施磷方式对高产春玉米磷素吸收与磷肥利用的影响

范秀艳，杨恒山，高聚林，张瑞富，王志刚，张玉芹

(1内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特010019;2内蒙古民族大学农学院，内蒙古通辽028042)

玉米持续增产是保障我国粮食安全的关键，高产技术的研究对进一步提升玉米单产水平具有重要的推动作用［1－2］。磷是玉米生长发育中不可缺少的大量营养元素之一，在提高玉米产量方面的作用是其它肥料不可替代的［3］。西辽河平原地处世界玉米生产的黄金地带，该区域光热资源丰富，土壤肥沃，井灌条件良好，具有实现玉米大面积超高产的潜力和优势，其玉米种植面积一直稳定在6.0×105hm2左右，平均单产7.50 t/hm2，较全国平均单产5.25 t/hm2高40%以上，总产量约占内蒙古自治区玉米总产量的30%［4］。近年来，随着玉米免耕播种及机械化施肥技术的推广应用，磷肥施用的深度普遍较浅，多在5 cm左右［5］。由于磷在土壤中易被固定且移动性较差，多年的累积效应导致磷素在土壤表层富积而下层不足［6－7］。当前所种植玉米品种的根系多呈现“横向紧缩，纵向延伸”的特点［8］，其根系对磷的吸收活跃层大喇叭口期在10—20 cm，乳熟期下移到20—40 cm土层［9］，这种磷素养分的空间分布与高产和超高产玉米根系空间分布的一致性变差。因此研究和解决高产、超高产玉米磷高效利用的问题，对实现玉米生产的持续发展具有重要的意义。已有研究表明，磷肥深施能提高玉米产量和磷素的利用率［5，10－11］，但有关分层施磷对玉米磷素吸收、积累、转运和利用的系统研究尚未见报道。本研究针对内蒙古西辽河平原地区具有实现大面积玉米高产的资源优势［12］和生产中玉米施磷较浅的实际问题，在高产栽培条件下，研究分层施磷对春玉米磷素吸收、积累、转运和磷肥利用的影响，以期为玉米高产和磷高效的养分管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2010年在内蒙古民族大学实验农场进行，试验点地处西辽河平原(43°36'N、122°22'E)，海拔178 m，年均气温6.8℃，年均降水量 399.1 mm，无霜冻期 150 d左右，≥10℃年活动积温3200℃。试验地土壤为灰色草甸土，是当地主要土壤类型。耕层土壤养分含量为:有机质24.6 g/kg、全氮 0.96 g/kg、碱解氮 58.78 mg/kg、速效磷10.81 mg/kg、速效钾 79.92 mg/kg，土壤 pH值8.3。试验地前茬为紫花苜蓿。

1.2 试验设计

供试品种为高产春玉米“金山27”，由通辽金山种业科技有限责任公司提供，该品种产量纪录为18.62 t/hm2(2009年农业部专家测产)。试验设施P2O5100、150和200 kg/hm23个施磷水平，分别以T100、T150、T200表示;每一施磷水平下均设传统施磷(深度8 cm)和分层施磷(施磷与播种同步进行，人工开沟16 cm，按1/2量施入磷肥，覆土8 cm，再施入其余1/2磷肥，覆土3 cm，人工点种后覆土镇压)2种施用方式，分别以Ⅰ和Ⅱ表示，以不施磷肥为对照(CK)，共7个处理。每个处理3次重复，小区面积60 m2。每处理均基施钾肥(K2O)250 kg/hm2，种肥氮(N)17 kg/hm2;追施氮(N)356 kg/hm2，分别在拔节期、大喇叭口期和抽雄期按3∶6∶1的比例追施。氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。种植密度为90000 plant/hm2;5月2日播种，9月25日收获测产。生育期间浇水4次，铲、耥各3次。

1.3 样品采集与测定

分别于拔节期(V6)、大喇叭口期(V12)、吐丝期(R1)、吐丝后15 d、乳熟期(R3)和完熟期(R6)在每个小区取代表性植株3株，分叶片、茎鞘(茎+叶鞘)、穗部营养体(苞叶+穗轴+穗柄)和子粒，在105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重后测定干物质重。留小样粉碎后，用钒钼黄比色法测定各器官的磷含量［13］。

