陳曉影 劉 鵬 程 乙 董樹亭 張吉旺 趙 斌 任佰朝

土壤深松下磷肥施用深度對夏玉米根系分布及磷素吸收利用效率的影響

陳曉影 劉 鵬*程 乙 董樹亭 張吉旺 趙 斌 任佰朝

作物生物學(xué)國家重點實驗室 / 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 山東泰安 271018

采用大田試驗與土柱試驗相結(jié)合的方式, 設(shè)置距離地表?5 cm (P5)、?10 cm (P10)、?15 cm (P15)和?20 cm (P20)施用磷肥處理, 以不施磷肥為對照(CK), 研究磷肥施用深度對夏玉米根系分布、干物質(zhì)積累與產(chǎn)量形成及磷肥吸收和利用效率的影響。結(jié)果表明, 磷肥施用深度顯著影響夏玉米根系干重及根長, 表現(xiàn)為P15>P10>P20>P5>CK。與常規(guī)磷肥施用深度(P5)處理相比, P15處理玉米籽粒產(chǎn)量兩年平均提高23.1%, 根干重及總根長兩年平均提高13.1%、22.9%; P15、P20處理均增加了?20 cm以下土層的根干重比例及根長比例, 土柱試驗分別達(dá)到35.4%和36.4%、58.7%和59.3%, 大田試驗根干重兩年均達(dá)到19.0%, 根長比重分別達(dá)到39.8%和39.9%。根系分布的優(yōu)化促進(jìn)了植株磷素積累與轉(zhuǎn)運, P10、P15、P20處理較P5處理磷積累量2年平均提高10.6%、25.2%和14.7%, 磷轉(zhuǎn)運量平均提高46.9%、76.6%和57.6%, 籽粒產(chǎn)量相應(yīng)增加12.9%、23.1%和10.6%。P15比P5處理的磷肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用效率和表觀利用效率兩年平均值分別提高19.1 kg kg–1、19.1 kg kg–1和25.2%。磷肥深施能夠增加深層土壤根系的分布比例, 提高植株對磷肥的吸收、利用效率, 顯著提高夏玉米產(chǎn)量, 在本試驗條件下以磷肥集中施用在?15 cm處效果最好。

夏玉米; 施磷深度; 根系; 產(chǎn)量; 磷肥利用效率

磷對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成具有重要作用[1-2]。磷在土壤中的移動主要是以擴(kuò)散為主, 施入土壤中的磷極易被土壤膠體固定, 通常移動距離僅為3~5 cm, 導(dǎo)致其主要富集在土壤表層, 而深層土壤中相對不足[3-4]。農(nóng)民往往為了增產(chǎn)投入大量磷肥, 導(dǎo)致我國農(nóng)田磷肥用量持續(xù)提高, 2016年已增加到830萬噸(折純量), 比1996年增加了26.1%, 同期耕地面積只增加了3.7%。但是, 我國主要作物當(dāng)季磷肥利用效率僅有7.3%~20.1%, 遠(yuǎn)不及美國的40%[5], 造成了很大的資源浪費和嚴(yán)重的面源污染[6]。如何降低玉米生產(chǎn)磷肥高投入帶來的面源污染等負(fù)面效應(yīng),解決高產(chǎn)玉米磷高效利用問題成為當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)注的熱點[7-8]。根系具有形態(tài)和生理可塑性, 養(yǎng)分用量及施用位置能夠顯著影響作物根系生長及其在土壤中的時空分布, 進(jìn)而影響植株養(yǎng)分吸收及產(chǎn)量形成[9-11]。玉米是典型的磷敏感型作物, 研究磷肥施用深度對夏玉米根系分布與磷素吸收利用及產(chǎn)量形成的調(diào)控作用進(jìn)而促進(jìn)磷肥增效, 實現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效具有重要意義。

