減施磷肥提高設(shè)施番茄氮磷鉀生理效率并減少土壤速效磷累積

趙 偉，楊圓圓，蔣麗媛，張 凱，陳志杰，周建斌，楊兆森*

（1 渭南市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西渭南 714000；2 陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所，陜西西安 710043；3 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100）

磷是作物必需的大量元素之一，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成有重要作用[1]。蔬菜和果樹(shù)是僅次于糧食作物的第二大養(yǎng)分需求作物，其氮磷鉀養(yǎng)分需要量占全國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總需求的20.8%[2]。為追求高效益，菜地施肥量遠(yuǎn)超過(guò)蔬菜生長(zhǎng)需求，養(yǎng)分比例存在嚴(yán)重不合理的現(xiàn)象[3-5]。在全面實(shí)施平衡施肥的情況下，普遍存在磷肥投入過(guò)量[2,6]。2014—2015年我們對(duì)渭南地區(qū)10個(gè)縣區(qū)50多個(gè)代表性園區(qū)種植戶的施肥情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)多數(shù)農(nóng)戶采用大水漫灌的灌水方式，化肥投入的P2O5達(dá)1245 kg/hm2，比當(dāng)?shù)赝扑]值高出4～5倍。根據(jù)科學(xué)施肥指標(biāo)，陜西省設(shè)施番茄磷肥過(guò)量施用比例為67.4%[7]；磷肥過(guò)量在山東壽光、河北等設(shè)施栽培中均普遍存在[8-9]。過(guò)量施磷造成西安郊區(qū)設(shè)施蔬菜表層土壤速效磷含量平均為159 mg/kg，最高值高達(dá)450 mg/kg[3]，關(guān)中地區(qū)設(shè)施蔬菜表層土壤速效磷含量為227 mg/kg[10]。長(zhǎng)期過(guò)量施肥，造成土壤鹽分積累、土壤板結(jié)[11]等土壤環(huán)境問(wèn)題和水環(huán)境污染，影響設(shè)施土壤的可持續(xù)利用和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[12-15]?？刂屏追释度?，有效管理土壤磷養(yǎng)分已成為當(dāng)今蔬菜生產(chǎn)中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