1.4 相关参数计算公式［5，14－16］

磷转运量=吐丝后15 d各器官磷积累量－收获期相应器官磷积累量

磷转运率=器官磷转运量/吐丝后15 d相应器官磷积累量×100%

器官磷转运量对产量的贡献率=器官磷转运量/籽粒产量×100%

磷肥偏生产力(PPFP，kg/kg)=施磷处理子粒产量/施磷量

磷肥吸收效率(PAE，kg/kg)=植株磷累积量/施磷量

磷肥利用效率(PUE，kg/kg)=(施磷区子粒产量－不施磷区子粒产量)/施磷量

试验数据用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05软件进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 施磷方式对春玉米产量及产量构成的影响

由表1可以看出，与不施磷处理(CK)相比，不同施磷处理均有增产效应，且与CK间的差异均达到了显著水平。同一施磷水平下，施磷方式间春玉米千粒重和穗粒数差异均不显著;在施磷(P2O5)100 kg/hm2水平下，分层施磷较传统施磷方式增产7.1%，产量差异达显著水平。在150 kg/hm2和200 kg/hm2磷水平下，两种施磷方式间产量的差异不显著。

表1 超高产栽培下施磷方式对春玉米产量及产量构成的影响Table 1 Effects of the phosphorus application on grain yield and its components of spring maize under the super-high-yield cultivation

2.2 施磷方式对植株磷含量的影响

2.2.1玉米各器官磷含量的动态变化 从表2可以看出，玉米各器官的磷含量变化在处理间有一定差异，叶片中的磷含量在整个生育时期呈先升后降的变化趋势，最大值均出现在吐丝期。同一施磷水平下，叶片磷含量均为分层施磷高于传统施磷方式，且在吐丝后15 d两种施磷方式间的差异较为明显。吐丝后 15 d，T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ处理较T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ处理叶片的磷含量高14.4%、8.7%和1.1%。

各处理茎鞘磷含量随生育期持续下降。同一施磷水平下，各生育时期茎鞘中磷含量均为分层施磷高于传统施磷方式，其中吐丝后15 d差异较为明显，吐丝后15 d茎鞘中的磷含量T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ处理分别较 T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ高18.7%、6.5%和4.4%。表明分层施磷能促进茎鞘对磷的吸收，增强玉米的抗逆性，对防止玉米生育后期早衰起到积极作用。

不同施磷方式对穗部营养体中磷含量的影响与其对茎鞘中磷含量的影响趋势基本一致，随玉米生育进程的推进，穗部营养体中磷含量逐渐降低;同一施磷水平下，穗部营养体中磷含量分层施磷高于传统施磷方式。

随着玉米生育进程的推移，各处理子粒中磷含量均呈先升后降的变化趋势，最大值均出现在乳熟期。分层施磷方式均高于同水平传统施磷方式，且在完熟期其差异均达到显著水平。

2.2.2玉米植株磷含量的动态变化 表2还显示，同一施磷水平下，玉米花前(拔节期、大口期)施磷方式间植株磷含量的差异均不显著;在玉米花后，除T200处理的吐丝期外，其余各时期分层施磷方式的植株磷含量均显著高于传统施磷方式。表明分层施磷能促进春玉米对磷素的吸收，且后期作用更为明显。各处理植株磷含量均表现为随施磷水平的增加而增加，随生育进程的推移而降低。

2.3 施磷方式对植株磷积累量的影响

2.3.1玉米各器官中磷积累量的动态变化 由表3可知，同一施磷水平下，分层施磷方式的玉米叶片磷积累量均高于传统施磷方式。随生育进程的推进各

处理叶片磷积累量均呈先升后降的变化趋势，最大值均出现在吐丝后15 d。吐丝后15 d，除T200处理外，T100和T150处理的分层施磷方式叶片磷积累量与传统施磷方式间差异均不显著。

表2 高产春玉米不同器官和植株中磷含量的动态变化(%)Table 2 Contents of P in different organs and plant at different growth stages of high-yield spring maize

表3 高产春玉米不同器官和植株中磷积累量的动态变化(kg/hm2)Table 3 Accumulation of P in different organs and plant at different growth stages of high-yield spring maize

