施磷量对旱地全膜双垄沟播玉米产量土壤速效磷和磷肥利用率影响

唐文雪，马忠明，王景才，卢　颖

(1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所, 甘肃 兰州 730070； 2.甘肃省农业科学院， 甘肃 兰州 730070；3.甘肃省定西市农业科学研究院， 甘肃 定西 741100； 4.四川农业大学， 四川 雅安 625014)



施磷量对旱地全膜双垄沟播玉米产量土壤速效磷和磷肥利用率影响

唐文雪1，马忠明2，王景才3，卢颖4

(1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所, 甘肃 兰州 730070； 2.甘肃省农业科学院， 甘肃 兰州 730070；3.甘肃省定西市农业科学研究院， 甘肃 定西 741100； 4.四川农业大学， 四川 雅安 625014)

针对黄土高原半干旱区春玉米全膜双垄沟播栽培中施肥不科学和磷肥利用率低的问题， 2011—2013年在甘肃省定西市安定区设置了三年定位试验，研究了P2O5投入量为0 kg·hm-2(CK)、120 kg·hm-2(P1)、240 kg·hm-2(P2)和480 kg·hm-2(P3)对春玉米产量、土壤速效磷及磷肥利用效率的影响。结果表明：磷肥能显著增加玉米产量，但过量投入磷肥会使玉米减产，玉米产量整体表现为P1>P2>P3>CK；在同一生育时期，随着施磷量的增加，土壤速效磷累积量呈增加趋势；随着种植年限延长，施磷处理土壤速效磷累积量增幅呈增大趋势，与2011年播前基础量相比，2013年收获后累积量增加53.6%～208.5%； 磷肥利用率随施磷量的增加而降低，优化施磷量下，磷肥当季和累计利用率达到最大，为15.51%、13.91%。综合考虑玉米产量、磷肥利用率和生态环境安全，P2O5的投入量以120 kg·hm-2为宜。

速效磷累积量；磷肥利用率；产量；全膜双垄沟播栽培；春玉米

磷素是植物生长发育的必需营养元素之一。据统计，全世界约有43%的耕地缺磷,我国也有2/3农田严重缺磷[1]。但是，部分地区由于长期大量施用磷肥而造成土壤中磷的富积[2],使磷肥的利用率降低, 我国当季作物磷肥利用率只有15%～25%[3-4]。磷肥超量施用以及磷肥利用率下降使得农业面源污染日趋严重。合理利用磷肥,提高磷肥利用率[5-6]一直是农业研究的重点。黄土高原半干旱区自然降水少且与农作物需水供需错位,粮食产量低而不稳。全膜双垄沟播玉米栽培技术是目前我国干旱半干旱地区大面积推广的一项高产栽培技术，该技术体系集垄面集流、覆膜抑蒸、垄沟种植技术于一体，大幅度提高了土壤水分的利用率，使玉米等作物增产30%以上[7-8],在旱作农田降水高效利用方面取得了重大突破。2014年在甘肃省推广种植超过82.1万hm2。此种植模式下，刘宏胜等对玉米土壤全磷的时空变化、氮磷养分含量的动态变化进行了研究[9-10]。但磷素的吸收利用累积及不同施磷量对玉米磷肥利用率、产量的影响研究相关报道很少。本试验以春玉米为试验材料，在氮肥合理配施的基础上，研究不同施磷量对土壤速效磷、玉米产量及磷肥利用率的的影响，旨在为该区玉米高产高效、合理施用磷肥、有效降低农田污染提供科学依据。

1　材料与方法

1.1试验区概况

试验于2011—2013年在定西市农业科学研究院综合试验站进行。试验区属中温带半干旱区，作物一年一熟，无灌溉，为典型旱地雨养农业。平均海拔2 000 m，年均太阳辐射591.89 kJ·cm-2，日照时数2 476.6 h，年均气温6.4℃，≥0℃积温2 933.5℃，≥10℃积温2 239.1℃，无霜期140 d。多年平均降水390.9 mm，年蒸发量1 531 mm，干燥度3.92，20%、50%、75%、95%保证率的降水量为462.5、390.8、341.3、283.1 mm，年降水量>462.5 mm为丰水年，390.8～462.5 mm为正常年，<390.8 mm为枯水年。试验土壤为黄土正常新成土，土壤耕作层有机质含量为13.2 g·kg-1，全氮、全磷、全钾含量分别为0.85、1.35、2.95 g·kg-1。水解氮含量33.2 mg·kg-1，速效磷含量11.35 mg·kg-1，速效钾含量186.35 g·kg-1，pH平均为8.26。0～20 cm土壤容重为1.20 g·cm-3。2011年试验区玉米生长季(5—9月)降雨量仅为146.0 mm，并且降雨主要集中在7—9月份。2012年和2013年生育期降雨量389.4、430.7 mm，降雨分布均匀。试验期间降水量分布如图1所示。

