不同灌溉方式下水肥一体化对玉米养分吸收规律的影响

贾国燏，骆洪义，褚 屿，林举梅，王志远，陈堂鑫，徐 震

（山东省泰安市山东农业大学资源与环境学院，山东泰安271018）

山东省是中国粮食作物的重点产区，夏玉米是山东最主要的粮食作物之一［1］。干旱是制约山东夏玉米稳产和高产的主要原因之一，播种、出苗以及生长发育和产量都有极大影响［2］。生育期间气温高、蒸发量大，且降水分布不均，阶段性干旱濒繁发生，夏玉米对水分的盈亏比其他作物更敏感，尤其是拔节期、抽雄吐丝期，水分不足将导致产量、品质严重下降［3-6］。

水资源短缺已经成为制约我国社会经济可持续发展的主要因素，农业是水资源的主要消耗途径之一。水作为农作物的生长必需因素，短缺和过量都会造成作物的减产［7］；曹健［8］等人研究发现土壤水分对于芥蓝各器官的养分分配有较大影响；然而土壤作为直接为作物提供养分和生长的场所，水分对土壤的影响也是很重要的，侯晓华［9］等人研究发现灌溉方式对土壤硝态氮的影响较大。那么灌溉方式和灌溉量对于玉米生长过程中的影响的研究也是研究的重点，唐光木［10］等人研究发现，水分是决定玉米产量最活跃的因素，适宜的水分含量才能促进其他因素发挥对玉米的最大作用，形成高产。赵英［11］等人研究发现，微喷灌相比较地面灌溉，更有利于土壤结构的稳定性和土壤肥力，能促进土壤的可持续发展。Cakmakci Talip［12］等人研究发现，相比较于地表滴灌和沟灌，地下滴灌不仅可以提高土壤的生产力和节水能力，还降低了土壤中的金属污染和盐分。于亚泽［13］等人研究发现，滴灌与沟灌相比，可有效减少二氧化氮排放和氮素淋容量，在提高肥料利用率的同时还可以减轻环境污染。Suryavanshi P 等人研究发现，滴灌方式相比较于喷灌和池式灌溉，能提高小麦产量［14］。Tibin Zhang［15］等人研究结果发现，相比较于畦灌和沟灌，滴灌对于玉米产量提高不显著，但节水效果明显提高。刘戈等人［16］研究结果显示，在不同灌溉方式下，滴灌不仅可以达到节水的作用，还可以对玉米的生长可以起到增产的效果。不同的灌溉方式将很大程度生影响着土壤以及作物的生长，合理的灌溉方式显得尤其重要。

由于不同的灌溉方式从多种角度影响着土壤和作物生长，但是关于不同的灌溉条件下，玉米植株对于养分的吸收是如何变化的研究很少。王丽梅等人研究发现，玉米植株干物质积累量以及养分的吸收分配特性是玉米产量构成的关键因素［17,18］，因此本试验通过设置不同的灌溉方式，研究不同时期、不同灌溉方式下，玉米养分吸收特性呈现的规律，为水肥一体化下玉米高质量生长提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验2019年在山东省磨山进行，试验地供试土壤0~20 cm土层养分含量如表1所示。

表1 试验地土壤养分情况Tab.1 Soil nutrients in the test site

1.2 试验设计

本研究为大田试验，采用裂区设计，分为4个试验区，设置不同灌溉方式，施用同种水溶肥，采用4种灌溉方式（不灌溉+水溶肥、沟灌+水溶肥、喷灌+水溶肥、滴灌+水溶肥）。沟灌：玉米行间开沟，将水引进沟内；喷灌：半固定式管装喷头，喷头间距15 m，喷洒半径15 m，喷头流量3 t/h；滴灌：玉米行间铺设滴灌带，每条滴灌带控制2 行，滴头间距为0.3 m，流量为2.0 L/h 。灌水量参照表2。统一采用水肥一体化，肥料为尿素、磷酸二氢钾铵、硫酸钾，施肥量参照表2。

