配方施肥对夏玉米肥料利用效果探究

司庆臣 赵立昊 张垭坤 李海燕 李贝贝 刘长旭

（1.山东省齐河县农业农村局 山东 齐河 251100；2.山东农业大学 山东 泰安 271018；3.禹城市农业农村局 山东 德州 251200；4.中国农业科学院德州盐碱土改良实验站 山东 德州 253000）

粮食安全是国家安全的重要内容[1]，化肥是农业生产的基础，施用化肥对提高作物产量、确保我国粮食安全具有重要意义。 近年来，随着农民对化肥重视程度的提高，我国的化肥用量逐年增长，而化肥的过量施用会导致肥料利用率降低， 不仅不会促进农作物增产增收，还会造成严重的环境污染和资源浪费。测土配方施肥是保障玉米高产优质、 节本增效的关键技术之一[2]。 玉米的测土配方技术是指通过对土壤养分的检测分析，进行针对性施肥，满足作物各生育时期对养分的需求[3]。 该技术不仅可以培肥地力，补充土壤缺乏的元素，又可以提高肥料利用率，减轻环境污染[4-5]。

玉米产量与植株的氮磷钾吸收量呈显著的对数函数关系， 其中玉米产量与氮素吸收量的相关性最高[6]，而氮素是造成肥料污染的主要因素。 候跃等的研究表明，配方施肥可以增加作物产量，且氮肥对作物产量的影响效果最大[7]。 汤明尧等的研究表明，配方施肥可以显著提高作物对养分的吸收效果，玉米氮、磷、钾利用率分别达到了46.9%、20.5%和49.6%[8]。因此， 探索配方施肥对肥料利用率的影响效果对提高玉米产量、保护环境、提高农民的经济效益有着重要的作用。 但肥料利用率不仅存在当季利用和后季利用问题，而且因受气候、土壤条件、作物品种等多种因素的影响，需要因地制宜地开展研究。 在齐河县开展测土配方施肥对玉米肥料利用率的效果探究，为推进化肥减量增效、农民增产增收提供技术支撑，助力农业绿色可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验时间为2022 年6-10 月， 试验地点在齐河县袁庄村（36°81′50″N、116°65′89″E），试验区属暖温带半湿润季风气候区，年均日照时数2 483.8 h，年均温度13.2℃，年均降水量531.4 mm。试验地土壤为壤土，试验前耕层土壤理化性质见表1。

表1 试验前耕层土壤理化性质

该地块常年种植粮食作物， 种植模式为冬小麦—夏玉米轮作，地势平坦、土质均一、排灌条件良好。

1.2 试验材料

供试作物为夏玉米，选用当地主栽品种珺玉108。2022 年6 月11 日播种，行间距70 cm、株距22 cm；2022 年10 月4 日收获，全生育期104 d。

肥料品种为单质肥料：尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）和硫酸钾（K2O 50%）。

1.3 试验设计与方法

试验设5 个处理， 分别为空白 （CK）、 无氮区（PK）、无磷区（NK）、无钾区（NP）和氮磷钾（NPK）区，具体设计方案见表2。 每个处理3 次重复，小区面积40 m2（10 m×4 m）。 随机区组排列，小区间设有0.5 m明显的边界分隔带。 除施肥外，各小区其他田间管理措施相同。

表2 试验设计方案（单位：kg/亩）

将氮（N）、磷（P2O5）钾（K2O）采用当地测土配方施肥量施入， 每亩用量分别为13 kg、5 kg 和6 kg。50%氮肥，全部磷、钾肥作为基肥在播种后沟施；剩余50%氮肥作为追肥在玉米大喇叭口期随降水撒施。收获时按小区实打实收，分别测定籽粒和茎叶产量，并折算亩产量。

1.4 测定项目与方法

试验实施前，采用多点混合法取得基础土样。 采用常规方法测定土壤主要理化性状，其中pH 采用电位法、有机质采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法、全氮采用凯氏法消解-AA3 型连续流动分析仪测定、有效磷采用0.5 mol/L 碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法、速效钾采用1 mol/L 醋酸铵提取-火焰光度法。

作物收获时分别采集籽粒和茎秆样品。 测定植株籽粒和茎叶2 部分的全氮、全磷、全钾含量，经过H2SO4-H2O2消煮后， 全氮采用AA3 连续流动分析仪测定、全磷采用钒钼黄比色法测定、全钾采用火焰光度法测定。

