玉米高產(chǎn)栽培下氮磷鉀養(yǎng)分吸收分配和利用效應(yīng)研究

玉米高產(chǎn)栽培下氮磷鉀養(yǎng)分吸收分配和利用效應(yīng)研究

養(yǎng)分在作物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移、積累和分配是作物養(yǎng)分使用的一個重要過程。不同品種的不同品種和不同品種的不同生長發(fā)育時期，不同的肥力條件和管理措施對養(yǎng)分的使用沒有不同的影響。玉米是我國重要的糧食作物,了解玉米對養(yǎng)分的利用和分配特點,對于玉米生產(chǎn)中養(yǎng)分資源的合理調(diào)控和管理具有重要意義。但是隨著生產(chǎn)水平的提高,尤其在超高產(chǎn)(我國目前夏玉米高產(chǎn)田產(chǎn)量為9000kg/hm2左右,一般將產(chǎn)量比高產(chǎn)田提高1/3以上視為超高產(chǎn),即≥12000kg/hm2)栽培條件下,玉米植株對養(yǎng)分的吸收利用及分配也會發(fā)生較大的變化。目前,關(guān)于超高產(chǎn)夏玉米的研究主要集中在栽培技術(shù)、土壤肥力條件及生理特性方面,而對超高產(chǎn)夏玉米需肥規(guī)律和科學(xué)合理施肥技術(shù)方面的研究較少。本試驗結(jié)合河北省糧食豐產(chǎn)工程高產(chǎn)超高產(chǎn)玉米糧田創(chuàng)建的課題要求,探討高產(chǎn)超高產(chǎn)管理措施下不同玉米品種對N、P、K養(yǎng)分的吸收累積特點,旨在為今后玉米生產(chǎn)中養(yǎng)分資源的科學(xué)管理和合理施肥技術(shù)的制定提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1年生態(tài)系統(tǒng)降水特征試驗在位于太行山山麓平原與低洼平原過渡地帶的河北省辛集市馬蘭農(nóng)場進行。該區(qū)域是華北平原糧食作物主產(chǎn)區(qū),屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,光熱條件好,常年平均降雨量488mm,主要集中在夏季的6-8月份,占全年總降雨量的70%左右。但2008年降雨量與往年同期相比明顯偏多,玉米生長季(6-10月間)降雨總量達438.10mm。土壤基本理化性狀為有機質(zhì)19.15g/kg、全氮1.07g/kg、NH4+-N2.06mg/kg、NO3--N14.07mg/kg、堿解氮40.37mg/kg、速效磷37.29mg/kg、速效鉀141.73mg/kg、pH8.41。1.2玉米的施肥與除草供試玉米品種為“京單28”、“浚單20”和“豐玉4號”,每個品種種植0.33hm2。上茬小麥?zhǔn)斋@時將秸稈全部粉碎還田,共施入腐熟有機肥(雞糞)3750kg/hm2,N510kg/hm2,P2O569kg/hm2,K2O225kg/hm2,ZnSO415kg/hm2。氮肥分3個時期分別施入,基施96kg/hm2;在玉米大喇叭口期,結(jié)合澆水追施N310.50kg/hm2作為攻穗肥;在玉米吐絲期結(jié)合澆水追施N103.50kg/hm2作為攻粒肥,有機肥、磷鉀肥和鋅肥作為基肥一次性施入土壤。玉米播量67.50kg/hm2,密度82500株/hm2,行距50cm,株距24cm,壟溝邊行和地邊株距20cm左右,以充分利用光熱資源,采用兩次間苗定苗。玉米生長期間,采用一切有利于玉米高產(chǎn)的栽培措施進行管理,各品種栽培管理措施均相同。