施磷量對(duì)低磷灌區(qū)冬小麥產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)學(xué)效率的影響

黃 明，吳金芝，李友軍，陳明燦，付國占，王賀正

(河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南洛陽 471003)

磷是小麥生長(zhǎng)必不可少的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，但全球大約30%的土壤嚴(yán)重缺磷，我國大面積耕地土壤缺磷，土壤速效磷含量平均為12.89 mg·kg-1，變化范圍為0.1～228.8 mg·kg-1，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因子[1]。在缺磷土壤上施用磷肥已成為小麥生產(chǎn)不可或缺的措施。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，在速效磷含量為4.2～9.1 mg·kg-1的塿土、潮土和褐潮土上，施磷小麥產(chǎn)量較不施磷提高了2～4倍[2]。合理施磷有利于小麥根系的生長(zhǎng)發(fā)育及其對(duì)深層土壤硝態(tài)氮的吸收、利用[3-4]，能協(xié)調(diào)小麥產(chǎn)量構(gòu)成[4-6]，調(diào)節(jié)小麥群體結(jié)構(gòu)和光合特性[7-8]，促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累及其向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)[6]，從而提高產(chǎn)量[6,9]和磷肥利用效率[2-3]。過量施磷不僅會(huì)降低小麥產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和磷元素的利用效率[3-10]，且使大量的磷素殘留在土壤中[11]，增加農(nóng)田及環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)[2,4]。因此，在保證產(chǎn)量和效益的前提下合理施磷是小麥可持續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。

小麥?zhǔn)┝琢繉?duì)產(chǎn)量的效應(yīng)可以用二次多項(xiàng)式較好地模擬[12]，且與土壤速效磷含量關(guān)系密切，土壤速效磷含量越低，施磷肥的增產(chǎn)效果越明顯，土壤速效磷超過30 mg·kg-1后增產(chǎn)幅度一般不超過10%[13]。就小麥適宜施磷量已有較多研究，如姜宗慶等[6]研究表明，中筋和弱筋小麥?zhǔn)㏄2O5108 kg·hm-2即可獲得最高產(chǎn)量，而岳俊芹等[7]發(fā)現(xiàn)，施P2O5225 kg·hm-2時(shí)小麥產(chǎn)量最高。目前的磷肥推薦用量多是基于某一品種籽粒產(chǎn)量的施磷響應(yīng)而提出，由于土壤含磷量、供試品種和試驗(yàn)環(huán)境的不同，研究結(jié)果也不盡相同。就多個(gè)小麥品種的產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和磷素農(nóng)學(xué)效率評(píng)價(jià)施磷量的研究尚鮮見報(bào)道。因此，本研究在黃淮海平原南部典型小麥種植區(qū)，以該地區(qū)推廣面積較大的6個(gè)冬小麥品種為材料，通過連續(xù)2年的定位田間試驗(yàn)，研究施磷量對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和磷肥農(nóng)學(xué)效率的影響，以期為小麥高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

于2014年10月-2016年6月在河南省洛陽市河南科技大學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)(N34.36°,E112.25°)進(jìn)行定位田間試驗(yàn)。試驗(yàn)田為水澆地，試驗(yàn)開始前0～20 cm土層pH 8.1，有機(jī)質(zhì)12.1 g·kg-1，堿解氮55.2 mg·kg-1，速效磷6.3 mg·kg-1，速效鉀125.6 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施磷量，設(shè)置基施P2O50、60、120、180和240 kg·hm-25個(gè)水平，分別用P0、P60、P120、P180和P240表示；副區(qū)為品種，分別為西農(nóng)979、西農(nóng)3517、蘭考198、開麥20、泛麥8和洛麥22。小區(qū)面積為9 m2(3 m×3 m)，3次重復(fù)。2014年10月15日播種，2015年6月1日收獲；2015年10月12日播種，2016年6月2日收獲。播量均為150 kg·hm-2，3葉期定苗至270萬株·hm-2。氮、磷、鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。施氮量為180 kg·hm-2，50%基施，50%隨拔節(jié)期澆水追施；基施K2O 112.5 kg·hm-2。播前、拔節(jié)和孕穗期各灌水60 mm。其他田間管理同高產(chǎn)田。

1.3 考種和計(jì)產(chǎn)

成熟期從每個(gè)小區(qū)收獲代表性的小麥2行，行長(zhǎng)1 m，測(cè)定其生物產(chǎn)量、成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。

