西北旱区滴灌条件下玉米干物质积累、转运及籽粒产量对施钾量的响应

Responses of maize dry matter accumulation， translocation and grain yield to potassium application rates under drip irrigation conditions in the arid areas of Northwest China

摘要

探究滴灌条件下施钾量对玉米干物质积累、转运及产量形成的影响，以期为宁夏旱区玉米高产高效栽培提供理论依据和技术支撑。于2022-2023年在宁夏银川平吉堡农场开展随机区组试验，试验共设6个钾肥处理，分别为0（K₀）、60（K₁）、120（K₂）、180（K₃）、240（K₄）和300 kg·hm^-2（K₅）。合理增钾可显著提高玉米干物质积累量，有效提高玉米花前、花后物质转运及对籽粒的贡献率，最终为产量提高奠定基础。2年间K₃处理下干物质积累量均达到最大值分别为37826和36610 kg·hm^-2，较其他处理分别显著提高6.53%~23.12%和3.62%~18.79%。2年间K₃处理下花前转运贡献率（DMRCG）最大，较其他处理分别提高14.84%~81.87%和5.61%~25.84%。2年间K₃处理花后物质积累量最大，较其他处理分别提高7.13%~17.44% （P<0.05）和1.48%~16.33%。与K₀相比，K₃处理干物质积累速率最大时的生长量（W_max）2年分别显著增加20.63%和18.47%。2年间K₃处理最大干物质积累速率（V_max）较其他处理分别显著提高4.42%~37.21%和1.52%~18.24%，K₃处理平均干物质积累速率（V_mean）较其他处理分别提高6.60%~40.50%和4.25%~22.74%。2年间K₃处理平均群体生长速率（CGR）最大，较其他处理分别提高4.75%~26.36%和2.93%~17.16%。随着施钾量的增加，玉米产量表现为先增后降趋势，K₃处理玉米籽粒产量最大，2年分别为15179和14944 kg·hm^-2，较其他处理分别提高2.29%~18.07%和4.32%~28.24%。通径分析表明，在高密度种植条件下，要进一步提升产量，首先要增加百粒重，其次考虑增加穗数和穗粒数。对产量与施钾量进行二次方程拟合，得到2022年经济最佳施钾量为167.25 kg·hm^-2，2023年为170.66 kg·hm^-2。综合分析得出，在宁夏旱区推荐玉米最佳经济施钾量为167~180 kg·hm^-2，从而达到高产高效栽培的目的。

Abstract

This research aimed to provide scientific and technical data to support high-yield and high-efficiency of maize cultivation in the arid region of Ningxia and investigated the effects of potassium application rates on dry matter accumulation， transport， and yield formation of maize （Zea mays） under drip irrigation. A randomized block trial was conducted in 2022 and 2023 at Pingjipu Farm， Yinchuan， Ningxia， China. The trial included six potassium fertilizer treatments： 0 （K₀）， 60 （K₁）， 120 （K₂）， 180 （K₃）， 240 （K₄）， and 300 kg·ha^-1 （K₅）. Appropriate potassium supplementation significantly enhanced dry matter accumulation and improved both pre- and post-anthesis substrate translocation efficiency， thereby establishing the foundation for yield improvement. The K₃ treatment achieved maximum dry matter accumulation of 37826 kg·ha^-1 in 2022 and 36610 kg·ha^-1 in 2023. These values significantly exceeded those of other treatments by 6.53%-23.12% and 3.62%-18.79%， respectively. The pre-anthesis dry matter translocation contribution rate under the K₃ treatment was 14.84%-81.87% （2022） and 5.61%-25.84% （2023） higher than other treatments. Post-anthesis dry matter accumulation in K₃ increased by 7.13%-17.44% （P<0.05） and 1.48%-16.33% across the two years. Compared with K₀， K₃ exhibited 20.63% （2022） and 18.47% （2023） higher biomass at maximum biomass accumulation. The maximum dry matter accumulation rate under K₃ surpassed other treatments by 4.42%-37.21% （2022） and 1.52%-18.24% （2023）， while the mean accumulation rate increased by 6.60%-40.50% and 4.25%-22.74%， in 2022 and 2023， respectively. The K₃ treatment also achieved the highest mean crop growth rate （CGR）， exceeding other treatments by 4.75%-26.36% and 2.93%-17.16% in 2022 and 2023， respectively. Maize yield initially increased then decreased with increasing potassium application rates， peaking under K₃ at 15179 kg·ha^-1 （2022） and 14944 kg·ha^-1 （2023）， corresponding to average yield improvements of 2.29%-18.07% and 4.32%-28.24%， respectively， over other treatments. Path analysis revealed that under high-density planting conditions， prioritizing enhancement of 100-grain weight， followed by ear number and kernel number per ear could further boost yields. Quadratic regression analysis identified optimal economic potassium rates of 167.25 kg·ha^-1 （2022） and 170.66 kg·ha^-1 （2023）. Integrated analysis therefore demonstrates that the recommended optimal economic potassium application rate for maize in arid regions of Ningxia ranges from 167 to 180 kg·ha^-1， thereby achieving the dual objectives of high-yield and resource-efficient cultivation.

