过量施磷下青稞生长发育和磷素利用的变化

谈建鑫

摘要：為探讨青稞（Hordeum vulgare var. coeleste Linnaeus）新品种和新品系的磷肥施用上限，摸清过量施磷下青稞新品种（系）的生长发育和养分吸收利用特征，试验设置不施磷肥对照（CK）、常规施磷肥处理（P1）和过量施磷肥处理（P2、P3、P4），5个处理的P2O5施用量依次为0、56.2、138.5、220.8、277.0 kg/hm2，研究过量施磷下青稞生长发育和磷素吸收利用的变化。结果表明，青稞的最高茎蘖数随着施磷量的增加而增加；施磷可增加青稞成穗数，过量施磷反而会降低青稞成穗数；施用磷肥可增加青稞的株高，施磷量增加到一定程度后，青稞株高增加不显著；施磷肥可提高青稞平均灌浆速率和最大灌浆速率，且随着施磷量的增加先升高后降低；2个青稞品种（系）的磷肥利用率、磷肥农学利用率、磷肥偏生产力、产量均随着施磷量的增加呈递减趋势。以上分析表明，过量施用磷肥会导致青稞成穗数下降，磷肥利用率明显降低。

关键词：青稞（Hordeum vulgare var. coeleste Linnaeus）；生长发育；磷肥；过量施用；肥料利用率

中图分类号：S512.3；S147.22         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）04-0006-06

Changes of growth and phosphorus utilization of highland barley under excessive phosphorus application

Abstract： To explore the upper limit of phosphorus fertilizer application for the main highland barley varieties and new highland barley strains， and find out the characteristics of growth， development， and nutrient absorption and utilization of new highland barley varieties （lines） under excessive phosphorus application， five treatments were set up， including control without phosphorus application （CK）， conventional phosphorus application treatment （P1）， and excessive phosphorus application treatments （P2， P3， P4）， to study the changes in growth and phosphorus absorption and utilization of highland barley under excessive phosphorus application. The application rates of P2O5 in the five treatments were 0， 56.2， 138.5， 220.8 and 277.0 kg/hm2， respectively. The results showed that the highest tillering number of highland barley increased with the increase of phosphorus fertilizer application amount. Applying phosphorus could increase the number of mature ears of highland barley， but excessive phosphorus application could reduce the number of mature ears of highland barley. Applying phosphorus fertilizer could increase the plant height of highland barley， but when the amount of phosphorus fertilizer increased to a certain extent， the increase in plant height of highland barley was not significant. Applying phosphorus fertilizer could increase the average and maximum filling rates of highland barley， and with the increase of phosphorus application rate， they first increased and then decreased. The phosphorus fertilizer utilization efficiency， phosphorus fertilizer agronomic utilization efficiency， phosphorus fertilizer partial productivity， and yield of the two highland barley varieties （lines） showed a decreasing trend with the increase of phosphorus application amount. The above analysis showed that excessive application of phosphorus fertilizer would lead to a decrease in the number of ears of highland barley and a significant decrease in phosphorus fertilizer utilization efficiency.

Key words： highland barley（Hordeum vulgare var. coeleste Linnaeus）； growth and development； phosphorus fertilizer； excessive application； fertilizer utilization rate

