周小芹,楊志奇,趙尚文,溫宏昌,張喜平,呂莉莉,田志強(qiáng)
(天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,甘肅天水 741000)
磷是作物生長不可缺少的重要元素之一,以多種方式參與植物體內(nèi)各種生物化學(xué)過程,對促進(jìn)植物生長發(fā)育和新陳代謝起著非常重要的作用[1]。磷有施入不同土壤極易被固持等特征,研究表明,磷在當(dāng)季作物的利用率僅為10%~25%[2]。因磷肥利用率低,如不科學(xué)合理地施用磷肥,必然造成直接的經(jīng)濟(jì)損失;長此以往,還會嚴(yán)重破壞土壤結(jié)構(gòu)。同時(shí),部分磷還會隨地表徑流,由陸地生態(tài)系統(tǒng)向水體生態(tài)系統(tǒng)遷移,加速了水體的富營養(yǎng)化,造成水域環(huán)境脅迫[3]。黃土高原地區(qū)是我國重要旱作農(nóng)業(yè)區(qū),區(qū)域內(nèi)土壤貧瘠,水資源嚴(yán)重缺乏,土壤養(yǎng)分和水分是限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素,長期生產(chǎn)實(shí)踐證明,通過增加肥料投入培肥土壤,是提高該區(qū)糧食單產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施,特別是施用磷肥[4]。近幾年,種植戶為了提高作物產(chǎn)量,盲目大量施用化肥,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)成本增加、磷素在土壤中積累過度,如何合理施肥,在保障作物產(chǎn)量的同時(shí),又能降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)還能提高耕地土壤肥力是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的有效途徑。筆者通過田間試驗(yàn),在同等有機(jī)肥、氮肥和鉀肥條件下,研究了磷肥不同施用量對玉米經(jīng)濟(jì)系數(shù)、產(chǎn)量和磷肥指標(biāo)的影響,以期為天水市干旱半干旱區(qū)玉米磷肥的合理施用和化肥零增長提供理論依據(jù)。
1.1 試驗(yàn)材料供試作物為春玉米,指示品種為中單2號;氮肥為尿素(含N 46.4%);磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%);鉀肥為硫酸鉀(含K2O 51%);地膜采用0.01 mm白膜。
1.2 試驗(yàn)地概況試驗(yàn)設(shè)在天水市秦州區(qū)中梁鎮(zhèn)三灣村(天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)田),該區(qū)屬半干旱山區(qū),年平均氣溫為11 ℃左右,海拔1 650 m,降雨量500~850 mm。試驗(yàn)地土壤屬中壤黃綿土。前茬作物玉米,有機(jī)肥為雞糞,當(dāng)?shù)匦⌒宛B(yǎng)雞場購買,腐熟期超過90 d。試驗(yàn)前測定0~20 cm耕層土壤基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)16.8 g/kg,全氮 0.98 g/kg,全磷0.86 g/kg,全鉀20.2 g/kg,堿解氮69.8 mg/kg,速效磷22 mg/kg,速效鉀102 mg/kg,pH 8.32。前茬作物玉米。有機(jī)肥(雞糞)有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為44.07、3.12、1.52和13.60 g/kg;堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為252.25、268.9和1 635 mg/kg。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理,小區(qū)面積30 m2,3次重復(fù)。施有機(jī)肥7 500 kg/hm2、N 69 kg/hm2、K2O 60 kg/hm2,施P2O5分別為0、43.5、87.0、130.5、174.0和217.5 kg/hm2,均按照P0、P43.5、P87.0、P130.5、P174.0和P271.5標(biāo)識各個(gè)處理。有機(jī)肥和肥料結(jié)合整地一次性施入。栽培方式,結(jié)合當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣,條膜覆蓋,先鋪膜后7 d人工點(diǎn)播,保苗6.0萬~6.6萬株/hm2,其他田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇?。成熟期每小區(qū)分別選取具有代表特征的玉米20株,從根部距地面5 cm切割,帶入室內(nèi)風(fēng)干后測定株高、穗長、穗粗、禿頂長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重。小區(qū)單打單收,籽粒脫粒后曬干稱取籽粒產(chǎn)量。
