磷肥調(diào)控對(duì)冀中南平原區(qū)小麥—玉米輪作土壤有效磷含量和作物產(chǎn)量的影響

侯大山，王瑞文*，宋小穎，張潤博，張振冉，王云超，崔瑞秀，劉鑫翠，李光，常苑苑，張廣輝，李娟茹*

（1.石家莊市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河北 石家莊 050051；2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，江西 南昌 330045；3.石家莊市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心，河北 石家莊 050000；4.中華現(xiàn)代農(nóng)業(yè)河北有限公司，河北 石家莊 050000；5.正定縣土壤肥料站，河北 石家莊 050000）

冀中南平原區(qū)是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)，該區(qū)種植制度為小麥—玉米輪作一年兩熟制[1]，而磷肥作為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要物資性投入，是實(shí)現(xiàn)糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要物質(zhì)保障[2～4]。前人研究表明，與氮肥和鉀肥施用不同，磷肥在小麥季和玉米季全部底施，施入土壤后大部分積累在土壤中，不能及時(shí)被作物吸收利用[5，6]；加上近年來秸稈還田技術(shù)的實(shí)施，使冀中南平原耕層土壤的有效磷含量持續(xù)增加，周年循環(huán)呈盈余狀態(tài)[7，8]，平均含量達(dá)28.54 mg/kg[9]，耕層有效磷含量水平較高[10]。隨著種植年限和施磷量的增加，土壤磷盈余量不斷提高[11，12]，不僅造成磷肥利用率降低和資源的巨大浪費(fèi)[13～15]，還造成潛在的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[16～18]。實(shí)際生產(chǎn)中合理利用磷肥，減少磷素在土壤中的累積，已成為該區(qū)域小麥—玉米輪作養(yǎng)分管理的重點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)磷肥減量增效，2018～2019 年在冀中南平原區(qū)開展了小麥—玉米輪作制度下磷素調(diào)控技術(shù)對(duì)耕層土壤有效磷含量和作物產(chǎn)量的影響研究，旨為該區(qū)目前生產(chǎn)條件下科學(xué)施用磷肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在冀中南平原區(qū)具有典型代表性的石家莊市正定縣新安鎮(zhèn)秦家莊村進(jìn)行。該區(qū)屬溫帶大陸季風(fēng)性氣候，年平均氣溫約12 ℃，年降水量500～550 mm；土壤類型為壤質(zhì)潮褐土，0～20 cm、20～40 cm 耕層基礎(chǔ)土壤的有效磷含量分別為27.5 和6.6 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

參試小麥品種為衡4399，玉米品種為耕玉505，均為當(dāng)?shù)囟嗄攴N植品種，由石家莊市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心提供。耕作制度為小麥—玉米輪作一年兩熟制，兩茬秸稈均全部還田。

所施肥料均為化肥，其中，氮肥選用尿素（N 含量46%），磷肥選用過磷酸鈣（P2O5含量16%），鉀肥選用氯化鉀（K2O 含量56%），均由中化化肥有限公司河北分公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)自2018 年10 月開始，至2019年10 月結(jié)束，為1 個(gè)小麥—玉米輪作周期。根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量養(yǎng)分平衡法，周年統(tǒng)籌，分別在小麥季和玉米季實(shí)施調(diào)控施肥處理，其中，小麥季減施磷肥37.5 kg/hm2，玉米季減施磷肥18 kg/hm2；以當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶小麥季和玉米季的常規(guī)施肥為CK（表1）。2 個(gè)處理的試驗(yàn)面積均為1.65 hm2。

表1 小麥－玉米周年生產(chǎn)中的肥料施用量及其施用方法Table 1 Fertilizer application rate and application method in wheat-maize annual production （kg/hm2）

小麥2018 年10 月7 日施肥后播種；磷鉀肥全部底施，氮肥60%底施、40%于2019 年4 月15 日追施；2019 年 6 月 16 日收獲。玉米 2019 年 6 月 17 日種肥同播；磷鉀肥全部底施，氮肥50%底施、50%于2019 年7 月19 日追施；2019 年10 月5 日收獲。其他管理措施均同大田常規(guī)。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.2.1 土壤有效磷含量。分別在小麥播種前，以及小麥和玉米收獲后，每個(gè)田塊均采用五點(diǎn)取樣方法，分別采集0～20 cm 和20～40 cm 土壤樣品，各層土樣均勻混合，利用鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷含量。

