玉米高产栽培下氮磷钾养分吸收分配和利用效应研究

玉米高产栽培下氮磷钾养分吸收分配和利用效应研究

养分在作物体内的转移、积累和分配是作物养分使用的一个重要过程。不同品种的不同品种和不同品种的不同生长发育时期，不同的肥力条件和管理措施对养分的使用没有不同的影响。玉米是我国重要的粮食作物,了解玉米对养分的利用和分配特点,对于玉米生产中养分资源的合理调控和管理具有重要意义。但是随着生产水平的提高,尤其在超高产(我国目前夏玉米高产田产量为9000kg/hm2左右,一般将产量比高产田提高1/3以上视为超高产,即≥12000kg/hm2)栽培条件下,玉米植株对养分的吸收利用及分配也会发生较大的变化。目前,关于超高产夏玉米的研究主要集中在栽培技术、土壤肥力条件及生理特性方面,而对超高产夏玉米需肥规律和科学合理施肥技术方面的研究较少。本试验结合河北省粮食丰产工程高产超高产玉米粮田创建的课题要求,探讨高产超高产管理措施下不同玉米品种对N、P、K养分的吸收累积特点,旨在为今后玉米生产中养分资源的科学管理和合理施肥技术的制定提供理论依据。1材料和方法1.1年生态系统降水特征试验在位于太行山山麓平原与低洼平原过渡地带的河北省辛集市马兰农场进行。该区域是华北平原粮食作物主产区,属暖温带大陆性季风气候,光热条件好,常年平均降雨量488mm,主要集中在夏季的6-8月份,占全年总降雨量的70%左右。但2008年降雨量与往年同期相比明显偏多,玉米生长季(6-10月间)降雨总量达438.10mm。土壤基本理化性状为有机质19.15g/kg、全氮1.07g/kg、NH4+-N2.06mg/kg、NO3--N14.07mg/kg、碱解氮40.37mg/kg、速效磷37.29mg/kg、速效钾141.73mg/kg、pH8.41。1.2玉米的施肥与除草供试玉米品种为“京单28”、“浚单20”和“丰玉4号”,每个品种种植0.33hm2。上茬小麦收获时将秸秆全部粉碎还田,共施入腐熟有机肥(鸡粪)3750kg/hm2,N510kg/hm2,P2O569kg/hm2,K2O225kg/hm2,ZnSO415kg/hm2。氮肥分3个时期分别施入,基施96kg/hm2;在玉米大喇叭口期,结合浇水追施N310.50kg/hm2作为攻穗肥;在玉米吐丝期结合浇水追施N103.50kg/hm2作为攻粒肥,有机肥、磷钾肥和锌肥作为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,垄沟边行和地边株距20cm左右,以充分利用光热资源,采用两次间苗定苗。玉米生长期间,采用一切有利于玉米高产的栽培措施进行管理,各品种栽培管理措施均相同。1.3全氮、全养分的测定分别于玉米生长的苗期、拔节期、大喇叭口期、吐丝期、灌浆期(吐丝后15d)和成熟期,采集植物样品。每个时期每个品种随机取10株,分叶片(叶+叶鞘+苞叶)、茎秆、穗轴和子粒四个部位,105℃条件下杀青0.5h,65℃条件下烘干至恒重,称取干物质重后粉碎过筛,用H2SO4-H2O2消煮,凯氏定氮法测定全氮;钒钼黄比色法测定全磷;火焰光度法测定全钾。玉米成熟后进行实收测产。1.4/hm2kjm分配比例2某一生育时期植株各器官养分累积量(kg/hm2)=∑各器官养分含量×对应器官干物重;各阶段养分净累积量(kg/hm2)=后一生育时期养分累积量(kg/hm2)-前一生育时期养分累积量(kg/hm2);养分分配比例%=器官养分含量×单株器官干物重/单株养分累积量×100;100kg经济产量养分吸收量=植株地上部分养分积累量/产量×100。采用MicrosoftExcel2003和SPSS16.0对数据进行处理和统计分析。