吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米施磷的增產(chǎn)效應(yīng)差異

王寅，郭聃，高強，李翠蘭，焉莉，馮國忠，劉振剛，房杰

（1吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點實驗室，長春 130118；2吉林省土壤肥料總站，長春 130012）

吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米施磷的增產(chǎn)效應(yīng)差異

王寅1，郭聃1，高強1，李翠蘭1，焉莉1，馮國忠1，劉振剛2，房杰2

（1吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院/吉林省商品糧基地土壤資源可持續(xù)利用重點實驗室，長春 130118；2吉林省土壤肥料總站，長春 130012）

【目的】明確吉林省玉米施用磷肥的增產(chǎn)效應(yīng)在生態(tài)區(qū)及縣域尺度上的差異，為優(yōu)化區(qū)域磷肥的施用與配置，實現(xiàn)糧食進一步增產(chǎn)和提高磷肥效率提供依據(jù)?！痉椒ā窟x取2005—2013年吉林省玉米“3414”田間試驗中不施磷和推薦施磷處理數(shù)據(jù)，通過分析區(qū)域與縣域尺度的作物產(chǎn)量反應(yīng)、磷肥的農(nóng)學利用率和肥料貢獻率等指標，評估不同生態(tài)區(qū)玉米施用磷肥的增產(chǎn)效應(yīng)及其差異。另外，通過建立不施磷處理玉米產(chǎn)量與施磷處理產(chǎn)量、磷肥貢獻率的關(guān)系，分析不同生態(tài)區(qū)土壤基礎(chǔ)供磷能力的差異對玉米施磷增產(chǎn)效應(yīng)的影響?！窘Y(jié)果】施用磷肥對保障吉林省玉米高產(chǎn)具有重要作用，東部濕潤山區(qū)、中部半濕潤平原區(qū)和西部半干旱平原區(qū)玉米施磷后分別增產(chǎn) 1.4 t·hm-2（18.4%）、1.2 t·hm-2（14.5%）和 1.7 t·hm-2（24.7%）。當前推薦施磷條件下，東、中、西部生態(tài)區(qū)玉米施用磷肥的平均農(nóng)學利用率分別為23.2、17.5和24.1 kg·kg-1，而平均肥料貢獻率分別為14.6%、11.9%和18.3%。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，西部地區(qū)玉米施磷的增產(chǎn)效果和肥料貢獻率高于東、中部地區(qū)，而農(nóng)學利用率東部地區(qū)低于中、西部地區(qū)?；貧w分析結(jié)果顯示，各生態(tài)區(qū)玉米施磷產(chǎn)量與基礎(chǔ)產(chǎn)量之間存在正相關(guān)關(guān)系，均符合顯著的線性模型，東部地區(qū)為y=0.855x+2605（R2=0.697**），中部地區(qū)為y=0.846x+2658（R2=0.739**），西部地區(qū)為y=0.761x+ 3545（R2=0.623**）。各生態(tài)區(qū)玉米的磷肥貢獻率與基礎(chǔ)產(chǎn)量之間均存在負相關(guān)關(guān)系，均符合顯著的對數(shù)模型，東部地區(qū)為y=-21.8 ln(x) + 211.7（R2=0.248**），中部地區(qū)為y=-18.8 ln(x) + 183.3（R2=0.230**），西部地區(qū)為y=-26.7 ln(x) + 257.4（R2=0.342**）。隨著土壤基礎(chǔ)供磷能力的提升，西部地區(qū)玉米施磷產(chǎn)量的增幅和肥料貢獻率的降幅較東、中部地區(qū)更為明顯?！窘Y(jié)論】不同生態(tài)區(qū)的自然環(huán)境特點和土壤地力條件顯著影響了玉米的磷肥增產(chǎn)效應(yīng)，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)區(qū)域磷素供應(yīng)能力和施磷反應(yīng)特征合理配置和施用磷肥。相比東、中部地區(qū)，吉林省西部地區(qū)農(nóng)田的基礎(chǔ)磷素供應(yīng)能力偏低，因而其玉米施磷的增產(chǎn)效應(yīng)較高，該地區(qū)需重視磷肥的科學管理和調(diào)控，同時結(jié)合其他栽培管理措施以協(xié)同提高產(chǎn)量水平和肥料效率。

