滴施不同水溶性磷肥对玉米产量形成的影响

刘 道，梁 飞，李全胜，田宇欣，贾宏涛，蒋平安*

（1．新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；
2．新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000；
3．农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室，新疆 石河子 832000）

玉米是粮食、饲料、加工、能源多元用途作物，2012年，玉米已经成为我国第一大粮食作物。滴灌施肥技术是国内外公认的一项高效灌溉和高效施肥技术［1］。玉米膜下滴灌是将覆膜种植技术与滴灌技术相结合的一种新的灌水技术。滴灌玉米在15000～18000 kg/hm2产量水平下，相比漫灌可以节水40%左右［2-3］；
生育期间氮、磷、钾肥用量分别为300～450、75～135、45～75 kg/hm2，相比漫灌整体上可节肥15%～25%［2，4-5］。

玉米是磷敏感作物，使用磷肥有利于保持土壤中有效磷的水平［6］，从而增加玉米株高、叶面积、穗粒数、穗长、百粒质量等，最终表现为增加产量及改善品质［7］。在氮、磷、钾三大肥料中，磷的移动性最小，磷在土壤中扩散距离仅为3～4 cm［8］，土壤中施入磷肥后，由于土壤对磷的吸附和固定，使磷在较短的时间内有效性及移动性降低［9］，而滴灌施肥下磷素的移动性由土壤含水量、滴灌时间、施肥方式、土壤质地等众多因素共同影响和决定，另外，磷的有效性和移动性与磷肥本身组成、形态及数量也有关系［9-13］。在滴灌玉米施肥方式上，大量研究表明磷肥随水分次滴施对玉米生产具有积极意义［14-17］。而生产中越来越多的二元复合肥如滴灌一铵、滴灌二铵、全水溶性三元复合肥等通过灌溉施肥方式使用［18］，但由于不同种类磷肥在玉米水肥一体化中的效果研究较少，因此，选择合适磷肥品种成为滴灌玉米磷肥使用的关键。本文以玉米为研究材料，通过设计不施肥及施用磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸脲、磷酸二氢钾、聚磷酸铵溶液5种水溶性磷肥6个处理进行试验，以滴灌水肥一体化方式进行4年的大田试验，研究不同滴灌磷肥下玉米的生长和产量，以期为干旱区滴灌玉米合理滴施磷肥提供科学依据，为进一步完善滴灌玉米水肥管理提供基础。

1.1 供试区情况及供试材料

本试验于2017～2020年5～10月在新疆石河子市的新疆农垦科学院农业农村部作物高效用水石河子科学观测实验站（45°38′ N，86°09′ E）进行。研究区域位于天山北麓的冲积扇平原，属于典型的温带大陆性气候，年均气温6.5～7.2℃，年均降水量115 mm、蒸发量1942 mm，蒸降比16.9＞10。试验土壤为灌耕灰漠土（Calcaric Fluvisals），耕层土壤有机质7.14 g/kg，碱解氮34.30 mg/kg，有效磷18.0 mg/kg，速效钾130.50 mg/kg，pH值8.2，土壤容重1.67 g/cm3，田间持水量17.7%。

供试玉米品种：郑单958。供试肥料种类：①尿素：N≥46.4%，颗粒，新疆心连心能源化工有限公司提供；
②磷酸一铵：N≥12%，P2O5≥61%，粉剂，成都尼达罗农业科技有限公司提供；
③磷酸二铵：N≥18%，P2O5≥46%，粉剂，成都尼达罗农业科技有限公司提供；
④磷酸脲：N≥17%，P2O5≥44%，粉剂，成都尼达罗农业科技有限公司提供；
⑤磷酸二氢钾：P2O5≥52%，K2O≥34%，晶体，成都尼达罗农业科技有限公司提供；
⑥聚磷酸铵：N≥11%，P2O5≥37%，液体，广西越洋科技股份有限公司提供；
⑦硫酸钾：K2O≥51%，粉剂，国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司提供。

1.2 试验设计

试验设6个处理。（1）磷酸脲：UP，（2）磷酸二氢钾：MKP，（3）聚磷酸铵溶液：APP，（4）磷酸二铵：DAP，（5）磷酸一铵：MAP，（6）不施磷肥（对照）：CK。除对照外，其他各处理氮、磷、钾投入量相同，总投入量N：240 kg/hm2，P2O5：120 kg/hm2，K2O：60 kg/hm2。具体肥料用量、灌水施肥时间、灌水量和肥料施用次数按照生育期进行分配（表1）；
随机区组设计，重复3次，共18个小区，每个小区110 m2（5.5 m×20 m）。2017～2020年玉米播种日期分别为5月7日、4月28日、4月30日和4月26日，采用（30+80）cm 不等行距，1 膜 1管 2 行种植模式，每公顷126000株；
采用内镶式2.0 L/h出流量滴灌带灌溉，灌水量为 4800 m3/hm2，每次各小区灌溉量保持一致，滴灌采用单独施肥装置，分别装有独立的水表，灌水量由供水支管与毛管连接处的水表与阀门共同控制，满足试验要求。其他管理措施与普遍生产管理模式保持一致。

