夏玉米植株干物质、 氮磷钾养分积累速度和时间的动态分析

肖 强， 闫连波， 朱欣宇， 张怀文， 曹 兵， 倪小会， 李丽霞， 杨俊刚， 黄德明， 衣文平*

(1 北京市农林科学院植物营养与资源研究所， 北京 100097; 2 北京市缓控释肥料工程技术研究中心， 北京 100097;3 北京市顺义区农业科学研究所， 北京 101300)

夏玉米生长发育进程经历了营养生长、 生殖生长和籽粒成熟等阶段，植株干物质和N、 P、 K养分的积累符合慢—快—慢的三段式生物学过程，不少学者用Logistic方程进行模拟已有多篇论文发表[1-14]。Logistic方程表达的是积累量随时间的变化，积累量的多少取决于输入量、 速度和时间三个因素。通过田间肥料试验， 研究夏玉米植株干物质和NPK养分的积累速度将有助于对其积累量的深入了解，对此国内外已有一些论文发表[15-22]。本文将利用Logistic方程求导得出的速度方程探讨NPK 肥料对于干物质和养分积累速度的影响，以期为这种动态过程提供一些新的资料。

1 材料与方法

夏玉米氮磷钾肥料试验设置在本院试验场。 试验地土壤为砂壤质潮土，肥力中上等，基础土样有机质16.8 g/kg、 碱解氮73 mg/kg、 有效磷P2O525 mg/kg、 有效钾K2O 85 mg/kg。 从肥料试验区内选取施氮(N， 不施磷钾)、 施磷(P， 不施氮钾)、 施钾(K， 不施氮磷)、 空白对照(CK)四个处理，每处理3个小区，小区面积20 m2，试验用肥料在播前耕翻时一次性施入，氮处理每公顷N 225 kg(尿素)、 磷处理P2O575 kg(过磷酸钙)、 钾处理K2O 150 kg (氯化钾)。玉米品种为京早8号，种植密度8.4×104plant/hm2。夏玉米在6月17日播种，三叶期开始取样，间隔期10天左右，共取样10次。

植株按器官测干重，烘干粉碎后按常规方法测定全氮、 全磷和全钾。试验数据的计算方法见文献[23]。夏玉米植株干物质和养分积累与速度方程为：

Wt=W0/[1+exp(a-bt)]

(1)

Vt=W0·b·exp(a-bt)/[1+exp(a-bt)]2

(2)

其中: Wt—夏玉米生长期间植株干物质或养分积累量kg/hm2; W0—夏玉米植株干物质或养分最大积累量kg/hm2;Vt—干物质或养分积累速度[kg/(hm2·d)]; a、 b—系数; t—时间。方程中W0的计算采用文献[24]介绍的方法，即用试验数据中等距的低、 中、 高三点数据进行计算，使W0的计算值符合试验数据的范围。

2 结果与分析

2.1 不同时期植株干重与氮磷钾养分积累量分析

根据表1、 2的数据算得各处理的植株干物质与养分积累量的Logistic方程R2值均在0.96以上，拟合良好。从Logistic方程推导的各处理干物质和NPK养分积累速度方程见表3。

表1 夏玉米地上部植株干重(kg/hm2)

表2 夏玉米地上部植株N、 P、 K养分积累量(kg/hm2)

2.2 植株干重与氮磷钾养分积累速度分析

用干物质积累速度方程(表3)，计算出来的夏玉米生育期间植株干物质积累速度(表4)。各处理的干物质积累速度随时间变化均呈现为两侧不对称的单峰曲线，从夏玉米植株出苗后，干物质积累速度逐渐加大，到Vmax时速度最大，以后逐渐下降。从表4的数据中可以看出，施N植株干物质积累的最大速度Vmax和平均速度高于K和P处理，但是施K处理植株干物质积累速度在生长78天以后就超过了施N处理植株，而施P处理在第85天后，其积累速度也超过了施N处理，这是由于干物质积累速度过了高峰期之后，各处理速度均处于下降阶段，施N处理速度下降较快，P、 K处理速度下降较慢。