吉林??；生態(tài)區(qū)；磷肥；玉米產(chǎn)量；肥料利用效率

0 引言

【研究意義】磷素是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源，對作物的生命體結(jié)構(gòu)組成、生長發(fā)育和組織代謝發(fā)揮著關(guān)鍵作用[1-2]。但是，大量磷肥施入土壤后由于固定而導致土壤磷庫不斷增加，不僅降低磷肥利用效率，還極易進入水體造成環(huán)境污染[3-5]。因而磷素的合理施用與優(yōu)化配置一直是養(yǎng)分管理與環(huán)境保護領(lǐng)域的研究熱點。作物施肥的增產(chǎn)效應(yīng)是反映施肥措施是否合理的重要指標，也是優(yōu)化養(yǎng)分管理的重要依據(jù)[6-8]。吉林省作為中國重要的糧食生產(chǎn)基地，每年農(nóng)田的磷肥（P2O5）投入接近40萬噸，其中約70%施用于玉米[9]。因此，明確吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米施用磷肥的增產(chǎn)效應(yīng)及其差異是實現(xiàn)區(qū)域磷肥資源優(yōu)化管理和配置的重要基礎(chǔ)?！厩叭搜芯窟M展】玉米對磷素較為敏感，缺磷顯著影響其生長和產(chǎn)量，而適量施磷條件下玉米根系發(fā)達，根系活力顯著提高，植株生長健壯，產(chǎn)量水平較高[10-12]。國內(nèi)研究者已在玉米施磷的增產(chǎn)機理、磷素的吸收利用、適宜的磷肥用量與施用方式、土壤磷素有效性及其形態(tài)轉(zhuǎn)化等方面進行了大量研究[13-16]，但大多是基于某一地區(qū)的單個試驗而開展的機理和技術(shù)研究。區(qū)域研究方面，中國農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所[17]總結(jié)了20世紀80年代中國各個區(qū)域玉米的磷肥施用效果，其中，單位磷肥的增產(chǎn)效應(yīng)以東北地區(qū)的13.1 kg·kg-1為最高，之后為西北、黃淮海和長江中下游地區(qū)，而北部高原和西南地區(qū)相對較低。張福鎖等[18]總結(jié) 2001—2005年全國試驗發(fā)現(xiàn)，玉米平均施磷114 kg·hm-2，磷肥平均農(nóng)學利用率為7.5 kg·kg-1。何萍等[19]利用2010—2012年間的373個養(yǎng)分專家系統(tǒng)試驗分析了中國北方7省玉米的施肥產(chǎn)量效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)施磷增產(chǎn)量在11—5 381 kg·hm-2之間，其中黑龍江的最高（1 463 kg·hm-2），而山東的最低（376 kg·hm-2）。單燕等[20]收集 2005—2009年“3414”數(shù)據(jù)評估了陜西省不同區(qū)域玉米的施肥效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)渭北旱塬的施磷量和增產(chǎn)效果顯著高于關(guān)中灌區(qū)和陜南秦巴山區(qū)，而土壤磷素盈余也明顯較多。李文彪等[21]總結(jié) 2006—2008年內(nèi)蒙古河套灌區(qū)的236個春玉米“3414”試驗，發(fā)現(xiàn)區(qū)域的平均磷肥農(nóng)學利用率為 9.9 kg·kg-1，且隨產(chǎn)量水平增加而逐漸提高?！颈狙芯壳腥朦c】已有的玉米區(qū)域施磷效應(yīng)研究大多集中于省域尺度，生態(tài)區(qū)及更小尺度上的區(qū)域研究還相對較少，同時研究方法上主要為簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計描述，還缺乏較深入的對比與分析。目前，吉林省玉米施肥研究中還缺少區(qū)域的宏觀效應(yīng)研究，尤其是對不同生態(tài)區(qū)之間以及縣域尺度上玉米的施磷反應(yīng)和磷肥利用效率差異缺乏明確掌握?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究基于 2005—2013年測土配方施肥項目在吉林省開展的玉米“3414”田間試驗，評價不同縣市玉米施磷的產(chǎn)量反應(yīng)和磷肥利用效率，明確吉林省玉米施磷效應(yīng)在生態(tài)區(qū)及縣域尺度上的差異，并利用大數(shù)據(jù)分析區(qū)域間地力差異對增產(chǎn)效應(yīng)的影響，以期為區(qū)域磷肥的科學管理與合理配置提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

