引用本文
王宜伦, 苏瑞光, 刘举, 韩燕来, 卢艳丽, 白由路, 谭金芳. ![]()
. 作物学报, 34(3): 563-569
WANG Yi-Lun, SU Rui-Guang, LIU Ju, HAN Yan-Lai, LU Yan-Li, BAI You-Lu, TAN Jin-Fang. Effects of Nutrient Expert Recommend Fertilization on Yield and Fertilizer Efficiency of Summer Maize in Fluvo-Aquic Soil. 作物学报, 34(3): 563-569
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WANG Yi-Lun, SU Rui-Guang, LIU Ju, HAN Yan-Lai, LU Yan-Li, BAI You-Lu, TAN Jin-Fang. Effects of Nutrient Expert Recommend Fertilization on Yield and Fertilizer Efficiency of Summer Maize in Fluvo-Aquic Soil. 作物学报, 34(3): 563-569
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摘要
为实现潮土区夏玉米科学施肥, 通过2年田间试验研究了玉米养分专家系统推荐施肥对夏玉米产量、收益、养分积累量及肥料利用效率的影响。结果表明, 沙壤质潮土夏玉米施肥两年增产6.55%~39.32%和5.53%~21.19%, 玉米养分专家系统和Agro Services International Inc推荐施肥较农户习惯施肥分别增产4.06%和5.04%, 增收21.90%和27.44%。基于玉米养分专家系统推荐施肥的氮、磷、钾肥农学效率分别为11.46、25.89和9.93 kg kg-1, 氮、磷、钾肥料利用率分别为41.13%、31.48%和50.35%, 化肥偏生产力平均为36.62 kg kg-1。玉米养分专家系统推荐施肥提高了沙壤质潮土区夏玉米叶片叶绿素含量, 促进了氮磷钾的吸收利用, 增加了干物质积累量, 具有增产增收效应, 肥料利用效率较高, 可作为该地区夏玉米推荐施肥方法推广应用。
关键词:
夏玉米; 潮土; 养分专家系统; 推荐施肥; 产量; 肥料效率
Effects of Nutrient Expert Recommend Fertilization on Yield and Fertilizer Efficiency of Summer Maize in Fluvo-Aquic Soil
Abstract
Maize (
Keyword:
Summer maize; Fluvo-aquic soil; Nutrient expert; Recommend fertilization; Yield; Fertilizer efficiency
玉米是食品、饲料和工业等产业的重要原料, 已发展为中国播种面积最大的粮食作物, 玉米生产对保障国家粮食安全具有重要意义[ 1, 2, 3]。施肥是玉米高产的关键技术措施, 但玉米生产中仍普遍存在重氮肥, 轻磷、钾肥等不合理施肥现象, 造成施肥成本高、玉米产量和肥料利用率低, 经济效益下降。因此, 实现夏玉米科学施肥对于提高夏玉米产量和肥料利用效率具有重要意义[ 4, 5, 6]。
国内外推荐施肥研究主要有以土壤测试为基础的测土推荐施肥(如目标产量法、养分丰缺指标法和地力分级/区法等)和以作物反应为基础的推荐施肥(如叶色卡法/SPAD仪/高光谱遥感分析/植株养分含量分析等作物营养诊断法和肥料效应函数法等)两类方法[ 7, 8]。针对不同土壤进行测土配方施肥可促进玉米对养分的吸收利用, 提高了玉米产量和经济效益[ 9, 10, 11]。Agro Services International Inc (ASI, 国际农化服务中心, 中国引入后称为“土壤养分系统研究法”)法采用通用浸提剂可测定15个土壤肥力指标, 实现高效的土壤养分测定系列化操作, ASI推荐施肥主要根据土壤养分测试值、养分分级指标和目标产量养分需求推荐施肥量[ 12], 已在全国20多个省市广泛应用, 在提高作物产量和增加农民收入等方面效果明显[ 13, 14, 15, 16]。