青稞（Hordeum vulgare var. coeleste Linnaeus）是西藏的第一大粮食作物，2022年西藏青稞种植面积为14.75万hm2，占比超过了农作物总面积的50%，产量达83.23万t，占粮食总产的70%以上［1］。在西藏，青稞不仅作为藏民族的口粮，也是主要的饲草来源，占据十分重要的生产地位。随着社会发展和青稞保健功能的深入挖掘，青稞需求量在加大。肥料在西藏青稞生产中发挥了重要作用，磷元素是植物体内核酸和磷脂等重要生命结构和功能成分的组成元素，是农作物生长发育的必需元素。世界约43%的耕地存在土壤缺磷的问题，中国约有66%耕地缺磷，而农作物当季磷肥利用率集中在5%～20%［2］，大量的磷肥资源被浪费。西藏受地域和经济等各方面的限制，青稞种植时仍存在“多投入多产出”等现象。磷元素是作物生长发育的限制因子，适当施磷肥可以促进作物的生长，但过量施用磷肥会导致养分浪费和养分失衡［3，4］，对作物而言，过量的磷肥施用可能会导致作物缺锌、缺硅，发生倒伏等情况，还会加强作物呼吸作用，使无效分蘖增加，导致早熟和减产的发生。针对肥料利用率低等突出问题，本研究从过量施磷肥的角度出发，通过分析研究西藏青稞主推品种和青稞新品系过量施磷下株高、分蘖和成穗、子粒灌浆特性、磷素吸收利用和产量的变化，探讨青稞主推品种和青稞新品系的磷肥施用上限，摸清过量施磷下青稞新品种（系）的生长发育和磷素吸收利用特征，为类似地区青稞合理施肥和科学研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2022年4—8月在西藏自治区农牧科学院4号试验地进行（海拔3 650 m）。该地区属拉萨河流域，年平均温度7.4 ℃，年日照时数3 000 h，年无霜期120 d，年降水量200～510 mm，多集中在6—9月，无霜期100～120 d，属高原温带半干旱季风气候。试验地0～20 cm土层土壤质地为沙壤土，有机质含量为20.85 g/kg，全氮含量为1.91 g/kg，碱解氮含量为117.11 mg/kg，全磷含量为0.912 g/kg，速效磷含量为93.97 mg/kg，全钾含量为4.125 g/kg，速效钾含量为44.42 mg/kg，pH为7.5。

1.2 供试品种

供试青稞品种（系）为青稞新品种藏青3000和新品系“6927”。

1.3 试验设计

试验设置5个施磷肥处理，P2O5施用量分别为0、56.2、138.5、220.8、277.0 kg/hm2，分别记为CK（不施磷肥对照）、P1、P2、P3、P4，其中P1为正常施磷肥处理，P2、P3、P4为过量施磷肥处理。每个处理3次重复，每个小区长2.5 m、宽3.3 m。磷肥为过磷酸钙（P2O5 12%），作基肥一次性施用；63.6 kg/hm2氯化钾（K2O 60%）作基肥一次性施用；氮肥为尿素（N 46%），用量为152.1 kg/hm2（折合纯氮量70 kg/hm2），基追比为6∶4。青稞种子播量为240 kg/hm2，4月14日播种，5月11日（四叶一心）灌头水，6月2日（拔节期）灌第二次水并追施尿素，其他田间管理与大田生产相同。

1.4 测定项目和方法

1.4.1 分蘖及成穗 两叶一心后，每小区随机选择2个1 m2样方并标记，测定田间基本苗，在分蘖完成后（拔节期）测定最大茎蘖数，蜡熟期测定成穗数。

1.4.2 株高 于青稞的分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期每小区选10株测定株高。

1.4.3 子粒灌浆特性 开花期每小区选同一天抽穗且穗型大小基本一致的150～200个穗子，挂牌标记。开花后第7天开始，取穗中部子粒，每隔7 d取样一次，子粒鲜样在105 ℃杀青30 min，然后80 ℃烘干至恒重，以开花后天数（t）为自变量，用Logistic方程对子粒增重过程进行拟合，拟合方程为y=k/（1+a×e-bt），式中，y为千粒重，是因变量；k表示最大生长量；t表示开花后天数，为自变量；a、b为常数，对该方程求导，可得到快速积累起始时间（t1）、快速积累终止时间（t2）、快速积累持续时间（t2-t1）、到达最大灌浆速率的时间（tmax）、平均灌浆速率（vmean）、最大灌浆速率（vmax）。子粒干物质累计量对灌浆时间的求导为灌浆速率（v），计算式如下。

v=dy/dt=kabe-bt/（1+ae-bt）2  （1）

1.4.4 植株全磷含量 收獲后每个小区选取具有代表性的青稞植株20株，将整株青稞植株于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，称量并换算为地上部生物量。将烘干植株粉碎，用钒钼黄比色法测定植株全磷含量。各磷肥利用效率指标计算式如下。

