磷肥施用對漢中盆地水稻生長、肥料利用率及土壤磷素平衡的影響

簡紅忠，楊小敏，王 琳，高 鵬，姚 遠(yuǎn)，張 蕊，賈永進(jìn)

(1.漢中市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 陜西 漢中 723000；2.陜西省佛坪縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心, 陜西 佛坪 723000)

磷素對作物生長至關(guān)重要，施用磷肥是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施[1]。但由于土壤的高固磷能力導(dǎo)致作物對于土壤中磷素的吸收利用能力較差，磷肥施用量逐年增加，但其增產(chǎn)效應(yīng)卻隨施磷量增加而下降。在我國, 磷肥當(dāng)季利用率只有10%～25%，其余大部分被土壤固定為緩效態(tài)或無效態(tài)磷[2]，這也導(dǎo)致土壤有效磷含量快速增加，部分土壤有效磷隨地表徑流造成環(huán)境污染風(fēng)險等。因此，科學(xué)施用磷肥，減輕磷對環(huán)境造成的農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險意義重大。

水稻是漢中盆地重要的糧食作物，自第二次土壤普查以來，磷肥施用從無到有，用量逐年上升，相應(yīng)的土壤有效磷含量快速增加，1982年全區(qū)域土壤有效磷平均含量僅為8.4 mg·kg-1，到2012年土壤有效磷平均含量達(dá)到了18.1 mg·kg-1，上升幅度為115.5%，近年來出現(xiàn)了增肥不增產(chǎn)、磷肥利用率低下等問題，鑒于此，本研究通過田間定位試驗，基于區(qū)域土壤有效磷含量大幅提升的情況，研究不同磷肥施用方式和施用量對水稻產(chǎn)量、磷肥肥料效應(yīng)和土壤磷素平衡的影響，為科學(xué)施用磷肥、降低磷流失造成的農(nóng)業(yè)面源污染影響提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于漢中市南鄭縣新集鎮(zhèn)焦山廟村家庭農(nóng)場，東經(jīng)106°49′11.35″，北緯32°59′42.34″，田塊平整，試驗土壤為潛育型水稻土，前茬作物為元胡。試驗前稻田土壤0～20 cm土層土壤Ph為6.75，有機(jī)質(zhì)含量為27.13 g·kg-1，土壤全氮含量為1.97 g·kg-1，堿解氮為141.75 mg·kg-1，有效磷為23.41 mg·kg-1，速效鉀為102.0 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在施用等量氮肥和鉀肥的基礎(chǔ)上共設(shè)計7個處理，各處理氮(N)、鉀(K)施用量相同，分別為180 kg·hm-2和90 kg·hm-2：其中氮肥基肥采用硫包衣尿素，追肥為普通尿素，分三次施用，基肥和追肥(分蘗期、孕穗期)比例為5:3:2；鉀肥均作為基肥一次性施入；磷肥設(shè)0水平(P0，CK)、P1(45 kg·hm-2)、P2(90 kg·hm-2，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)磷肥施用量)、P3(135 kg·hm-2)4個水平的施肥量，磷肥施肥方式分兩種，B(全做基肥)和T(全做追肥、分蘗期50%、孕穗期50%)；各小區(qū)面積為15 m2，每個處理3個重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)間用彩鋼板隔離劃分，單獨排灌，兩邊設(shè)有保護(hù)行， 2017年6月1日移栽，密度為21.3萬穴·hm-2，9月26日收獲。

1.3 樣品采集與測定

水稻收獲前，在標(biāo)記的定點10穴植株上進(jìn)行有效穗數(shù)統(tǒng)計，之后，按照各小區(qū)的平均有效穗數(shù)，每個小區(qū)選取相應(yīng)3穴植株進(jìn)行樣品考種，考種指標(biāo)有千粒重、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率。收獲時采集地上部分植株樣本，測定秸稈和籽粒器官的磷養(yǎng)分含量，各樣品先用H2SO4-H2O2消煮后，用鉬銻抗比色法測定，收獲時測定每小區(qū)實收產(chǎn)量。水稻插秧前和收獲后，采集各小區(qū)0～20 cm土壤，每個小區(qū)采5個點混合，風(fēng)干過篩后用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法，紫外可見分光光度計測定土壤速效磷含量[3]。

1.4 計算公式及統(tǒng)計方法

水稻磷肥肥料利用率不同表達(dá)式[4～5]

磷肥貢獻(xiàn)率(%)=(施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量-不施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量)/施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量×100%；

磷肥農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg1-)=(施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量-不施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量)/施磷量；

