氮磷钾肥对玉米关键性状指标及养分利用率的影响

韩冰，王宏栋，韩双，武明飞，刘文海，李冬刚

（德州市农业科学研究院，山东 德州 253015）

玉米为山东省主要的粮食作物，在农业生产中具有重要地位和作用。玉米产量受品种和肥料因素的影响，在品种保持稳定的前提下，肥料是制约玉米产量的关键因素[1]。

氮素为植物体内各类氨基酸必需的基本元素，是蛋白质的构成成分，也是对植物光合作用起决定作用的叶绿素的组成部分[2]。氮对作物生长具有重要作用，施用氮肥能够提高农作物产量和质量[3]。磷素为仅次于氮素的第2大营养元素，是生物系统中重要的组成部分，且磷素还参与光合磷酸化、三羧酸循环等生理过程。磷肥对作物生长发育和产量形成具有不可替代的作用，施用磷肥是提高作物产量的重要途径[4]。钾素是植物的主要营养元素，施用钾肥能够促使作物健壮生长、茎秆粗硬，增强对病虫害和倒伏的抵抗能力，促进糖分和淀粉的生成[5]。为了明确氮磷钾肥对玉米关键性状指标及养分利用率的影响，在山东省德州市夏津县玉米田进行施肥试验，研究了不同肥料对玉米植株性状、穗部性状、产量以及养分利用率的影响，以期为玉米科学施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年6～10月在山东省德州市夏津县雷集镇军发家庭农场（北纬37°4′14″，东经116°12′9″）进行。试验地属温带大陆性季风气候，年日照时数2 592.7～2 603.5 h，太阳辐射总量124.8 kJ/cm2，平均气温12.5～13.6℃，平均降水量547.5～556.8 mm，约75%的降水集中在7～9月。土壤类型为壤土，pH值7.96，含盐量0.98 g/kg，有机质含量12.87 g/kg，全氮、全磷、全钾含量分别为1.22、0.74和21.66 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为95.81、33.20和130.55 mg/kg。试验地块地势平坦，排灌条件良好，肥力中等，不靠近道路，无土传病害，无堆肥场所，常年种植小麦和玉米。

1.2 试验材料

试验夏玉米品种为天泰55；肥料种类有控释尿素（N含量45%）、过磷酸钙（P2O5含量12%）和氯化钾（K2O含量60%）。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 2020年6月14日采用宽窄行播种玉米，宽行行距75 cm，窄行行距45 cm，株距20 cm。在玉米三叶期采用沟施法施肥，试验设N0P2K2（不施氮肥，处理Ⅰ）、N2P0K2（不施磷肥，处理Ⅱ）、N2P2K0（不施钾肥，处理Ⅲ）和N2P2K2（常规施肥，处理Ⅳ）4个施肥处理，氮、磷、钾肥的施用量分别为135、45和45 kg/hm2。小区长10 m、宽5 m，随机区组排列，小区之间设宽50 cm的边界分隔，每处理均3次重复。各小区单灌单排，其他田间管理措施同当地农民习惯。玉米10月9日收获，全生育期118 d。

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 植株性状调查。分别在玉米小喇叭口和大喇叭口期，每小区均选取长势均匀的植株50株，测量株高和茎粗；并称量地上部和地下部（根系）的鲜重，80°烘干后称量干重。

1.3.2.2 谷草比[6]。玉米收获时，每小区均选取长势均匀的植株50株，分别测定子粒产量和茎叶产量，计算谷草比（子粒产量/茎叶产量）。

1.3.2.3 肥料利用率。玉米收获时，每小区均选取长势均匀的植株50株，分别测定子粒和茎叶的全氮、全磷和全钾含量。其中，全氮含量测定采用硫酸-高氯酸消煮，凯氏定氮蒸馏法[7]；全磷含量测定采用钼锑抗比色法[8]；全钾含量测定采用火焰光度法[9]。分别计算100 kg经济产量（子粒产量+茎叶产量）的N、P2O5、K2O养分吸收量和肥料利用率：

N吸收量=（子粒产量×子粒N含量+茎叶产量×茎叶N含量）/子粒产量

P吸收量=（子粒产量×子粒P含量+茎叶产量×茎叶P含量）/子粒产量

K吸收量=（子粒产量×子粒K含量+茎叶产量×茎叶K含量）/子粒产量

氮肥利用率=（N2P2K2处理区作物地上部分N吸收量-N0P2K2处理区作物地上部分N吸收量）/N2P2K2处理区N投入量×100%

磷肥利用率=（N2P2K2处理区作物地上部分P吸收量-N0P2K2处理区作物地上部分P吸收量）/N2P2K2处理区P投入量×100%

钾肥利用率=（N2P2K2处理区作物地上部分K吸收量-N0P2K2处理区作物地上部分K吸收量）/N2P2K2处理区K投入量×100%

1.3.2.4 果穗性状及产量。玉米收获时，每小区均选取靠中间位置且比较均匀的1行，连续收获40穗，测量穗长、穗粗和秃顶径；装入网袋，晾干后脱粒称重，计算子粒产量。