2结果与分析2.1不同时期玉米器官的氮、磷、钾含量发生了变化2.1.1不同时期各品种磷含量的差异如图1表示,玉米各器官氮含量随着生育时期呈降低趋势,但不同品种间存在差异。叶片中氮含量,吐丝期之前各玉米品种之间差异不大,吐丝期“京单28”氮含量显著高于“浚单20”和“丰玉4号”,吐丝期之后,氮含量大小表现为“京单28”>“浚单20”>“丰玉4号”。茎秆中氮含量,拔节期以“京单28”最高,“浚单20”和“丰玉4号”差异不大,但到大喇叭口期,“浚单20”和“丰玉4号”氮含量又明显高于“京单28”,成熟期则以“丰玉4号”最高,其次是“浚单20”,“京单28”氮含量仍为最低,其它时期各品种差异不大。穗轴中氮的含量,吐丝期和灌浆期“浚单20”、“丰玉4号”两品种均差异不大,但“京单28”的氮含量显著低,在此2个生育阶段的降低幅度分别达44.4%~48.1%和30.7%~32.6%,可能与此阶段“京单28”较快的干物质积累而导致的稀释效应有关。成熟期则以“丰玉4号”氮含量最高,“京单28”和“浚单20”基本相当。子粒中的氮含量,吐丝期各品种的差异与穗轴中相似,灌浆期和成熟期,则均以“丰玉4号”的氮含量最高,“京单28”和“浚单20”含量基本相当。2.1.2不同品种对磷的吸收随玉米生育进程,不同品种玉米穗轴和子粒中磷含量逐渐降低(图2),但叶片和茎秆中的磷含量在整个生育时期则表现为倒“N”字型,这可能与玉米植株前期的生长速度快,因而干物质的累积也快,对磷的累积是一个稀释效应,而到生育后期,干物质累积量变化不大,叶片和茎秆甚至略有下降,而植株对磷的吸收量较高有关。叶片中磷的含量,各玉米品种之间第二次峰值出现时间不同,“丰玉4号”出现在吐丝期,而“京单28”和“浚单20”的峰值延迟至灌浆期。在吐丝期之前,“京单28”磷含量明显低于“丰玉4号”和“浚单20”,后二者之间差异不大。吐丝期之后,“丰玉4号”磷含量缓慢降低,“京单28”和“浚单20”在灌浆期对磷吸收仍有所增加,之后降低。茎秆中磷含量变化趋势与叶片相似,“京单28”除吐丝和成熟期略低外,其余时期磷含量均最高,“丰玉4号”吐丝之后明显高于“浚单20”,而且较“京单28”提前一个时期出现磷吸收高峰。“浚单20”磷含量变化趋势与“京单28”和“丰玉4号”不同,整个生育时期呈逐渐降低趋势,且大喇叭口期之后明显低于“丰玉4号”和“京单28”。相对于叶片和茎秆而言,穗轴和子粒中磷含量在各生育时期降低幅度较大,基本表现为“浚单20”磷含量最高,“丰玉4号”次之,“京单28”最低。2.1.3大朗过、灌浆期和穗轴中各玉米品种对钾素的吸收不同器官钾含量随玉米生育进程表现出不同的特征(图3)。叶片中钾的含量在大喇叭口期以前随生育进程显著下降,之后变化趋于平缓;茎秆和穗轴中的钾含量则分别于吐丝期和灌浆期降至最低,之后又略有上升,呈“V”字型变化,而子粒中钾含量与磷变化趋势相似,一直呈下降趋势。各玉米品种之间比较,叶片中钾的含量,除大喇叭口期“浚单20”显著低于“丰玉4号”和“京单28”,灌浆期“浚单20”和“京单28”显著高于“丰玉4号”外,其余各时期基本表现为“丰玉4号”>“浚单20”>“京单28”。吐丝期之后,“浚单20”叶片中钾含量变化不大,“京单28”则先升高后降低,而“丰玉4号”变化趋势与“京单28”正好相反,说明供试的3个玉米品种间叶片对钾素的吸收存在明显差异。茎秆中钾的含量在灌浆期以前“丰玉4号”显著高于“京单28”和“浚单20”,灌浆期至成熟期,“京单28”含量显著高于“丰玉4号”,而“浚单20”在大喇叭口期出现最低值之后,缓慢增加,生育后期变化不大。穗轴中钾含量在3个不同的生育时期均表现为“浚单20”>“丰玉4号”>“京单28”。子粒中钾的含量在吐丝期和成熟期均以“丰玉4号”最高,比“京单28”和“浚单20”分别提高16.14%、63.16%和2.93%、36.68%,灌浆期则以浚单20钾含量最高,比“丰玉4号”和“京单28”分别提高48.58%和17.85%。