表1 施肥灌水试验设计 （kg/hm2）

1.3 测定项目及方法

1.3.1 植株生长发育指标测定

在玉米开花期（2017年7月20日、2018年7月18日、2019年7月14日、2020年7月15日）和成熟期（2017年8月28日、2018年8月25日、2019年8月22日、2020年9月2日）开展田间取样与调查。

株高测定：在玉米的开花期，测量玉米植株土面量至（雄穗）顶端的高度，每个处理取 10 株测定后取平均值。

叶面积指数（LAI）测定：对每个小区在玉米的开花期选生长一致的玉米 10 株，测量绿叶叶面积。

叶绿素值（SPAD值）测定：采用SPAD-502叶绿素仪（Minolta，JPN），在玉米的开花期，田间小区每处理随机连续选取 10 株玉米的穗位叶进行测定，取均值。

干物质：在玉米开花期和成熟期两个时期进行取样，每个处理取地上植株 4 株，在实验室洗净烘干，按器官（穗、茎秆和叶片）分类，105℃杀青，80℃烘干，称取生物量。

1.3.2 干物质转移量、干物质转移效率和转移干物质对籽粒的贡献率计算

干物质转移量=开花期干物质量-成熟期茎叶干物质量；

干物质转移率（%）=干物质转移量/开花期茎叶干物质量×100；

干物质转移量对籽粒贡献率（%）=干物质转移量/籽粒产量×100。

1.3.3 产量及产量构成测定

在玉米完熟期（2017年10月2日、2018年10月6日、2019年10月3日、2020年10月5日）测产，每小区取出 20 个果穗称鲜重并带回风干，风干后考种，折合标准水（14%）计算单位面积产量，调查其有效株数、穗数、穗粒数、穗列数、千粒重，并分析产量构成因素。

1.3.4 经济效益计算

经济效益=籽粒产值-生产投入；
籽粒产值=籽粒产量×单价。玉米生产投入成本按照当地4年平均生产成本计算。具体如下，地租成本：8000元/hm2；
机械成本：1050 元/hm2；
种子成本：600元/hm2；
灌溉成本：750 元/hm2；
农药成本：450元/hm2；
保险成本：90 元/hm2；
劳动力成本1000元/hm2；
肥料成本：磷酸脲4.4 元/kg，聚磷酸铵溶液5.6 元/kg，磷酸二氢钾6.9 元/kg，磷酸一铵4.05 元/kg，磷酸二铵2.9 元/kg，尿素1.65 元/kg，硫酸钾2.5 元/kg。2017年玉米籽粒1.5 元/kg，2018年玉米籽粒1.6 元/kg，2019年玉米籽粒1.78 元/kg，2020年玉米籽粒1.9 元/kg。

1.4 数据处理与分析

数据均采用SPSS 16.0与Excel 2007进行分析，Origin进行绘图，用LSD进行多重比较确定差异的显著性。

2.1 不同水溶性磷肥对开花期玉米生长的影响

从图1看出，在播种后滴施不同水溶性磷肥，各处理在开花期叶绿素值相对含量（SPAD值）4年总体表现为APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，除了2018和2020年APP处理的SPAD值显著大于CK外，其余年份间各处理并无显著差异。滴施不同水溶性磷肥对玉米株高存在一定差异，4年中不同磷肥类型对玉米株高的整体影响表现为APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，2020年株高数据中UP、APP和MAP处理之间无显著差异。玉米叶面积指数（LAI）在玉米开花期4年整体表现为APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，2020年UP、APP和MAP处理的LAI都显著高于其余3个处理。总体而言，滴施磷肥能促进玉米植株生长以及提高玉米花期叶面积指数，对于玉米叶绿素影响较小，其中APP、UP和MAP处理能显著提高玉米株高以及叶面积指数。

