施磷量对低磷灌区冬小麦产量、经济效益和农学效率的影响

黄 明，吴金芝，李友军，陈明灿，付国占，王贺正

(河南科技大学农学院，河南洛阳 471003)

磷是小麦生长必不可少的矿质营养元素，但全球大约30%的土壤严重缺磷，我国大面积耕地土壤缺磷，土壤速效磷含量平均为12.89 mg·kg-1，变化范围为0.1～228.8 mg·kg-1，是农业生产的重要限制因子[1]。在缺磷土壤上施用磷肥已成为小麦生产不可或缺的措施。长期定位试验结果表明，在速效磷含量为4.2～9.1 mg·kg-1的塿土、潮土和褐潮土上，施磷小麦产量较不施磷提高了2～4倍[2]。合理施磷有利于小麦根系的生长发育及其对深层土壤硝态氮的吸收、利用[3-4]，能协调小麦产量构成[4-6]，调节小麦群体结构和光合特性[7-8]，促进小麦干物质积累及其向籽粒中转运[6]，从而提高产量[6,9]和磷肥利用效率[2-3]。过量施磷不仅会降低小麦产量、经济效益和磷元素的利用效率[3-10]，且使大量的磷素残留在土壤中[11]，增加农田及环境污染的风险[2,4]。因此，在保证产量和效益的前提下合理施磷是小麦可持续生产的关键。

小麦施磷量对产量的效应可以用二次多项式较好地模拟[12]，且与土壤速效磷含量关系密切，土壤速效磷含量越低，施磷肥的增产效果越明显，土壤速效磷超过30 mg·kg-1后增产幅度一般不超过10%[13]。就小麦适宜施磷量已有较多研究，如姜宗庆等[6]研究表明，中筋和弱筋小麦施P2O5108 kg·hm-2即可获得最高产量，而岳俊芹等[7]发现，施P2O5225 kg·hm-2时小麦产量最高。目前的磷肥推荐用量多是基于某一品种籽粒产量的施磷响应而提出，由于土壤含磷量、供试品种和试验环境的不同，研究结果也不尽相同。就多个小麦品种的产量、经济效益和磷素农学效率评价施磷量的研究尚鲜见报道。因此，本研究在黄淮海平原南部典型小麦种植区，以该地区推广面积较大的6个冬小麦品种为材料，通过连续2年的定位田间试验，研究施磷量对小麦籽粒产量、经济效益和磷肥农学效率的影响，以期为小麦高产高效栽培提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

于2014年10月-2016年6月在河南省洛阳市河南科技大学试验场(N34.36°,E112.25°)进行定位田间试验。试验田为水浇地，试验开始前0～20 cm土层pH 8.1，有机质12.1 g·kg-1，碱解氮55.2 mg·kg-1，速效磷6.3 mg·kg-1，速效钾125.6 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，主区为施磷量，设置基施P2O50、60、120、180和240 kg·hm-25个水平，分别用P0、P60、P120、P180和P240表示；副区为品种，分别为西农979、西农3517、兰考198、开麦20、泛麦8和洛麦22。小区面积为9 m2(3 m×3 m)，3次重复。2014年10月15日播种，2015年6月1日收获；2015年10月12日播种，2016年6月2日收获。播量均为150 kg·hm-2，3叶期定苗至270万株·hm-2。氮、磷、钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。施氮量为180 kg·hm-2，50%基施，50%随拔节期浇水追施；基施K2O 112.5 kg·hm-2。播前、拔节和孕穗期各灌水60 mm。其他田间管理同高产田。

1.3 考种和计产

成熟期从每个小区收获代表性的小麦2行，行长1 m，测定其生物产量、成穗数、穗粒数和千粒重。

成熟期从每个小区随机收割2个1 m×1 m的样方，风干、脱粒、称重，并测定风干籽粒含水量。籽粒产量以12.5%的含水量表示。

1.4 磷肥农学效率和经济效益的计算

根据He等[14]的方法计算磷肥农学效率(PAE)和经济效益(EP)。PAE=(YP-Y0)/PA，其中YP、Y0和PA分别为施磷区籽粒产量、无磷区籽粒产量和施磷量；EP=Y×PW-PN×NA-PP×PA-PK×KA。其中Y表示籽粒产量，PW、PN、PP、PK分别表示小麦、氮、磷、钾肥的价格，NA、PA、KA分别表示氮、磷、钾肥用量。