1.4 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)采用軟件Excel作圖,DPS 8.00進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析,并用LSD法檢驗(yàn)差異顯著性。
磷肥貢獻(xiàn)率=(施磷區(qū)產(chǎn)量-不施磷區(qū)產(chǎn)量)/施磷區(qū)產(chǎn)量×100%
磷肥農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施磷區(qū)籽粒產(chǎn)量-無磷區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施磷量
磷肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=籽粒產(chǎn)量/磷肥(P2O5)用量
2.1 磷肥不同施用量對玉米生育時(shí)期的影響由表1可知,不同施磷(P)處理對玉米生育期的影響不同。施磷174.0、217.5 kg/hm2時(shí)拔節(jié)期較減磷處理延遲1~2 d,大喇叭口期較不施磷處理和減磷處理提前1~2 d。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn),不同施磷(P)處理,由于供磷量的不同,影響玉米的生長。不施磷和施磷較少的處理由于磷肥供應(yīng)不足,拔節(jié)期提前,影響有效完成干物質(zhì)累積。而不同施磷處理,玉米成熟期和生育期又不盡相同,玉米的生育期隨著磷肥施用量的不同相差1~3 d,呈現(xiàn)不規(guī)律的變化。
表1 不同種植模式及施肥量對玉米生育期的影響
2.2 磷肥不同施用量對玉米經(jīng)濟(jì)性狀的影響由表2可知,不同磷肥處理下,P217.5和P130.5株高、穗粗、禿頂長、千粒重均優(yōu)于P0、P43.5、P87.0處理,穗長、穗行數(shù)和行粒數(shù)處理間差異較小,相對比較穩(wěn)定,磷肥的施用量直接影響玉米的株高、穗粗、禿頂長和千粒重等,株高、穗長、穗粗處理間在0.01水平差異不顯著,而在0.05水平時(shí)不同磷肥處理差異顯著,株高、穗長、穗粗沒有隨著磷肥施用量的變化發(fā)生規(guī)律性的變化,而千粒重隨著磷肥施用量的增加不斷增加,說明磷肥的施用在一定程度可以提高玉米籽粒的千粒重。
表2 不同種植模式及施肥量對玉米經(jīng)濟(jì)性狀的影響
2.3 磷肥不同施用量對玉米籽粒產(chǎn)量的影響從圖1可以看出,玉米籽粒產(chǎn)量隨著磷肥施用量的增加而增加,P217.5最高,達(dá)11 112.15 kg/hm2,P0最低為7 750.50 kg/hm2,P43.5、P87.0、P130.5、P174.0和P217.5較P0分別提高14.33%、34.43%、39.08%、42.95%和43.37%,差異顯著。P217.5處理籽粒產(chǎn)量較P43.5、P87.0、P130.5、P174.0分別提高25.40%、6.65%、3.09%、0.30%,施磷處理之間差異不顯著,尤其P174.0其玉米籽粒產(chǎn)量僅提高0.30%,相對于施磷水平可以忽略不計(jì)。
注:不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示不同處理間差異極顯著(P<0.01)
2.4 磷肥不同施用量對磷肥貢獻(xiàn)率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力的影響由表3可知,磷肥貢獻(xiàn)率隨著施磷量的增加呈遞增趨勢,磷肥貢獻(xiàn)率為12.53%~30.25%,P217.5磷肥貢獻(xiàn)率最高為30.25%,較P174.0的磷肥貢獻(xiàn)率30.05%高0.2百分點(diǎn),玉米籽粒產(chǎn)量P217.5較P174.0高0.30%,從磷肥貢獻(xiàn)率和籽粒產(chǎn)量兩方面看,P174.0的磷肥貢獻(xiàn)率30.05%較為合理。從磷肥的農(nóng)學(xué)效率和磷肥偏生產(chǎn)力看,不同施磷量之間存在差異,隨著施磷量的增加均呈遞減趨勢。
表3 磷肥不同施用量對肥效指標(biāo)的影響
不同施磷處理對玉米生育期的影響不同,施磷174.0、217.5 kg/hm2時(shí)拔節(jié)期較減磷處理延遲1~2 d,大喇叭口期較不施磷處理和減磷處理提前1~2 d。而不同施磷處理,玉米成熟期和生育期又不盡相同;不同磷肥處理影響玉米的株高、穗粗、禿頂長、千粒重,而穗長、穗行數(shù)和行粒數(shù)處理間差異較小,P217.5和P130.5株高、穗粗、禿頂長、千粒重均優(yōu)于P0、P43.5、P87.0處理,磷肥的施用對玉米的生長發(fā)育有明顯的影響;陳書強(qiáng)等[5]研究表明,隨著施磷量的增加,玉米株高呈增加趨勢,而穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均呈拋物線變化,5項(xiàng)指標(biāo)均以75 kg/hm2最大;研究顯示,提高磷肥施用量可以增強(qiáng)玉米長勢,但并非施磷量越大時(shí)效果越好,穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均以施磷量75 kg/hm2處理最大,表明只有適量施用磷肥才可以改善玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子,提高產(chǎn)量水平。