成熟期從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)收割2個(gè)1 m×1 m的樣方，風(fēng)干、脫粒、稱重，并測(cè)定風(fēng)干籽粒含水量。籽粒產(chǎn)量以12.5%的含水量表示。

1.4 磷肥農(nóng)學(xué)效率和經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算

根據(jù)He等[14]的方法計(jì)算磷肥農(nóng)學(xué)效率(PAE)和經(jīng)濟(jì)效益(EP)。PAE=(YP-Y0)/PA，其中YP、Y0和PA分別為施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量、無磷區(qū)籽粒產(chǎn)量和施磷量；EP=Y×PW-PN×NA-PP×PA-PK×KA。其中Y表示籽粒產(chǎn)量，PW、PN、PP、PK分別表示小麥、氮、磷、鉀肥的價(jià)格，NA、PA、KA分別表示氮、磷、鉀肥用量。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用SAS 8.0進(jìn)行方差分析和顯著性測(cè)驗(yàn)，用LSD法進(jìn)行多重比較，用Excel 2010繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷量對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響

不同小麥品種間籽粒產(chǎn)量存在差異，施磷對(duì)各供試品種的籽粒產(chǎn)量均有顯著影響(圖1)。除2014-2015年蘭考198和泛麥8除外，小麥籽粒產(chǎn)量均隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，且第二生長(zhǎng)季達(dá)到產(chǎn)量峰值的施磷量低于第一生長(zhǎng)季(開麥20除外)。不同施磷量比較，各施磷處理的產(chǎn)量均較對(duì)照P0顯著提高， 施磷60～240 kg·hm-2范圍內(nèi)，處理間差異程度因生長(zhǎng)季和品種而異。在2014-2015生長(zhǎng)季，除西農(nóng)3517和泛麥8外，P120的產(chǎn)量均顯著高于P60；除開麥20外，P120的產(chǎn)量均低于P180，其中，西農(nóng)979、蘭考198和洛麥22在兩處理間差異均達(dá)顯著水平；除蘭考198和泛麥8外，P240的產(chǎn)量均低于P180，其中，西農(nóng)979、西農(nóng)3517和洛麥22在兩處理間差異達(dá)到顯著水平。在2015-2016生長(zhǎng)季，6個(gè)小麥品種的產(chǎn)量均以P120最高，P180次之，且P120均顯著高于其他處理，P180與P60和P240之間的差異程度因品種而異。與2014-2015生長(zhǎng)季相比，2015-2016生長(zhǎng)季P0處理的產(chǎn)量降低，而施磷120 kg·hm-2處理的產(chǎn)量明顯提高。說明施磷可提高小麥籽粒產(chǎn)量，但最佳施磷量因小麥品種和生長(zhǎng)季而異。

XN979、XN3517、LK198、KM20、FM8、LM22、平均分別表示西農(nóng)979、西農(nóng)3517、蘭考198、開麥20、泛麥8、洛麥22和6個(gè)品種的平均值。相同品種圖柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。誤差線為標(biāo)準(zhǔn)差。下同。

XN979,XN3517,LK198,KM20,FM8,LM22 and Average represent Xinong 979,Xinong 3517,Lankao 198,Kaimai 20,Fanmai 8,Luomai 22 and average of 6 cultivars,respectively. Different small letters above columns of same cultivar indicate significant difference among treatments at 0.05 level.Bars denote the standard deviation. The same in figure 2.

圖1施磷量對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響

Fig.1Effectsofphosphorusapplicationrateongrainyieldofwinterwheat

2.2 施磷量對(duì)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素和收獲指數(shù)的影響

由表1可知，施磷量、品種和生長(zhǎng)季均對(duì)小麥的成穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)有極顯著影響，施磷量和品種的交互作用對(duì)上述指標(biāo)有顯著或極顯著影響；對(duì)穗粒數(shù)和收獲指數(shù)而言，施磷量、品種和生長(zhǎng)季間的交互效應(yīng)達(dá)顯著水平?？傮w來看，隨著施磷量的增加成穗數(shù)呈增加趨勢(shì)，除2014-2015生長(zhǎng)季的蘭考198外，P60較P0處理均顯著增加；繼續(xù)增加施磷量，成穗數(shù)的增幅減緩，處理間差異程度因品種和生長(zhǎng)季而異，但P180和P240間均無顯著差異。不同小麥品種的穗粒數(shù)均隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，前后兩生長(zhǎng)季的峰值分別出現(xiàn)在P180和P120，在2015-2016生長(zhǎng)季，P120的穗粒數(shù)均顯著高于其他處理。千粒重總體表現(xiàn)為P120、P180>P60>P0>P240，多數(shù)品種P120、P180處理的千粒重顯著高于P0，表明適量施磷有利于提高小麥千粒重，但過量施磷反而降低千粒重。兩生長(zhǎng)季施磷可不同程度提高小麥?zhǔn)斋@指數(shù)，隨著施磷量的增加，收獲指數(shù)總體呈先升后降的趨勢(shì)，在2014-2015生長(zhǎng)季不同品種收獲指數(shù)達(dá)到峰值的施磷量不同，在2015-2016生長(zhǎng)季6個(gè)品種均以P120處理收獲指數(shù)最高。

