磷肥用量和石灰對甜玉米產(chǎn)量和磷素吸收利用的影響

吳曉君，曾子鑫，郭佩佩，王曙光，李京晨，張 麗

海南大學熱帶作物學院，海南?？?570228

磷是玉米生長發(fā)育所需的大量營養(yǎng)元素之一，是構(gòu)成植物體內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)、酶等多種重要化合物的主要成分，對玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成起著重要作用，合理施用磷肥對玉米產(chǎn)量的提高至關重要[1]。磷肥施入土壤中容易被固定、沉淀，導致土壤有效磷含量較低，生產(chǎn)中往往投入大量的磷肥以獲得作物高產(chǎn)[2]。磷肥的過量施用不僅使土壤磷素積累、磷肥利用率降低、環(huán)境風險加劇[3-4]，還會導致土壤酶活性降低，以及氮、磷等養(yǎng)分失衡，最終影響作物增產(chǎn)效果[5]。因此，合理施磷是提高玉米產(chǎn)量和肥料利用率的重要措施。

甜玉米又被稱為水果玉米、蔬菜玉米，是我國重要的特種經(jīng)濟作物[6]。當前，國內(nèi)外關于施磷肥對土壤速效磷、玉米產(chǎn)量以及磷肥利用率等影響方面開展了大量研究。趙靚等[3]研究結(jié)果表明，施磷肥可顯著提高玉米產(chǎn)量，不施磷肥會造成土壤速效磷含量降低，施磷量為150 kg/hm2時土壤速效磷含量基本維持平衡，而施磷量為300 kg/hm2時土壤速效磷積累明顯。顏曉軍等[7]提出，施磷量為37.5 kg/hm2時甜玉米產(chǎn)量和磷肥利用率較高。陳海珍[8]研究認為，施磷量在0~120 kg/hm2時，甜玉米隨磷肥施用量的增加而增加，而當施磷量超過 120 kg/hm2，甜玉米產(chǎn)量開始下降。因此，不同種植區(qū)域甜玉米產(chǎn)量和肥料利用率對磷肥的響應存在差異。此外，海南島屬于熱帶地區(qū)，土壤多為 pH較低的酸性土壤，生產(chǎn)上常用石灰對酸性土壤進行改良。前人研究表明，施石灰能夠提高土壤pH，影響土壤中磷的有效性和植物對磷的吸收[9-10]。賀根和等[11]的研究認為，石灰和磷肥共同施用能夠促進氮磷養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，促進作物生長。但是關于甜玉米產(chǎn)量和磷素利用效率響應不同磷肥用量和石灰的研究尚少見報道。

本研究旨在探索磷肥用量和石灰的施用對甜玉米鮮穗產(chǎn)量、磷素累積和磷肥利用率的影響，為甜玉米的高產(chǎn)栽培和磷肥合理施用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

試驗于 2020—2021年在海南省昌江黎族自治縣十月田鎮(zhèn)軍營新村試驗基地（108°97′E、19°40′ N）進行，該種植區(qū)域?qū)贌釒Ъ撅L氣候，旱雨季分明，光照充足。試驗地土壤類型為磚紅壤，pH值為 5.45，有機質(zhì)含量 15.30 g/kg、全氮2.66 g/kg、全磷0.46 g/kg、速效磷17.66 mg/kg、速效鉀251.90 mg/kg。

兩季甜玉米生育期的最高氣溫、最低氣溫和降雨量如圖1所示。第1季（S1）和第2季（S2）的總降雨量分別為356.5 mm和18.0 mm，最高氣溫平均值分別為32.9℃和25.1℃，最低氣溫平均值分別為 24.6℃和 16.4℃。S1的灌水量為210 m3/hm2，S2的灌水量為900 m3/hm2。

圖1 S1和S2大田試驗氣象數(shù)據(jù)Fig.1 S1 and S2 field experiment meteorological data

1.2 試驗設計

本試驗是磷肥定位試驗，采用裂區(qū)設計，主區(qū)是磷肥處理，設置4個磷肥（P2O5）水平，分別是 P0（0 kg/hm2）、P60（60 kg/hm2）、P120（120 kg/hm2）和 P180（180 kg/hm2）。裂區(qū)是石灰處理，設置2個石灰水平，分別是L0（0 kg/hm2）和L1（750 kg/hm2），每個處理3次重復，小區(qū)面積為 6 m×10 m=60 m2。氮肥（N）用量為180 kg/hm2，鉀肥（K2O）用量為 90 kg/hm2。磷肥和鉀肥作為基肥一次性溝施，氮肥分3次施用，分別是基肥、拔節(jié)期追肥和大喇叭口期追肥，比例為3∶3∶4。肥料種類為硝酸銨鈣（N 15.5%）、過磷酸鈣（P2O516%）、氯化鉀（K2O 60%）。