施磷方式对茎鞘磷积累量的影响与其对叶片磷积累量的影响趋势基本一致，随着生育进程，各处理茎鞘中磷积累量均先升高后降低。各生育时期茎鞘中磷积累量，在同一施磷水平下分层施磷均高于传统施磷方式，其中吐丝后15 d的差异较为明显，吐丝后15 d其T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ处理分别较T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ玉米茎鞘中磷的积累量高22.2%、17.5%和9.0%。

同一施磷水平下，穗部营养体中磷积累量为分层施磷方式高于传统施磷方式。随着玉米生育期的推进，穗部营养体中磷积累量呈先升高后降低的变化趋势，最大值均出现在吐丝后15 d。但施磷方式间穗部营养体磷积累量差异未达显著水平。

子粒中磷积累量随生育进程呈增加趋势，到完熟期达到最大值。各生育时期，子粒中磷积累量均为分层施磷高于同水平传统施磷方式，在完熟期两种施磷方式间差异均达显著水平。完熟期T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ处理分别较T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ子粒中磷积累量高21.8%、27.2%和22.7%，表明分层施磷能促进子粒磷的积累。

2.3.2玉米植株磷积累量的动态变化 由表3还可看出，同一施磷水平下，玉米植株磷积累量分层施磷均高于传统施磷方式，随着生育期的推移，二者之间差异逐渐增大，在完熟期，分层施磷均显著高于同一施磷水平下的传统施磷方式。完熟期 T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ分别较T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ处理的植株磷积累量分别增加20.3%、22.0%和20.4%。说明分层施磷能促进春玉米对磷素的吸收，且生育后期作用更为明显。

2.4 施磷方式对花后磷转运及完熟期磷分配的影响

2.4.1对花后磷转运的影响 由表4可以看出，不同处理，各器官磷素向子粒的转运量均为叶片＞茎鞘＞穗部营养体。各器官磷素转运量，分层施磷均高于同一施磷水平下的传统施磷方式，但差异多数未达到显著水平;叶、茎鞘和穗部营养体磷的转运率与施磷方式的关系不明显;对子粒的贡献率，除叶片的T200处理外，均为分层施磷低于传统施磷方式。不同施磷方式磷的转运率均表现为叶＞穗部营养体＞茎鞘，对子粒的贡献率均为叶＞茎鞘＞穗部营养体。

2.4.2对完熟期磷分配的影响 玉米完熟期磷分配比例以子粒中最大，占植株磷总积累量的63.2% ～66.4%(见表5)。各器官磷分配比例的高低为子粒＞茎鞘＞叶＞穗部营养体。同一施磷水平下，子粒中磷的分配比例 (即磷收获指数)分层施磷高于传统施磷方式;叶片中磷的分配比例分层施磷低于传统施磷方式;茎鞘和穗部营养体中磷的分配比例与施磷方式间的相关性不明显。各器官磷分配比例施磷方式间差异均未达显著水平。

表4 施磷方式对春玉米植株磷转运的影响Table 4 Effects of the phosphorus application methods on P translocation of spring maize

表5 完熟期各器官磷的分配比例(%)Table 5 Phosphorus distribution rates of each organ at the mature stage

2.5 施磷方式对磷肥利用的影响

表6 施磷方式对春玉米磷肥吸收利用效率的影响(kg/kg)Table 6 Effects of the phosphorus application methods on phosphorus absorption and utilization efficiency of spring maize

表6显示，同一施磷水平下，除T200处理外，分层施磷方式可显著提高磷肥的偏生产力;磷肥利用效率和吸收效率分层施磷均显著高于传统施磷方式。其中，磷肥利用效率T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ分别比 T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ处理高23.3%、34.4%和56.7%;磷肥吸收效率分别比 T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ处理高21.2%、21.5%和19.8%。说明分层施磷可促进春玉米对磷肥的吸收与利用。