表1 施磷量對(duì)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素和收獲指數(shù)的影響Table 1 Effect of phosphorus application rate on yield components and harvest index in winter wheat

同一品種同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。*：P<0.05；**：P<0.01。

For same variety,different small letters following data at same column indicate significant difference among the treatments at 0.05 level.*：P<0.05; **：P<0.01.

2.3 施磷量對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

以肥料投入和小麥產(chǎn)出計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)果(圖2)表明，6個(gè)小麥品種的經(jīng)濟(jì)效益均隨著施磷量的增加呈先升后降的趨勢(shì)，在施磷0～60 kg·hm-2范圍內(nèi)迅速增加，之后增加幅度減緩甚至降低，且經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到峰值的施磷量在不同生長(zhǎng)季和品種間不同。與P0相比，施磷處理均顯著提高了各小麥品種的經(jīng)濟(jì)效益，但不同施磷處理間的差異程度因生長(zhǎng)季和品種而異。在2014-2015生長(zhǎng)季，開麥20的經(jīng)濟(jì)效益以P120最高，其他品種均以P180最高，僅洛麥22的P180經(jīng)濟(jì)效益顯著高于P120。在2015-2016生長(zhǎng)季，各小麥品種的P120經(jīng)濟(jì)效益均顯著高于其他處理，6個(gè)品種的平均值分別較P0、P60、P180和P240提高65.0%、13.5%、12.7%和24.7%；P60的經(jīng)濟(jì)效益和P180差異不顯著，但二者均顯著高于P240。

2.4 小麥獲得最佳產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的施磷量

兩生長(zhǎng)季6個(gè)小麥品種的籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益與施磷量間均可用二次曲線模型描述(表2)。最佳經(jīng)濟(jì)效益施磷量均低于最佳產(chǎn)量施磷量，降幅為6.1%～18.5%，但其在不同生長(zhǎng)季的降低幅度不同。在2014-2015生長(zhǎng)季，小麥獲得的最佳產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的施磷量在品種間差異較大，其中，西農(nóng)3517最低，分別為159.7和142.8 kg·hm-2，蘭考198最高，分別為322.2和270.4 kg·hm-2，其他品種介于二者之間。說明冬小麥產(chǎn)量對(duì)施磷量的響應(yīng)存在品種差異。在2015-2016生長(zhǎng)季，不同小麥品種的最佳施磷量差異較小，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的施磷量為128.3～139.1kg·hm-2，均低于其獲得最佳產(chǎn)量的施磷量(137.9～149.6 kg·hm-2)，但獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益時(shí)的產(chǎn)量較最高產(chǎn)量?jī)H略有降低(0.12%～0.68%)，表明適量減施磷肥對(duì)小麥產(chǎn)量影響不明顯。可見，根據(jù)最佳經(jīng)濟(jì)效益推薦施磷量可在一定程度上降低磷肥用量，且不影響籽粒產(chǎn)量。