用植株氮磷钾养分积累速度方程(表3)，计算出来的氮磷钾养分累积量。从表5所列数据可知，夏玉米植株NPK养分积累速度总体而言以K为高，VmaxK为6.510 kg/(hm2·d)，是VmaxN的1.5倍，但在第36天之前，N的积累速度比K高。所以对NPK养分，也包括干物质积累速度变化过程进行分时段的比较很有必要。

表3 夏玉米不同处理植株干物质和氮磷钾积累速度方程

表4 夏玉米植株干物质积累速度[kg/(hm2 · d)]

表5 夏玉米植株N、 P、 K养分积累速度[kg/(hm2 ·d)]

2.3 植株干重与氮磷钾养分分期积累速度与积累量分析

从表4、 5中均可看出在夏玉米生长30天前后，NPK养分与干物质积累速度均有一明显的转折点，可以在Vmax与起始测定值之间用两条直线相交法算出转折点t1的时间，将0-t1、 t1-tmax和tmax-t95和植物干物质和NPK养分积累速度进程划分成I-低速期、 Ⅱ-快速期和Ⅲ-降速期三个时段。夏玉米植物干物质与NPK养分积累速度分期列于表6。

夏玉米植株干物质与NPK养分积累速度变化的拐点出现在出苗后的第30天和60天左右，低速期，快速期和降速期各占三分之一。不同肥料处理对三个分期的时长有不同的影响。施N处理t1和tmax出现时间均早于P、 K的处理，所以它的快速期时长少于P、 K肥处理，而降速期时长相对长一些，如施N处理干物质积累速度Ⅱ期时长为31.6天，施K处理为35.6天，少了4天，Ⅲ期时长施N处理为29.4天，施K处理为26.4天，多了3天。这种差别将影响夏玉米先育后期的干物质积累。

表6 夏玉米植物干物质与N、 P、 K积累速度分期(d)

根据上表的分期时长，可以算得干物质和NPK养分的分期平均积累速度(表7)。

表7 夏玉米植株干物质与N、 P、 K养分分期平均积累速度[kg/(hm2 ·d)]

表8的分期积累量数据是用各处理的分期平均积累速度乘以分期天数得出的，以检验速度研究的可靠性。由于是分期的平均速度，各期积累量的合计数与表1、 表2第95天的最终积累量有一些差别，但基本相符。表中干物质分期积累量与表7所列分期积累速度并不同步，施K处理Ⅲ期平均积累速度高于施N处理，但干物质积累量少于施N处理，这是由于施K处理Ⅲ期的天数比施N处理少了三天。同样，施P、 K处理Ⅲ期的平均积累速度高于Ⅱ期，但其干物质积累量少于Ⅱ期，这两个处理干物质积累时长分期中，Ⅱ期比Ⅲ期分别多了4天和9天。所以在夏玉米各种生物量积累的研究中，速度和时长是必不可少的两个参数。

3 讨论

表8 夏玉米植物干物质和N、 P、 K养分分期积累量(kg/hm2)

参考文献:

[1] 乔嘉，郑志芳，卫一超，等. 玉米叶片干物质分配模型研究[J]. 玉米科学，2011，19(6)： 145-148.

Qiao J，Zheng Z F，Wei Y Cetal. Study on the dry matter distribution model of maize leaf[J]. Journal of Maize Sciences，2011，19(6)： 145-148.

[2] 杨芬. 玉米干物质积累分配和运转与播期的关系[J]. 现代农业科技，2012，12： 9-11.

Yang F. The relationship between dry matter accumulation and translocation with sowing time[J]. Modern Agricultural Science and Technology，2012，12： 9-11.

[3] Li G Q，Tang L，Zhang W Y. Dynamic analysis on response of dry matter accumulation and partitioning to nitrogen fertilizer in wheat cultivars with different plant types[J]. Acta Agronomica Sinica，2009，35(12)： 2255-2265.

