磷肥施用量和方式对辣椒产量及磷素吸收利用的影响

崔玉涛，李顺晋，王 媛，孙 凯,4，李浩然，张 伟,4*

（1 西南大学资源环境学院，重庆 400715；2 西南大学农业科学研究院，重庆 400715；3 西南大学长江经济带农业绿色发展研究中心，重庆 400715；4 农业农村部西南山地农业绿色低碳重点实验室，重庆 400715）

我国蔬菜种植面大、增速快，截至2020 年，种植面积已超过2 千万hm2[1]。与粮食作物相比，蔬菜根系分布浅，吸收能力弱，养分需求高[2]，为满足其养分需求，生产中磷肥投入量普遍过高，在露地蔬菜系统中，果菜类每年的磷素养分投入高达113.0 kg/hm2，辣椒的磷素投入量甚至高达379.5 kg/hm2。过高的磷肥投入降低了磷肥利用效率，我国菜田当季磷肥利用率仅在15.0%～40.0%[3]，还导致磷素在土壤中累积，菜田土壤有效磷超过100 mg/kg[4-5]，磷素在土壤中的大量累积增加了磷在土壤中的移动和流失风险，极大地增加了环境风险[6]。

无机磷向蔬菜根部的扩散是蔬菜吸收磷的主要途径，由于蔬菜对磷的吸收速度远高于其扩散速度，在生长后期，蔬菜根区会形成磷耗散区[7]，根区需要更高的土壤有效磷供应才能满足蔬菜高产的养分需求。磷肥施用方式显著影响作物磷素吸收和利用率[8]。在当前蔬菜生产中，大多将磷肥均匀撒在土壤表面或结合耕作施入土体中，这样的施用方法无疑会增加无机磷与土壤的接触面积，提高了磷被固定或流失的风险[9]。而采用条施磷肥方法，条带中心的活性磷供给率是距条带中心10 cm 土壤的2 倍以上[10]。穴施肥料能在减少1/3 肥料用量的情况下，维持番茄产量不减产[11]。在酸性土壤中，将氮肥、磷肥共同穴施，随着作物对硝酸盐的吸收，根际土壤pH提高，有利于玉米生长，进而提高了对磷肥的吸收和利用[12-15]。农田磷素流失是造成我国农业面源污染、水体富营养化的主要原因之一[16]。磷输入量直接影响着土壤的磷盈余量[17]，而磷流失风险与当季农田磷素表观盈余呈显著正相关[18]，因此，磷投入量大且盈余量高的蔬菜系统磷流失风险相对较大[17-18]。因此，采用合适的施磷方式也是减少磷肥投入和土壤磷盈余的重要途径。

本研究以露天辣椒体系为对象，在控制氮肥(N 252.0 kg/hm2)、钾肥(K2O 276.0 kg/hm2)施用量[19]条件下，分析不同施磷量和方法对辣椒产量、磷肥利用率及土壤磷素盈余的影响，为红壤上辣椒生产改进施磷方式、减少磷肥投入量、降低环境风险提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在我国西南地区典型红壤上开展，试验地位于云南省昆明市石林彝族自治县石林镇，年平均气温16.3℃，年平均降雨量939.5 mm，供试土壤为西南地区典型红壤，质地为重壤。试验前土壤基础理化性质为pH 6.4 (土水比1∶2.5)，有机质含量14.8 g/kg，碱解氮含量116.4 mg/kg，Olsen-P 含量 33.5 mg/kg，速效钾含量100.0 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验开始于2021 年。共设计6 个处理：不施磷对照(CK)；常规撒施P2O5300 kg/hm2[20](B300)；根据土壤有效磷水平及土壤-作物磷平衡体系确定[20]优化施磷量，撒施P2O5150 kg/hm2(B150)；在优化施磷量基础上减量撒施P2O5100 kg/hm2[11](B100)；减量采用穴施P2O5100 kg/hm2(I100)；减量氮磷配合穴施P2O5100 kg/hm2(L100)。所有处理磷肥全部作为基肥施用，施用方式按照处理要求进行，除L100 处理氮肥与磷肥穴施外，其他处理氮肥、钾肥均采用撒施方式施用。各处理氮肥60.0 kg/hm2为底肥，剩余氮肥为追肥，每次追施48.0 kg/hm2，共追氮肥4 次；钾肥60.0 kg/hm2为底肥，剩余钾肥为追肥，每次追施54.0 kg/hm2，共追钾肥4 次；追肥分别于初花期、初果期、盛果期(2 次)施用[19]。穴施在辣椒幼苗移栽前，在种植穴下方5 cm 处，将氮磷肥一起施入其中，覆土后移栽幼苗。其他追肥和管理措施所有处理一致。传统施磷量根据前期课题组针对西南地区的调研及前人研究[20]确定。供试肥料为尿素(N 46.0%)、过磷酸钙(P2O516.0%)、硫酸钾(K2O 50.0%)。试验小区面积为20 m2(4 m×5 m)，每个试验处理设置4 个重复，共计24 个试验小区，随机区组排列。

