冬小麥?夏玉米體系磷效率對(duì)土磷素肥力的響應(yīng)

姚 珊，張東杰，Batbayar Javkhlan，劉 琳，李若楠，周江香，張樹蘭，楊學(xué)云

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100）

磷是作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的必需營(yíng)養(yǎng)元素，也是作物增產(chǎn)的主要限制因子之一。土壤缺磷會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分不平衡，從而引起減產(chǎn)。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中必須施用適量的磷肥來提高土壤磷水平。由于磷肥施入土壤后大約有75%～90%被土壤固定而變成作物難以利用的形態(tài)[1–2]，因此其當(dāng)季利用率普遍很低，通常情況下只有10%～25%[3]。較低的當(dāng)季利用率促使磷肥需求量增長(zhǎng)，因而過量施磷現(xiàn)象非常普遍[4]。僅就陜西關(guān)中平原地區(qū)而言，冬小麥?夏玉米體系中施磷量過高的農(nóng)戶分別占60%和20%[5]。過量施用磷肥反過來又導(dǎo)致磷利用率降低，不僅浪費(fèi)了有限的磷資源，同時(shí)造成土壤磷素累積，過高的磷素累積可能通過地表徑流或亞地表徑流進(jìn)入水體，引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化等一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題[6–7]。同時(shí)，磷礦是有限的不可再生資源，我國(guó)磷礦資源正在被加速耗竭，據(jù)許秀成[8]推算，未來我國(guó)磷礦僅可開采20年。因此合理施用磷肥，對(duì)維持作物產(chǎn)量、減少磷素流失、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來，很多文獻(xiàn)報(bào)道我國(guó)土壤肥力普遍大幅度提升[9–11]，尤其是土壤磷素肥力水平，由第二次土壤普查時(shí)的平均速效磷8 mg/kg[12]提高到了現(xiàn)在的20 mg/kg以上[13–17]，且仍在進(jìn)一步提高[18]。與此同時(shí)，我國(guó)農(nóng)田磷肥投入量較高，在2011年已經(jīng)達(dá)到5041.65 kt P，并且還在進(jìn)一步增加[19]。近30年來陜西關(guān)中平原小麥?玉米種植區(qū)主要土壤土的土壤肥力也在不斷提高，特別是耕層全磷和速效磷水平明顯升高[20]。和全國(guó)其他主要農(nóng)區(qū)一樣，該區(qū)磷肥投入量也一直維持在較高水平且逐年增加[5,21]，這使得土壤磷素水平不斷升高。由于磷素水平高的土壤供磷能力強(qiáng)，施磷增加了作物對(duì)磷肥的吸收，降低了作物對(duì)土壤磷的吸收利用[22]。許多學(xué)者在速效磷低于20 mg/kg的土壤上研究發(fā)現(xiàn)，用差減法計(jì)算的磷肥利用效率均隨土壤速效磷水平的增加而降低[23–24]。劉艷玲等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在速效磷4.4～37.9 mg/kg的土壤上，差減法計(jì)算的磷肥利用效率有隨土壤速效磷增加而降低的趨勢(shì)。因此，隨著磷肥施用量的不斷增加、土壤磷素水平的提升、磷礦資源的加速耗竭，如何合理施用磷肥是維持作物高產(chǎn)和提高磷肥利用效率需要解決的關(guān)鍵問題。

與氮肥相類似，傳統(tǒng)的磷肥利用效率的計(jì)算是基于裂區(qū)基礎(chǔ)上的，亦即同時(shí)做不施磷肥對(duì)照和施磷肥處理，用施磷區(qū)作物地上部吸磷量減去對(duì)照區(qū)作物地上部吸磷量來計(jì)算的?？梢韵胍姷氖?，由于符合報(bào)酬遞減率，隨著土壤磷素肥力的提高，磷利用效率會(huì)相應(yīng)下降。同時(shí)，考慮到磷肥吸附固定和很長(zhǎng)的后效，這種計(jì)算方法本身就沒有太多意義[26]。據(jù)此，Syers等[26]提出了平衡法計(jì)算磷肥利用率，平衡法磷肥利用率是用作物地上部吸磷量除以磷肥施用量，該法成功地解決了磷肥累積和后效的問題。