1.3.3 数据处理与分析 利用SPSS软件对试验数据进行统计分析，采用邓肯氏新复极差（DMRT）法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对拔节期玉米植株性状的影响

小喇叭口期，不同施肥处理的玉米株高顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ，其中处理Ⅳ与处理Ⅰ差异（增幅11.94%）达到了显著水平，但二者均与其他处理差异不大；茎粗顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅰ＞处理Ⅱ，各处理间差异均不显著；地上部干重顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ，其中处理Ⅳ与处理Ⅰ差异（增幅20.64%）达到了极显著水平，与处理Ⅱ和Ⅲ差异（增幅14.09%和12.30%）达到了显著水平；地下部干重顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅰ＞处理Ⅱ，其中处理Ⅳ与处理Ⅱ差异（增幅14.43%）达到了显著水平，但二者均与其他处理差异不大（表1）。表明不同施肥处理对玉米株高以及地上部和地下部干重均有显著影响，但对茎粗影响不大；与常规施肥相比，缺素施肥不利于玉米生长，导致植株性状指标降低，其中氮肥的影响最大，其次是磷肥，钾肥的影响最小。

表1 不同施肥处理对玉米拔节期植株性状的影响Table 1 Effects of different fertilization treatments on the plant characters of maize at elongation stage

大喇叭口期，不同施肥处理的玉米株高顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ，其中处理Ⅳ与其他处理差异（增幅5.18%～10.16%）均达到了极显著水平，处理Ⅲ与处理Ⅰ差异（增幅4.73%）也达到了极显著水平；茎粗顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ，其中处理Ⅳ与处理Ⅱ和Ⅲ差异均不显著，但与处理Ⅰ差异（增幅28.34%）达到了显著水平；地上部干重顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ，各处理间差异均达到了显著水平，其中处理Ⅳ与其他处理差异（增幅10.41%～19.50%）均达到了极显著水平，处理Ⅲ与处理Ⅰ和Ⅱ差异（增幅分别为8.23%和5.57%）也达到了极显著水平，处理Ⅱ与处理Ⅰ差异（增幅2.52%）达到了显著水平；地下部干重顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ，其中处理Ⅳ与处理Ⅲ差异（增幅14.34%）达到了显著水平，且二者均与其他2个处理差异（增幅16.10%～32.75%）达到了极显著水平，而处理Ⅱ与处理Ⅰ差异不显著。表明不同施肥处理对玉米株高、茎粗以及地上部和地下部干重均有显著影响；与常规施肥相比，缺素施肥不利于玉米生长，导致植株性状指标降低，其中氮肥的影响最大，其次是磷肥，钾肥的影响最小。

2.2 不同施肥处理对玉米谷草比的影响

不同施肥处理的玉米子粒产量顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅰ＞处理Ⅱ，各处理间差异均达到了极显著水平，其中处理Ⅳ较其他处理增幅为3.60%～50.00%；茎叶产量顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅰ＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ，各处理间差异均达到了显著水平，其中处理Ⅳ与处理Ⅰ和Ⅲ差异（增幅分别为7.11%和7.82%）达到了显著水平，且三者均与处理Ⅱ差异（增幅为17.72%～26.92%）达到了极显著水平；谷草比为1.66～1.79，指标值顺序为处理Ⅱ＞处理Ⅲ＞处理Ⅳ＞处理Ⅰ（表2）。表明不同施肥处理对玉米子粒产量和茎叶产量均有极显著影响，最终影响谷草比的大小；与常规施肥相比，缺素施肥不利于玉米光合产物的转化，导致玉米子粒产量和茎叶产量降低，其中氮肥对谷草比的影响最大，施用磷钾肥对茎叶产量的提高效率高于子粒产量。

表2 不同施肥处理对玉米谷草比的影响Table 2 Effects of different fertilization treatments on the ratio of mazie to straw

2.3 不同施肥处理对玉米氮磷钾肥料利用率的影响

不同施肥处理100 kg经济产量的养分吸收量顺序均为N＞K2O＞P2O5（表3）。处理Ⅳ100 kg经济产量的养分总吸收量最高，其中氮和磷素的吸收量均高于缺素处理，分别达到了2.343和0.230 kg，较缺氮处理（处理Ⅰ）的氮素吸收量提高了17.38%，较缺磷处理（处理Ⅱ）的磷素吸收量提高了19.79%；钾素的吸收量较高，为0.868kg，较缺钾处理（处理Ⅲ）的钾素吸收量提高了22.95%。经计算，处理Ⅳ的玉米氮、磷、钾肥料利用率分别为41.1%、16.9%和44.7%。表明氮磷钾配施较缺素施肥可以有效促进养分的吸收，提高肥料利用率。

