李格, 白由路^,, 杨俐苹, 卢艳丽, 王磊, 张静静, 张银杰中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部作物营养与施肥重点开放实验室,北京 100081

Effect of Drip Fertigation on Summer Maize in North China

LI Ge, BAI YouLu^,, YANG LiPing, LU YanLi, WANG Lei, ZHANG JingJing, ZHANG YinJieInstitute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Nutrition and Fertilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081

通讯作者: 白由路，E-mail：baiyoulu@caas.cn

责任编辑: 李云霞
收稿日期:2018-12-17接受日期:2019-02-26网络出版日期:2019-06-01

基金资助:

国家科技支撑计划课题.2015BAD23B02

Received:2018-12-17Accepted:2019-02-26Online:2019-06-01
作者简介 About authors
李格,E-mail：lige_gege@126.com。









摘要
目的 通过研究华北地区中低产土壤条件下不同氮、磷、钾肥施用量在滴灌夏玉米上的肥料效应,从而优化滴灌施肥系统,为夏玉米高效滴灌施肥提供理论依据,推进水肥一体化技术。方法 通过两年田间试验,以郑单958为供试品种,滴灌带设置为一管带两行,氮磷钾分别设4个处理,其中氮肥处理为0、144、180、216 kg·hm ^-2（记为N0、N1、N2、N3）,磷肥处理为0、72、90、108 kg·hm ^-2（记为P0、P1、P2、P3）,钾肥处理为0、72、90、108 kg·hm ^-2（记为K0、K1、K2、K3）,氮磷钾肥料分4次滴施,以研究不同处理对夏玉米产量及不同生育时期干物质积累的影响,分析不同处理下肥料的利用率。结果 （1）华北地区中低产田条件下夏玉米产量随施氮磷肥的用量呈抛物线性变化,当施氮量为180 kg·hm ^-2,施磷量为90 kg·hm ^-2时,作物产量最高;当氮磷肥施用量超过最高产量施肥量时,作物产量随施氮磷用量的提高呈下降趋势,但氮肥处理的下降程度差异不显著,而磷肥施用量超过90 kg·hm ^-2时,作物产量随施磷量的提高显著下降（P＜0.05）;在本处理中,夏玉米产量随施钾量的提高,均呈增加趋势。（2）不同施肥处理对夏玉米生育前期干物质积累几乎没有影响,在灌浆期与收获期时干物质积累与施氮量、施磷量均呈抛物线性变化,变化趋势与产量基本相同。（3）不同处理的氮磷钾肥利用率不同,分别为33.39%—58.44%、14.15%—28.88%、54.70%—65.75%,当夏玉米产量最高时的氮、磷、钾肥利用率两年平均为51.21%、28.88%、65.75%;在最高产量条件下,氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为8.08、11.41和8.83 kg·kg ^-1;偏生产力分别为59.88、119.75和100.65 kg·kg ^-1。结论 在华北地区中低产土壤滴灌施肥条件下,最适宜的氮磷施用量分别为180 kg·hm ^-2和90 kg·hm ^-2,当施氮量超过180 kg·hm ^-2、施磷量超过90 kg·hm ^-2时,夏玉米产量会出现下降,但随施钾量的提高,产量有增加的趋势。滴灌施肥可获得较高的氮磷钾肥利用率,分别为51.21%和28.88%和65.75%。
关键词： 夏玉米;滴灌施肥;肥料利用率;作物产量;干物质积累量