磷肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施磷肥后所獲的作物產(chǎn)量/施磷量;

磷肥吸收利用率(%)=(施磷肥區(qū)磷素總累積量-不施磷肥區(qū)磷素總累積量)/施磷量×100%；

土壤磷素表觀盈余量=施磷量-地上部磷素養(yǎng)分累積量。用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本運(yùn)算以及制圖。用SPPS22.0進(jìn)行各處理之間的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

表1表明，與不施磷肥(CK)相比，施用P2O545 kg·hm-2、90 kg·hm-2、135 kg·hm-2處理，以及磷肥作為基肥和追肥處理，水稻四個產(chǎn)量構(gòu)成因素中畝穗數(shù)、千粒重、結(jié)實率均與不施磷肥處理無明顯差異；穗粒數(shù)則表現(xiàn)為施用磷肥處理顯著高于對照，增加幅度為4.2%～15.4%；在相同磷肥施用量下，磷肥基施與后移處理之間穗粒數(shù)無明顯差異，不同施磷量處理之間穗粒數(shù)也無明顯差異；施用磷肥水稻產(chǎn)量均顯著高于不施磷肥處理，其中理論產(chǎn)量增幅為8.4%～25.2%，實際產(chǎn)量增幅為5.3%～19.0%，表明磷肥施用能夠通過提高水稻穗粒數(shù)，增加水稻產(chǎn)量。此外，以TP1處理(追施P2O545 kg·hm-2)產(chǎn)量最高，而繼續(xù)多施磷肥，并未提高水稻產(chǎn)量，這可能與田間背景養(yǎng)分值高有關(guān)，適宜的施磷量已滿足水稻生長，過量施用磷肥并不能夠促進(jìn)植株生長吸收養(yǎng)分，當(dāng)磷肥施用量達(dá)到135 kg·hm-2(BP3、TP3)時，產(chǎn)量還有所下降。

表1 不同處理對水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.2 不同處理對水稻磷肥利用效率影響

不同磷肥施用量和施用時期對水稻磷肥利用效率有顯著的影響(表2)；磷肥貢獻(xiàn)率、磷肥農(nóng)學(xué)利用率、磷肥偏生產(chǎn)力和磷肥吸收利用率均呈現(xiàn)為TP1>BP1>TP2>BP2>BP3>TP3>CK；不同磷肥施用量處理下磷肥貢獻(xiàn)率、磷肥農(nóng)學(xué)利用率、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥吸收利用率均表現(xiàn)為45 kg·hm-2>90 kg·hm-2>135 kg·hm-2；磷肥施肥量相同情況下，磷肥后移的處理四個指標(biāo)要略高于磷肥基施處理。綜上所述，在本試驗中，田間土壤有效磷背景值≥20 mg·kg-1時，水稻磷肥施用量降低為常規(guī)施肥的50%，即P2O545 kg·hm-2，其磷肥肥料利用率最高；此外，為了減少磷肥的固定，磷肥后移施用，確保了水稻最大需肥期養(yǎng)分的供應(yīng)，其肥料利用率顯著增加。

表2 不同處理對水稻磷肥利用效率的影響

2.3 不同處理對土壤磷含量的影響

水稻播種前與收獲后田間耕層土壤有效磷含量結(jié)果表明(圖1)，相較于播種前， CK處理收獲后土壤有效磷含量顯著下降，為16.2 mg·kg-1，下降幅度為27.8%；施用P2O545 kg·hm-2兩個處理(BP1、TP1)土壤有效磷含量則略有下降，分別為1.72%和2.09%；BP2、TP2、BP3、TP3四個處理土壤有效磷含量呈增加趨勢，分別較播種前增加4.77%、4.53%、5.76%、和25.1%，增加幅度隨施磷量的增加而增加；其中BP2(底肥施用P2O560 kg·hm-2)和TP2(追肥施用P2O560 kg·hm-2)處理增長量無明顯差異；TP3(追肥施用P2O590 kg·hm-2)處理土壤有效磷增長量顯著高于BP3(底肥施用P2O590 kg·hm-2)，這與水稻底肥施用過量的磷肥時，磷肥不能被作物吸收，易隨田間水徑流流失有關(guān)。

