侯云鵬，王立春，李前，尹彩俠，秦裕波，王蒙，王永軍，孔麗麗

覆膜滴灌條件下基于玉米產(chǎn)量和土壤磷素平衡的磷肥適用量研究

侯云鵬，王立春，李前，尹彩俠，秦裕波，王蒙，王永軍，孔麗麗

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部東北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130033）

【】針對東北半干旱區(qū)覆膜滴灌玉米生產(chǎn)中大量施磷導(dǎo)致的效率低與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增大問題，通過3年定位試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了覆膜滴灌條件下不同磷肥用量對玉米產(chǎn)量、磷肥利用效率和土壤供磷能力的影響，為該區(qū)域玉米磷肥合理施用提供科學(xué)依據(jù)。于2015—2017年在吉林省半干旱玉米主產(chǎn)區(qū)（乾安縣）布置定位田間試驗(yàn)。共設(shè)6個(gè)磷肥用量處理，分別為0（P0）、40 kg·hm-2（P40）、70 kg·hm-2（P70）、100 kg·hm-2（P100）、130 kg·hm-2（P130）和160 kg·hm-2（P160），測定指標(biāo)包括玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成、成熟期植株磷含量和土壤有效磷含量，并計(jì)算作物吸磷量、磷肥利用效率和土壤-作物系統(tǒng)的磷素表觀平衡狀況。施磷可顯著提高玉米產(chǎn)量，增幅依次為6.2%—21.2%（2015年）、9.0%—20.6%（2016年）和12.9%—30.3%（2017年），3年平均增幅為9.2%—23.9%，增產(chǎn)的主要原因是施磷增加了穗粒數(shù)、百粒重和收獲指數(shù)。玉米產(chǎn)量隨磷肥用量的增加呈先升后降趨勢，其中以P100處理玉米產(chǎn)量最高。磷素表觀回收率和磷素偏生產(chǎn)力均隨磷肥用量的增加而下降，磷素農(nóng)學(xué)利用率隨磷肥用量的增加先升后降。與不施磷肥相比，隨磷肥用量和施磷年限的增加，0—40 cm土壤有效磷含量呈增加趨勢，其中P100處理土壤有效磷含量與試驗(yàn)起始時(shí)土壤有效磷含量相近。連續(xù)種植3季玉米后，P0、P40和P70處理土壤磷素表觀平衡值均表現(xiàn)為虧缺，虧缺量隨磷肥用量的增加而下降；P100、P130和P160處理的土壤磷素表現(xiàn)為盈余，并隨磷肥用量的增加而增加。將盈余率（x）與磷肥用量（y1）、土壤有效磷含量（y2）、磷肥利用效率（y3）分別進(jìn)行擬合，當(dāng)x=0時(shí)，磷肥用量為92.4 kg·hm-2，玉米產(chǎn)量為12 497 kg·hm-2，0—20 cm和20—40 cm土壤有效磷含量分別為34.6 和28.4 mg·kg-1，磷素表觀回收率為24.1%，磷素農(nóng)學(xué)利用率為21.9 kg·kg-1，磷素偏生產(chǎn)力為146.1 kg·kg-1；其結(jié)果與最高產(chǎn)量處理（P100）相對應(yīng)的玉米產(chǎn)量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率結(jié)果相近；以理論盈余率為0時(shí)施磷量的95%為置信區(qū)間，得出最佳施磷范圍在88—97 kg·hm-2。本研究中磷肥用量88—97 kg·hm-2范圍內(nèi)不僅能獲得玉米高產(chǎn)，還能維持土壤磷素平衡，可作為東北半干旱區(qū)覆膜滴灌條件下玉米高產(chǎn)與環(huán)境友好的磷肥管理參考依據(jù)。