[4] SepaskhahA R，Fahandezh S S，Zand P S. Logistic model application for prediction of maize yield under water and nitrogen management[J]. Agriculture and Water Manage, 2011, 99(1): 51-57.

[5] Lyra G B，Souza J L，Lyra, G Betal. Logistic and exponential growth models for maize BR106 in three planting seasons[J]. Revista Brasileira de Milho e Sorgoo， 2008, 7(3): 211-230.

[6] 魏红国，张巨松，王飞，等. 杏棉间作棉花干物质积累分配与养分吸收的分析模拟[J]. 植物营养与肥料学报，2011，17(5)： 1220-1226.

Wei H G， Zhang J S， Wang Fetal. Simulation of Cotton dry matter accumulation and distribution and nutrient absorption in apricot-cotton intercropping system[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2011， 17(5)： 1220-1226.

[7] Dordas C A， Sioulas C. Laboratoy dry matter and nitrogen accumulation, partitioning, and retranslocation in safflower (CarthamustinctoriusL.) as affected by nitrogen fertilization[J]. Field Crops Research， 2009， 110： 35-43.

[8] Groote H D， Kimenju S C. Comparing consumer preferences for color and nutritional quality in maize： application of a semi- double-bound logistic model on urban consumers in Kenya[J]. Food Policy， 2008， 33(4): 362-370.

[9] 佟屏亚， 凌碧莹. 夏玉米干物质累积动态模拟[J]. 北京农业科学， 1996， 14(5)： 21-24.

Tong P Y， Ling B Y. A dynamic simulation of dry matter accumulation in summer maize[J]. Beijing Agricultural Sciences， 1996， 14(5)： 21-24.

[10] 彭正萍， 张家铜， 袁硕， 等. 不同供磷水平对玉米干物质和磷动态积累及分配的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2009， 15(4)： 793-798.

Peng Z P， Zhang J T， Yuan Setal. Effects of different phosphorus application rates on the dynamic accumulation and distribution of dry matter and phosphorus in maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2009， 15(4)： 793-798.

[11] 杜雄， 张立峰， 李会彬， 等. 钾素营养对饲用玉米养分吸收动态及产量品质形成的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2007， 13(3)： 393-397.

Du X， Zhang L F， Li H Betal. Effects of potassium application on nutrient absorption dynamics biomass and quality formation of forage maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2007， 13(3)： 393-397.

[12] 刘海龙， 何萍， 金继运， 等. 施氮对高淀粉玉米籽粒产量形成的影响[J]. 玉米科学， 2009， 17(1)： 124-127.

Liu H L， He P， Jing J Yetal. Effects of nitrogen nutrition on yield and its formation of high starch maize[J]. Journal of Maize Science， 2009， 17(1)： 124-127.

[13] 王平. 温室番茄干物质积累与养分吸收模拟模型的研究[M]. 哈尔滨： 东北农业大学硕士学位论文， 2004. 7， 20-63.

Wang P. Study on the simulation model of dry matter accumulation and nutrient absorption of tomato in greenhouse[M]. Harbin: MS thesis, Northeast Agricultural University， 2004. 7， 20-63.

[14] García A G， Dourado-Neto D， Basanta M Vetal. Logistic rice model for dry matter and nutrient uptake[J]. Scientia Agricola， 2003, 60(3)： 481-488.

[15] 李文娟， 何萍， 金继运. 钾素营养对玉米生育后期干物质和养分积累与转运的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2009， 15(4)： 799-807.

Li W J， He P， Jin J Y. Potassium nutrition on dry matter and nutrients accumulation and translocation of reproductive stage of maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 2009， 15(4)： 799-807.

[16] Karadavut U， Genc A， Tozluca Aetal. Analysis of dry matter accumulation using some mathematical growth models in silage and seed corns[J]. Journal of Agricultural Sciences， 2010, 16： 89-96.

[17] Karadavut U， Palta C， Kokten Ketal. Comparative study on some non-linear growth models for describing leaf growth of maize[J]. International Journal of Agriculture and Biology， 2010， 12(2)： 227-230.

