施磷深度和深松对春玉米磷素吸收与利用的影响

张瑞富，杨恒山*，范秀艳，张宏宇，柳宝林，刘 晶

（1 内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心/内蒙古民族大学农学院，内蒙古通辽 028000；2 通辽市农牧业局，内蒙古通辽 028005）

磷是玉米生长发育不可缺少的大量营养元素之一，施磷可以明显提高玉米产量和品质[1–4]。近年来，我国磷肥的生产和消费量持续快速增加，已跃居世界首位[5–7]，而我国粮食作物的磷肥当季利用率仅为11.6%，与农业发达国家差距较大，高产与磷高效的矛盾突出[7–8]。

西辽河平原为内蒙古自治区玉米主产区，多为石灰性土壤，有效磷含量较低，高量施磷已成为玉米生产的常规措施，但由于生产中长期采用小动力农机具旋耕灭茬和机械带肥播种，磷肥施用深度普遍较浅，多在5—6 cm，多年的累积效应导致磷素在土壤表层富集而下层不足[9]。研究表明，目前玉米品种的根系多呈现“横向紧缩，纵向延伸”的特点[10–11]，具有高吸收活力的根系主要分布在5—20 cm土层[12–15]，而在深松措施下玉米根系还可进一步下扎[16–17]，土壤磷素空间分布与根系空间分布匹配性也会进一步变差，导致磷肥吸收利用效率较低。赵亚丽等[12]研究表明，磷肥深施调节了磷在土层中的分布，使磷在根系密集区分布更均匀，从而促进了玉米产量和磷肥利用率的提高。范秀艳等[9]研究表明，与常规集中浅施相比，磷肥部分深施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籽粒转运，增加完熟期籽粒中磷的分配比例，从而提高春玉米籽粒产量和磷肥利用效率。从前人的研究结果看，磷肥深施可以协调磷素养分的供需矛盾，是提高玉米磷肥利用效率的有效途径，但目前有关磷肥深施对玉米磷素吸收利用和产量影响的研究不多，特别是与耕作方式结合起来进行研究的相对较少。本研究针对玉米生产中磷素与玉米根系空间分布匹配性差的实际问题，探讨不同耕作措施下施磷深度对春玉米磷素吸收与磷肥利用的影响，旨在为春玉米高产栽培中磷肥的高效管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2014年试验在内蒙古通辽市现代农业科技园区进行 (43°36' N、122°22' E)。试验地土壤类型为灰色草甸土，质地为中壤，耕层土壤容重为1.31 g/cm3；0—20 cm土壤养分含量为：有机质20.69 g/kg、全氮 0.71 g/kg、碱解氮 38.28 mg/kg、有效磷 7.02 mg/kg、速效钾66.88 mg/kg，土壤pH值8.38。试验点海拔178 m，年均气温6.8℃，年均降水量399.1 mm。2015年试验在通辽市开鲁县蔡家堡村进行(43°9' N、120°25' E)。土壤类型为灰色草甸土，质地为中壤，耕层土壤容重为1.26 g/cm3；0—20 cm土壤养分含量为：有机质14.60 g/kg、全氮0.96 g/kg、碱解氮 58.78 mg/kg、有效磷 11.81 mg/kg、速效钾79.92 mg/kg，土壤pH值8.03。试验点海拔191 m，年均气温6.6℃，年均降水量388.6 mm。