磷肥用量；磷肥利用效率；玉米產(chǎn)量；有效磷含量；磷素平衡

0 引言

【研究意義】磷是作物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，也是繼氮素之后第二大養(yǎng)分因子，磷以多種方式參與植株體內(nèi)各種生理生化過程，對促進(jìn)作物生長發(fā)育和新陳代謝起著非常重要的作用[1-3]。前人研究表明，缺磷條件下，作物葉片凈光合速率下降，并使植物中、后期葉片硝酸還原酶、谷氨酰合成酶、內(nèi)肽酶和羧肽酶活性下降[4]，最終影響產(chǎn)量[5-7]，可見磷肥投入是保障作物高產(chǎn)的重要途徑之一。玉米是東北半干旱地區(qū)主要種植作物，現(xiàn)已大面積推廣應(yīng)用覆膜滴灌技術(shù)[8]，為高產(chǎn)高效玉米生產(chǎn)創(chuàng)造了極為有利的條件。但在覆膜滴灌玉米生產(chǎn)中，磷肥管理問題依然突出，由于磷肥進(jìn)入土壤后，易被土壤吸附、固持，大部分難以被當(dāng)季植物吸收利用[9]，因此存在當(dāng)季利用率低和較長的磷肥后效等特點(diǎn)[10-11]。然而，生產(chǎn)中人們在玉米磷肥管理上常忽略磷肥后效強(qiáng)這一特點(diǎn)，每年向農(nóng)田投入大量磷肥，根據(jù)對當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)在玉米生產(chǎn)中磷肥（P2O5）用量高達(dá)120—150 kg·hm-2，平均施磷（P2O5）用量為132 kg·hm-2，遠(yuǎn)高于當(dāng)前產(chǎn)量水平的磷素需求量與專家推薦量[12]，過量施入磷肥普遍存在。過量施磷不僅使肥料利用率低[13-14]、損失嚴(yán)重，同時(shí)還導(dǎo)致不可再生磷源的快速消耗[15]，并造成磷素在土壤中大量累積[16]，增加了水體富營養(yǎng)化等一系列環(huán)境問題的風(fēng)險(xiǎn)。為此，明確適宜磷肥用量，是當(dāng)前該區(qū)域覆膜滴灌條件下玉米高效生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)亟需解決的問題。【前人研究進(jìn)展】目前，前人關(guān)于玉米推薦施磷量的研究較多，并獲得了重要結(jié)論，但仍存在較大差異。如彭正萍等[17]研究發(fā)現(xiàn)，施磷可促進(jìn)玉米干物質(zhì)的積累，并有利于光合產(chǎn)物向籽粒中的分配與轉(zhuǎn)運(yùn)，提高玉米穗粒數(shù)和粒重，進(jìn)而提高產(chǎn)量，其中施磷量為90 kg·hm-2時(shí)，玉米干物質(zhì)與產(chǎn)量最高，施磷量過高或過低均有減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。趙靚等[18]在灌溉灰漠土上研究表明，當(dāng)磷肥投入量在150 kg·hm-2時(shí)，土壤速效磷含量與試驗(yàn)起始時(shí)相近，為磷肥最佳用量。邢月華等[19]通過對玉米產(chǎn)量與施磷量擬合，得出最佳經(jīng)濟(jì)施磷量為77—100 kg·hm-2?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究中最佳磷肥用量的確定大多僅基于玉米產(chǎn)量效應(yīng)、磷素吸收利用、土壤速效磷含量等某些單一指標(biāo)，對土壤磷素供應(yīng)特征與作物養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量效應(yīng)聯(lián)系不足，關(guān)于施磷對作物產(chǎn)量、磷素吸收利用與土壤磷素含量變化和農(nóng)田磷素收支平衡等因素的綜合研究相對較少，尤其是針對覆膜滴灌玉米磷肥適宜用量的研究更鮮見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在吉林省西部半干旱區(qū)覆膜滴灌栽培條件下，通過3年田間定位試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了覆膜滴灌條件下玉米不同磷肥用量對玉米產(chǎn)量、磷素吸收利用、土壤有效磷含量變化規(guī)律及土壤磷素平衡等方面的綜合影響，旨在探討維持玉米高產(chǎn)的前提下，確定節(jié)約型磷肥用量，以期為東北半干旱區(qū)玉米覆膜滴灌施肥技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本研究于2015—2017年在吉林省乾安縣父字村吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所試驗(yàn)站進(jìn)行，種植制度為一年一熟玉米連作，試驗(yàn)田塊土壤為淡黑鈣土，試驗(yàn)起始時(shí)0—20和20—40 cm土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況見表1。試驗(yàn)區(qū)是典型的半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔146.3 m，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均日照2 867 h，無霜期平均146 d，年平均氣溫5.6 ℃，年均降雨量425.8 mm。試驗(yàn)期間（2015—2017）玉米生長季不同月份溫度和降雨量見圖1。

