北方麥區(qū)土壤有效磷閾值及小麥產(chǎn)量、籽粒氮磷鉀含量對(duì)監(jiān)控施肥的響應(yīng)

馬 悅，田 怡，于 杰，王浩琳，李永華，李 超，黨海燕，牟文燕，黃 寧，邱煒紅，石 美，王朝輝,2*，何 剛*

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西楊凌 712100；2 西北農(nóng)林科技大學(xué)/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西楊凌 712100）

到2050年，全世界食物需求將增加70%～100%[1]，對(duì)糧食產(chǎn)量提出了更高的要求。小麥?zhǔn)侨蠹Z食作物之一，我國(guó)小麥種植面積達(dá)2373萬(wàn)/hm2，占谷物總種植面積的24%[2]，對(duì)糧食安全至關(guān)重要。我國(guó)磷肥用量由1980年的273萬(wàn)t增加至2019年的682萬(wàn)t，增加 2.5 倍，小麥產(chǎn)量由1978年的5384萬(wàn)t增加至2019年的13360萬(wàn)t[2]。施用磷肥對(duì)糧食增產(chǎn)發(fā)揮重要作用，但不合理施用也導(dǎo)致磷素大量殘留[3–8]。因此合理施用磷肥對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

在有效磷含量低的土壤上，小麥對(duì)磷反應(yīng)敏感，施用磷肥增產(chǎn)效果明顯[9–10]。然而當(dāng)土壤有效磷含量很高，能滿足作物磷素需求時(shí)，增施磷肥并不增產(chǎn)[11–12]。缺磷時(shí)小麥根系發(fā)育不良、分蘗減少，降低了穗數(shù)從而影響產(chǎn)量[13]。在江蘇泰興砂壤土上研究發(fā)現(xiàn)，隨施磷量增加小麥產(chǎn)量先增加后降低，呈二次曲線變化[14]。巴基斯坦的缺磷土壤，施用81 kg/hm2磷(P2O5)肥的小麥產(chǎn)量是不施磷肥的2.5倍，過量施用磷(P2O5)肥達(dá)111 kg/hm2時(shí)卻導(dǎo)致產(chǎn)量降低7.4%[15]。在埃塞俄比亞的試驗(yàn)表明，施磷量介于0～92 kg/hm2時(shí)，69 kg/hm2的施磷(P2O5)量使小麥獲得最高產(chǎn)量[16]。陜西楊凌的磷用量試驗(yàn)表明，長(zhǎng)期施磷使小麥產(chǎn)量平均提高 67%、生物量提高 58%、穗數(shù)和穗粒數(shù)分別增加64%和8%，而千粒重降低7%，籽粒氮含量也隨施磷量增加而降低，磷和鉀含量卻隨施磷量增加而提高[17]。河南的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，隨施磷量增加，小麥籽粒磷含量大幅增加[18]。陜西長(zhǎng)武的試驗(yàn)顯示，隨施磷水平提高，小麥產(chǎn)量、千粒重、穗粒數(shù)呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)[19]。也有研究發(fā)現(xiàn)，磷肥對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響均不明顯[20]。磷肥的增產(chǎn)效果、對(duì)籽粒養(yǎng)分含量的影響應(yīng)與土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，特別是有效磷水平有關(guān)，然而關(guān)于不同土壤有效磷水平磷肥效應(yīng)的區(qū)域多點(diǎn)研究一直缺乏。

本研究于2018—2020年在我國(guó)北方陜西、山西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、黑龍江、新疆、青海8省布置了多點(diǎn)試驗(yàn)，通過對(duì)小麥植株與土壤的取樣測(cè)定，分析不同土壤有效磷水平下減施磷肥后小麥籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成、籽粒養(yǎng)分含量、土壤養(yǎng)分等的變化，明確減施磷肥的效果及其對(duì)土壤有效磷的影響，為解決磷肥過量使用問題，實(shí)現(xiàn)合理減施和小麥豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

2018—2020年，在北方麥區(qū)的8個(gè)省份49個(gè)地點(diǎn)布置田間試驗(yàn)：山西11個(gè)、陜西23個(gè)、甘肅15個(gè)、寧夏8個(gè)、青海2個(gè)、新疆12個(gè)、內(nèi)蒙古5個(gè)、黑龍江4個(gè)。各地點(diǎn)的降水、氣溫和試驗(yàn)開始前0—20 cm土層土壤理化性狀見附表1。

附表1 北方麥區(qū)各試驗(yàn)地點(diǎn)0—20 cm 土層的基本理化性質(zhì)、降水、氣溫和肥料用量Supplyment table 1 Basic physical and chemical properties of the top 0–20 cm soil, annual precipitation, average temperature and fertilizer rates at each experimental site in northern wheat production region of China

續(xù)附表1 Supplyment table 1 continued

續(xù)附表1 Supplyment table 1 continued

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：農(nóng)戶施肥(FF)、監(jiān)控施肥(RF)和監(jiān)控?zé)o磷(RF-P)。農(nóng)戶施肥的氮磷鉀用量為調(diào)研試驗(yàn)所在地30個(gè)以上農(nóng)戶得到的施肥量均值。監(jiān)控施肥的施肥量依據(jù)監(jiān)控施肥技術(shù)確定[21–24]。監(jiān)控?zé)o磷為不施磷肥，氮鉀肥用量同監(jiān)控施肥處理。田間排列采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積≥300 m2，各試驗(yàn)點(diǎn)均種植當(dāng)?shù)刂髟云贩N，種植、灌溉、農(nóng)藥施用方式與農(nóng)戶一致。各地點(diǎn)的施肥量見附表1。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.3.1 土壤樣品采集與測(cè)定 收獲期時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取5個(gè)樣點(diǎn)，用土鉆取0—20 cm土層的麥田土壤混勻。將土壤樣品放置于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干后，磨碎過1 mm和0.15 mm的尼龍網(wǎng)土篩。過1 mm篩土樣用于測(cè)定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀、pH，過0.15 mm篩土樣用于測(cè)定土壤全氮和有機(jī)質(zhì)。土壤pH用pH計(jì)測(cè)定，水土比為2.5∶1。土樣分別經(jīng) 1 mol/L KCl、0.5 mol/L NaHCO3浸提后，用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮、有效磷。土樣經(jīng)1 mol/L NH4OAc浸提后，火焰光度計(jì)測(cè)定速效鉀[25–26]。2018—2019年土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；全氮用濃硫酸加混合催化劑(K2SO4∶CuSO4=10∶1)消煮，連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定。2019—2020年土壤有機(jī)質(zhì)、全氮用全自動(dòng)碳氮分析儀測(cè)定。

