施磷量對低磷灌區冬小麥產量、經濟效益和農學效率的影響

黃 明，吳金芝，李友軍，陳明燦，付國占，王賀正

(河南科技大學農學院，河南洛陽 471003)

磷是小麥生長必不可少的礦質營養元素，但全球大約30%的土壤嚴重缺磷，我國大面積耕地土壤缺磷，土壤速效磷含量平均為12.89 mg·kg-1，變化范圍為0.1～228.8 mg·kg-1，是農業生產的重要限制因子[1]。在缺磷土壤上施用磷肥已成為小麥生產不可或缺的措施。長期定位試驗結果表明，在速效磷含量為4.2～9.1 mg·kg-1的塿土、潮土和褐潮土上，施磷小麥產量較不施磷提高了2～4倍[2]。合理施磷有利于小麥根系的生長發育及其對深層土壤硝態氮的吸收、利用[3-4]，能協調小麥產量構成[4-6]，調節小麥群體結構和光合特性[7-8]，促進小麥干物質積累及其向籽粒中轉運[6]，從而提高產量[6,9]和磷肥利用效率[2-3]。過量施磷不僅會降低小麥產量、經濟效益和磷元素的利用效率[3-10]，且使大量的磷素殘留在土壤中[11]，增加農田及環境污染的風險[2,4]。因此，在保證產量和效益的前提下合理施磷是小麥可持續生產的關鍵。

小麥施磷量對產量的效應可以用二次多項式較好地模擬[12]，且與土壤速效磷含量關系密切，土壤速效磷含量越低，施磷肥的增產效果越明顯，土壤速效磷超過30 mg·kg-1后增產幅度一般不超過10%[13]。就小麥適宜施磷量已有較多研究，如姜宗慶等[6]研究表明，中筋和弱筋小麥施P2O5108 kg·hm-2即可獲得最高產量，而岳俊芹等[7]發現，施P2O5225 kg·hm-2時小麥產量最高。目前的磷肥推薦用量多是基于某一品種籽粒產量的施磷響應而提出，由于土壤含磷量、供試品種和試驗環境的不同，研究結果也不盡相同。就多個小麥品種的產量、經濟效益和磷素農學效率評價施磷量的研究尚鮮見報道。因此，本研究在黃淮海平原南部典型小麥種植區，以該地區推廣面積較大的6個冬小麥品種為材料，通過連續2年的定位田間試驗，研究施磷量對小麥籽粒產量、經濟效益和磷肥農學效率的影響，以期為小麥高產高效栽培提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

于2014年10月-2016年6月在河南省洛陽市河南科技大學試驗場(N34.36°,E112.25°)進行定位田間試驗。試驗田為水澆地，試驗開始前0～20 cm土層pH 8.1，有機質12.1 g·kg-1，堿解氮55.2 mg·kg-1，速效磷6.3 mg·kg-1，速效鉀125.6 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計，主區為施磷量，設置基施P2O50、60、120、180和240 kg·hm-25個水平，分別用P0、P60、P120、P180和P240表示；副區為品種，分別為西農979、西農3517、蘭考198、開麥20、泛麥8和洛麥22。小區面積為9 m2(3 m×3 m)，3次重復。2014年10月15日播種，2015年6月1日收獲；2015年10月12日播種，2016年6月2日收獲。播量均為150 kg·hm-2，3葉期定苗至270萬株·hm-2。氮、磷、鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。施氮量為180 kg·hm-2，50%基施，50%隨拔節期澆水追施；基施K2O 112.5 kg·hm-2。播前、拔節和孕穗期各灌水60 mm。其他田間管理同高產田。