植物主要通過根系所接觸的土壤獲取養(yǎng)分[12], 其養(yǎng)分吸收的活力區(qū)集中在0~40 cm土層[13]。傳統(tǒng)的施磷深度普遍較淺, 主要施用在土壤表層(4~8 cm)[14], 施入農(nóng)田的磷在土壤中移動性差且易被吸附在表層土層。表層土壤根系比例的增加可以增強(qiáng)磷酸鹽的吸收[15], 而高產(chǎn)或氮高效夏玉米要求增加土壤深層根系比重[16-19]。因此根層氮磷養(yǎng)分與玉米根系分布存在嚴(yán)重的空間錯位問題。磷肥施用方式對根系分布有重要的調(diào)控作用, 可以改變根系在土壤中的分布[14,20-21], 對緩解根土養(yǎng)分空間錯位問題, 實現(xiàn)土壤養(yǎng)分與根系分布在時空上的耦合具有一定的作用。增施磷肥成為農(nóng)戶獲得高產(chǎn)的生產(chǎn)措施[22-24], 但如何調(diào)整磷肥施用方式, 促進(jìn)合理根系構(gòu)型建成與分布, 實現(xiàn)土壤中根系分布與養(yǎng)分供應(yīng)的空間匹配, 達(dá)到產(chǎn)量與效益協(xié)同提升的機(jī)制研究相對較少。本試驗采用大田試驗和土柱試驗相結(jié)合的方法, 研究不同磷肥施用深度對夏玉米根系空間分布和磷素吸收的調(diào)控效應(yīng), 可為磷肥增效提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗時間地點

于2017年和2018年的6月至10月在山東省泰安市岱岳區(qū)馬莊鎮(zhèn)(35°58'N, 116°58'E)進(jìn)行大田試驗,在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海區(qū)域玉米技術(shù)創(chuàng)新中心(36°18'N, 117°12'E)進(jìn)行土柱試驗。試驗前采集土壤樣品, 其土壤理化性質(zhì)見表1, 試驗田夏玉米全生育期平均溫度與日降水量見圖1。

表1 試驗田養(yǎng)分含量Table 1 Nutrients content of soil in experimental field

圖1 試驗田夏玉米全生育期平均溫度與降水量

1.2 試驗設(shè)計

供試夏玉米品種為登海605 (DH605)。試驗以不施用磷肥處理為對照(CK), 共設(shè)置4個施肥深度, 分別為距離地表?5 cm (P5)、?10 cm (P10)、?15 cm (P15)和?20 cm (P20)。所用肥料為緩控尿素(含純N 42%)、過磷酸鈣(含P2O511%)、硫酸鉀(含K2O 50%)。于小麥?zhǔn)斋@后表層撒施純氮315 kg hm–2和K2O 270 kg hm–2, 然后結(jié)合小麥滅茬旋耕5 cm, 利用經(jīng)改造后的深松條帶式施肥機(jī)深松20 cm, 同時在設(shè)定深度集中施用P2O5105 kg hm–2, 以深松不施磷為對照。大田試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計, 3次重復(fù), 種植密度為67,500株 hm–2, 行距60 cm, 株距25 cm。小區(qū)面積180 m2(長30 m、寬6 m)。

土柱試驗采用高100 cm, 直徑35 cm的PVC管, 將其填埋于深90 cm的土坑內(nèi), 按照土50%、沙子40%、蛭石5%、珍珠巖5%的比例混勻基質(zhì)裝入土柱, 加水沉實至距離上口5 cm。每個處理10個土柱, 在距離表層5 cm處施入純氮 4.9 g plant–1, K2O 4.2 g plant–1, 按試驗設(shè)計深度施入P2O51.6 g plant–1。試驗所用肥料為緩控尿素(含純N 42%)、過磷酸鈣(含P2O511%)、硫酸鉀(含K2O 50%), 所用肥料均一次性施入。玉米生育期給予良好的管理并保證水分供應(yīng)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 于完熟期(R6)從每小區(qū)選取18 m2(10 m×1.8 m)有代表性的玉米帶全部收獲后曬干, 測定產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.3.2 植株干物質(zhì) 分別于大田試驗抽雄期(VT)、灌漿期(R2)、完熟期(R6)系統(tǒng)選取每小區(qū)有代表性的植株5株。于土柱試驗VT期選取長勢一致的植株5株。將植株按照葉片、莖(莖稈、葉鞘、雄穗、苞葉、穗軸)、籽粒分開, 105℃殺青30 min后80℃烘至恒重, 測定干物質(zhì)積累量。