目前，對(duì)設(shè)施蔬菜磷肥的研究相對(duì)較多。有研究發(fā)現(xiàn)，磷肥用量與番茄、辣椒產(chǎn)量表現(xiàn)為典型的拋物線關(guān)系，當(dāng)P2O5用量低于225 kg/hm2時(shí)，隨磷肥用量的增加，番茄、辣椒產(chǎn)量增加，當(dāng)P2O5用量高于225 kg/km2時(shí)，進(jìn)一步增加磷肥用量導(dǎo)致產(chǎn)量下降[16-17]。黃楠等[18]發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)販p施磷肥不影響番茄產(chǎn)量和品質(zhì)，反而還有所提高。目前對(duì)設(shè)施蔬菜磷肥的研究主要集中在單季產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤養(yǎng)分，鮮見(jiàn)連續(xù)多季減磷施肥對(duì)番茄養(yǎng)分吸收分配的相關(guān)研究。因此本研究從番茄養(yǎng)分吸收和分配入手，探索維持土壤磷素有效貢獻(xiàn)的磷肥用量范圍。本研究在一年減磷試驗(yàn)基礎(chǔ)上繼續(xù)開(kāi)展第二年田間定位試驗(yàn)，分析連續(xù)兩年降低磷肥用量對(duì)番茄產(chǎn)量、干物質(zhì)累積、養(yǎng)分吸收及分配的影響，從而明確關(guān)中地區(qū)設(shè)施番茄的減磷潛力，為設(shè)施蔬菜科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2015年4—8月、2016年3—6月在渭南市陜西省科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范基地塑料大棚進(jìn)行。本試驗(yàn)為定點(diǎn)試驗(yàn)，番茄收獲后不再種植其他作物。供試土壤為土，耕層土壤含有機(jī)質(zhì)11.37 g/kg、全氮0.489 g/kg、全磷0.740 g/kg、全鉀21.4 g/kg、礦質(zhì)態(tài)氮25.4 mg/kg、速效磷221 mg/kg、速效鉀224 mg/kg，田間飽和持水量24.7%、土壤容重1.26 g/cm3。塑料大棚長(zhǎng)70 m、寬8 m，2014年2月建成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)進(jìn)行了兩年，依據(jù)第一年試驗(yàn)結(jié)果，第二年處理稍有變動(dòng)。2015年試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)磷肥水平，以當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣N-P2O5-KO2施用量850-891-1215為基礎(chǔ) (CK)，設(shè)減磷肥用量50% (P1)和減磷70% (P2) 兩個(gè)處理，P2處理用量同當(dāng)?shù)赝扑]磷肥用量[19]，2016年N、K2O施用量改為當(dāng)?shù)赝扑]用量，試驗(yàn)處理依然為3個(gè)磷用量，增設(shè)不施磷處理(P0)。2015、2016年各處理氮、磷、鉀肥投入量見(jiàn)表1。2015年基施風(fēng)干牛糞112.5 t/hm2，2016年基施風(fēng)干牛糞80 t/hm2。有機(jī)肥和磷肥全部基施，氮、鉀分5次追施，追肥時(shí)間分別為定植期、前4穗果膨大期，定植期施肥為肥料總量的10%，其他膨果期分別為總量的22.5%。試驗(yàn)所用化肥為尿素 (N 46%)、過(guò)磷酸鈣 (P2O512%)、硫酸鉀 (52%)。各處理重復(fù)3次，采用完全隨機(jī)排列，小區(qū)面積為12.96 m2(3.6 m × 3.6 m)，每小區(qū)栽植42株。2015年采用番茄品種為‘金鵬11號(hào)’，4月定植，8月中旬拉秧，2016年為‘金鵬M6011’，3月10日定植，6月30日拉秧。2016年灌水方式采用窄行間膜下滴灌，田間管理同常規(guī)管理。

表1 各施肥處理養(yǎng)分用量Table 1 The fertilizer rates of different treatments

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

番茄產(chǎn)量用電子稱記錄各小區(qū)整個(gè)生長(zhǎng)周期的果實(shí)產(chǎn)量，核算單位面積產(chǎn)量。在定植前、盛果期和拉秧期用土鉆取0—20 cm、20—40 cm和40—60 cm土層土壤，風(fēng)干后測(cè)土壤速效磷含量。在膨果期和盛果期每小區(qū)采集3株代表性植株，分別測(cè)定根、莖、葉、果實(shí)生物量，及植株氮磷鉀養(yǎng)分含量。土壤速效磷和植株氮磷鉀養(yǎng)分的測(cè)定均采用常規(guī)方法[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

數(shù)據(jù)用SAS Verion 8.1進(jìn)行方差分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 減施磷肥對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

由表2可見(jiàn)，減磷施肥處理與CK相比番茄產(chǎn)量差異不顯著，2015年番茄產(chǎn)量在53.9～55.1 t/hm2；2016年P(guān)0處理番茄產(chǎn)量為51.8 t/hm2，與各施磷處理無(wú)顯著差異。

表2 減施磷肥對(duì)番茄產(chǎn)量的影響 (t/hm2)Table 2 Effect of phosphorus reduction on tomato yield

2.2 減施磷肥對(duì)番茄干物質(zhì)累積與分配的影響

膨果期不同施肥處理番茄根、莖、葉、果干物質(zhì)量差異不顯著，此時(shí)番茄生長(zhǎng)中心為葉片，葉片干物質(zhì)分配率為62.8%～65.7%。盛果期，與CK處理相比，各減磷處理顯著降低番茄莖、葉干物質(zhì)量和葉片干物質(zhì)分配率，降幅分別為12%～17%、17%～24%和8%～13%，顯著提高果實(shí)干物質(zhì)分配率，增幅為11%～16% (表3)。膨果期和盛果期番茄地上部生物量為2844～2974 kg/hm2和9310～10692 kg/hm2，不同處理間差異不顯著，但隨磷肥用量的減少呈降低趨勢(shì)。