1.3.2 植物樣品采集與測(cè)定 收獲期，每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)采集100穗小麥植株地上部。植物樣品自然風(fēng)干后將其人工脫粒分為籽粒、莖葉、穎殼。取50 g籽粒、30 g莖葉、30 g穎殼用自來水和蒸餾水分別漂洗3次，65℃烘至恒重，測(cè)定風(fēng)干樣品的含水量。烘干樣品用氧化鋯球磨儀磨成粉狀[27]。用H2SO4-H2O2消解植物樣品，連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定消解液，獲得植物各器官氮磷鉀含量。小麥產(chǎn)量為各小區(qū)實(shí)際收獲結(jié)果。產(chǎn)量與養(yǎng)分含量均以干重為基數(shù)表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

1.4.1 產(chǎn)量分組 為了解北方麥區(qū)小麥產(chǎn)量的區(qū)間分布規(guī)律，將所有地點(diǎn)農(nóng)戶處理分為5級(jí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，以平均產(chǎn)量(6000 kg/hm2)為中心，分別上下浮動(dòng)10%、30%，形成5個(gè)等級(jí)：低產(chǎn)(< 4200 kg/hm2)，偏低 (4200～5400 kg/hm2)，中產(chǎn) (5400～6600 kg/hm2)，偏高 (6600～7800 kg/hm2)，高產(chǎn) (>7800 kg/hm2)[22]。

1.4.2 土壤有效磷分組 為了解北方麥區(qū)麥田土壤的有效磷分布規(guī)律，將土壤有效磷含量從低到高分為：<15、15～20、20～25、25～30、>30 mg/kg 5組，對(duì)農(nóng)戶的麥田土壤有效磷含量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并按此分組分析分析小麥產(chǎn)量、籽粒養(yǎng)分含量等處理間差異對(duì)土壤有效磷含量的響應(yīng)。

1.4.3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算與數(shù)據(jù)處理方法

(1)、(2)、(3)式中，土壤的氮、磷、鉀含量，植株氮、磷、鉀的含量和吸收量均為純養(yǎng)分N、P和K的量。施肥量中的氮為N，磷和鉀分別為P2O5和K2O。2.291為P2O5換算為P的系數(shù)。

數(shù)據(jù)處理采用 Microsoft Excel 2016，作圖采用Origin 2018，統(tǒng)計(jì)分析采用 SPSS Statistics 23.0。多重比較采用 LSD (Least Significant Difference)法，P< 0.05 為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)戶施肥處理小麥籽粒產(chǎn)量和麥田土壤有效磷水平

北方麥區(qū)農(nóng)戶施肥處理小麥產(chǎn)量介于888～11524 kg/hm2，平均為 6000 kg/hm2(圖1a)。兩年49個(gè)地點(diǎn)80個(gè)農(nóng)戶中，產(chǎn)量低于4200 kg/hm2與介于4200～5400 kg/hm2的各有16個(gè)，各占20%；介于5400～6000 kg/hm2的有13個(gè)，占16%；介于6600～7800 kg/hm2的有19個(gè)，占24%；超過7800 kg/hm2的有16個(gè)，占20%?？梢?，北方麥區(qū)小麥產(chǎn)量偏低的農(nóng)戶占有較大比例。

圖1 北方麥區(qū)農(nóng)戶的小麥籽粒產(chǎn)量與麥田表層( 0—20 cm)土壤有效磷含量的頻數(shù)分布Fig. 1 Yield frequency distribution and frequency distribution of soil available P concentration in 0–20 cm soil depth of famers fields in the northern wheat production region of China

麥田表層土壤有效磷介于4.4～70.3 mg/kg，平均為21.1mg/kg (圖1b)。80個(gè)農(nóng)戶中，有效磷含量<15 mg/kg 的有 32 個(gè)，占 40%；介于 15～20 mg/kg的有14個(gè)，占17.5%；介于20～25 mg/kg的有8個(gè)，占10%；介于25～30 mg/kg的有12個(gè)，占15%；超過30 mg/kg的有14個(gè)，占17.5%。從分布區(qū)域看，有效磷低于15 mg/kg的地點(diǎn)多位于黃土高原陜西、山西和甘肅，以旱地為主；介于15～20 mg/kg的地點(diǎn)位于陜西、山西、甘肅和寧夏，雨養(yǎng)與灌溉麥田各占36%和64%；介于20～25 mg/kg的地點(diǎn)位于陜西、甘肅、寧夏、青海和新疆，雨養(yǎng)與灌溉麥田各占25%和75%；介于25～30 mg/kg的地點(diǎn)分布在陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆和內(nèi)蒙古，雨養(yǎng)與灌溉麥田各占42%和58%；高于30 mg/kg的地點(diǎn)分布在甘肅、寧夏、新疆、內(nèi)蒙古和黑龍江，雨養(yǎng)與灌溉麥田各占38%和62%?？梢姡狈禁渽^(qū)農(nóng)戶麥田土壤低于15 mg/kg的地點(diǎn)仍占有較大比例。

2.2 監(jiān)控施肥引起的小麥產(chǎn)量、生物量、收獲指數(shù)變化

土壤有效磷水平不同，小麥籽粒產(chǎn)量存在顯著差異(圖2a)。土壤有效磷<15、15～20、20～25、25～30和>30 mg/kg時(shí)，農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均產(chǎn)量分別為5155、6223、6868、7217 和 5803 kg/hm2。有效磷為 25～30 mg/kg 時(shí)產(chǎn)量最高，有效磷<15 mg/kg時(shí)產(chǎn)量最低。說明土壤有效磷含量較低時(shí)，小麥產(chǎn)量較低，但有效磷含量過高也不能持續(xù)提高產(chǎn)量，有效磷含量超過30 mg/kg時(shí)產(chǎn)量降低。不同有效磷水平下，監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理提高小麥籽粒產(chǎn)量程度不同(圖2a)。有效磷為 15～20 mg/kg 與>30 mg/kg 時(shí)，監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理增產(chǎn)4.6%和4.1%，有效磷介于20～30 mg/kg 或<15 mg/kg 時(shí)，監(jiān)控施肥處理與農(nóng)戶施肥處理產(chǎn)量差異不顯著。有效磷<15 mg/kg和介于15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理分別顯著減產(chǎn)7.1%和12.1%；有效磷介于20～25、25～30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理與監(jiān)控施肥處理無顯著差異；有效磷>30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理減產(chǎn)18.7%。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均產(chǎn)量分別為6000、6133和 5675 kg/hm2，監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理高2.2%，但差異未達(dá)顯著水平，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理減產(chǎn)7.5%。