Graphical abstract

关键词

旱区 / 玉米 / 钾肥 / 干物质 / 产量

Key words

arid region / maize / potassium fertilizer / dry matter / yield

玉米（Zea mays）是世界重要饲料作物之一，也是中国第一大粮食作物，发展玉米对稳定国家粮食安全、提高农民收入、促进家畜生产与养殖业发展具有现实意义^［1-2］。干物质积累是籽粒产量形成的基础，干物质高效分配是获得高产的重要保障，明确其积累分配规律对玉米籽粒产量提升具有重要指导意义^［3］。玉米高产通常以生物量积累为前提，而养分吸收是其核心基础。钾作为玉米生长发育所需的关键营养元素，在土壤中主要以矿物态存在，仅有少量以交换态或水溶态存在^［4］，因此化学钾肥成了农田钾素的主要补充形式^［5-6］。宁夏地区土壤曾富含钾素，导致农业生产中形成了重氮磷肥轻钾肥习惯，钾肥施用量严重不足甚至不施钾，致使土壤钾储备渐耗且得不到补充，作物增产遭遇瓶颈^［7］。全球变暖与水资源分布不均导致旱区农业用水矛盾尖锐，旱区农业作为粮食安全保障的关键部分，急需探索节水高产种植模式，滴灌因精准供水等优势被广泛应用^［8-9］。深入探究旱区滴灌条件下玉米干物质积累转运与钾肥用量关系，利于挖掘玉米产量潜能，对旱区农业的可持续发展与粮饲安全保障具有战略意义。

以往众多研究已对玉米生长与钾肥施用的关系进行了多方面探讨。如，孔丽丽等^［10］在东北水肥一体化条件下，当土壤速效钾含量为109.4 mg·kg^-1，密度为75000 株·hm^-2时，增施K₂O 120 kg·hm^-2，可提高玉米生育后期光合速率，促进玉米生育后期营养器官中有机物的合成，有利于光合产物向籽粒的运输与分配，进而提高玉米籽粒产量。洪自强等^［11］研究表明，在滴灌水肥一体化条件下，合理施钾可保证较高的叶绿素相对含量（relative chlorophyll content，SPAD）和光系统Ⅱ（photosystem Ⅱ，PSⅡ）反应中心的活性，提高春玉米对光能的捕获、吸收、转化及最大光化学效率，降低热耗散，促进春玉米光合作用，从而为物质转运和产量提高奠定坚实的基础。前人研究发现，通过合理施钾，钾与其他营养元素平衡时，作物根系的生长和细胞增殖更快，有利于提高作物水分利用效率及钾素农学利用效率，最终为高产奠定基础^［12］。宋杰等^［13］研究表明，适宜的施钾量可提高作物对氮、磷肥的利用效率，使玉米有较高的氮、磷、钾素积累优势；而钾肥施用过量或不足均会导致叶片叶绿素含量和光合性能下降，影响玉米对养分的吸收，阻碍植株正常生长。