2.3 減施磷肥對(duì)植株養(yǎng)分含量的影響

膨果期 (圖1-A、B、C) P1處理番茄根、莖、葉氮含量最高，P2處理最低 (P ＜ 0.05)；P0處理番茄根、葉磷含量分別為0.187%和0.288%，顯著低于其他施肥處理，莖磷含量高于其他處理。CK處理番茄葉、果鉀含量分別為2.30%和3.75%，顯著高于其他施肥處理。

盛果期 (圖1-D、E、F) P0處理番茄根、莖和葉磷、鉀含量顯著低于其他處理。P1處理番茄葉片磷含量為0.352%，顯著高于其他處理。番茄根系和果實(shí)鉀含量隨磷肥用量減少而降低，CK處理番茄根、葉、果鉀含量顯著高于其他處理。盛果期根、莖、葉、果氮磷鉀養(yǎng)分含量較膨果期均有所降低。

2.4 減施磷肥對(duì)養(yǎng)分累積和分配的影響

2.4.1 氮素 從表4可見(jiàn)，膨果期不同處理番茄氮素累積量差異不顯著，番茄葉、莖、果、根氮素累積量分別為 59.7～65.3 kg/hm2、10.8～12.6 kg/hm2、9.3～10.9 kg/hm2和2.6～2.9 kg/hm2。盛果期，隨磷肥用量降低，番茄根系氮累積量有降低趨勢(shì)；與CK相比，P1和P2處理顯著降低番茄葉片氮素累積量和分配率，提高果實(shí)氮素分配率。此時(shí)，氮素累積主要集中在果實(shí)和葉片，兩者分配率之和為84.6%～86.7%。

2.4.2 磷素 由表5可知，膨果期P2處理番茄根系磷累積量最高，為0.40 kg/hm2。與CK處理相比，各減磷施肥處理均顯著降低葉片磷累積量，降幅為12.2%～18.7%。番茄葉、莖、果、根磷素累積量分別為 5.51～6.77 kg/hm2、2.41～2.84 kg/hm2、1.49～1.79 kg/hm2、0.32～0.40 kg/hm2。P2 處理較CK處理顯著提高番茄根系磷素分配率。各減磷處理較CK處理顯著降低磷素在葉片中的分配率，提高磷素在果實(shí)中分配率。

盛果期，P1處理番茄根系和莖磷素累積量和分配率均最低。與CK處理比，各減磷處理顯著降低番茄葉片磷素累積量，降幅為11.1%～22.8%，提高果實(shí)磷素累積量和分配率，增幅為7.7%～14.5%和20.1%～23.0%。

2.4.3 鉀素 由表6可知，膨果期P2處理番茄根系鉀素累積量和分配率最高，CK處理最低。P2處理番茄莖鉀素分配率最高為29.4%。與CK處理相比，各減磷處理顯著降低番茄葉片鉀素累積量和分配率，降幅為9.4%～20.5%和3.3%～8.7%；增加了果實(shí)鉀素分配率，增幅為10.4%～30.0%。

盛果期，CK處理番茄根、莖、葉、果的鉀素累積量均最高。與CK處理相比，各減磷處理均顯著提高果實(shí)鉀素分配率，增幅為9.8%～12.4%，降低葉片鉀素分配率，降幅為18.2%～29.9%。

表3 減施磷肥對(duì)番茄不同時(shí)期干物質(zhì)量和分配率的影響Table 3 Effect of phosphorus reduction on dry matter accumulation in tomato at different periods

2.4.4 養(yǎng)分總累積量 不同施肥處理對(duì)膨果期番茄植株氮、磷和鉀的累積量無(wú)顯著影響，此時(shí)番茄氮、磷、鉀的累積量分別為83.2～89.9 kg/hm2、10.3～11.1 kg/hm2、75.0～85.9 kg/hm2。盛果期，CK處理番茄吸收鉀顯著高于各減磷處理；此時(shí)番茄氮、磷、鉀的攜出量分別為197～226 kg/hm2、33～37 kg/hm2、200～247 kg/hm2(圖 2)。