吉林省根據(jù)地形、氣候和植被等條件可分為三大生態(tài)區(qū)，即東部濕潤山區(qū)、中部半濕潤平原區(qū)和西部半干旱平原區(qū)（圖1-A）[22]。東部濕潤山區(qū)為長白山至大黑山的多山地帶，降水豐沛（年均 700—1 000 mm），大部分地區(qū)長期為森林植被系統(tǒng)，土壤主要為暗棕壤和白漿土等，呈酸性或微酸性，農(nóng)田耕作開墾歷史較短。中部半濕潤平原區(qū)主要為松花江沖積平原，降水適中（年均500—700 mm），光照和積溫適中，土壤主要為黑土、黑鈣土等，肥力較高，耕作開墾時間相對較長。西部半干旱平原區(qū)主要為嫩江沖積平原，降水較少（年均350—500 mm），土壤主要為黑鈣土、草甸土和風沙土，還存在大面積的鹽堿地，土壤肥力相對較低。

本研究整理 2005—2013年國家測土配方施肥項目在吉林省布置的玉米“3414”田間試驗共1 110個，其中東、中、西三大生態(tài)區(qū)分別為 266、567和 277個[22]。東、中、西生態(tài)區(qū)的試驗田塊耕層土壤的平均有效磷含量分別為43.7 mg·kg-1（4.7—153.9 mg·kg-1）、31.8 mg·kg-1（4.4—103.0 mg·kg-1）和13.1 mg·kg-1（1.4—73.2 mg·kg-1），其他土壤理化性質(zhì)詳見文獻[22]。為方便進行地區(qū)間比較，本研究將全省分為48個縣市級單位（縣、縣級市、市轄區(qū)等），東、中、西生態(tài)區(qū)分別有20、18和10個縣（市）（圖1-A）。

1.2 試驗設(shè)計與分析

研究選取“3414”田間試驗中的處理4（N2P0K2）和處理 6（N2P2K2），分別記為不施磷（-P）和施磷（+P）處理。吉林省不同地區(qū)施磷處理的磷肥（P2O5）用量差異明顯（圖1-B），整體上自東向西逐漸提高。東部地區(qū)75%的縣（市）玉米施磷量低于63 kg·hm-2，僅有和龍縣和柳河縣超過70 kg·hm-2，全區(qū)平均為62.2 kg·hm-2；中部地區(qū)除德惠市和東豐縣外施磷量均高于63 kg·hm-2，平均為72.0 kg·hm-2，其中以磐石縣最高（79.7 kg·hm-2）；西部地區(qū)所有縣市的施磷量均高于63 kg·hm-2，平均達72.2 kg·hm-2，最高為前郭縣（80.5 kg·hm-2），而最低為大安市（67.7 kg·hm-2）。除施磷量差異外，所有試驗兩處理的氮、鉀肥用量一致，東、中、西部地區(qū)的平均氮肥（N）用量分別為155.2、177.0和162.1 kg·hm-2，平均鉀肥（K2O）用量分別為69.9、74.4和67.6 kg·hm-2。

磷肥試驗的試驗時間與地點、土壤類型與理化性質(zhì)、供試品種與肥料以及施肥方法、樣品采集分析與產(chǎn)量測定方法、參數(shù)計算等均與氮肥試驗一致[22]。

采用 Excel 2013軟件計算和處理試驗數(shù)據(jù)，用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析。其中，用兩因素方差分析研究生態(tài)區(qū)和施磷處理對玉米產(chǎn)量的影響，采用最小顯著差異法（LSD法）檢驗處理間產(chǎn)量在P＜0.05水平的差異顯著性；用協(xié)方差分析研究不同生態(tài)區(qū)之間玉米施磷增產(chǎn)量、增產(chǎn)率、農(nóng)學利用率和產(chǎn)量貢獻率的差異并進行多重比較檢驗生態(tài)區(qū)間施磷增產(chǎn)效果在P＜0.05水平的差異顯著性，各指標的協(xié)變量分別為不施磷產(chǎn)量、不施磷產(chǎn)量、施磷量和施磷產(chǎn)量。采用ArcGIS 9.3軟件制作地圖。