[18] Busato P， Berruto R. Logistics design process of biomass supply chain: simulation and optimization models[A]. Agricultural and biosystem engineering for a sustainable world[M]. Crete， Greece: International Conference on Agricultural Engineering， Hersonissos， 2008. OP-2155.

[19] 胡国松， 陈江华， 曹志洪， 等. 田间状况下烤烟养分吸收动力学及其在平稳施肥中的应用[J]. 中国烟草学报， 1996， 3(2)： 14-21.

Hu G S， Chen J H， Cao Z Hetal. Dynamics of Nutrients uptake by blue-cured tobacco (NicotianatabacumL.) in field conditions and its application in balanced fertilization[J]. Journal of Chinese Tobacco， 1996， 3(2)： 14-21.

[20] 胡昌浩， 潘子龙. 夏玉米同化产物积累与养分吸收分配规律的研究[J]. 中国农业科学， 1982， 15(2)： 38-48.

Hu C H， Pan Z L. Studies on the rules of assimilate accumulation and nutrient absorption and distribution in summer maize plant[J]. Scientia Agricultura Sinica， 1982， 15(2)： 38-48.

[21] 宋海星， 李生秀. 玉米生长量、 养分吸收量及氮肥利用率的动态变化[J]. 中国农业科学， 2003， 36(1)： 71-76.

Song H X， Li S X. Dynamics of nutrient accumulation in maize plants under different water and N supply conditions[J]. Scientia Agricultura Sinica， 2003， 36(1)： 71-76.

[22] 刘梦星. 旱薄区夏玉米氮磷钾及微量元素肥效研究[M]. 保定： 河北农业大学硕士学位论文， 2006. 35-63.

Liu M X. Studies on nitrogen， Phosphorus， Potassium and microelement fertilizer efficiency of summer maize in dry and Impoverished region[M]. Baoding: MS thesis, Hebei Agricultural University， 2006. 35-63.

[23] 杨永岐， 班显秀， 陈鹏狮， 等. 玉米干物质动态模拟及其业务应用研究[J]. 辽宁气象， 2000， (2)： 18-22.

Yang Y Q， Ban X X， Chen P Sh. The study of dynamics simulation of maizes dry matter and application in practice[J]. Liaoning Meteorological， 2000， (2)： 18-22.

[24] 张家铜， 彭正萍， 李婷， 等. 不同供氮水平对玉米体内干物质和氮动态积累与分配的影响[J]. 河北农业大学学报， 2009， 32(2)： 1-5.

Zhang J T， Peng Z P， Li Tetal. Effects of different N application rates on the dynamic accumulation and distribution of assimilate and N content in maize[J]. Journal of Hebei Agricultural University， 2009， 32(2)： 1-5.

[25] 金继运， 何萍. 氮钾互作对春玉米生物产量及其组分动态的影响[J]. 玉米科学， 1999， 7(4)： 57-60.

Jin J Y， He P. Dynamics of biomass and its components of spring maize as affected by nitrogen and potassium interaction[J]. Journal of Maize Science， 1999， 7(4)： 57-60.

[26] 李青军， 张炎， 胡伟， 等. 氮素运筹对玉米干物质积累、 氮素吸收分配及产量的影响[J]. 植物养与肥料学报， 2011， 17(3)： 13-22.

Li Q J， Zhang Y， Hu Wetal. Effects of nitrogen management on maize dry matter accumulation， nitrogen uptake and distribution and maize yield[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011， 17(3)： 13-22.

[27] 王平， 陈举林. 基于Logistic方程的夏玉米干物质积累和灌浆过程研究[A]. 2012年全国玉米遗传育种学术研讨会暨新品种展示观摩会论文及摘要集[C]. 2012， 219-223.

Wang P， Chen J L. Study on the maize dry matter accumulation and grain filling process based on Logistic model[A]. Papers and Abstracts of Genetic Breeding of National Maize Symposium and New Variety Show in 2012[C]. 2012， 219-223.