養(yǎng)分的貢獻率。

施鉀可促進玉米對鉀素的吸收，提高玉米的含鉀量和鉀素積累量，當(dāng)鉀素用量超過玉米所需時，會導(dǎo)致玉米體內(nèi)葉綠素含量降低及熒光作用減弱，從而影響光合作用，使得光合產(chǎn)物減少，影響地上部生物量的累積及光合器官葉片的生長，降低群體的葉面積指數(shù)，最終影響產(chǎn)量[27]。鉀肥施用量與玉米干物質(zhì)具有顯著相關(guān)性，當(dāng)超過一定量時，干物質(zhì)積累量隨施鉀量增加而下降，玉米花前對養(yǎng)分的儲存量降低，進而影響到養(yǎng)分向籽粒中的轉(zhuǎn)移，因此導(dǎo)致產(chǎn)量降低[19]。本試驗結(jié)果顯示，玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均隨施鉀量的增加呈先增加后降低趨勢，施鉀處理下的產(chǎn)量顯著高于不施鉀處理，這反應(yīng)了玉米產(chǎn)量對外源鉀肥的依賴程度較高，但因鉀素存在明顯的奢侈吸收現(xiàn)象，應(yīng)積極合理地施用鉀肥提高土壤鉀的供應(yīng)能力。

本研究表明，適宜的施鉀水平可有效促進玉米對鉀素的吸收，提高干物質(zhì)和鉀素積累量，有利于花前營養(yǎng)器官儲存的鉀素向籽粒的再轉(zhuǎn)運，提高玉米鉀素轉(zhuǎn)運量、鉀轉(zhuǎn)運率、轉(zhuǎn)運養(yǎng)分對籽粒貢獻率、鉀素吸收利用效率和農(nóng)學(xué)利用效率。綜合考慮玉米干物質(zhì)積累、養(yǎng)分積累及吸收利用特性等因素，寧夏滴灌水肥一體化條件下最佳施鉀范圍為171.60～180 kg/hm2左右。