2 結(jié)果

2.1 施磷對吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米產(chǎn)量的影響

生態(tài)區(qū)差異和施用磷肥對吉林省玉米產(chǎn)量均有顯著影響（圖 2），方差分析顯示兩者有顯著的交互作用。不同生態(tài)區(qū)中以中部地區(qū)的玉米產(chǎn)量最高，東部地區(qū)次之，西部地區(qū)最低。不施磷條件下，吉林省東、中、西部地區(qū)玉米平均產(chǎn)量分別為8.4 t·hm-2（4.1—15.4 t·hm-2）、9.3 t·hm-2（4.3—15.8 t·hm-2）和7.7 t·hm-2（3.5—12.6 t·hm-2），而施磷條件下分別為9.8 t·hm-2（5.3—16.9 t·hm-2）、10.5 t·hm-2（5.4—15.8 t·hm-2）和9.4 t·hm-2（4.3—14.9 t·hm-2）?？梢?，施用磷肥后東、西部地區(qū)與中部地區(qū)之間的產(chǎn)量差有所縮小。

圖1 吉林省玉米生態(tài)區(qū)劃分（A）與施磷量的縣域差異（B）Fig.1 Ecological regions and regional differences in P fertilizer application rate of maize in Jilin province

縣域尺度上的差異顯示（圖 3-A），不施磷條件下玉米產(chǎn)量以中部地區(qū)整體較高，所有縣（市）均在8.0 t·hm-2以上，且56%的縣（市）超過9.2 t·hm-2，其中最高為東豐縣的 11.3 t·hm-2，而最低的磐石縣也達到8.1 t·hm-2；東部地區(qū)65%的縣（市）產(chǎn)量高于8.0 t·hm-2，最高為輝南縣（10.4 t·hm-2），最低則為靖宇縣（6.8 t·hm-2）；西部地區(qū)產(chǎn)量整體較低且縣（市）間存在較大差距，其中前郭縣為全區(qū)和全省最高（11.8 t·hm-2），長嶺縣則在全區(qū)和全省均為最低（6.5 t·hm-2）。施用磷肥后，各生態(tài)區(qū)縣域的玉米平均產(chǎn)量均大幅提高（圖 3-B），中部地區(qū)形成連片的高值區(qū)域，除德惠市（8.8 t·hm-2）外各縣（市）產(chǎn)量均超過9.2 t·hm-2，且22.2%的縣（市）達到11.6 t·hm-2以上，最高為吉林市（12.7 t·hm-2）；東部地區(qū)60%的縣（市）產(chǎn)量高于9.2 t·hm-2，最高為輝南縣（12.3 t·hm-2）；西部地區(qū)70%的縣（市）產(chǎn)量超過9.2 t·hm-2，最高為松原市（12.1 t·hm-2），而最低仍為長嶺縣（8.2 t·hm-2）。

圖2 吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米施磷的產(chǎn)量效應(yīng)Fig. 2 Maize yield response to P fertilizer in different ecological zones of Jilin province

圖3 吉林省玉米不施磷（A）與施磷（B）處理產(chǎn)量的區(qū)域差異Fig. 3 Regional differences of maize yield in Jilin province in the -P (A) and +P (B) treatments