圖1 2015—2017年玉米生育期降雨量與平均氣溫

Fig. 1 Precipitation and air temperature during growing season of maize from 2015 to 2017

表1 試驗(yàn)田土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)磷肥（P2O5）用量（0、40、70、100、130、160 kg·hm-2），分別用P0、P40、P70、P100、P130和P160表示。不同施磷處理氮（N）、鉀（K2O）肥用量相同，分別為210和90 kg·hm-2。氮肥按20%基肥+30%拔節(jié)肥+20%大喇叭口肥+20%抽雄肥+10%灌漿肥比例施用，磷肥按40%基肥+60%大喇叭口肥比例施用，鉀肥按60%基肥+40%大喇叭口肥比例施用，試驗(yàn)用氮、磷、鉀肥分別為尿素（N 46%），磷酸（P2O585%）和氯化鉀（K2O 60%）。田間試驗(yàn)小區(qū)面積為60 m2，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，2015—2017年種植玉米品種均為翔玉998，種植密度7.5×104株/hm2。播種日期分別為5月4日、5月7日和5月10日，收獲日期分別為9月30日、10月2日和10月5日。試驗(yàn)田采用大壟雙行覆膜栽培模式，相鄰兩壟間距130 cm，其中壟上行距40 cm，壟間行距90 cm，玉米播種后在土壤表面噴施除草劑進(jìn)行封閉防草，然后進(jìn)行覆膜，地膜寬度為120 cm。覆膜與鋪設(shè)滴灌帶同步進(jìn)行。滴灌帶選用內(nèi)鑲片式，滴頭間距離為30 cm，滴頭標(biāo)稱流量2.0 L·h。滴灌帶鋪設(shè)于大壟中間，每條滴灌帶澆灌2行玉米。3年玉米整個(gè)生育期灌水定額均為240 mm，其中在玉米播前、苗期和拔節(jié)期分別灌水20 mm，大喇叭口期、抽雄期和灌漿期分別灌水60 mm，共計(jì)6次，各處理單獨(dú)用水表控制同等灌水量。每小區(qū)均單獨(dú)配備壓差式施肥罐，容量為18 L。施肥開始前按各處理所需氮、磷、鉀肥分別加入各小區(qū)施肥罐，然后將施肥罐充滿水并攪拌，使其完全溶解，然后打開施肥閥進(jìn)行施肥，施肥時(shí)間為120 min，施肥后繼續(xù)滴清水30 min。試驗(yàn)田其他管理措施均按常規(guī)生產(chǎn)大田進(jìn)行。

1.3 樣品采集與測定

每季玉米成熟期采集不同施肥處理玉米植株樣品，每小區(qū)取玉米植株5株，分為莖稈和籽粒兩部分。105℃殺青30 min后，70℃烘干至恒重，測定干量。樣品稱重后經(jīng)粉碎，測定全磷含量，采用H2SO4-H2O2法聯(lián)合消煮，鉬銻抗比色法測定；于玉米播前和每季收獲后采集0—40 cm土壤樣品， 每20 cm分為一層，混勻過1 mm篩，測定土壤有效磷含量，采用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測定。

1.4 參數(shù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

收獲指數(shù)（harvest index）=籽粒產(chǎn)量/總生物量；

磷素表觀回收率（PRE，%）=（收獲期施磷區(qū)作物地上部吸磷量-不施磷區(qū)作物物地上部吸磷量）/施磷量×100；

磷素農(nóng)學(xué)利用率（PAE，kg·kg-1）=（施磷區(qū)作物產(chǎn)量-不施磷區(qū)玉米產(chǎn)量）/施磷量；

磷素偏生產(chǎn)力（PPFP，kg·kg-1）=施磷區(qū)產(chǎn)量/施磷量；

磷素表觀平衡（P balance，kg·hm-2）=施磷量-作物地上部吸磷量；

磷素盈余率（P surplus rate，%）=[(輸入-支出)/支出]×100。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SAS 9.0軟件進(jìn)行兩因素（年份和施磷處理）方差分析，處理間多重比較采用LSD-test（＜0.05）法；用Sigma Plot 10.0軟件制圖。