縱觀國(guó)內(nèi)已有的研究，磷肥利用效率幾乎全部都是基于傳統(tǒng)方法計(jì)算的。因而很難據(jù)此把磷肥利用效率和土壤肥力建立有效聯(lián)系。因此我們假設(shè)：隨著土壤肥力的提高，磷肥利用效率在一定范圍內(nèi)也隨之提高。為此我們利用土長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)形成的不同肥力 (磷素) 梯度的土壤，用盆栽試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

盆栽試驗(yàn)在“國(guó)家黃土肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)基地”進(jìn)行，基地位于黃土高原南部的陜西省關(guān)中平原楊凌示范區(qū) (34°17′51″N、108°00′48″E)，海拔 534 m，年平均氣溫12.9℃，年降水量為550～600 mm，降雨量主要集中在6～9月份。年均蒸發(fā)量993 mm，無霜期184～216天。屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。土壤為土，黃土母質(zhì)。

試驗(yàn)于2016年10月至 2017年10月進(jìn)行，冬小麥?夏玉米兩熟制作物體系。供試土壤采自長(zhǎng)期定位試驗(yàn)地耕層 (0—20 cm)，處理分別為：1) 對(duì)照不施肥 (CK)；2) 低氮配合磷鉀肥 (75%N + PK，N1PK)；3) 高氮配合磷鉀肥 (125%N + PK，N2PK)；4) 單施磷鉀肥 (PK)；5) 秸稈還田配合化肥氮磷鉀(SNPK)；6) 有機(jī)肥配合氮磷鉀 (MNPK)。長(zhǎng)期試驗(yàn)詳細(xì)信息參見Yang等的文章[28]。將采集的土壤風(fēng)干至約10%的含水量、混勻過0.8 cm篩備用。盆栽試驗(yàn)設(shè)置五個(gè)磷素水平土壤 (F1、F2、F3、F4、F5)，其中F1、F3和F4分別用CK、N2PK和SNPK處理耕層土壤配成；F2為N1PK加少許CK處理土壤稀釋，F(xiàn)5為PK處理加少量MNPK處理稍稍提高其Olsen-P濃度，從而形成需要的磷素水平梯度。供試盆栽土壤基本性質(zhì)如表1。

表1 盆栽試驗(yàn)供試土壤的基本化學(xué)性質(zhì)Table 1 Chemical properties of soil used for the pot experiment

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)土壤磷素水平和施磷量?jī)蓚€(gè)因素。每個(gè)磷素水平土壤上設(shè)置5個(gè)施磷量 (P0、P30、P60、P90、P120)，共25個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)4次，共100盆，隨機(jī)排列。所有處理均施足量氮肥 (尿素，含氮量46%) 和鉀肥 (硫酸鉀，含K2O 50%)。肥料均在作物播種前與盆內(nèi)的土壤混勻，冬小麥和夏玉米的施肥量相同，具體施肥量如表2所示。

表2 盆栽試驗(yàn)肥料用量 (g/pot)Table 2 Rates of fertilizers applied in the pot experiment

本盆栽試驗(yàn)的施肥量是基于大田施磷量計(jì)算的，施磷量設(shè)置為P2O50、30、60、90、120 kg/hm2。考慮到盆栽作物根系集中、養(yǎng)分僅來自有限的土壤且與土體接觸面積遠(yuǎn)大于大田，而大田作物可以不受阻礙地吸收更深層更廣泛的土壤養(yǎng)分[29]，有學(xué)者估算20 cm以下土壤大約貢獻(xiàn)作物吸收養(yǎng)分的40%，盆栽植物正常生長(zhǎng)所需施肥量幾乎是大田施肥量的2倍[30]。因此本盆栽試驗(yàn)實(shí)際施肥量以大田的2倍計(jì)算，以期其結(jié)果盡可能接近大田。具體施肥量見表2。盆栽試驗(yàn)每盆裝土10 kg，每盆的施肥量按土重比例施用 (耕層土重以2250 t/hm2計(jì)算)。將肥料與土壤充分混勻后裝盆。所有盆均埋于地表，使盆栽作物的生長(zhǎng)條件盡可能接近大田。作物生長(zhǎng)期間搭建防護(hù)網(wǎng)，防止蟲鳥破壞。每盆播20粒小麥種子，出苗后間苗至12株；播3粒玉米種子，出苗后保留1株。供試小麥品種為‘小偃22’，玉米品種為‘鄭單958’，均為當(dāng)?shù)刂饕贩N。試驗(yàn)期間視盆栽土壤水分情況及時(shí)澆水。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