1.5 统计分析

采用SAS 8.0进行方差分析和显著性测验，用LSD法进行多重比较，用Excel 2010绘图。

2 结果与分析

2.1 施磷量对冬小麦籽粒产量的影响

不同小麦品种间籽粒产量存在差异，施磷对各供试品种的籽粒产量均有显著影响(图1)。除2014-2015年兰考198和泛麦8除外，小麦籽粒产量均随施磷量的增加呈先增加后降低的趋势，且第二生长季达到产量峰值的施磷量低于第一生长季(开麦20除外)。不同施磷量比较，各施磷处理的产量均较对照P0显著提高， 施磷60～240 kg·hm-2范围内，处理间差异程度因生长季和品种而异。在2014-2015生长季，除西农3517和泛麦8外，P120的产量均显著高于P60；除开麦20外，P120的产量均低于P180，其中，西农979、兰考198和洛麦22在两处理间差异均达显著水平；除兰考198和泛麦8外，P240的产量均低于P180，其中，西农979、西农3517和洛麦22在两处理间差异达到显著水平。在2015-2016生长季，6个小麦品种的产量均以P120最高，P180次之，且P120均显著高于其他处理，P180与P60和P240之间的差异程度因品种而异。与2014-2015生长季相比，2015-2016生长季P0处理的产量降低，而施磷120 kg·hm-2处理的产量明显提高。说明施磷可提高小麦籽粒产量，但最佳施磷量因小麦品种和生长季而异。

XN979、XN3517、LK198、KM20、FM8、LM22、平均分别表示西农979、西农3517、兰考198、开麦20、泛麦8、洛麦22和6个品种的平均值。相同品种图柱上不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。误差线为标准差。下同。

XN979,XN3517,LK198,KM20,FM8,LM22 and Average represent Xinong 979,Xinong 3517,Lankao 198,Kaimai 20,Fanmai 8,Luomai 22 and average of 6 cultivars,respectively. Different small letters above columns of same cultivar indicate significant difference among treatments at 0.05 level.Bars denote the standard deviation. The same in figure 2.

图1施磷量对冬小麦籽粒产量的影响

Fig.1Effectsofphosphorusapplicationrateongrainyieldofwinterwheat

2.2 施磷量对冬小麦产量构成因素和收获指数的影响

由表1可知，施磷量、品种和生长季均对小麦的成穗数、穗粒数、千粒重和收获指数有极显著影响，施磷量和品种的交互作用对上述指标有显著或极显著影响；对穗粒数和收获指数而言，施磷量、品种和生长季间的交互效应达显著水平。总体来看，随着施磷量的增加成穗数呈增加趋势，除2014-2015生长季的兰考198外，P60较P0处理均显著增加；继续增加施磷量，成穗数的增幅减缓，处理间差异程度因品种和生长季而异，但P180和P240间均无显著差异。不同小麦品种的穗粒数均随施磷量的增加呈先增加后降低的趋势，前后两生长季的峰值分别出现在P180和P120，在2015-2016生长季，P120的穗粒数均显著高于其他处理。千粒重总体表现为P120、P180>P60>P0>P240，多数品种P120、P180处理的千粒重显著高于P0，表明适量施磷有利于提高小麦千粒重，但过量施磷反而降低千粒重。两生长季施磷可不同程度提高小麦收获指数，随着施磷量的增加，收获指数总体呈先升后降的趋势，在2014-2015生长季不同品种收获指数达到峰值的施磷量不同，在2015-2016生长季6个品种均以P120处理收获指数最高。

表1 施磷量对冬小麦产量构成因素和收获指数的影响Table 1 Effect of phosphorus application rate on yield components and harvest index in winter wheat

同一品种同列数据后的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。*：P<0.05；**：P<0.01。

For same variety,different small letters following data at same column indicate significant difference among the treatments at 0.05 level.*：P<0.05; **：P<0.01.

2.3 施磷量对经济效益的影响

以肥料投入和小麦产出计算经济效益的结果(图2)表明，6个小麦品种的经济效益均随着施磷量的增加呈先升后降的趋势，在施磷0～60 kg·hm-2范围内迅速增加，之后增加幅度减缓甚至降低，且经济效益达到峰值的施磷量在不同生长季和品种间不同。与P0相比，施磷处理均显著提高了各小麦品种的经济效益，但不同施磷处理间的差异程度因生长季和品种而异。在2014-2015生长季，开麦20的经济效益以P120最高，其他品种均以P180最高，仅洛麦22的P180经济效益显著高于P120。在2015-2016生长季，各小麦品种的P120经济效益均显著高于其他处理，6个品种的平均值分别较P0、P60、P180和P240提高65.0%、13.5%、12.7%和24.7%；P60的经济效益和P180差异不显著，但二者均显著高于P240。