1.3全氮、全養(yǎng)分的測定分別于玉米生長的苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、灌漿期(吐絲后15d)和成熟期,采集植物樣品。每個時期每個品種隨機取10株,分葉片(葉+葉鞘+苞葉)、莖稈、穗軸和子粒四個部位,105℃條件下殺青0.5h,65℃條件下烘干至恒重,稱取干物質(zhì)重后粉碎過篩,用H2SO4-H2O2消煮,凱氏定氮法測定全氮;釩鉬黃比色法測定全磷;火焰光度法測定全鉀。玉米成熟后進行實收測產(chǎn)。1.4/hm2kjm分配比例2某一生育時期植株各器官養(yǎng)分累積量(kg/hm2)=∑各器官養(yǎng)分含量×對應(yīng)器官干物重;各階段養(yǎng)分凈累積量(kg/hm2)=后一生育時期養(yǎng)分累積量(kg/hm2)-前一生育時期養(yǎng)分累積量(kg/hm2);養(yǎng)分分配比例%=器官養(yǎng)分含量×單株器官干物重/單株養(yǎng)分累積量×100;100kg經(jīng)濟產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量=植株地上部分養(yǎng)分積累量/產(chǎn)量×100。采用MicrosoftExcel2003和SPSS16.0對數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。2結(jié)果與分析2.1不同時期玉米器官的氮、磷、鉀含量發(fā)生了變化2.1.1不同時期各品種磷含量的差異如圖1表示,玉米各器官氮含量隨著生育時期呈降低趨勢,但不同品種間存在差異。葉片中氮含量,吐絲期之前各玉米品種之間差異不大,吐絲期“京單28”氮含量顯著高于“浚單20”和“豐玉4號”,吐絲期之后,氮含量大小表現(xiàn)為“京單28”>“浚單20”>“豐玉4號”。莖稈中氮含量,拔節(jié)期以“京單28”最高,“浚單20”和“豐玉4號”差異不大,但到大喇叭口期,“浚單20”和“豐玉4號”氮含量又明顯高于“京單28”,成熟期則以“豐玉4號”最高,其次是“浚單20”,“京單28”氮含量仍為最低,其它時期各品種差異不大。穗軸中氮的含量,吐絲期和灌漿期“浚單20”、“豐玉4號”兩品種均差異不大,但“京單28”的氮含量顯著低,在此2個生育階段的降低幅度分別達44.4%~48.1%和30.7%~32.6%,可能與此階段“京單28”較快的干物質(zhì)積累而導(dǎo)致的稀釋效應(yīng)有關(guān)。成熟期則以“豐玉4號”氮含量最高,“京單28”和“浚單20”基本相當(dāng)。子粒中的氮含量,吐絲期各品種的差異與穗軸中相似,灌漿期和成熟期,則均以“豐玉4號”的氮含量最高,“京單28”和“浚單20”含量基本相當(dāng)。2.1.2不同品種對磷的吸收隨玉米生育進程,不同品種玉米穗軸和子粒中磷含量逐漸降低(圖2),但葉片和莖稈中的磷含量在整個生育時期則表現(xiàn)為倒“N”字型,這可能與玉米植株前期的生長速度快,因而干物質(zhì)的累積也快,對磷的累積是一個稀釋效應(yīng),而到生育后期,干物質(zhì)累積量變化不大,葉片和莖稈甚至略有下降,而植株對磷的吸收量較高有關(guān)。葉片中磷的含量,各玉米品種之間第二次峰值出現(xiàn)時間不同,“豐玉4號”出現(xiàn)在吐絲期,而“京單28”和“浚單20”的峰值延遲至灌漿期。在吐絲期之前,“京單28”磷含量明顯低于“豐玉4號”和“浚單20”,后二者之間差異不大。