2.2不同品种在生长期间的营养成分化量和传统保持力2.2.1大朗回节期和湿地系统期累积量差异不大,与“京单28”比较由表1可以看出,玉米对氮素的阶段累积量呈双峰曲线变化,但峰值出现的时间品种间存在差异。“浚单20”和“丰玉4号”对氮素的阶段累积峰值均出现在拔节—大喇叭口期和灌浆—成熟期,阶段净累积量分别占全生育期总吸氮量的20.80%、49.42%和21.91%、36.47%,且在吐丝期以前,“浚单20”和“丰玉4号”各阶段累积量差异不大;而“京单28”的2个峰值则分别出现在大喇叭口—吐丝期和灌浆—成熟期,阶段净累积量分别占全生育期的30.52%和45.24%。其他各生育时期比较,苗期、苗期—拔节期3个品种之间差异不大,但拔节—大喇叭口期“京单28”的氮素阶段累积量比“浚单20”和“丰玉4号”分别降低37.83%和44.22%,而大喇叭口—吐丝期结果正相反,“京单28”的氮素累积量比“浚单20”和“丰玉4号”分别提高123.29%和99.20%,此结果可能与“京单28”吐丝期较高的干物质累积有关。各品种玉米对氮素的最大阶段净累积量均出现在灌浆—成熟期,其中以“浚单20”最大,为128.83kg/hm2,“京单28”次之,“丰玉4号”最低。各玉米品种的氮素吸收强度也表现为双峰曲线变化,且3品种之间峰值出现的时间也不同,“京单28”和“浚单20”对氮素的吸收强度随生育进程的变化趋势与阶段净累积量的变化结果吻合,但“丰玉4号”的峰值则分别出现在拔节—大喇叭口期和吐丝—灌浆期,灌浆期之后吸收强度下降。2.2.2全生育期总吸磷量和总4.3%,比兴、降低3.2d的总吸磷量,总吸磷量4.5%,hm2d的总吸磷量及7.2d对3个玉米品种磷素的阶段净累积特点进行比较(表1),可以看出,“京单28”和“丰玉4号”呈单峰变化,峰值出现在大喇叭口—吐丝期,分别占全生育期总吸磷量的37.53%和33.30%,吸收强度分别为1.45kg/(hm2·d)和1.23kg/(hm2·d),而“浚单20”存在2个吸磷高峰,分别为拔节—大喇叭口期和灌浆—成熟期,分别占全生育期的36.11%和29.38%,吸收强度分别为1.09kg/(hm2·d)和0.35kg/(hm2·d)。品种间比较,在吸收峰值上,“京单28”>“浚单20”>“丰玉4号”。2.2.3大坎手术期净累积钾量和基因型各生育期净累积钾量变化不同玉米品种对钾素的累积吸收特点呈单峰曲线(表1),生育后期,甚至出现外排现象,与刘宁、张智猛等研究结果相似。品种间比较,“丰玉4号”钾素累积峰值出现在拔节—大喇叭口期,而“京单28”和“浚单20”则出现在大喇叭口—吐丝期,阶段净累积钾量分别占全生育期的47.96%和52.01%,吸收强度分别为7.98kg/(hm2·d)和8.53kg/(hm2·d)。随玉米生长发育,“浚单20”和“丰玉4号”在吐丝—灌浆期停止对钾的吸收,出现外排现象,外排量和外排强度均为“丰玉4号”>“浚单20”,而“京单28”对钾的外排现象延迟至灌浆期之后,原因可能是钾主要集中于叶片和茎秆中,营养体的生物量至灌浆期达到最大值,而钾含量随生育时期逐渐降低,导致后期植物体内钾素亏缺。2.3不同时期叶片养分分配各器官的养分分配比例反映了养分运移和有效利用情况。表2结果表明,玉米中氮磷钾养分在各器官中的分配比例随生长中心的转移而发生变化。对氮、磷而言,叶片的分配比例始终大于茎秆,吐丝期以后,随着生殖器官的发育,养分逐渐向子粒中转移,成熟期子粒中氮素的分配比例在60%左右,磷素的分配比例达70%以上,各部位的氮磷分配比例大小顺序为子粒>叶片>茎杆>穗轴。而随玉米生长发育,钾素在叶片中的分配比例逐渐降低,茎秆中逐渐增加,至成熟期,茎杆中钾素分配比例明显高于叶片。