1.3.3 根系取樣與測定 于大田試驗VT期對根系取樣, 選生長均勻一致的連續(xù)植株5株, 以植株為中心, 行距方向取60 cm, 株距方向取20 cm, 每10 cm為一土層, 取根深度為60 cm。將每10 cm土層的根土混合物裝入40目網(wǎng)袋, 在低水壓下沖洗干凈并挑出全部根系, 放入密封袋中1 ℃下保存。

于土柱試驗VT期選擇生長均勻一致的植株5株, 按照0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~100 cm分層切下沖洗干凈, 將其中的根系全部挑出, 1℃下保存。

用Epson Perfection V700 Photo掃描儀掃描根系樣品, 然后使用WinRhizo 2016根系分析軟件測定根長。將掃描完成的根系放在烘箱中烘至恒重并稱干重。1.3.4 植株全磷含量 玉米植株樣品研磨過篩后用濃H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮, 用BRAN＋LUEBBE III型(德國)連續(xù)流動分析儀測定磷素含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

植株磷素積累量(kg hm–2)=單株重×單株含磷量×公頃株數(shù);

營養(yǎng)器官磷素轉(zhuǎn)運量(kg hm–2)=灌漿期營養(yǎng)器官磷素積累量?完熟期營養(yǎng)器官磷素積累量;

磷素轉(zhuǎn)運效率(%)=營養(yǎng)器官磷素轉(zhuǎn)運量/灌漿期營養(yǎng)器官磷素積累量×100;

磷素轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻(xiàn)率(%)=營養(yǎng)器官磷素轉(zhuǎn)運量/灌漿期籽粒磷素積累量×100;

磷素表觀利用效率(PAUE, %)=(施磷區(qū)磷素吸收量?無磷區(qū)磷素吸收量)/施磷量×100;

磷素農(nóng)學(xué)利用效率(PAE, kg kg–1)=(施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量?無磷區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施磷量;

磷素偏生產(chǎn)力(PPFP, kg kg–1)=施磷處理籽粒產(chǎn)量/施磷量

采用Microsoft Excel 2017和DPS 15.10統(tǒng)計軟件LSD法進(jìn)行方差分析, 用SigmaPlot 10.0和Surfer 11作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥施用深度對夏玉米干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

施用磷肥顯著增加植株干物質(zhì)積累, 抽雄期干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為P15>P10>P20>P5>CK, 大田試驗P5、P10、P15、P20較CK兩年平均增加16.7%、26.2%、31.6%、23.2%, 土柱試驗分別增加8.9%、9.2%、13.1%、9.4%。完熟期單株干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為P15>P20>P10>P5>CK, 大田試驗P5、P10、P15、P20處理較CK兩年平均提高10.5%、17.7%、26.4%、19.5%; 除2017年抽雄期外, P15處理均顯著高于其他施磷處理(圖2)。

磷肥施用深度對夏玉米籽粒產(chǎn)量有顯著影響, 各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為P15>P10>P20>P5>CK, 兩年大田試驗增產(chǎn)趨勢一致(表2)。各處理的實際穗數(shù)間無顯著差異, 磷肥深施主要是提高了穗粒數(shù)和千粒重。與其他處理相比, P15的穗粒數(shù)顯著增加。2017年試驗P10、P15、P20較P5分別增產(chǎn)11.9%、20.9%、7.6%; 2018年試驗P10、P15、P20較P5分別增產(chǎn)13.9%、25.4%、13.5%。

2.2 磷肥施用深度對夏玉米根系生長與分布的影響

施用磷肥顯著增加夏玉米根干重與總根長(圖3)。土柱試驗條件下, 夏玉米的根干重及總根長的整體趨勢表現(xiàn)為P15>P10>P20>P5>CK, P15處理的根干重與總根長顯著增加; 與P5處理相比, P10、P15、P20處理的根干重分別提高了10.5%、14.4%、5.9%, 總根長分別提高了17.5%、26.0%、4.8%。大田試驗與土柱試驗趨勢一致。