图12011—2013年玉米生长季节降水量

Fig.1Precipitation during maize growing period between 2011 and 2013

1.2试验设计

试验采用随机区组排列，设6个处理，分别为 ① 2011—2013年三年不施磷(CK1)、②2011年优化量施磷，2012—2013年二年不施磷(CK2)、③ 2011—2012优化量施磷，2013年一年不施磷(CK3)、④ 优化施磷量100%,施磷(P2O5)120 kg·hm-2(P1)、⑤ 优化施磷量200%,施磷(P2O5)240 kg·hm-2(P2)、⑥ 优化施磷量400%,施磷(P2O5)480 kg·hm-2(P3)。3次重复，小区面积30 m2(长6.0 m×宽5.0 m)。各处理不施有机肥，氮肥为优化施用量(氮素(N)180 kg·hm-2)，各处理氮素用量的2/3、全部磷肥作基肥，将化肥混合均匀撒在划好的小垄的垄带内，然后起垄覆膜。氮素用量的1/3在拔节期(七叶期)用人工穴施的方式在种植沟2株玉米间追施。供试肥料氮肥为尿素(N 46.4%)，磷肥为磷酸二铵(N 11%、P2O547%)。

采用全膜双垄沟播种植，玉米播种前一周先起双垄，大垄宽60 cm,高10 cm,小垄宽40 cm,高15 cm,大小垄相接处形成播种沟，然后采用宽130 cm的薄膜全地面覆盖，最后在沟内播种。株距0.35 m，每小区种10行，每行18株，播深2.0～2.5 cm。播种密度53 500 株·hm-2。2011年5月7日播种， 10月2日收获；2012年5月2日播种，10月1日收获;2013年5月3日播种，10月1日收获。2011年由于玉米播种、抽穗期严重干旱，于5月2日覆膜前及8月13日抽穗前喷灌70 mm和50 mm水分。

指示玉米品种：中玉9号。

1.3样品采集与测定

1.3.1样品采集分别于2011年4月25日玉米播前和2011年10月3日、2012年10月4日、2013年10月2日收获期用土钻采集0～20 cm土层土样。以对角线法确定测点位置，每小区测定6个点，在大垄、垄沟、小垄上各测定2个点，种植行内定在两棵玉米中间，大、小垄定在垄中间。最后6个点土样混合成一个样品风干,用于测定土壤速效磷的含量；植株样品于收获时各小区去掉边上2行及每行头3株，玉米植株地上部全株采样，测定作物生物产量、籽粒产量。每小区随机取10株分籽粒和秸秆两部分，风干、粉碎、过筛，分析籽粒和秸秆含磷量。

1.3.2测定项目与方法土壤容重采用环刀法取样测定。2011年4月玉米整地覆膜前，在试验区内以对角线法选5个点，挖0～20 cm土壤剖面用环刀法取样，测定5个点0～20 cm土层土壤容重，最后将平均值作为该试验区0～20 cm土层土壤容重；植株全磷采用H2SO4-H2O2消煮后用钒钼黄比色法测定。土壤速效磷(Olsen-P)用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定。

1.4数据处理与分析方法

数据统计分析采用Excel软件和DPS软件。

磷吸收量(kg·hm-2)=籽粒产量(kg·hm-2)×籽粒含磷量(%)+秸秆产量(kg·hm-2)×秸秆含磷量(%)/100

土壤速效磷累积量(kg·hm-2)=土层厚度(cm)×土壤容重(g·cm-3)×土壤速效磷含量(mg·kg-1)/10。

磷肥吸收利用率(%)=〔施磷区吸磷量(kg·hm-2)-不施磷区吸磷量(kg·hm-2)〕×100/施磷量(kg·hm-2)

