施磷量對旱地全膜雙壟溝播玉米產(chǎn)量土壤速效磷和磷肥利用率影響

唐文雪，馬忠明，王景才，盧　穎

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所, 甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學研究院， 甘肅 定西 741100； 4.四川農(nóng)業(yè)大學， 四川 雅安 625014)

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施磷量對旱地全膜雙壟溝播玉米產(chǎn)量土壤速效磷和磷肥利用率影響

唐文雪1，馬忠明2，王景才3，盧穎4

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所, 甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學研究院， 甘肅 定西 741100； 4.四川農(nóng)業(yè)大學， 四川 雅安 625014)

針對黃土高原半干旱區(qū)春玉米全膜雙壟溝播栽培中施肥不科學和磷肥利用率低的問題， 2011—2013年在甘肅省定西市安定區(qū)設置了三年定位試驗，研究了P2O5投入量為0 kg·hm-2(CK)、120 kg·hm-2(P1)、240 kg·hm-2(P2)和480 kg·hm-2(P3)對春玉米產(chǎn)量、土壤速效磷及磷肥利用效率的影響。結(jié)果表明：磷肥能顯著增加玉米產(chǎn)量，但過量投入磷肥會使玉米減產(chǎn)，玉米產(chǎn)量整體表現(xiàn)為P1>P2>P3>CK；在同一生育時期，隨著施磷量的增加，土壤速效磷累積量呈增加趨勢；隨著種植年限延長，施磷處理土壤速效磷累積量增幅呈增大趨勢，與2011年播前基礎量相比，2013年收獲后累積量增加53.6%～208.5%； 磷肥利用率隨施磷量的增加而降低，優(yōu)化施磷量下，磷肥當季和累計利用率達到最大，為15.51%、13.91%。綜合考慮玉米產(chǎn)量、磷肥利用率和生態(tài)環(huán)境安全，P2O5的投入量以120 kg·hm-2為宜。

速效磷累積量；磷肥利用率；產(chǎn)量；全膜雙壟溝播栽培；春玉米

磷素是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素之一。據(jù)統(tǒng)計，全世界約有43%的耕地缺磷,我國也有2/3農(nóng)田嚴重缺磷[1]。但是，部分地區(qū)由于長期大量施用磷肥而造成土壤中磷的富積[2],使磷肥的利用率降低, 我國當季作物磷肥利用率只有15%～25%[3-4]。磷肥超量施用以及磷肥利用率下降使得農(nóng)業(yè)面源污染日趨嚴重。合理利用磷肥,提高磷肥利用率[5-6]一直是農(nóng)業(yè)研究的重點。黃土高原半干旱區(qū)自然降水少且與農(nóng)作物需水供需錯位,糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)。全膜雙壟溝播玉米栽培技術(shù)是目前我國干旱半干旱地區(qū)大面積推廣的一項高產(chǎn)栽培技術(shù)，該技術(shù)體系集壟面集流、覆膜抑蒸、壟溝種植技術(shù)于一體，大幅度提高了土壤水分的利用率，使玉米等作物增產(chǎn)30%以上[7-8],在旱作農(nóng)田降水高效利用方面取得了重大突破。2014年在甘肅省推廣種植超過82.1萬hm2。此種植模式下，劉宏勝等對玉米土壤全磷的時空變化、氮磷養(yǎng)分含量的動態(tài)變化進行了研究[9-10]。但磷素的吸收利用累積及不同施磷量對玉米磷肥利用率、產(chǎn)量的影響研究相關報道很少。本試驗以春玉米為試驗材料，在氮肥合理配施的基礎上，研究不同施磷量對土壤速效磷、玉米產(chǎn)量及磷肥利用率的的影響，旨在為該區(qū)玉米高產(chǎn)高效、合理施用磷肥、有效降低農(nóng)田污染提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2011—2013年在定西市農(nóng)業(yè)科學研究院綜合試驗站進行。試驗區(qū)屬中溫帶半干旱區(qū)，作物一年一熟，無灌溉，為典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。平均海拔2 000 m，年均太陽輻射591.89 kJ·cm-2，日照時數(shù)2 476.6 h，年均氣溫6.4℃，≥0℃積溫2 933.5℃，≥10℃積溫2 239.1℃，無霜期140 d。多年平均降水390.9 mm，年蒸發(fā)量1 531 mm，干燥度3.92，20%、50%、75%、95%保證率的降水量為462.5、390.8、341.3、283.1 mm，年降水量>462.5 mm為豐水年，390.8～462.5 mm為正常年，<390.8 mm為枯水年。試驗土壤為黃土正常新成土，土壤耕作層有機質(zhì)含量為13.2 g·kg-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.85、1.35、2.95 g·kg-1。水解氮含量33.2 mg·kg-1，速效磷含量11.35 mg·kg-1，速效鉀含量186.35 g·kg-1，pH平均為8.26。0～20 cm土壤容重為1.20 g·cm-3。2011年試驗區(qū)玉米生長季(5—9月)降雨量僅為146.0 mm，并且降雨主要集中在7—9月份。2012年和2013年生育期降雨量389.4、430.7 mm，降雨分布均勻。試驗期間降水量分布如圖1所示。