表2 灌溉水用量及水溶肥配比Tab.2 Irrigation water dosage and water-soluble fertilizer ratio

1.3 测定项目与方法

分别在玉米拔节期、抽丝期、成熟期进行取样，每个试验区取样10株，放入105 ℃烘箱75 ℃烘至恒重。

1.3.1 干物质积累量

取出烘干植株，称重，测出干物质重。准确记录试验小区玉米植株数量，测定试验小区面积，换算为每公顷的干物质积累量。

1.3.2 养分指标测定

称重后的植株用粉碎机进行粉碎，过0.25 mm 筛，用于测定植株指标。氮磷钾采用硫酸-双氧水消煮，全氮采用凯氏定氮仪进行蒸馏滴定，全磷采用钒钼黄比色法测定，全钾采用火焰光度法进行测定；钙镁铁锰铜锌采用硝酸-高氯酸消煮，原子吸收光度法进行测定。以上方法均参照鲍士旦土壤农化分析［19］。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 软件进行数据处理；利用OringinPro 2018 软件进行图表的绘制；采用SPSS 21 计算各处理的差异性。

2 结果与分析

2.1 玉米植株干物质积累量

由图1可知，随着生育期的推移，玉米植株干物质积累量呈逐渐增加的趋势，成熟期达到最大值。在拔节期、抽丝期和成熟期各处理间差异显著，且各生育期T3 处理的干物质积累量最大，CK 处理最小。拔节期T3 处理干物质积累量为858.69 kg/hm2，是CK 处理的1.32 倍；T2 处理干物质积累量为755.23 kg/hm2，是CK 处理的1.16 倍；T1 处理干物质积累量为714.23 kg/hm2，是CK 处理的1.09 倍。抽丝期T3 处理干物质积累量为6 804.69 kg/hm2，是CK 处理的1.17 倍；T2 处理干物质积累量为6 341.35 kg/hm2，是CK 处理的1.09 倍；T1 处理干物质积累量为6 235.02 kg/hm2，是CK 处理的1.07 倍。成熟期T3处理干物质积累量为14 447.2 kg/hm2，是CK 处理的1.34 倍；T2 处理干物质积累量为13 268.40 kg/hm2，是CK 处理的1.23倍；T1 处理干物质积累量为12 307.10 kg/hm2，是CK 处理的1.14倍。

图1 玉米植株干物质积累量Fig.1 Dry matter accumulation of maize plants

2.2 玉米植株氮、磷、钾养分吸收量

由图2可知，随着生育期的推移，玉米植株氮、磷、钾养分吸收量在不断增加。此外，在拔节期到抽丝期之间，玉米植株养分吸收量在迅速增加；抽丝期到成熟期之间，养分吸收量增速缓慢。

图2 玉米植株氮、磷、钾养分吸收量Fig.2 Nutrient uptake of N，P and K in maize plants

玉米植株氮养分吸收量在拔节期和成熟期，各处理之间差异显著；抽丝期CK、T3与T1和T2之间差异显著，但是T1、T2之间差异不显著。此外，各生育时期都呈现出CK 处理氮养分吸收量最少，T3 处理氮养分吸收最大；拔节期T3 处理氮养分吸收量为30.74 kg/hm2，是CK 处理的1.82 倍；抽丝期T3 处理氮养分吸收量为147.47 kg/hm2，是CK 处理的1.61 倍；成熟期T3 处理氮养分吸收量为207.73 kg/hm2，是CK 处理的1.73倍。

玉米植株磷养分吸收量在抽丝期各处理之间差异显著；拔节期和成熟期CK、T3 与T1 和T2 之间差异显著，但是T1、T2之间差异不显著。此外，各生育时期都呈现出CK 处理磷养分吸收量最少，T3 处理磷养分吸收最大；拔节期T3 处理磷养分吸收量为13.73 kg/hm2，是CK 处理的1.44 倍；抽丝期T3 处理磷养分吸收量为105.69 kg/hm2，是CK 处理的1.27 倍；成熟期T3处理磷养分吸收量为178.18 kg/hm2，是CK处理的3.5倍。