隨著磷肥施用深度增加, 玉米根系呈現(xiàn)向深層分布的趨勢(圖4和圖5)。土柱試驗中, 0~10 cm土層, P5處理玉米根系的根干重與總根長所占比例最大, 分別為54.8%、29.3%。10~20 cm土層, P10處理所占比例最大, 分別為11.7%、15.4%。20~40 cm土層, P10、P15、P20處理根干重所占比重均為12.6%, P10、P15處理總根長所占比重均為18.7%。40~60 cm土層, P15處理總根長所占比例最大, 為17.6%。60~100 cm土層, P20處理的根干重與總根長所占比例最大, 分別為13.7%、24.0%。大田試驗表現(xiàn)為相同趨勢。說明調(diào)整磷肥施用位置可以調(diào)控玉米根系在土層中的分布, 隨著磷肥施肥深度的增加, 深層根系比重增加。

不同字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: 不施磷肥; P5: 距離地表?5 cm處施磷; P10: 距離地表?10 cm處施磷; P15: 距離地表?15 cm處施磷; P20: 距離地表?20 cm處施磷。

Bars superscripted by different letters are significantly different among treatments at the 0.05 probability level. CK: no P applied; P5: phosphorus application depth was 5 cm; P10: phosphorus application depth was 10 cm; P15: phosphorus application depth was 15 cm; P20: phosphorus application depth was 20 cm.

同列中標(biāo)以不同字母的值在處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: 不施磷肥; P5: 距離地表?5 cm處施磷; P10: 距離地表?10 cm處施磷; P15: 距離地表?15 cm處施磷; P20: 距離地表?20 cm處施磷。***表示<0.001, NS表示不顯著。

Values followed by different letters with in a column are significantly different among treatments at the 0.05 probability level. CK: no P applied; P5: phosphorus application depth was 5 cm; P10: phosphorus application depth was 10 cm; P15: phosphorus application depth was 15 cm; P20: phosphorus application depth was 20 cm. ***<0.001; NS: not significant.

不同字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: 不施磷肥; P5: 距離地表?5 cm處施磷; P10: 距離地表?10 cm處施磷; P15: 距離地表?15 cm處施磷; P20: 距離地表?20 cm處施磷。

Bars superscripted by different letters are significantly different among treatments at the 0.05 probability level. CK: no P applied; P5: phosphorus application depth was 5 cm; P10: phosphorus application depth was 10 cm; P15: phosphorus application depth was 15 cm; P20: phosphorus application depth was 20 cm.

圖4 不同施肥深度下夏玉米抽雄期根干重和根長在0~60 cm土壤剖面的垂直分布(2018)

CK: 不施磷肥; P5: 距離地表?5 cm處施磷; P10: 距離地表?10 cm處施磷; P15: 距離地表?15 cm處施磷; P20: 距離地表?20 cm處施磷。

CK: no P applied; P5: phosphorus application depth was 5 cm; P10: phosphorus application depth was 10 cm; P15: phosphorus application depth was 15 cm; P20: phosphorus application depth was 20 cm.

圖5 不同施肥深度對夏玉米不同土層中根系干重比例及根長比例的影響

CK: 不施磷肥; P5: 距離地表?5 cm處施磷; P10: 距離地表?10 cm處施磷; P15: 距離地表?15 cm處施磷; P20: 距離地表?20 cm處施磷。

CK: no P applied; P5: phosphorus application depth was 5 cm; P10: phosphorus application depth was 10 cm; P15: phosphorus application depth was 15 cm; P20: phosphorus application depth was 20 cm.

2.3 磷肥施用深度對植株中磷素積累及轉(zhuǎn)運的影響

隨生育進(jìn)程, 植株和籽粒磷積累量均呈增加趨勢, 表現(xiàn)為P15>P20>P10>P5>CK。2017年完熟期P10、P15、P20處理相對于P5處理整株磷積累量分別提高了15.6%、30.2%、15.7%, 其中籽粒磷素積累量分別提高11.9%、32.3%、18.2%。2018年完熟期整株積累量相應(yīng)提高6.3%、16.0%、8.5%, 其中籽粒磷素積累量相應(yīng)提高9.3%、18.1%、11.2%, 表明深施磷肥有利于促進(jìn)玉米植株及籽粒磷素的積累(表3)。

