沈阳地区滴施条件下施肥比例对玉米产量和品质的影响

刘金龙　李波　王铁良　高宏伟

摘要：在沈阳地区玉米滴灌施肥条件下，研究在不同N、P、K施肥配比条件下，施肥比例对玉米产量、品质以及产量品质综合效应的影响。试验数据采用SPSS软件进行处理，对产量品质综合效应评定采用主成分分析方法。结果表明，氮、磷、钾施肥比例是影响玉米品质和产量的重要因素，试验土壤养分条件下种植玉米，玉米产量最佳氮、磷、钾施肥比例为1 ∶0.48 ∶0.40；不同的施肥比例对蛋白质的影响较明显，对脂肪淀粉影响较弱。玉米品质最佳氮、磷、钾施肥比例为1 ∶0.15 ∶0.20；通过主成分分析，评定产量和品质综合效应，最佳氮、磷、钾施肥比例为1 ∶0.48 ∶0.40，此时产量和品质的协同效应最好，玉米产量最高，品质也较好，玉米经济效益达到最大。

关键词：玉米；施肥比例；产量；品质；主成成分分析

中图分类号： S513.06文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）02-0095-04

收稿日期：2014-09-25

基金项目：公益性行业（农业）科研专项（编号：201303125）。

作者简介：刘金龙（1988—），男，辽宁沈阳人，硕士研究生，主要从事节水灌溉理论和技术研究。E-mail：benben3008@163.com。

通信作者：李波，博士，副教授，从事节水灌溉理论和技术研究。E-mail：liboluck@126.com。玉米是目前世界上产量最高的谷类粮食作物，是禾谷类作物中增产潜力最大的作物[1]，具有粮食、饲料、工业原料等多种用途，在农业生产中占有重要地位[2]。玉米适宜的土壤pH值为5～8，以6.5～7.0最适，耐盐碱能力差。玉米是高产作物，需肥量较大，必须合理施肥才能满足玉米在整个生育期对养分的需要。在不同的土壤水分条件下作物对N、P、K的吸收和利用存在明显差异，不同施肥条件下对作物的生长发育同样具有影响[3]，不同的N、P、K比例对玉米的产量、品质会造成不同的影响[4-8]。滴灌是一种局部、高频率供水的灌溉技术，结合施肥具有节水、省肥，并可以使作物近根区保持较高湿度以及合适养分浓度的特点，有利于作物的生长，可有效提高作物产量和品质[9-10]。本试验设计在玉米滴灌施肥条件下，探索不同施肥比例对玉米品质、产量以及产量品质综合效应的影响。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验布置在沈阳农业大学旱农试验基地。基地位于辽宁省沈阳市沈河区，42°11′N、120°12′E，海拔高度55 m，年平均气温11 ℃，年降水量600 mm，年蒸发量55 mm，无霜期 220 d。灾害天气主要是春季干旱和夏季暴雨。

1.2试验材料

试验基地土壤为沙性棕壤土，耕层基础理化性状：全氮含量3.03 g/kg、全磷含量3.58 mg/kg、全钾含量23.17 mg/kg、速效氮含量201.68 mg/kg、速效磷含量372.78 mg/kg、速效钾含量635.46 mg/kg、有机质含量33.91 g/kg、pH值7.13。试验材料为玉米，品种为佳玉338。灌溉方式为滴灌，滴灌管直径16 mm，壁厚0.6 mm，滴头间距30 cm，流量为2.4 L/h。2013年在沈阳农业大学旱农实验区进行。

2结果与分析

2.1氮、磷、钾施肥量及比例对玉米产量的影响

对玉米产量指标进行单因素方差分析，P=0.000<001，达到极显著水平。在一定的灌水量条件下，玉米产量随着施肥用量不同而存在差异。与不施肥的对照（处理1）相比，4个处理的产量分别增加了14.0%、17.9%、30.8%、256%（表1、表2）。

对其产量单因素方差分析结果进行最小显著性差异法（LSD）检验（表3） 处理4、处理1均和其他处理存在显著差异。处理1是对照组，产量最低；而处理4玉米产量最高，即当N ∶P2O5 ∶K2O施肥比例为1 ∶0.48 ∶0.40时，玉米产量最

处理4和处理5差异显著，骤然增加施肥比例中磷、钾的比重超过一定程度，玉米产量反而降低。水肥两因子配施非常重要，在一定的供水情况下，合理的施肥比例能够维持较高的水肥协同利用效率，得到最大产量效益。

2.2干物质质量分析

玉米全生育期全程跟踪根茎叶果实的长势，分2次测量干物质质量。8月对玉米果实干物质质量进行第1次测量，10月收割后对玉米干物质质量进行第2次测量。对2次干物质质量进行单因素方差分析：P1=0.307>0.05，表明初期不同的施肥比例对玉米干物质质量的积累没有太大差异，这与第1次测量干物质质量分布图走势平缓表征的意义一致（图1）；P2=0.000<0.01，达到极显著水平，说明第2次测量各个处理之间存在明显差异。