圖12011—2013年玉米生長季節(jié)降水量

Fig.1Precipitation during maize growing period between 2011 and 2013

1.2試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組排列，設6個處理，分別為 ① 2011—2013年三年不施磷(CK1)、②2011年優(yōu)化量施磷，2012—2013年二年不施磷(CK2)、③ 2011—2012優(yōu)化量施磷，2013年一年不施磷(CK3)、④ 優(yōu)化施磷量100%,施磷(P2O5)120 kg·hm-2(P1)、⑤ 優(yōu)化施磷量200%,施磷(P2O5)240 kg·hm-2(P2)、⑥ 優(yōu)化施磷量400%,施磷(P2O5)480 kg·hm-2(P3)。3次重復，小區(qū)面積30 m2(長6.0 m×寬5.0 m)。各處理不施有機肥，氮肥為優(yōu)化施用量(氮素(N)180 kg·hm-2)，各處理氮素用量的2/3、全部磷肥作基肥，將化肥混合均勻撒在劃好的小壟的壟帶內(nèi)，然后起壟覆膜。氮素用量的1/3在拔節(jié)期(七葉期)用人工穴施的方式在種植溝2株玉米間追施。供試肥料氮肥為尿素(N 46.4%)，磷肥為磷酸二銨(N 11%、P2O547%)。

采用全膜雙壟溝播種植，玉米播種前一周先起雙壟，大壟寬60 cm,高10 cm,小壟寬40 cm,高15 cm,大小壟相接處形成播種溝，然后采用寬130 cm的薄膜全地面覆蓋，最后在溝內(nèi)播種。株距0.35 m，每小區(qū)種10行，每行18株，播深2.0～2.5 cm。播種密度53 500 株·hm-2。2011年5月7日播種， 10月2日收獲；2012年5月2日播種，10月1日收獲;2013年5月3日播種，10月1日收獲。2011年由于玉米播種、抽穗期嚴重干旱，于5月2日覆膜前及8月13日抽穗前噴灌70 mm和50 mm水分。

指示玉米品種：中玉9號。

1.3樣品采集與測定

1.3.1樣品采集分別于2011年4月25日玉米播前和2011年10月3日、2012年10月4日、2013年10月2日收獲期用土鉆采集0～20 cm土層土樣。以對角線法確定測點位置，每小區(qū)測定6個點，在大壟、壟溝、小壟上各測定2個點，種植行內(nèi)定在兩棵玉米中間，大、小壟定在壟中間。最后6個點土樣混合成一個樣品風干,用于測定土壤速效磷的含量；植株樣品于收獲時各小區(qū)去掉邊上2行及每行頭3株，玉米植株地上部全株采樣，測定作物生物產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量。每小區(qū)隨機取10株分籽粒和秸稈兩部分，風干、粉碎、過篩，分析籽粒和秸稈含磷量。

1.3.2測定項目與方法土壤容重采用環(huán)刀法取樣測定。2011年4月玉米整地覆膜前，在試驗區(qū)內(nèi)以對角線法選5個點，挖0～20 cm土壤剖面用環(huán)刀法取樣，測定5個點0～20 cm土層土壤容重，最后將平均值作為該試驗區(qū)0～20 cm土層土壤容重；植株全磷采用H2SO4-H2O2消煮后用釩鉬黃比色法測定。土壤速效磷(Olsen-P)用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Excel軟件和DPS軟件。

磷吸收量(kg·hm-2)=籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)×籽粒含磷量(%)+秸稈產(chǎn)量(kg·hm-2)×秸稈含磷量(%)/100

土壤速效磷累積量(kg·hm-2)=土層厚度(cm)×土壤容重(g·cm-3)×土壤速效磷含量(mg·kg-1)/10。

磷肥吸收利用率(%)=〔施磷區(qū)吸磷量(kg·hm-2)-不施磷區(qū)吸磷量(kg·hm-2)〕×100/施磷量(kg·hm-2)

磷素的累積利用率%=〔施磷肥區(qū)作物累積吸磷量(kg·hm-2)-無磷肥區(qū)作物累積吸磷量(kg·hm-2)〕×100/施磷肥區(qū)累積進入土壤磷素量(kg·hm-2)[11]