2 結(jié)果

2.1 不同施磷處理對玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表2可知，磷肥用量對玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)、百粒重和收獲指數(shù)影響顯著，對玉米穗數(shù)影響不顯著；年份對玉米產(chǎn)量、穗粒數(shù)和百粒重影響顯著，對收獲指數(shù)和穗數(shù)影響不顯著；而磷肥用量與年份兩因素間的交互效應(yīng)僅對籽粒產(chǎn)量影響顯著。相比于不施磷肥處理，施磷處理玉米產(chǎn)量增幅依次為6.2%—21.2%（2015年）、9.0%—20.6%（2016年）和12.9%—30.3%（2017年），3年平均增幅為9.2%—23.9%，差異均達(dá)顯著水平（＜0.05）。造成產(chǎn)量差異的原因是施磷處理玉米穗粒數(shù)、百粒重與收獲指數(shù)均高于不施磷肥處理，其中玉米穗粒數(shù)3年平均增幅為4.4%—9.2%，百粒重平均增幅為6.5%—13.3%；收獲指數(shù)平均增幅為2.9%—7.6%；而施磷對玉米穗數(shù)無明顯影響。在不同磷肥用量條件下，玉米產(chǎn)量隨磷肥用量的增加先升后降，以P100處理產(chǎn)量最高，當(dāng)磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，玉米產(chǎn)量呈下降趨勢，P130和P160處理3年平均玉米產(chǎn)量較最高玉米產(chǎn)量處理（P100）分別下降了1.6%和4.9%，其中P160處理降幅達(dá)顯著水平（＜0.05）。

表2 不同施磷處理玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示在5%水平上差異顯著。NS、*和**分別表示無顯著差異及在0.05和0.01水平上差異顯著。下同

Values followed by different letters in the same column are significantly different at 5% level. NS, *, ** indicate non-significant or significant at 0.05 or 0.01 level, respectively. The same as below

2.2 不同施磷處理對玉米磷肥利用效率的影響

磷素表觀回收率、磷素農(nóng)學(xué)利用率和磷素偏生產(chǎn)力是評價(jià)磷肥利用效率的重要指標(biāo)。由圖2可知，磷肥用量與年份對磷素表觀回收率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力有極顯著影響，而磷肥用量與年份兩因素間的交互效應(yīng)不顯著。在同一年份，玉米磷素表觀回收率、農(nóng)學(xué)利用率在磷肥用量40—100 kg·hm-2范圍內(nèi)差異不顯著（＞0.05），當(dāng)磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，磷素表觀回收率和農(nóng)學(xué)利用率呈顯著下降趨勢（＜0.05），而磷素偏生產(chǎn)力則表現(xiàn)為隨磷肥用量的增加顯著下降；在相同磷肥用量下，玉米磷素表觀回收率和農(nóng)學(xué)利用率隨試驗(yàn)?zāi)晗薜难娱L均有增加的趨勢。

圖中不同的小寫字母表示處理間達(dá)到顯著差異（P＜0.05）。下同

2.3 不同施磷處理對土壤有效磷含量的影響

圖3顯示，磷肥用量對0—20和20—40 cm土壤有效磷含量有極顯著影響，而年份對土壤有效磷含量影響不顯著，且磷肥用量與年份兩因素間的交互效應(yīng)不顯著。在同一年份，0—20和20—40 cm土壤有效磷含量隨磷肥用量的增加而增加；與試驗(yàn)起始時(shí)土壤有效磷含量相比（0—20 cm土層有效磷35.86 mg·kg-1；20—40 cm土層有效磷28.10 mg·kg-1），不施磷肥處理（P0）和低磷肥用量處理（P40、P70）土壤有效磷含量均呈下降趨勢，截止2017年玉米收獲后，P0、P40和P70處理土壤有效磷含量較初始值依次降低了19.3%、15.7%、7.8%（0—20 cm）和12.8%、3.5%、2.2%（20—40 cm），磷肥用量增加至100 kg·hm-2（P100），土壤有效磷含量與初始值基本保持平衡，當(dāng)磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，土壤有效磷含量較初始值表現(xiàn)出增加的趨勢，P130和P160處理土壤有效磷含量提高幅度依次為4.8%、5.1%（0—20 cm）和7.6%、10.6%（20—40 cm）。

