基于“3414”试验设计的玉米氮、磷、钾效应研究
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摘要：该研究在通化市二道江区鸭园镇四道江村开展玉米“3414”试验，结果表明：氮、磷、钾肥合理配比施用能够显著增加玉米产量，增产率顺序为氮>钾>磷。三种肥料因子间都存在正向交互作用，但其交互作用程度和规律性并不清晰。通过分析氮、磷、钾肥的三元二次肥效方程，确定此地区玉米最高产量为8513.80kg/hm2，其对应氮、磷、钾施肥量分别为N：320.94kg/hm2、P2O5：92.46kg/hm2、K2O：95.60kg/hm2。
关键词：玉米;“3414”肥料试验;产量
中图分类号： S513 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2019.02.023
玉米作为吉林省的主要粮食作物之一，种植面积占50%以上。在中央和地方的惠农政策力度不断加大的情况下，玉米产量逐年攀升[1]。农民长期以来追求增产而大量施用氮、磷、钾肥，改变土壤理化性质，造成玉米减产和环境污染问题[2-3]。因此，合理施用氮、磷、钾肥，对玉米增产和耕地保护具有深远意义。按照“吉林省测土配方施肥工作实施方案”和“耕地保护与提升化肥减量增项项目”要求，开展本次玉米“3414”试验，研究玉米在不同氮、磷、钾施肥配比时的产量与生育性状，增产效果和肥料效应模型，以期为科学指导施肥提供依据[4-6]。
1材料与方法
1.1试验地基本情况
试验地选在通化市二道江区鸭园镇四道江村实验田里进行，供试土壤为白浆土，理化性质见表1。玉米品种为丰禾10，供试肥料为尿素（含N 46%）、磷酸二铵（含P 64%）、过磷酸钙（含P2O5 46%）、硫酸钾（含K2O 50%）。
1.2 试验设计
试验采用“3414”方案设计[7-8]，即氮、磷、钾3个因素、4个水平、14个处理。0水平为不施用任何肥料;2水平为当地供试作物肥料最佳用量，每公顷施N 260kg、P2O5 90.0kg、K2O 90.0kg;1水平为2水平的一半用量;3水平为2水平用量的1.5倍。小区面积20m2（7.7m×2.6m），采用4行区。4月末进行播种，10月初收获，玉米从出苗至成熟125d左右。施肥方法采用一次性施肥。
2 结果与分析
2.1不同处理对玉米生育性状和产量的影响
由表2可知，株高由高到低排列前五位为处理6>处理11>处理7>处理10>處理5;茎粗由高到低排列前五位为处理11>处理7>处理6>处理14>处理9;穗长由高到低排列前五位为处理7>处理11>处理6>处理14>处理5。由此可见在玉米生长过程中，对其施加适量的肥料能够增加玉米的长势，但株高、穗粗和穗长并不是随着肥料施用量的增加而增加。产量项中， 处理1最低为5548.6kg/hm2，处理6最高为8540.2kg/hm2，与处理1未添加任何肥料相比，添加适量的肥料能够增加产量在526.3～2991.6kg/hm2。
2.2 氮、磷、钾肥交互作用效果分析
适宜的氮、磷、钾配比有利于玉米产量的提高，因此需要进一步探讨氮、磷、钾三因素的交互作用[9-10]。由表2可知，在N2水平下，不同氮、磷施用量处理（4-10，14）中玉米产量大小依次为P2>P3>P1>P0，K2>K3>K0>K1。磷施用量为P1条件下，处理5产量高于处理14;钾施用量为K1条件下，处理9产量高于14，说明施用少量磷、钾肥能够提高玉米产量，其正交互作用明显。磷、钾施用量分别为P2和K2条件下，处理6 （N2P2K2）的玉米产量最高。