作物成熟后收獲地上部所有植株，曬干、脫粒后測(cè)定地上部生物量、籽粒產(chǎn)量，籽粒和秸稈樣品粉碎后測(cè)定其含磷量。作物收獲后均勻采集盆內(nèi)土樣約50 g/盆，風(fēng)干并混勻后分別過1 mm和0.15 mm篩，測(cè)定土壤速效磷和全磷含量。土壤速效磷的測(cè)定采用pH 8.5的0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提，鉬銻抗比色法；土壤全磷的測(cè)定采用H2SO4–HClO4消煮，鉬銻抗比色法；植物樣品全磷的測(cè)定采用H2SO4–H2O2消煮，鉬銻抗比色法[31]。

1.4 計(jì)算方法

磷肥利用效率 (PUE)：

式 (1) 中：Pup代表施磷肥處理地上部作物吸收磷量(g/盆)；F 代表磷肥的投入量 (g/盆)。

地上部作物磷 (P) 養(yǎng)分吸收量 (g/盆)：

式 (2) 中：Yg代表作物籽粒產(chǎn)量 (g/盆)；Pg代表作物籽粒含磷量 (%)；Ys代表作物秸稈產(chǎn)量 (g/盆)；Ps代表作物秸稈含磷量 (%)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行分析，采用Excel 2013 軟件制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物籽粒產(chǎn)量

土壤Olsen-P水平低于15 mg/kg時(shí)，冬小麥籽粒產(chǎn)量對(duì)施磷量有明顯反應(yīng)。在F1水平時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量隨施磷量的增加而顯著提高，施磷處理較不施磷處理增產(chǎn)52.2%～119.7%；土壤Olsen-P在15 mg/kg(F2) 及以上時(shí)，施磷肥沒有顯著的增產(chǎn)效果 (表3)。

夏玉米和冬小麥產(chǎn)量趨勢(shì)大體一致?？傮w上看，在土壤Olsen-P水平等于或低于15 mg/kg時(shí)，玉米籽粒產(chǎn)量對(duì)施磷量有明顯反應(yīng)。在F1水平時(shí)，玉米籽粒產(chǎn)量隨著施磷量的增加而顯著提高，所有施磷處理較不施磷處理增產(chǎn)94.7%～212.7%。在F2水平時(shí)，施磷量為90～120 kg/hm2時(shí)的玉米籽粒產(chǎn)量顯著高于不施磷處理，增產(chǎn)可達(dá)33.2%～40.3%；但施磷量達(dá)到60 kg/hm2后產(chǎn)量不再顯著增加。在土壤Olsen-P水平高于15 mg/kg時(shí)，玉米產(chǎn)量在不同施肥量間沒有顯著變化 (表3)。

不論是冬小麥還是夏玉米，在不施磷肥條件下(P0)，當(dāng)土壤速效磷達(dá)到23.6 mg/kg (F3) 后，作物籽粒產(chǎn)量不再隨土壤磷水平的增加而顯著增加。在施磷量為P30 時(shí)，作物籽粒產(chǎn)量隨土壤磷水平的增加而增加，土壤速效磷為 35.7 mg/kg (F4) 時(shí)達(dá)到最高。其余較高施磷處理下，作物籽粒產(chǎn)量基本不因土壤磷水平提升而顯著增加 (表3)。由表3也可看出，施磷量、土壤磷素水平以及它們的交互作用均對(duì)作物產(chǎn)量有極顯著的影響。