2.4 小麦获得最佳产量和经济效益的施磷量

两生长季6个小麦品种的籽粒产量和经济效益与施磷量间均可用二次曲线模型描述(表2)。最佳经济效益施磷量均低于最佳产量施磷量，降幅为6.1%～18.5%，但其在不同生长季的降低幅度不同。在2014-2015生长季，小麦获得的最佳产量和经济效益的施磷量在品种间差异较大，其中，西农3517最低，分别为159.7和142.8 kg·hm-2，兰考198最高，分别为322.2和270.4 kg·hm-2，其他品种介于二者之间。说明冬小麦产量对施磷量的响应存在品种差异。在2015-2016生长季，不同小麦品种的最佳施磷量差异较小，获得最佳经济效益的施磷量为128.3～139.1kg·hm-2，均低于其获得最佳产量的施磷量(137.9～149.6 kg·hm-2)，但获得最佳经济效益时的产量较最高产量仅略有降低(0.12%～0.68%)，表明适量减施磷肥对小麦产量影响不明显。可见，根据最佳经济效益推荐施磷量可在一定程度上降低磷肥用量，且不影响籽粒产量。

图2 施磷量对冬小麦经济效益的影响

生长季Growingseason品种Variety籽粒产量Grainyield拟合方程Fittedequation最佳施磷量OptimumPrate/(kg·hm-2)经济效益Grossprofit拟合方程Fittedequation最佳施磷量OptimumPrate/(kg·hm-2)最高产量Highestyield/(kg·hm-2)最佳经济效益产量Yieldofoptimumprofit/(kg·hm-2)2014-2015西农979Xinong979y=-0．0921x2+31．440x+6115170．7y=-0．1933x2+60．724x+11051157．187988781西农3517Xinong3517y=-0．0744x2+23．768x+6712159．7y=-0．1562x2+44．613x+12304142．886108589兰考198Lankao198y=-0．0245x2+15．788x+7157322．2y=-0．0515x2+27．854x+13239270．497009635开麦20Kaimai20y=-0．0759x2+24．626x+5634162．2y=-0．1594x2+46．416x+10040145．676317611泛麦8Fanmai8y=-0．0284x2+13．581x+8635239．1y=-0．0596x2+23．219x+16343194．81025910203洛麦22Luomai22y=-0．0848x2+30．281x+6109178．5y=-0．1781x2+58．290x+11037163．6881287932015-2016西农979Xinong979y=-0．1404x2+40．166x+6044143．0y=-0．2948x2+79．049x+10901134．189168905西农3517Xinong3517y=-0．1492x2+43．332x+5668145．2y=-0．3134x2+85．697x+10112136．788148803兰考198Lankao198y=-0．1350x2+38．255x+6465141．7y=-0．2836x2+75．036x+11786132．391759163开麦20Kaimai20y=-0．1311x2+36．153x+5277137．9y=-0．2753x2+70．621x+9291128．377707757泛麦8Fanmai8y=-0．1169x2+34．976x+7251149．6y=-0．2455x2+68．149x+13436138．898679853洛麦22Luomai22y=-0．1393x2+41．271x+5997148．1y=-0．2925x2+81．37x+10802139．190549042

2.5 施磷量对小麦磷肥农学效率的影响

不同小麦品种的磷肥农学效率差异较大，但均随施磷量的增加逐渐降低，且降低幅度在不同生长季表现不同(表3)。总体来看，不同施磷处理间磷肥农学效率差异显著，且2015-2016生长季的P60和P120处理较2014-2015生长季明显提高，6个品种平均提高13.0 kg·kg-1和11.4 kg·kg-1。在2014-2015生长季，P60的小麦磷肥农学效率显著高于其他施磷处理，而P240显著低于其他处理，西农979、西农3517和开麦20的P120磷肥农学效率显著高于P180。在2015-2016生长季，P60的磷肥农学效率较P120高8.5 kg·kg-1，各品种在两处理间差异均显著(除兰考198和泛麦8)，各品种P120的磷肥农学效率也均显著高于P180，平均较P180高13.1 kg·kg-1，而P180的磷肥农学效率仅西农3517和兰考198显著高于P240。可见，增加施磷量会降低磷肥农学效率。

表3 施磷量对冬小麦磷肥农学效率的影响Table 3 Effects of phosphorus application rate on phosphorus agronomy efficiency in winter wheat kg·kg-1

同年度同列数据后的不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Different small letters following data within same column in same year indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