圖2 不同土壤有效磷水平下小麥籽粒產(chǎn)量(a)、地上部生物量(b)和收獲指數(shù)(c)對(duì)監(jiān)控施肥的響應(yīng)Fig. 2 Response of grain yield (a), aboveground biomass (b) and harvest index (c) of wheat to test-integrated fertilizer application at different soil available fertilizer levels

小麥地上部生物量與土壤有效磷水平的關(guān)系與產(chǎn)量相似(圖2b)，先隨土壤有效磷含量增加而提高，有效磷為25～30 mg/kg時(shí)最高，有效磷>30 mg/kg時(shí)又降低。有效磷從低到高5個(gè)等級(jí)下3個(gè)處理的平均生物量分別為11887、14689、14821、15181和13758 kg/hm2?？梢?，土壤有效磷含量低，小麥生物量也較低，但土壤有效磷過高時(shí)生物量也會(huì)降低。土壤有效磷<15和15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控施肥處理的生物量較農(nóng)戶施肥處理分別顯著增加3.7%和6.1%；有效磷>30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控施肥處理與農(nóng)戶施肥處理無顯著差異。有效磷<15、15～20和>30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理分別顯著降低7.1%、10.6%和16.3%；有效磷為25～30 mg/kg時(shí)兩者的生物量無顯著差異；有效磷為20～25 mg/kg時(shí)監(jiān)控?zé)o磷處理增產(chǎn)5.2%。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的生物量平均值分別為13542、13961和12901 kg/hm2，監(jiān)控施肥處理的生物量較農(nóng)戶施肥處理提高3.1%，但差異未達(dá)顯著水平，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理的生物量顯著降低7.6%。

從不同土壤磷水平下3個(gè)處理的平均值來看，小麥?zhǔn)斋@指數(shù)亦隨土壤有效磷水平升高而先提高(圖2c)，土壤有效磷介于25～30 mg/kg時(shí)最高，平均為47.9%，但有效磷>30 mg/kg時(shí)又降低。從不同有效磷水平的平均值來看，農(nóng)戶施肥、監(jiān)控、施肥、監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的收獲指數(shù)分別為44.0%、43.8%和43.8%，處理間無顯著差異。監(jiān)控施肥處理的收獲指數(shù)除有效磷<15 mg/kg時(shí)比農(nóng)戶施肥處理降低1.8%外，二者其余施磷條件下無顯著差異。監(jiān)控?zé)o磷處理的收獲指數(shù)也僅在有效磷為15～20 mg/kg時(shí)較監(jiān)控施肥處理顯著降低3.3%。

可見，無論土壤有效磷水平高低，采用監(jiān)控施肥處理均不降低小麥產(chǎn)量和生物量，但當(dāng)土壤有效磷較低 (<20 mg/kg)或較高 (>30 mg/kg)時(shí)，不施磷會(huì)降低小麥產(chǎn)量和生物量，原因有待進(jìn)一步分析。除有效磷較低(<20mg/kg)時(shí)外，監(jiān)控施肥處理或監(jiān)控?zé)o磷對(duì)小麥?zhǔn)斋@指數(shù)無顯著影響。

2.3 監(jiān)控施肥引起的小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素變化

穗數(shù)隨土壤有效磷含量的增加而先升高(表1)，有效磷為20～25和25～30 mg/kg時(shí)穗數(shù)最高，但有效磷>30 mg/kg時(shí)穗數(shù)又降低，從低到高5個(gè)有效磷等級(jí)小麥的平均穗數(shù)分別為416、481、591、567和530 萬(wàn)/hm2。監(jiān)控施肥處理有明顯提高小麥穗數(shù)的趨勢(shì)，且在有效磷為15～20 mg/kg時(shí)，穗數(shù)較農(nóng)戶施肥處理顯著提高8.2%。與監(jiān)控施肥處理相比，監(jiān)控?zé)o磷處理在有效磷<15、15～20和>30 mg/kg時(shí)的穗數(shù)分別降低8.2%、8.9%和10.4%；有效磷為20～25和25～30 mg/kg時(shí)監(jiān)控?zé)o磷的穗數(shù)增加不顯著。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷的平均穗數(shù)分別為483、504和474萬(wàn)/hm2，監(jiān)控施肥的穗數(shù)較農(nóng)戶施肥高4.2%，但差異未達(dá)顯著水平，監(jiān)控?zé)o磷處理的穗數(shù)較監(jiān)控施肥處理顯著降低5.9%。

表1 北方麥區(qū)不同土壤有效磷水平下小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重Table 1 Spike number, grains per spike, and 1000-grain weight of wheat at different soil available P levels in northern wheat production region of China

從低到高5個(gè)有效磷等級(jí)下(表1)，農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均穗粒數(shù)分別為29、30、29、32 和 30。有效磷為 25～30 mg/kg 時(shí)穗粒數(shù)最多，有效磷<15和20～25 mg/kg時(shí)穗粒數(shù)最少。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的穗粒數(shù)平均值分別為30、30和29，差異均未達(dá)到顯著水平。

土壤有效磷越高，小麥千粒重越低(表1)，土壤有效磷從低到高5個(gè)等級(jí)，農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均千粒重分別為43.2、42.9、41.7、41.8和37.5 g。監(jiān)控施肥處理的千粒重較農(nóng)戶施肥處理無顯著變化。有效磷為20～25和25～30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的千粒重分別較監(jiān)控施肥處理升高3.8%和5.3%，有效磷>30 mg/kg時(shí)，前者較后者反而降低3.1%。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均千粒重分別41.9、41.5和42.1 g，無顯著差異。