2.2 吉林省玉米施磷增產(chǎn)效果的區(qū)域差異

吉林省不同生態(tài)區(qū)中，西部地區(qū)玉米施磷的增產(chǎn)效果最好，平均增產(chǎn)1.7 t·hm-2，增幅達24.7%，協(xié)方差分析結(jié)果顯示其顯著高于東部和中部地區(qū)（表1）。分析縣域差異發(fā)現(xiàn)（圖4），全省施磷增產(chǎn)效果最高的縣（市）為中部的四平市，增產(chǎn)達2.23 t·hm-2（38.4%）。西部的前郭縣施磷增產(chǎn)效果為全省最低，僅增產(chǎn) 0.11 t·hm-2（0.9%）。但是，西部地區(qū)一半以上縣（市）施磷增產(chǎn)超過1.5 t·hm-2，60%的縣（市）增產(chǎn)率高于20個百分點，因此整體增產(chǎn)效果較好。東部地區(qū)施磷增產(chǎn)超過1.5 t·hm-2和20個百分點的縣（市）比例分別為35%和30%，其中以靖宇縣最高（增產(chǎn)2.04 t·hm-2，增幅31.4%）。盡管四平市增產(chǎn)效果為全省最高，但中部地區(qū)其他的縣（市）普遍較低，施磷增產(chǎn)超過1.5 t·hm-2和20個百分點的縣（市）比例分別為28%和17%，整體上增產(chǎn)效果顯著低于西部地區(qū)。

表1 吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米的增產(chǎn)效果和磷肥利用效率Table 1 Yield increases and P fertilizer use efficiencies of maize in different ecological zones of Jilin province

圖4 吉林省玉米施磷增產(chǎn)量（A）與增產(chǎn)率（B）的區(qū)域差異Fig. 4 Regional differences in yield increase (A) and yield increase rate (B) of P fertilizer applied to maize in Jilin province

2.3 吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米磷肥利用效率差異

吉林省玉米施用磷肥的農(nóng)學利用率在不同區(qū)域之間存在明顯差異?？h域尺度上（圖 5），磷肥農(nóng)學利用率存在較大差異，西部地區(qū)的前郭縣為全省最低（1.4 kg·kg-1），但全區(qū)70%的縣（市）高于18 kg·kg-1，因而整體上農(nóng)學利用率最高。東部地區(qū)琿春市的磷肥農(nóng)學利用率為全省最高（35.2 kg·kg-1），全區(qū)超過18 kg·kg-1的縣（市）比例達到60%，且在東中部的蛟河市、樺甸市、輝南縣、靖宇縣和撫松縣等形成連片的高值區(qū)域，但東南部的通化市、通化縣以及東北部的敦化市和龍井市相對偏低。中部地區(qū)磷肥農(nóng)學利用率最高為永吉縣（26.6 kg·kg-1），而最低為德惠市（6.5 kg·kg-1），全區(qū)僅44%的縣（市）高于18 kg·kg-1。生態(tài)區(qū)尺度上（表 1），盡管東部地區(qū)的磷肥農(nóng)學利用率絕對值較高而中部地區(qū)較低，但是東部地區(qū)施磷量偏低而中部地區(qū)施肥量偏高，因此協(xié)方差分析結(jié)果顯示東部地區(qū)單位施磷量的增產(chǎn)效果其實低于中、西部地區(qū)。

吉林省玉米施用磷肥的肥料貢獻率在生態(tài)區(qū)尺度上以西部最高，東部次之，中部地區(qū)最低（表 1）。全省磷肥貢獻率的最高、最低值均在西部地區(qū)（圖5-B），分別為大安市（23.6%）和前郭縣（0.9%），而該生態(tài)區(qū)70%的縣（市）磷肥貢獻率高于12%，整體的平均表現(xiàn)最好。東部地區(qū)也有70%的縣（市）磷肥貢獻率高于12%，但縣域差異分布與農(nóng)學利用率類似，東中部存在連片高值區(qū)域而東北部、東南部偏低。中部地區(qū)的縣（市）磷肥貢獻率普遍較低，全區(qū)僅33.3%的縣（市）磷肥貢獻率在12%以上。

圖5 吉林省玉米施磷農(nóng)學利用率（A）和肥料貢獻率（B）的區(qū)域差異Fig. 5 Regional differences in agronomic efficiency (A) and fertilizer contribution rate (B) of P fertilizer applied to maize in Jilin province