圖1 不同處理對土壤磷含量的影響

2.4 不同處理對磷素表觀平衡的影響

本試驗研究結(jié)果顯示，水稻成熟期施磷處理作物磷攜出量顯著高于不施磷處理，不施磷肥處理，作物磷攜出量為21.9 kg·hm-2，施用45 kg～135 kg·hm-2P2O5處理，作物磷攜出量范圍為25.4～27.1 kg·hm-2，較不施磷處理增加幅度為16.0%～23.7%，各施磷處理之間無明顯差異；磷素表觀盈虧量中，P0處理為虧缺狀態(tài)，其它施磷處理均表現(xiàn)為盈余狀態(tài)，且隨施磷量的增加而顯著增加，施用135 kg·hm-2P2O5，其磷盈余量平均為108.6 kg·hm-2，同等施磷量下，磷肥基施和追施，其磷盈余量無明顯差異。

表3 不同處理對土壤磷素(P2O5)表觀平衡的影響 (kg·hm-2)

3 討論

試驗研究結(jié)果表明，當(dāng)農(nóng)田背景值土壤有效磷含量為23.4 mg·kg-1時，與不施磷肥相比，施用磷肥仍可顯著提高水稻籽粒產(chǎn)量，但當(dāng)施磷量從45 kg·hm-2增到至90 kg·hm-2，水稻籽粒產(chǎn)量并未增加，施磷量增加至135 kg·hm-2時，產(chǎn)量開始下降，多地水稻磷肥試驗結(jié)果也表明，水稻產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)，隨施磷量的增加而增加，但超過一定用量，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢[6～8]。對于漢中盆地水稻生長而言，農(nóng)田土壤中有效磷含量>20 mg·kg-1背景值下，將磷肥施用量減少至傳統(tǒng)施用量的50%(45 kg·hm-2P2O5)，并未造成水稻減產(chǎn)，且磷肥后移產(chǎn)量略高于基施；磷肥貢獻(xiàn)率、磷肥農(nóng)學(xué)利用率、磷肥偏生產(chǎn)力和磷肥吸收利用率均可以作為磷肥增產(chǎn)增效的判定指標(biāo)，這四項指標(biāo)均隨施磷量的增加而顯著下降，以施磷量(45 kg·hm-2P2O5)最高，且以磷肥追施處理略高于基施處理。這與龔海青等[4]和李鵬[9]等的研究結(jié)果一致，其研究表明，磷肥后移不僅能提高水稻產(chǎn)量，更能提高磷肥的吸收利用效率，這主要是因為水稻苗期吸收養(yǎng)分較少，土壤磷肥含量就能夠滿足作物苗期生長，后移施用磷肥則能給水稻后期大量需肥期提供充足磷素供應(yīng)，則作物磷肥吸收利用率會顯著提升。

已有研究表明，磷肥對土壤磷含量影響顯著，施磷可顯著提高土壤耕層磷含量、土壤表觀磷素盈余量[5～6,10～11]，磷肥投入不足時，作物從土壤中帶走磷元素，而土壤有效磷元素得不到有效補(bǔ)充，就會出現(xiàn)養(yǎng)分耗竭情況，磷肥投入過量，則會大幅度提升土壤磷含量。這也與本試驗研究結(jié)果一致，筆者試驗中，不施用磷肥處理，在水稻收獲后，土壤有效磷含量顯著下降，施用45 kg·hm-2P2O5時，土壤有效磷含量略有下降，施用90～135 kg·hm-2P2O5，土壤有效磷含量呈顯著增加趨勢。筆者試驗中，土壤表觀磷素盈虧量結(jié)果表明，施用45 kg·hm-2P2O5時，作物磷素攜出量占施入量的57.8%，隨著磷肥施用量的增加，占比下降至19.7%，這就意味著，過量投入的磷肥資源被浪費(fèi)，同時增加了農(nóng)業(yè)環(huán)境污染風(fēng)險。因此，判定磷肥施用量和施用方法時，不僅要考慮磷肥對作物產(chǎn)量和肥料利用率的影響，更要考慮磷肥在土壤中的損失程度，磷肥施用量等于或略高于作物移除量時為宜。

4 結(jié)論

綜上所述，在漢中盆地目前的土壤養(yǎng)分背景值條件下，磷肥施用量減少至常規(guī)施肥量的50%時(45 kg·hm-2P2O5)，同時將傳統(tǒng)基施方法改變?yōu)槿孔肥?，對水稻籽粒產(chǎn)量并未影響，即顯著提高了水稻的磷肥貢獻(xiàn)率、磷肥農(nóng)學(xué)利用率、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥吸收利用率等肥料利用率指標(biāo)，又能維持土壤的磷素平衡，減輕環(huán)境污染風(fēng)險，因此，將45 kg·hm-2P2O5推薦為本區(qū)域最適宜磷肥施用量。