近年来, 国际植物营养研究所开展了基于作物产量反应和农学效率的玉米养分管理和推荐施肥研究, 主要原理是基于改进的SSNM (site-specific nutrient management)养分管理方法和基于QUEFTS (quantitative evaluation of the fertility of tropical soils)模型的作物养分需求、土壤基础养分供应、作物产量反应和农学效率等要素, 通过玉米氮肥农学效率和估测氮肥响应计算施氮量, 从上季磷钾肥施用量和秸秆还田量考虑磷钾素平衡的角度推荐磷钾肥用量, 应用计算机软件技术发展为玉米养分专家系统(nutrient expert for maize), 可用于区域和田块尺度推荐施肥[ 8, 17, 18]。
潮土大面积分布在黄淮海平原, 是中国重要的粮食生产基地和夏玉米主产区。玉米养分专家推荐施肥系统可根据土壤质地性状、作物产量水平、养分管理措施及气候条件等因素, 快速推荐玉米氮磷钾施肥量和施肥时期等施肥方案, 当前潮土区夏玉米养分专家系统推荐施肥效应鲜见报道。本文研究了玉米养分专家推荐施肥对沙壤质潮土区夏玉米产量、经济效益、养分吸收积累及肥料效率的影响, 明确玉米养分专家系统推荐施肥增产效果、氮磷钾肥效应和肥料利用效率, 以期为潮土区夏玉米科学施肥提供理论和技术依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
河南省郑州航空港区寺下里村供试土壤为沙质潮土, 前茬作物为冬小麦, 土壤基本养分性状见表1。
1.2 试验设计
共设7个处理, OPT为养分专家系统推荐氮磷钾肥用量, OPT-N为在OPT基础上不施氮肥, OPT-P为在OPT基础上不施磷肥, OPT-K为在OPT基础上不施钾肥, OPTs为基于ASI法推荐氮磷钾肥用量; FP为农民习惯施肥(复混肥料小喇叭口期一次施用); CK为不施任何肥料(表2)。
 | 表1 供试土壤基本养分状况 Table 1 Basic nutrient characters of the tested soils |
| 表2 不同处理的施肥量 Table 2 Fertilizer rate of different treatments (kg hm-2) |
氮肥40%在苗期施用, 60%在大喇叭口期追肥(穴施); 磷钾在苗期施用, 施肥时将不同肥料混匀后开沟均匀施入土壤并覆土。供试肥料品种为尿素、过磷酸钙和氯化钾, 玉米品种均为浚单20。2010年6月10日播种, 9月20日收获, 种植密度为60 000株 hm-2, 小区面积为32 m2, 3次重复, 随机区组排列。2011年6月12日播种, 9月24日收获, 种植密度为67 500株 hm-2, 小区面积为36 m2, 3次重复, 随机区组排列。
1.3 样品采集与分析
在玉米播种前采集0~20 cm土壤样品, 送中国农业科学院中加合作实验室采用ASI法测试并推荐施肥量。用重铬酸钾容量法-外加热法测定土壤有机质, 碱解扩散法分析测定土壤碱解氮, 0.5 mol L-1 NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定土壤速效磷, NH4OAc浸提-火焰光度法测定土壤速效钾。
收获时取每个小区的3株玉米(穗轴算入植株部分), 于105℃下杀青15 min, 65℃烘干, 籽粒与非收获物分别烘干称重, 粉碎后用于测定氮磷钾含量。采用浓H2SO4-H2O2消煮-蒸馏定氮法测定植株全氮含量, 钼黄比色法测定植株全磷含量, 火焰光度计法测定植株全钾含量[ 19]。
1.4 调查与计产
在吐丝期用SPAD计测定穗位叶SPAD值, 每个小区测20片叶, 取其平均值。
完全成熟后随机收获中间两行玉米的30穗, 装入尼龙网袋, 晒干, 脱粒称重, 以含水量14%折算小区产量。取10穗调查穗粒数和百粒重。
1.5 数据处理与统计分析
产投比=施肥增产收益/施肥投入值
养分积累量(kg hm-2) = 非收获物干重×非收获物养分含量+收获物干重×收获物养分含量
肥料利用率(%) = (施肥区植物地上部分养分积累量-
不施肥区植物地上部分养分积累量)/施肥量×100
农学效率(kg kg-1) = (施肥区植株产量-不施肥区植株产量)/施肥量
化肥偏生产力(kg kg-1) = 施肥产量/施肥量