Abstract
【Objective】 The experiment was carried out to study the fertilizer effects of different nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer application rates on summer maize under low-yield soil conditions in North China, and provided a theoretical basis for high-efficiency drip fertigation of summer maize, in order to optimize drip fertigation system and promote the technology of water and fertilizer integration. 【Method】 Maize variety “Zhengdan 958” was used as materials in the two-year field experiment. Under the condition of one tube with two rows of drip fertigation belts, the experiment was subjected to four treatments for nitrogen, phosphorus and potassium respectively, of which nitrogen fertilizer treatments were 0, 144, 180, and 216 kg·hm ^-2(denoted as N0, N1, N2, and N3, respectively), phosphate fertilizer treatments were 0, 72, 90, and 108 kg·hm ^-2(denoted as P0, P1, P2, and P3, respectively) and potassium fertilizer treatments were 0, 72, 90, and 108 kg·hm ^-2 (denoted as K0, K1, K2, and K3, respectively). The nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers were divided into four times by drip fertigation. The study analyzed the effects of different nitrogen, phosphate and potassium application rates on crop yield and the dry matter in different growing stages of summer maize, and analyzed the fertilizer use efficiency. 【Result】 (1) The yield of summer maize under the conditions of low-yield field in North China showed a parabolic linear change with the rates of nitrogen and phosphorus fertilizer. The crop yield was the highest when the nitrogen application was 180 kg·hm ^-2 and the phosphorus application was 90 kg·hm ^-2. When the nitrogen and phosphorus fertilizer application exceeded the maximum yield fertilization amount, the crop yield decreased with the increase of nitrogen and phosphorus application, but the difference of nitrogen fertilizer treatment was not significant. And when the application rate of phosphate fertilizer exceeded 90 kg·hm ^-2, the yield of crop decreased significantly with the increase of phosphorus application (P＜0.05). In this treatment, the yield of summer maize increased with the amount of potassium applied. (2) Different fertilization treatments had little effect on the dry matter accumulation of summer maize in the early growth stage. The change of crop yield and the dry matter accumulation showed the same parabolic linear change along with the increase of nitrogen application rate and phosphorus application rate in the filling period and harvesting period. (3) The use efficiencies of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers were 33.39%-58.44%, 14.15%-28.88% and 54.70%-65.75%, respectively. The nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer average use efficiencies were 51.21%, 28.88% and 65.75%, respectively, when the yield of summer maize was the highest. The average agronomic efficiency of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers were 8.08 kg·kg ^-1, 11.41 kg·kg ^-1 and 8.83 kg·kg ^-1, respectively, under the highest yield conditions. At this point, the average partial factor productivity of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers were 59.88 kg·kg ^-1, 119.75 kg·kg ^-1 and 100.65 kg·kg ^-1, respectively. 【Conclusion】 Under the conditions of drip fertigation in low-yield soil in North China, the optimum nitrogen and phosphorus application were 180 kg·hm ^-2 and 90 kg·hm ^-2, respectively. The yield of summer maize would decrease when nitrogen application exceeded 180 kg·hm ^-2or phosphorus application rate surpassed 90 kg·hm ^-2, but the yield of summer maize would increase along with the increase of potassium application. Drip fertigation could obtain higher nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer use efficiency, which was 51.21%, 28.88% and 65.75%, respectively.
Keywords：summer maize;drip fertigation;fertilizer use efficiency;crop yield;dry matter accumulation


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本文引用格式
李格, 白由路, 杨俐苹, 卢艳丽, 王磊, 张静静, 张银杰. 华北地区夏玉米滴灌施肥的肥料效应[J]. 中国农业科学, 2019, 52(11): 1930-1941 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.008
LI Ge, BAI YouLu, YANG LiPing, LU YanLi, WANG Lei, ZHANG JingJing, ZHANG YinJie. Effect of Drip Fertigation on Summer Maize in North China[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2019, 52(11): 1930-1941 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.008

0 引言

【研究意义】玉米作为我国重要的粮食作物,其产量高低直接影响国家粮食安全和玉米产业的发展。化肥的施用为提高粮食单产、保障我国粮食安全做出了巨大的贡献。然而随着化肥的施用,化学肥料的负面作用日益显现,所以,高效利用化学肥料,提高肥料养分利用效率对保证粮食安全、保护生态环境、节约养分资源、提高农业生产效益都有十分重要的意义^[1,2]。目前灌溉施肥被认为是一种高效利用水分和养分的有效方法,滴灌施肥以其较高的肥料利用率、较小的环境污染等独特的性能和优点被世界各国广泛采用^{[3,4,5,6,7,8,9,10]}。【前人研究进展】早在1958年BRYAN 和THOMAS^[11]在美国阿肯色州对三种肥料使用辅泵和封闭罐系统两种注肥方式的研究结果表明灌溉施肥具有较好的均匀性。MAMDOUH等^[12]在埃及半干旱地区进行田间滴灌试验的结果表明,240 kg·hm^-2的施氮量较120 kg·hm^-2的施氮量两年平均提高小麦产量34.4%。20世纪90年代滴灌技术开始应用于大田作物,并逐步渗透到发展中国家,我国诸多****^{[13,14,15,16,17,18,19,20,21]}也对此进行了研究。张经廷等^[13]的研究结果为：滴灌条件下,相较于磷钾肥,玉米对氮肥更敏感。邓兰生等^[14]通过盆栽试验表明滴灌施氮处理能显著提高氮肥利用率,其增幅达8.75%—21.50%,滴灌有利于玉米对氮肥的吸收及生物量的积累。乔健等^[16]研究表明滴灌施肥可以显著提高拔节期至成熟期夏玉米的干物质积累量,增大穗粒数和百粒重,有效提高产量。杨明达等^[19]研究指出地下滴灌和地表滴灌均具有良好的灌水均匀度,滴头流速与产量呈显著的正线性相关。李金鑫等^[20]的研究结果表明适中的水肥耦合模式可以提高产量2.8%,提高肥料利用率28.55%。【本研究切入点】近年来国内****对滴灌条件下作物的肥料效应研究多集中在新疆、吉林等干旱、半干旱地区,对华北地区夏玉米滴灌施肥条件下的肥料田间效应研究较少,且大多集中于单一氮肥的施用研究,磷、钾肥施用的研究鲜见报道。华北地区虽属半湿润区,但其夏玉米各生育阶段轻旱时有发生且水肥利用率低下^[22],对农业生产造成了巨大影响,研究华北地区玉米滴灌水肥一体化的肥料效应,不仅解决阶段性干旱问题,而且减少环境污染,同时利于养分及水资源高效利用。【拟解决的关键问题】通过滴灌施肥田间试验,研究不同氮、磷、钾施用量对夏玉米产量、干物质积累以及养分利用率的影响,为华北地区中低产土壤条件下的夏玉米水肥一体化技术提供科学依据,增强农业可持续发展能力。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017—2018年在中国农业科学院国际农业高新技术产业园（河北廊坊）进行。该区域年平均温度为11.9℃,无霜期为183 d,降水量为554.9 mm,属暖温带大陆性季风气候。土壤类型为潮土,土壤质地为砂质壤土,属中低产土壤。种植制度为冬小麦夏玉米轮作,一年两熟。

