玉米作为粮食、经济、饲料于一体的重要作物，在农业生产中有着极其重要的地位，2015年全国玉米总产量达2.25×108 t，位居第一位[1]；我国人多地少，截至2015年末，人均耕地面积仅为0.098 hm2，远低于世界平均水平[2]，因此，提高玉米单产一直是广大农业工作者的重要任务。20世纪，肥料对粮食总产的贡献达1/3，施用肥料可提高玉米单产的40%～50%，截至2010年，肥料对玉米单产的贡献率虽有所下降，但仍达25.3%，由此可见，肥料对提高玉米产量有着极其重要的作用[3]。生产上肥料施用不科学，浪费现象严重，使得肥料利用率低下。有研究表明，我国氮、磷、钾肥的当季利用率分别为30%～35%，10%～25%，40%～50%，造成了土壤、水体和大气污染等一系列环境问题[4-5]，因此，在不影响产量的前提下，做到科学施肥、平衡施肥显得尤为重要。
氮、钾是玉米生长发育中必需的营养元素，在提高玉米产量、改善籽粒品质等方面具有重要意义[6-7]。前人关于氮钾肥配施的研究已有不少报道，王聪宇等[8]在氮钾配施对玉米产量的影响研究得出，适宜的氮钾配施可显著提高玉米产量，氮的影响效果大于钾；氮钾互作能显著提高春玉米的产量和干物质积累量，二者不是简单的加和关系，而是复杂的协同和拮抗作用，较施钾量相比，施氮量对产量和干物质积累量的影响更大[9]；张艳君等[10]对辽宁西部干旱地区玉米产量的研究表明，氮钾肥配合施用，增产效果明显，产量随着施氮量的提高而增加，同一施氮水平下，产量亦随施钾量的升高而增加。寒地玉米的干物质积累量随氮、钾肥施用量的增加而升高，当超过一定阈值后不升反降，以氮钾比例为1.5∶1.0处理最适宜，各时期干物质积累量的变化趋势相同[11]。唐浩等[12]采用盆栽试验的方法对氮钾水互作对玉米苗期植株的生长规律探讨得出：氮钾肥的交互作用对玉米植株干物质积累量的影响显著。但在辽东南地区针对氮钾配施对玉米产量的影响还鲜见报道。辽东南地区属温带季风性气候，雨量充沛且集中，雨热同期，夏季多暴雨，本试验针对辽宁省东南部地区气候特点，探讨了氮钾互作对玉米产量和干物质积累的影响，以期为辽东南地区玉米氮钾合理配施提供理论依据和技术支撑。
1 材料和方法
1.1 试验地自然条件
田间试验于2016年5-9月在辽宁省凤城市丹东农业科学院试验基地进行，玉米生育期(2016年5-9月)活动积温3 159.9 ℃，降雨量816.7 mm，日照时数992 h。土壤类型为棕壤土，0～20 cm土层有机质含量16 g/kg，碱解氮65 mg/kg，有效磷58 mg/kg，速效钾31 mg/kg。
1.2 试验材料
供试品种为丹玉801；供试氮肥为尿素(含氮量≥464 g/kg)，磷肥为过磷酸钙(含P2O5量≥120 g/kg)，钾肥为氯化钾(含K2O量≥600 g/kg)。
1.3 试验设计
采用二因素裂区设计，主区为施氮量，设不施氮(N0)、低氮(N90)、中氮(N180)和高氮(N300)4个水平，施肥量分别为0，90，180，300 kg/hm2；副区为施钾量，设置低钾(K60)和高钾(K120)2个水平，钾肥施用量分别为60，120 kg/hm2，各处理施磷量为75 kg/hm2。全部磷、钾肥和氮肥的40%于播种前一次性基施，剩余的60%氮肥于大喇叭口期一次性追施。试验共设8个处理，3次重复，小区面积为48 m2，种植密度5.25万株/hm2。4月29日播种，9月25日收获。
1.4 测定项目及方法
收获前调查每小区果穗结实≥20粒的果穗数量折算穗数(小区穗数×10 000 m2/小区面积)，收获后自然风干称取总穗鲜质量，按平均穗重法选取15穗样棒进行室内考种，测定穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、千粒质量及籽粒含水量，计算穗粒数(穗行数×行粒数)和产量(15穗籽粒重/15穗鲜质量×总穗鲜质量×10 000 m2/小区面积)，千粒质量和产量按14%含水率折算。
植株干物质积累量的测定：分别于拔节期(茎+叶)、大喇叭口期(茎+叶)、吐丝期(茎+叶+穗+雄穗)、灌浆期(茎+叶+雄穗+苞叶+穗轴+籽粒)和成熟期(茎+叶+雄穗+苞叶+穗轴+籽粒)在每小区取有代表性植株3株，按器官分解后，在鼓风干燥箱中于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重后测定各器官干物质量，计算各时期单株总干物质重量，折算公顷干物质积累量(单株总干物质量×种植密度)。
1.5 数据分析
数据处理及统计分析采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 19.0 软件进行。
2 结果与分析
2.1 氮钾肥及其互作对玉米产量及产量构成因素的影响
表1结果表明，氮肥和钾肥对玉米产量的影响均达到极显著水平，同时氮钾肥之间还存在交互效应，且达到了极显著水平，可以反映氮钾肥及其互作下玉米的产量差异。
表1 不同氮钾处理对玉米产量影响的方差分析
Tab.1 Variance analysis of effects of different N and K treatments on maize yield
变异来源Sourceofvariation平方和SS自由度df均方MSF值Fvalue氮肥N192700000．00364238290．10378．24∗∗钾肥K8859059．7918859059．7952．16∗∗氮肥×钾肥N×K3469785．1831156595．066．81∗∗
注：**.差异在0.01水平显著。
Note：** .Significant difference at 0.01 level.