磷肥深施也促進(jìn)營養(yǎng)器官的磷素向籽粒轉(zhuǎn)運, 2017年各處理間轉(zhuǎn)運量范圍為11.9~31.6kg hm–2, 2018年為11.1~24.9kg hm–2, P15處理轉(zhuǎn)運量顯著高于其他施磷處理(表4)。

表3 夏玉米不同器官和植株中磷積累量 Table 3 Accumulation of P in different organs and plant of summer maize (kg hm–2)

同列中標(biāo)以不同字母的值在處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: 不施磷肥; P5: 距離地表?5 cm處施磷; P10: 距離地表?10 cm處施磷; P15: 距離地表?15 cm處施磷; P20: 距離地表?20 cm處施磷。

Values followed by different letters with in a column are significantly different among treatments at the 0.05 probability level. CK: no P applied; P5: phosphorus application depth was 5 cm; P10: phosphorus application depth was 10 cm; P15: phosphorus application depth was 15 cm; P20: phosphorus application depth was 20 cm.

表4 磷肥施用深度對夏玉米磷轉(zhuǎn)運的影響

同列中標(biāo)以不同字母的值在處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: 不施磷肥; P5: 距離地表?5 cm處施磷; P10: 距離地表?10 cm處施磷; P15: 距離地表?15 cm處施磷; P20: 距離地表?20 cm處施磷。

Values followed by different letters with in a column are significantly different among treatments at the 0.05 probability level. CK: no P applied; P5: phosphorus application depth was 5 cm; P10: phosphorus application depth was 10 cm; P15: phosphorus application depth was 15 cm; P20: phosphorus application depth was 20 cm.

2.4 磷肥施用深度對磷肥利用的影響

與P5處理相比, 2017—2018年磷肥偏生產(chǎn)力P10、P15、P20處理分別高9.4 kg kg–1和11.1 kg kg–1、16.5 kg kg–1和21.7 kg kg–1、6.0 kg kg–1和10.7 kg kg–1; 磷肥表觀利用效率分別高15.0%和8.4%、29.1%和21.3%、15.1%和11.3%; 磷肥農(nóng)學(xué)利用效率分別高9.4 kg kg–1和11.1 kg kg–1、16.5 kg kg–1和21.7 kg kg–1、6.0 kg kg–1和10.7 kg kg–1(表5)。說明磷肥深施有利于提高夏玉米磷肥偏生產(chǎn)力和利用效率。

表5 磷肥施用深度對夏玉米磷肥偏生產(chǎn)力和磷利用效率的影響

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。CK: 不施磷肥; P5: 距離地表?5 cm處施磷; P10: 距離地表?10 cm處施磷; P15: 距離地表?15 cm處施磷; P20: 距離地表?20 cm處施磷。*表示<0.05, ***表示<0.001, NS表示不顯著。

Values followed by different letters with in a column are significantly different among treatments at the 0.05 probability level. CK: no P applied; P5: phosphorus application depth was 5 cm; P10: phosphorus application depth was 10 cm; P15: phosphorus application depth was 15 cm; P20: phosphorus application depth was 20 cm. *<0.05, ***<0.001, NS: not significant. PPFP: P partial factor productivity; PAUE: P apparent utilization efficiency; PAE: P agronomic efficiency.

3 討論

3.1 磷肥施用深度對夏玉米根系分布的影響

根系在土壤剖面的分布狀況關(guān)系到作物對養(yǎng)分的吸收利用、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成[16]。根系具有形態(tài)可塑性, 在很大程度上決定了根系在土壤中的空間分布和所接觸到的土壤體積大小, 以便更好地捕獲土壤中的養(yǎng)分, 對植物的養(yǎng)分吸收效率十分重要[25]。王空軍等[26]發(fā)現(xiàn)隨產(chǎn)量的提高根系分布呈“橫向緊縮、縱向延伸”的特點, 深層根系的比例顯著增加。各土層根系鮮重占總根系鮮重的比例, 隨生育進(jìn)程而變化, 且基本趨勢是上層根系比例下降, 深層根系比例增加[13-14]。這有利于提高根系與土壤養(yǎng)分、水分的接觸面積, 是提高作物對養(yǎng)分、水分吸收利用的核心[16-17]。本研究結(jié)果表明, 磷肥深施顯著增加夏玉米根干重與總根長, 其中P15處理根干重與總根長最大(圖3); 隨著磷肥施用深度增加, 玉米根系呈現(xiàn)向深層分布的趨勢(圖4和圖5)。磷肥施用位置可以調(diào)控玉米根系在土層中的分布, 隨著磷肥施用深度的增加, 深層根系比重增加, 主要表現(xiàn)為P15、P20處理20 cm土層以下的根干重及總根長比重增大。

