長期施肥對黑壚土冬小麥、玉米產(chǎn)量和磷素利用效率的影響

裴瑞娜

（甘肅省天水市麥積區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 天水 741020）

聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的資料顯示，1980— 2002年我國的化肥用量增長了61%，而糧食產(chǎn)量只增加了31%［1］。施肥是提高糧食產(chǎn)量和土壤培肥的主要方式，然而由于磷在土壤中難移動、易固定，導(dǎo)致磷肥回收率低［2-4］。因此，闡明長期施肥下土壤磷庫的演變特征，提高磷肥的利用效率是我國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究重要的問題，對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要的理論意義和實踐價值［5］。有關(guān)小麥、玉米的產(chǎn)量和磷肥效率的研究已有很多報道，但不同地區(qū)、不同施肥條件下小麥和玉米的產(chǎn)量、磷素的吸收、利用有所差異。魯如坤認(rèn)為全國旱田磷肥的當(dāng)季利用率在15%～25%［6］。黃紹敏對河南潮土的研究發(fā)現(xiàn)，在施磷量相同（165 kg/hm2）情況下，施用氮磷鉀化肥和氮磷化肥小麥磷肥回收率最高，分別為68.4%和46.0%，是最佳施肥配合［7］。張少民等在黃土高原地區(qū)的研究表明，施用氮磷化肥或氮磷鉀肥料配施是提高小麥產(chǎn)量和磷肥回收率的有效措施［8］。黃蓋粘黑壚土上有機(jī)肥和磷肥配施的小麥磷肥回收率為13.1%［9］。綜上所述，前人的研究多集中于對不同氮磷鉀化肥及有機(jī)肥的配施處理間磷肥回收率進(jìn)行對比，對相同地區(qū)不同作物之間的磷肥回收率時間變化趨勢及其參數(shù)研究較少。鑒于上述情況，筆者在長期定位試驗的基礎(chǔ)上研究了不同施肥對冬小麥、玉米的產(chǎn)量和土壤肥力影響，比較了冬小麥、玉米對養(yǎng)分吸收利用的差異性，以期為黃土區(qū)旱地合理施肥、提高磷肥效率和作物增產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗設(shè)在典型黑壚土區(qū)甘肅省平?jīng)鍪懈咂皆囼炥r(nóng)場（北緯35°16′，東經(jīng)107°30′，海拔1 254 m），屬于典型的黃土高原半濕潤偏旱區(qū)。當(dāng)?shù)啬昶骄邓?40 mm，其中60%集中在7、8、9月，年均氣溫8℃，年均蒸發(fā)量1 384 mm，干燥度 0.39，無霜期 172 d；年日照輻射量約 550 kJ/cm2，≥10℃積溫2 800℃。試驗始于1978年，當(dāng)時耕層（0~20 cm）土壤含有機(jī)質(zhì)10.75 g/kg、全氮0.95 g/kg、全磷0.57 g/kg、堿解氮65.90 mg/kg、有效磷 6.77 mg/kg、速效鉀 163.20 mg/kg。1979—1993年試驗按2 a春玉米與4 a冬小麥的一年一熟輪作周期進(jìn)行，1993—1998年為冬小麥連作，1999年種植高粱，2000年種植大豆，2001—2004為冬小麥連作，2005—2006為玉米連作，2007年種植冬小麥。