玉米籽粒產(chǎn)量隨著磷肥施用量的增加而增加,P217.5最高,達(dá)11 112.15 kg/hm2,P0最低為7 750.50 kg/hm2,P217.5處理籽粒產(chǎn)量較P43.5、P87.0、P130.5、P174.0分別提高25.40%、6.65%、3.09%、0.30%,施磷處理之間差異不顯著,尤其P174.0其玉米籽粒產(chǎn)量僅提高0.30%,相對于施磷水平可以忽略不計(jì)。宇萬太等[6]研究顯示,施磷玉米增產(chǎn)24.2%~27.8%,1 kg磷肥增產(chǎn)玉米19.21~69.54 kg。適量施用磷肥可以減少玉米產(chǎn)量年際間的波動,起到穩(wěn)產(chǎn)的作用。韓秉進(jìn)等[7]研究顯示,在大豆-玉米輪作區(qū),施磷比無肥區(qū)增加45.2~47.0 kg/hm2。張愛君等[8]研究表明,在江蘇黃潮土上,在施用氮肥的基礎(chǔ)上施用磷肥使玉米產(chǎn)量從5 115.0 kg/hm2提高到6 130.5 kg/ hm2。孫恒等[9]研究表明,施用磷肥對玉米籽粒產(chǎn)量有一定的影響,施磷量在0~120 kg/hm2時(shí),玉米籽粒產(chǎn)量隨施磷量的增加而增加,施磷量在120~480 kg/ hm2時(shí),玉米籽粒產(chǎn)量隨施磷量的增加而降低,但玉米籽粒產(chǎn)量降低不顯著。張寶貴等[2]研究顯示,施肥對玉米籽粒中N、P、K養(yǎng)分的吸收量及含量均有一定的影響,其中磷肥的影響最大,施用磷肥的處理比不施磷肥處理玉米籽粒中磷素吸收量提高了9.8~10.5 kg/hm2。劉德江等[10]研究顯示,氮、磷、鉀肥對玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別是6.18%、20.69%、12.42%,磷肥對玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率相對最高。至于該地區(qū)施磷量多大,會降低玉米產(chǎn)量需要進(jìn)一步研究,但從資源節(jié)約和生態(tài)安全等方面考慮,該地區(qū)玉米的經(jīng)濟(jì)安全施磷量應(yīng)控制在174 kg/hm2以下。
磷肥貢獻(xiàn)率在一定范圍內(nèi)與磷肥施用量呈正相關(guān),從P0~P217.5其變幅為12.53%~30.25%,P217.5磷肥貢獻(xiàn)率最高30.25%,較P174.0的磷肥貢獻(xiàn)率30.05%高0.2百分點(diǎn),就玉米籽粒產(chǎn)量P217.5較P174.0高0.30%,從磷肥貢獻(xiàn)率和籽粒產(chǎn)量兩方面看,P174.0的磷肥貢獻(xiàn)率30.05%較為合理;從磷肥的農(nóng)學(xué)效率和磷肥偏生產(chǎn)力看,不同施磷量之間存在差異,隨著施磷量的增加均呈遞減趨勢;玉米磷肥農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力與磷肥施用量呈負(fù)相關(guān),研究發(fā)現(xiàn),磷肥施用不足雖能提高磷肥的農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力,但明顯降低了產(chǎn)量收益,而高施磷量的農(nóng)學(xué)效益和偏生產(chǎn)力低下,不利于資源節(jié)約和環(huán)境友好,P174.0處理的農(nóng)學(xué)效率為19.13 kg/kg,偏生產(chǎn)力為63.68 kg/kg,貢獻(xiàn)率30.05%,在該區(qū)域可以保證玉米籽粒產(chǎn)量,同時(shí)利于資源節(jié)約、環(huán)境友好又可以培肥土壤。
磷肥施用量的不同可以影響玉米的生育期、產(chǎn)量、株高、穗粗、禿頂長、千粒重等,當(dāng)施磷量達(dá)87.0 kg/hm2時(shí),繼續(xù)施磷對玉米籽粒的產(chǎn)量影響逐漸變??;當(dāng)達(dá)174.0 kg/hm2以上時(shí),施磷對玉米籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。該試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為,在天水半干旱山區(qū)黃綿土土壤上玉米磷的施用量為施有機(jī)肥一般施87.0~174.0 kg/hm2,不施有機(jī)肥一般不超過217.5 kg/hm2。