2　結(jié)果與分析

2.1不同施磷量對0～20 cm土壤速效磷累積量的影響

土壤速效磷是指土壤中0.5 mol·L-1碳酸氫鈉(pH 8.5)提取的磷(Olsen-P)。施用磷肥可顯著提高土壤速效磷累積量。從圖2可看出，2011—2013年作物收獲后，施磷處理土壤速效磷累積量均高于播前或上年收獲后，并且隨著施磷量的增加和種植年限延長，速效磷累積量呈增加趨勢。施磷量(P2O5)為0、120、240 kg·hm-2到480 kg·hm-2時，玉米種植1年后(2011年10月)，在0～20 cm土層，速效磷累積量為66.80(dC)、72.09(cC)，80.26(bB)，90.23(aA) kg·hm-2(P<0．05、P<0．01，數(shù)值后不同字母表示差異達5%、1%顯著水平)。玉米種植2年后(2012年10月)，速效磷累積量分別為71.78(cCD)，96.38(bBC)，100.95(bB) kg·hm-2和134.18(aA) kg·hm-2。玉米種植3年后(2013年l0月)，速效磷累積量分別為75.46(dC)，104.11(cB)，123.01(bB) kg·hm-2和209.10(aA) kg·hm-2。與試驗前相比，三年中施磷處理速效磷累積量增加36.33～141.32 kg·hm-2。優(yōu)化施磷P1處理速效磷累積量增幅最小，為53.6%。P2處理增幅位居第二，為81.5%。P3處理增幅度最大，為208.5%。3年定位試驗結(jié)果表明，過量施磷條件下，旱地農(nóng)田速效磷累積量是急劇增加的。

圖2不同施磷量對0～20 cm土壤速效磷累積量的影響

Fig.2The accumulations of soil available P under different phosphorus rates in the 0～20 cm soil layer

2.2施磷量對玉米產(chǎn)量的影響

玉米是典型的對磷敏感的作物。該試驗三年產(chǎn)量結(jié)果表明磷肥能顯著增加玉米產(chǎn)量，但過量施肥會使產(chǎn)量下降。2011年，P1處理玉米產(chǎn)量達到最大，為4 844 kg·hm-2，顯著高于CK1，之后隨施磷量的增加，產(chǎn)量減小。2012年, 產(chǎn)量以P2最高，為10 494 kg·hm-2，顯著高于CK2。2013年，產(chǎn)量以P1最高，為9194 kg·hm-2，顯著高于CK3及P2、P3高磷處理。從表1還可看出，與不施磷對照相比，施P2O5120、240、480 kg·hm-2時，2011年依次增產(chǎn)36.68%、35.74%、23.20%；2012年增產(chǎn)5.54%、7.33%、2.29%；2013年增產(chǎn)4.18%、-1.18%、-1.97%。隨著施磷量及種植年限的增加，產(chǎn)量增幅變小，甚至在2013年P2、P3處理增產(chǎn)率變?yōu)樨撝怠?/p>

在旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，降雨量是影響作物產(chǎn)量的重要因子。在相同施磷量下，2012和2013年產(chǎn)量顯著高于2011年，造成產(chǎn)量差異的原因主要為年際間降雨量懸殊，2012年、2013年生育期降雨量高達389.4、430.7mm，降雨時空分布均勻，而2011年僅為146.0 mm，并且主要集中在7至9月份。

表1　施磷量對玉米產(chǎn)量的影響

注：2011年對照采用CK1，2012年采用CK2，2013年采用CK3。

Note: CK1 for the experimental refers to year of 2011, CK2 to 2012, and CK3 to 2013.

2.3施磷量對玉米磷肥利用率的影響

磷肥利用率是磷肥使用效果的一個綜合評價指標。本研究提出，磷肥利用率隨施磷量增加而降低，并且當季利用率低，累計利用率高。從2011當季利用率看，磷素施用量為52.42 kg·hm-2，磷素利用率為15.51%；施用量為104.8、209.6 kg·hm-2時，即P2、P3處理利用率僅為7.67%、1.61%，進入到土壤的磷素有92.3%～98.4%積累在土壤中，沒有被當季作物吸收利用。從磷素累計利用率看，2013年，磷素累計施用量為52.4、104.8、157.2 kg·hm-2，累計利用率為24.13%、18.34%、13.91%；磷素累計施用量為314.4、628.8 kg·hm-2，即P2、P3處理下磷肥累計利用率仍很低，僅為7.00%、2.16%。