吐絲期之后,“豐玉4號”磷含量緩慢降低,“京單28”和“浚單20”在灌漿期對磷吸收仍有所增加,之后降低。莖稈中磷含量變化趨勢與葉片相似,“京單28”除吐絲和成熟期略低外,其余時期磷含量均最高,“豐玉4號”吐絲之后明顯高于“浚單20”,而且較“京單28”提前一個時期出現(xiàn)磷吸收高峰。“浚單20”磷含量變化趨勢與“京單28”和“豐玉4號”不同,整個生育時期呈逐漸降低趨勢,且大喇叭口期之后明顯低于“豐玉4號”和“京單28”。相對于葉片和莖稈而言,穗軸和子粒中磷含量在各生育時期降低幅度較大,基本表現(xiàn)為“浚單20”磷含量最高,“豐玉4號”次之,“京單28”最低。2.1.3大朗過、灌漿期和穗軸中各玉米品種對鉀素的吸收不同器官鉀含量隨玉米生育進程表現(xiàn)出不同的特征(圖3)。葉片中鉀的含量在大喇叭口期以前隨生育進程顯著下降,之后變化趨于平緩;莖稈和穗軸中的鉀含量則分別于吐絲期和灌漿期降至最低,之后又略有上升,呈“V”字型變化,而子粒中鉀含量與磷變化趨勢相似,一直呈下降趨勢。各玉米品種之間比較,葉片中鉀的含量,除大喇叭口期“浚單20”顯著低于“豐玉4號”和“京單28”,灌漿期“浚單20”和“京單28”顯著高于“豐玉4號”外,其余各時期基本表現(xiàn)為“豐玉4號”>“浚單20”>“京單28”。吐絲期之后,“浚單20”葉片中鉀含量變化不大,“京單28”則先升高后降低,而“豐玉4號”變化趨勢與“京單28”正好相反,說明供試的3個玉米品種間葉片對鉀素的吸收存在明顯差異。莖稈中鉀的含量在灌漿期以前“豐玉4號”顯著高于“京單28”和“浚單20”,灌漿期至成熟期,“京單28”含量顯著高于“豐玉4號”,而“浚單20”在大喇叭口期出現(xiàn)最低值之后,緩慢增加,生育后期變化不大。穗軸中鉀含量在3個不同的生育時期均表現(xiàn)為“浚單20”>“豐玉4號”>“京單28”。子粒中鉀的含量在吐絲期和成熟期均以“豐玉4號”最高,比“京單28”和“浚單20”分別提高16.14%、63.16%和2.93%、36.68%,灌漿期則以浚單20鉀含量最高,比“豐玉4號”和“京單28”分別提高48.58%和17.85%。2.2不同品種在生長期間的營養(yǎng)成分化量和傳統(tǒng)保持力2.2.1大朗回節(jié)期和濕地系統(tǒng)期累積量差異不大,與“京單28”比較由表1可以看出,玉米對氮素的階段累積量呈雙峰曲線變化,但峰值出現(xiàn)的時間品種間存在差異。“浚單20”和“豐玉4號”對氮素的階段累積峰值均出現(xiàn)在拔節(jié)—大喇叭口期和灌漿—成熟期,階段凈累積量分別占全生育期總吸氮量的20.80%、49.42%和21.91%、36.47%,且在吐絲期以前,“浚單20”和“豐玉4號”各階段累積量差異不大;而“京單28”的2個峰值則分別出現(xiàn)在大喇叭口—吐絲期和灌漿—成熟期,階段凈累積量分別占全生育期的30.52%和45.24%。其他各生育時期比較,苗期、苗期—拔節(jié)期3個品種之間差異不大,但拔節(jié)—大喇叭口期“京單28”的氮素階段累積量比“浚單20”和“豐玉4號”分別降低37.83%和44.22%,而大喇叭口—吐絲期結(jié)果正相反,“京單28”的氮素累積量比“浚單20”和“豐玉4號”分別提高123.29%和99.20%,此結(jié)果可能與“京單28”吐絲期較高的干物質(zhì)累積有關(guān)。各品種玉米對氮素的最大階段凈累積量均出現(xiàn)在灌漿—成熟期,其中以“浚單20”最大,為128.83kg/hm2,“京單28”次之,“豐玉4號”最低。