1.2 供試材料

供試氮肥為尿素（含N46%），磷肥為普通過磷酸鈣（含P2O512%），農(nóng)家肥為牛馬廄肥。供試作物秸稈為上季作物秸稈。

1.3 試驗方法

試驗為長期定位試驗，共設(shè)6個處理，即不施肥處理（CK）、N處理（單施N 90 kg/hm2）、NP處理（氮磷肥配合施用，N 90 kg/hm2+P 30 kg/hm2）、SNP處理（氮磷肥和秸稈配合施用，秸稈3 750 kg/hm2+N 90 kg/hm2+P 30 kg/hm2）、M處理（單施有機(jī)肥75 000 kg/hm2）、MNP處理（氮磷肥和有機(jī)肥配合施用，有機(jī)肥75 000 kg/hm2+N 90 kg/hm2+P 30 kg/hm2）。試驗采用多次重復(fù)法排列，重復(fù)3次，共18個小區(qū)，小區(qū)面積220 m2。在上季作物收獲后及時將作物秸稈粉碎并深翻施入，氮肥、磷肥和農(nóng)家肥在播前作基肥一次性施入。每年作物成熟時，玉米和冬小麥每小區(qū)分別收獲40 m2和20 m2，單收測產(chǎn)。每季作物收獲后每小區(qū)分3個點取0～15 cm耕層土樣，混合后風(fēng)干、過篩，用于土壤全氮、全磷、有效磷、有效鉀和有機(jī)質(zhì)分析。土壤全磷用H2SO4-HClO4消煮-鉬銻抗比色法測定，土壤有效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，植物樣品全磷用H2SO4-H2O2消煮-鉬銻抗比色法測定［10］。

1.4 計算公式和統(tǒng)計分析

作物吸磷量（kg/hm2）=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）×籽粒含磷量（%）+秸稈產(chǎn)量（kg/hm2）×秸稈含磷量（%）

磷肥農(nóng)學(xué)利用效率（kg/kg）=（施磷肥區(qū)作物產(chǎn)量-不施磷肥區(qū)作物產(chǎn)量）/施磷量

磷肥回收率（%）=（施磷肥區(qū)作物吸磷量-不施磷肥區(qū)作物吸磷量）/施磷量

式中的施磷量為施用的總P量，包括無機(jī)化肥、有機(jī)肥和秸稈中的P量。

采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行冬小麥和玉米產(chǎn)量、冬小麥和玉米的吸磷量、冬小麥和玉米磷肥累積利用率的時間變化趨勢線模擬及顯著性檢驗（P<0.05）［11-12］。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期施肥對冬小麥、玉米產(chǎn)量的影響

長期施肥條件下，施用磷肥處理（NP、SNP、M、MNP）的冬小麥和玉米的平均產(chǎn)量均顯著高于不施磷肥處理（CK、N），而各試驗點施用磷肥處理之間的冬小麥平均產(chǎn)量無顯著差別（圖1）。說明在黑壚土上，施用磷肥對提高作物的產(chǎn)量有重要作用。不施磷肥條件下（CK、N），冬小麥產(chǎn)量為1 603～2 270 kg/hm2，玉米的產(chǎn)量為3 010～3 289 kg/hm2。施用磷肥條件下（NP、SNP、M、MNP），冬小麥產(chǎn)量為 3 519～4 621 kg/hm2，玉米產(chǎn)量為5 303～6 332 kg/hm2?？梢娛┯昧追试谟衩咨系脑霎a(chǎn)作用大于冬小麥，說明玉米對磷肥的依賴性比冬小麥強(qiáng)，施肥效果明顯。

圖1 長期施肥不同處理下冬小麥和玉米的平均產(chǎn)量

圖2 長期不同施肥處理下冬小麥和玉米的吸磷量的變化

2.2 長期施肥對冬小麥、玉米吸收磷素的影響

冬小麥和玉米植株體內(nèi)的磷素主要分布在籽粒上，秸稈的含磷量相對較低。長期施用磷肥和有機(jī)肥處理（NP、SNP、M、MNP）的冬小麥和玉米吸磷量均高于不施磷的處理（CK、N）（圖2）。長期不施肥（CK）和施N條件下，黑壚土冬小麥吸磷量從開始的3.9、3.2 kg/hm2，分別上升至26 a后的4.4、6.6 kg/hm2，玉米從9.5、7.8 kg/hm2上升至28 a后的12.7、10.1 kg/hm2；而NP、SNP、M、MNP處理的冬小麥和玉米的吸磷量隨時間的延長而顯著升高，NP、SNP、M、MNP處理的冬小麥的吸磷量由開始年份的4.2、5.7、5.5、6.9 kg/hm2，分別上升至26 a后的10.0、12.9、10.3、14.4 kg/hm2，而玉米NP、SNP、M、MNP處理的吸磷量由開始年份的20.2、15.9、17.5、23.1 kg/hm2，分別上升至 28 a后的 26.9、31.1、32.7、39.7 kg/hm2。經(jīng)方差分析，冬小麥和玉米的吸磷量在施磷和不施磷處理間的差異顯著（圖3），說明黑壚土玉米的吸磷能力高于冬小麥。施入土壤中的磷肥，除被作物吸收利用外，其余被土壤固定，部分轉(zhuǎn)化為難溶性的磷酸鹽。由于長期施用磷肥，土壤磷的形態(tài)發(fā)生明顯變化，作物吸收磷的數(shù)量亦有很大差別。以冬小麥為例，經(jīng)過26 a的種植，不施肥冬小麥的地上部分（籽粒+秸稈）平均每年從土壤中帶走P 4.9 kg/hm2，N處理的冬小麥平均每年從土壤中帶走P 5.5 kg/hm2；NP處理和施M處理中等，為11.0 kg/hm2和10.8 kg/hm2；而SNP處理和MNP處理最高，分別為11.4 kg/hm2和14.6 kg/hm2（圖2）。