由图1可知，产量随着施氮量的增加而升高，以N300水平产量最高，K60与K120表现出相同的变化趋势，说明增加氮肥施用量可提高玉米产量；在同一施氮水平下，K120产量高于K60，说明增施钾肥可促进玉米产量的提高；在K120水平下，N0、N90、N180和N300分别比K60水平下增产67.45%，44.80%，13.09%，4.67%，说明随着施氮量的提高，钾肥的增产幅度降低。8个处理中，N300K120产量最高，达到9 262 kg/hm2，N180K120次之，产量达9 020 kg/hm2，N300K60随后，产量为8 848 kg/hm2，三者间差异不显著；N180K60和N90K120处理间差异不显著，但与N180K120处理间差异极显著；在不施氮(N0)和低氮(N90)水平下，4个处理间差异均达显著水平；各处理产量结果说明，在不施氮(N0)水平下，增施钾肥可显著提高玉米产量，在低氮(N90)和中氮(N180)水平下，钾肥的增产效果极显著，而在高氮(N300)水平下，钾肥的增产效果不显著，与高钾肥(K120)施用量相比，氮肥对低钾(K60)处理的增产效果更加明显。
柱上不同字母表示处理间差异达到显著水平(大写字母代表P<0.01水平，小写字母代表P<0.05水平)。图2-3同。Different letters mean significant difference among treatments (capital.P<0.01，lowercase.P<0.05).The same as Fig.2-3.
图1 不同氮钾处理对玉米产量的影响
Fig.1 Effects of different N and K treatments on yield of maize
表2 氮钾肥及其互作对玉米产量构成因素的影响
Tab.2 Effects of N，K application rate and their interaction on yield components of maize
处理Treatment穗数/(穗/hm2)Spikenumber穗粒数Kernelnumberperear千粒质量/g1000⁃kernelweight施氮量/(kg/hm2)NapplicationrateN037348Bb277．5Cc190．4DdN9049848Aa496．1ABb249．8CcN18052472Aa555．3Aa277．4BbN30052163Aa547．3Aa292．9Aa施钾量/(kg/hm2)KapplicationrateK6045990a441．0Aa250．6K12049925b497．1Bb254．6变异来源Sourceofvariation氮肥N∗∗∗∗∗∗钾肥K∗∗∗NS氮肥×钾肥N×KNSNS∗∗
注：同列数据后不同字母表示差异达到显著水平(大写字母代表P<0.01水平，小写字母代表P<0.05水平)；*、**分别表示差异在0.05和0.01水平显著；NS.在0.05水平差异不显著。表3-4同。
Note：Different letters on the same column mean significant difference (capital.P<0.01，lowercase.P<0.05)；*，** .Significant difference at 0.05 and 0.01 levels；NS.Not significant difference at 0.05 levels.The same as Tab.3-4.
