磷肥減施對間作大豆／玉米農藝性狀及產量、經濟效益的影響

田藝心，曹鵬鵬，張海英，高鳳菊

（1.德州市農業科學研究院，山東德州 253015；2.德州市陵城區邊臨鎮農業綜合服務中心，山東德州 253500）

近年來，在國家農業相關政策推動下，大豆／玉米間套作模式推廣應用較為普及［1，2］，這對于緩解當前大豆、玉米供需矛盾，保證國家糧食安全，促進農業可持續發展具有重要積極意義。2020年中央一號文件再次明確指出加大對玉米、大豆間作新農藝推廣的支持力度，農業農村部〔2020〕1號文件進一步要求因地制宜在黃淮海和西南、西北地區示范推廣玉米、大豆帶狀復合種植技術模式，拓展大豆生產空間，因此，大豆／玉米間作模式及其相關配套農藝的持續研究有利于促進該模式在全國大豆、玉米主產區的順利推廣及應用。

磷肥對作物生長發育和產量形成具有不可替代的作用。先前農民為作物增收投入大量磷肥，導致農田磷肥施用量逐年增加，2016年已達到830萬噸［3］，但我國磷肥當季利用率只有7.3%～20.1%［4］，過多磷素存于土壤，造成資源過剩和環境隱患。由于磷肥的利用率受施磷量影響較大，且各地區存在差異［5-8］，因此磷肥施用需因地制宜科學施肥，才能保證作物產量和質量。大豆、玉米間作，作物水肥空間及土壤成分均發生變化，先前單作施肥方式已不適宜間作施肥，傳統磷肥施用方式亟需改善；另一方面，眾多研究表明，不同作物間作有利于肥料吸收，如花生／玉米［9］、蠶豆／小麥［10］、蠶豆／玉米［11］等間作體系中，種間促進作用可顯著提高磷的吸收，但關于大豆／玉米間作體系中磷肥減施是否可行的研究相對較少。因此，本研究結合黃淮海地區玉米、大豆帶狀復合種植技術，設置不同施磷水平處理，旨在優化間作體系磷肥施用方式，達到節肥增效，避免環境污染，為大豆／玉米間作高產高效栽培提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗于2018—2019年在德州市農業科學研究院科技園區內進行。該園區屬于溫帶大陸性氣候，年日照時數2 595.5 h，年均氣溫13.2℃，年均降水量550.3 mm，且75%降水集中在7—9月。試驗地為壤土，0～20 cm土層pH值7.01，有機質含量 11.37 g／kg、全氮0.58 g／kg、有效磷21.12 mg／kg、速效鉀 111.25 mg／kg。前茬作物為冬小麥，收獲后機械滅茬，人工鏟出麥秸后機械旋耕整地，澆水造墑。

供試大豆品種齊黃34，由山東省農業科學院作物研究所提供；玉米品種登海605，由山東登海種業股份有限公司提供。

供試氮磷鉀肥分別為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、硫酸鉀（K2O 50%），均由當地農資市場購買。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，重復3次。小區長5 m，寬8m，面積40 m2。每小區包含3帶，每帶4行大豆、2行玉米。大豆行距均為0.3 m，玉米行距均為0.4 m，帶距0.65 m。2行玉米間種4行大豆，復合帶狀種植。大豆株距16 cm，折合每公頃密度9.38萬株；玉米株距15 cm，折合每公頃密度6.68萬株。每小區大豆、玉米氮鉀施肥量不變，磷肥施用量共設5個處理，處理Ⅰ：大豆、玉米常規施肥；處理Ⅱ：大豆常規施肥，玉米磷肥減施1／2；處理Ⅲ：大豆磷肥減施 1／2，玉米常規施肥；處理Ⅳ：大豆磷肥減施1／2，玉米磷肥減施1／2；處理Ⅴ：大豆及玉米均不施肥。各處理施肥量如表1所示。大豆、玉米均于6月10日適墑人工開溝點播，播種第二天均人工單行耬施各肥料。試驗期內田間管理措施一致，均按當地高產田進行。

表1 施肥處理

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株農藝性狀測定 作物成熟后分別在各小區收取10株大豆、10株玉米進行常規考種。大豆考查株高、底莢高、分枝數、節數、有效莢數、單株粒數、單株粒重等農藝性狀。玉米考查株高、穗位高、穗長、禿頂長、穗行數、行粒數、百粒重、單穗重等農藝性狀。

1.3.2 作物產量測定 對各小區成熟玉米、大豆分別進行收獲，人工脫粒后自然曬干，稱量小區籽粒產量，最終折合成公頃產量。

1.3.3 作物經濟效益計算 玉米、大豆及肥料按每千克市場價格計算，其中玉米價格為1.6元、大豆4.4元、尿素1.6元、過磷酸鈣 0.4元、硫酸鉀2.1元，計算經濟效益（產量×玉米或大豆價格-施肥量×肥料價格）。

1.4 數據統計分析方法

采用Microsoft Excel 2010軟件對數據進行處理和計算，通過SPSS 17.0軟件進行統計分析，用LSD法檢測處理間差異顯著性（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 磷肥減施對間作大豆農藝性狀的影響