1.2 试验设计

2014年大田试验采用裂区设计，以耕作方式为主区，分别设旋耕处理 (RT) 和深松 + 旋耕处理 (SS +RT)，其中旋耕处理采用XY-80/300型旋耕机实施，作业深度15 cm，深松为全面深松方式，采用1SZ-230型深松旋耕联合整地机实施，作业深度35 cm，旋耕、深松作业均在4月16日进行；副区是施磷深度，分别为 6 cm (P6，常规施磷深度)、12 cm (P12)、18 cm (P18)、24 cm (P24)，并以不施磷肥为对照 (CK)，3次重复，小区面积75 m2。供试品种为郑单958，种植密度7.5万株/hm2，磷肥施入与播种同日进行，采用2BYSF-3型精密玉米施肥播种一体机，调整施肥犁铧入土深度达到处理要求预先施入磷肥，磷肥(P2O5) 用量为125 kg/hm2；结合播种各处理均施种肥氮 (N) 15 kg/hm2、钾肥 (K2O) 45 kg/hm2；在小喇叭口期一次性追施氮肥 (N) 356 kg/hm2。氮肥种类为尿素(含N46%，云南三环中化化肥有限公司)，磷肥为过磷酸钙 (含P2O546%，云南金星化工有限公司)，钾肥为硫酸钾 (含K2O 50%，山东联盟化工集团有限公司)。试验于5月1日播种，9月29日收获。生育期间灌溉4次。

2015年重复进行2014年深松 + 旋耕处理下的施磷深度试验，供试品种、施肥及栽培管理均同2014年，4月15日深松整地，4月28日播种，9月27日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 干物重及磷含量测定 各小区均在吐丝期、乳熟期和完熟期在同行内取连续3株植株，所取样品在105℃下杀青30 min，80℃烘干至恒重后测定干物重。样品粉碎后，用钒钼黄比色法测定各器官磷含量[18]。

1.3.2 产量测定 收获时每小区取 24 m2样方，调查样方内有效穗数，测定籽粒产量，并取样测定籽粒含水率，折算出14%含水率下的产量。

1.4 参数计算

磷素吸收量 (kg/hm2)= 某生育时期植株地上部干物重 × 该生育时期植株地上部磷素含量[19]；

磷素吸收率 (%)= 某生育时期植株地上部磷素吸收量/成熟期植株地上部磷素吸收量 × 100[19]；

磷肥收获指数 (%)= 成熟期籽粒磷素吸收量/成熟期植株地上部磷素吸收量 × 100[19]；

磷肥偏生产力 (kg/kg)= 籽粒产量/磷肥施用量[19]；

磷素吸收效率 (%)= 植株地上部磷素吸收量/磷肥施用量 × 100[20–21]；

磷肥利用效率 (%)=(施磷区植株地上部磷素吸收量 − 不施磷区植株地上部磷素吸收量)/磷肥施用量 ×100[20–21]。

1.5 数据处理与分析

采用 Microsoft Excel进行数据处理，SAS V8 软件对试验数据进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 深松措施下施磷深度对春玉米产量的影响

由表1可见，春玉米籽粒产量在旋耕措施下各施磷深度处理间表现为 P12 ＞ P6 ＞ P18 ＞ P24，其中P12与P6、P18处理差异不显著，与P24处理差异达到显著水平；在深松 + 旋耕措施下连续2年产量结果一致，各施磷深度处理均以P12最高，P6次之，P24最低，其中P12与其他处理的差异均达到显著水平，说明P12处理有利于提高春玉米的籽粒产量，且在深松 + 旋耕措施下效果更为明显。

表1 2014和2015年不同施磷深度下春玉米产量(t/hm2)Table1 Yield of spring maize under different phosphorus placement depths

由表2方差分析结果可见，耕作措施 (因素A)间差异、施磷深度 (因素B) 间差异均达到了显著水平，耕作方式与施磷深度互作差异也达到显著水平，从P值来看，耕作方式与施磷深度互作差异明显高于耕作方式间差异和施磷深度间差异，说明深松措施下适宜的施磷深度能显著提高春玉米的籽粒产量。

表2 不同处理春玉米产量方差分析结果Table2 Analysis of variance for spring maize yield in different treatments

图1 不同施磷深度下春玉米不同生育期植株磷含量Fig.1 Plant P contents of spring maize under different phosphorus placement depths at different growth stages[注（Note）：SS—吐丝期 Silking stage; MK—乳熟期 Milk ripening stage; MS—完熟期 Mature stage; 方柱上不同字母表示相同时期不同处理间差异达 0.05 显著水平 Different letters above the bars mean significant difference among the treatments at the same growth stage at the 0.05 level.]