2.4 不同施磷處理對農(nóng)田磷素收支表觀平衡的影響

根據(jù)連作周期內(nèi)磷肥投入量和作物地上部磷素吸收帶走量確定農(nóng)田磷素表觀平衡可知（表3），磷肥用量與年份對玉米地上部磷積累量、磷素表觀平衡和磷素盈余率均有極顯著影響，且磷肥用量及年份兩因素間的交互效應(yīng)顯著。與不施磷肥處理相比，施磷處理玉米地上部磷積累量增幅均達(dá)顯著水平（＜0.05），并隨磷肥用量的增加先升后降，其中以P100處理玉米地上部磷積累量最高，當(dāng)磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，玉米地上部磷積累量呈下降趨勢；而年際農(nóng)田磷素虧缺量和盈余率在磷肥用量0—70 kg·hm-2范圍內(nèi)隨磷肥用量的增加呈現(xiàn)遞減趨勢，磷肥用量增加至100 kg·hm-2，農(nóng)田磷素投入量和支出量基本平衡，當(dāng)磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，農(nóng)田磷素表觀平衡呈現(xiàn)盈余狀態(tài)。

表3 不同施磷處理農(nóng)田磷素收支表觀平衡

2.5 盈余率與施磷量、產(chǎn)量、土壤有效磷和磷肥利用效率的關(guān)系

由盈余率與施磷量、產(chǎn)量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率回歸分析結(jié)果可知（圖4），盈余率與施磷量呈極顯著的線性相關(guān)（＜0.01，0.992）；與玉米產(chǎn)量呈極顯著二次相關(guān)（＜0.01，0.849）；與0—20和20—40 cm土壤有效磷含量呈極顯著線性相關(guān)（0—20 cm，＜0.01，0.846；20—40 cm，＜0.01，0.841）；與磷素表觀回收率呈極顯著線性相關(guān)（＜0.05，0.927）；與磷素農(nóng)學(xué)利用率呈極顯著的二次相關(guān)（＜0.01，0.834）；與磷素偏生產(chǎn)力呈極顯著指數(shù)相關(guān)（＜0.01，0.972）。將回歸方程聯(lián)立并通過內(nèi)插法計(jì)算，當(dāng)盈余率為0時(shí)，磷肥用量為92.4 kg·hm-2，籽粒產(chǎn)量為12 497 kg·hm-2，0—20和20—40 cm土壤有效磷含量分別為34.6和28.4 mg·kg-1，磷素表觀回收率為24.1%，農(nóng)學(xué)利用率為21.9 kg·kg-1，偏生產(chǎn)力為146.1 kg·kg-1；計(jì)算所得的理論玉米產(chǎn)量、土壤有效磷含量與磷肥利用效率與實(shí)際最高產(chǎn)量處理（P100）間相近。以理論盈余率為0時(shí)施磷量的95%作為置信區(qū)間，求得施磷范圍在88—97 kg·hm-2。

圖3 不同施磷處理0—20 cm和20—40 cm土壤有效磷含量

圖4 盈余率與施磷量、產(chǎn)量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率的關(guān)系