1.5 数据处理与分析

（1）养分吸收量计算方法：

氮素（N）吸收量（kg/亩）=籽粒产量（kg/亩）×籽粒N 含量+秸秆产量（kg/亩）×秸秆N 含量；

磷素（P2O5）吸收量（kg/亩）=［籽粒产量（kg/亩）×籽粒P 含量+秸秆产量（kg/亩）×秸秆P 含量］×2.29；

钾素（K2O）吸收量（kg/亩）=［籽粒产量（kg/亩）×籽粒K 含量+秸秆产量（kg/亩）×秸秆K 含量］×1.204 6。

（2）100 kg 经济产量养分吸收量计算方法：

100 kg 经济产量N（P、K）养分吸收量=［籽粒产量×籽粒N（P、K）养分含量+茎叶产量×茎叶N（P、K）养分含量］/籽粒产量×100。

（3）每亩作物养分吸收总量：

每亩作物N （P、K） 养分吸收总量=籽粒亩产×100 kg 经济产量N（P、K）养分吸收量/100。

（4）收获指数的计算方法：

氮素的收获指数（NHI）（%）=（籽粒氮总量/作物地上部吸氮量）×100；

磷素的收获指数（PHI）（%）=（籽粒磷总量/作物地上部吸磷量）×100；

钾素的收获指数（KHI）（%）=（籽粒钾总量/作物地上部吸钾量）×100。

（5）生理效率的计算方法：

氮素生理效率=玉米籽粒产量/玉米地上部吸氮量；

磷素生理效率=玉米籽粒产量/玉米地上部吸磷量；

钾素生理效率=玉米籽粒产量/玉米地上部吸钾量。

（6）肥料利用率计算方法：

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对玉米产量的影响

由表3 可知，氮磷钾、无氮、无磷、无钾和空白处理玉米籽粒烘干产量分别为588.1 kg/亩、398.4 kg/亩、466.7 kg/亩、500.8 kg/亩和350.1 kg/亩，表现为NPK＞NP＞NK＞PK＞CK； 玉米秸秆风干产量分别为534.7 kg、349.9 kg、 414.3 kg、 444.9 kg 和301.3 kg/亩， 表现为NPK＞NP＞NK＞PK＞CK。 不施肥对玉米的产量和生物量均有较大的影响， 施用氮、 磷、 钾肥玉米籽粒产量比CK 提高了14.8%～40.5%,秸秆产量提高了15.8%～40.0%， 增产效果显著。 除CK 外， 氮肥对产量的影响效果最大， 磷肥其次， 钾肥对玉米产量的影响效果最小。

表3 不同处理产量情况（单位：kg/亩）

2.2 不同施肥处理对玉米植株养分含量的影响

由表4 可知， 籽粒全氮含量依次为NPK（1.199%）>NK（1.146%）>NP（1.145%）>PK（0.934%）>CK（0.906%），氮磷钾施肥处理最高，除CK 外无氮施肥最低； 籽粒全磷含量依次为NPK （0.260%） >NP（0.242%）>PK（0.241%）>NK（1.183%）>CK（0.182%），氮磷钾施肥处理最高，CK 最低，其次为无磷施肥；籽粒全钾含量依次为NPK（0.292%） >NK（0.284%）>PK（0.266%）>CK（0.227%）>NP（0.225%），氮磷钾施肥处理最高，无钾施肥处理最低。 由此可知，增施氮、磷、钾肥可以分别有效提高籽粒中全氮、 全磷和全钾的含量，改善玉米籽粒品质。 此外，由于氮磷钾养分间的协同作用， 氮磷钾全施处理相比其他处理玉米籽粒养分含量最高。

表4 不同处理玉米籽粒养分含量（单位：%）

由表5 可知，氮磷钾施肥处理茎叶全氮、全磷和全钾平均含量分别为0.765%、0.073%和1.197%，无氮处理茎叶全氮平均含量为0.530%， 无磷处理茎叶全磷平均含量为0.061%， 无钾处理茎叶全钾平均含量为1.087%。氮磷钾施肥处理茎叶全氮、全磷和全钾含量分别高于无氮处理茎叶全氮含量、 无磷处理茎叶全磷含量和无钾处理茎叶全钾含量。 由此可知，增施氮、 磷和钾肥可以分别有效提高茎叶中全氮磷钾的含量。

表5 不同处理玉米茎叶养分含量（单位：%）

2.3 不同施肥处理对玉米养分吸收量的影响

由表6 可知， 氮磷钾施肥处理100 kg 经济产量氮、 磷、 钾养分吸收量分别为1.93 kg、 0.33 kg 和1.38 kg， 无氮处理100 kg 经济产量氮素吸收量为1.40 kg、无磷处理为0.24 kg、无钾处理为1.19 kg。 由此可以看出， 氮磷钾施肥处理100 kg 经济产量氮、磷、 钾养分吸收量均高于缺素区相应养分的100 kg经济产量养分吸收量，即增施氮、磷、钾肥可以有效地提高对应养分的吸收效率。