从表2可以看出：氮肥对穗数、穗粒数和千粒质量的影响均达到极显著水平；穗数与穗粒数在N180水平下最高，千粒质量在N300水平下最大，其中以千粒质量对施氮量的反应最为敏感；钾肥对穗数的影响显著，对穗粒数的影响极显著，随着施钾量的增加，穗数和穗粒数均增高，对千粒质量的影响不显著；氮钾肥对穗数和穗粒数的互作效应不显著，对千粒质量的影响达到了极显著水平。
对8个处理的千粒质量结果作图得出(图2)，随着施氮量的增加，千粒质量增高(N300>N180>N90>N0)，K60和K120的变化趋势相同，说明增施氮肥可提高玉米籽粒产量；除在高氮(N300)水平下，低钾(K60)与高钾(K120)处理差异不显著外，在中氮水平下，低钾与高钾处理间差异显著，在其他施氮(N90、N0)水平下，低钾与高钾处理间差异极显著；其中，N300K120、N300K60和N180K120处理千粒质量位居前三，分别为295，290，284 g，三者间差异不显著，N180K60与N90K120处理差异不显著，但与N180K120处理差异达显著水平，与产量结果的变化趋势相同，由此可见：在低氮(N90)和中氮(N180)水平下，增施钾肥促进了玉米千粒质量的提高(N90K120和N180K120)；当钾肥供给不充足时(K60)，提高氮肥施用量可以增加玉米籽粒产量(N180K60和N300K60)。
图2 不同氮钾处理对玉米千粒质量的影响
Fig.2 Effects of different N and K treatments on 1000-kernel weight of Maize
氮钾肥及其互作对玉米穗部性状的方差分析结果如表3所示，可以看出，氮肥对玉米穗长、穗粗、穗行数和行粒数的影响极显著，氮肥对秃尖长的影响未达到显著水平，其中，穗长和穗粗在N300水平下最高，穗行数和行粒数在N180水平下最大。钾肥对穗粗、穗行数和行粒数的影响达到了极显著水平，三者均随着施钾量的增加而增高，对穗长和秃尖长的影响不显著。氮钾肥对玉米5个穗部性状指标的互作效应均未达到显著水平。
表3 氮钾肥及其互作对玉米穗部性状的影响
Tab.3 Effects of N，K application rate and their interaction on ear traits of maize
处理Treatment穗长/cmEarlength穗粗/cmEardiameter秃尖长/cmBaretoplength穗行数Rowsperear行粒数Kernelsperrow施氮量/(kg/hm2)NapplicationrateN011．5Cc3．8Cc0．913．3Bb20．7BcN9015．6Bb4．8Bb0．515．9Aa31．1AbN18016．7Aa5．0Aa0．816．2Aa34．3AaN30017．0Aa5．1Aa0．616．0Aa34．2Aa施钾量/(kg/hm2)KapplicationrateK6014．94．6Aa0．815．1Aa28．8AaK12015．54．8Bb0．715．7Bb31．4Bb变异来源Sourceofvariation氮肥N∗∗∗∗NS∗∗∗∗钾肥KNS∗∗NS∗∗∗∗氮肥×钾肥N×KNSNSNSNSNS
2.2 氮钾肥及其互作对玉米干物质积累的影响
表4结果显示，氮肥对拔节期以前植株干物质积累量的影响显著，对拔节期以后各个时期植株干物质积累量的影响均达到极显著水平，各时期的植株干物质积累量均随施氮量的提高而增加，均以N300水平最高，说明N300水平最有利于植株干物质的积累。植株干物质积累量受施氮量的影响在吐丝期以后较吐丝期以前更为敏感。钾肥对植株干物质积累量的影响趋势同氮肥，均随着施钾量的增加而增高，但在拔节期和大喇叭口期差异不显著，在吐丝期、灌浆中期和成熟期达到极显著水平，说明钾肥对植株干物质积累的影响在吐丝以后更大。氮钾肥互作效应仅对成熟期干物质积累量有显著影响。
8个处理干物质积累量的结果如图3所示，可以看出，干物质积累量随施氮量的增加而增高(N300>N180>N90>N0)，K60和K120表现出相同的变化趋势，说明充足的氮肥是保障玉米植株获得较高干物质积累量的基础；同一施氮水平下，K120处理的干物质积累量均大于K60处理，说明钾肥可以促进植株干物质的积累；8个处理中，以N300K120处理的干物质积累量最大，达19 287 kg/hm2，N300K60次之，为18 833 kg/hm2，二者差异不显著，但与其他6个处理差异均达到极显著水平；除高氮(N300)水平外，不施氮(N0)、低氮(N90)及中氮(N180)水平下，低钾(K60)与高钾(K120)处理间差异均显著；因此可知，提高氮、钾肥施用量能够增加植株干物质积累量，促进干物质积累，为玉米高产奠定生物量基础。
表4 氮钾肥及其互作对玉米干物质积累量的影响
Tab.4 Effects of N，K application rate and their interaction on dry matter accumulation of maize kg/hm2