1.3 考種和計產

成熟期從每個小區收獲代表性的小麥2行，行長1 m，測定其生物產量、成穗數、穗粒數和千粒重。

成熟期從每個小區隨機收割2個1 m×1 m的樣方，風干、脫粒、稱重，并測定風干籽粒含水量。籽粒產量以12.5%的含水量表示。

1.4 磷肥農學效率和經濟效益的計算

根據He等[14]的方法計算磷肥農學效率(PAE)和經濟效益(EP)。PAE=(YP-Y0)/PA，其中YP、Y0和PA分別為施磷區籽粒產量、無磷區籽粒產量和施磷量；EP=Y×PW-PN×NA-PP×PA-PK×KA。其中Y表示籽粒產量，PW、PN、PP、PK分別表示小麥、氮、磷、鉀肥的價格，NA、PA、KA分別表示氮、磷、鉀肥用量。

1.5 統計分析

采用SAS 8.0進行方差分析和顯著性測驗，用LSD法進行多重比較，用Excel 2010繪圖。

2 結果與分析

2.1 施磷量對冬小麥籽粒產量的影響

不同小麥品種間籽粒產量存在差異，施磷對各供試品種的籽粒產量均有顯著影響(圖1)。除2014-2015年蘭考198和泛麥8除外，小麥籽粒產量均隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢，且第二生長季達到產量峰值的施磷量低于第一生長季(開麥20除外)。不同施磷量比較，各施磷處理的產量均較對照P0顯著提高， 施磷60～240 kg·hm-2范圍內，處理間差異程度因生長季和品種而異。在2014-2015生長季，除西農3517和泛麥8外，P120的產量均顯著高于P60；除開麥20外，P120的產量均低于P180，其中，西農979、蘭考198和洛麥22在兩處理間差異均達顯著水平；除蘭考198和泛麥8外，P240的產量均低于P180，其中，西農979、西農3517和洛麥22在兩處理間差異達到顯著水平。在2015-2016生長季，6個小麥品種的產量均以P120最高，P180次之，且P120均顯著高于其他處理，P180與P60和P240之間的差異程度因品種而異。與2014-2015生長季相比，2015-2016生長季P0處理的產量降低，而施磷120 kg·hm-2處理的產量明顯提高。說明施磷可提高小麥籽粒產量，但最佳施磷量因小麥品種和生長季而異。

XN979、XN3517、LK198、KM20、FM8、LM22、平均分別表示西農979、西農3517、蘭考198、開麥20、泛麥8、洛麥22和6個品種的平均值。相同品種圖柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。誤差線為標準差。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.

圖1施磷量對冬小麥籽粒產量的影響

Fig.1Effectsofphosphorusapplicationrateongrainyieldofwinterwheat

2.2 施磷量對冬小麥產量構成因素和收獲指數的影響

由表1可知，施磷量、品種和生長季均對小麥的成穗數、穗粒數、千粒重和收獲指數有極顯著影響，施磷量和品種的交互作用對上述指標有顯著或極顯著影響；對穗粒數和收獲指數而言，施磷量、品種和生長季間的交互效應達顯著水平。總體來看，隨著施磷量的增加成穗數呈增加趨勢，除2014-2015生長季的蘭考198外，P60較P0處理均顯著增加；繼續增加施磷量，成穗數的增幅減緩，處理間差異程度因品種和生長季而異，但P180和P240間均無顯著差異。不同小麥品種的穗粒數均隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢，前后兩生長季的峰值分別出現在P180和P120，在2015-2016生長季，P120的穗粒數均顯著高于其他處理。千粒重總體表現為P120、P180>P60>P0>P240，多數品種P120、P180處理的千粒重顯著高于P0，表明適量施磷有利于提高小麥千粒重，但過量施磷反而降低千粒重。兩生長季施磷可不同程度提高小麥收獲指數，隨著施磷量的增加，收獲指數總體呈先升后降的趨勢，在2014-2015生長季不同品種收獲指數達到峰值的施磷量不同，在2015-2016生長季6個品種均以P120處理收獲指數最高。

表1 施磷量對冬小麥產量構成因素和收獲指數的影響Table 1 Effect of phosphorus application rate on yield components and harvest index in winter wheat

同一品種同列數據后的不同小寫字母表示處理間差異顯著(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 施磷量對經濟效益的影響