图1 不同水溶性磷肥处理下玉米开花期SPAD值、株高和LAI的变化

2.2 不同水溶性磷肥对玉米地上生物量的影响

玉米干物质积累是判断玉米营养状况的主要指标之一，也是衡量玉米水肥管理好坏的重要指标。从图2可以看出，玉米开花期和成熟期4年总生物量整体表现为APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK。其中2017年，玉米开花期APP处理穗、茎和总生物量均显著大于DAP和CK处理，UP和MAP处理穗生物量显著高于CK处理，茎生物量和总生物量显著高于DAP和CK处理；
玉米成熟期APP处理穗生物量显著高于除UP外的其他处理，总生物量显著高于MKP、DAP和CK处理，UP和MAP处理茎生物量和总生物量显著高于CK处理，叶生物量各处理之间无显著差异。综上所述，滴施不同水溶性磷肥有利于玉米开花期和成熟期地上生物量的积累，整体表现为APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK。

图2 不同水溶性磷肥下玉米地上生物量变化

2.3 不同水溶性磷肥处理下的玉米开花前干物质累积和转移

由表2可知，在2017、2019和2020年玉米干物质转移量、转移率和对籽粒的贡献率APP处理最高，且显著高于其他处理；
其中干物质转移量对籽粒贡献率范围在53%～74%之间。以上表明滴施APP可以促进干物质转移，且其他处理较CK处理差异均不显著。

表2 不同水溶性磷肥下玉米开花前干物质累积和转移

2.4 不同水溶性磷肥对玉米产量及构成因素的影响

从表3可以看出，不同磷肥处理下玉米产量表现为APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK；
4年产量分析UP和APP处理均显著大于不施肥处理，APP处理相较于CK处理的增产幅度为19.1%～44.4%，UP处理相较于CK处理的增产幅度为14.7%～39.6%；
MAP处理产量在2020年显著大于CK处理，增产18.7%。就产量结构而言，穗长、穗粗、穗行数、穗列数和千粒重总体表现为UP、APP和MAP大于其他处理。2020年APP处理穗粗显著大于MKP、DAP和CK处理，穗行数APP处理显著高于CK处理，千粒重显著大于其他处理；
UP处理穗粗显著大于MKP、DAP和CK处理，千粒重UP处理显著大于CK处理；
MAP处理穗粗显著大于DAP和CK处理，千粒重显著大于CK处理。综上所述，滴施磷肥有利于玉米产量的形成，从而显著提高玉米产量，但不同磷肥之间玉米产量具有差异，整体表现为APP和UP更有利于玉米产量形成。

表3 不同水溶性磷肥下玉米的产量与产量结构变化

2.5 不同磷肥的经济效益分析

与CK处理相比，施磷肥能提高玉米的经济效益，且5种水溶性磷肥中滴施APP经济效益最高，4年平均值净收益比CK处理增加4962 元/hm2。

表4 不同水溶性磷肥下的玉米经济效益 （元/hm2）

磷的吸收利用直接影响着作物的生长和发育，从而影响作物的产量［19］。而在土壤中磷素的不同化学行为和不同存在形态下作物对磷素的吸收利用不同［20］，并且土壤磷素形态与磷肥品种密切相关。

3.1 不同水溶性磷肥对玉米生长的影响

本研究表明，滴施磷肥能显著提高玉米株高和开花期LAI，这与李瑞珂［21］的研究结果相同，与薛垠鑫等［22］玉米株高受磷肥影响较小的研究结果不一致，可能因为本试验设计了不同磷肥品种之间的比较，而薛垠鑫等［22］研究中只在同种磷肥不同使用量水平上与氮、钾对玉米株高进行比较。本研究不同磷肥类型对玉米株高和叶面积指数的整体影响表现为APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，其中UP、APP和MAP处理株高与LAI都显著高于其他3个处理。这可能是因为UP和MAP是酸性肥料，施入石灰性土壤后，肥料中的游离酸以及磷肥水解产生的酸可降低土壤pH，增加了磷在土壤中的移动性，减少被固定，APP是聚合磷肥，磷酸根聚合以后，减少了磷在土壤中的固定；
从而促进玉米根系对磷素的吸收［23］。磷酸二氢钾虽然是酸性磷肥，但由于施入的磷酸二氢钾主要转化为溶解性不高的Al-P和Fe-P，不利于作物吸收［24-25］。本研究表明施用磷肥对开花期叶绿素含量影响不明显，这与王重锋［26］的研究结果相同。何萍等［27］研究认为，磷直接参与了光合作用，包括光反应和暗反应，磷对叶片光合强度的影响主要是对玉米叶片厚度、光合过程和植株整个代谢活动作用的结果，而对叶片叶绿素无明显的影响。