1.3.2.2 作物產(chǎn)量。分別在小麥和玉米成熟期，每個(gè)田塊均采用五點(diǎn)取樣方法，其中小麥季選擇1 m 雙行、玉米季選擇25 m 雙行，測(cè)定單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)，實(shí)地采樣室內(nèi)測(cè)量千粒重，計(jì)算理論產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)控施磷對(duì)土壤有效磷含量的影響

2.1.1 小麥?zhǔn)斋@前后土壤有效磷含量的變化 與小麥播種前相比，小麥?zhǔn)斋@后CK 的0～20 cm 土壤有效磷含量提高16.0%，20～40 cm 土壤有效磷含量降低27.3%（表2）。調(diào)控施肥處理的0～20 cm、20～40 cm土壤有效磷含量較小麥播種前分別降低7.6%和51.5%。小麥?zhǔn)斋@后，調(diào)控施肥處理土壤有效磷含量較 CK 同期 0～20 cm、20～40 cm 分別降低 20.4%和33.3%。CK 磷素在土壤耕層積累，說明常規(guī)施肥處理的施磷量高于小麥生產(chǎn)的需磷量；而CK 和調(diào)控施肥處理20～40 cm 土壤磷素均大幅降低，說明采用固體磷肥一次性底施的方式，因當(dāng)季磷素下移不足，深層土壤磷素不能滿足小麥對(duì)土壤磷的消耗。

表2 調(diào)控施磷對(duì)小麥和玉米收獲后土壤有效磷含量的影響Table 2 Effects of regulated phosphorus application on soil available phosphorus content after wheat and maize harvest

2.1.2 玉米收獲前后土壤有效磷含量的變化 與玉米播種前（小麥?zhǔn)斋@后）相比，玉米收獲后CK、調(diào)控施肥處理的0～20 cm 土壤有效磷含量均降低，降幅分別為2.2%和4.3%；20～40 cm 土壤有效磷含量均提高，增幅分別為6.3%和9.4%。調(diào)控施肥處理玉米收獲后土壤有效磷含量較CK 同期0～20 cm、20～40 cm 分別降低22.1%和31.4%。無論是否進(jìn)行磷肥調(diào)控處理，表層土壤有效磷含量均出現(xiàn)降低，而深層土壤有效磷含量均出現(xiàn)增加，這與玉米季溫度較高、降雨較多有關(guān)。因?yàn)?，溫度升高?huì)導(dǎo)致土壤自然供磷能力提高[19，20]，降雨較多會(huì)使得磷素隨雨水沖刷下移[21，22]。

2.1.3 小麥-玉米輪作周期前后土壤有效磷含量的變化 與小麥播種前相比，玉米收獲后CK 的0～20 cm土壤有效磷含量提高13.5%，20～40 cm 土壤有效磷含量降低22.7%；調(diào)控施肥處理的0～20 cm 和20～40 cm土壤有效磷含量均降低，降幅分別為11.6%和47.0%。說明常規(guī)施肥的施磷量高于小麥—玉米輪作周期中作物生產(chǎn)的需磷量，加上長期小麥旋耕施肥、玉米種肥同播造成0～20 cm 表層土壤磷素富集；而磷素流動(dòng)性差，致使磷素下移不足，20～40 cm 土壤磷素供給量較少。

2.2 調(diào)控施磷對(duì)作物產(chǎn)量的影響

調(diào)控施肥處理的小麥單位面積穗數(shù)較CK 減少0.44%，穗粒數(shù)、千粒重分別較CK 增加0.27%和1.44%，產(chǎn)量較CK 高1.07%，但差異均不顯著；玉米單位面積穗數(shù)與對(duì)照相同，穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量分別較CK 降低0.52%、0.63%和1.14%，但差異均不顯著（表3）。說明當(dāng)前土壤磷庫水平下，小麥季和玉米季均較CK 減施磷肥1/3，2 種作物產(chǎn)量均可達(dá)到常規(guī)施肥的產(chǎn)量水平。