圖3 冬小麥和玉米的平均吸磷量

圖4 長期施肥下冬小麥、玉米的磷肥農(nóng)學(xué)利用效率和磷肥回收率

2.3 長期施肥對冬小麥、玉米磷肥農(nóng)學(xué)利用效率的影響

對冬小麥、玉米長期施肥條件下的磷肥農(nóng)學(xué)利用效率隨時間的變化趨勢進(jìn)行線性模擬，結(jié)果表明，所有施磷處理（NP、SNP、M、MNP） 隨時間變化不大。在試驗期內(nèi)，冬小麥、玉米的磷肥農(nóng)學(xué)利用效率變異較大，上下波動而沒有明顯的變化趨勢（圖4、表1）。經(jīng)過一定時間（28 a）的施肥以后，所有施磷處理玉米的農(nóng)學(xué)利用效率為12.42～77.10 kg/kg，冬小麥的農(nóng)學(xué)利用效率為9.13～73.41 kg/kg。其中以NP處理的農(nóng)學(xué)利用效率最高，而M處理的農(nóng)學(xué)利用效率最低，這與M處理中大量投入的磷素有關(guān)。在NP處理條件下，每投入1 kg磷肥，冬小麥產(chǎn)量增加73.41 kg，玉米產(chǎn)量增加77.10 kg；而SNP處理條件下，每投入1 kg磷肥，冬小麥產(chǎn)量增加12.89 kg，玉米增加14.78 kg；M處理條件下，每投入1 kg磷肥，冬小麥產(chǎn)量增加9.13 kg，玉米增加12.42 kg；MNP處理條件下，每投入1 kg磷肥，冬小麥產(chǎn)量增加12.51 kg，玉米產(chǎn)量增加15.21 kg。玉米所有施磷處理的農(nóng)學(xué)利用效率均高于冬小麥。對各處理冬小麥、玉米的磷肥農(nóng)學(xué)利用效率的年平均變化量進(jìn)行比較（表1），結(jié)果表明，不同處理間的差異不顯著。所有施磷處理玉米的農(nóng)學(xué)利用效率均高于冬小麥，說明在黑壚土上，每投入1 kg磷肥增加的玉米籽粒產(chǎn)量高于冬小麥籽粒產(chǎn)量。

表1 長期不同施肥下冬小麥、玉米的磷肥農(nóng)學(xué)利用效率和磷肥回收率變化

2.4 長期施肥對冬小麥、玉米的磷肥回收率的影響

冬小麥和玉米的磷肥回收率上下波動而變化趨勢不明顯（圖4、表1）。經(jīng)過一定時間（28 a）的施肥以后，所有施磷處理玉米季的磷肥回收率平均為5.18%～30.15%，冬小麥季為2.93%～20.07%。其中NP處理的磷肥回收率最高，而M處理的最低，這與M處理中大量投入的磷素遠(yuǎn)高于化學(xué)磷肥有關(guān)。NP處理下，冬小麥和玉米季的磷肥回收率平均分別為20.07%和30.15%；SNP處理下，冬小麥和玉米季的磷肥回收平均分別為3.47%和5.31%；M處理下，冬小麥和玉米季的磷肥回收平均分別為2.93%和5.18%；MNP處理下，冬小麥和玉米季的磷肥回收平均分別為4.15%和6.79%。所有施磷處理下，玉米的磷肥回收率均高于冬小麥，且玉米的磷肥回收率平均較冬小麥高50.2%～76.6%。