玉米植株钾养分吸收量在抽丝期和成熟期各处理之间差异显著；拔节期CK、T1与T2 和T3之间差异显著，但是CK和T1、T2 和T3 之间差异不显著。此外，拔节期T2 处理钾养分吸收量最大，T1 处理钾养分吸收量最小；抽丝期和成熟期呈现出CK 处理钾养分吸收量最少，T3处理钾养分吸收最大；拔节期T2 处理钾养分吸收量为7.88 kg/hm2，是CK 处理的1.55倍；抽丝期T3处理钾养分吸收量为183.86 kg/hm2，是CK 处理的2.12 倍；成熟期T3 处理钾养分吸收量为204.65 kg/hm2，是CK处理的2.06倍。

2.3 玉米植株钙、镁养分吸收量

由图3可知，随着生育期的推进，玉米植株钙、镁养分吸收量呈现逐渐增加的趋势。

图3 玉米植株钙、镁养分吸收量Fig.3 Nutrient uptake of calcium and magnesium in maize plants

玉米植株钙养分吸收量在拔节期和成熟期各处理间差异显著；抽丝期CK、T3与T1和T2处理间差异显著，但T1、T2处理间差异不显著。此外，不同生育期间各处理都呈现出CK处理钙养分吸收量最少，T3 处理镁养分吸收量最大。拔节期T3处理吸收量为1.43 kg/hm2，是CK 处理的2.68倍；抽丝期T3处理吸收量为6.60 kg/hm2，是CK 处理的1.74倍；成熟期T3处理吸收量为22.55 kg/hm2，是CK处理的2.11倍。

玉米植株钙养分吸收量在抽丝期各处理间差异显著；拔节期T1与T2和T3之间差异不明显，T1、T2、T3与CK 之间差异显著；成熟期CK 与T1 处理之间差异不明显，CK 和T1 与T2、T3 之间差异显著。此外，不同生育期间各处理都呈现出CK 处理钙养分吸收量最少，T3 处理磷养分吸收量最大。拔节期T3处理吸收量为0.59 kg/hm2，是CK 处理的2.11倍；抽丝期T3处理吸收量为3.50 kg/hm2，是CK 处理的1.71倍；成熟期T3处理吸收量为7.62 kg/hm2，是CK处理的1.45倍。

2.4 玉米植株铁、锰、铜、锌养分吸收量

由图4 可知，随着生育期的推进，玉米植株铁、锰、铜、锌养分吸收量呈现逐渐增加的趋势。玉米植株铁养分吸收量在拔节期到抽丝期之间，养分积累量快速增加，抽丝期到成熟期积累量增速减慢。

图4 玉米植株铁、锰、铜、锌养分吸收量Fig.4 Nutrient absorption of Fe，Mn，Cu and Zn in maize plants

玉米植株铁养分吸收量在拔节期、抽丝期和成熟期时各处理之间差异性显著。不同生育期都呈现出CK 处理养分吸收量最少，T3 处理养分吸收量最大。拔节期T3 养分吸收量为490.90 g/kg， 是CK 处理的1.76 倍； 抽丝期T3 养分吸收量为6 791.65 g/kg，是CK 处理的1.56 倍；成熟期T3 养分吸收量为8 967.55 g/kg，是CK处理的2.04倍。

玉米植株锰养分吸收量在拔节期、抽丝期和成熟期时各处理之间差异性显著；不同生育期都呈现出CK 处理养分吸收量最少，T3 处理养分吸收量最大。拔节期T3 养分吸收量为202.88 g/kg，是CK 处理的5.48 倍；抽丝期T3 养分吸收量为726.10 g/kg， 是CK 处理的2.61 倍； 成熟期T3 养分吸收量为1 040.53 g/kg，是CK处理的3.24倍。