供試甜玉米品種為‘廣良甜27號’，采用“寬窄行距”式播種，寬行距為 60 cm，窄行距為40 cm，株距為40 cm，種植密度為50 000株/hm2。在窄行距間鋪設微噴帶，以供甜玉米對水分的需求。大田管理方式均按當?shù)馗弋a(chǎn)管理方式進行。在同一試驗小區(qū)，甜玉米分別于2020年7月28日播種，2020年10月5日收獲，為S1；2020年11月5日播種，2021年2月27日收獲，為S2。

1.3 樣品采集及測量方法

甜玉米鮮食期時每小區(qū)取中間2行，連續(xù)各收 10株穗，共 20株，將鮮穗（去除苞葉）稱重，測定鮮穗產(chǎn)量。甜玉米鮮食期于每個小區(qū)隨機選取具有代表性的植株 5株，分為莖、葉和穗三部分。105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重測定其干重。樣品稱重后粉碎，測定各器官全磷含量。采用H2SO4-H2O2消煮，全自動間斷化學分析儀（DeChem-Tech, Hamburg, Germany）測定磷含量。

于甜玉米每季收獲后，采用五點取樣法采集0~20 cm土壤樣品。土壤風干后過篩，備用。土壤速效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提；土壤全磷采用 H2SO4-H2O2消煮，全自動間斷化學分析儀（DeChem-Tech, Hamburg, Germany）測定。

1.4 相關計算公式

植株磷素累積量（kg/hm2）=生物量×全磷濃度[12]

1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量（kg/kg）=鮮食期甜玉米鮮穗產(chǎn)量/植株地上部磷素累積量[13]

磷素收獲指數(shù)=玉米穗磷素累積量/植株地上部磷素累積量×100%[14]

磷素生理效率（kg/kg）=鮮食期生物量/植株地上部磷素累積量[15]

磷肥農(nóng)學效率（kg/kg）=（施磷區(qū)甜玉米鮮穗產(chǎn)量-不施磷區(qū)甜玉米鮮穗產(chǎn)量）/磷肥供應量[12]

磷肥利用率=（施磷區(qū)植株地上部磷素累積量-不施磷區(qū)植株地上部磷素累積量）/磷肥供應量×100%[12]

磷肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施磷區(qū)甜玉米鮮穗產(chǎn)量/磷肥供應量[12]

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)處理，用DPS 9.01統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差分析，不同處理間數(shù)據(jù)結(jié)果采用LSD法進行多重比較，利用Origin pro 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥用量和石灰對甜玉米鮮穗產(chǎn)量的影響

如圖2所示，磷肥與石灰施用下，S1各處理間甜玉米鮮穗產(chǎn)量無顯著差異（圖2A~圖2B）。S2在L0處理下，P120和P180處理甜玉米鮮穗產(chǎn)量顯著提高，較P0處理分別增產(chǎn)19.4%和18.5%，P60處理與 P0處理間甜玉米鮮穗產(chǎn)量差異不顯著（圖2C）；S2在 L1處理下，P60處理甜玉米鮮穗產(chǎn)量顯著提高，較P0處理增產(chǎn)14.0%，而P120、P180與P60處理間甜玉米鮮穗產(chǎn)量差異不顯著（圖2D）。在P60處理下，L1處理較L0處理的甜玉米鮮穗產(chǎn)量顯著提高，增產(chǎn)12.7%；在P120處理下，L1與 L0處理間甜玉米鮮穗產(chǎn)量差異不顯著；在P180處理下，L1處理較L0處理的甜玉米鮮穗產(chǎn)量顯著降低，減產(chǎn)9.7%（圖2C~圖2D）。由此可見，60 kg/hm2磷肥用量與石灰配合施用可提高甜玉米鮮穗產(chǎn)量。