2.4 吉林省不同生態(tài)區(qū)土壤基礎(chǔ)供磷能力與玉米施磷產(chǎn)量、磷肥貢獻率的關(guān)系

不施磷條件下，作物產(chǎn)量的高低可反映土壤的基礎(chǔ)供磷能力。圖6顯示，吉林省三大生態(tài)區(qū)玉米施磷產(chǎn)量與基礎(chǔ)產(chǎn)量間均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。施磷產(chǎn)量隨基礎(chǔ)產(chǎn)量的增加而逐漸提高，說明增加土壤基礎(chǔ)供磷能力有利于施肥后獲得高產(chǎn)。各生態(tài)區(qū)回歸方程的決定系數(shù)在0.623—0.739之間，說明吉林省玉米施磷產(chǎn)量60%以上的變異來自土壤基礎(chǔ)供磷能力的不同?；貧w方程的斜率反映出土壤基礎(chǔ)供磷能力對玉米施磷產(chǎn)量的影響程度，不同生態(tài)區(qū)之間回歸方程斜率的差異說明玉米施磷效應(yīng)受到生態(tài)區(qū)環(huán)境條件的影響。其中，西部地區(qū)土壤基礎(chǔ)供磷能力對玉米產(chǎn)量的影響程度明顯低于東、中部地區(qū)。

吉林省三大生態(tài)區(qū)磷肥貢獻率與玉米基礎(chǔ)產(chǎn)量間均存在顯著的對數(shù)關(guān)系（圖 7）。但是，不同生態(tài)區(qū)之間回歸方程的曲線斜率也存在明顯差異，其高低順序為西部＞東部＞中部，表明隨基礎(chǔ)產(chǎn)量的提高，西部地區(qū)磷肥對玉米產(chǎn)量貢獻的降幅更大，而中部地區(qū)則相對較小。

圖6 吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米施磷產(chǎn)量與基礎(chǔ)產(chǎn)量的關(guān)系Fig. 6 Relationships between maize yields in the -P and +P treatments in different ecological zones of Jilin province

3 討論

適量磷肥供應(yīng)可促進玉米前期發(fā)根，是保證植株健壯和后期高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)[10-12]。本研究顯示，吉林省東、中、西三大生態(tài)區(qū)玉米施用磷肥對產(chǎn)量的貢獻率分別為14.6%、11.9%和18.3%，說明施用磷肥在目前吉林省玉米生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，停止施用磷肥造成的減產(chǎn)將超過11%。目前，東、中、西部地區(qū)玉米施磷的農(nóng)學利用率分別為23.2、17.5和24.1 kg·kg-1，遠高于全國平均水平（7.5 kg·kg-1），也明顯高于陜西渭北旱塬地區(qū)（10.5 kg·kg-1）和內(nèi)蒙古河套灌區(qū)（9.9 kg·kg-1）[18,20-21]。東、中、西部地區(qū)玉米施磷的偏生產(chǎn)力分別為158.7、148.1和131.1 kg·kg-1，也均高于中國和世界的平均水平（72.4和119.0 kg·kg-1）[18,23]?？梢?，吉林省玉米的磷肥利用率已在國內(nèi)處于較高水平。王曉慧等[24]研究發(fā)現(xiàn)，中國北方目前主推的高產(chǎn)春玉米品種大多為磷低效型品種，因此在當前國家實施化肥零增長戰(zhàn)略、探索綠色增產(chǎn)模式的形勢下，進一步提高吉林省玉米磷肥利用率還需以養(yǎng)分管理為主要途徑。

比較不同生態(tài)區(qū)玉米的施磷反應(yīng)與磷肥利用效率發(fā)現(xiàn)，西部地區(qū)磷肥的增產(chǎn)效果、農(nóng)學利用率和肥料貢獻率總體上相對較高。一般來說，區(qū)域間作物產(chǎn)量與施肥反應(yīng)的差異主要來自于氣候、地形、土壤等自然原因以及施肥、種植等人為因素[25-26]。相比東、中部地區(qū)，吉林西部地區(qū)的自然條件相對較差，常年降水偏少，土壤以砂性土和鹽堿土居多，養(yǎng)分含量相對較低[27]。本研究中，西部地區(qū)農(nóng)田土壤平均有效磷含量為13.1 mg·kg-1，僅相當于東、中部地區(qū)的30%和41.2%。土壤水分和磷素供應(yīng)不足的雙重脅迫會對玉米生長發(fā)育造成極大限制[27]，因而西部地區(qū)不施磷條件下玉米的平均產(chǎn)量偏低，僅為 7.7 t·hm-2，遠低于東、中部地區(qū)的8.4和9.3 t·hm-2。相比水分條件較好、土壤磷素較為豐富的東、中部地區(qū)，施用磷肥可有效緩解西部地區(qū)由于水分不足和磷素含量偏低而造成的土壤磷營養(yǎng)缺乏，提高磷素有效性，因而獲得了較好的增產(chǎn)效果，農(nóng)學利用效率也顯著較高。