供试辣椒(CapsicumannuumL.) 品种为“辛香8 号”，种植密度为株距55 cm，行距50 cm。2021年5 月2 日移栽幼苗，9 月29 日全部收获；2022 年5 月7 日移栽幼苗，9 月17 日全部收获。按试验地常规管理方式进行田间统一管理，确保试验过程中无杂草和病虫害发生。

1.3 样品采集及测定项目

土样有效磷含量：辣椒收获期，每个小区按照“S”型，取0—20 cm 土壤，NaHCO3浸提，钼锑抗比色法[21]测定土壤Olsen-P，用于计算磷指数。

产量及生物量：辣椒结果期，各小区连续选取8 株辣椒，分3 次测产，前两次摘取果长15 cm 以上的成熟果测产，第3 次摘取全株果实测产，产量为3 次测产总和。在第3 次测产时，各小区选取长势均匀的3 株辣椒，带回室内分为根、茎叶、果，各部分去离子水清洗后在烘箱内105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重，称其干重并计算生物量。本研究中，果实产量为辣椒鲜重，果实生物量为辣椒果实干物质重。

植株磷含量：植物样品用全自动消解仪(S60UP)进行前处理(HNO3-H2O2消煮)，后用ICP-OES 测定不同器官磷含量[22]。

1.4 指标计算及数据分析

各部位磷积累量为其生物量乘以其磷含量，植株磷积累量为各部位磷积累量之和。

磷肥吸收利用指标分别按照以下公式计算：

磷肥回收率(P recovery rate，PRR，%)=(施磷处理吸磷量-不施磷处理吸磷量)/施磷量×100[23]；

磷肥农学效率(P agronomic efficiency，PAE，kg/kg)=(施磷处理产量-不施磷处理产量)/施磷量[23]；

磷肥偏生产力(partial factor productivity of P，PFPP，kg/kg)=施磷处理产量/施磷量[24]；

磷素表观盈余(apparent P surplus，APS，kg/hm2)=磷输入量-作物吸收量[4]；

以上吸磷量、施磷量、表观盈余公式均以纯磷量(P，kg/hm2)进行计算。

净收入(元/hm2)=产量×价格-成本，毛收入(元/hm2)=产量×价格[24]；

磷指数(phosphorus index，PI)：根据实际情况获取各项因子，其中土壤侵蚀为云南省土壤侵蚀值[25]，根据表1 判断各项因子的权重值，计算各处理的磷指数及磷流失风险等级[26-28]。

表1 磷指数评价体系Table 1 Evaluation criterion of phosphorus index

式中：Wi为源因素指标权重；Wj为迁移因素指标权重。磷指数评价体系见表1，磷流失风险级别判定见表2。

表2 磷流失风险等级Table 2 Phosphorus loss risk grade scale

数据使用Microsoft Excel 进行整理，使用SPSS 20.0 进行方差分析，使用OriginPro 2023 作图。

2 结果与分析

2.1 磷肥施用量及方式对辣椒产量及生物量的影响

施用磷肥能提高辣椒鲜重产量，两年趋势一致。与CK 处理相比，B300、B100 处理辣椒产量增加未达显著水平，B150、I100 以及L100 处理显著增产，但这3 个施磷处理间没有显著差异(图1)。各处理的辣椒总生物量(干物质重)差异不明显，其中果实产量在总生物量中占比最大。2021 年，与CK 处理相比，施磷处理果实生物量显著增加，施磷处理间没有显著差异；2022 年，与CK、B300处理相比，I100、L100 处理果实生物量显著增加(图1)。