表3 各磷素水平土壤不同施磷處理小麥和玉米籽粒產(chǎn)量 (g/pot)Table 3 Grain yields of winter wheat and summer maize in the tested soils receiving different rates of phosphorus

2.2 土壤磷素含量的變化

由圖1可以看出，除F2磷水平土壤施磷量60 kg/hm2、120 kg/hm2和F5磷水平土壤施磷量120 kg/hm2幾個(gè)處理較不施磷處理顯著提高了土壤全磷含量外，其他磷水平土壤經(jīng)過一年兩季的施磷種植，土壤全磷含量基本沒有顯著變化。

在同一磷素水平土壤上，玉米收獲后的土壤速效磷含量 (Olsen-P) 均隨施磷量的增加而顯著增加，隨著土壤磷素水平的升高，增施磷肥對(duì)速效磷的增加幅度變小，除F2磷水平土壤外，施磷量30 kg/hm2處理的Olsen-P和對(duì)照相比差異均不顯著。F1、F2、F3、F4和F5磷素水平土壤上，施磷處理較不施磷處理土壤速效磷分別增加–4.08%～434.69%、26.49%～112.77%、6.74%～48.24%、4.07%～43.65%和–4.84%～28.29%。同一施磷量下，土壤速效磷含量均隨土壤磷素水平的提升而顯著增加 (圖1)。

2.3 土壤磷素水平與磷肥利用效率的關(guān)系

冬小麥磷肥利用效率隨施磷量的增加而顯著降低，在施磷量為60 kg/hm2時(shí) (圖2)，由30 kg/hm2時(shí)的最高值129.84%下降到僅為57.68%。同一施磷量，冬小麥PUE均隨土壤磷素水平的提高而顯著增加。小麥PUE與土壤Olsen-P含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系 (P ＜ 0.05)，30 kg/hm2、60 kg/hm2、90 kg/hm2和120 kg/hm2線性關(guān)系決定系數(shù)分別達(dá)到0.996、0.899、0.760和0.820，有隨施磷量增加而減小的趨勢(shì)，這意味著磷肥利用效率受土壤磷素水平的影響程度逐漸變小 (圖2)。小麥各個(gè)施磷量下PUE隨土壤磷素水平的增加而線性增加，在施磷量為30 kg/hm2時(shí)，Olsen-P每增加10 mg/kg，PUE可增加17.60%。在Olsen-P達(dá)33.03 mg/kg時(shí)，PUE達(dá)到100%，亦即投入多少，可攜出多少。Olsen-P進(jìn)一步升高，PUE超過100%，則土壤磷處于耗竭狀態(tài)。

圖1 各磷素水平土壤不同施磷處理夏玉米收獲后土壤全磷、速效磷含量Fig. 1 Soil total phosphorus and available phosphorus in tested soils receiving different rates of phosphorus after harvest of summer maize

與冬小麥PUE不同，夏玉米在低施磷量 (P30)時(shí)，PUE隨著土壤有效磷增加而呈二次曲線形式增加，由此可計(jì)算出在Olsen-P含量12.32 mg/kg時(shí)PUE達(dá)到100%，在此水平以上處于耗竭狀態(tài)，直到Olsen-P達(dá)到33.63 mg/kg時(shí)PUE達(dá)到最高值155.24%。施磷量為60、90和120 kg/hm2時(shí)，PUE隨土壤Olsen-P含量上升而直線增加，在Olsen-P分別達(dá)到12.22、16.64和14.39 mg/kg后，PUE不再進(jìn)一步增加，其關(guān)系可用線性–平臺(tái)模型描述 (圖2)。夏玉米磷肥利用效率隨施磷量的增加也顯著降低；四個(gè)施磷量下最高PUE分別為155.24%、69.77%、49.50%和37.08%。