1.2 试验材料

1.2.1 供试作物与土壤 供试玉米品种为郑单958,河南金博士种业股份有限公司生产。

国家测土配方施肥中心用ASI法^[23]对供试土壤的化学性质进行了测定,其性质如表1所示。

Table 1
表1
表1供试土壤基础化学性质
Table 1Soil basic chemical properties

土层 Soil layer (cm)	硝态氮 NO3--N (mg·L-1)	铵态氮 NH4+-N (mg·L-1)	有效磷 Available phosphorus (mg·L-1)	有效钾 Available potassium (mg·L-1)	碱溶 有机质 OM (%)	有效硫 Available sulphur (mg·L-1)	有效硼 Available boron (mg·L-1)	有效铁 Available iron (mg·L-1)	有效锰Available manganese (mg·L-1)	有效铜Available copper (mg·L-1)	有效锌Available zinc (mg·L-1)	有效钙Available calcium (mg·L-1)	有效镁Available magnesium (mg·L-1)
0-20	21.8	12.9	22.7	96.4	0.75	17.2	2.9	5.3	12.8	0.9	3.5	1788.4	139.4
20-40	21.7	10.2	8.5	60.3	0.69	41.5	2.4	6.3	12.8	0.8	1.9	1862.1	131.2

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1.2.2 供试肥料与滴灌带规格 供试氮肥为普通尿素（CO(NH₂)₂）,含N 46%,内蒙古博大实地化学有限公司生产;磷肥为磷酸一铵（NH₄H₂PO₄）,含N 12%、P₂O₅ 60%,湖北鄂中化工有限公司生产;钾肥为氯化钾（KCl）,含K₂O 62%,俄罗斯乌拉尔钾肥股份公司生产。滴灌带管径16 mm,壁厚0.2 mm,选用内镶贴片式滴头,滴头间距10 cm,滴头标称流量2 L·h^-1。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验采用田间试验,随机区组设计,设置10个处理（其中N2、P2、K2 3个处理由于施肥量一致,因此共用1个小区）,重复3次。施肥量由国家测土配方施肥中心采用ASI法推荐^[23],以N、P₂O₅、K₂O分别为180、90、90 kg·hm^-2作为中等水平用量,然后各增减20%设置处理,具体试验设计如表2所示。小区面积32 m²,玉米行距60 cm,株距25 cm。滴灌方式为一管带两行,所有肥料按生育时期分4次滴灌施完,分别于玉米苗期滴施20% N、50% P₂O₅、40% K₂O,大喇叭口期滴施50% N、40% P₂O₅、30% K₂O,吐丝期滴施20% N、10% P₂O₅、20% K₂O,灌浆期滴施10% N、10% K₂O。其他田间管理按传统方式进行。夏玉米于2017年6月13日播种,10月12日收获,2018年6月17日播种,10月10日收获。