2.4 監(jiān)控施肥引起的小麥養(yǎng)分含量變化

小麥籽粒氮含量隨土壤有效磷升高而降低(圖3a)，5個(gè)有效磷等級(jí)3個(gè)處理的平均氮含量分別為23.5、23.3、21.4、21.6 和 22.7 g/kg，有效磷為 20～25 和25～30 mg/kg時(shí)最低。與農(nóng)戶施肥處理相比，僅有效磷<15 mg/kg時(shí)監(jiān)控施肥處理籽粒氮含量降低2.9%。監(jiān)控?zé)o磷處理的籽粒氮含量也僅在有效磷>30 mg/kg時(shí)較監(jiān)控施肥處理降低5.0%。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均籽粒氮含量分別為22.9、22.7和22.8 g/kg，差異不顯著。

圖3 北方麥區(qū)不同土壤有效磷水平下小麥籽粒氮、磷、鉀含量對(duì)監(jiān)控施肥的響應(yīng)Fig. 3 Response of grain N , P and K concentration of wheat to test-integrated fertilizer application at different soil available P levels in northern wheat production region of China

小麥籽粒磷含量隨土壤有效磷水平升高而提高(圖3b)，有效磷>30 mg/kg 時(shí)最高，<15 mg/kg 時(shí)最低。5個(gè)有效磷等級(jí)3個(gè)處理的平均磷含量分別為3.1、3.4、3.8、3.8和4.2 g/kg。不同有效磷水平下監(jiān)控施肥處理的籽粒磷含量較農(nóng)戶施肥處理均差異不顯著。除有效磷<15和15～20 mg/kg時(shí)監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理籽粒磷含量分別降低6.1%和8.5%外，其他有效磷含量水平下籽粒磷含量二者均差異不顯著。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均籽粒磷含量分別為3.5、3.6和3.4 g/kg，監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥高1.4%，但兩者差異不顯著，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥顯著降低4.8%。

5個(gè)有效磷等級(jí)3個(gè)處理的平均籽粒鉀含量分別為 3.6、3.8、4.2、3.8 和 4.0 g/kg (圖3c)，有效磷介于 20～25 mg/kg 時(shí)最高，有效磷<15 mg/kg 時(shí)最低。除有效磷<15 mg/kg時(shí)監(jiān)控施肥處理小麥籽粒鉀含量比農(nóng)戶施肥處理升高2.8%外，其他有效磷含量水平下二者的籽粒鉀含量無顯著差異。有效磷在<15、20～25、25～30和>30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的籽粒鉀含量分別較監(jiān)控施肥處理降低3.3%、3.1%、6.1%和5.6%，有效磷為15～20 mg/kg時(shí)二者差異不顯著。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均籽粒鉀含量分別為3.8、3.8和3.7 g/kg，農(nóng)戶施肥處理與監(jiān)控施肥處理差異不顯著，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理顯著降低3.9%。

2.5 監(jiān)控施肥引起的小麥養(yǎng)分吸收分配變化

有效磷在15～20 mg/kg時(shí)3個(gè)處理的平均地上部吸氮量最高，有效磷<15 mg/kg時(shí)地上部吸氮量最低；有效磷介于25～30 mg/kg時(shí)平均氮收獲指數(shù)最高，有效磷>30 mg/kg時(shí)最低(表2)。除有效磷在15～20 mg/kg監(jiān)控施肥處理的吸氮量較農(nóng)戶施肥增加7.0%外，其他有效磷水平二者差異均不顯著。有效磷在<15、15～20和>30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的吸氮量較監(jiān)控施肥分別減少7.1%、15.8和18.3%，有效磷在20～25、25～30 mg/kg時(shí)二者差異不顯著。監(jiān)控施肥處理的平均吸氮量較農(nóng)戶施肥提高1.7%，但差異未達(dá)顯著水平，監(jiān)控?zé)o磷平均吸氮量較監(jiān)控施肥處理顯著降低10.1%。各有效磷水平下監(jiān)控施肥處理的籽粒氮收獲指數(shù)與農(nóng)戶施肥均無顯著差異。有效磷在20～25 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷較監(jiān)控施肥籽粒氮收獲指數(shù)降低6.4%，有效磷在25～30 mg/kg時(shí)前者較后者反而升高3.9%。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的氮收獲指數(shù)差異均不顯著。

表2 北方麥區(qū)不同土壤有效磷水平下小麥地上部氮、磷、鉀吸收量和籽粒氮、磷、鉀收獲指數(shù)Table 2 Shoot N, P, and K uptake, and grain N, P, and K harvest index of wheat at different soil available P levels in northern wheat production region of China

土壤有效磷含量低時(shí)，地上部吸磷量低，籽粒磷收獲指數(shù)高；反之，土壤有效磷含量高時(shí)，地上部吸磷量高，籽粒磷收獲指數(shù)低(表2)。有效磷<15 mg/kg時(shí)3個(gè)處理的平均地上部吸磷量最低，平均籽粒磷收獲指數(shù)最高；有效磷在25～30 mg/kg時(shí)平均地上部吸磷量最高，>30 mg/kg時(shí)平均籽粒磷收獲指數(shù)最低。分析農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷處理的變化發(fā)現(xiàn)，有效磷<15和15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控施肥處理的吸磷量較農(nóng)戶施肥處理分別增加4.7%和6.0%。有效磷在<15、15～20和>30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的吸磷量較監(jiān)控施肥處理分別降低10.5%、15.0%和11.4%。監(jiān)控施肥處理的平均地上部吸磷量高于農(nóng)戶施肥處理3.7%，但差異不顯著，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理減少10.4%。監(jiān)控施肥處理的平均籽粒磷收獲指數(shù)較農(nóng)戶施肥、監(jiān)控?zé)o磷處理略有變化，但差異均不顯著。