采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05软件处理和统计分析数据。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对夏玉米产量及其构成因素的影响
从表3可以看出, 夏玉米施肥两年分别增产6.55%~39.32%和5.53%~21.19%, 均是OPTs产量最高, 其次是OPT。OPT较FP分别增产4.78%和3.34%, 平均4.06%; OPTs较FP分别增产5.76%和4.31%, 平均5.04%; OPT、OPTs与FP三个处理产量均无显著差异。基于养分专家系统推荐施肥, 2010年氮、磷和钾肥分别增产29.53%、15.74%和9.41%, 2011年分别增产13.77%、11.26%和4.32%, 氮肥增产最大, 其次是磷肥; 氮是夏玉米增产的主要限制因子, 合理施用氮肥及氮磷钾肥平衡施用是实现夏玉米高产稳产的关键。
| 表3 不同处理对夏玉米产量及其构成因素的影响 Table 3 Effect of different treatments on yield and yield component of summer maize |
表3还表明, 夏玉米穗粒数和百粒重变化趋势与产量趋势基本一致, 氮磷钾平衡施肥可协同提高穗粒数和百粒重, 进而提高产量。2011年百粒重和穗粒数均低于2010年, 年际间气候等环境因素导致产量差异, 各施肥处理产量及其构成因子变化规律基本一致。
2.2 不同施肥处理对经济效益的影响
从表4可以看出, 各施肥处理均能使夏玉米增收, 其中OPTs收益最大, 其次是OPT; 两年的OPT纯收益较FP分别增加19.86%和23.94%, 平均增收21.90%; OPTs纯收益较FP分别增加23.94%和30.93%, 平均增收27.44%。OPT产投比高于OPTs, 两者均高于FP。可见, 沙壤质潮土夏玉米养分专家系统推荐施肥较农户习惯施肥有较好的增收效果。
2.3 不同处理对夏玉米叶片SPAD值的影响
SPAD值与叶绿素含量呈极显著正相关, 可用来反映叶绿素含量[ 20]。图1表明, 夏玉米吐丝期OPTs叶片SPAD值最高, 与OPT、OPT-P和OPT-K无显著差异。OPT与OPTs叶片SPAD值均高于FP, 氮肥和氮磷钾合理配施可提高夏玉米叶片SPAD值, 玉米养分专家系统与ASI推荐施肥提高了夏玉米吐丝期叶片叶绿素含量。
2.4 不同处理对夏玉米干物质积累量的影响
从图2可以看出, 各施氮处理显著提高了夏玉米干物质积累量, 两年分别增加了24.25%~49.23%和13.66%~ 35.94%, OPTs干物质积累量最大, 其次是OPT。2010和2011年OPT干物质积累量较FP分别增加了1.27%和8.02%, 平均为4.64%; OPTs较FP分别增加了8.63%和10.93%,
| 表4 不同处理对夏玉米经济效益的影响 Table 4 Effect of different treatments on economic benefit of summer maize |
 | 图1 不同处理对夏玉米吐丝期叶片SPAD的影响Fig. 1 Effects of different treatments on leaf SPAD of summer maize at the silking stage |
平均为9.78%。玉米养分专家系统和ASI推荐施肥增加了夏玉米干物质积累量。
2.5 不同处理对植物养分积累量的影响
从表5可以看出, 施肥提高了夏玉米氮磷钾养分积累量, OPTs养分积累量最大。2010年OPT氮、钾养分积累量较FP分别增加了9.45%和3.12%, 磷积累量略有降低; OPTs氮、磷和钾养分积累量分别增加了22.09%、6.18%和
 | 图2 不同处理对夏玉米干物质积累量的影响Fig. 2 Effects of different treatments on dry matter accumulation of summer maize |
15.48%。2011年OPT氮、磷和钾养分积累量较FP分别增加了16.83%、8.48%和9.59%, OPTs氮、磷和钾养分积累量分别增加了20.82%、10.47%和12.91%。推荐施肥氮磷钾均衡供应促进了夏玉米对氮磷钾养分的吸收利用。
2.6 基于养分专家系统推荐施肥的肥料利用效率