3 小結(jié)與討論

1） 以甘肅省平?jīng)鍪?979—2007年的長期定位肥料試驗為基礎(chǔ)，研究了黑壚土長期不同施肥方式和施肥量對冬小麥和玉米的產(chǎn)量、磷素吸收利用的影響。結(jié)果表明，長期施磷［氮磷肥配合施用（NP）、氮磷肥和秸稈配合施用（SNP）、單施有機(jī)肥（M）、氮磷肥和有機(jī)肥配合施用（MNP）］處理的冬小麥產(chǎn)量為 3 519～4 621 kg/hm2，玉米為5 303～6 332 kg/hm2，二者均較不施磷肥處理［不施肥（CK）、單施氮肥（N）］提高了2～4倍，且施磷處理之間無顯著差異。冬小麥和玉米長期施用磷肥處理（NP、SNP、M、MNP）的吸磷量均高于不施磷處理（CK、N），所有施磷處理的玉米吸磷量均高于冬小麥。經(jīng)過28 a的施磷處理，玉米的農(nóng)學(xué)利用效率平均為12.42～77.10 kg/kg，冬小麥的農(nóng)學(xué)利用效率平均為9.13～73.41 kg/kg，每投入1 kg磷肥增加的玉米籽粒產(chǎn)量高于冬小麥籽粒產(chǎn)量。所以在黑壚土上施磷時應(yīng)冬小麥重施，玉米輕施。所有施磷處理玉米季的磷肥回收率平均為5.18%～30.15%，冬小麥季平均為2.93%～20.07%。其中NP的磷肥回收率最高，均高于其他施磷處理。所有施磷處理下，玉米的年均磷肥回收率均高于冬小麥，且玉米的磷肥回收率較冬小麥高50.2%～76.6%。

2）我國目前冬小麥生產(chǎn)中，肥料的當(dāng)季利用率不高，提高肥料利用率對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。本研究分析了長期不同施肥下冬小麥和玉米的產(chǎn)量、磷素吸收、農(nóng)學(xué)利用效率、磷肥回收率的差異及其時間變化特征，結(jié)果表明，冬小麥的平均產(chǎn)量在氮磷肥和有機(jī)肥配合施用時效果最好，增產(chǎn)率達(dá)244.28%；其次是氮磷肥和秸稈配合施用、氮磷肥配合施用、單施有機(jī)肥，增產(chǎn)率依次是217.35%、188.11%和156.10%；單施氮肥較不施肥處理增產(chǎn)41.66%。玉米的平均產(chǎn)量也以氮磷肥和有機(jī)肥配合施用效果最好，增產(chǎn)率為146.76%；其次是氮磷肥和秸稈配合施用、氮磷肥配合施用、單施有機(jī)肥，增產(chǎn)率依次是122.27%、106.88%和103.00%。單施氮肥較對照不施肥處理增產(chǎn)9.25%。冬小麥和玉米的增產(chǎn)順序由大到小均為氮磷肥和有機(jī)肥配合施用（MNP）、氮磷肥和秸稈配合施用（SNP）、氮磷肥配合施用（NP）、單施有機(jī)肥（M）、單施氮肥（N）、不施肥（CK）。可見化肥和有機(jī)肥只有合理配合施用，才能獲得高產(chǎn)［13-15］。

3） 黑壚土長期施磷處理下，冬小麥和玉米的農(nóng)學(xué)利用效率和磷肥回收率的變化率變化不大，施用磷肥可以持續(xù)保持冬小麥、玉米的磷肥農(nóng)學(xué)利用效率和磷肥回收率，但玉米季的農(nóng)學(xué)利用效率和回收率均高于冬小麥。對冬小麥、玉米的農(nóng)學(xué)利用效率和磷肥回收率的分析表明，經(jīng)過28 a的施磷處理，玉米季農(nóng)學(xué)利用效率平均為12.42～77.10 kg/kg，冬小麥農(nóng)學(xué)利用效率平均為9.13～73.41 kg/kg，冬小麥季農(nóng)學(xué)利用效率由高到低的順序為：氮磷肥配合施用（NP）、氮磷肥和有機(jī)肥配合施用（MNP）、氮磷肥和秸稈配合施用（SNP）、單施有機(jī)肥（M）。其中氮磷肥配合施用（NP）處理的農(nóng)學(xué)利用效率最高，而單施有機(jī)肥（M）處理的農(nóng)學(xué)利用效率最低，這與有機(jī)肥處理大量投入的磷素有關(guān)。玉米季磷肥回收率的平均值為5.18%～30.15%，冬小麥季磷肥回收率的平均值為2.93%～20.07%。本研究中磷肥的當(dāng)季回收率都較前人的研究結(jié)果低。如黃紹敏對河南潮土的研究發(fā)現(xiàn)，在施磷量相同（165 kg/hm2）情況下，施用化肥NPK和NP冬小麥磷肥回收率最高，分別為68.4%和46.0%，是最佳施肥配合［7］。前人在稻田、旱地、酸性土、堿性土上的研究均認(rèn)為磷肥都具有明顯的殘效，而且施磷量越低的土壤磷肥的效率越高［16-17］，這與本研究的結(jié)果一致。本研究表明，NP處理的磷肥回收率較其余施磷（SNP、M、MNP）處理高，這可能與有機(jī)肥投入的大量磷素以有機(jī)磷為形態(tài)儲存于土壤［18］，降低了磷肥的利用效率有關(guān)。