玉米植株铜养分吸收量在拔节期、抽丝期和成熟期时各处理之间差异性显著；不同生育期都呈现出CK 处理养分吸收量最少，T3 处理养分吸收量最大。拔节期T3 养分吸收量为17.66 g/kg，是CK 处理的2.60 倍；抽丝期T3 养分吸收量为135.84 g/kg，是CK 处理的1.96 倍；成熟期T3 养分吸收量为406.65 g/kg，是CK处理的2.59倍。

玉米植株锌养分吸收量在拔节期、抽丝期和成熟期时各处理之间差异性显著；不同生育期都呈现出CK 处理养分吸收量最少，T3 处理养分吸收量最大。拔节期T3 养分吸收量为33.08 g/kg，是CK 处理的2.17 倍；抽丝期T3 养分吸收量为389.67 g/kg， 是CK 处理的2.23 倍； 成熟期T3 养分吸收量为1 182.84 g/kg，是CK处理的3.69倍。

2.5 玉米植株氮、磷、钾养分吸收特性

由表3 可知，拔节期玉米生长周期占全生育期的23.7%，但玉米植株氮、磷、钾相对养分吸收量只占到3.16%~15.28%；各处理之间相比较，氮养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了1.34 kg/（hm2•d）；磷养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了0.60 kg/（hm2•d）；钾养分吸收量T2 处理最高，吸收速率达到了0.34 kg/（hm2•d）；此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对氮、磷、钾养分吸收量顺序为氮＞磷＞钾。

表3 玉米植株氮、磷、钾养分吸收特性Tab.3 Nutrient absorption characteristics of N，P and K in maize plants

抽丝期玉米生长周期占全生育期的45%，玉米植株氮、磷、钾相对养分吸收量占到48.41%~86.07%；各处理之间相比较，氮养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了2.88 kg/（hm2•d）；磷养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了2.09 kg/（hm2•d）；钾养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了4.00 kg/hm2/d。此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对氮、磷、钾养分吸收量顺序为钾＞氮＞磷。

成熟期玉米生长周期占全生育期的31%，玉米植株氮、磷、钾相对养分吸收量只占到8.08%~43.94%；各处理之间相比较，氮养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了2.08 kg/（hm2•d）；磷养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了2.42 kg/（hm2•d）；钾养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了0.79 kg/（hm2•d）。此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对氮、磷、钾养分吸收量顺序为磷＞氮＞钾。

全生育期玉米植株氮、磷、钾养分吸收量各处理间T3 达到最大，吸收速率分别为2.14、1.84、2.11 kg/（hm2•d）；吸收比例为1.17∶1.00∶1.15。

2.6 玉米植株钙、镁养分吸收特性

由表4 可知，拔节期玉米生长周期占全生育期的23.7%，但玉米植株钙、镁相对养分吸收量占到2.62%~9.64%；各处理之间相比较，钙养分吸收量在T3 处理最高，吸收速率达到了0.03 kg/（hm2•d）；镁养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了0.03 kg/（hm2•d）；此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对钙、镁养分吸收量顺序为钙＞镁。

表4 玉米植株钙、镁养分吸收特性Tab.4 Nutrient absorption characteristics of calcium and magnesium in maize plants

抽丝期玉米生长周期占全生育期的45%，玉米植株钙、镁相对养分吸收量占到26.03%~38.19%；各处理之间相比较，钙养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了0.13 kg/（hm2•d）；镁养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了0.07 kg/（hm2•d）。此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对钙、镁养分吸收量顺序为钙＞镁。

成熟期玉米生长周期占全生育期的31%，玉米植株钙、镁相对养分吸收量占到53.13%~70.73%；各处理之间相比较，钙养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了0.53 kg/（hm2•d）；镁养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了0.14 kg/（hm2•d）。此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对钙、镁养分吸收量顺序为钙＞镁。