3.2 磷肥施用深度對夏玉米磷肥吸收、轉(zhuǎn)運及利用效率的影響

由于磷在土壤中容易被固定且不易移動, 作物對磷的吸收主要是通過根系的直接接觸, 所以根系與肥料接觸面積的大小以及肥料施用深度與植株根系生長點的距離直接影響肥料的吸收利用。玉米高吸收活力的根系主要集中在0~40 cm土層, 淺層的磷接觸到的玉米根系少, 大部分被土壤固定、不能被玉米根系吸收, 而深施磷肥可增加磷肥與根系活躍吸收區(qū)的接觸面積, 提高磷肥的吸收效率[27-28]。然而磷肥施用深度過深, 會使根系生長點與磷肥接觸的時間增長而增加了磷被固定的機(jī)會, 從而表現(xiàn)出磷肥的吸收效率不高[29]。本研究結(jié)果表明, 磷肥深施能提高植株磷積累, 但以施用在?15 cm效果最好, 施用在?20 cm處吸收利用效率相對降低; 磷肥適宜深施有利于后期磷素從營養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運, 增大磷素的轉(zhuǎn)運率和貢獻(xiàn)率, 以P15處理轉(zhuǎn)運量最大, P20、P10處理次之但差異不顯著; 磷素積累量和轉(zhuǎn)運效率的增加促進(jìn)了磷利用效率的提高。磷肥深施提高植株對磷素的吸收的原因主要是磷素養(yǎng)分空間分布與根系匹配性好, 促進(jìn)根系的生長發(fā)育, 尤其增加了下層根系的比重, 對磷的吸收能力增強(qiáng)。

3.3 磷肥施用深度對夏玉米產(chǎn)量的影響

在一定范圍內(nèi), 玉米產(chǎn)量隨著施氮量的增加而提高, 但過量增施氮肥導(dǎo)致產(chǎn)量有所下降[30-31]。氮肥適當(dāng)深施可以保證玉米較高的有效穗數(shù)、千粒重和穗粒數(shù), 從而提高產(chǎn)量[32]。磷肥對作物產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子均有影響, 磷肥適當(dāng)?shù)纳钍┛梢蕴岣哂衩缀痛蠖沟淖蚜．a(chǎn)量[33], 深施磷肥后可以增加小麥穗數(shù)、穗粒數(shù), 尤其是穗數(shù)[21]。本研究結(jié)果表明, 磷肥深施能夠顯著提高夏玉米籽粒產(chǎn)量, 其中以?15 cm施用深度增產(chǎn)效果最好, 磷肥深施主要提高了穗粒數(shù)和千粒重。這與趙亞麗等[34]研究結(jié)果相近, 其磷肥施用深度為5 cm、15 cm、5/15 cm (磷肥均勻施用在5 cm、15 cm), 結(jié)果15 cm處施肥顯著大于5 cm處施肥, 5 cm處施肥大于5/15 cm均勻施肥。同時張瑞富等[29]研究表明, 深松措施下, 磷肥施用深度適度下移至12 cm可提高春玉米的籽粒產(chǎn)量。