2.2 深松措施下施磷深度对春玉米磷含量的影响

由图1可见，春玉米地上部磷含量各施磷深度处理均高于CK，在旋耕措施下施磷深度处理间以P12最高，P6次之，P24最低，处理间差异均不显著；深松 + 旋耕措施下，施磷深度处理间也以P12处理最高，其中吐丝期P12处理与其他施磷深度处理间差异均不显著，完熟期2014年P12与P6、P18处理差异不显著，与P24处理差异达到显著水平，2015年各施磷深度处理间差异均不显著。

2.3 深松措施下施磷深度对春玉米干物重的影响

由图2可见，春玉米地上部干物重各施磷深度处理均高于CK，在旋耕措施下吐丝期和完熟期施磷深度间均以P12 处理最高；深松 + 旋耕措施下吐丝期和完熟期仍以P12处理最高，但各施磷深度处理间差异均不显著。

2.4 深松措施下施磷深度对春玉米磷素吸收量的影响

由图3可见，不同施磷深度处理春玉米磷素吸收量，在旋耕措施下各生育时期均表现为P12 处理最高，其中吐丝期和完熟期P12与P6、P18处理差异不显著，与P24处理差异显著；深松 + 旋耕措施下春玉米地上部磷素吸收量各施磷深度处理均以P12最高，其中吐丝期2014年P12与P6处理差异不显著，与P18、P24处理差异显著，2015年P12与P6、P18处理差异不显著，与P24处理差异显著；完熟期2014年P12与其他处理差异均达到显著水平，2015年P12与P6处理差异不显著，与P18、P24处理差异均达到显著水平。这也说明P12处理春玉米具有较强的磷吸收能力，且在深松 + 旋耕措施下表现得更为明显。

图2 不同施磷深度下春玉米不同生育期干物重Fig.2 Dry matter weight of spring maize under different phosphorus placement depths[注（Note）：SS—吐丝期 Silking stage; MK—乳熟期 Milk ripening stage; MS—完熟期 Mature stage; 方柱上不同字母表示相同时期不同处理间差异达 0.05 显著水平 Different letters above the bars mean significant difference among the treatments at the same growth stage at the 0.05 level.]

图3 不同施磷深度春玉米不同生育期磷素吸收量Fig.3 P uptake of spring maize under different phosphorus placement depths[注（Note）：SS—吐丝期 Silking stage; MK—乳熟期 Milk ripening stage; MS—完熟期 Mature stage; 方柱上不同字母表示相同时期不同处理间差异达 0.05 显著水平 Different letters above the bars mean significant difference among the treatments at the same growth stage at the 0.05 level.]

2.5 深松措施下施磷深度对春玉米不同生育阶段磷素吸收量的影响

由表3可见，吐丝前，春玉米磷素吸收量在旋耕措施下不同施磷深度处理表现为P12最高，P6、P18次之， P24最低，其中P12与其他处理差异均达到显著水平；在深松 + 旋耕措施下2014年表现为P12大于P6和P18，P6和P18大于P24，2015年表现为P12 大于P18、P6、P24，P12与其他处理差异均达到显著水平。吐丝后，春玉米地上部磷素吸收量低于吐丝前，在旋耕措施下表现为P12、P18、P24大于P6，其中P12较P6提高1.08 kg/hm2，差异达到显著水平；深松 + 旋耕措施下春玉米地上部磷素吸收量明显高于旋耕措施，不同施磷深度处理表现为P12最高，P6、P18次之，P24最低，其中P12较P6 处理提高 2.80 kg/hm2(2014 年) 和 2.75 kg/hm2(2015年)，差异均达到显著水平。这说明，春玉米吐丝后仍具有较大的磷素吸收量，不同施磷深度处理间以P12最多，且在深松 + 旋耕措施下表现得更为明显。