圖2 不同磷肥用量和石灰處理下S1（A和B）和S2（C和D）的甜玉米鮮穗產(chǎn)量Fig.2 Fresh ear yield of sweet corn in S1 (A and B) and S2 (C and D) under different phosphorus fertilizer and lime treatment

2.2 磷肥用量和石灰對甜玉米生物量和磷素累積分配的影響

不同磷肥用量與石灰處理下甜玉米生物量如表1所示。在 L0處理下，與 P0處理相比，S1和S2施磷處理的甜玉米總生物量分別顯著提高了 5.9%~23.0%和 10.0%~20.9%，施磷處理間存在顯著差異。在 L1處理下，與P0處理相比，S1和 S2施磷處理的甜玉米總生物量分別顯著提高了 5.3%~15.5%和 16.1%~25.4%，施磷處理間差異不顯著。

表1 不同磷肥用量和石灰處理下的甜玉米生物量Tab.1 Biomass of sweet corn under different phosphorus fertilizer and lime treatment t/hm2

不同磷肥用量與石灰處理下甜玉米磷素累積和分配如表2所示。在 L0和 L1處理下，施磷均顯著提高S1和S2甜玉米莖、葉和穗及磷素總累積量。在 L0處理下，與 P0處理相比，S1施磷處理下甜玉米莖、葉、穗及磷素總累積量分別顯著提高 27.8%~183.3%、38.6%~119.9%、6.0%~51.6%和17.5%~81.3%；S2施磷處理下甜玉米莖、葉、穗及磷素總累積量分別顯著提高 27.9%~40.3%、56.1%~88.6%、15.1%~39.6%和30.0%~47.9%。在L1處理下，與P0處理相比，S1施磷處理下甜玉米莖、葉、穗及磷素總累積量分別提高 47.0%~52.2%、26.0%~49.1%、12.1%~27.9%和 25.4%~36.9%；S2施磷處理下甜玉米莖、葉、穗及磷素總累積量分別提高52.8%~67.0%、29.1%~70.6%、12.9%~23.5%和 22.4%~40.0%。磷素累積量在甜玉米各器官的分配比例表現(xiàn)為穗＞葉＞莖。

表2 不同磷肥用量和石灰處理下的甜玉米磷素累積和分配Tab.2 Phosphorus accumulation and distribution in sweet corn under different phosphorus fertilizer and lime treatment kg/hm2

2.3 磷肥用量和石灰對土壤pH和速效磷含量的影響

由圖3可知，施石灰顯著提高土壤pH，而施磷量對土壤pH無顯著影響。與L0處理相比，S1和S2的 L1處理土壤pH分別提高 0.50個單位和0.98個單位，兩季平均增加 0.74個單位。在 L1處理下，除S2P180處理土壤pH較P0和P60處理分別降低0.25和0.31個單位外，處理間土壤pH差異不顯著（圖3B，圖3D）。

圖3 不同磷肥用量和石灰處理下S1（A和B）和S2（C和D）的土壤pHFig.3 Soil pH in S1 (A and B) and the S2 (C and D) under different phosphorus fertilizer and lime treatment

S1和S2甜玉米收獲后，土壤速效磷含量如圖4所示。在L0處理下，與P0處理相比，S1施磷處理P120和P180土壤速效磷含量分別提高145.3%和254.0%，而P0與P60處理間土壤速效磷含量差異不顯著；施磷顯著提高S2土壤速效磷含量，與P0處理相比，施磷處理土壤速效磷含量提高81.3%~255.8%（圖4A，圖4C）。在 L1處理下，與P0處理相比，P120處理顯著提高S1土壤速效磷含量，較P0處理提高15.5%，P0、P60和P180處理間土壤速效磷含量差異不顯著；與P0處理相比，施磷顯著提高S2土壤速效磷含量，較P0處理提高75.3%~371.7%。此外，P0處理 S1和 S2土壤速效磷含量較初始值均顯著降低；P60處理S1和S2土壤速效磷含量與初始值相比差異不顯著；P120和P180處理 S2土壤速效磷含量顯著增加，土壤速效磷含量表現(xiàn)出累積效應。

圖4 不同磷肥用量和石灰處理下S1（A和B）和S2（C和D）的土壤速效磷含量Fig.4 Soil available phosphorus content in S1 (A and B) and S2 (C and D) under different phosphorus fertilizer and lime treatment