圖2 施磷量對(duì)冬小麥經(jīng)濟(jì)效益的影響

生長(zhǎng)季Growingseason品種Variety籽粒產(chǎn)量Grainyield擬合方程Fittedequation最佳施磷量OptimumPrate/(kg·hm-2)經(jīng)濟(jì)效益Grossprofit擬合方程Fittedequation最佳施磷量OptimumPrate/(kg·hm-2)最高產(chǎn)量Highestyield/(kg·hm-2)最佳經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)量Yieldofoptimumprofit/(kg·hm-2)2014-2015西農(nóng)979Xinong979y=-0．0921x2+31．440x+6115170．7y=-0．1933x2+60．724x+11051157．187988781西農(nóng)3517Xinong3517y=-0．0744x2+23．768x+6712159．7y=-0．1562x2+44．613x+12304142．886108589蘭考198Lankao198y=-0．0245x2+15．788x+7157322．2y=-0．0515x2+27．854x+13239270．497009635開麥20Kaimai20y=-0．0759x2+24．626x+5634162．2y=-0．1594x2+46．416x+10040145．676317611泛麥8Fanmai8y=-0．0284x2+13．581x+8635239．1y=-0．0596x2+23．219x+16343194．81025910203洛麥22Luomai22y=-0．0848x2+30．281x+6109178．5y=-0．1781x2+58．290x+11037163．6881287932015-2016西農(nóng)979Xinong979y=-0．1404x2+40．166x+6044143．0y=-0．2948x2+79．049x+10901134．189168905西農(nóng)3517Xinong3517y=-0．1492x2+43．332x+5668145．2y=-0．3134x2+85．697x+10112136．788148803蘭考198Lankao198y=-0．1350x2+38．255x+6465141．7y=-0．2836x2+75．036x+11786132．391759163開麥20Kaimai20y=-0．1311x2+36．153x+5277137．9y=-0．2753x2+70．621x+9291128．377707757泛麥8Fanmai8y=-0．1169x2+34．976x+7251149．6y=-0．2455x2+68．149x+13436138．898679853洛麥22Luomai22y=-0．1393x2+41．271x+5997148．1y=-0．2925x2+81．37x+10802139．190549042

2.5 施磷量對(duì)小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率的影響

不同小麥品種的磷肥農(nóng)學(xué)效率差異較大，但均隨施磷量的增加逐漸降低，且降低幅度在不同生長(zhǎng)季表現(xiàn)不同(表3)。總體來看，不同施磷處理間磷肥農(nóng)學(xué)效率差異顯著，且2015-2016生長(zhǎng)季的P60和P120處理較2014-2015生長(zhǎng)季明顯提高，6個(gè)品種平均提高13.0 kg·kg-1和11.4 kg·kg-1。在2014-2015生長(zhǎng)季，P60的小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于其他施磷處理，而P240顯著低于其他處理，西農(nóng)979、西農(nóng)3517和開麥20的P120磷肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于P180。在2015-2016生長(zhǎng)季，P60的磷肥農(nóng)學(xué)效率較P120高8.5 kg·kg-1，各品種在兩處理間差異均顯著(除蘭考198和泛麥8)，各品種P120的磷肥農(nóng)學(xué)效率也均顯著高于P180，平均較P180高13.1 kg·kg-1，而P180的磷肥農(nóng)學(xué)效率僅西農(nóng)3517和蘭考198顯著高于P240。可見，增加施磷量會(huì)降低磷肥農(nóng)學(xué)效率。

表3 施磷量對(duì)冬小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率的影響Table 3 Effects of phosphorus application rate on phosphorus agronomy efficiency in winter wheat kg·kg-1

同年度同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Different small letters following data within same column in same year indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

3 討 論

適量施磷不僅有利于提高小麥群體結(jié)構(gòu)和開花后干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)及冠層截獲光合有效輻射值[7]，且提高了小麥成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，從而提高了籽粒產(chǎn)量[15-16]。本研究表明，施磷較不施磷處理提高了成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，從而顯著提高了小麥產(chǎn)量；P240較P120和P180，成穗數(shù)維持穩(wěn)定或略有增加，但穗粒數(shù)和千粒重降低，使產(chǎn)量降低，這與前人的研究結(jié)果類似[6-9]。說明施磷量適宜時(shí)才能提高小麥產(chǎn)量。由于生態(tài)條件、土壤肥力、施磷水平以及供試品種等因素的不同，不同研究中冬小麥適宜施磷量不同。在長(zhǎng)江中下游地區(qū)，低磷土壤上強(qiáng)筋小麥?zhǔn)㏄2O5144 kg·hm-2、中筋和弱筋小麥?zhǔn)㏄2O5108 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量最高[6]。在豫北部潮土地區(qū)，小麥產(chǎn)量以施P2O5225 kg·hm-2最高[7]，也有報(bào)道認(rèn)為，施P2O590～180 kg·hm-2就可獲得最高產(chǎn)[11]。在豫西旱作區(qū)，施P2O5100 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量最高[17]。河北地區(qū)，施P2O5240 kg·hm-2的小麥產(chǎn)量與施P2O5120 kg·hm-2相當(dāng)[4]。在京郊有效磷含量30 mg·kg-1的中高產(chǎn)田，施P2O5150 kg·hm-2小麥產(chǎn)量最高[16]。本研究中，就6個(gè)品種總體而言，前后兩個(gè)生長(zhǎng)季的適宜施磷量分別為180和120 kg·hm-2，第二生長(zhǎng)季適宜施磷量降低，主要是因?yàn)榍捌谑┝琢吭谕寥乐杏幸欢ㄐ罘e，使下茬小麥獲得最高產(chǎn)量的施磷量降低[18]。