Table 2
表2
表2试验设计
Table 2Treatments in this study

处理 Treatment	肥料种类 Type of fertilizer	肥料用量 Fertilizer application rate (kg·hm-2)
N0	N（P90、K90）	0
N1		144
N2		180
N3		216
P0	P (N180、K90)	0
P1		72
P2		90
P3		108
K0	K（N180、P90）	0
K1		72
K2		90
K3		108

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1.3.2 植株样品采集与测定 分别于玉米拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期、收获期取各小区代表性玉米植株地上部,其中灌浆期与收获期将叶片、茎秆、籽粒分开,105℃杀青30 min后75℃烘干并称重,计算地上部干物质积累量。在样品养分分析前,将玉米地上部样品全部粉碎过筛,用于测定植株氮、磷、钾含量,样品采用浓H₂SO₄-H₂O₂ 法消煮,流动分析仪（Seal AA3）测定全氮、全磷^[24,25],原子吸收法测定全钾。

1.3.3 产量及产量结构的测定 收获期分别将每个小区全部收获测定其产量,并进行考种。考种的指标为穗长、穗粗、穗行数、穗粒数、百粒重等。

1.4 相关指标计算

地上部氮/磷/钾素积累量（nitrogen/phosphorus/ potassium accumulation above ground, kg·hm^-2）=地上部干物重×地上部干物质含氮/磷/钾量;

氮/磷/钾肥利用率（nitrogen/phosphorus/potassium fertilizer use efficiency）=（施肥区植株地上部氮/磷/钾素积累量-不施肥区植株地上部氮/磷/钾素积累量）/施氮/磷/钾肥量×100%;

肥料农学效率（agronomic efficiency of applied fertilizer, kg·kg^-1）=（施肥区产量-不施肥区产量）/施肥量;

肥料偏生产力（partial factor productivity of fertilizer,kg·kg^-1）=施肥区产量/施肥量。

1.5 统计分析

试验数据采用Excel 2003和The SAS System for Windows V8进行统计分析和作图,多重比较采用LSD法（P＜0.05）。

2 结果

2.1 不同处理对夏玉米产量及其构成因素的影响

2.1.1 施氮量的影响 由表3可见,在华北中低产条件下,夏玉米产量随施氮量的变化呈抛物线性变化,当施肥量达到180 kg·hm^-2时,作物产量最高,之后,随施氮量的提高,夏玉米产量出现下降的趋势,但下降的程度没有达到显著水平。通过与不施氮肥处理相比较,不同年份表现出的增产幅度不同,2017年最大施氮增幅为12.84%,而2018年的最大增幅度为19.09%。两年结果表明,在整体夏玉米产量较高的年份,施氮的增产幅度减少。通过比较夏玉米的产量构成因素,不同年份影响产量的构成因素不同,在产量较低的年份,穗粒数对施氮肥的反应更为敏感,表现为随施氮量提高,穗粒数增幅较快,而过量施肥时,穗粒数下降也较快;不同年份夏玉米百粒重表现也不同,在产量较高的年份,当过量施用氮肥时,百粒重下降明显,而在产量较低的年份,过量施用氮肥对百粒重几乎没有影响。两年结果均表明,随着施氮量的提高作物产量增加,当超过180 kg·hm^-2时,夏玉米产量均有一定程度的减产,但差异不显著。

Table 3
表3
表3不同施肥处理的夏玉米产量及其产量构成因素
Table 3Summer maize yield and its yield components among different fertilizer treatments

年份 Year	处理 Treatment	穗粒数（粒） Grain per ear	百粒重 100 grain weight (g)	产量 Grain yield (kg·hm-2)	增产率 Increased rate (%)	平均增产率 Average increased rate (%)
2017	N0	490.53c	35.02b	10434.44c	-
	N1	562.81b	37.40a	10864.07b	4.12
	N2	577.87a	37.75a	11774.73a	12.84	9.34
	N3	564.40b	35.23b	11588.69a	11.06
	P0	536.78c	35.43c	10985.38d	-
	P1	553.03bc	36.58b	11233.70c	2.26
	P2	577.87a	37.75a	11774.73a	7.19	4.51
	P3	559.83b	37.65a	11433.06b	4.08
	K0	544.86b	35.62b	11128.57b	-
	K1	563.20ab	36.68ab	11690.40a	5.05
	K2	577.87a	37.75a	11774.73a	5.81	5.77
	K3	580.49a	37.52a	11844.73a	6.44
2018	N0	542.39b	32.00a	8212.74c	-
	N1	551.80b	33.48a	9344.20b	13.78
	N2	575.89a	33.89a	9780.53a	19.09	16.70
	N3	560.48ab	34.05a	9627.33a	17.22
	P0	538.61b	33.31a	8516.97c	-
	P1	537.63b	34.10a	8866.98b	4.11
	P2	575.89a	33.89a	9780.53a	14.84	8.35
	P3	588.57a	32.99a	9037.52b	6.11
	K0	547.20a	32.70b	8704.89b	-
	K1	553.02a	33.55ab	9747.54a	11.98
	K2	575.89a	33.89ab	9780.53a	12.36	12.67
	K3	579.87a	34.45a	9894.91a	13.67