2.4 磷肥用量和石灰對磷素利用效率的影響

由表3可知，施磷顯著降低1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量和磷素生理效率。在L0處理下，施磷顯著降低S1磷素收獲指數(shù)。在L0處理下，與P0處理相比，S1施磷處理的1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量、磷素收獲指數(shù)和磷素生理效率分別顯著降低了11.8%~29.3%、11.1%~17.5%和 8.6%~20.2%；與不施磷處理相比，S2施磷處理的1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量和磷素生理效率分別顯著降低了 16.1%~18.0%和 19.8%~22.4%。L1處理下，與 P0處理相比，S1施磷處理的1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量和磷素生理效率分別顯著降低了 15.2%~21.1%和10.7%~15.6%；與P0處理相比，S2施磷處理的1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量和磷素生理效率分別顯著降低了9.4%~28.1%和4.6%~14.6%。

表3 不同磷肥用量和石灰處理下的甜玉米1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量、磷素收獲指數(shù)和磷素生理效率Tab.3 Fresh ear yield of yield per phosphorus accumulation, phosphorus harvest index and phosphorus internal efficiency of sweet corn under different phosphorus fertilizer and lime treatment

由表4可見，在L0和L1處理下，S1和S2甜玉米磷肥農(nóng)學效率和磷肥偏生產(chǎn)力均隨施磷量的增加而顯著下降（S2L0處理下甜玉米磷肥農(nóng)學效率除外），不同磷肥用量甜玉米磷肥農(nóng)學效率和磷肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為 P60＞P120＞P180。在 L0和 L1處理下，P60處理S1和 S2甜玉米磷肥利用率均顯著高于P120和P180處理（S1L0處理下甜玉米磷肥利用率除外）。在P60處理下，與L0處理相比，L1處理顯著提高S1甜玉米磷肥農(nóng)學效率和磷肥利用率，分別提高了 192.9%和 84.5%；L1處理顯著提高S2甜玉米磷肥農(nóng)學效率和磷肥偏生產(chǎn)，分別提高了250.0%和12.7%。

表4 不同磷肥用量和石灰處理下的甜玉米磷肥農(nóng)學效率、磷肥利用率和磷肥偏生產(chǎn)力Tab.4 Agronomic efficiency, utilization rate and partial productivity of phosphate fertilizer in sweet corn under different phosphorus fertilizer and lime treatment

3 討論

合理施磷是滿足作物磷素營養(yǎng)需求、促進作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的有效途徑[16]。玉米是磷敏感作物[17]，為提高玉米產(chǎn)量，農(nóng)戶生產(chǎn)實踐中往往投入過量的磷肥。但過量施用磷肥不僅導致磷資源的浪費，生產(chǎn)成本增加，還會導致大量磷素以難溶態(tài)形式在土壤中固定，影響作物增產(chǎn)，甚至減產(chǎn)[3,5]。本研究結(jié)果表明，在第2季不施石灰處理下，施磷量120 kg/hm2和180 kg/hm2顯著提高甜玉米鮮穗產(chǎn)量，較不施磷處理分別增產(chǎn)19.4%和 18.5%，在施石灰處理下，施磷量60 kg/hm2顯著提高甜玉米鮮穗產(chǎn)量，較不施磷處理增產(chǎn)14.0%。

速效磷是能夠被植物直接吸收利用的磷，是土壤磷肥力的重要指標。磷肥施用是農(nóng)田土壤中速效磷的重要來源。本研究結(jié)果表明，不施磷處理土壤速效磷含量較初始值顯著下降；施磷量較低（60 kg/hm2）時，土壤速效磷含量與初始值相比無顯著差異，土壤速效磷基本維持平衡；而施磷量為 120 kg/hm2和 180 kg/hm2時，0~20 cm耕層土壤速效磷含量顯著增加，土壤速效磷累積明顯。區(qū)惠平等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，磷肥施用量為126 kg/hm2，土壤速效磷增加，導致土壤磷酸鹽累積和淋溶風險增加。本研究結(jié)果表明，與不施石灰相比，施用石灰后，第1季和第2季土壤pH分別平均增加0.50和0.98個單位，與邱全敏等[9]研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果表明，第2季施石灰處理下，施磷量為 180 kg/hm2的土壤 pH顯著低于不施磷處理和施磷量60 kg/hm2處理。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤磷酸鹽淋溶導致土壤鹽基離子含量降低，土壤酸化加重[19]。因此，可能是施磷量較高時，土壤速效磷累積，導致土壤磷酸鹽淋溶風險增加，鹽基陽離子含量下降，土壤pH下降。