由表6可以看出, 基于养分专家系统推荐施肥的磷肥农学效率最高, 平均25.89 kg kg-1; 其次是氮肥, 平均
| 表5 不同处理对成熟期夏玉米植株养分积累量的影响 Table 5 Effects of different treatments on plant nutrient accumulation at the maturity stage (kg hm-2) |
| 表6 基于养分专家系统推荐施肥的肥料利用效率 Table 6 Fertilizer efficiency of recommended fertilization based on nutrient expert |
11.46 kg kg-1; 钾肥最低, 平均为9.93 kg kg-1; 本区适当增施磷肥有较好的增产效应。钾肥利用率最高, 平均为50.35%; 其次是氮肥, 平均为41.13%; 磷肥最低, 平均为31.48%。化肥偏生产力平均为36.62 kg kg-1。
3 讨论
科学的推荐施肥方法是实现作物高产高效生产的重要技术措施, 国内外围绕科学施肥研究提出了不少推荐施肥方法。目标产量法、养分丰缺指标法和地力分级法等以土壤测试为基础的推荐施肥法很大程度上实现了平衡施肥, 但也存在着土壤测试值和校正系数等较难准确获得、某些速效养分稳定性与产量相关性差、针对性不强等问题。作物营养诊断法和肥料效应函数法等基于作物反应的施肥推荐方法对于科学施肥有一定的指导意义, 亦存在诊断营养元素单一、施肥指导迟滞以及耗时耗力的局限性[ 8, 21]。玉米养分专家系统是基于作物产量反应和农学效率的新推荐施肥方法, 综合考虑了土壤性质、产量目标、气候条件及养分管理措施等因素, 通过玉米生产相关信息, 利用后台已有的数据库, 能快速生成基于农户个性信息的施肥营养套餐(如推荐的种植密度、可获得的目标产量和肥料最佳用量、施用时间和次数等), 较好地克服了上述推荐施肥方法的一些缺点。王贺等[ 13]研究东北地区玉米ASI法推荐施肥表明, 平均增产8.9%, 增收630元 hm-2; 常建智等[ 22]在超高产夏玉米上采用ASI法推荐施肥较农户习惯施肥增产6.62%, 增收1659元 hm-2。本试验条件下, 玉米养分专家系统推荐施肥与ASI法推荐施肥产量无显著差异, 效益较好。玉米养分专家系统推荐施肥优化了氮磷钾肥用量, 较ASI推荐施肥节约成本、方便快捷, 具有较好的增产增收效果。
提高肥料利用效率是科学施肥的重要目标之一[ 23]。张福锁等[ 24]研究表明中国夏玉米氮磷钾的肥料利用率分别是26.1%、11.0%和31.9%, 农学效率分别为9.8、7.5和5.7 kg kg-1; 李红莉等[ 25]报道全国玉米化肥偏生产力平均为11.5 kg kg-1, 本试验条件下的肥料利用效率均高于全国平均水平, 说明养分专家推荐施肥提高了肥料利用效率。氮磷钾肥优化配比可促进夏玉米对养分的吸收利用, 实现增产增收, 进而提高肥料利用效率; 适当降低肥料用量是提高肥料利用效率的有效措施, 玉米养分专家系统根据土壤性状、产量目标及养分管理措施等因子推荐的氮磷钾肥用量相对较低, 且优化氮磷钾配比是实现夏玉米高产高效的主要原因。玉米养分专家系统推荐施氮量150~182 kg hm-2, 与Gao等[ 26]和Cui等[ 27]报道基本一致, 但在当前土壤高强度利用情况下, 养分专家系统推荐施肥能否实现土壤养分平衡或盈余, 维持土壤较高肥力以满足粮食增长需求, 其长期推荐施肥效应需进一步研究明确。
玉米养分专家系统推荐施肥作为一种增产增收和提高肥料利用效率的方法, 操作相对简便易行, 亦适合于分散的农户田块, 但当前农村劳动力转移, 简化生产是今后农业发展的趋势和要求, 玉米养分专家系统推荐施肥应与化肥企业结合, 针对区域土壤类型、产量目标和养分管理措施等, 推荐夏玉米施肥配方, 结合肥料缓释技术生产夏玉米专用缓释配方肥, 将技术进一步物化和简化, 对于实现夏玉米科学施肥具有重要意义。
致谢: 河南农业大学农业资源与环境专业2007级宋莹丽、贵会平、张晓佳、王进涛和王首敬, 2008级孟彩霞、张倩、李沙莉和李盼等同志在本论文的样品采集与分析中做了大量工作, 特此致谢。
The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
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