土壤有效磷低時(shí)，地上部吸鉀量低，籽粒鉀收獲指數(shù)低；土壤有效磷過高時(shí)，地上部吸鉀量并不高，籽粒鉀收獲指數(shù)高(表2)。有效磷在15～20、20～25 mg/kg時(shí)3個(gè)處理的平均地上部吸鉀量最高，有效磷<15 mg/kg時(shí)最低；有效磷>30 mg/kg時(shí)平均籽粒鉀收獲指數(shù)最高，有效磷15～20 mg/kg時(shí)最低。有效磷在15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控施肥處理的吸鉀量較農(nóng)戶施肥處理增加9.1%，有效磷>30 mg/kg時(shí)反而減少 7.3%。有效磷在<15、15～20和>30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的吸鉀量較監(jiān)控施肥處理分別降低6.1%、11.5%和27.6%。監(jiān)控施肥處理的平均吸鉀量較農(nóng)戶施肥處理增加1.2%，但差異未達(dá)到顯著水平，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥降低10.6%。除有效磷>30 mg/kg時(shí)監(jiān)控施肥處理的籽粒鉀收獲指數(shù)較農(nóng)戶施肥處理降低19.6%外，其余有效磷水平下二者均差異不顯著。有效磷在15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的籽粒鉀收獲指數(shù)較監(jiān)控施肥處理降低7.0%，有效磷>30 mg/kg時(shí)反而顯著增加14.9%。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷處理的籽粒鉀收獲指數(shù)差異均未達(dá)到顯著水平。

2.6 監(jiān)控施肥引起的土壤氮磷鉀的變化

0—20 cm土層土壤的硝態(tài)氮含量隨土壤有效磷水平升高而降低。5個(gè)土壤有效磷水平下，3個(gè)處理的平均土壤硝態(tài)氮含量分別為26.4、19.4、12.9、18.1 和 15.3 mg/kg (圖4a)。有效磷<15 mg/kg 時(shí)土壤硝態(tài)氮含量最高，20～25 mg/kg時(shí)最低。有效磷在<15和15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控施肥處理的土壤硝態(tài)氮含量較農(nóng)戶施肥處理分別降低42.4%和56.0%，其他有效磷水平時(shí)二者差異不顯著。僅在有效磷<15 mg/kg時(shí)監(jiān)控?zé)o磷處理的土壤硝態(tài)氮含量高于監(jiān)控施肥處理34.1%，其余有效磷水平下監(jiān)控?zé)o磷處理與監(jiān)控施肥處理無顯著差異。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均土壤硝態(tài)氮含量分別為23.5、17.3和21.3 mg/kg，監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理顯著降低26.4%，監(jiān)控?zé)o磷處理與監(jiān)控施肥處理差異未達(dá)顯著水平。

圖4 北方麥區(qū)不同土壤有效磷水平下土壤硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量對(duì)監(jiān)控施肥的響應(yīng)Fig. 4 Response of soil nitrate-N , available P and available K concentrations to test-integrated P application at different soil available fertilizer levels in northern wheat production region of China

不同于硝態(tài)氮，0—20 cm土壤的有效磷含量隨土壤有效磷水平升高而升高(圖4b)。5個(gè)土壤有效磷水平下，3個(gè)處理的平均土壤有效磷含量分別為10.5、15.9、20.2、23.7 和 40.9 mg/kg。各有效磷水平下監(jiān)控施肥處理的土壤有效磷含量較農(nóng)戶施肥處理差異均不顯著。在有效磷<15、15～20和25～30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的土壤有效磷含量較監(jiān)控施肥處理分別降低18.8%、31.0%和22.6%。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥、監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均土壤有效磷含量分別為21.1、20.5和16.1 mg/kg，農(nóng)戶施肥處理與監(jiān)控施肥處理無顯著差異，監(jiān)控?zé)o磷處理較監(jiān)控施肥處理顯著降低21.2%。

0—20 cm土層土壤的速效鉀含量隨土壤有效磷水平升高亦呈升高趨勢(shì)(圖4c)。5個(gè)土壤有效磷水平下，3個(gè)處理的平均土壤速效鉀含量分別為156、171、158、147 和 200 mg/kg。在有效磷>30 mg/kg 時(shí)土壤速效鉀含量最高。除有效磷15～20 mg/kg時(shí)監(jiān)控施肥處理的土壤速效鉀含量較農(nóng)戶施肥提高17.5%和有效磷20～25 mg/kg時(shí)降低20.3%外，其他有效磷水平下二者差異均不顯著。有效磷介于15～20和25～30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的土壤速效鉀含量較監(jiān)控施肥處理分別升高8.7%和12.2%。農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個(gè)處理的平均土壤速效鉀含量分別為160、164和170 mg/kg，三者差異均不顯著。

2.7 氮磷鉀肥減施情況

土壤有效磷<15、15～20、20～25、25～30和>30 mg/kg時(shí)，農(nóng)戶施肥的施氮量分別為195、223、270、238和213 kg/hm2，監(jiān)控施肥處理的施氮量分別為 132、182、224、214 和 173 kg/hm2(圖5a)，監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理施氮量分別減少63、41、46、24和 41 kg/hm2，相當(dāng)于減少 32.3%、18.5%、17.2%、9.9%和19.1%。農(nóng)戶施肥處理與監(jiān)控施肥處理的平均施氮量分別為218和170 kg/hm2，差異顯著。

圖5 北方麥區(qū)不同土壤有效磷水平下施氮、磷和鉀量對(duì)監(jiān)控施肥的響應(yīng)Fig. 5 Responses of N , P and K rates to test-integrated fertilizer application at different soil available P levels in northern wheat production region of China

不同土壤有效磷水平下，農(nóng)戶施肥處理的施磷量分別為 124、125、176、142 和 124 kg/hm2，監(jiān)控施肥處理的施磷量分別為61、79、97、77和71 kg/hm2(圖5b)，監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理的施磷量分別顯著減少63、46、79、65和52 kg/hm2，相當(dāng)于減少50.9%、36.9%、44.9%、45.6%和42.4%。農(nóng)戶施肥處理與監(jiān)控施肥處理的平均施磷量分別為133 和 72 kg/hm2，差異顯著。

農(nóng)戶施肥處理的施鉀量分別為33、42、32、31和18 kg/hm2，監(jiān)控施肥處理的施鉀量分別為22、36、41、45 和 33 kg/hm2(圖5c)。在有效磷<15 和15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控施肥處理的施鉀量較農(nóng)戶施肥處理分別減少 11 和 6.0 kg/hm2，有效磷<15 mg/kg時(shí)差異顯著。有效磷在20～25、25～30和>30 mg/kg時(shí)，監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理分別增加9、14和 16 kg/hm2，有效磷>30 mg/kg 時(shí)差異顯著。農(nóng)戶施肥處理與監(jiān)控施肥處理的平均施鉀量分別為31和32 kg/hm2，差異不顯著。