磷素的累积利用率%=〔施磷肥区作物累积吸磷量(kg·hm-2)-无磷肥区作物累积吸磷量(kg·hm-2)〕×100/施磷肥区累积进入土壤磷素量(kg·hm-2)[11]

2　结果与分析

2.1不同施磷量对0～20 cm土壤速效磷累积量的影响

土壤速效磷是指土壤中0.5 mol·L-1碳酸氢钠(pH 8.5)提取的磷(Olsen-P)。施用磷肥可显著提高土壤速效磷累积量。从图2可看出，2011—2013年作物收获后，施磷处理土壤速效磷累积量均高于播前或上年收获后，并且随着施磷量的增加和种植年限延长，速效磷累积量呈增加趋势。施磷量(P2O5)为0、120、240 kg·hm-2到480 kg·hm-2时，玉米种植1年后(2011年10月)，在0～20 cm土层，速效磷累积量为66.80(dC)、72.09(cC)，80.26(bB)，90.23(aA) kg·hm-2(P<0．05、P<0．01，数值后不同字母表示差异达5%、1%显著水平)。玉米种植2年后(2012年10月)，速效磷累积量分别为71.78(cCD)，96.38(bBC)，100.95(bB) kg·hm-2和134.18(aA) kg·hm-2。玉米种植3年后(2013年l0月)，速效磷累积量分别为75.46(dC)，104.11(cB)，123.01(bB) kg·hm-2和209.10(aA) kg·hm-2。与试验前相比，三年中施磷处理速效磷累积量增加36.33～141.32 kg·hm-2。优化施磷P1处理速效磷累积量增幅最小，为53.6%。P2处理增幅位居第二，为81.5%。P3处理增幅度最大，为208.5%。3年定位试验结果表明，过量施磷条件下，旱地农田速效磷累积量是急剧增加的。

图2不同施磷量对0～20 cm土壤速效磷累积量的影响

Fig.2The accumulations of soil available P under different phosphorus rates in the 0～20 cm soil layer

2.2施磷量对玉米产量的影响

玉米是典型的对磷敏感的作物。该试验三年产量结果表明磷肥能显著增加玉米产量，但过量施肥会使产量下降。2011年，P1处理玉米产量达到最大，为4 844 kg·hm-2，显著高于CK1，之后随施磷量的增加，产量减小。2012年, 产量以P2最高，为10 494 kg·hm-2，显著高于CK2。2013年，产量以P1最高，为9194 kg·hm-2，显著高于CK3及P2、P3高磷处理。从表1还可看出，与不施磷对照相比，施P2O5120、240、480 kg·hm-2时，2011年依次增产36.68%、35.74%、23.20%；2012年增产5.54%、7.33%、2.29%；2013年增产4.18%、-1.18%、-1.97%。随着施磷量及种植年限的增加，产量增幅变小，甚至在2013年P2、P3处理增产率变为负值。

在旱作农业区，降雨量是影响作物产量的重要因子。在相同施磷量下，2012和2013年产量显著高于2011年，造成产量差异的原因主要为年际间降雨量悬殊，2012年、2013年生育期降雨量高达389.4、430.7mm，降雨时空分布均匀，而2011年仅为146.0 mm，并且主要集中在7至9月份。

表1　施磷量对玉米产量的影响

注：2011年对照采用CK1，2012年采用CK2，2013年采用CK3。

Note: CK1 for the experimental refers to year of 2011, CK2 to 2012, and CK3 to 2013.

2.3施磷量对玉米磷肥利用率的影响

磷肥利用率是磷肥使用效果的一个综合评价指标。本研究提出，磷肥利用率随施磷量增加而降低，并且当季利用率低，累计利用率高。从2011当季利用率看，磷素施用量为52.42 kg·hm-2，磷素利用率为15.51%；施用量为104.8、209.6 kg·hm-2时，即P2、P3处理利用率仅为7.67%、1.61%，进入到土壤的磷素有92.3%～98.4%积累在土壤中，没有被当季作物吸收利用。从磷素累计利用率看，2013年，磷素累计施用量为52.4、104.8、157.2 kg·hm-2，累计利用率为24.13%、18.34%、13.91%；磷素累计施用量为314.4、628.8 kg·hm-2，即P2、P3处理下磷肥累计利用率仍很低，仅为7.00%、2.16%。

