不同肥料配比对玉米秸秆生长及氮磷钾含量的影响

玉米属一年生禾本科作物, 是我国的主要粮食作物之一, 同时也是发展畜牧业的优质饲料和工业原料。肥料是作物获得高产的重要保证, 但若使用不当, 不仅会污染环境, 还会使得农产品品质下降, 严重者甚至威胁人体健康。硅是禾本科植物生长的必需营养元素。在玉米生产中, 不仅要注重氮磷钾的施用, 还要重视硅肥施用。因此, 研究玉米生长中氮、钾与硅的合理配比具有重要的意义。

试验用玉米品种为迪卡008, 试验用土来自广西大学农学院教学基地, 成土母质属于第四纪红壤。土壤基本理化性质:pH值6.7, 有机质19.32 g· kg-1, 全氮0.76 g· kg-1, 全钾7.95 g· kg-1, 碱解氮50.58 mg· kg-1, 速效磷47.90 mg· kg-1, 速效钾112 mg· kg-1。施用的氮肥为尿素(N 46%), 磷肥为钙镁磷肥(P2O5 18%), 钾肥为氯化钾(K2O 60%), 硅肥为硅酸钠。

应用311-A最优混合设计试验方案, 采用盆栽试验, 以钙镁磷肥0.75 g· kg-1为底肥, 共11个处理, 每个处理重复3次。具体的试验处理施肥方案见表1。

将土壤风干, 除去石块和草根后过1 cm筛, 混合后装盆, 每盆加土4 kg。将玉米种子浸种12 h后, 于珍珠岩基质培养育苗。待玉米苗长至3~4片完全叶时, 移植于盆里, 每盆3株玉米苗。

2015年5月22日玉米移栽后, 第1次测定株高, 之后, 分别于5月31日、6月11日、6月18日、6月25日、7月5日、7月13日、7月19日、7月26日、8月9日、8月16日各测量1次株高。

收获玉米后, 植株称鲜重, 然后立即杀青、烘干, 称干重。将烘干的玉米植株粉碎后, 密封保存于塑料封口袋内以供测定。依照鲍士旦主编的《土壤农化分析》中的方法测定土壤基本理化性质。植物干样经H2SO4-H2O2消煮后, 取待测液采用分光光度法测定样品中的氮含量, 用钒钼黄吸光光度法测定样品中的磷含量, 用火焰光度法测定样品中的钾含量。

使用Microsoft Excel 2013和SPSS 21进行数据处理和统计分析。

在第1次到第4次测量期间(即玉米生长前期, 对应为玉米的苗期和拔节期), 各处理之间玉米的生长趋势差别不大; 在第4次到第6次测量期间(即玉米生长大喇叭口期), 玉米植株的生长速率(即斜率)明显加快; 第6次到第8次测量期间(即抽雄期), 玉米的生长速率继续增加, 但增幅有所下降。最终玉米株高最高的是T6, 其次是T7, 最矮的是T3(图1)。

从图2可以看出, 各处理之间差异显著(P< 0.05), T6处理的秸秆生物量最大; T8处理的最小, 其次是T3与T10处理, 可知不施用氮肥、钾肥, 或氮肥、钾肥施用量均很低, 对玉米秸秆生物量影响很大。固定钾、硅用量, 对比不同氮用量处理(T5与T6、T3与T4、T7与T8)可知, 氮肥施用量越多, 玉米秸秆生物量越大。相似地:固定氮、硅用量, 对比不同钾用量处理(T3与T5、T4与T6、T9与T10)可知, 钾肥施用量越多, 玉米秸秆生物量越大。

如图3所示, 不施氮的处理8的玉米秸秆含氮量最低, 其次是施氮量与施钾量均低的T3以及不施钾的T10处理, 说明氮、钾施用量不足会严重制约玉米秸秆的含氮量。在相同的钾、硅用量水平下提高氮施用量, 或是在相同的氮、硅用量水平下提高钾施用量, 玉米秸秆的氮含量均增加。T6、T7处理的玉米秸秆氮含量高, 说明合理配施氮、钾、硅肥具有较好的效果。

如图4所示, T3、T8与T10的玉米秸秆磷含量最低, 且显著低于其他处理, 而T6、T7、T9处理的玉米秸秆磷含量最高, 说明氮、钾肥用量不足会严重影响玉米秸秆的磷含量。在相同的钾、硅用量水平下提高氮施用量, 或是在相同的氮、硅用量水平下提高钾施用量, 或是在相同的氮、钾水平下, 提高硅肥用量, 玉米秸秆的磷含量均增加。

如图5所示, 不施钾的T10的玉米秸秆钾含量最低, 其次为不施氮肥的T8, 施钾肥与施氮量均较低的T3次之, 说明氮、钾肥用量不足同样会严重影响玉米秸秆的钾含量。在相同的钾、硅用量水平下提高氮施用量, 或是在相同的氮、硅用量水平下提高钾施用量, 玉米秸秆的钾含量均增加。

以玉米秸秆质量(y)为目标函数, 以N用量(x1)、K2O用量(x2)、SiO2用量(x3)为自变量, 建立三元二次回归方程, 根据试验结果数据和311-A最优混合设计的结构矩阵, 通过计算机进行回归分析, 回归方程如下:

y=52.82+7.860 3x1+9.096 4x2-2.945x3+2.512 5x1x2-2.203 8x1x3+0.711 4x2x3-0.141 2 x12+1.346 7 x22+0.925 x32。

对上述回归方程采用降维法, 其他因素取0水平, 导出单一变量的回归分析子模型:

y(N)=52.82+7.860 3x1-0.141 2 x12;

y(K2O)=52.82+9.096 4x2+1.346 7 x22;

y(SiO2)=52.82-2.945x3+0.925 x32。

令xi取-2、-1、0、1、2, 分别代入上述方程, 计算出相应的秸秆质量。可以看出, 在一定范

围内(-2.00~2.00), 氮、钾的增重效应呈上升形, 而硅肥的增重效应呈下降形, 即随着氮、钾肥料用量的增加, 秸秆质量增加, 但随着硅肥施用量增加, 秸秆质量反而下降。这说明在本试验设计水平范围内, 氮、钾肥的用量尚未达到最适水平。至于为何硅肥使用量增加会导致秸秆质量下降, 仍有待进一步研究确定。

为求出本试验条件下玉米秸秆质量效应的最佳配比组合, 对玉米秸秆质量的回归方程求偏导数, 得到玉米秸秆质量最大的施肥方案为N 0.221 g· kg-1、K2O 0.165 g· kg-1、SiO2 0.025 7 g· kg-1。

本研究以玉米品种迪卡008为试验材料, 采用盆栽试验, 研究了不同氮、钾、硅肥配比对玉米生长、秸秆产量、秸秆氮磷钾含量的影响。结果表明, 不施氮、钾肥或氮、钾肥施用量均最低的处理, 玉米秸秆生物量最小, 且秸秆中氮、磷、钾含量均最低, 说明氮、钾肥对玉米生长的制约作用明显。回归分析结果显示, 在本试验设计用量范围内(-2.00~2.00), 氮、钾肥对玉米秸秆的增重效应呈上升形, 说明本试验的氮、钾肥用量尚未达到最适水平。总体来看, 不论是玉米秸秆生物量, 还是秸秆中氮、磷、钾含量, 均以氮、钾、硅肥配合施用的效果最好。回归分析结果显示, 在本试验条件下, 玉米秸秆质量最大的施肥方案为N 0.221 g· kg-1、K2O 0.165 g· kg-1、SiO2 0.025 7 g· kg-1。

The authors have declared that no competing interests exist.