全生育期玉米植株钙、镁养分吸收量各处理间T3 达到最大，吸收速率分别为0.23、0.08 kg/（hm2•d）；吸收比例为2.96∶1.00。

2.7 玉米植株铁、锰、铜、锌养分吸收特性

由表5 可知，拔节期玉米生长周期占全生育期的23.7%，玉米植株铁、锰、铜、锌相对养分吸收量占到3.69%~21.89%；各处理之间相比较，铁养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了21.34 g/（hm2•d）；锰养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了8.82 g/（hm2•d）；铜养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了0.77 g/（hm2•d）；锌养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了2.31 g/（hm2•d）。此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对铁、锰、铜、锌养分吸收量顺序为铁＞锰＞锌＞铜，T3吸收比例为27.80∶11.49∶1.00∶3.01。

表5 玉米植株铁、锰、铜、锌养分吸收特性Tab.5 Nutrient absorption characteristics of Fe，Mn，Cu and Zn in maize plants

抽丝期玉米生长周期占全生育期的23.7%，玉米植株铁、锰、铜、锌相对养分吸收量占到38.35%~82.98%；各处理之间相比较，铁养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了169.11 g/（hm2•d）；锰养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了11.89 g/（hm2•d）；铜养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了3.60 g/（hm2•d）；锌养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了10.38 g/（hm2•d）。此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对铁、锰、铜、锌养分吸收量顺序为铁＞锰＞锌＞铜，T3吸收比例为47.04∶3.30∶1.00∶2.89。

成熟期玉米生长周期占全生育期的23.7%，玉米植株铁、锰、铜、锌相对养分吸收量占到26.94%~57.22%；各处理之间相比较，铁养分吸收量T3处理最高，吸收速率达到了34.52 g/（hm2•d）；锰养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了10.48 g/（hm2•d）；铜养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了7.69 g/（hm2•d）；锌养分吸收量T3 处理最高，吸收速率达到了22.44 g/（hm2•d）。此外，从吸收比例呈现出，拔节期玉米植株对铁、锰、铜、锌养分吸收量顺序为铁＞锰＞锌＞铜，T3吸收比例为4.49∶1.36∶1.00∶2.92。

全生育期玉米植株铁、锰、铜、锌养分吸收量各处理间T3 达到最大，吸收速率分别为92.45、10.73、4.19、12.19 g/（hm2•d）；吸收比例为12.88∶2.56∶1.00∶2.91。

3 讨 论

沟灌由于灌水后短期内表层土壤含水率较高，土壤蒸发量较大，增加无效蒸发耗水，玉米植株在灌溉后一段时间内由于缺水将影响养分吸收［20］。喷灌通过对不同土壤类型渗透速度的考虑，可以做到不让土壤表层产生积水和径流，保证喷灌强度和土壤入渗速度达到平衡，维持土壤团粒结构不被破坏和避免土壤冲刷［21］。但是3 级风以上都会带走大量水滴，造成灌溉不均匀；高温天气会蒸发掉部分水［22］。滴灌通过对根区土壤进行长时间、低流量的局部供给，基本上不会产生地表径流和深层渗漏，同时地表覆膜减少了裸地蒸发，不仅利于提高水分利用效率，而且有利于维持中后期根区土壤适宜的水肥状况，从而促进玉米养分的吸收［23,24］。

作物90%以上的干物质来源于光合作用，不同的灌溉方式对于玉米光合作同影响很大，玉米营养器官和生殖器官的形成和养分分配依赖于适宜的灌溉条件［25］。不同生长时期，玉米植株干物质积累量各处理间差异显著。拔节期、抽丝期、成熟期3 个时期玉米植株干物质积累量都呈现出T3＞T2＞T1＞CK，说明了不同灌溉条件下，对于玉米植株干物质积累量，滴灌效果最好，喷灌次之，漫灌较差，不灌溉对玉米生长严重影响。本试验结果与李英、杜文勇等人研究相同，呈现出滴灌条件下，干物质积累量效果最好［26,27］。