3 讨 论

适量施磷不仅有利于提高小麦群体结构和开花后干物质积累量、叶面积指数及冠层截获光合有效辐射值[7]，且提高了小麦成穗数、穗粒数和千粒重，从而提高了籽粒产量[15-16]。本研究表明，施磷较不施磷处理提高了成穗数、穗粒数和千粒重，从而显著提高了小麦产量；P240较P120和P180，成穗数维持稳定或略有增加，但穗粒数和千粒重降低，使产量降低，这与前人的研究结果类似[6-9]。说明施磷量适宜时才能提高小麦产量。由于生态条件、土壤肥力、施磷水平以及供试品种等因素的不同，不同研究中冬小麦适宜施磷量不同。在长江中下游地区，低磷土壤上强筋小麦施P2O5144 kg·hm-2、中筋和弱筋小麦施P2O5108 kg·hm-2时产量最高[6]。在豫北部潮土地区，小麦产量以施P2O5225 kg·hm-2最高[7]，也有报道认为，施P2O590～180 kg·hm-2就可获得最高产[11]。在豫西旱作区，施P2O5100 kg·hm-2时产量最高[17]。河北地区，施P2O5240 kg·hm-2的小麦产量与施P2O5120 kg·hm-2相当[4]。在京郊有效磷含量30 mg·kg-1的中高产田，施P2O5150 kg·hm-2小麦产量最高[16]。本研究中，就6个品种总体而言，前后两个生长季的适宜施磷量分别为180和120 kg·hm-2，第二生长季适宜施磷量降低，主要是因为前期施磷量在土壤中有一定蓄积，使下茬小麦获得最高产量的施磷量降低[18]。

由于肥料成本投入与作物产出之间符合报酬递减规则，很多学者采用肥料效应函数法，建立肥料效应方程来计算最佳施肥量，并用作推荐施肥的依据[19]。本研究表明，施磷量与小麦产量和经济效益间均可用二次效应方程描述，且方程回归获得的最高产量的施磷量均高于最佳经济效益的施磷量，尤其是在2015-2016生长季，获得最佳经济效益的施P2O5量为128.3～139.1 kg·hm-2，较最佳产量施P2O5量(137.9～149.6 kg·hm-2)降低5.7%～12.1%，但其对应的产量仅降低0.12%～0.68%，说明基于经济效益推荐施磷量能在保证产量的同时进一步降低施磷量，低磷灌区小麦推荐施肥时可尽量向最佳经济效益施肥量靠拢。

提高磷肥农学效率是科学施磷的主要目标。我国由于小麦生产中施磷不科学特别是过量施磷，平均小麦磷肥农学效率为10.2 kg·kg-1[20]，黄淮海地区仅6.0 kg·kg-1[21]，均低于世界平均水平[22]。黄淮海地区的调查结果表明，河南小麦磷肥用量为0～300 kg·hm-2[23]，山东惠民县小麦磷肥用量为0～726 kg·hm-2[24]，造成了小麦磷肥农学效率低且变异较大[20]。磷肥农学效率还与土壤磷素状况密切相关，土壤速效磷含量中低等条件下，施磷显著提高小麦产量，但土壤速效磷含量超过30 mg·kg-1，施磷不增产甚至减产，磷肥农学效率下降[25]。本研究表明，不同品种的磷肥农学效率差异较大，但均随施磷量增加而降低，P60、P120、P180、P240的磷肥农学效率分别为11.5～41.4、9.8～31.0、8.5～16.1和5.7～10.5 kg·kg-1，其中P60、P120、P180普遍高于全国平均水平，P240也高于黄淮海地区的平均水平，主要原因是本研究在低磷灌区开展，土壤速效磷含量仅为6.3 mg·kg-1，施磷产量变化大，磷肥农学效率也就高[21]。另外，本试验条件下小麦生长发育过程中的水分和氮、钾肥供应适宜，激发了磷肥增产效应，是磷肥农学效率较高的又一原因[7]。

4 结 论

随施磷量的增加，小麦籽粒产量和经济效益呈先升后降的趋势，而磷肥农学效率逐渐下降。2015-2016生长季P0的小麦产量以及达到最高产量和最高经济效益的施磷量均较2014-2015生长季低，P60和P120的磷肥农学效率也大幅提高，说明施磷对小麦产量和经济效益的影响具有一定的后效性。回归结果表明，小麦的最佳经济效益施磷量低于最佳产量施磷量，而二者对应的产量相差很小。综合考虑产量、效益和效率，低磷灌区小麦宜施P2O5120～140 kg·hm-2。

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