各玉米品種的氮素吸收強度也表現(xiàn)為雙峰曲線變化,且3品種之間峰值出現(xiàn)的時間也不同,“京單28”和“浚單20”對氮素的吸收強度隨生育進程的變化趨勢與階段凈累積量的變化結(jié)果吻合,但“豐玉4號”的峰值則分別出現(xiàn)在拔節(jié)—大喇叭口期和吐絲—灌漿期,灌漿期之后吸收強度下降。2.2.2全生育期總吸磷量和總4.3%,比興、降低3.2d的總吸磷量,總吸磷量4.5%,hm2d的總吸磷量及7.2d對3個玉米品種磷素的階段凈累積特點進行比較(表1),可以看出,“京單28”和“豐玉4號”呈單峰變化,峰值出現(xiàn)在大喇叭口—吐絲期,分別占全生育期總吸磷量的37.53%和33.30%,吸收強度分別為1.45kg/(hm2·d)和1.23kg/(hm2·d),而“浚單20”存在2個吸磷高峰,分別為拔節(jié)—大喇叭口期和灌漿—成熟期,分別占全生育期的36.11%和29.38%,吸收強度分別為1.09kg/(hm2·d)和0.35kg/(hm2·d)。品種間比較,在吸收峰值上,“京單28”>“浚單20”>“豐玉4號”。2.2.3大坎手術(shù)期凈累積鉀量和基因型各生育期凈累積鉀量變化不同玉米品種對鉀素的累積吸收特點呈單峰曲線(表1),生育后期,甚至出現(xiàn)外排現(xiàn)象,與劉寧、張智猛等研究結(jié)果相似。品種間比較,“豐玉4號”鉀素累積峰值出現(xiàn)在拔節(jié)—大喇叭口期,而“京單28”和“浚單20”則出現(xiàn)在大喇叭口—吐絲期,階段凈累積鉀量分別占全生育期的47.96%和52.01%,吸收強度分別為7.98kg/(hm2·d)和8.53kg/(hm2·d)。隨玉米生長發(fā)育,“浚單20”和“豐玉4號”在吐絲—灌漿期停止對鉀的吸收,出現(xiàn)外排現(xiàn)象,外排量和外排強度均為“豐玉4號”>“浚單20”,而“京單28”對鉀的外排現(xiàn)象延遲至灌漿期之后,原因可能是鉀主要集中于葉片和莖稈中,營養(yǎng)體的生物量至灌漿期達到最大值,而鉀含量隨生育時期逐漸降低,導(dǎo)致后期植物體內(nèi)鉀素虧缺。2.3不同時期葉片養(yǎng)分分配各器官的養(yǎng)分分配比例反映了養(yǎng)分運移和有效利用情況。表2結(jié)果表明,玉米中氮磷鉀養(yǎng)分在各器官中的分配比例隨生長中心的轉(zhuǎn)移而發(fā)生變化。對氮、磷而言,葉片的分配比例始終大于莖稈,吐絲期以后,隨著生殖器官的發(fā)育,養(yǎng)分逐漸向子粒中轉(zhuǎn)移,成熟期子粒中氮素的分配比例在60%左右,磷素的分配比例達70%以上,各部位的氮磷分配比例大小順序為子粒>葉片>莖桿>穗軸。而隨玉米生長發(fā)育,鉀素在葉片中的分配比例逐漸降低,莖稈中逐漸增加,至成熟期,莖桿中鉀素分配比例明顯高于葉片。穗軸和子粒中鉀素分配比例相對較低,只占整株累積總量的10%左右,且兩部位差異不大。對3個品種進行比較,就氮素的分配而言,在成熟期以前,“京單28”和“浚單20”葉片中的分配比例基本相當(dāng),但“豐玉4號”相對較低;莖稈中的分配比例除灌漿期外,其余各個生育時期均以“豐玉4號”始終保持相對較高的水平;穗軸中的氮分配比例除灌漿期“豐玉4號”相對較高外,其他時期3品種之間差異不大;子粒中氮分配比例在吐絲期以“京單28”最高,比“浚單20”和“豐玉4號”分別提高0.77倍和1.97倍,但灌漿期又以“豐玉4號”最高,“京單28”其次,“浚單20”最低,成熟期3個品種之間差異不大。就磷素分配而言,拔節(jié)期葉片中的分配比例各品種間基本相當(dāng),大喇叭口期和吐絲期均以“浚單20”最高,“豐玉4號”其次,“京單28”最低。