Values within a column followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level. The same as below
同列不同字母表示差异在5%显著水平。下同

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2.1.2 施磷量的影响 由表3可见,在华北中低产条件下,和氮肥效应一样,夏玉米产量随施磷量的变化呈抛物线性变化,当施肥量在72—90 kg·hm^-2时,每增施1 kg磷肥可以平均增产40.40 kg·hm^-2;当施肥量达到90 kg·hm^-2时,作物产量最高,之后,随施磷量的提高,夏玉米产量出现下降的趋势,且下降程度达到显著（P＜0.05）水平。通过与不施磷肥处理相比较,不同年份表现出的增产幅度不同,2017年最大施磷增幅为7.19%,而2018年的最大增幅度为14.84%。两年结果表明,在夏玉米整体产量较低的年份,施磷的增产幅度较高。通过比较夏玉米的产量构成因素,不同年份影响产量的构成因素不同,在产量较高的年份,穗粒数对施磷肥的反应更为敏感,表现为随施磷量提高,穗粒数增幅较快,而过量施肥时,穗粒数下降也较快;不同年份夏玉米百粒重表现也不同,在产量较低的年份,百粒重随施磷量表现为先增加后减少,当施磷量超过90 kg·hm^-2时百粒重下降明显,而在产量较高的年份,过量施用磷肥对百粒重几乎没有影响。两年结果均表明,随着施磷量的提高作物产量增加,当超过90 kg·hm^-2时,夏玉米产量均有一定程度的减产,且差异显著（P＜0.05）。2.1.3 施钾量的影响 由表3可见,在华北中低产条件下,夏玉米产量随施钾量的变化呈抛物线性变化,当施肥量在72—108 kg·hm^-2时,每增施1 kg钾肥仅可平均增产0.71%,增产程度未达显著水平。通过与不施钾肥处理相比较,不同年份表现出的增产幅度不同,2017年最大施钾增幅为6.44%,而2018年的最大增幅为13.67%。两年结果表明,在整体夏玉米产量较低的年份,施钾的增产幅度增加。通过比较夏玉米的产量构成因素,不同年份影响产量的构成因素均为百粒重,在产量较高的年份,随施钾量提高,百粒重增幅较快,而过量施肥时,百粒重则缓慢下降;在产量较低的年份,百粒重随施钾量缓慢增加。两年结果均表明,随着施钾量的提高作物产量增加,当超过72 kg·hm^-2时,夏玉米产量均有一定程度的增产,但差异不显著。

2.2 不同处理对夏玉米地上部干物质积累量的影响

2.2.1 不同施氮量的影响 各处理夏玉米干物质积累有相同的趋势,自出苗至成熟,夏玉米干物质逐渐增多。从图1可以看出,夏玉米生育前期,施氮量对干物质积累几乎没有影响,吐丝期时氮肥用量对干物质积累仍未达显著水平,之后干物质积累量迅速增加,灌浆期与收获期时干物质积累与施氮量均呈抛物线性变化,当施肥量达到180 kg·hm^-2时,夏玉米干物质积累量最高,之后,随施氮量的提高,夏玉米干物质积累量出现下降的趋势,且下降的程度达到显著（P＜0.05）水平。通过与不施氮肥处理相比较,不同年份表现出的干物质积累量增幅相近,2017年、2018年施氮最大增幅分别为29.85%、31.45%。

图1

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图1不同施氮量对夏玉米地上部干物质积累量的影响

Fig. 1Effect of different nitrogen application rates on dry matter accumulation of summer maize



2.2.2 不同施磷量的影响 从图2可以看出,夏玉米整个生育期间,生育前期不同施磷量对干物质积累影响不大,灌浆期、收获期通过与不施磷肥处理相比较,不同年份表现出的干物质积累量增幅不同,2017年灌浆期和收获期施磷最大增幅分别为10.06%和8.56%,而2018年灌浆期和收获期最大增幅分别为25.50%和16.59%。两年结果表明,夏玉米生育后期各处理差异较大,特别是收获期,干物质积累量对施磷量反应更敏感,表现为干物质积累量随施磷量的提高迅速增加,且增加程度达到显著（P＜0.05）水平;当施肥量达到90 kg·hm^-2时,夏玉米干物质积累量最高;之后,随施磷量的提高,夏玉米干物质积累量出现下降的趋势,但不同年份下降程度不同,在夏玉米产量整体较高的年份,每多施1 kg磷肥降低干物质积累量21.14 kg·hm^-2,而在产量较低的年份,每多施1 kg磷肥相应降低干物质积累量66.12 kg·hm^-2。