表5 減施磷肥對(duì)番茄不同生育期磷素累積量和分配率的影響Table 5 Effect of phosphorus reduction on P accumulation and allocation rate in tomato at different periods

表6 減施磷肥對(duì)番茄不同生育期鉀素累積量和分配率的影響Table 6 Effect of phosphorus reduction on K accumulation and alloction rate in tomato at different periods

2.5 減磷施肥對(duì)土壤速效磷含量的影響

由圖3可見(jiàn)，2016年種植前土壤速效磷主要集中在0—20 cm土層。CK處理0—20 cm和20—40 cm土層土壤速效磷含量分別為253 mg/kg和41.5 mg/kg，顯著高于其他處理；40—60 cm土層土壤速效磷含量為6.2～10.2 mg/kg，各處理間差異不顯著。膨果期0—20 cm土層土壤速效磷含量較種植前均下降，減少量為27.0～60.9 mg/kg，而20—60 cm土壤速效磷含量均呈上升趨勢(shì)，增量為11.8～50.1 mg/kg，減磷處理顯著降低20—60 cm土壤速效磷增加量，可見(jiàn)速效磷在土壤剖面發(fā)生向下遷移，減磷施肥可減少磷素向下遷移量；此時(shí)CK處理0—20 cm和20—40 cm土層土壤速效磷含量均最高，P0處理最低。拉秧期，P0處理0—20 cm土壤速效磷含量最低為163 mg/kg，P2和P1次之，CK處理最高，可見(jiàn)降低磷肥用量可有效降低土壤速效磷含量，但此時(shí)土壤速效磷含量仍處于較高水平。

圖2 減施磷肥對(duì)不同時(shí)期番茄養(yǎng)分吸收的影響Fig. 2 Effect of phosphorus fertilization on nutrient uptake of tomato at different periods[注（Note）：柱上不同小寫字母表示處理間養(yǎng)分吸收差異顯著 (P ＜ 0.05)Different small letters above the bars indicate significantly different among treatments (P ＜ 0.05).]

圖3 減施磷肥番茄不同時(shí)期土壤速效磷含量Fig. 3 Soil Olsen-P contents in different tomato growing periods under phosphorus reduction

3 討論

3.1 減磷施肥對(duì)番茄產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收的影響

磷是作物必需的大量元素之一，對(duì)作物產(chǎn)量構(gòu)成有重要作用[1]。對(duì)基礎(chǔ)速效磷含量低 (約5 mg/kg)的灌淤土研究發(fā)現(xiàn)，番茄產(chǎn)量與施磷量呈典型的拋物線關(guān)系[17]。而對(duì)基礎(chǔ)速效磷含量中等 (40 mg/kg) 的壤質(zhì)石灰性潮土研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)3年較農(nóng)民常規(guī)施肥 (675 kg/hm2) 減磷60%或不施磷并未降低番茄產(chǎn)量[21]。本試驗(yàn)對(duì)基礎(chǔ)速效磷含量較高 (約220 mg/kg)的土研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)兩年減磷70%或一年不施磷肥不影響番茄產(chǎn)量，這與鄭杰[22]研究結(jié)果一致，可見(jiàn)在關(guān)中地區(qū)設(shè)施番茄減磷潛力較大。

作物干物質(zhì)累積與養(yǎng)分累積吸收有著密切的關(guān)系，養(yǎng)分累積吸收是干物質(zhì)累積的基礎(chǔ)[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，減施磷肥較農(nóng)民習(xí)慣施肥降低盛果期番茄莖、葉干物質(zhì)量，提高果實(shí)全磷含量，而不同處理番茄膨果期和盛果期磷素總累積吸收量無(wú)顯著差異，可見(jiàn)降低磷肥用量并未影響番茄對(duì)磷素的吸收。這與前人研究結(jié)果較接近。李若楠等[21]研究表明，連續(xù)3年減施磷肥或不施磷不影響番茄對(duì)磷素的吸收。