由表4可知，处理1与其他4个处理均存在明显差异，表明施用肥料之后对玉米干物质的积累有明显提升，图1中处理1的3个重复数值均低于其他4个处理的12个数值，且处理4干物质积累量最高。处理2与处理3无明显差异，在氮肥和钾肥施肥比例为1 ∶0.2时，磷肥施用比例提高对干物质积累的提升并不明显。处理2与处理4差异显著，而处理2与处理5差异不显著，随着以氮肥量为基数，不断提高磷、钾

肥的施用比例，出现波峰，这与图1结果一致。

2.3不同施肥比例对玉米品质的影响

玉米的单位经济产值不仅与产量有关，而且在很大程度上取决于玉米的品质。蛋白质含量是衡量玉米品质的一个重要指标，它是生命有机体的物质基础，是人体氮的唯一来源，表4干物质质量2次测量LSD分析结果在酶的系统作用下参与体内的各种代谢过程，与碳水化合物、油脂构成人类食物的三大基本要素。

玉米不仅是“饲料之王”，可开发产品最多，还是用量最大的工业原料。以玉米为原料生产淀粉，附加值超过玉米原值几十倍；而用玉米淀粉为原料生产的酒精，是一种清洁燃料，有可能未来取代传统燃料。

因此，本试验选择对玉米的蛋白质含量、脂肪含量、淀粉含量进行测定。这3个指标可以表征玉米的品质情况。

对蛋白质结果进行单因素方差分析得到P<0.01，达到极显著水平，并对其结果进行最小显著性差异法检验。如表5所示，处理1与其他4个处理差异显著，说明通过合理施肥，玉米蛋白质含量明显提升。处理2与处理3差异显著。处理3是在处理2的基础上（施肥比例仍然以氮肥为基准），适当降低氮肥的施用量、提高磷肥、钾肥的施用量，而处理3的蛋白质含量却明显低于处理2，说明氮肥对蛋白质含量有促进作用，这与图2的玉米蛋白质不同处理所表现的趋势一致。

2.4玉米经济效益因子的研究

通过对玉米产量指标、玉米品质指标的研究发现，产量和品质最优施肥比例并不相同。为了科学有效地研究各指标之间的协同作用，对5个参数进行主成分分析，其分析结果如表6所示。

根据求得的主成分累计贡献率为参考或特征值大于1的原则，可以从中提取2个主成分，即

方程1：y1=0.255x1+0.265x2+0.286x3+0.268x4+0.067x5；

方程2：y2=0.344x1-0.236x2-0.01x3-0.251x4+0.68x5。

计算综合主成分值，并对其按综合主成分值进行排序，即可对不同施肥比例条件下玉米的效益指标进行综合评价比较，结果见表7。

由表6可知，主成分1和主成分2累计贡献率达到96877%，具有很好的代表性。主成分1的特征向量中，荷载符号为正，且总质量、蛋白质、脂肪、淀粉、干物质量均与经济效益有关，可称主成分1为经济效益因子。

主成分2的特征向量中，总质量、干物质质量与蛋白质、脂肪、淀粉3个指标呈现负相关，说明伴随着总质量和干物质质量的增高，蛋白质、脂肪以及淀粉所代表的品质指标呈下降趋势，即盲目地追求过大、过多的产量，会造成玉米蛋白质、脂肪、淀粉等品质降低。因此，对于提高玉米经济效益而言 应该选择产量、品质都较好的施肥比例。

由表7可知，第一主成分排名处理4最优，表明在施肥比例为1 ∶0.48 ∶0.40时，玉米的产量品质综合最优。主成分1荷载全部正值且第一主成分处理1为负值，说明处理1未施肥的对比组远低于所有处理的平均值，进而表明施肥后玉米的产量品质综合效益提高。第二主成分表征产量指标和品质指标的差异性程度。处理2品质和产量差异最大，处理2的品质优于其他处理。这与本研究对玉米品质单独评价结果一致。

3结论

玉米施用肥料以后，产量有显著提高。不同氮、磷、钾施肥比例的玉米产量存在差异，当氮、磷、钾施肥比例为 1 ∶0.48 ∶0.40 时，产量取得最大值，产量（总质量）为 15 090.75 kg/hm2。在玉米结棒初期，不同氮、磷、钾施肥比例对干物质质量积累的影响差异不显著，但是玉米成熟以后不同施肥比例对干物质质量的影响存在明显差异。

不同施肥比例对脂肪和淀粉含量的影响不大，但是优于未施肥的玉米。不同氮、磷、钾施肥比例对玉米蛋白质含量影响显著，当氮、磷、钾施肥比例为1 ∶0.33 ∶0.20时，品质最优，其产量（总质量）为13 160.25 kg/hm2。

考虑产量和品质的协同效应，综合评定产量和品质的关系，使玉米的经济效益最大化。此时玉米最佳氮、磷、钾施肥比例为1 ∶0.48 ∶0.40，产量（总质量）为15 090.75 kg/hm2。

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