表2　不同施磷量對磷肥利用率的影響

3　結(jié)論與討論

施磷可以增強作物抗性，促進根系發(fā)育，增強吸收水分、養(yǎng)分的能力[15-16]。該試驗三年產(chǎn)量結(jié)果表明使用磷肥能顯著增加玉米產(chǎn)量，隨施磷量的增加，玉米產(chǎn)量增幅呈下降的趨勢，并且隨著種植年限的增加，產(chǎn)量增幅變小。雖然P1、P2處理2013年播前土壤速效磷含量相近，但由于施磷量不同，玉米收獲后與對照CK3相比，P1處理產(chǎn)量增產(chǎn)368.99 kg·hm-2，而P2處理減產(chǎn)103.59 kg·hm-2。本試驗認為土壤速效磷含量大于42 mg·kg-1時，繼續(xù)過量施磷會導致玉米減產(chǎn)。出現(xiàn)這種情況，是因為磷肥過量會促使作物呼吸作用過于旺盛，消耗的干物質(zhì)大于積累的干物質(zhì)，造成繁殖器官提前發(fā)育，引起作物過早成熟，籽粒小，產(chǎn)量低[17]，還會造成土壤中養(yǎng)分失衡，進而導致玉米營養(yǎng)失調(diào)[18]，最終導致減產(chǎn)。高量施磷不僅不能提高作物產(chǎn)量，還會增加生長后期作物體內(nèi)的氮磷鉀養(yǎng)分損失，特別是氮以氨、氮氧化物等形式的氣態(tài)氮損失及其環(huán)境效應，已引起了人們的高度重視[16]。合理的磷肥投入量不僅是產(chǎn)量的保證，也是保護環(huán)境與提高經(jīng)濟效益的舉措。

本試驗磷肥吸收利用率隨磷肥施用量的增加呈降低的趨勢。2011年優(yōu)化施磷量下，磷肥當季利用率為15.51%，在高施肥量下磷肥利用率降為7.67%、1.61%。2013年磷肥累計利用率雖然高于2011年當季利用率，但高施磷下，磷肥累計利用率仍很低。這與彭正萍[19]提出高磷用量顯著降低磷肥表觀利用率，并且低于10%，楊學云[20]提出的長期不平衡施肥或大量施磷，導致磷素利用率降低，其累積表觀利用率低于15%的結(jié)論是一致的。綜合考慮玉米產(chǎn)量、磷肥利用效率和生態(tài)環(huán)境安全，P2O5的適宜投入量以120 kg·hm-2為宜。

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Effects of phosphorus rate on maize yield, soil available phosphorus and phosphorus use efficiency by double-bed and furrow-sowing with full plastic film mulching in semi-arid field

TANG Wen-xue1, MA Zhong-ming2, WANG Jing-cai3, LU Ying4

(1.Institute of Soil, Fertilizer and Water-saving Agriculture, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou, Gansu 730070, China;2.GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,Gansu730070,China;3.DingxiAcademyofAgriculturalSciences,Dingxi,Gansu741100,China;4.SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an,Sichuan625014,China)

To focus on the issues of unscientific fertilizer application and lower phosphorus use efficiency by double-bed and furrow-sowing with full plastic film mulching on the semi-arid Loess Plateau, the effects of phosphorus rate (0 kg·hm-2(CK),120 kg·hm-2(P1),240 kg·hm-2(P2) and 480 kg·hm-2(P3)) on maize yield, soil available phosphorus and phosphorus use efficiency were studied from 2011 to 2013 by using randomized block design. The results showed that yield was significantly increased by application of phosphorus, but went decreased by excessive input of phosphorus. Effects on yield followed the order of P1>P2>P3>CK. The accumulation of soil available phosphorus was elevated with the increase of phosphorus at the same growth stage, the increment of soil available phosphorus accumulation by phosphorus treatments was higher than that by no phosphorus treatments. Compared with the basic phosphorus before sowing in 2011, the accumulation of phosphorus in 2013 after harvesting was increased by 53.6%～208.5%. The phosphorus use efficiency became decreased as phosphorus increased. The quarter and accumulative phosphorus use efficiency reached maximums of 15.51% and 13.91%, respectively. Taking comprehensive considerations of maize yield, phosphorus use efficiency and the ecological environment security, the suitable phosphorus input (P2O5) was 120 kg·hm-2.

accumulation of soil available phosphorus; phosphorus use efficiency; yield; double-bed and furrow-sowing with full plastic film mulching; maize

1000-7601(2016)05-0069-05

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.10

2015-07-04

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(20100314-7)；甘肅省科技計劃(144NKCA053, 1504WKCA077)

唐文雪(1967—)，女，甘肅臨夏人，副研究員，主要從事作物栽培與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究。E-mail：gstwx@163.com。

馬忠明。E-mail：mazhming@163.com。

S147.21

A