本研究中農(nóng)民習(xí)慣施肥處理盛果期番茄鉀素吸收量顯著高于其他處理，這與該處理盛果期果實(shí)和葉片鉀含量高，同時(shí)葉片干物質(zhì)量大有關(guān)。李青軍等[24]研究也表明，減磷處理降低加工番茄莖、葉的吸鉀量。過(guò)量施磷造成鉀吸收量增加的機(jī)理尚待研究。

3.2 減磷施肥對(duì)番茄養(yǎng)分分配的影響

植物器官干物質(zhì)和養(yǎng)分的分配比例反映了植物的生長(zhǎng)中心[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，膨果期62.8%～65.7%干物質(zhì)分配于葉片，此時(shí)番茄葉片和莖桿是養(yǎng)分的主要累積部位，莖葉氮、磷、鉀分配率之和分別為84.4%～86.4%、79.4%～83.4%、76.9%～82.3%，番茄氮、磷、鉀吸收比例為1∶0.12∶0.84～0.96，此時(shí)鉀的吸收量已較高，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)注意前期鉀的投入。盛果期43.0%～44.6%和37.0%～44.6%的干物質(zhì)分配于果實(shí)和葉片，此時(shí)番茄果實(shí)和葉片為養(yǎng)分主要累積部位，果實(shí)和葉片氮、磷、鉀分配率之和84.6%～86.7%、78.5%～82.7%、81.4%～83.9%。本研究中每生產(chǎn)1000 kg果實(shí)養(yǎng)分吸收量為N 3.8～4.3 kg、P2O50.64～0.69 kg、K2O 3.9～4.1 kg。該結(jié)果與他人研究結(jié)果相比氮和鉀的攜出量偏高[26]，這可能與本研究采用的番茄品種、栽培茬口及植株長(zhǎng)勢(shì)有關(guān)。

本研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量施磷增加了干物質(zhì)和養(yǎng)分在葉片中的分配比例，降低了在果實(shí)中分配比例。減少磷肥用量，可增加干物質(zhì)和養(yǎng)分在果實(shí)中的分配，優(yōu)化養(yǎng)分分配，這驗(yàn)證了植物可根據(jù)生長(zhǎng)和養(yǎng)分供應(yīng)情況進(jìn)一步調(diào)節(jié)礦質(zhì)元素在各器官的轉(zhuǎn)運(yùn)和分配，有利于促進(jìn)器官間養(yǎng)分的循環(huán)利用[27-28]。

3.3 減磷施肥對(duì)土壤速效磷含量的影響

之前較多大田研究表明，磷素在土壤中易固定，移動(dòng)性很小[29-30]，然而設(shè)施蔬菜與一般農(nóng)田系統(tǒng)不同，其有機(jī)肥、磷肥、灌水的投入量均較高，表層土壤速效磷富集嚴(yán)重[31-33]，土壤Ca8-P、Ca2-P在無(wú)機(jī)磷所占的比例高[15]，土壤磷素有效性增強(qiáng)[34]，20—40 cm土層磷素也均有不同幅度增加[26,35]，即磷素發(fā)生向下遷移。有研究表明，菜田土壤速效磷含量超過(guò)環(huán)境閾值 (P 80 mg/kg)，磷素在剖面發(fā)生明顯的淋失現(xiàn)象[31]。本試驗(yàn)土壤基礎(chǔ)速效磷含量較高，經(jīng)過(guò)兩年的減磷處理，表層土壤速效磷累積量顯著降低，土壤環(huán)境得到改善[18]。

4 結(jié)論

在基礎(chǔ)速效磷含量較高的土壤上，將農(nóng)民習(xí)慣施磷量連續(xù)兩年減少70%，番茄磷素的吸收量沒(méi)有下降，還顯著增加了盛果期氮磷鉀和干物質(zhì)在果實(shí)中的分配比例，番茄產(chǎn)量并未受到影響，顯著提高氮磷鉀的生理利用率。

連續(xù)兩年減少70%的磷肥投入，膨果期0—20 cm土層土壤速效磷含量較種植前減少，而減磷處理20—60 cm土層土壤速效磷含量的增加量顯著低于習(xí)慣施磷量。減施磷肥有助于將耕層土壤有效磷快速降低到較為適宜的水平，同時(shí)減少磷的向下遷移。