在P2水平下，不同氮钾施用量处理（2，3，6，8-11，13）中玉米产量大小依次为N2>N3>N1>N0，K2>K3>K0>K1。氮施用量为N1条件下，处理13产量高于处理3;钾施用量为K1条件下，处理9产量高于13，可见施氮水平低时，增加钾肥施用量造成玉米减产;施钾水平低时，增加氮肥施用量可提高玉米产量。氮、钾施用量分别为P2和K2条件下，处理6（N2P2K2）的玉米产量最高。
在K2水平下，不同氮钾施用量处理（2-7，11，13）中玉米产量大小依次为N2>N3>N1>N0，P2>P3>P0>P1。氮施用量为N1条件下，处理12产量高于处理3;磷施用量为K1条件下，处理5产量高于12，可见施氮水平低时，增加磷肥施用量会造成玉米减产;施磷水平低时，增加氮肥施用量可提高玉米产量。氮、磷施用量分别为P2和K2条件下，处理6（N2P2K2）的玉米产量最高。由此可见，处理6（N2P2K2）的氮磷钾肥施用量配比效果最好，能够显著提高玉米产量。
2.3氮、磷、钾肥对玉米的增产效果
施肥的增产效果可以用肥料增产率来表征[11]，肥料增产率计算公式如下：
通过肥料增产率计算公式，结合表2中各施肥处理得到的玉米产量数据进行计算，用处理6（全肥区）的产量分别与处理2（无氮区）、处理4（无磷区）和处理8（无钾区）进行比较，分别得出氮、磷、钾肥对玉米的增产效率（表3）。由表3可知，施用纯氮260kg/hm2可增产2465.3kg/hm2，增长率为40.58%;施用纯磷90kg/hm2可增产549.0kg/hm2，增产率为6.85%;施用纯钾90.0kg/hm2可增产181.7kg/hm2，增产率为2.17%。从增产率可以看出氮肥对玉米增产效率最高，钾肥次之，磷肥增产效率最低。 2.4 肥料效应函数模型的建立
运用数据处理软件分别采用三元二次方程和二元二次方程对各处理的玉米产量进行回归统计分析，并利用一元二次方程对玉米产量进行拟合[11-12]，建立的肥料效应函数模型及其结果，如表4所示。根据不同方程拟合的决定系数选择最适模型，并通过分析模型确定玉米最高产量及其对应的氮、磷、钾肥施用量。
从表4分析结果可以看出，本试验三元二次回归方程检验中的F值>F0.05，相关系数R为0.985，说明玉米产量与氮磷钾施肥量之间具有显著相关性。在二元二次回归方程检验中，氮磷、氮钾函数方程中的F值>F0.1，相关系数R均在0.980以上，而磷钾函数方程中的F值< F0.1，R值仅有0.896，说明玉米产量与氮、磷、钾肥存在部分相关性，不能准确的反映三者之间的关系;同样一元二次函数方程中仅有氮磷、氮钾的函数方程R值较好，而磷钾一元二次方程函数R值为0.902，不符合要求。因此选用三元二次方程作为肥料效应函数模型最为适合。通过对氮、磷、钾肥单元素分析，求导得出最大施肥量分别为N：320.94kg/hm2、P2O5：92.46kg/hm2、K2O：95.60 kg/hm2，对应的最高产量为8513.80kg/hm2。
3 结论
通过“3414”肥效试验得出施用适量的氮、磷、钾肥能够显著增加玉米产量，并且氮、磷、钾肥对玉米的增产率顺序为氮>钾>磷。从肥料的交互作用分析来看，三种肥料因子间都存在正向交互作用，但其交互作用程度和规律性并不清晰。
运用不同的数学模拟方法获得玉米氮磷钾肥三元二次肥效方程，经过检验达到显著水平，并确定此区域玉米产量8513.80 kg/hm2的施肥量为最大施肥量，其对应氮、磷、钾施肥量分别为N：320.94kg/hm2、P2O5：92.46kg/hm2、K2O：95.60kg/hm2。
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作者简介：李旭，硕士，农艺师，研究方向：土壤肥料。
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