2.8 減肥增效的效果

不同土壤有效磷水平下，監(jiān)控施肥處理的磷肥偏生產(chǎn)力和吸收效率均高于農(nóng)戶施肥(圖6a和b)。有效磷<15、15～20、20～25、25～30 和>30 mg/kg時(shí)，農(nóng)戶施肥的磷肥偏生產(chǎn)力分別為45.9、54.8、43.0、55.0和50.8 kg/kg，監(jiān)控施肥的磷肥偏生產(chǎn)力分別為 100.3、97.9、78.7、125.6 和 118.8 kg/kg，較農(nóng)戶施肥分別顯著提高118.7%、78.7%、82.9%、128.3%和134.0%，兩個(gè)處理的磷肥偏生產(chǎn)力平均分別為49.4和104.7 kg/kg，監(jiān)控施肥顯著提高112.2%。

圖6 北方麥區(qū)不同土壤有效磷水平下磷肥偏生產(chǎn)力、吸收效率和利用效率對(duì)監(jiān)控施肥的響應(yīng)Fig. 6 Responses of P partial factor productivity, P fertilizer uptake efficiency and P utilization efficiency to test-integrated fertilizer application at different soil available P levels in northern wheat production region of China

不同土壤有效磷水平下，農(nóng)戶施肥處理的磷肥吸收效率分別為0.36、0.51、0.43、0.55和0.62 kg/kg，監(jiān)控施肥處理的磷肥吸收效率分別為0.85、0.90、0.85、1.31和1.43 kg/kg，監(jiān)控施肥處理的磷肥吸收效率較農(nóng)戶施肥處理顯著提高134.1%、76.8%、96.6%、137.9%和130.0%。兩個(gè)處理的磷肥吸收效率平均分別為0.47和1.03 kg/kg，監(jiān)控施肥處理顯著提高119.6%。

不同土壤有效磷水平下，農(nóng)戶施肥和監(jiān)控施肥處理的磷素利用率多無顯著差異(圖6c)。從低到高5個(gè)有效磷水平下，農(nóng)戶施肥處理的磷素利用效率分別為298、251、231、238和195 kg/kg，監(jiān)控施肥處理的磷素利用效率分別為286、245、226、233和197 kg/kg，僅在有效磷<15 mg/kg時(shí)監(jiān)控施肥處理磷素利用效率較農(nóng)戶施肥處理降低4.0%，其他水平下兩者無顯著差異。兩個(gè)處理的磷素利用效率平均分別為256和249 kg/kg，差異不顯著。

3 討論

3.1 監(jiān)控施肥引起的小麥產(chǎn)量變化與土壤有效磷的關(guān)系

本研究表明，在北方麥區(qū)小麥產(chǎn)量隨土壤有效磷含量提高先增高，土壤有效磷介于25～30 mg/kg時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量最高，但有效磷高于30 mg/kg時(shí)，產(chǎn)量顯著下降，僅高于有效磷<15 mg/kg時(shí)的產(chǎn)量。有研究顯示，耕層土壤有效磷小于30 mg/kg時(shí)，小麥?zhǔn)┝自霎a(chǎn)效果隨土壤有效磷升高而降低，而土壤有效磷大于30 mg/kg時(shí)，施磷增產(chǎn)率一般低于 10%[30–32]。在山東有效磷為 15.9 (中磷)和 30.4 mg/kg (高磷)的土壤上的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中磷土壤上施磷顯著提高了小麥產(chǎn)量，高磷土壤上施磷(P2O5) 135 kg/hm2較施磷 (P2O5) 105 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量無顯著變化[32]。河南的試驗(yàn)顯示，土壤有效磷為33.6 mg/kg時(shí)小麥產(chǎn)量為9279 kg/hm2，有效磷為18.6mg/kg時(shí)產(chǎn)量為8815 kg/hm2，亦無顯著差異[33]。本研究對(duì)比產(chǎn)量三要素發(fā)現(xiàn)，穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重顯著降低是土壤有效磷高于30 mg/kg時(shí)產(chǎn)量下降的主要原因。

本研究表明，與農(nóng)戶施肥處理相比，監(jiān)控施肥處理降低了氮磷肥料用量，還能使小麥產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)，特別是土壤有效磷>30 mg/kg時(shí)，增產(chǎn)效應(yīng)達(dá)到顯著水平，不同土壤有效磷水平下監(jiān)控施肥處理平均增產(chǎn)2.2%。對(duì)比產(chǎn)量三要素發(fā)現(xiàn)，土壤有效磷介于15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控施肥處理的穗數(shù)較農(nóng)戶施肥處理顯著增加，二者穗粒數(shù)和千粒重在各有效磷水平時(shí)差異均不顯著。說明合理減肥可以維持小麥豐產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)減肥不減產(chǎn)。與監(jiān)控施肥處理相比，監(jiān)控?zé)o磷處理只有在土壤有效磷介于20～25和25～30 mg/kg時(shí)不減產(chǎn)。當(dāng)土壤有效磷在<15和15～20 mg/kg (低磷)時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理的產(chǎn)量較監(jiān)控施肥顯著降低，主要原因是穗數(shù)顯著降低。然而，土壤有效磷>30 mg/kg(高磷)時(shí)監(jiān)控?zé)o磷的產(chǎn)量也顯著低于監(jiān)控施肥，減產(chǎn)的地點(diǎn)分別位于黑龍江、內(nèi)蒙古的雨養(yǎng)春麥區(qū)和新疆、寧夏、甘肅河西的灌溉春麥區(qū)，各試驗(yàn)點(diǎn)監(jiān)控?zé)o磷處理的土壤有效磷介于10.0～46.4 mg/kg，平均為 40.9 mg/kg，土壤并不缺磷，但這些地點(diǎn)春季氣溫低，可能影響小麥對(duì)土壤磷素的吸收利用[34]，從而導(dǎo)致植株缺磷，穗數(shù)和千粒重顯著降低，造成了小麥減產(chǎn)。也可能和這些地點(diǎn)的土壤速效鉀含量高有關(guān)(圖4c)，有效磷>30 mg/kg時(shí)，各地點(diǎn)3個(gè)處理土壤速效鉀含量平均為200 mg/kg，不施磷小麥減產(chǎn)，而土壤有效磷為20～25、25～30 mg/kg時(shí)，各地點(diǎn)土壤速效鉀含量平均為158和147 mg/kg，不施磷沒有減產(chǎn)；土壤速效磷為15～20 mg/kg時(shí)，土壤有效鉀水平也很高，各地點(diǎn)平均為171 mg/kg，不施磷小麥也減產(chǎn)，說明較高的土壤速效鉀可能是土壤有效磷較高而不施磷小麥仍會(huì)減產(chǎn)的原因。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)依據(jù)土壤有效磷、速效鉀水平確定磷肥用量：速效鉀>170 mg/kg時(shí)，即使有效磷>15 mg/kg，不施磷也可能導(dǎo)致小麥減產(chǎn)。