3 討論

3.1 長期施用磷肥對玉米產(chǎn)量與構(gòu)成因素的影響

磷是作物生長發(fā)育過程中重要的大量元素之一，大量研究表明，施磷可顯著提高作物穗粒數(shù)和粒重，使產(chǎn)量增加[20-21]。但產(chǎn)量并不隨施磷量的增加無限增加，當(dāng)施磷量超過一定用量后，作物穗粒數(shù)和粒重下降，產(chǎn)量也隨之降低[22-23]。本研究中，由于受不同年份氣候條件差異影響，產(chǎn)量在年際間變異較大，其中2016年玉米產(chǎn)量明顯高于2015年和2017年，但施磷處理間玉米產(chǎn)量規(guī)律相似，施磷處理玉米產(chǎn)量均顯著高于不施磷肥處理。增產(chǎn)的主要原因在于施磷增加了玉米穗粒數(shù)、粒重和收獲指數(shù)，說明施磷通過提高作物生育后期葉片的光合速率[24]，促進(jìn)碳水化合物的合成與運(yùn)輸，增強(qiáng)灌漿強(qiáng)度[25-26]，使穗粒數(shù)和粒重得到提高，進(jìn)而提高光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的能力。然而磷肥用量并非越多越好，當(dāng)施磷量增加至130和160kg·hm-2，穗粒數(shù)和粒重呈下降趨勢，說明當(dāng)施磷量超過作物所需時(shí)，會(huì)使?fàn)I養(yǎng)體代謝過旺、玉米的呼吸強(qiáng)度加快，引起碳水化合物過度消耗，生殖器官提前發(fā)育，轉(zhuǎn)運(yùn)量下降[13,27-28]，導(dǎo)致穗粒數(shù)和粒重下降，最終影響作物產(chǎn)量[5]。

3.2 長期施用磷肥對磷肥利用的影響

肥料利用效率由于受氣候條件、土壤肥力、品種特性、養(yǎng)分管理及栽培措施等多方面影響，使其具有很大的差異。國際上用以表征農(nóng)田肥料利用效率的主要有肥料養(yǎng)分表觀回收率（RE）、肥料農(nóng)學(xué)利用率（AE）和肥料偏生產(chǎn)力（PFP）[29]，分別從不同角度描述了作物對磷肥的利用情況。一般來說，隨著施肥量的增加，肥料利用效率呈下降趨勢，往往作物獲得最高產(chǎn)量施肥量，其肥料利用效率并不是最高[13,18]。本研究結(jié)果也表明，2015—2017年，施磷量40—100 kg·hm-2時(shí)，玉米產(chǎn)量呈增加趨勢，而磷素表觀回收率和偏生產(chǎn)力均隨施磷量的增加而下降。可見，雖然低施磷量處理（P40、P70）磷素表觀回收率和偏生產(chǎn)力較高，但玉米產(chǎn)量低于適當(dāng)?shù)母呤┝琢刻幚恚≒100），因此，如何在增產(chǎn)或穩(wěn)產(chǎn)的前提下，保障較高的磷肥利用效率，仍是合理施磷的關(guān)鍵。

3.3 長期施用磷肥對土壤有效磷含量與農(nóng)田磷素表觀平衡的影響

植物生長發(fā)育所需磷素主要來自于土壤，土壤是植物生長的養(yǎng)分“庫”。而磷肥投入是補(bǔ)充土壤磷素含量和維持土壤供磷能力的重要途徑[30]，因此合理施磷量的確定除了要考慮產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和肥料利用效率等指標(biāo)外，施磷肥后土壤磷素變化和農(nóng)田磷素平衡狀況也應(yīng)作為評價(jià)一項(xiàng)施肥技術(shù)措施優(yōu)劣的重要依據(jù)。楊軍等[31]認(rèn)為，在磷素肥力較低的土壤上，增加磷肥投入對提高土壤有效磷含量和作物穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)，以及土壤質(zhì)量提升是必需的。然而磷肥投入量并非越高越好，吳啟華等[32]研究表明，過量施磷不僅不利于玉米高產(chǎn)，還會(huì)造成大量磷素在土壤中積累，使土壤有效磷含量較試驗(yàn)始時(shí)大幅提高。而魯如坤等[33]指出，土壤磷素含量受多種因素影響，其中作物的吸收攜出是土壤磷素最主要的支出項(xiàng)，當(dāng)作物吸收的磷低于磷肥用量時(shí)，土壤磷素就會(huì)出現(xiàn)盈余。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)玉米吸收帶走的磷高于磷肥施用量時(shí)，土壤磷素為虧缺狀態(tài)，有效磷含量較試驗(yàn)起始時(shí)也有所下降；而當(dāng)作物吸收帶走的磷低于磷肥的施用量時(shí)，土壤磷素表現(xiàn)為盈余狀態(tài)，有效磷含量也較試驗(yàn)起始時(shí)大幅提高?？梢?，磷肥供應(yīng)不足，使土壤中的磷素耗竭，影響其生產(chǎn)力，而磷肥供應(yīng)過量會(huì)導(dǎo)致土壤中磷素大量積累，在降雨和灌溉水作用下，極易產(chǎn)生淋溶至土壤深處，增加了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)[34]。