综合前人研究，关于钾肥对玉米的钾素吸收利用效率、光合特性及植株抗性等研究较为丰富^［14-16］，但针对西北旱区水肥一体化条件下玉米干物质积累、转运及籽粒产量对钾肥用量响应的报道相对匮乏，特别是在我国西北地区，缺钾和干旱2种逆境易存在叠加效应的情况下，深入探究滴灌条件下钾肥对玉米干物质积累、转运的变化规律更具意义。本试验旨在旱区滴灌条件下，通过测定不同施钾量下玉米干物质积累量与转运效率、群体生长速率、籽粒产量及构成因素，结合Logistic拟合分析，以期明确连续2年不同施钾量对玉米干物质积累动态过程的调控效应，进而阐明其对玉米籽粒产量形成的作用机制，为当地玉米高产高效栽培应对日趋严重的土壤钾素贫瘠提供有力支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2022年4月至2023年10月在宁夏银川市平吉堡农场五队（38°24′N，106°01′E）进行。试验地属干旱区。年平均气温8.5 ℃，年平均降水量200 mm，蒸发量2000 mm以上，集中在7-9月降水。土壤类型为淡灰钙土，质地为轻壤土，近3年所种作物皆为玉米，一年一季，农户常规管理。前茬收获后进行了深翻灭茬。采用滴灌水肥一体化进行施肥灌溉。试验期间日平均温度和降水量如图1所示，耕层土壤（0~20 cm）基本理化性状见表1。

1.2 试验设计

试验以当地主栽品种‘先玉1225’为材料，共设6个不同施钾（K₂O）水平：0、60、120、180、240和300 kg·hm^-2，记为K₀、K₁、K₂、K₃、K₄和K₅。采用随机区组设计，3次重复，共18个小区。采取宽窄行种植，宽行70 cm，窄行40 cm，平均行距为55 cm，株距为20 cm，密度为90000株·hm^-2，各小区种植8行玉米，小区面积为88 m²，区组之间设置1 m走道，每个小区均为独立的滴灌单元。每两行铺设一条滴灌带，滴灌带铺设于窄行内。

各处理氮、磷肥用量一致，N：300 kg·hm^-2和P₂O₅：138 kg·hm^-2。其中，氮肥为尿素（N≥46%），磷肥为磷酸一铵（N-P₂O₅-K₂O：12-61-0），钾肥为硫酸钾（K₂O≥52%），均为水溶性肥料。试验不施基肥，氮磷钾肥均通过滴灌随水施入。钾肥和磷肥的施肥比例为：苗期30%（一次性施入）、拔节期40%（分2次施入）和大喇叭口期30%（分2次施入）。氮肥的施肥比例为：苗期10%（一次性施入）、拔节期30%（分2次施入）、大喇叭口期30%（分2次施入）、抽雄吐丝期20%（一次性施入）、灌浆期10%（一次性施入）。2022和2023年玉米全生育期均滴灌水11次，滴灌水总量分别为3090和3210 m³·hm^-2（表2）。2022和2023年玉米种植日期分别为4月24日和4月25日，收获日期分别为10月3日和9月27日。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 玉米干物质积累与分配

于玉米拔节期（V6）、大喇叭口期（V12）、抽雄吐丝期（VT）、灌浆期（R3）和成熟期（R6），在各小区选取3株长势一致的植株，于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘至恒重，测定各器官干物质重。并计算花前转运量（dry matter remobilization at pre-anthesis，DMR，kg·hm^-2）、花前转运率（dry matter remobilization efficiency at pre-anthesis，DMRE，%）、花前转运贡献率（contribution of dry matter remobilization to grain at pre-anthesis，DMRCG，%）、花后积累量（dry matter accumulation at post anthesis，DMA，kg·hm^-2）和花后积累贡献率（contribution of dry matter accumulation to grain at post anthesis，DMAC，%）^［17］：

DMR=ND{M}_{\mathrm{F}}-ND{M}_{\mathrm{M}}

DMRE=(ND{M}_{\mathrm{F}}-ND{M}_{\mathrm{M}})/ND{M}_{\mathrm{F}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}

DMRCG=(ND{M}_{\mathrm{F}}-ND{M}_{\mathrm{M}})/D{M}_{\mathrm{G}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}

DMA=D{M}_{\mathrm{M}}-D{M}_{\mathrm{F}}

DMAC=\mathrm{1}-[(ND{M}_{\mathrm{F}}-ND{M}_{\mathrm{M}})/D{M}_{\mathrm{G}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}]

式中：NDM_F为开花期营养器官干物质积累量；NDM_M为成熟期营养器官干物质积累量；DM_G为籽粒干物质积累量；DM_F为开花期干物质积累量，DM_M为成熟期干物质积累量。