［1］ Food and Agriculture Organization.Statistical databases［S］.Food and Agriculture Organization（FAO）of the U－nited Nations，2004.

［2］ 魯如坤，史陶鈞.土壤磷素在利用過程中的消耗與累積［J］. 土壤通報，1980（5）：6-8.

［3］ 楊學(xué)云，孫本華，馬路軍，等.黃土施肥效應(yīng)與肥力演變的長期定位監(jiān)測研究Ⅰ.長期施肥的產(chǎn)量效應(yīng)［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2002，8（增刊）：66-70.

［4］ 李俊良，張瑞清，趙榮芳，等.華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作體系的農(nóng)田養(yǎng)分平衡模式［J］. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2003，5（增刊）：40-44.

［5］ 陳 倩，穆環(huán)珍，黃衍初，等.木質(zhì)素對土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化及對磷有效性的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2003，22（6）：745-748.

［6］ 魯如坤，劉鴻翔，聞大中，等.我國典型地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和平衡研究Ⅴ.農(nóng)田養(yǎng)分平衡和土壤有磷、鉀消長規(guī)律［J］. 土壤通報，1996，27（6）：241-242.

［7］ 黃紹敏，寶德俊.長期施肥對潮土土壤磷素利用與積累的影響［J］. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39（1）：102-108.

［8］ 陳 磊，郝明德，張少民.黃土高原長期施肥對冬小麥產(chǎn)量及肥料利用率的影響［J］.麥類作物學(xué)報，2006，26（5）：101-105.

［9］ 黨廷輝，高長青，彭 琳，等.長武旱塬輪作與肥料長期定位試驗［J］. 水土保持研究，2003，10（1）：61-64.

［10］ 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

［11］ 李韻珠，王鳳仙，黃元仿.土壤水分和養(yǎng)分利用效率幾種定義的比較［J］. 土壤通報，2000，31（4）：150-155.

［12］ TAKAHASHI S，ANWAR M R.Wheat grain yield，phosphorus uptake and soil phosphorus fraction after 23 years of annual fertilizer application to an Andosol［J］.Field Crops Research 2007，101：160-171.

［13］ 黃紹敏，寶德俊，皇甫湘榮，等.長期定位施肥冬小麥的肥料利用率研究［J］.麥類作物學(xué)報，2006，26（2）：121-126.

［14］ JOHNSTON A E，POULTON PR.The role of phosphorus in crop produc-tion and soil fertility：150 years field experiments at Rothamsted.In：Schultz J J.ed.Phosphate Fertilizers and the Environment［M］.UK.IFDC.Muscle Shoals.AL.1992：45-64.

［15］ 徐明崗，梁國慶，張夫道.中國土壤肥力演變［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)出版社，2006.

［16］ 周寶庫，張喜林.長期施肥對黑土磷素積累、形態(tài)轉(zhuǎn)化及其有效性影響的研究［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2005，11（2）：143-147.

［17］ 劉 一.施肥對黃土高原旱地冬小麥產(chǎn)量及土壤肥力的影響［J］. 水土保持研究，2003，10（1）：40-42.

［18］ 李中陽.我國典型土壤長期定位施肥下土壤無機(jī)磷的變化規(guī)律研究［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2007.