由于肥料成本投入與作物產(chǎn)出之間符合報(bào)酬遞減規(guī)則，很多學(xué)者采用肥料效應(yīng)函數(shù)法，建立肥料效應(yīng)方程來計(jì)算最佳施肥量，并用作推薦施肥的依據(jù)[19]。本研究表明，施磷量與小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益間均可用二次效應(yīng)方程描述，且方程回歸獲得的最高產(chǎn)量的施磷量均高于最佳經(jīng)濟(jì)效益的施磷量，尤其是在2015-2016生長(zhǎng)季，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的施P2O5量為128.3～139.1 kg·hm-2，較最佳產(chǎn)量施P2O5量(137.9～149.6 kg·hm-2)降低5.7%～12.1%，但其對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量?jī)H降低0.12%～0.68%，說明基于經(jīng)濟(jì)效益推薦施磷量能在保證產(chǎn)量的同時(shí)進(jìn)一步降低施磷量，低磷灌區(qū)小麥推薦施肥時(shí)可盡量向最佳經(jīng)濟(jì)效益施肥量靠攏。

提高磷肥農(nóng)學(xué)效率是科學(xué)施磷的主要目標(biāo)。我國由于小麥生產(chǎn)中施磷不科學(xué)特別是過量施磷，平均小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率為10.2 kg·kg-1[20]，黃淮海地區(qū)僅6.0 kg·kg-1[21]，均低于世界平均水平[22]。黃淮海地區(qū)的調(diào)查結(jié)果表明，河南小麥磷肥用量為0～300 kg·hm-2[23]，山東惠民縣小麥磷肥用量為0～726 kg·hm-2[24]，造成了小麥磷肥農(nóng)學(xué)效率低且變異較大[20]。磷肥農(nóng)學(xué)效率還與土壤磷素狀況密切相關(guān)，土壤速效磷含量中低等條件下，施磷顯著提高小麥產(chǎn)量，但土壤速效磷含量超過30 mg·kg-1，施磷不增產(chǎn)甚至減產(chǎn)，磷肥農(nóng)學(xué)效率下降[25]。本研究表明，不同品種的磷肥農(nóng)學(xué)效率差異較大，但均隨施磷量增加而降低，P60、P120、P180、P240的磷肥農(nóng)學(xué)效率分別為11.5～41.4、9.8～31.0、8.5～16.1和5.7～10.5 kg·kg-1，其中P60、P120、P180普遍高于全國平均水平，P240也高于黃淮海地區(qū)的平均水平，主要原因是本研究在低磷灌區(qū)開展，土壤速效磷含量?jī)H為6.3 mg·kg-1，施磷產(chǎn)量變化大，磷肥農(nóng)學(xué)效率也就高[21]。另外，本試驗(yàn)條件下小麥生長(zhǎng)發(fā)育過程中的水分和氮、鉀肥供應(yīng)適宜，激發(fā)了磷肥增產(chǎn)效應(yīng)，是磷肥農(nóng)學(xué)效率較高的又一原因[7]。

4 結(jié) 論

隨施磷量的增加，小麥籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益呈先升后降的趨勢(shì)，而磷肥農(nóng)學(xué)效率逐漸下降。2015-2016生長(zhǎng)季P0的小麥產(chǎn)量以及達(dá)到最高產(chǎn)量和最高經(jīng)濟(jì)效益的施磷量均較2014-2015生長(zhǎng)季低，P60和P120的磷肥農(nóng)學(xué)效率也大幅提高，說明施磷對(duì)小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響具有一定的后效性?；貧w結(jié)果表明，小麥的最佳經(jīng)濟(jì)效益施磷量低于最佳產(chǎn)量施磷量，而二者對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量相差很小。綜合考慮產(chǎn)量、效益和效率，低磷灌區(qū)小麥宜施P2O5120～140 kg·hm-2。

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