采用Logistic方程Y=A/（1+B×e^-KX ）拟合玉米地上干物质积累过程，X为播种后天数，Y为干物质积累量，A为理论最大干物质积累量，B为初始参数，K为生长速率参数。并计算干物质积累速率最大时间（time of maximum rate of dry matter accumulation， T_max ） 、干物质积累速率最大时的生长量（growth at maximum rate of dry matter accumulation， W_max） 、最大干物质积累速率（maximum dry matter accumulation rate， V_max）和平均干物质积累速率（average dry matter accumulation rate， V_mean）^［18］：

T_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=\mathrm{l}\mathrm{n}B/K

W_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=A/\mathrm{2}

V_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}=K\times W_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}\times (\mathrm{1}–W_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}/A)

V_{\mathrm{m}\mathrm{e}\mathrm{a}\mathrm{n}}=W_{\mathrm{1}}/t_{\mathrm{1}}

式中：t₁=（ln B+4.595）/K，对应此时干物质积累量为W₁。

1.3.2 玉米群体生长速率（crop growth rate，<italic>CGR</italic>）

CGR(\mathrm{k}\mathrm{g}·\mathrm{h}{\mathrm{m}}^{-\mathrm{2}}·{\mathrm{d}}^{–\mathrm{1}})=(W_{\mathrm{2}}–W_{\mathrm{1}})/(T_{\mathrm{2}}–T_{\mathrm{1}})

式中：T₂、T₁为2个测定时期；W₂ 、W₁ 分别为T₂、T₁时期的干物质积累量（kg·hm^-2）。

1.3.3 玉米籽粒产量及构成因素

在玉米成熟期，取每个试验小区中间两行在田间进行测产；取20穗玉米风干后在室内考种，测定穗粒数、穗数、百粒重等产量构成指标，测定含水量后折合14%含水量计算单位面积产量。施钾量与产量关系可采用二次函数关系拟合，同时参照苏明等^［19］方法，计算玉米经济最佳施钾量X=（P_x /P_y -b）/2a，式中：P_x 为钾肥价格（11.2元·kg^-1），P_y 为玉米价格（2.5元·kg^-1），a，b为二次函数的系数。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2016 进行数据统计、整理，SPSS 23.0、DPS 7.05进行数据分析，LSD法进行差异显著性检验，Origin 2021作图。

2 结果与分析

2.1 施钾量对玉米干物质的影响

2.1.1 干物质积累

年份、施钾量和年份与施钾量交互效应均对玉米干物质积累量产生极显著影响（图2），2年间K₃处理下干物质积累量均达到最大值，分别为37826和36610 kg·hm^-2。其中，2022年玉米干物质积累表现为K₃>K₂>K₄>K₁>K₅>K₀，K₃处理干物质积累量较其他处理显著提高6.53%~23.12%。2023年玉米干物质积累表现为K₃>K₄>K₂>K₅>K₁>K₀，K₃处理下玉米干物质积累量较其他处理显著提高3.62%~18.79%。

2.1.2 干物质分配

2年中，随着玉米生育时期的推进，玉米茎干物质积累占全株干物质积累总量的比例呈先升高后降低的趋势，在VT期所占比例最大（图3）。随着玉米灌浆的进行，穗部干物质逐渐增加。相较于不施钾肥，增施钾肥下穗部干物质积累较快。

2.1.3 干物质转运

年份、施钾量和年份与施钾量交互效应对玉米花前转运量 （DMR）、花前转运率（DMRE）、花前转运贡献率（DMRCG）、花后积累量（DMA）和花后积累贡献率（DMAC）均产生极显著影响（P<0.01，表3）。2年中，合理施钾有效提高玉米花前、花后物质转运及对籽粒的贡献率。其中，K₂、K₃和K₄间DMR、DMRE均无显著差异。K₃处理DMRCG最大，2022和2023年较其他处理分别提高14.84%~81.87%和5.61%~25.84%。K₃处理DMA均最大，2022和2023年较其他处理分别提高7.13%~17.44%（P<0.05）和1.48%~16.33%。