对于玉米植株的生育期，各处理间都呈现出玉米植株抽丝期最高，氮、磷、钾养分吸收量占整个生育期吸收量分别为60%左右、50%左右、80%左右；成熟期次之，氮、磷、钾养分吸收量占整个生育期吸收量分别为20%左右、40%左右、10%左右；拔节期最少，氮、磷、钾养分吸收量占整个生育期吸收量分别为14%左右、7%左右、4%左右；结果与田树云等人研究结果相同［28］。此外，在拔节期、抽丝期、成熟期玉米植株对氮、磷、钾养分的吸收量大致表现出T3＞T2＞T1＞CK。玉米植株各处理间氮、磷、钾养分相对吸收量是基本相同的，因此可以说明对于不同灌溉条件下，对于玉米植株养分吸收规律是相同的，但对于玉米植株氮、磷、钾养分吸收量是有影响的，表现为T3＞T2＞T1＞CK。

对于玉米植株的生育期，各处理间都呈现出玉米植株钙、镁养分吸收量在成熟期最高，占整个生育期吸收量分别为65%左右、60%左右；抽丝期次之，钙、镁养分吸收量占整个生育期吸收量分别为30%左右、35%左右；拔节期最少，钙、镁养分吸收量占整个生育期吸收量分别为3%左右、7%左右。此外，在拔节期、抽丝期、成熟期玉米植株对钙、镁养分的吸收量大致表现出T3＞T2＞T1＞CK，但相对吸收量各处理间差异性不显著。玉米植株各处理间钙、镁养分相对吸收量是基本相同的，因此可以说明对于不同灌溉条件下，对于玉米植株养分吸收规律是相同的，但对于玉米植株钙、镁养分吸收量是有影响的，表现为T3＞T2＞T1＞CK。

对于玉米植株的生育期，各处理间呈现出玉米植株铁、锰养分吸收量抽丝期最高，养分吸收量占整个生育期吸收量分别为82%左右、50%左右；成熟期次之，养分吸收量占整个生育期吸收量分别为12%左右、30%左右；拔节期最少，养分吸收量占整个生育期吸收量分别为6%左右、20%左右。各处理间呈现出玉米植株铁、锰养分吸收量成熟期最高，养分吸收量占整个生育期吸收量分别为55%左右、55%左右；抽丝期次之，养分吸收量占整个生育期吸收量分别为40%左右、40%左右；拔节期最少，养分吸收量占整个生育期吸收量分别为5%左右、5%左右。此外，在拔节期、抽丝期、成熟期玉米植株对铁、锰、铜、锌养分的吸收量大致表现出T3＞T2＞T1＞CK，但相对吸收量各处理间差异性不显著。玉米植株各处理间铁、锰、铜、锌养分相对吸收量是基本相同的，因此可以说明对于不同灌溉条件下，对于玉米植株养分吸收规律是相同的，但对于玉米植株铁、锰、铜、锌养分吸收量是有影响的，表现为T3＞T2＞T1＞CK。

4 结论

玉米植株对氮、磷、钾养分吸收量在拔节期－抽丝期达到最高，抽丝期－成熟期次之，拔节期前最少；玉米植株对钙、镁的吸收量在抽丝期－成熟期达到最高，在拔节期－抽丝期次之，拔节期前最少；玉米植株对铁、锰的吸收量在拔节期－抽丝期达到最高，抽丝期－成熟期次之，拔节期前最少；玉米植株对铜、锌养分吸收量在抽丝期－成熟期达到最高，拔节期－抽丝期次之，拔节期最低。

在不同灌溉条件下，玉米植株干物质积累量和养分吸收量都呈现出滴灌最高，喷灌次之，沟灌最低。不同灌溉条件下玉米植株养分相对吸收量大致相同，表明各处理间玉米植株养分吸收规律是相同的，但各个生育期玉米植株的养分吸收量出现了显著差异，表现为滴灌最高，喷灌次之，漫灌最低，因此说明在滴灌条件下，玉米植株干物质积累量和养分吸收量最高。