玉米對土壤酸度敏感度比較高，在酸性土壤上施石灰可提高玉米產(chǎn)量，土壤 pH較低時玉米減產(chǎn)較為嚴重[20]。儲祥云等[21]研究表明，施磷量較低時，施石灰有增產(chǎn)作用。本研究發(fā)現(xiàn)，第 2季甜玉米產(chǎn)量較第 1季顯著高了12.5%。這可能是磷積累和石灰后效作用導致第2季產(chǎn)量較高的原因；郭曉方等[22]研究發(fā)現(xiàn)，磷肥與石灰混合施用顯著提高玉米產(chǎn)量，并且磷肥和石灰對玉米生長有后效作用。也可能是第2季晝夜溫差大以及與第1季氣溫差異造成兩季產(chǎn)量差異。在第2季不施石灰處理下，施磷量為 120 kg/hm2和180 kg/hm2顯著提高甜玉米鮮穗產(chǎn)量，較不施磷處理分別增產(chǎn) 19.4%和 18.5%；且在施石灰處理下，低磷處理 60 kg/hm2顯著提高甜玉米鮮穗產(chǎn)量，較不施磷處理增產(chǎn) 14.0%。這可能是土壤速效磷積累、石灰后效作用以及磷酸鹽淋溶等問題使得第2季產(chǎn)量處理間存在顯著差異。本研究結(jié)果表明，在第2季中，與不施石灰相比，施用石灰顯著提高了低磷處理 60 kg/hm2的甜玉米產(chǎn)量12.7%，達到較高產(chǎn)量。由此可見，低磷處理（60 kg/hm2）配合石灰施用不僅能達到較高的甜玉米產(chǎn)量，還能維持土壤速效磷含量基本平衡，節(jié)約磷資源。

生育期內(nèi)生物量和養(yǎng)分積累是作物產(chǎn)量形成的關鍵[7,23-24]。邊秀芝等[25-26]研究表明，增施磷肥能增加玉米生物量。本研究表明，施磷顯著提高甜玉米植株總生物量。有研究表明，施磷可顯著增加玉米植株的磷素吸收[7,27]。本研究結(jié)果表明，施磷顯著提高甜玉米植株磷素累積量。磷素在甜玉米器官的分配比例分別為穗＞葉＞莖，其中磷素主要分配于穗，這可能是在磷肥水平下促進了營養(yǎng)器官的磷素向穗轉(zhuǎn)移。可見適宜的磷供應對養(yǎng)分有效轉(zhuǎn)移到玉米穗中非常重要[28]。

肥料生理效率、農(nóng)學效率、肥料利用率和偏生產(chǎn)力等都是表示養(yǎng)分利用率的一些基礎指標，可以反映出作物對肥料的利用率[12-14]。顏曉軍等[7]研究表明，甜玉米1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量、磷肥生理效率和偏生產(chǎn)力均隨著磷肥的施用量增加而顯著下降。本研究結(jié)果表明，施磷顯著降低1 kg磷素生產(chǎn)鮮穗產(chǎn)量、磷素生理效率和磷肥偏生產(chǎn)力。姚珊等[29]研究發(fā)現(xiàn)，土壤速效磷的合理值為17~40 mg/kg，磷肥推薦施用量為60~120 kg/hm2，當土壤速效磷含量超過40 mg/kg時，不僅會降低磷肥利用率，并且潛在的磷損失風險急劇增大。本研究結(jié)果表明，隨施磷量的增加磷肥利用率顯著下降；與不施石灰相比，施磷量為 60 kg/hm2時，施石灰顯著提高第1季的磷肥農(nóng)學效率和磷肥利用率，顯著提高第2季的磷肥農(nóng)學效率和磷肥偏生產(chǎn)力?？梢姡┝琢?0 kg/hm2與石灰配合施用能達到較好的磷素吸收利用效率。

綜上所述，施磷量60 kg/hm2和石灰配合施用可以滿足甜玉米高產(chǎn)需求，同時可以達到較好的磷素吸收利用效率和維持土壤速效磷平衡，是高產(chǎn)增效的有效途徑。