2.1.4 干物质积累Logistic方程回归分析

利用Logistic方程拟合不同施钾量下玉米干物质积累过程，进行相关计算得出相关参数。不同施钾处理回归方程决定系数R²≥0.98，说明Logistic方程可以很好地模拟干物质增长动态变化过程。年份、施钾量、年份与施钾量的交互作用对玉米干物质积累速率最大时的生长量（W_max）、最大干物质积累速率（V_max）和平均干物质积累速率（V_mean）均产生极显著影响（表4，P<0.01）。

Logistic方程拟合结果显示，2022年，K₂处理T_max达到最大值，但与K₁和K₃处理无显著差异，2023年K₅处理T_max达到最大值。2年中，W_max、V_max和V_mean均随施钾量的增加呈先增后降的趋势，K₃处理均达最大值。其中，与K₀相比，2022和2023年K₃处理W_max分别显著增加20.63%和18.47%；K₃处理V_max较其他处理分别显著提高4.42%~37.21%和1.52%~18.24%；K₃处理V_mean较其他处理分别提高6.60%~40.50%和4.25%~22.74%。

2.2 施钾量对玉米群体生长速率（CGR）的影响

不同施钾量对CGR具有显著影响（P<0.05，表5）。2年中，随着玉米生育时期的推进，玉米CGR呈先增后降的趋势。随着施钾量的增加，CGR也表现为先增后降的趋势。2年中，除2023年拔节期~大喇叭口期，K₃处理在各时期群体生长速率均达到最大值。其中，2022年与K₀相比，K₃处理各时期中CGR显著提高25.26%、37.34%、23.49%和5.07%，2023年提高8.34%、25.01%、20.21%和12.40%。K₃处理平均群体生长速率均达到最大，2022和2023年较其他处理分别平均提高4.75%~26.36%和2.93%~17.16%。可见，适当增施钾肥（K₃）有利于提高玉米群体生长速率，而增施钾肥过多反而抑制玉米群体生长。

2.3 施钾量对玉米产量的影响

2.3.1 籽粒产量

方差分析表明，施钾量对玉米籽粒产量的影响达到极显著水平（P<0.01），而年份、年份与施钾量交互作用对玉米籽粒产量无显著影响（图4）。2年中，随着钾肥用量的增加，玉米籽粒产量均表现为先增后降趋势，K₃处理下最大，分别为15179和14944 kg·hm^-2，较其他处理分别提高2.29%~18.07%和4.32%~28.24%。进一步研究发现，产量与施钾量之间呈二次函数关系（表6），2022年玉米的经济最佳施钾量为167.25 kg·hm^-2，对应的经济最高产量为14861 kg·hm^-2，而2023年则分别为170.66 kg·hm^-2（经济最佳施钾量）和14372 kg·hm^-2（经济最高产量）。

2.3.2 产量构成因素

年份、施钾量、年份与施钾量的交互作用对玉米穗数具有极显著影响（表7），年份、施钾量对穗粒数具有极显著影响，而年份与施钾量交互效应对穗粒数影响不显著，年份对百粒重无显著影响，施钾量、年份与施钾量交互作用对百粒重有极显著的影响。产量构成因素结果显示，2年中随着钾肥用量的增加，玉米穗数、穗粒数、百粒重均呈先增后减的变化趋势。施钾显著提高玉米的穗数、穗粒数和百粒重，其中K₃表现较好。与K₀相比，2022和2023年K₃处理玉米穗数分别显著增加5.66%和5.68%。2年中K₃、K₄间穗粒数无显著差异。2022和2023年百粒重表现为K₃>K₂>K₅>K₄>K₁>K₀和K₄>K₃>K₅>K₂>K₁>K₀。2022年，相较于其他处理，K₃处理下百粒重显著提升4.22%~19.24%，而2023年K₃、K₄和K₅间无显著差异。

2.3.3 玉米籽粒产量与其构成因素通径分析

通径系数的绝对值反映了各产量构成因素对玉米籽粒产量产生的直接影响程度。表8为不同施钾量下玉米籽粒产量与产量构成因素间的通径分析，产量构成因素与籽粒产量的相关系数表现为百粒重>穗数>穗粒数，其中穗数和百粒重与产量呈极显著正相关关系（P<0.01），穗粒数与产量呈显著正相关关系（P<0.05）。直接影响表现为百粒重（0.646）>穗数（0.211）>穗粒数（0.140），因此，在高密度种植条件下，要进一步提升产量，首先要增加百粒重，其次考虑增加穗数和穗粒数。