圖7 吉林省不同生態(tài)區(qū)玉米磷肥貢獻率與基礎(chǔ)產(chǎn)量的關(guān)系Fig. 7 Relationships between maize yield in -P treatment and +P fertilizer contribution rate in different ecological zones of Jilin province

與氮肥試驗結(jié)果類似[22]，吉林省在縣域尺度上的玉米施磷效應(yīng)和磷肥利用效率差異巨大。如西部地區(qū)的大安市與洮南市，兩地區(qū)平均土壤有效磷含量分別為8.2和18.7 mg·kg-1，不施磷基礎(chǔ)產(chǎn)量分別為6.8和8.8 t·hm-2，而施磷后產(chǎn)量分別增加至8.9和9.7 t·hm-2，導致前者施磷的增產(chǎn)效果、農(nóng)學利用率和磷肥貢獻率明顯更高。因此，區(qū)域磷素養(yǎng)分管理也需進一步細化，兼顧大區(qū)域與小環(huán)境，保證肥料合理分配，促進全面高產(chǎn)高效。另外本研究發(fā)現(xiàn)，吉林省不同生態(tài)區(qū)之間玉米整體的施磷效應(yīng)表現(xiàn)與氮肥試驗明顯不同[22]。施氮的增產(chǎn)效果和氮肥利用效率以東部地區(qū)明顯高于中、西部地區(qū)，而磷肥表現(xiàn)則以西部地區(qū)明顯較好。隨不施氮產(chǎn)量增加，西部地區(qū)施氮產(chǎn)量的增幅較其他地區(qū)明顯偏高，氮肥貢獻率的降幅則相對較低。磷肥試驗的結(jié)果剛好相反，隨不施磷產(chǎn)量的增加，西部地區(qū)施磷產(chǎn)量的增幅明顯低于其他地區(qū)，而磷肥貢獻率的降幅則相對較高。這表明，盡管施用氮肥對于西部地區(qū)玉米生產(chǎn)的絕對貢獻力更高，但磷肥的相對貢獻力更大?？梢?，不同生態(tài)區(qū)之間對于不同養(yǎng)分的管理策略也需要區(qū)別對待和適當調(diào)整。當前，吉林省西部地區(qū)玉米生產(chǎn)相比東、中部地區(qū)，在保障氮肥合理施用的基礎(chǔ)上應(yīng)更重視磷肥的管理，而磷肥利用效率的提升也需綜合考慮水分供應(yīng)，氮肥施用及栽培管理等其他因素[28-30]。

4 結(jié)論

施用磷肥在當前吉林省玉米生產(chǎn)中具有顯著增產(chǎn)作用，東、中、西三大生態(tài)區(qū)平均分別增產(chǎn)1.4 t·hm-2（18.4%）、1.2 t·hm-2（14.5%）和1.7 t·hm-2（24.7%）。施磷對東、中、西三大生態(tài)區(qū)產(chǎn)量的貢獻平均分別為14.6%、11.9%和18.3%。不同生態(tài)區(qū)玉米施磷產(chǎn)量效應(yīng)和磷肥利用效率存在較大差異，西部地區(qū)產(chǎn)量水平相比東、中部地區(qū)偏低，但施磷的增產(chǎn)效果、農(nóng)學利用率和產(chǎn)量貢獻率總體上相對較高。隨土壤基礎(chǔ)供磷能力的增加，西部地區(qū)施磷產(chǎn)量的增幅和磷肥貢獻率的降幅較其他地區(qū)更為明顯。因此，吉林省西部地區(qū)玉米生產(chǎn)較其他地區(qū)應(yīng)重視磷肥的管理和調(diào)控，并結(jié)合其他栽培管理措施提高產(chǎn)量水平和磷肥利用效率。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Differences in Maize Yield Responses to Phosphorous Fertilizer in Different Ecological Zones of Jilin Province