綜上所述, 磷肥深施較淺層施用更有利于夏玉米深層根系生長, 增加深層土壤根系的分布比例, 提高植株對磷肥的吸收利用效率, 進(jìn)而促進(jìn)玉米籽粒產(chǎn)量的形成。磷肥深施有利于形成一個具有不同土壤物理、化學(xué)和生物性狀的深層空間, 誘導(dǎo)根系下扎, 在一定程度上有效緩解養(yǎng)分空間錯位問題, 實現(xiàn)根層養(yǎng)分分布與玉米根系生長在時空上的耦合。玉米產(chǎn)量的提高不僅依賴于磷素的吸收利用, 氮素的吸收利用也有重要的貢獻(xiàn)。因此不同的磷肥施用深度, 對這種根土養(yǎng)分的耦合程度以及對氮磷協(xié)同吸收利用的調(diào)控機(jī)制仍需要進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

磷肥適度深施能夠改變玉米根系的生長與分布,顯著增加深層土壤中的根系干重及總根長比重; 同時有利于植株磷素的積累及轉(zhuǎn)運, 提高磷素利用效率, 最終促進(jìn)夏玉米干物質(zhì)積累與產(chǎn)量形成, 籽粒產(chǎn)量提高主要是增加了穗粒數(shù)和千粒重。本試驗條件下, 以磷肥集中施用在?15 cm土層效果最好。

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Effects of phosphorus fertilizer application depths on root distribution and phosphorus uptake and utilization efficiencies of summer maize under subsoiling tillage

CHEN Xiao-Ying, LIU Peng*, CHENG Yi, DONG Shu-Ting, ZHANG Ji-Wang, ZHAO Bin, and REN Bai-Zhao

State Key Laboratory of Crop Biology / College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China

Phosphorus fertilizer application depths are extremely important for increasing phosphorus uptake and utilization efficiencies. In the present study, root distribution, biomass, grain yield, phosphorus uptake and utilization efficiencies were determined in field experiment and soil column experiment, with five treatments including CK (no P applied), P5 (phosphorus application depth was 5 cm), P10 (phosphorus application depth was 10 cm), P15 (phosphorus application depth was 15 cm), and P20 (phosphorus application depth was 20 cm). Phosphorus fertilizer application depths significantly affected root dry weight and root length of summer maize with a trend of P15>P10>P20>P5>CK. Compared with P5 treatment, averaged grain yield of P15 treatment increased by 23.1% in two years, averaged root dry weight and total root length increased by 13.1% and 22.9% in two years. Both P15 and P20 treatments increased the proportion of root dry weight and root length in the soil layer below ?20 cm. The proportion of root dry weight of P15 and P20 treatments reached 35.4% and 36.4%, and the proportion of root length reached 58.7% and 59.3% in soil column experiments; the proportion of root dry weight both reached 19.0% and the proportion of root length reached 39.8% and 39.9% in field experiment, respectively. The optimization of root distribution promoted the accumulation and transport of phosphorus in plants. Compared with P5 treatment, P10, P15, and P20 treatments increased the averaged phosphorus accumulation in two years by 10.6%, 25.2%, and 14.7%, the average phosphorus transport amount in two years by 46.9%, 76.6%, and 57.6%, and the grain yield by 12.9%, 23.1%, and 10.6%, respectively. Compared with P5 treatment, P15 treatment increased the averaged P partial factor productivity, P agronomic efficiency and P apparent utilization efficiency by 19.1 kg kg–1, 19.1 kg kg–1, and 25.2% in two years, respectively. In summary, deep fertilization of phosphorus could increase the distribution of root in deep soil layers, improve the absorption and utilization efficiencies of phosphorus in plants, and significantly improve the grain yield of summer maize. Under the condition of this study, the suitable P fertilizer application depth was 15 cm from the soil surface.

summer maize; phosphorus application depth; root; yield; phosphorus utilization efficiency

本研究由國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0300106, 2018YFD0300603), 國家自然科學(xué)基金項目(31771713, 31371576)和山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(SDAIT-02-08)資助。

This study was supported by the National Basic Research Program of China (2016YFD0300106, 2018YFD0300603), the National Natural Science Foundation of China (31771713, 31371576), and the Shandong Province Key Agricultural Project for Application Technology Innovation (SDAIT-02-08).

劉鵬, E-mail: liupengsdau@126.com, Tel: 0538-8241485

E-mail: 15621567129@163.com

2019-01-28;

2019-04-15;

2019-05-13.

10.3724/SP.J.1006.2019.93005

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190510.2223.005.html