3 讨论

3.1 施钾量对玉米干物质积累的影响

干物质作为作物光合作用的最终产物，与作物的最终产量之间存在着极为紧密且直接的关联^［20］。合理施钾可以提高玉米对氮磷钾养分的吸收量和转移效率，养分的转移量和转移效率是营养器官养分向籽粒转移输出的重要指标，为玉米增产奠定坚实的基础^［21-22］。本研究中，合理增钾有利于提高玉米叶片、茎秆、苞叶和籽粒的干物质，钾肥主要通过增强光合作用提升干物质生产能力^［11］，促进光合产物向籽粒运输与分配，同时优化茎秆、苞叶与籽粒的干物质积累，最终有利于提高玉米产量。本研究中，玉米干物质积累前期增长较快，后期增长缓慢，通过Logistic方程拟合，决定系数R²≥0.98，结果具有代表性，印证了干物质增长符合S型的增长趋势。有研究发现，在玉米种植密度为70000株·hm^-2时，增施钾肥进一步提高了干物质最大积累速率和积累总量，且干物质快速积累起始时期和最大积累速率出现时间均有所提前^［12］。本研究中种植密度为90000株·hm^-2，增施钾肥均有相似效果，有利于增加干物质积累速率最大时间、提高干物质积累速率最大时的生长量、提高最大干物质积累速率和平均干物质积累速率，这主要是因为适宜的钾肥用量保证了玉米生育前期的快速增长，有利于茎秆的壮实，同时增加对其他元素（N、P等）的吸收，提高了叶绿素含量，使植物生育后期叶片光合功能期延长^［11］，延缓叶片衰老^［23］，同时钾可以直接影响光合作用，从而增加作物地上部分干物质积累速率。另外，在西北旱区，干旱和高温逆境条件下，钾离子可保持细胞的膨压，防止叶片萎蔫，从而保证光合等生理过程的正常进行，减少因干旱等逆境导致的干物质损失；施钾可以增强玉米植株的抗氧化防御系统，逆境条件下，植物体内会产生大量的活性氧（如超氧阴离子、过氧化氢等），这些活性氧会对细胞造成氧化损伤。钾离子可以调节抗氧化酶（如超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶）的活性，提高植物的抗氧化能力，使植株能够在逆境中维持正常的生长和干物质积累^［24-26］。

3.2 施钾量对玉米干物质转运和群体生长速率的影响

玉米的高产潜力受花前营养器官构建与花后干物质高效累积的双重影响。在农业生产中，优化管理策略以确保花后阶段干物质充分积累，并同时增强花前干物质对产量的贡献，是提升玉米产量、挖掘其增产潜能的关键所在^［27-28］。前人研究指出，作物生育后期物质积累对籽粒的贡献率远高于花前，与产量呈显著正相关关系^［29-30］。本试验下钾肥按照生育时期补施，钾素能够满足玉米生育后期的供应，因此有利于玉米叶片充分进行光合作用，进而获得较高产物。保持花后充足的光合产能，有利于获得最高产量，与前人肥料试验研究结果保持一致^{［17，31］}。但施钾后，花前干物质转运对籽粒的贡献率提高了。一方面可能是因为钾是作物体内多种酶的激活剂，参与植物体内多个代谢过程，可促进作物光合作用，调节气孔开闭，增加玉米抗逆性，减少干物质损耗，促进物质转运，进而提高花前干物质转运对籽粒的贡献率；另一方面，钾与氮的代谢密切相关^［32］，施钾可以促进植株对氮素的吸收和同化，适宜的氮素营养与钾素相互配合，能够促进花前植株蛋白质的合成和叶片的生长。本研究发现，2022年玉米花前物质转运量较高，而2023年玉米花前物质转运量较低，可能是2023年玉米生育前期气温较高，导致玉米物质快速增长，进而物质转运较低。此外，2年中玉米群体生长速率呈先增后降的趋势，且在V12~VT期群体生长速率达峰值，主要原因是玉米前期对钾肥需求较高，钾肥有利于促进叶片生长和茎秆壮实，在短时间内营养器官生长较为旺盛，而在宁夏地区玉米生育后期时间较长，玉米灌浆持续时间延长。同时，玉米生育后期营养器官主要负责物质转运，几乎停止生长，导致玉米生育后期整体生长速率较慢。因此，合理控制钾肥用量可促进玉米物质积累、协调物质转运、增加籽粒产量，进而实现玉米高产高效可持续发展的目标。