吸磷量=植株生物量×含磷量［5］

磷肥利用率=（施磷条件下作物吸磷量-不施磷条件下作物吸磷量）/施磷量×100%［6］

磷肥农学利用率=（施磷小区产量-不施磷小区产量）/施磷量［7］

磷肥偏生产力=施磷小区产量/施磷量

1.4.5 产量 实打实收，去除取样损失后得到产量。

1.5 数据分析

采用SPSS 26.0软件对数据进行显著性检验和Logistc方程拟合，采用Microsoft Excel 2013软件作图，图表中数据为平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 磷肥过量施用对青稞分蘖和成穗的影响

由表1可知，藏青3000和“6927”的基本苗在各处理间均没有显著差异，2个品种的基本苗也无显著差异。

2个品种（系）的最高茎蘖数均表现为P4>P3>P2>P1>CK，施磷肥处理的青稞最高茎蘖数均高于不施磷肥对照，且青稞的最高茎蘖数随着磷肥施用量的增加而增多。常规施磷肥处理P1与过量施磷肥处理P2、P3、P4间最高茎蘖数无显著差异，且P2、P3、P4间也无显著差异，藏青3000过量施磷肥处理P2、P3、P4均与CK有显著差异（P<0.05），“6927”过量施磷肥处理P3、P4均与CK有显著差异（P<0.05）；藏青3000的P2、P3、P4的最高茎蘖数分别比CK高22.85%、24.52%、26.35%，“6927”品系的P2、P3、P4的最高茎蘖数分别比CK高21.79%、27.23%、30.46%。藏青3000和“6927”相比，相同处理下“6927”的最高茎蘖数均高于藏青3000，但同一处理下二者无显著差异。

2个品种（系）的成穗数表现为P1>P2>P3>P4>CK，过量施磷肥处理P2、P3、P4间成穗数无显著差异，施磷处理的青稞成穗数均显著高于不施磷肥对照（P<0.05），施磷肥会显著增加青稞的成穗数，但过量的磷肥反而会导致青稞成穗数减少。藏青3000和“6927”相比，相同处理下藏青3000的成穗数高于6927，但差异不显著。

2.2 磷肥过量施用对青稞株高的影响

由图1、图2可知，随着生育期的推进，青稞株高呈先迅速增加后平稳的趋势，藏青3000和“6927”各处理在每个生育期株高均表现为相似趋势。施磷处理的株高均高于不施磷肥处理，除拔节期P1与CK无显著差异外，其余时期施磷肥处理与不施磷肥对照间的株高均存在显著差异（P<0.05）；分蘖期P1、P2、P3、P4间无显著差异；拔节期、抽穗期、灌浆期，随着施磷量的增加青稞的株高总体呈增加趋势，后期过量施磷肥处理P2、P3、P4间无显著差异，除“6927”灌浆期外，2个品种拔节期后过量施磷处理P3、P4均与常规施磷处理P1间有显著差异（P<0.05）。

2.3 磷肥过量施用对青稞子粒灌浆的影响

2.3.1 千粒重 由图3、图4可知，灌浆期间，藏青3000和“6927”的千粒重随着时间的推进逐渐增加，在开花后14～21 d时增长趋势十分明显，于开花后35 d达最大值。2个品种（系）P1子粒千粒重最大，藏青3000开花后35 d子粒千粒重表现为施磷肥处理青稞千粒重大于不施磷肥对照，常规施磷肥处理P1的千粒重高于过量施磷肥处理，过量施磷肥处理P2、P3、P4间无显著差异。相同处理下，在各个时期藏青3000的千粒重均高于“6927”。