3.2 監(jiān)控施肥引起的小麥籽粒氮磷鉀含量變化與土壤養(yǎng)分的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)，在北方麥區(qū)土壤有效磷含量越高，籽粒平均氮含量越低。減施磷肥后，僅有效磷<15 mg/kg時(shí)監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理籽粒氮含量顯著降低2.9%，此時(shí)監(jiān)控施肥處理較農(nóng)戶施肥處理的磷肥用量減少63 kg/hm2。在其他土壤有效磷水平下，前者較后者磷肥用量分別顯著減少46、79、65、52 kg/hm2，籽粒氮含量并沒有顯著降低。監(jiān)控?zé)o磷處理籽粒氮含量也僅在有效磷>30mg/kg時(shí)較監(jiān)控施肥顯著降低5.0%，其他土壤有效磷水平下兩者的籽粒氮含量無顯著差異。說明基于監(jiān)控土壤養(yǎng)分合理推薦施肥平衡了土壤養(yǎng)分，減施磷肥對(duì)籽粒氮含量沒有顯著影響。

在北方麥區(qū)土壤有效磷含量越高，籽粒平均磷含量越高，且高磷條件下減施磷肥不影響籽粒磷含量。5個(gè)土壤有效磷水平下減施磷肥后監(jiān)控施肥的籽粒磷含量較農(nóng)戶施肥差異均不顯著，說明合理減施磷肥不會(huì)降低籽粒磷含量。不施磷肥對(duì)籽粒磷含量有顯著影響，特別是土壤有效磷<20 mg/kg時(shí)不施磷肥會(huì)顯著降低籽粒磷含量，有效磷>20 mg/kg時(shí)不施磷肥不會(huì)降低籽粒磷含量。在實(shí)際生產(chǎn)中若要維持與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶小麥相當(dāng)?shù)淖蚜Ａ缀浚寥烙行Я?20 mg/kg的土壤上不能不施磷肥。

北方麥區(qū)土壤有效磷在20～25 mg/kg時(shí)小麥平均籽粒鉀含量達(dá)到最高。減施磷肥后，有效磷在15～20、20～25、25～30 和>30 mg/kg 時(shí)，監(jiān)控施肥處理與農(nóng)戶施肥處理的籽粒鉀含量無顯著差異，而有效磷<15 mg/kg時(shí)顯著升高2.8%。也僅在有效磷介于15～20 mg/kg時(shí)，監(jiān)控?zé)o磷處理與監(jiān)控施肥處理籽粒鉀含量無顯著差異，其他有效磷水平下監(jiān)控?zé)o磷處理均較監(jiān)控施肥處理顯著降低。說明合理減磷不會(huì)降低籽粒鉀含量，不施磷肥可能會(huì)降低籽粒鉀含量。

3.3 北方麥區(qū)小麥磷肥的減肥增效潛力

本研究發(fā)現(xiàn)，監(jiān)控施肥處理的施磷量較農(nóng)戶施肥處理平均減少60 kg/hm2；在所有土壤有效磷水平下，監(jiān)控施肥處理均較農(nóng)戶施肥處理顯著提高了磷肥偏生產(chǎn)力與磷肥吸收效率，平均提高112.2%和119.6%?？傮w來看，監(jiān)控施肥處理的磷素利用效率與農(nóng)戶施肥無顯著差異，這主要是因?yàn)榱姿乩眯适亲魑锏囊环N特性，即作物吸收單位數(shù)量的磷養(yǎng)分形成小麥籽粒產(chǎn)量的能力，施磷或不施磷對(duì)其影響不大。一項(xiàng)英國(guó)砂質(zhì)黏壤土的磷用量試驗(yàn)顯示，在土壤有效磷為4.0或33 mg/kg時(shí)，磷肥吸收效率均隨施磷量的增加而減少，當(dāng)4年總施磷(P)量從55 kg/hm2增加到 165 kg/hm2時(shí)，兩種土壤相同輪作系統(tǒng)(土豆-大麥-甜菜-大麥)的磷肥吸收效率分別減少44.2%和64.3%[35]。汾河平原和渭河平原725個(gè)農(nóng)戶調(diào)研發(fā)現(xiàn)，小麥磷肥偏生產(chǎn)力平均分別為59.6和 56.1 kg/kg[36]，低于我國(guó)平均磷肥生產(chǎn)力 63.7 kg/kg[37]，更低于本研究中監(jiān)控施肥的平均磷肥偏生產(chǎn)力104.7 kg/kg。河北兩個(gè)小麥品種的磷用量試驗(yàn)顯示，施180 kg/hm2磷肥(P2O5)時(shí)的磷肥偏生產(chǎn)力較施60 kg/hm2時(shí)分別顯著降低111.4%和124.7%[38]。江蘇的4個(gè)小麥品種磷用量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磷肥偏生產(chǎn)力隨施磷量增加而降低，揚(yáng)麥9號(hào)施用108 kg/hm2磷肥(P2O5)較施用72 kg/hm2時(shí)的磷肥偏生產(chǎn)力降低了27.7%[14]。這些研究結(jié)果皆與本研究吻合。