3.3 施钾量对玉米产量及产量构成因素的影响

宁夏位于中国西北地区，降水量稀缺与水资源严重匮乏，致使干旱成为该地区最为频发的自然灾害之一，对当地农业生产造成了极大影响^［33］。合理的水肥管理和高效的钾肥供应不仅可以节水节本、提高作物的水分利用效率，对于提升作物的产量与品质也有关键性作用，还可以显著增强作物对生物胁迫及非生物胁迫的抵抗能力^［34-35］。前人研究表明，当土壤受水分胁迫时，适量施用钾肥，能够有效调节作物水分运输和提高作物水分利用效率，从而保证较高的玉米产量^［36-37］。谭杰等^［38］在川中丘陵旱地研究中表明，随着施钾量的增加，玉米干物质积累量和籽粒产量表现为先增后减的变化趋势。慕瑞瑞^［39］在滴灌水肥一体化条件下研究钾素对玉米产量效应时表明，钾肥施用量在0~180 kg·hm^-2时，随着施钾量的增加，玉米产量也随之增加，当施钾量达到240 kg·hm^-2时，玉米产量减少。本试验条件下，随着施钾量的增加，玉米籽粒产量呈先升后降的“抛物线”型趋势，当钾肥施用超过一定阈值时（180 kg·hm^-2），籽粒产量下降的原因可能是钾肥施用过多，玉米对钾产生“奢侈吸收”的现象^［12］，即玉米对钾素的大量吸收会打破土壤中氮、磷、钾等营养元素的平衡，导致其他元素相对缺乏，影响玉米的正常生长发育。另外，在滴灌系统中，过量施用钾肥会导致根系周围钾离子浓度过高，引发渗透胁迫，进而对玉米根系造成损伤，影响养分运输和地上部的生长发育，最终减产。前人研究表明，土壤速效钾含量较低（92 mg·kg^-1）时，玉米产量构成对钾肥施用有积极响应，适当施用钾肥有利于玉米穗数、穗粒数和千粒重的增加^［40］。本研究结果表明，随着钾肥用量的增加，玉米穗数、穗粒数、百粒重均呈先增后减的变化趋势，表明合理施钾有利于提高玉米的穗数、穗粒数和百粒重。同时，过量施用钾肥会显著提升土壤中交换性钾离子（K⁺）的浓度，进而可能引发土壤中K⁺与钙离子（Ca²⁺）及镁离子（Mg²⁺）比例失衡。此失衡现象会干扰作物对K⁺、Ca²⁺及Mg²⁺的正常吸收，最终导致作物营养吸收失衡，对作物的籽粒产量产生不利影响^［41］。

在宁夏银川干旱区农业高质量发展背景下，基于滴灌节水优势与国家“双减”战略需求，未来研究可聚焦“减施钾肥+功能性肥料协同”技术路径创新：如利用有机肥、秸秆炭化还田等补充缓释性钾源，结合微生物菌剂活化土壤难溶性钾，构建有机无机协同的钾素补给体系，降低化学钾肥依赖。在此基础上，需系统评估减钾模式下土壤钾素平衡、微生物群落功能及作物生理响应机制的长期变化，在保障粮食产能的同时，推动干旱区农业向资源节约、环境友好的可持续方向转型，为黄河流域生态保护和高质量发展提供科技支撑。

4 结论

在宁夏干旱地区，滴灌水肥一体化模式下，当玉米种植密度达到90000 株·hm^-2，施钾量为180 kg·hm^-2时，可显著提高生育期内玉米干物质积累速率最大时的生长量、最大干物质积累速率和平均干物质积累速率，能够提高玉米平均群体生长速率，最终通过增加百粒重提高籽粒产量。而从2年产量角度出发，得出玉米经济最佳施钾量分别为167.25和170.66 kg·hm^-2。故在宁夏干旱地区玉米最佳施钾量为167~180 kg·hm^-2能够达到高产高效栽培的目的。

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基金资助

宁夏高质量发展与生态保护科技创新示范项目(NGSB-2021-3-02)

宁夏区重点研发项目(2019BBF02003)

宁夏粮食作物种质创制与生长调控科技创新团队(2022BSB03109)