表6 不同处理玉米100 kg 经济产量养分吸收量（单位：kg）

由表7 可知，氮磷钾施肥处理氮、磷、钾养分吸收量分别为11.35 kg、1.94 kg 和8.12 kg，无氮处理氮素吸收量为5.58 kg、无磷处理为1.12 kg、无钾处理为5.96 kg。由此可以看出，氮磷钾施肥处理每亩玉米氮、磷、钾养分吸收量均高于缺素区对应养分的吸收量。 氮钾和氮磷处理玉米氮素吸收量较氮磷钾处理分别降低了30.0%和21.9%；磷钾和氮磷处理的玉米磷素吸收量较氮磷钾处理分别降低了36.1%和20.1%；磷钾和氮钾处理玉米钾素吸收量较氮磷钾处理分别降低了34.2%和17.9%。 说明氮、磷、钾肥的结合施用可以通过相互促进的作用提高玉米对养分的吸收效果，从而获得高产。

表7 不同处理玉米养分吸收量（单位：kg/亩）

2.4 不同施肥处理对玉米养分收获指数的影响

收获指数是衡量作物养分利用效率的指标之一，是作物的养分吸收量向籽粒中转移比例的多少。由表8 可知， 玉米的氮素收获指数平均为63.94%～66.69%；磷素收获指数平均为76.53%～79.61%；钾素收获指数平均为18.92%～21.14%。 玉米氮素收获指数磷钾处理最高，氮磷钾处理最低；氮钾处理略低于磷钾处理，氮磷处理略高于氮磷钾处理。 磷素和钾素收获指数氮磷钾处理最高，其余处理之间差异不显著。

表8 不同处理玉米的收获指数（单位：%）

2.5 不同施肥处理对玉米养分生理效率的影响

生理效率是指作物每吸收1 kg 养分（氮或磷、钾）向籽粒的转运量（kg）。 由表9 可知，本试验条件下玉米吸收1 kg 氮素平均生产籽粒为51.82～69.87 kg；吸收1 kg P2O5平均生产籽粒为306.84～421.50 kg、吸收1 kg K2O 平均生产籽粒为70.33～84.12 kg。 氮素生理效率磷钾处理最高，磷素生理效率氮钾处理最高，钾素生理效率氮磷处理最高， 其余处理之间差异不显著，说明平衡施肥能保障作物对养分的吸收效果，对养分的利用效率并没有明显降低。

表9 不同处理玉米的养分生理效率（单位：kg/kg）

2.6 玉米氮磷钾肥料利用率

根据肥料利用率计算公式计算出玉米氮、磷、钾肥料利用率。 由表10 可知，玉米氮、磷、钾肥利用率分别为44.47%、16.32%和36.04%。 氮肥在当地的利用率较高，其次为钾肥，但氮肥和钾肥的肥料利用率变异系数较大，可能是由于土壤本身肥力较高导致，还需进行定位试验以得到最准确的肥料利用效果。磷肥利用率最低，合理施用氮、钾肥可以获得较高的经济效益，提高玉米产量。

表10 氮、磷、钾肥料利用率（单位：%）

3 讨论与结论

配方施肥能够有效地增加玉米地上部分产量[9-11]。在本试验条件下，氮肥对玉米产量的影响最大，磷肥其次，钾肥对玉米产量的影响效果最小，不施肥玉米的产量有明显降低。 增施氮、磷、钾肥可以有效促进作物对对应养分的吸收利用， 提高玉米地上部的养分含量，且施用养分越全面，作物对养分的吸收效果越好，这与王金凤、韩冰等的研究结论相同[12-13]。 氮素收获指数氮磷钾处理较其余处理有所降低，而磷素、钾素收获指数氮磷钾处理最高， 说明配方施肥条件下可以促进养分向籽粒的运输。 氮磷钾处理玉米的生理效率较其余处理差异不显著， 说明配方施肥在提高玉米产量的同时并没有降低养分的利用效率。从研究结果来看， 施用配方肥玉米的肥料利用率达到了较高的水平， 在当地更应重视测土配方施肥技术的应用，响应国家化肥减量增效政策的要求。

肥料利用率是衡量施肥效果的重要指标。 本研究表明，在玉米测土配方施肥条件下，玉米氮、磷、钾肥当季利用率分别为44.47%、16.32%和36.04%，达到了较高的水平， 说明测土配方施肥在当地的应用效果较好，有助于减少肥料损失，提高作物产量，是促进农业绿色高质量发展的一种有效途径。