图1 不同磷肥施用量及方式下辣椒果实产量(鲜重)和总生物量(干重）Fig.1 Fruit yield (fresh weight) and total biomass (dry weight) of pepper under different phosphorus application amounts and methods

2.2 磷肥施用量及方式对辣椒磷素吸收及分配的影响

由图2 可以看出，两年试验所有处理辣椒各部位的磷含量均没有显著差异，果实的磷累积量占比高，根和茎叶中磷累积量占比少，两年根、茎叶磷累积量各处理间没有显著差异。2021 年，B150、I100、L100 处理的果实磷累积量显著高于CK 处理；2022 年，仅L100 处理的果实磷累积量显著高于CK 处理，其他施磷处理果实磷积累量与CK 处理均无显著差异。

图2 不同磷肥施用量及方式下辣椒成熟期不同部位磷含量及磷积累量Fig.2 Phosphorus content and accumulation in different parts of pepper under different phosphorus application amounts and methods

2.3 磷肥施用量及方式对辣椒磷肥利用率的影响

磷肥回收率两年趋势不一致，2021 年，在B150、B100、I100、L100 处理的磷肥回收率无显著差异，B150、I100 和L100 处理显著高于B300 处理；2022年，只有B100、I100、L100 处理的磷肥回收率显著高于B300 处理，这3 个处理间(施磷方式之间)没有显著差异。磷肥农学效率，2021 年，I100、L100 处理显著高于B150、B100 处理，后两处理又显著高于B300 处理；2022 年，B150、B100、I100 和L100处理的农学效率无显著差异，4 者显著高于B300 处理。磷肥偏生产力两年均以I100、L100 处理最高，其次为B100、B150、B300 处理，除I100、L100处理之间差异不显著，其他处理间差异达显著水平(表3)。表明降低磷的施用量，且采用穴施可以显著提升磷肥的农学效率和偏生产力。

表3 不同磷肥施用量及方式下辣椒磷肥利用率Table 3 Phosphorus fertilizer efficiency of pepper under different P application amounts and methods

2.4 不同磷肥施用量及方式下土壤磷盈余量及磷流失风险

土壤磷素表观盈余量两年趋势一致，CK 处理为负盈余，即2021 和2022 年分别亏缺P 14.5、14.2 kg/hm2；B300 处理磷盈余量2021 和2022 年分别高达113.7 和116.4 kg/hm2。B150 磷盈余量较B300 2021 和2022 年分别降低67.5 和65.9 kg/hm2。B100、I100、L100 处理磷盈余量无显著差异，2021年，B100、I100、L100 较B300 处理分别降低86.7、89.2、86.9 kg/hm2，2022 年分别降低88.1、87.5、88.1 kg/hm2(图3)。相比B300 处理，其他施磷量及施用方式处理土壤磷素盈余降低59.5%～82.1%。

图3 不同磷肥施用量及方式下磷素表观盈余Fig.3 Apparent phosphorus surplus under different phosphorus application amounts and methods

磷指数能表征磷养分流失至水体的潜在风险[29]，基于施磷量及方式、土壤速效磷含量计算分析，各处理磷指数CK 最低，B300、B150 最高，依据磷指数进行分级，施磷处理中I100、L100 的磷流失风险为低水平，其他施磷处理为中等水平(表4)。

表4 不同磷肥施用量及方式下磷指数及磷流失风险等级Table 4 Phosphorus index and P loss risk grades of the phosphorus treatments