以肥料投入和小麥產出計算經濟效益的結果(圖2)表明，6個小麥品種的經濟效益均隨著施磷量的增加呈先升后降的趨勢，在施磷0～60 kg·hm-2范圍內迅速增加，之后增加幅度減緩甚至降低，且經濟效益達到峰值的施磷量在不同生長季和品種間不同。與P0相比，施磷處理均顯著提高了各小麥品種的經濟效益，但不同施磷處理間的差異程度因生長季和品種而異。在2014-2015生長季，開麥20的經濟效益以P120最高，其他品種均以P180最高，僅洛麥22的P180經濟效益顯著高于P120。在2015-2016生長季，各小麥品種的P120經濟效益均顯著高于其他處理，6個品種的平均值分別較P0、P60、P180和P240提高65.0%、13.5%、12.7%和24.7%；P60的經濟效益和P180差異不顯著，但二者均顯著高于P240。

2.4 小麥獲得最佳產量和經濟效益的施磷量

兩生長季6個小麥品種的籽粒產量和經濟效益與施磷量間均可用二次曲線模型描述(表2)。最佳經濟效益施磷量均低于最佳產量施磷量，降幅為6.1%～18.5%，但其在不同生長季的降低幅度不同。在2014-2015生長季，小麥獲得的最佳產量和經濟效益的施磷量在品種間差異較大，其中，西農3517最低，分別為159.7和142.8 kg·hm-2，蘭考198最高，分別為322.2和270.4 kg·hm-2，其他品種介于二者之間。說明冬小麥產量對施磷量的響應存在品種差異。在2015-2016生長季，不同小麥品種的最佳施磷量差異較小，獲得最佳經濟效益的施磷量為128.3～139.1kg·hm-2，均低于其獲得最佳產量的施磷量(137.9～149.6 kg·hm-2)，但獲得最佳經濟效益時的產量較最高產量僅略有降低(0.12%～0.68%)，表明適量減施磷肥對小麥產量影響不明顯。可見，根據最佳經濟效益推薦施磷量可在一定程度上降低磷肥用量，且不影響籽粒產量。

圖2 施磷量對冬小麥經濟效益的影響

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

2.5 施磷量對小麥磷肥農學效率的影響

不同小麥品種的磷肥農學效率差異較大，但均隨施磷量的增加逐漸降低，且降低幅度在不同生長季表現不同(表3)。總體來看，不同施磷處理間磷肥農學效率差異顯著，且2015-2016生長季的P60和P120處理較2014-2015生長季明顯提高，6個品種平均提高13.0 kg·kg-1和11.4 kg·kg-1。在2014-2015生長季，P60的小麥磷肥農學效率顯著高于其他施磷處理，而P240顯著低于其他處理，西農979、西農3517和開麥20的P120磷肥農學效率顯著高于P180。在2015-2016生長季，P60的磷肥農學效率較P120高8.5 kg·kg-1，各品種在兩處理間差異均顯著(除蘭考198和泛麥8)，各品種P120的磷肥農學效率也均顯著高于P180，平均較P180高13.1 kg·kg-1，而P180的磷肥農學效率僅西農3517和蘭考198顯著高于P240。可見，增加施磷量會降低磷肥農學效率。

表3 施磷量對冬小麥磷肥農學效率的影響Table 3 Effects of phosphorus application rate on phosphorus agronomy efficiency in winter wheat kg·kg-1