从方差分析结果 (表4)看，耕作方式与施磷深度间的互作效应在吐丝期前后达到极显著水平，P值则表现为吐丝后小于吐丝前。

2.6 深松措施下施磷深度对春玉米磷素吸收效率与磷肥利用效率的影响

由表5可见，P12处理能明显提高春玉米磷收获指数和磷肥偏生产力，且在深松 + 旋耕措施下表现得更为明显；磷素吸收效率和磷肥利用率不同施磷深度以P12处理最高，其中磷素吸收效率深松 + 旋耕措施较旋耕措施提高 2.15 (2014年)、2.62(2015 年) 个百分点，磷肥利用率提高 3.71 (2014 年)、3.28 (2015年) 个百分点，说明P12处理可促进春玉米对磷肥的吸收利用，深松则有利于磷肥吸收利用效率的进一步提高。

表3 深松措施下施磷深度对春玉米不同生育阶段磷素吸收量及吸收率的影响Table3 Effect of phosphorus placement depths on P absorption and P uptake rate at different growth stages of spring maize under subsoiling practice

表4 不同处理春玉米磷吸收量方差分析结果Table4 Analysis of variance for P uptake in different treatments

3 讨论

本研究表明，磷肥深施在12 cm土层，可以促进春玉米对磷的吸收利用，从而提高春玉米的磷素吸收效率和磷肥利用效率及籽粒产量，且在深松 +旋耕措施下表现得更为明显。磷在土壤中容易被固定和不易移动，作物对磷素的吸收主要是通过根系的直接接触而获得，因而根系生长点与施肥点的距离和根系与肥料接触面积的大小是影响肥料吸收利用的两个重要因素，但也受根系活跃吸收面积的制约[12]。发育健全的春玉米的功能根群主要集中在5—20 cm 土层[12–15]，本研究中，施磷深度 6 cm 处理，虽然根系与磷肥接触得早，但受制于接触面积小，导致磷素吸收量较低，大部分磷肥固定，磷素吸收效率和磷肥利用效率不高；施磷深度12 cm处理，磷肥处于根系密集区域，根系与磷肥不但具有较大的接触面积，根系生长点与磷肥接触的距离也相对较短，有利于根系对磷素的吸收，从而提高了磷素的吸收效率和磷肥利用效率；然而施磷过深，不但使根系生长点与施肥点的距离增加，下层根量的减少也使磷肥与根系接触面积变小，从而导致磷素吸收量降低，磷素吸收效率和磷肥利用效率不高。已有研究表明[16,17]，深松能够促进根系生长，提高深层根系分布比例，使根系活跃吸收面积增加、活力增强，衰老延缓。深松措施下，根系分布特征和生理活性的改善，进一步促进了根系对磷素的吸收，而根系衰老的延缓也使春玉米在吐丝期后仍保持了较强的吸收能力，从而表现出更高的磷素吸收效率和磷肥利用效率。

表5 深松措施下施磷深度对春玉米磷素吸收效率和磷肥利用效率的影响Table5 Effect of phosphorus placement depths on P uptake efficiency and phosphorus fertilizer use efficiency of spring maize under subsoiling practice

4 结论

在土壤有效磷含量较低、多年小动力机械作业的连作玉米区，在较高密度种植的高产栽培条件下，磷肥深施于12 cm土层能提高春玉米的磷肥吸收利用效率及籽粒产量，其中在旋耕措施下使磷素吸收效率提高5.87%，磷肥利用效率提高19.2%；在深松 + 旋耕措施下使磷素吸收效率提高9.5%～9.8%，磷肥利用效率提高29.0%～29.2%，籽粒产量提高5.2%～5.4%。在多年小动力机械作业的连作玉米区，深松措施下磷肥下移深施是提高春玉米磷肥吸收利用效率和籽粒产量的有效措施，是春玉米高产栽培减磷增效的有效途径。