2.5 磷肥施用量及方式对辣椒经济效益的影响

与CK 相比，所有施磷方式均能增加收入，但施磷量增加会增加肥料成本，而穴施则会增加人工成本。与B300 处理相比，B150、I100、L100 处理两年的净收入更高，其中I100 处理的净收入两年均为最高(表5)。

表5 不同磷肥施用量及方式下辣椒的经济效益(yuan/hm2)Table 5 Economic profit of pepper production under different phosphorus application amounts and methods

3 讨论

本研究发现当土壤有效磷较高时，适量的磷肥投入能提高辣椒产量，但少量或过量施磷对辣椒产量没有明显影响，研究发现，当土壤有效磷达到20.0 mg/kg，能满足多数作物对磷的需求，过量的磷肥投入对作物没有增产效应[30]，本研究结果与其一致。在相同施磷量下，磷肥穴施并不能显著增加辣椒产量，但与不施磷相比，撒施处理不能增加辣椒产量，而穴施能显著增加辣椒产量，因此，将磷肥穴施能减少磷肥投入量并保证辣椒产量不减少。研究表明，肥料的放置位置对花椰菜、生菜产量没有明显影响[31]，本研究与其相似。但也有研究表明，将肥料集中施用能有效提高玉米、油菜产量[32-33]。两者差异是由土壤有效磷含量差异造成的，本研究土壤有效磷含量高于多数作物高产的临界值，施用适量的磷肥就可以保证产量。研究表明，局部施肥能在减少施肥量的条件下，保证番茄、甘蓝产量不减少[11,34]。磷肥穴施能有效减少无机磷与土壤的接触面积，降低其在红壤中的固定和流失，保持长期的养分供应[8,35]，保证作物吸收的磷能满足其生长，因此，在红壤上将磷肥穴施能减少磷肥投入量并满足辣椒对磷的需求，保证其不减产。

辣椒的果实磷含量高于根、茎叶磷含量，当辣椒从营养生长转向生殖生长，磷便从根、茎叶中转移到果实中[3,36]。磷肥用量对辣椒各部分的磷含量没有明显影响，不同施磷方式处理的辣椒果实的磷素积累量没有显著差异，原因是不同施磷方式下产量虽然有差异，但其生物量、磷含量没有显著差异，最终导致不同施磷方式下，磷素积累量没有显著差异。

将磷肥穴施能有效提高辣椒磷肥回收率，其两年均为最高，但相同施磷量间没有显著差异，B300施磷量处理的磷肥回收率最低，在不减产的前提下，将磷肥穴施能减少磷肥投入，有效提高辣椒的磷肥回收率。研究表明，将磷肥集中施用能有效提高玉米、洋葱等磷肥利用率[8]。辣椒的磷肥回收率最高仅为13.0%，当季利用率低。有研究表明，中国当季磷肥利用率不足20.0%[35]，辣椒生产中，穴施处理的磷肥偏生产力均高于其他施磷处理，研究表明，磷肥穴施能提高玉米的磷肥偏生产力[37]，本研究结果与其一致。

辣椒施磷处理均导致土壤磷素盈余，相同施磷量，不同施磷方式之间没有显著差异，而不同施磷量之间差异显著，施磷量越高，土壤表观磷盈余越多。优化施磷的磷素盈余虽然低于露地蔬菜系统92.0 kg/hm2的磷盈余[17]，但却远超西部及全国农田磷素单位耕地，其磷素盈余分别为23.3、26.1 kg/hm2[38-39]。根据磷指数，磷肥穴施的磷流失风险为低水平。将磷肥穴施能减少土壤磷盈余，降低磷流失风险。将磷肥穴施的辣椒净收益两年均为最高，从农民经济收益上来看，在本试验的土壤肥力条件下，在100.0 kg/hm2的施磷水平下，将磷肥穴施的辣椒产值最好。

4 结论

供试地区磷过量施用严重，将施磷量从常规的300 kg/hm2减到100 kg/hm2提升了辣椒产量，显著增加了磷肥农学效率和偏生产力，大幅减少土壤磷素表观盈余，将磷素流失从中风险级降至低风险级，辣椒生产的经济效应也获得增加。磷肥穴施效果好于撒施。