3.2 不同水溶性磷肥对玉米地上生物量和干物质转移的影响

本研究表明，地上部总生物量在玉米开花期和成熟期不同磷肥处理表现为APP＞UP＞MAP＞MKP＞DAP＞CK，其中APP相对于其他处理主要表现为穗生物量的显著增加。这主要由于玉米开花期到成熟期是籽粒形成的关键时期，磷素的吸收有利于籽粒的形成，尤其是在玉米生育后期，此阶段根系生长旺盛，由于APP处理深层土壤有效磷含量相比其他磷肥处理更高，土壤中的磷素分布诱导玉米根系向下发展，更利于玉米的根系发育，从而吸收较多的磷素养分，以满足玉米后期对磷素的需求［28］。在2017、2019和2020年玉米干物质转移量、转移率和对籽粒贡献率均为APP处理最高，且显著高于其他处理；
其中干物质转移量对籽粒的贡献率范围在53%～74%之间，这表明滴施APP有利于干物质转移。这可能由于滴施APP后，其在土壤中能逐渐释放螯合的中微量元素供给玉米生长所需［29］。而中微量元素与氮、磷、钾肥的合理施用能有效地促进玉米植株生育前期总生物量的积累，提高生育后期的干物质转移能力，并且提高了光合产物向生殖器官的分配能力［30］。

3.3 不同水溶性磷肥对玉米产量及构成因素的影响

本研究表明，施磷对玉米产量和产量构成因素都有积极意义，且不同水溶性磷肥对玉米产量及构成因素都具有显著差异，产量总体表现为聚磷酸铵溶液＞磷酸脲＞磷酸一铵＞磷酸二氢钾＞磷酸二铵。滴施聚磷酸铵溶液、磷酸脲和磷酸一铵3个处理显著提高了玉米产量，且分别对于不施磷肥的增产范围 为19.1%～44.4%和14.7%～39.6%，MAP在2020年相比CK增产率为18.7%。这与张皓禹等［28］的研究结果相同，但与其研究表明聚磷酸铵处理的玉米产量显著高于磷酸脲和磷酸一铵的结果不同，本研究显示产量上聚磷酸铵溶液高于磷酸脲和磷酸一铵，但并无显著差异，这可能与试验条件和时间有关，本试验进行了4年的大田试验，在不同年份之间各处理的差异性会有不同，这可能是因为不同年份气候不同，但其整体表现规律不变。而穗长、穗列数、穗行数和穗粗以及千粒重是玉米产量构成的重要因素，整体规律都表现为聚磷酸铵溶液对产量构成影响最大，其次是磷酸脲与磷酸一铵，这可能因为MAP施入石灰性土壤后，能使土壤中碳酸盐及土壤中原有难溶性铁、铝矿物发生分解，引起肥料磷固定并限制肥料磷迁移［31］，虽然滴施磷酸脲能降低石灰性土壤的pH，并且改善土壤环境及活化土壤中的磷素［32］，但APP磷肥在土壤的水解作用下能逐渐水解为正磷酸根，更有利于玉米根系吸收，从而降低磷素沉淀机率［33］，提升玉米产量。

（1）滴施不同水溶性磷肥能显著提高玉米株高和玉米开花期的叶面积指数，且整体表现为聚磷酸铵溶液＞磷酸脲＞磷酸一铵＞磷酸二氢钾＞磷酸二铵。

（2）滴施聚磷酸铵、磷酸脲和磷酸一铵相比滴施磷酸二氢钾和磷酸二铵能显著提高玉米花期和成熟期的地上生物量，促进玉米干物质转移，其中滴施聚磷酸铵溶液对提高玉米地上生物量和增强干物质转移能力表现最优。

（3）滴施聚磷酸铵、磷酸脲和磷酸一铵能显著提高玉米产量，从而增加玉米经济效益。在等量水分和氮、磷、钾条件下，玉米产量表现为聚磷酸铵溶液＞磷酸脲＞磷酸一铵＞磷酸二氢钾＞磷酸二铵，聚磷酸铵溶液相较于不施磷肥增产幅度为19.1%～44.4%；
磷酸脲相较于不施磷肥的增产幅度为14.7%～39.6%；
磷酸一铵在2020年产量较不施磷肥显著增加18.7%。滴施聚磷酸铵溶液相较于其他处理玉米经济效益最高。

综上所述，在新疆滴灌玉米的磷肥选择中，聚磷酸铵、磷酸脲和磷酸一铵在促进玉米生长、干物质转移和提升产量上优于磷酸二氢钾和磷酸二铵，其中滴施聚磷酸铵溶液效果最好。在经济效益和产量提升上，滴施聚磷酸铵溶液是滴灌磷肥的最优选择，其次是磷酸脲和磷酸一铵。

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