采用基于產(chǎn)量的小麥?zhǔn)┓柿吭u(píng)價(jià)方法[39]對(duì)本研究中80個(gè)農(nóng)戶的施磷量進(jìn)行評(píng)價(jià)(圖7)發(fā)現(xiàn)，僅有2個(gè)農(nóng)戶的施磷量低于推薦施磷量，占2.5%，10個(gè)農(nóng)戶施磷量處于適中水平，占10%，說明北方麥區(qū)農(nóng)戶過量施磷的問題較為嚴(yán)重。5個(gè)土壤有效磷等級(jí)下施磷過量(偏高+很高)的農(nóng)戶的比例分別為90.6%、78.6%、87.5%、91.7%和71.4%，平均為85.0%，分別需減施磷肥 (P2O5) 71、60、95、70 和 80 kg/hm2，平均需減磷 (P2O5) 73 kg/hm2；農(nóng)戶的減肥潛力 (需減磷量/農(nóng)戶施磷量)分別為45.5%、32.6%、42.1%、44.2%和36.4%，平均為41.1%。全國(guó)1030個(gè)農(nóng)戶的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，各麥區(qū)磷肥減施潛力因產(chǎn)量水平而異，減磷量隨產(chǎn)量增加而降低，春麥區(qū)、旱作區(qū)、麥玉區(qū)的整體減磷潛力高達(dá)31.0%、55.6%和25.0%[40]。寧夏引黃灌區(qū)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磷肥(P2O5)用量在48～96 kg/hm2時(shí)，比農(nóng)戶減磷40.7%～70.3%，更有利于穩(wěn)定春小麥產(chǎn)量[41]。華北潮土區(qū)麥田的研究顯示，土壤有效磷在<7、7～12、12～18和18～38 mg/L時(shí)，磷肥(P2O5)推薦用量分別為135、105、90 和 60 kg/hm2，而土壤有效磷>38 mg/L 時(shí)，建議不施或者少施磷肥[42]。陜西關(guān)中灌區(qū)土壤有效磷<25、25～40和>40 mg/kg時(shí)，冬小麥推薦施磷(P2O5)量為 80～95、60～80 和 10～15 kg/hm2[4]，土壤有效磷含量越高推薦施磷量越低。北方麥區(qū)幅員遼闊，土壤類型與肥力水平各異，合理施肥量不應(yīng)是只設(shè)定一個(gè)值或一個(gè)范圍值，應(yīng)根據(jù)土壤有效磷水平和產(chǎn)量等多種因素綜合推薦。有效磷<15 mg/kg的土壤以雨養(yǎng)旱地為主，尤其是黃土高原旱地，土壤肥力低且受水分的限制，建議結(jié)合當(dāng)?shù)亟涤陾l件以水定產(chǎn)、因土施肥。有效磷介于15～30 mg/kg的土壤，多位于陜西、山西、甘肅和寧夏的灌區(qū)，水分不再是限制條件，但灌水會(huì)引起磷素淋溶，特別是砂質(zhì)土壤，建議加強(qiáng)水肥管理，協(xié)同水肥供應(yīng)，合理減施磷肥，防止土壤有效磷含量過高。有效磷>30 mg/kg的土壤，一部分位于黑龍江、內(nèi)蒙古這些土壤有機(jī)質(zhì)較高的旱地，建議維持較低施磷量，充分利用土壤中現(xiàn)有磷素，節(jié)本增效；另一部分多位于新疆、寧夏、甘肅的灌區(qū)麥田，建議加強(qiáng)水肥一體化管理，合理減施磷肥，降低土壤有效磷含量，在維持小麥高產(chǎn)的同時(shí)防止砂質(zhì)土壤磷素過量發(fā)生淋溶損失。

圖7 北方麥區(qū)不同土壤有效磷水平下農(nóng)戶施磷量分布比例Fig. 7 Frequency distribution of farmers’ P rate at different soil available P levels in northern wheat production region of China

4 結(jié)論

監(jiān)控施肥處理的磷肥用量較農(nóng)戶施肥處理平均減少 60 kg/hm2(46%)，增產(chǎn) 2.2%，籽粒氮磷鉀含量與農(nóng)戶施肥處理相比無顯著差異。當(dāng)土壤有效磷<15 mg/kg 時(shí)，小麥產(chǎn)量最低，為 5155 kg/hm2，在土壤有效磷25～30 mg/kg時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最高，為7217 kg/hm2，有效磷過高并不能持續(xù)提高小麥產(chǎn)量。除土壤有效磷外，磷肥的產(chǎn)量效應(yīng)也受土壤速效鉀的影響，在土壤速效鉀>170 mg/kg時(shí)，即使有效磷>15 mg/kg，不施磷也可能導(dǎo)致小麥減產(chǎn)。采用監(jiān)控施肥技術(shù)合理減施磷肥，無論土壤有效磷含量高低，均不會(huì)減產(chǎn)，同時(shí)小麥磷肥吸收效率與磷肥偏生產(chǎn)力顯著提高。綜合考慮，在北方麥區(qū)土壤有效磷維持在20～30 mg/kg時(shí)，小麥產(chǎn)量可達(dá)較高水平；速效鉀>170mg/kg時(shí)，不施磷肥小麥有減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)針對(duì)北方麥區(qū)具體區(qū)域的土壤和水肥管理?xiàng)l件，基于土壤有效磷鉀和小麥產(chǎn)量水平，確定合理的磷肥用量，實(shí)現(xiàn)小麥磷肥科學(xué)減施、綠色生產(chǎn)。

致謝：感謝參加國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目“北方小麥化肥農(nóng)藥減施技術(shù)集成研究與示范”實(shí)施的黃冬琳、李紫燕、張樹蘭、鄭險(xiǎn)峰(西北農(nóng)林科技大學(xué))、仇會(huì)芳(陜西永壽農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心)、楊珍珍(陜西彬縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心)、蘭濤(陜西大荔農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心)、張花梅(陜西合陽(yáng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心)、梁永強(qiáng)(陜西蒲城農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心)、劉斌俠(陜西岐山農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心)、強(qiáng)大勇(陜西乾縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心)、李廷亮、孫敏(山西農(nóng)業(yè)大學(xué))、黨建友、周懷平(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)、柴守璽(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué))、魯清林、孫建好、王勇、趙剛(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)、郭鑫年、沈強(qiáng)云(寧夏農(nóng)林科學(xué)院)、王西娜(寧夏大學(xué))、李松齡(青海省農(nóng)林科學(xué)院)、陳署晃、雷鈞杰(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院)、李俊華(石河子大學(xué))、張磊(新疆農(nóng)墾科學(xué)院)、賈立國(guó)、張永平(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué))、張久明、鄭淑琴(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)在試驗(yàn)實(shí)施、栽培信息調(diào)研及樣品采集等方面給予的大力支持與幫助。