整個(gè)冬小麥?夏玉米體系總的磷肥利用率和土壤初始Olsen-P含量作圖 (圖2)，可以看出，和夏玉米類似，作物體系周年磷肥利用效率均隨施磷量的增加而降低。年施磷量為60 kg/hm2時(shí)，PUE也呈二次曲線形式增長(zhǎng)，據(jù)此可算出在Olsen-P達(dá)到17.97 mg/kg時(shí)PUE達(dá)到100%，Olsen-P 40.11 mg/kg時(shí)PUE達(dá)到最高131.51%，但在此Olsen-P范圍內(nèi)土壤磷素處于消耗狀態(tài)。年施磷量為120 kg/hm2和240 kg/hm2時(shí)，PUE隨耕層土壤Olsen-P含量上升而直線增加，在分別達(dá)到20.62 mg/kg和12.32 mg/kg后，PUE不再進(jìn)一步隨Olsen-P含量增加而提高，其關(guān)系也可用線性加平臺(tái)模型模擬。而年施磷量為180 kg/hm2時(shí)，PUE隨土壤Olsen-P的增加而直線增加，但增加速率較小 (圖 2)。

3 討論

3.1 冬小麥和夏玉米的籽粒產(chǎn)量

本研究發(fā)現(xiàn)，在土壤速效磷低于15 mg/kg時(shí)，增磷肥可顯著提高小麥及玉米的籽粒產(chǎn)量 (表3)。這與王立秋[32]、王旭東等[33]在速效磷6.5 mg/kg、10.5 mg/kg土壤上的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)橥寥懒姿厮捷^低時(shí)，土壤供磷能力弱，不能滿足作物需求，作物生長(zhǎng)在很大程度上要依賴外源磷肥的施用。而在土壤磷素水平較高條件下 (Olsen-P高于15 mg/kg)，增施磷肥的增產(chǎn)效果不顯著 (表3)。不施磷肥處理下，無論小麥還是玉米，當(dāng)土壤Olsen-P達(dá)到23.6 mg/kg后產(chǎn)量不再隨土壤Olsen-P的增加而顯著增加 (甚至有減少趨勢(shì))。張文偉等[34]在速效磷15.0 mg/kg的土壤上，李丹等[35]在速效磷19.4 mg/kg的土壤上的研究也表明，增施磷肥對(duì)玉米產(chǎn)量的增加并沒有顯著效果。Robert和Johnston[36]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤Olsen-P達(dá)到23 mg/kg后施磷不再增加冬小麥的產(chǎn)量。我們的結(jié)果與此基本一致。前人利用長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)結(jié)果得出，土地區(qū)冬小麥農(nóng)學(xué)閾值為17 mg/kg左右，夏玉米為13 mg/kg左右，超過此閾值，作物對(duì)磷肥不再有明顯的增產(chǎn)反應(yīng)[37–38]。本試驗(yàn)結(jié)果也與該區(qū)域大田試驗(yàn)作物對(duì)土壤磷的反應(yīng)吻合較好。

3.2 夏玉米收獲后的土壤磷素變化

本研究發(fā)現(xiàn)，除F2施磷量60 kg/hm2、120 kg/hm2和F5施磷量120 kg/hm2較不施肥顯著提高了全磷含量外，其它磷水平土壤經(jīng)過一年施磷種植，基本都沒有影響全磷含量 (圖1)。其原因可能是本研究供試土壤全磷相對(duì)較高且種植時(shí)間較短，因而對(duì)全磷含量影響較小。許多研究表明，全磷的變化過程較為緩慢，短期耕作一般不會(huì)導(dǎo)致土壤全磷的顯著改變，長(zhǎng)期不施磷肥會(huì)導(dǎo)致土壤全磷含量降低，而長(zhǎng)期過量施磷肥會(huì)導(dǎo)致土壤全磷含量升高[39–41]。本研究發(fā)現(xiàn)，在各磷素水平土壤上，速效磷的含量均隨著施磷量的增加而顯著提高 (圖1)。許多學(xué)者研究也表明，增施磷肥可增加土壤速效磷含量[42–45]。

圖2 磷肥利用效率與土壤有效磷水平的關(guān)系Fig. 2 Relationship between phosphorus use efficiency (PUE) and soil Olsen-P contents