图2

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图2不同施磷量对夏玉米地上部干物质积累量的影响

Fig. 2Effect of different phosphorus application rates on dry matter accumulation of summer maize



2.2.3 不同施钾量的影响 从图3可以看出,夏玉米生育前期整体干物质积累量较低,变化差异不大,后期夏玉米干物质积累量随施钾量的提高而增加,当施肥量达到90 kg·hm^-2时,增加幅度变小且未达到显著水平。灌浆期、收获期通过与不施钾肥处理相比较,不同年份表现出的干物质积累量增幅不同,2017年灌浆期和收获期施钾最大增幅分别为7.89%和9.53%,而2018年灌浆期和收获期最大增幅分别为23.50%和14.91%。两年结果均表明,夏玉米生育后期随着施钾量的提高作物干物质积累量增加,当超过90 kg·hm^-2时,夏玉米干物质积累量增加幅度减少,且差异并不显著。

图3

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图3不同施钾量对夏玉米地上部干物质积累量的影响

Fig. 3Effect of different potassium application rates on dry matter accumulation of summer maize

2.3 不同处理对夏玉米肥料利用率的影响

2.3.1 施氮量的影响 由表4可见,在华北中低产条件下,夏玉米氮肥利用率随施氮量的变化呈下降趋势,施氮量由144 kg·hm^-2提高到216 kg·hm^-2时,两年平均氮肥利用率由58.44%降低到33.39%。氮肥农学效率随施氮量的变化呈抛物线性变化,当施肥量达到180 kg·hm^-2时,作物氮肥农学效率最高,之后,随施氮量的提高,夏玉米氮肥农学效率出现下降的趋势,但两年的变化幅度不一致,在夏玉米产量整体较高的年份氮肥农学效率随施氮量的增降程度大于产量较低的年份。氮肥偏生产力随施氮量增加呈降低的趋势,且各处理差异达显著（P＜0.05）水平。

Table 4
表4
表4夏玉米氮肥利用率
Table 4Nitrogen fertilizer use efficiency of summer maize

年份Year	处理Treatment	氮肥利用率NFUE (%)	氮肥农学效率NAE(kg·kg-1)	氮肥偏生产力NPFP (kg·kg-1)
2017	N0	-	-	-
	N1	68.66a	2.98b	75.44a
	N2	55.37b	7.45a	65.42b
	N3	37.60c	5.34a	53.65c
2018	N0	-	-	-
	N1	48.23a	7.86ab	64.89a
	N2	47.05a	8.71a	54.34b
	N3	29.18b	6.55b	44.57c

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2.3.2 施磷量的影响 由表5可见,在华北中低产条件下,夏玉米磷肥利用率随施磷量的变化呈抛物线性变化,当施肥量达到90 kg·hm^-2时,两年平均磷肥利用率为28.88%,之后,随施肥量的提高,2017年磷肥利用率增加幅度不大,差异未达显著水平,2018年磷肥利用率则出现下降的趋势,但差异仍未达显著水平。磷肥农学效率随施磷量的变化较敏感,表现为随施磷量提高,磷肥农学效率增幅较快,而过量施肥时,磷肥农学效率下降也较快。两年结果均表明,随着施磷量的提高夏玉米磷肥偏生产力均有一定程度的下降,且各处理差异达显著（P＜0.05）水平。

Table 5
表5
表5夏玉米磷肥利用率
Table 5Phosphorus fertilizer use efficiency of summer maize

年份Year	处理Treatment	磷肥利用率PFUE (%)	磷肥农学效率PAE(kg·kg-1)	磷肥偏生产力PPFP (kg·kg-1)
2017	P0	-	-	-
	P1	15.67b	3.45b	156.02a
	P2	26.54a	8.77a	130.83b
	P3	27.87a	4.15b	105.86c
2018	P0	-	-	-
	P1	12.63b	4.86b	123.15a
	P2	31.21a	14.04a	108.67b
	P3	19.40ab	4.82b	83.68c