表3 調(diào)控施磷對(duì)小麥和玉米產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of regulated phosphorus application on wheat and maize yield

3 結(jié)論與討論

本研究條件下，1 個(gè)小麥—玉米輪作周期后，常規(guī)施肥區(qū)0～20 cm 的土壤有效磷含量提高了13.5%，說明當(dāng)前的常規(guī)施磷量高于小麥和玉米生產(chǎn)的需磷量，造成磷素在耕層積累。唐旭[19]研究認(rèn)為，當(dāng)前小麥—玉米體系中，磷的年累積率平均為1.21 mg/kg。磷累積與磷肥品種、施用方法和土壤環(huán)境密切相關(guān)。固體磷肥一次性基施后在施肥點(diǎn)極易與Ca2+作用，磷肥中H2PO4-被吸附在CaCO3粘土礦物表面或發(fā)生Ca10-P 沉淀，作物不能吸收利用[23]；而液體磷肥的磷在土壤中移動(dòng)性和有效性均高于固體磷肥，不易造成磷素在耕層累積[24]。本研究條件下，1 個(gè)小麥—玉米輪作周期后，常規(guī)施肥區(qū)20～40 cm 的土壤有效磷含量降低22.7%，說明當(dāng)前固態(tài)磷肥一次性底施不能滿足小麥—玉米周年生產(chǎn)對(duì)深層土壤磷素的消耗。因此，調(diào)整施磷方式，促使磷素下移，是改善當(dāng)前小麥—玉米周年生產(chǎn)中深層土壤磷素供應(yīng)不足的關(guān)鍵。李娟茹等[25]研究表明，調(diào)整磷源，選用緩釋肥，磷肥全部分2 次液態(tài)施用，第1 次水肥后20～40 cm 土層有效磷含量增加8.81%～25.60%，第2 次水肥后20～40 cm 土層有效磷含量增加8.44%～17.22%；改磷肥全部基施為基施加水肥一體化分2 次追施，不僅可以滿足冬小麥生長對(duì)磷素營養(yǎng)的需求，還可以實(shí)現(xiàn)P2O5總施用量減少，而產(chǎn)量不減反增，同時(shí)，磷肥水肥一體化施用能夠有效實(shí)現(xiàn)磷素的“下移增效”。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)整當(dāng)前的施磷方式，改固態(tài)磷肥一次性底施為液態(tài)磷水肥一體化分次使用，可有效改善小麥—玉米周年生產(chǎn)中表層土壤磷素累積、深層土壤磷素不足的問題。

過量施用磷肥會(huì)導(dǎo)致土壤磷素累積，磷肥偏生產(chǎn)力降低，生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益下降[26～29]。研究表明，褐潮土小麥玉米輪作模式農(nóng)田土壤Olsen-P 含量要控制在15～30 mg/kg[30]；河北平原區(qū)夏玉米土壤有效磷含量臨界值為26.9 mg/kg[31]，小麥土壤有效磷含量臨界值為18.5 mg/kg[32]，低于此值將影響產(chǎn)量。當(dāng)前石家莊市耕地土壤有效磷含量平均值達(dá)到28.54 mg/kg[9]，已超過作物需求的臨界值，可每年適當(dāng)減少磷肥施量，維持土壤一定的供磷水平，以減少土壤固定，提高磷肥利用率，同時(shí)滿足作物生長的需要。本研究結(jié)果表明，小麥—玉米周年施磷總量減少1/3，其中小麥季減少37.5 kg/hm2、玉米季減少18.0 kg/hm2，2 種作物的產(chǎn)量均能夠達(dá)到常規(guī)施肥的產(chǎn)量水平。這與前人[33～35]改變常規(guī)固態(tài)磷肥一次性底施的方式，采取分次施用液態(tài)磷肥或配合水肥一體化等施肥方式，在保持產(chǎn)量水平相當(dāng)?shù)那疤嵯拢捎行Ы档土追适┯昧康难芯拷Y(jié)果相一致。