灌漿期“浚單20”葉片磷素分配仍較高,“豐玉4號”最低。成熟期,3品種葉片磷素分配基本相當(dāng);莖稈中磷素分配,拔節(jié)期至灌漿期,均以“浚單20”分配比例最低,“京單28”與“豐玉4號”差別不大,成熟期則以“京單28”最低,“豐玉4號”最高;穗軸中磷素分配,吐絲期品種間差異不大,灌漿期—成熟期均以“浚單20”分配磷素最多,但是“豐玉4號”磷素分配比例降低幅度明顯大于“京單28”。而對于子粒的磷分配而言,3品種僅在吐絲期表現(xiàn)出明顯差異,“京單28”比“浚單20”和“豐玉4號”分別提高了1.73倍和3.55倍。葉片中鉀素分配,除吐絲期和灌漿期外,均以“浚單20”最高,“京單28”和“豐玉4號”差別不大,而莖稈中正相反。穗軸中的鉀素分配,吐絲期“京單28”比“浚單20”、“豐玉4號”分別提高17.50%和43.90%,成熟期則以浚單20最高,“豐玉4號”次之,“京單28”最低。子粒中鉀素在吐絲期和灌漿期以“京單28”分配比例明顯高于“浚單20”和“豐玉4號”,成熟期則表現(xiàn)為“豐玉4號”>“浚單20”>“京單28”。對成熟期營養(yǎng)體和生殖器官分配總量進行分析,結(jié)果表明,營養(yǎng)體中氮、磷、鉀3養(yǎng)分的分配比例均表現(xiàn)為“京單28”>“豐玉4號”>“浚單20”,而生殖器官正好相反。2.4不同品種磷素累積總量和養(yǎng)分積累量一個比較對于玉米而言,經(jīng)濟產(chǎn)量即是子粒產(chǎn)量,單位經(jīng)濟產(chǎn)量的養(yǎng)分收獲量是估算農(nóng)田養(yǎng)分移出量的一項極為重要的參數(shù),通常以形成100kg或1000kg風(fēng)干產(chǎn)品的收獲養(yǎng)分量表示。表3結(jié)果表明,“豐玉4號”產(chǎn)量最高,達12391.05kg/hm2,比“京單28”提高了16.58%,但與“浚單20”差異不大。成熟期地上部的養(yǎng)分累積總量,氮、鉀養(yǎng)分均以“豐玉4號”最高,分別為275.73kg/hm2和243.55kg/hm2,“京單28”和“浚單20”基本相當(dāng);磷素累積量3品種之間差異不大。每形成100kg子粒所攝取的N、P2O5、K2O養(yǎng)分量均以“京單28”最高,“浚單20”和“豐玉4”號P2O5攝取量相當(dāng),N、K2O養(yǎng)分?jǐn)z取量均表現(xiàn)為“豐玉4號”>“浚單20”。3品種N∶P2O5∶K2O的吸收比例范圍是1∶0.40~0.44∶0.98~1.06。3生育期對玉米養(yǎng)分積累規(guī)律的探討?zhàn)B分含量取決于養(yǎng)分吸收量和干物質(zhì)累積量。隨著玉米的生長發(fā)育,干物質(zhì)的累積速度大于養(yǎng)分吸收速度,所以除莖稈和穗軸中的鉀含量外,養(yǎng)分含量總體表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢,與宋海星、董鉆、張家銅等人的研究結(jié)果相似,但各品種間在不同的生育時期存在差異。不同玉米品種對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收特征不同,在本試驗條件下,各品種玉米對氮、鉀吸收分別表現(xiàn)為雙峰和單峰曲線,而對磷的吸收品種間存在差異,“京單28”和“豐玉4號”呈單峰吸收,“浚單20”呈雙峰吸收。相對于“京單28”和“浚單20”,“豐玉4號”對氮素的累積在生育后期表現(xiàn)為持續(xù)平緩的累進吸收,這可能是其地上部獲得較高氮素