2.3.2 灌浆参数 由表2可知，各施磷肥处理的平均灌浆速率均高于不施磷肥对照，青稞平均灌浆速率随着施磷量的增加先升高后降低；各施磷肥处理的最大灌浆速率均高于不施磷肥对照，青稞最大灌浆速率随着施磷量的增加先升高后降低。

藏青3000的理论最大千粒重出现在P1，为49.60 g，CK理论最大千粒重最小，为39.75 g，各处理理论最大千粒重表现为P1>P2>P3>P4>CK。粒重快速累计起始时间在开花后9.25～13.01 d，P1最早进入粒重快速积累期，P4最晚进入粒重快速积累期；粒重快速积累终止时间在开花后22.66～27.25 d，其中P4最晚结束粒重快速积累期；粒重快速积累持续时间为12.43～14.24 d，P4粒重快速积累持续时间最长，为14.24 d；P4和CK到达最大灌浆速率的时间较晚，分别在开花后20.13、20.98 d；P2平均灌浆速率最大，为1.64 g/d，CK平均灌浆速率最小，为1.31 g/d；P2最大灌浆速率最大，为2.47 g/d，CK最大灌浆速率最小，为1.97 g/d。

“6927”的理论最大千粒重出现在P2，为37.19 g，CK的理论最大千粒重最小，为29.67 g。粒重快速累计起始时间在开花后10.79～13.52 d，P1最早进入粒重快速积累期，P3最晚进入粒重快速积累期；粒重快速积累终止时间在开花后21.10～23.16 d；粒重快速积累持续时间为8.03～11.36 d；P2到达最大灌浆速率的时间最晚，为开花后18.25 d；P2和P3平均灌浆速率最大，均为1.66 g/d，CK平均灌浆速率最小，为1.28 g/d；P2和P3最大灌浆速率最大，均为2.50 g/d，CK最大灌浆速率最小，为1.92 g/d。

2.4 磷肥过量施用对青稞磷肥吸收利用和产量的影响

由表3可知，各施磷肥处理的青稞吸磷量均远高于不施磷肥对照，藏青3000和“6927”吸磷量表现出一致规律，即随着施磷量的增加，吸磷量先增加后降低。藏青3000表现为P3吸磷量最大（54.66 kg/hm2），且除P2、P4間，其他各处理间均存在显著差异（P<0.05）。“6927”表现为P2和P3吸磷量较大，分别为48.47、47.89 kg/hm2。2个青稞品种（系）相比，藏青3000的吸磷量高于“6927”，且除CK、P1外，其他处理下二者差异均达显著水平（P<0.05）。

2个青稞品种（系）的磷肥利用率随着施磷量的增加呈递减趋势，其中常规施磷肥处理与其他处理均存在显著差异（P<0.05）。藏青3000品种的常规施磷肥处理P1的磷肥利用率分别比过量施磷肥处理P2、P3、P4高13.80%、64.37%、132.46%；“6927”品系的常规施磷肥处理P1的磷肥利用率分别比过量施磷肥处理P2、P3、P4高14.18%、86.88%、164.95%，说明过量施磷大幅度降低了青稞的磷肥利用率。2个青稞品种（系）相比，相同施磷处理下藏青3000的磷肥利用率显著高于“6927”（P<0.05）。