处理Treatment拔节期6⁃leaves大喇叭口期12⁃leaves吐丝期Silking灌浆中期Mid⁃filling成熟期Maturity施氮量NapplicationrateN01316c2576Bc4378Dd9350Dd9697DdN901427bc3027Ab5229Cc11602Cc12335CcN1801520ab3172Aab5845Bb13936Bb15755BbN3001622a3368Aa6301Aa17590Aa19060Aa施钾量KapplicationrateK60142629685242Bb12510Bb13418BbK120151731045634Aa13729Aa15006Aa变异来源Sourceofvariation氮肥N ∗ ∗∗ ∗∗ ∗∗ ∗∗钾肥K NS NS ∗∗ ∗∗ ∗∗氮肥×钾肥N×K NS NS NS NS ∗
图3 不同氮钾处理对玉米成熟期干物质量的影响
Fig.3 Effects of different N and K treatmenton dry matter accumulation in maturity maize
3 讨论
氮素是植物需求量最大的营养元素，主要以蛋白质的形态存在于植物体内，直接影响着植株的新陈代谢；氮还是叶绿素的组成成分，对植株的光合作用有显著影响，因此，氮与作物的产量和干物质积累有着密切的关系[13]；钾是植物生长发育必不可少的营养元素之一，参与植物体内多个生理生化反应，对作物的产量和品质有着重要影响，二者在植物的生理代谢过程中既相互促进又相互制约，合理的氮、钾素供给是实现作物高产的前提，一定范围内，氮素可以促进钾素的吸收与运输，同时钾素也可增强氮素的吸收、运输、积累和代谢能力，为实现作物高产奠定基础[14]。大量研究表明，合理的氮钾肥配施可显著提高玉米的产量[14-15]，本研究中，随着氮钾肥施用量的增加，产量升高，以N300K120处理的产量最大，对比N90K60、N90K120和N180K60处理的产量分析结果得出，前二者差异极显著，而N90K120和N180K60处理差异不显著，说明充足的钾肥供给可以促进植株对氮素的吸收与利用，有利于玉米产量的提高；分析N180K60、N180K120和N300K60处理发现，在低钾(K60)水平下，适当增施氮肥亦能促进植株对钾素的利用效率，从而实现增产；由N180K120、N300K60和N300K120处理的产量结果可知，当植株生长发育所需的氮、钾肥得到充足的供给后，氮、钾肥的增产效果不显著，本研究与前人的研究结果一致。由此可见，氮、钾肥对玉米产量的影响不是简单的加和作用，而是复杂的交互效应，二者相互促进又互相制约，因此，在实际生产中，需要因地制宜，合理配施，从而实现高产高效的现代农业生产模式。
玉米的产量是由单位面积有效穗数、穗粒数和粒重3个因素共同决定的，大量研究表明：氮钾肥对提高穗粒数和增加千粒质量的作用明显[16-17]，合理的氮钾肥配施可显著提高穗粒数和千粒质量[8，18]。本研究中，增施氮肥可极显著的提高千粒质量，在一定施氮范围内(<180 kg/hm2)，穗粒数随施氮量的增加而显著升高，超过一定范围后(>180 kg/hm2)则下降，穗数受氮肥的影响不敏感，除不施氮处理外，其他施氮水平间差异不显著，钾肥施用量对穗数和穗粒数有显著影响，且氮钾肥对千粒质量存在极显著的互作效应，与前人研究结果一致；从千粒质量的方差分析结果可以看出，N90K120处理与N90K60差异极显著，与N180K60差异不显著，而N300K60、N180K120和N300K120处理间差异均不显著，与产量结果的变化趋势相同，说明在低氮(N90)水平下，增施钾肥有利于促进植株对氮素的吸收与利用，当钾肥供应不足时(K60水平下)，适当增施氮肥亦能提高植株对钾素的利用效率，从而提供了植株正常生长所需的营养，进一步促进粒重的增加，实现高产，这与唐浩等[12]的研究结果一致。
干物质积累是玉米获得高产的前提，是籽粒产量形成的物质基础，增施氮肥通过促进叶片的生长、延缓叶片衰老和延长叶面积持续期来增加玉米的干物质积累[19]。大量研究表明，玉米干物质积累量随施氮量的增加显著增大[20-21]，同一品种在不同氮肥水平下差异显著[22]。钾肥与玉米干物质积累量呈正相关，当超过一定范围后，干物质积累量随钾肥增加而下降，但在抽雄期以前差别不明显，随着生育进程的推进，钾肥作用逐渐增大[23]。本研究中，氮肥对拔节期以前植株干物质积累量的影响显著，对拔节期以后各个时期植株干物质积累量的影响均达到极显著水平，钾肥在吐丝期以后达到极显著水平，与前人研究结论一致。8个处理中，N300K60处理与N300K120差异不显著，与N180K120处理差异极显著，说明高水平(N300)的氮素供给比低水平(N180)的氮素供给更有利于植株对钾肥的吸收与利用，从而促进植株营养体的生长，为玉米高产奠定物质基础。在辽东南地区，玉米产量受氮钾肥及其交互效应共同作用的影响，氮钾肥的交互作用集中在玉米生育后期，主要通过影响千粒质量来提高玉米产量，因此生产中，不能盲目地只考虑氮肥或钾肥单一因素对产量的影响，要综合考虑二者的交互作用，合理配施氮钾肥，提高肥料利用率的同时，降低肥料过量对环境造成的污染，为实现高产高效的现代农业奠定基础。
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