同年度同列數據后的不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

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

3 討 論

適量施磷不僅有利于提高小麥群體結構和開花后干物質積累量、葉面積指數及冠層截獲光合有效輻射值[7]，且提高了小麥成穗數、穗粒數和千粒重，從而提高了籽粒產量[15-16]。本研究表明，施磷較不施磷處理提高了成穗數、穗粒數和千粒重，從而顯著提高了小麥產量；P240較P120和P180，成穗數維持穩定或略有增加，但穗粒數和千粒重降低，使產量降低，這與前人的研究結果類似[6-9]。說明施磷量適宜時才能提高小麥產量。由于生態條件、土壤肥力、施磷水平以及供試品種等因素的不同，不同研究中冬小麥適宜施磷量不同。在長江中下游地區，低磷土壤上強筋小麥施P2O5144 kg·hm-2、中筋和弱筋小麥施P2O5108 kg·hm-2時產量最高[6]。在豫北部潮土地區，小麥產量以施P2O5225 kg·hm-2最高[7]，也有報道認為，施P2O590～180 kg·hm-2就可獲得最高產[11]。在豫西旱作區，施P2O5100 kg·hm-2時產量最高[17]。河北地區，施P2O5240 kg·hm-2的小麥產量與施P2O5120 kg·hm-2相當[4]。在京郊有效磷含量30 mg·kg-1的中高產田，施P2O5150 kg·hm-2小麥產量最高[16]。本研究中，就6個品種總體而言，前后兩個生長季的適宜施磷量分別為180和120 kg·hm-2，第二生長季適宜施磷量降低，主要是因為前期施磷量在土壤中有一定蓄積，使下茬小麥獲得最高產量的施磷量降低[18]。

由于肥料成本投入與作物產出之間符合報酬遞減規則，很多學者采用肥料效應函數法，建立肥料效應方程來計算最佳施肥量，并用作推薦施肥的依據[19]。本研究表明，施磷量與小麥產量和經濟效益間均可用二次效應方程描述，且方程回歸獲得的最高產量的施磷量均高于最佳經濟效益的施磷量，尤其是在2015-2016生長季，獲得最佳經濟效益的施P2O5量為128.3～139.1 kg·hm-2，較最佳產量施P2O5量(137.9～149.6 kg·hm-2)降低5.7%～12.1%，但其對應的產量僅降低0.12%～0.68%，說明基于經濟效益推薦施磷量能在保證產量的同時進一步降低施磷量，低磷灌區小麥推薦施肥時可盡量向最佳經濟效益施肥量靠攏。

提高磷肥農學效率是科學施磷的主要目標。我國由于小麥生產中施磷不科學特別是過量施磷，平均小麥磷肥農學效率為10.2 kg·kg-1[20]，黃淮海地區僅6.0 kg·kg-1[21]，均低于世界平均水平[22]。黃淮海地區的調查結果表明，河南小麥磷肥用量為0～300 kg·hm-2[23]，山東惠民縣小麥磷肥用量為0～726 kg·hm-2[24]，造成了小麥磷肥農學效率低且變異較大[20]。磷肥農學效率還與土壤磷素狀況密切相關，土壤速效磷含量中低等條件下，施磷顯著提高小麥產量，但土壤速效磷含量超過30 mg·kg-1，施磷不增產甚至減產，磷肥農學效率下降[25]。本研究表明，不同品種的磷肥農學效率差異較大，但均隨施磷量增加而降低，P60、P120、P180、P240的磷肥農學效率分別為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普遍高于全國平均水平，P240也高于黃淮海地區的平均水平，主要原因是本研究在低磷灌區開展，土壤速效磷含量僅為6.3 mg·kg-1，施磷產量變化大，磷肥農學效率也就高[21]。另外，本試驗條件下小麥生長發育過程中的水分和氮、鉀肥供應適宜，激發了磷肥增產效應，是磷肥農學效率較高的又一原因[7]。

4 結 論

隨施磷量的增加，小麥籽粒產量和經濟效益呈先升后降的趨勢，而磷肥農學效率逐漸下降。2015-2016生長季P0的小麥產量以及達到最高產量和最高經濟效益的施磷量均較2014-2015生長季低，P60和P120的磷肥農學效率也大幅提高，說明施磷對小麥產量和經濟效益的影響具有一定的后效性。回歸結果表明，小麥的最佳經濟效益施磷量低于最佳產量施磷量，而二者對應的產量相差很小。綜合考慮產量、效益和效率，低磷灌區小麥宜施P2O5120～140 kg·hm-2。

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