WANG Yin1, GUO Dan1, GAO Qiang1, LI CuiLan1, YAN Li1, FENG GuoZhong1, LIU ZhenGang2, FANG Jie2
（1College of Resources and Environmental Sciences, Jilin Agricultural University/Key Laboratory of Sustainable Utilization of Soil Resources in the Commodity Grain Bases in Jilin Province, Changchun 130118;2Soil and Fertilizer Station of Jilin Province, Changchun 130012）

【Objective】This study aimed to estimate differences in the effects of P fertilizer application on maize yield increases among the different ecological zones and counties of Jilin province, and further to improve yield level and P fertilizer efficiency by optimizing regional P fertilizer management and allocation. 【Method】A total of 1 110 maize “3414” field experiments wereconducted in Jilin province during 2005-2013, the data of the -P (No P fertilizer applied) and +P (P fertilizer applied as recommended) treatments in these experiments were collected in this study, and the indexes such as yield increase, agronomic efficiency (AE) and fertilizer contribution rate (FCR) of P fertilizer were calculated at regional and county levels, aiming to compare maize yield response to P fertilizer among the ecological zones. Moreover, the relationships between maize yield in +P treatment, FCR and the yield in -P treatment were established to investigate the effects of soil indigenous P supply on P fertilizer responses of maize yield among different ecological zones.【Result】The results showed that P fertilizer application played an important role for ensuring high yield in recent maize production of Jilin province. The yield response to P fertilizer was 1.4 t·hm-2(18.4%) in the eastern humid mountainous area (EHMA), 1.2 t·hm-2(14.5%) in the central semi-humid plain area (CSPA) and 1.7 t·hm-2(24.7%) in the western semi-arid plain area (WSPA), respectively. Under current optimal P application rate condition, the averaged 23.2 kg·kg-1for AE of P fertilizer being in the EHMA, the averaged 17.5 kg·kg-1being in the CSPA, and the averaged 24.1 kg·kg-1being in the WSPA; and the values were 14.6%, 11.9%, and 18.3% for FCR of P fertilizer in the three ecological zones, respectively. The results of statistical analysis suggested that maize yield response and FCR of P fertilizer were higher in the WSPA than those in the EHMA and CSPA, while AE was higher in WSPA and CSPA than that in the EHMA. Across all the ecological zones, significant positive and linear correlations were observed in maize yields between -P and +P treatments, the model equation was y =0.855 x + 2605(R2=0.697**) in the EHMA, y=0.846 x + 2658(R2=0.739**) in the CSPA and y=0.761 x + 3545(R2=0.623**) in the WSPA. Meanwhile, significant negative and logarithmic correlations were observed between FCPs of P fertilizer and maize yields in -P treatment, these model equations were y= -21.8 ln(x) + 211.7(R2=0.248**), y= -18.8 ln(x) + 183.3(R2=0.230**) and y = -26.7 ln(x) + 257.4(R2=0.342**) in the three ecological zones, respectively. With the increasing maize yield in -P treatments, WSPA showed higher magnitude of change in maize yield increase in +P treatment but lower performance in FCR of P fertilizer than the other ecological zones.【Conclusion】In conclusion, P fertilizer response to maize yield was significantly affected by ecological zones due to natural environment characteristics and soil fertility, and thereby P fertilizer should be allocated and managed appropriately in the crop production based on regional soil indigenous P supply and crop response to P fertilization. Compared with EHMA and CSPA, soil indigenous P supply was relatively lower in the WSPA whilst greater yield increases were observed when P fertilizer was applied. For the maize production in Jilin province, P fertilizer management and adjustment should receive more attention in the WSPA than the other ecological zones, and also should combine with other cultivation management practices to improve yield level and fertilizer use efficiency simultaneously.

Jilin province; ecological zones; phosphorous fertilizer; maize yield; fertilizer use efficiency

2016-11-08；接受日期：2017-03-02

國家重點研發(fā)計劃項目（2016YFD0200101）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-02）

聯(lián)系方式：王寅，E-mail：wy1986410@163.com。通信作者高強，E-mail：gyt199962@163.com