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2.3.3 施钾量的影响 由表6可见,在华北中低产条件下,夏玉米钾肥利用率随施钾量的提高呈增加趋势,施肥量由72 kg·hm^-2提高到108 kg·hm^-2时,两年平均钾肥利用率由54.70%升高到65.75%,但不同年份表现出的变化幅度不一致,在夏玉米整体产量较高的年份,钾肥利用率随施钾量的提高均匀增加,而在产量较低的年份,当施肥量达到90 kg·hm^-2时,钾肥利用率随施钾量提高的增幅减少。钾肥农学效率和钾肥偏生产力均随施钾量的提高呈下降趋势,但两者下降程度不一致,钾肥农学效率下降程度未达显著水平,而钾肥偏生产力下降程度达显著（P＜0.05）水平。

Table 6
表6
表6夏玉米钾肥利用率
Table 6Potassium fertilizer use efficiency of summer maize

年份Year	处理Treatment	钾肥利用率KFUE (%)	钾肥农学效率KAE (kg·kg-1)	钾肥偏生产力KPFP (kg·kg-1)
2017	K0	-	-	-
	K1	61.44a	7.80a	162.37a
	K2	67.08a	7.18a	130.83b
	K3	73.19a	6.63a	109.67c
2018	K0	-	-	-
	K1	47.96a	14.48a	135.38a
	K2	57.13a	11.95a	108.67b
	K3	58.30a	11.02a	91.62c

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3 讨论

3.1 氮磷钾肥滴施对夏玉米产量及干物质积累的影响

推进水肥一体化技术已经成为当今农业农村发展新动能的趋势,已有研究^[26,27]表明与常规施肥相比滴灌施肥可以促进作物吸收从而有效提高肥料利用率,未来肥料施用技术研究的重点应是如何根据作物的养分吸收规律优化滴灌施肥系统从而实现水肥资源高效利用。施氮水平影响玉米产量构成因素从而影响产量,朱金龙等^[28]的研究结果表明产量和地上部干物质随施氮量提高而增加,但过高施氮量导致干物质和产量降低。本研究的结果表明,施氮与不施氮相比可平均增产8.95%—15.96%,夏玉米产量随施肥量的变化呈抛物线性变化,当施氮量超过180 kg·hm^-2时,作物产量随施氮量的提高呈下降趋势但未达显著差异,与前人研究^[29,30]结果较为一致。张国桥等^[31]的研究表明,在滴灌条件下所施磷肥100%随水分次滴施较磷肥60%基施+40%追施可增加滴灌玉米的穗粒数和千粒重,显著提高产量10%—25%。刘凯等^[32]的研究结果表明随施磷量提高,夏玉米产量呈现先升高后降低的趋势,磷肥偏生产力、磷肥农学利用效率和磷肥吸收效率呈现下降趋势,磷素收获指数没有显著变化。本研究结果为施磷与不施磷相比平均增产3.18%— 11.01%,当施磷量超过90 kg·hm^-2时,作物产量随施磷量的提高呈下降趋势,且达显著（P＜0.05）差异,与前人研究结果一致。本试验条件下施钾与不施钾相比两年平均增产8.51%—10.06%,而当施钾量在72—108 kg·hm^-2时,夏玉米产量随施钾量的提高均有一定程度的增产,但差异不显著,与王宜伦等^[33]的研究结果相似。产量较高的年份氮、磷、钾分别平均增产9.34%、4.51%、5.77%,而在产量较低的年份氮、磷、钾分别平均增产16.70%、8.35%、12.67%,两年数据表明不同肥料对夏玉米整体增产效果大小顺序为氮肥＞钾肥＞磷肥。

3.2 滴灌施肥对抑制玉米减产的作用

2018年,玉米普遍减产,以本试验为例,在不施肥氮、磷、钾情况下,2018年玉米产量较2017年分别下降21.3%、22.5%和21.8%。但是,通过施用肥料,在最高产量情况下,仅减产16.9%,与不施肥相比,抑制玉米产量下降4个百分点以上,说明施肥对抑制减产有重要的作用。通过对不同时期玉米干物质积累量的分析,其抑制减产的作用主要表现在施肥促进了灌浆期和收获期的干物质积累。所以,在重视施肥对玉米增产作用的同时,施肥对减少玉米在不利环境下的减产作用也必须受到重视。