2个青稞品种（系）的磷肥农学利用率和磷肥偏生产力均随着施磷量的增加呈递减趋势，且处理间差异显著（P<0.05）。藏青3000品种常规施磷肥处理的磷肥农学利用率显著高于过量施磷肥各处理（P<0.05），P1的磷肥农学利用率分别比P2、P3、P4高32.90%、683.73%、946.27%；“6927”品系常规施磷肥处理的磷肥农学利用率也显著高于过量施磷肥各处理（P<0.05），P1的磷肥农学利用率分别比P2、P3、P4高220.46%、579.85%、1 434.78%。藏青3000品种常规施磷肥处理的磷肥偏生产力显著高于过量施磷肥各处理（P<0.05），P1的磷肥偏生产力分别比P2、P3、P4高205.65%、464.72%、627.66%；“6927”品系常规施磷肥处理的磷肥偏生产力也显著高于过量施磷肥各处理（P<0.05），P1的磷肥偏生产力分别比P2、P3、P4高185.49%、423.92%、724.02%。2个品种（系）相比，P1、P2下二者的磷肥农学利用率差异显著（P<0.05），其他处理下2个品种（系）的磷肥农学利用率无显著差异；2个品种（系）的磷肥偏生产力无显著差异。

除“6927”的P4外，各施磷肥处理的产量均显著高于不施磷肥对照（P<0.05），随着施磷量的增加，青稞的产量呈降低趋势。藏青3000品种P1的产量显著高于P2、P3、P4和CK（P<0.05），分别高24.03%、43.76%、47.61%、156.53%；“6927”品系P1、P2、P3间产量无显著差异，P3与P4、P4与CK间产量也无显著差异，P1的产量最高，比P2、P3、P4、CK分别高15.84%、33.33%%、67.19%、144.97%。2个品种（系）相比，P1、P4下藏青3000产量显著高于“6927”（P<0.05），P2、P3、CK下2个品种（系）间产量无显著差异。

3 小结与讨论

相关研究表明，适量增施磷肥能增加小麦的分蘖数，对成穗数和产量产生重要的作用［8，9］。磷肥具有增加谷类作物分蘖数和加速子粒灌浆的作用，研究表明小麦分蘖数随着施磷量的增加而增加［10，11］。本研究发现，施磷肥可增加青稞的分蘖数，且青稞的最高茎蘖数随着磷肥施用量的增加而增加，施磷可增加青稞成穗数，过量施磷反而会降低青稞成穗数，这与陆梅等［12］的研究结果相似。刘桂荣等［13］的研究表明，小麦的株高随磷肥的用量增加而增高，超过一定量时候，株高随着磷肥用量的增加而降低。冯媛媛等［14］的研究发现，适当增施磷肥能够促进小麦生长发育，增加小麦的株高、分蘖和有效穗，从而增加产量。本研究表明，施磷处理的青稞株高均高于不施磷肥处理，过量施磷肥处理的株高高于常规施磷处理，当施磷量达到一定水平时，过量施磷处理间差异不再显著。本试验条件下，过量施用磷肥明显降低了青稞的千粒重，这与刘桂荣等［13］在小麦上的研究结果相似。本研究表明，施磷肥处理的平均灌浆速率高于不施磷肥对照，青稞平均灌浆速率随着施磷量的增加先升高后降低；施磷肥处理的最大灌浆速率高于不施磷肥对照，青稞最大灌浆速率随施磷量的增加先升高后降低。因此，合理的磷肥施用量能促进青稞的生长发育，过量的磷肥会导致青稞生长受阻。

大量研究表明，施磷可明显提高作物产量，一定范围内作物产量随着施磷量的增加而增加［15-19］。本研究表明，施磷处理的青稞吸磷量远高于不施磷对照，随着施磷量的增加，吸磷量先增加后降低，2个青稞品种（系）的磷肥利用率随着施磷量的增加呈递减趋势，其中常规施磷肥处理与其他处理均有显著差异（P<0.05）；2个青稞品种（系）的磷肥农学利用率和磷肥偏生产力均随着施磷量的增加呈递减趋势，且处理间差异显著（P<0.05）；各施磷肥处理的产量均高于不施磷肥对照，这与前人在其他作物上的研究结果相一致［20，21］。本研究表明，随着施磷量的增加，青稞的产量呈降低趋势，即过量施磷反而会造成青稞减产。

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