表3 不同施肥处理对玉米养分吸收的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on the nutrient absorption of maize

2.4 不同施肥处理对玉米穗部性状的影响

不同施肥处理的玉米穗长顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ＞处理Ⅲ，其中处理Ⅳ与其他处理差异（增幅1.25%～1.84%）均达到了显著水平，而其他3个处理间差异均不显著；穗粗顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅱ＞处理Ⅲ＞处理Ⅰ，其中处理Ⅳ与处理Ⅰ差异（增幅17.42%）达到了极显著水平，与其他2个处理差异（8.23%～11.37）达到了显著水平；秃顶径顺序为处理Ⅳ＜处理Ⅱ＜处理Ⅰ＜处理Ⅲ，各处理间差异均不显著，其中处理Ⅳ较其他处理降低了5.88%～21.31%（表4）。表明不同施肥处理对玉米穗长和穗粗均有显著影响，但对秃顶径影响不大；与常规施肥相比，缺素施肥不利于玉米穗部发育，导致穗部性状指标降低，其中钾肥对穗长和秃顶径影响最大，氮肥对穗粗影响最大。

表4 不同施肥处理对玉米穗部性状的影响Table 4 Effects of different fertilization treatments on the ear characters of maize （cm）

2.5 不同施肥处理对玉米产量的影响

不同施肥处理的玉米产量顺序为处理Ⅳ＞处理Ⅲ＞处理Ⅱ＞处理Ⅰ，其中处理Ⅳ与处理Ⅲ差异达到了显著水平，与其他2个处理差异均达到了极显著水平；处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别较处理Ⅳ减产9.48%、7.63%和4.66%，其中处理Ⅰ与处理Ⅲ差异达到了显著水平（表5）。表明不同施肥处理对玉米产量有极显著影响；与常规施肥相比，缺素施肥会导致玉米显著减产，其中氮肥的影响最大，其次是磷肥，钾肥的影响最小。

表5 不同施肥处理对玉米产量的影响Table 5 Effect of different fertilization treatments on maize yield

3 结论与讨论

在所有的营养元素中，氮素有“生命元素”之称，其是植物体内蛋白质和各种酶的重要成分[10]，是影响玉米生长最重要的元素。磷素是细胞体内核酸、蛋白质和磷脂等大分子物质的结构组分，是细胞质和细胞核的重要组成成分，能稳定细胞结构，提高植物的抗逆能力[11]。钾素被植物吸收后，以离子形态存在于植物体内，参与细胞内的渗透调节作用，从而促进根系对水分的吸收，提高玉米的抗旱性[12]。

本研究结果表明，氮磷钾肥料配施可以明显促进玉米生长，不施氮肥、不施磷肥、不施钾肥均影响玉米生育期内的各种关键性状指标。小喇叭口期，氮肥对玉米株高和地上部干重影响最大，其次是磷肥，钾肥的影响最小；磷肥对玉米茎粗和地下部分干重影响最大，其次是氮肥，钾肥的影响最小。大喇叭口期，氮肥对玉米株高、茎粗以及地下部干重和地上部干重影响均最大，其次是磷肥，钾肥的影响最小；收获期，钾肥对果穗的穗长和秃顶径影响最大，其次是氮肥，磷肥的影响最小。氮肥对玉米谷草比影响较大，原因是氮肥能够促进植株光合产物的转化，提高了作物产量的经济系数；而施用磷肥和钾肥则对茎叶产量的提高效率高于对子粒产量的提高效率。此外，氮肥对玉米产量影响最大，其次是磷肥，钾肥的影响最小。

肥料利用率是衡量施肥效果的主要指标。初明光等[13]对2000～2005年全国粮食主产区1 333个玉米田间肥料试验结果进行了分析，发现玉米的氮肥利用率为26.1%。李丽等[14]研究显示，我国玉米氮、磷、钾肥的当季平均利用率分别为30.39%、12.56%和48.77%。闫湘等[15]对2017年我国19个省13 667个地块的施肥调查结果和22个省32个养分监测村的田间试验结果进行总结，结果显示，玉米氮、磷、钾肥的利用率分别为31.0%、15.3%和30.5%。本研究结果表明，山东省德州市夏津县常规施肥条件下，玉米氮、磷、钾肥的当季利用率分别为41.1%、16.9%和44.7%，其中，氮肥和钾肥的当季利用率略优于当前我国平均水平，磷肥的当季利用率与当前我国的平均水平相当。