3.4 玉米磷肥適宜用量的確定

目前，關(guān)于肥料適宜用量確定大多采用施肥量與作物產(chǎn)量進(jìn)行擬合，一般通過一元二次模型、線性加平臺模型、指數(shù)模型和平方根模型等計(jì)算出肥料適宜用量[35]，然而這些結(jié)果并未將施肥對土壤養(yǎng)分變化與農(nóng)田養(yǎng)分收支平衡等因素考慮在內(nèi)[36]，確定的推薦施肥量雖然能獲得最高產(chǎn)量或最佳經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，卻未必能維持農(nóng)田養(yǎng)分平衡[37]，因此肥料適宜用量確定在關(guān)注玉米產(chǎn)量效應(yīng)的同時(shí)還應(yīng)考慮土壤養(yǎng)分變化和農(nóng)田養(yǎng)分收支平衡。寧運(yùn)旺等[38]通過以土壤氮素平衡作為氮肥推薦的依據(jù)，提出的適宜施氮量可顯著降低土壤氮素盈余。本研究通過對磷肥用量與磷素表觀盈余率擬合發(fā)現(xiàn)，兩者呈極顯著線性正相關(guān)，因此研究盈余率與玉米產(chǎn)量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率的關(guān)系更為直觀。本研究結(jié)果表明，盈余率與玉米產(chǎn)量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率均呈極顯著的二次、線性和指數(shù)相關(guān)，當(dāng)盈余率為0時(shí)，施磷量為92.4 kg·hm-2，籽粒產(chǎn)量為12 497 kg·hm-2，0—20和20—40 cm土壤有效磷含量分別為34.6和28.4 mg·kg-1，磷素表觀回收率為23.0%，農(nóng)學(xué)利用率為21.9 kg·kg-1，偏生產(chǎn)力為 146.1 kg·kg-1；計(jì)算所得玉米理論產(chǎn)量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率與實(shí)際最高產(chǎn)量處理（P100）相對應(yīng)的玉米產(chǎn)量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率結(jié)果相近，由此可以確定施磷量92.4 kg·hm-2為最佳磷肥用量。以理論盈余率為0時(shí)施磷量的95%作為置信區(qū)間，計(jì)算施磷范圍在88—97 kg·hm-2，該施磷范圍內(nèi)既可保證玉米產(chǎn)量又能維持土壤磷素平衡，可以作為覆膜滴灌施磷條件下磷肥適宜用量依據(jù)。

4 結(jié)論

在覆膜滴灌條件下，與不施磷肥處理相比，施磷對玉米具有顯著的增產(chǎn)效果，并隨施磷量的增加呈先升后降趨勢，其中以P100處理玉米產(chǎn)量最高；磷素表觀回收率和磷素偏生產(chǎn)力均隨施磷量的增加而下降，磷素農(nóng)學(xué)利用率隨施磷量的增加先升后降。與不施磷肥處理相比，隨施磷量和施磷年限的增加，0—40 cm土壤有效磷含量呈增加趨勢，其中P100處理土壤有效磷含量與試驗(yàn)起始時(shí)土壤有效磷含量相近。農(nóng)田磷素收支平衡中，磷肥用量為92.4 kg·hm-2時(shí)，農(nóng)田磷素投入量和支出量基本平衡，以理論盈余率為0時(shí)施磷量95%置信區(qū)間內(nèi)，得出最佳施磷范圍在88—97 kg·hm-2。

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Research on optimum phosphorus fertilizer rate based on maize yield and phosphorus balance in soil under film mulched drip irrigation conditions