3 讨论

3.1 施磷方式对高产春玉米磷吸收的影响

由于磷在土壤中易固定和移动性差，玉米对磷素养分的吸收主要是通过根系所接触的土壤来获取［17－18］。随着品种的改良，当前玉米品种的根系多呈现“横向紧缩，纵向延伸”的特点［8］。国外学者也研究证实，玉米新品种在深层土壤中的根系分布增加，根系下扎能力增强［19－20］。近年来，随着玉米免耕播种及机械化施肥技术的推广应用，磷肥施用深度普遍较浅，多在5 cm左右［5］。这些变化导致磷素养分供需在空间上的匹配性变差，必然会影响到玉米对磷的吸收。已有研究表明，磷肥深施可以促进夏玉米植株对磷素养分的吸收［5］。本课题组的前期研究也发现，分层施磷能显著提高春玉米下层根量和根系活力［21］。本研究结果表明，在3个施磷水平下，玉米植株及各器官的磷含量均表现为分层施磷高于传统施磷方式，且在生育后期更为明显。分层施磷提高植株对磷素吸收的原因，一是磷素养分供需的匹配性好，促进根系生长发育，二是下层根量增加，根系活力增强，对磷的吸收能力增强。

3.2 施磷方式对高产春玉米磷素转运的影响

玉米子粒中的养分，一部分来源于根系吸收养分的直接供应，另一部分来源于营养器官养分的再转移［22－23］。磷是典型的向代谢活性高的器官再移动的元素，玉米子粒中56.0% ～85.8%的磷来源于营养器官的转运［24］。从本研究结果看出，叶、茎鞘和穗部营养体磷向子粒的转运量分层施磷均高于传统施磷方式，但转运对子粒的贡献率总体上表现为分层施磷低于传统施磷方式。这说明分层施磷既促进了营养器官中磷向子粒的转运，又促进了生育后期子粒对磷的直接吸收。尽管完熟期施磷方式间各器官磷分配比例的差异均未达到显著水平，但同一施磷水平下分层施磷方式的子粒中磷含量均高于传统施磷。不同施磷方式下，磷的转运率均表现为叶＞穗部营养体＞茎鞘，转运对子粒的贡献率均表现为叶＞茎鞘＞穗部营养体。表明叶中的磷更为活跃且对子粒磷的影响更大。叶、茎鞘和穗部营养体磷的转运率与施磷方式间的关系尚不清晰，有待于进一步深入研究。

3.3 施磷方式对高产春玉米磷肥利用的影响

施磷深度对玉米产量的影响，国内外学者得到的研究结论不尽一致。一些研究表明，磷肥深施能提高玉米产量［5，25］。也有研究认为磷肥深施对产量的影响不明显［26－27］。本课题组前期的研究结果表明，低磷水平下分层施磷产量显著高于传统施磷方式，高磷水平下产量差异不显著［21］。这些研究结论的不同，可能与试验地土壤的供磷能力、施磷水平和供试玉米品种不同有关。施磷方式对磷肥利用效率的影响，既与后期的直接吸收有关，又和营养器官的转运有关。已有的研究表明，磷肥深施可增加营养器官中磷向子粒的转运量，提高玉米磷效率［5］。在本研究中，磷肥偏生产力(除T200的两个处理差异不显著外)、利用效率和吸收效率分层施磷方式均显著高于传统施磷，表明分层施磷对提高春玉米磷肥利用效率具有积极的意义。

3.4 生产中减磷增效的技术探讨

从本试验的结果来看，分层施磷(磷肥部分下移)较常规施磷方式提高了磷肥的吸收效率、利用效率和偏生产力，为玉米生产实现减磷增效提供了一个新的思路。鉴于目前生产上实施分层施磷农机配套尚有困难，单一的分层施磷措施难以推广应用。将施磷与耕作方式(多年旋耕不深松)改革相结合，可较好地解决这一问题。即在现行的旋耕灭茬浅施磷的生产方式下，每隔2～3年，结合深翻施磷一次，达到磷肥下移的目的。这样通过不同年度间的施磷深度变化，达到分层施磷的效果，在生产中具有较大的可行性。

4 结论

分层施磷能促进春玉米对磷素的吸收，增加植株体内磷的积累量，促进营养器官中磷向子粒的转运，增加了完熟期子粒中磷的分配比例，提高了磷肥的利用效率，是实现春玉米高产和磷高效的有效调控途径。

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