3.3 土壤磷素水平與磷肥利用效率的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)，無論是小麥還是玉米，在土壤磷素水平較低時(shí)PUE較低，土壤磷素水平較高時(shí)PUE較高。隨施磷量增加，PUE的升高速率降低 (圖2)。盧亞南等[46]也發(fā)現(xiàn)，施磷量較大時(shí)磷肥利用效率隨土壤磷水平的變化幅度較小。Mclaughlin等[47]認(rèn)為，在低肥力土壤上施用磷肥利用效率較低，主要是因?yàn)橛行B(tài)磷大多轉(zhuǎn)化為無效態(tài)磷，減少了作物的吸收利用。這說明在一定范圍內(nèi)，土壤磷素水平高的土壤供磷能力強(qiáng)，施磷增加了作物對(duì)磷肥的吸收，但降低了作物對(duì)土壤磷的吸收利用[22]；但超過一定范圍時(shí)，作物對(duì)磷肥利用不再增加。本研究也表明，在同樣磷素水平土壤上，隨著施磷量的增加，冬小麥、夏玉米的PUE均降低 (圖2)，表明作物對(duì)磷養(yǎng)分的吸收并不與磷投入同步。這與前人研究結(jié)果一致[23,36]。

同一施磷量下，冬小麥PUE均隨土壤磷素水平的提高而顯著增加，PUE與土壤Olsen-P之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系 (P ＜ 0.05)。冬小麥各個(gè)施磷量下PUE線性增加的原因，首先可能與冬小麥在拔節(jié)期以前一直處于較低溫度、作物生長(zhǎng)緩慢、土壤磷素有效性較低、吸收磷素能力相對(duì)較弱有關(guān)，因?yàn)橹挥休^高的土壤磷素水平才能很好地滿足其磷素需求；其次可能與磷素奢侈吸收有關(guān)。但也看到，在施磷量為60 kg/hm2時(shí)，土壤Olsen-P每升高10 mg/kg，PUE提高僅為4.9% (圖2)，升高幅度很有限。用平衡法計(jì)算PUE，在施磷量一定時(shí)，PUE的變化也反映了作物吸磷量的變化。王永剛[48]研究發(fā)現(xiàn)，在不施肥的條件下，小麥吸磷量隨土壤速效磷的增加而顯著增加，達(dá)到一定程度后小麥吸磷量增加但是生物量卻不再增加。我們的研究結(jié)果與此大體一致，但具體的變化程度不同，可能是施磷量、土壤磷素水平、土壤類型、氣候等因素不同所導(dǎo)致的。

低施磷量 (30 kg/hm2) 時(shí)，夏玉米PUE隨著土壤有效磷增加呈二次曲線形式增加，Olsen-P達(dá)到33.63 mg/kg時(shí)，PUE達(dá)到最高值。所以當(dāng)土壤Olsen-P高于此值時(shí)，玉米PUE開始下降。張立花等[49]研究發(fā)現(xiàn)，玉米土壤速效磷含量與植株吸磷量的關(guān)系可用二次曲線擬合，這與我們的研究結(jié)果類似。表明玉米地上部吸磷是有限的，當(dāng)土壤磷素水平達(dá)到一定值后，玉米地上部吸磷量不再增加。而在較高施磷量 (60～120 kg/hm2) 時(shí)，PUE先隨土壤Olsen-P含量的提高呈直線增加，當(dāng)Olsen-P達(dá)到一定水平時(shí)PUE不再進(jìn)一步增加 (圖2)。這種現(xiàn)象一方面和夏玉米土壤磷農(nóng)學(xué)閾值較低有關(guān)；另一方面也與夏玉米生長(zhǎng)季節(jié) (6～9月份) 水熱同步有關(guān)。在土壤溫度較高時(shí)，土壤磷有效性相對(duì)較高；前茬作物根茬及土壤有機(jī)質(zhì)分解強(qiáng)烈，也為其生長(zhǎng)提供了一定磷源。