3.3 滴施对氮磷钾肥料利用率的影响

肥料利用效率是评价施肥是否合理的重要指标。本试验条件下氮肥利用率为33.39%—58.44%,其中最高产量下的氮肥利用率为51.21%,而常规施肥条件下该地区施用尿素的氮肥利用率一般为30%左右,施用脲甲醛、包膜尿素等缓控释化处理的氮肥类型其氮肥利用率为40%—58%^[34,35]。本试验中N1处理的氮肥利用率平均最高达58.44%,可能是由于施氮量对根系生长有显著影响,氮缺乏会促进根系生长伸长,这有助于增加根系与土壤的接触面积,从而提高氮的空间有效性。而肥料过度使用可能导致土壤中高浓度的养分,从而抑制根系生长,不利于作物氮素吸收^[36]。李青军等^[37]认为磷肥应坚持基施为主的原则,推荐氮肥全部追施,钾肥50%基施、50%滴施,磷肥一部分基施、一部分滴灌追施,但磷肥追施比例不超过总磷量的50%。本地区常规施肥条件下磷肥利用率一般为20%左右,钾肥利用率一般为35%—47%^[38],而本试验氮磷钾肥则为全部滴施,最高产量下磷肥、钾肥利用率可达28.88%、65.75%,均高于本地区常规施肥条件下的肥料利用率,这可能是由于本试验磷钾肥滴施的次数与分配比例更适合本地区夏玉米的生长发育规律。本研究表明滴灌施肥能够显著提高肥料利用率,这与邓兰生^[14]、XUE等^[39]的研究结果相一致。其中两年的磷肥利用率低磷水平比中磷水平低,这可能是低磷条件下磷肥成为土壤养分限制因子,影响植株生长发育^[40]从而导致较低的肥料利用率。

3.4 华北平原滴灌施肥的限制条件

华北平原属北温带季风气候区,雨热同季,大部分降雨多集中在夏玉米生长季节,夏玉米生长季节基本不用灌溉即可满足玉米对水分的要求,在本试验的两年中均是这样,所以,在华北平原夏玉米种植过程中,以灌溉施肥为主要农业措施的节水效应很难体现,这也是当地滴灌施肥技术难以推广的重要原因。但是,以滴灌施肥来提高肥料养分利用率、减少施肥劳动投入则较为明显,所以,在华北平原合适的施肥方式需要进一步探讨。

4 结论

在华北地区中低产土壤上,滴灌施肥条件下,最适宜的氮、磷施用量分别为180 kg·hm^-2和90 kg·hm^-2,当施氮超过180 kg·hm^-2、施磷量超过90 kg·hm^-2时,夏玉米产量会出现下降,随施钾量的提高,产量有增加的趋势。滴灌施肥可获得较高的氮、磷、钾肥利用率,分别为51.21%和28.88%和65.75%。

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探讨我国肥料产业的发展战略。提出肥料产业实施"质量替代数量"推动产业技术升级的发展道路,多方位论述肥料改性增效的措施,以提高肥料利用率。分析我国腐植酸的资源特点,综合评述了腐植酸在调控肥效以及提高肥料养分利用率的作用原理;展望了腐植酸在促进我国肥料产业技术升级中的重要作用和地位。
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DOI:10.3969/j.issn.1001-4829.2009.01.027 [本文引用: 1]
在潮土上通过田间试验研究了不同施钾量对夏玉米产量、钾素积累量 和钾肥效率的影响,试验结果表明:施用适量的钾肥能明显提高夏玉米产量,增产率为4.68 %～14.35 %;夏玉米植株钾素积累量随施钾量的增加而增加,拔节到灌浆期植株钾积累量持续增加;钾生理效率、钾素吸收效率、钾肥效率和钾肥当季回收率均随施钾量的增 加而减少.从钾肥增产增收和钾素利用效率方面综合考虑,以施钾量150 kg·hm-2效果相对最佳,与不施钾处理相比可增产1080 kg·hm-2,增收949元·hm-2,产投比为2.76,每公斤K2O增产7.09 kg夏玉米,钾肥当季回收率为37.26 %.
WANG Y L, TAN J F, HAN Y L, MIAO Y H . Effects of different potassium fertilizer application rates on yield, plant K accumulation of summer maize and K-efficiency in alluvial soil
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在潮土上通过田间试验研究了不同施钾量对夏玉米产量、钾素积累量 和钾肥效率的影响,试验结果表明:施用适量的钾肥能明显提高夏玉米产量,增产率为4.68 %～14.35 %;夏玉米植株钾素积累量随施钾量的增加而增加,拔节到灌浆期植株钾积累量持续增加;钾生理效率、钾素吸收效率、钾肥效率和钾肥当季回收率均随施钾量的增 加而减少.从钾肥增产增收和钾素利用效率方面综合考虑,以施钾量150 kg·hm-2效果相对最佳,与不施钾处理相比可增产1080 kg·hm-2,增收949元·hm-2,产投比为2.76,每公斤K2O增产7.09 kg夏玉米,钾肥当季回收率为37.26 %.

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