穗轴和子粒中钾素分配比例相对较低,只占整株累积总量的10%左右,且两部位差异不大。对3个品种进行比较,就氮素的分配而言,在成熟期以前,“京单28”和“浚单20”叶片中的分配比例基本相当,但“丰玉4号”相对较低;茎秆中的分配比例除灌浆期外,其余各个生育时期均以“丰玉4号”始终保持相对较高的水平;穗轴中的氮分配比例除灌浆期“丰玉4号”相对较高外,其他时期3品种之间差异不大;子粒中氮分配比例在吐丝期以“京单28”最高,比“浚单20”和“丰玉4号”分别提高0.77倍和1.97倍,但灌浆期又以“丰玉4号”最高,“京单28”其次,“浚单20”最低,成熟期3个品种之间差异不大。就磷素分配而言,拔节期叶片中的分配比例各品种间基本相当,大喇叭口期和吐丝期均以“浚单20”最高,“丰玉4号”其次,“京单28”最低。灌浆期“浚单20”叶片磷素分配仍较高,“丰玉4号”最低。成熟期,3品种叶片磷素分配基本相当;茎秆中磷素分配,拔节期至灌浆期,均以“浚单20”分配比例最低,“京单28”与“丰玉4号”差别不大,成熟期则以“京单28”最低,“丰玉4号”最高;穗轴中磷素分配,吐丝期品种间差异不大,灌浆期—成熟期均以“浚单20”分配磷素最多,但是“丰玉4号”磷素分配比例降低幅度明显大于“京单28”。而对于子粒的磷分配而言,3品种仅在吐丝期表现出明显差异,“京单28”比“浚单20”和“丰玉4号”分别提高了1.73倍和3.55倍。叶片中钾素分配,除吐丝期和灌浆期外,均以“浚单20”最高,“京单28”和“丰玉4号”差别不大,而茎秆中正相反。穗轴中的钾素分配,吐丝期“京单28”比“浚单20”、“丰玉4号”分别提高17.50%和43.90%,成熟期则以浚单20最高,“丰玉4号”次之,“京单28”最低。子粒中钾素在吐丝期和灌浆期以“京单28”分配比例明显高于“浚单20”和“丰玉4号”,成熟期则表现为“丰玉4号”>“浚单20”>“京单28”。对成熟期营养体和生殖器官分配总量进行分析,结果表明,营养体中氮、磷、钾3养分的分配比例均表现为“京单28”>“丰玉4号”>“浚单20”,而生殖器官正好相反。2.4不同品种磷素累积总量和养分积累量一个比较对于玉米而言,经济产量即是子粒产量,单位经济产量的养分收获量是估算农田养分移出量的一项极为重要的参数,通常以形成100kg或1000kg风干产品的收获养分量表示。表3结果表明,“丰玉4号”产量最高,达12391.05kg/hm2,比“京单28”提高了16.58%,但与“浚单20”差异不大。成熟期地上部的养分累积总量,氮、钾养分均以“丰玉4号”最高,分别为275.73kg/hm2和243.55kg/hm2,“京单28”和“浚单20”基本相当;磷素累积量3品种之间差异不大。每形成100kg子粒所摄取的N、P2O5、K2O养分量均以“京单28”最高,“浚单20”和“丰玉4”号P2O5摄取量相当,N、K2O养分摄取量均表现为“丰玉4号”>“浚单20”。3品种N∶P2O5∶K2O的吸收比例范围是1∶0.40~0.44∶0.98~1.06。3生育期对玉米养分积累规律的探讨养分含量取决于养分吸收量和干物质累积量。随着玉米的生长发育,干物质的累积速度大于养分吸收速度,所以除茎秆和穗轴中的钾含量外,养分含量总体表现为逐渐降低的趋势,与宋海星、董钻、张家铜等人的研究结果相似,但各品种间在不同的生育时期存在差异。不同玉米品种对氮、磷、钾养分的吸收特征不同,在本试验条件下,各品种玉米对氮、钾吸收分别表现为双峰和单峰曲线,而对磷的吸收品种间存在差异,“京单28”和“丰玉4号”呈单峰吸收,“浚单20”呈双峰吸收。相对于“京单28”和“浚单20”,“丰玉4号”对氮素的累积在生育后期表现为持续平缓的累进吸收,这可能是其地上部获得较高氮素