表2　不同施磷量对磷肥利用率的影响

3　结论与讨论

施磷可以增强作物抗性，促进根系发育，增强吸收水分、养分的能力[15-16]。该试验三年产量结果表明使用磷肥能显著增加玉米产量，随施磷量的增加，玉米产量增幅呈下降的趋势，并且随着种植年限的增加，产量增幅变小。虽然P1、P2处理2013年播前土壤速效磷含量相近，但由于施磷量不同，玉米收获后与对照CK3相比，P1处理产量增产368.99 kg·hm-2，而P2处理减产103.59 kg·hm-2。本试验认为土壤速效磷含量大于42 mg·kg-1时，继续过量施磷会导致玉米减产。出现这种情况，是因为磷肥过量会促使作物呼吸作用过于旺盛，消耗的干物质大于积累的干物质，造成繁殖器官提前发育，引起作物过早成熟，籽粒小，产量低[17]，还会造成土壤中养分失衡，进而导致玉米营养失调[18]，最终导致减产。高量施磷不仅不能提高作物产量，还会增加生长后期作物体内的氮磷钾养分损失，特别是氮以氨、氮氧化物等形式的气态氮损失及其环境效应，已引起了人们的高度重视[16]。合理的磷肥投入量不仅是产量的保证，也是保护环境与提高经济效益的举措。

本试验磷肥吸收利用率随磷肥施用量的增加呈降低的趋势。2011年优化施磷量下，磷肥当季利用率为15.51%，在高施肥量下磷肥利用率降为7.67%、1.61%。2013年磷肥累计利用率虽然高于2011年当季利用率，但高施磷下，磷肥累计利用率仍很低。这与彭正萍[19]提出高磷用量显著降低磷肥表观利用率，并且低于10%，杨学云[20]提出的长期不平衡施肥或大量施磷，导致磷素利用率降低，其累积表观利用率低于15%的结论是一致的。综合考虑玉米产量、磷肥利用效率和生态环境安全，P2O5的适宜投入量以120 kg·hm-2为宜。

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Effects of phosphorus rate on maize yield, soil available phosphorus and phosphorus use efficiency by double-bed and furrow-sowing with full plastic film mulching in semi-arid field

TANG Wen-xue1, MA Zhong-ming2, WANG Jing-cai3, LU Ying4

(1.Institute of Soil, Fertilizer and Water-saving Agriculture, Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou, Gansu 730070, China;2.GansuAcademyofAgriculturalSciences,Lanzhou,Gansu730070,China;3.DingxiAcademyofAgriculturalSciences,Dingxi,Gansu741100,China;4.SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an,Sichuan625014,China)

To focus on the issues of unscientific fertilizer application and lower phosphorus use efficiency by double-bed and furrow-sowing with full plastic film mulching on the semi-arid Loess Plateau, the effects of phosphorus rate (0 kg·hm-2(CK),120 kg·hm-2(P1),240 kg·hm-2(P2) and 480 kg·hm-2(P3)) on maize yield, soil available phosphorus and phosphorus use efficiency were studied from 2011 to 2013 by using randomized block design. The results showed that yield was significantly increased by application of phosphorus, but went decreased by excessive input of phosphorus. Effects on yield followed the order of P1>P2>P3>CK. The accumulation of soil available phosphorus was elevated with the increase of phosphorus at the same growth stage, the increment of soil available phosphorus accumulation by phosphorus treatments was higher than that by no phosphorus treatments. Compared with the basic phosphorus before sowing in 2011, the accumulation of phosphorus in 2013 after harvesting was increased by 53.6%～208.5%. The phosphorus use efficiency became decreased as phosphorus increased. The quarter and accumulative phosphorus use efficiency reached maximums of 15.51% and 13.91%, respectively. Taking comprehensive considerations of maize yield, phosphorus use efficiency and the ecological environment security, the suitable phosphorus input (P2O5) was 120 kg·hm-2.

accumulation of soil available phosphorus; phosphorus use efficiency; yield; double-bed and furrow-sowing with full plastic film mulching; maize

1000-7601(2016)05-0069-05

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.10

2015-07-04

公益性行业(农业)科研专项(20100314-7)；甘肃省科技计划(144NKCA053, 1504WKCA077)

唐文雪(1967—)，女，甘肃临夏人，副研究员，主要从事作物栽培与节水农业研究。E-mail：gstwx@163.com。

马忠明。E-mail：mazhming@163.com。

S147.21

A