HOU YunPeng, WANG LiChun, LI Qian, YIN CaiXia, QIN YuBo, WANG Meng, WANG YongJun, KONG LiLi

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Jilin Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast China, Ministry of Agriculture, Changchun 130033)

【】In order to improve phosphorus efficiency and reduce environmental risk due to a large number of phosphorus application under mulched drip irrigation in northeast semi-arid region for maize production, a 3-year field experiment was conducted to investigate the effects of different phosphorus application rates on maize yield, phosphorus utilization efficiency and soil phosphorus supply ability, so as to provide scientific references for rational phosphorus fertilizer application in this region. 【】The field experiment was conducted in semi-arid maize production region of Jilin province (Qian'an county) from 2015 to 2017. Six treatments of phosphorus application rate (P2O) were designed in the field experiments, including 0 (P0), 40 kg·hm-2(P40), 70 kg·hm-2(P70), 100 kg·hm-2(P100), 130 kg·hm-2(P130) and 160 kg·hm-2(P160), which were used for the calculation of phosphorus uptake, phosphorus utilization efficiencies and apparent phosphorus balance in the soil-crop system. The measurement indexes contained maize yield and its components, phosphorus content of plant at mature stage and soil available phosphorus concentration. 【】The result showed that the maize yield with phosphorus application were significantly increased by 6.2%-21.2% (2015), 9.0%-20.6% (2016) and 12.9%-30.3% (2017) respectively, and increment by 9.2%-23.9% in average three years. The yield was enhanced by increasing grains per ear, 100-kernel weight and harvest index by applying phosphorus fertilizer. Maize yield increased at first and decreased later with increasing of phosphorus application rate, and the highest yield value was found under P100treatment. Phosphorus recovery efficiency and partial productivity declined, however, phosphorus agronomic efficiency increased at first and decreased later with increasing of phosphorus application rate. Available phosphorus content in soil layer (0-40 cm) was improved with the increasing of phosphorus application rate and period compared with P0treatment, and the content under P100treatment was very close to its initialization value. The apparent phosphorus balance in soil was negative in the P0, P40and P70treatments after a three-year continuous maize-cropping, and the phosphorus deficient amount was decreased with the increment of phosphorus application rate. While the apparent phosphorus balance in soil was positive under the P100, P130and P160treatments, and phosphorus surplus amount was increasing with the increment of phosphorus application rate. When surplus rate was 0, phosphorus application rate, maize yield, available phosphorus content in 0-20 cm and 20-40 cm soil, phosphorus recovery efficiency, agronomic efficiency and partial productivity were 92.4 kg·hm-2, 12 497 kg·hm-2, 34.6 mg·kg-1, 28.4 mg·kg-1, 24.1%, 21.9 kg·kg-1and 146.1 kg·kg-1, respectively, by simulating between phosphorus application rate (y1), soil available phosphorus content (y2), phosphorus utilization efficiency (y3) and surplus rate (x), respectively. These results were similar to maize yield, soil available phosphorus content and phosphorus utilization efficiency under the maximum yield under the P100treatment. The optimum phosphorus application rate was at the range of 88-97 kg·hm-2under 95% confidence levels, when theoretical surplus rate was 0. 【】The results suggested that the recommended phosphorus application rate was at the range of 88-97 kg·hm-2, which could not only ensure higher maize yield, but also keep soil phosphorus balance under this experimental conditions. The research provided phosphorus fertilizer management for both high-yielding maize production and friendly environment under mulched drip irrigation conditions in northeast semi-arid region of Jilin province.

phosphorus application rate; phosphorus utilization efficiency; maize yield; available phosphorus content; phosphorus balance

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.008

2018-07-22；

2018-10-16

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFD0300200，2017YFD0300604）、吉林省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程自由創(chuàng)新項(xiàng)目（CXGC2018ZY013）、國際植物營養(yǎng)研究所（IPNI）項(xiàng)目（BFDP-Jilin-2018）

侯云鵬，E-mail：exceedfhvfha@163.com。

王永軍，E-mail：yjwang2004@126.com。通信作者孔麗麗，E-mail：kongll2000@126.com

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）