作物體系周年P(guān)UE隨土壤Olsen-P的變化與夏玉米類似，年施磷量為60 kg/hm2時(shí)，PUE也呈二次曲線形式增長(zhǎng)，Olsen-P為17.97 mg/kg時(shí)PUE達(dá)到100%，Olsen-P在40.11 mg/kg時(shí)PUE達(dá)到最高 (圖2)，但在此Olsen-P范圍內(nèi)土壤磷素處于消耗狀態(tài)。Olsen-P為17.97 mg/kg與該區(qū)冬小麥磷農(nóng)學(xué)閾值接近[37-38,50]。表明即使在較低施磷條件下，該體系磷利用率達(dá)到較高的水平依然需要建立在滿足作物最低需求的土壤磷條件之上。Medinski等[51]認(rèn)為，即使在高肥力土壤上，也需通過施肥來保持土壤肥力。前人研究發(fā)現(xiàn)，楊凌地區(qū)土壤磷的環(huán)境閾值為40 mg/kg[37]，這與本試驗(yàn)觀察到的體系PUE最大時(shí)的Olsen-P一致。表明土小麥玉米種植區(qū)，Olsen-P超過40 mg/kg不僅會(huì)降低PUE，而且潛在磷損失風(fēng)險(xiǎn)急劇增大。因此，考慮到作物體系，建議將土壤速效磷控制在40 mg/kg內(nèi)進(jìn)行管理。年施磷量為120 kg/hm2和240 kg/hm2時(shí)，PUE隨土壤Olsen-P上升而直線增加，在分別達(dá)到20.62 mg/kg和12.32 mg/kg后，PUE不再進(jìn)一步隨增加，表明在低磷土壤上，可以施入較多量的磷肥以滿足作物生長(zhǎng)需要。而年施磷量為180 kg/hm2時(shí)，PUE隨土壤速效磷的增加呈線性增加，這可能與小麥的奢侈吸收有關(guān)。

綜上，以該區(qū)作物的農(nóng)學(xué)閾值的有效磷水平作為磷素管理的低限，冬小麥為17 mg/kg、夏玉米為13 mg/kg；以PUE為最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的土壤Olsen-P含量為高限，夏玉米為34 mg/kg、整個(gè)體系為40 mg/kg；鑒于冬小麥磷農(nóng)學(xué)閾值較高且在低溫狀態(tài)下生長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，冬小麥?夏玉米體系磷素需要綜合管理。因此，確定夏玉米的磷素管理范圍為13～34 mg/kg，整個(gè)作物體系為17～40 mg/kg，冬小麥參考整個(gè)體系。由圖2可以看出，在此磷素管理范圍內(nèi)，整個(gè)作物體系年施磷量為P2O560～120 kg/hm2時(shí)，既可以保證作物產(chǎn)量，又可以提高磷肥的利用效率。在施磷盈余條件下，25年土長(zhǎng)期試驗(yàn)NPK處理耕層土壤Olsen-P由試驗(yàn)開始的不到10 mg/kg，達(dá)到約35 mg/kg。而小麥地上部吸磷量25年平均為P2O553.16 kg/hm2，玉米為50.41 kg/hm2，周年為106.56 kg/hm2(本課題組未發(fā)表數(shù)據(jù))。與本研究盆栽結(jié)果得到的施磷量大體吻合。盡管如此，該結(jié)果依然需要通過大田試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

同一有效磷水平 (Olsen-P) 土壤上，作物磷素利用效率均隨施磷量的增加而降低。同一施磷量下，冬小麥磷素利用效率隨土壤Olsen-P的增加而增加；夏玉米磷素利用效率隨土壤Olsen-P增加到一定程度后不再增加；冬小麥?夏玉米整個(gè)種植體系PUE的變化與夏玉米相似。

土壤Olsen-P對(duì)作物磷素利用效率的影響程度隨施磷量的增加而降低。小麥季將土壤Olsen-P大約控制在17～40 mg/kg、玉米季大約控制在13～34 mg/kg范圍內(nèi)，整個(gè)冬小麥?夏玉米體系將土壤Olsen-P大約控制在17～40 mg/kg范圍內(nèi)，年推薦施磷量為P2O560～120 kg/hm2，在此管理范圍內(nèi)，既可以保證作物的產(chǎn)量，又可以提高磷肥的利用效率。