由表2看出，玉米／大豆間作情況下，大豆帶磷肥減施1／2對株高、底莢高均無顯著影響；不施肥處理下，株高、節數、有效莢數、單株粒數、單株粒重均顯著低于施肥處理，底莢高顯著高于施肥處理，表明施肥對作物生長具有促進作用。分枝數受施肥影響較小，各處理間均無顯著差異。施用磷肥30 kg／hm2處理下，有效莢數、單株粒數、單株粒重均顯著高于施用磷肥60 kg／hm2處理，表明磷肥施用過多對大豆生長并無明顯促進作用，適宜磷肥處理對大豆生長反而更有利。另外，間作大豆生長主要受大豆帶磷肥施用量影響，受間作玉米帶磷肥施用量影響較小。

表2 磷肥減施對間作大豆農藝性狀的影響

2.2 磷肥減施對間作玉米農藝性狀的影響

由表3看出，施肥處理下玉米株高、穗長、穗行數、行粒數、單穗粒重等農藝性狀均顯著高于不施肥處理，而穗位高、禿頂長顯著低于不施肥處理，表明玉米生長受施肥影響較大。磷肥減施1／2處理與磷肥不減施條件下，玉米各農藝性狀均未受到顯著影響，表明玉米生長需磷量有一定適宜范圍，過量施用磷肥對玉米生長并無顯著促進作用。且玉米生長需磷量受間作大豆施磷量影響較小。

表3 磷肥減施對間作玉米農藝性狀的影響

2.3 磷肥減施對間作大豆和玉米產量及經濟效益的影響

由表4看出，不同用量磷肥處理下，大豆產量出現顯著差異。處理Ⅰ、Ⅱ之間，處理Ⅲ、Ⅳ之間大豆產量均無明顯變化，表明玉米帶磷肥減施對大豆產量無影響。大豆帶磷肥減施1／2后大豆產量均顯著高于不減施處理，其中處理Ⅲ、Ⅳ大豆產量比處理Ⅰ分別增加10.01%、7.89%，比處理Ⅱ分別增加14.80%、12.59%，表明過多施用磷肥對大豆產量并無促進作用，反而會因施肥過量造成產量下降。另外，施肥后的大豆產量均顯著高于不施肥處理，相比處理Ⅴ，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ大豆產量分別提升 42.01%、36.08%、56.22%、53.22%。

玉米產量在各施肥處理間無顯著差異，但均顯著高于不施肥處理，相比處理Ⅴ，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ玉米產量分別提升 19.47%、17.62%、22.00%、19.79%。

由表4還可以看出，不同磷肥處理下，大豆經濟效益與產量表現相一致，大豆帶磷肥減施1／2處理后大豆經濟效益均顯著高于其它處理。處理Ⅲ大豆經濟效益分別比處理Ⅰ、Ⅱ提高17.81%、24.23%，處理Ⅳ大豆經濟效益分別比處理Ⅰ、Ⅱ提高15.20%、21.48%，這表明磷肥施用過多對大豆經濟效益增加無積極作用，反而會造成產量下降、成本增高、經濟效益降低。玉米磷肥減施和不減施處理下雖然產量和經濟效益差異不顯著，但磷肥減施后成本降低，玉米經濟效益相對增加，處理Ⅲ分別比處理Ⅰ、Ⅱ提高2.29%、2.18%，處理Ⅳ分別比處理Ⅰ、Ⅱ提高2.07%、1.96%。施肥后的大豆和玉米經濟效益均顯著高于不施肥處理，其中處理Ⅰ～Ⅳ大豆經濟效益比處理Ⅴ分別增加14.69%、8.76%、35.12%、32.12%，處理Ⅰ～Ⅳ玉米經濟效益比處理Ⅴ分別增加10.13%、10.25%、12.66%、12.42%。

表4 磷肥減施對間作大豆和玉米產量及經濟效益的影響

3 討論與結論

磷是作物體內許多重要化合物的組成成分，對大豆和玉米生長發育及產量形成均具有重要影響。施用磷肥雖是保證作物產量的重要手段，但過量施用并不能保障產量提高，反而造成資源浪費、污染環境，影響農業可持續發展。眾多研究表明，不同作物間套作可充分利用土地資源，顯著提高系統作物對土壤氮、磷、鉀等養分的利用率，如玉米間作蕹菜能夠降低土壤及蔬菜中的硝酸鹽含量，提高氮肥利用率［12］；番茄間作架豆使土壤全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別增加16.9%、14.0%、26.6%和23.4%，番茄增產 15.7%［13］；木薯／花生間作系統中，間作花生的根際土壤堿解氮、有效磷、有效鉀量比單作花生增加145.9%～195.9%，間作木薯的根際土壤有效鉀、有效磷含量分別比單作木薯增加 161.8%和 187.9%［14］。因此，通過不同作物間作種植提高肥料利用率，是目前實現肥料減施增效的有效手段之一。

本研究結果表明，玉米大豆間作下，磷肥減施1／2對大豆植株節數、有效莢數、單株粒數、單株粒重等農藝性狀均無負面影響，玉米各農藝性狀也未產生顯著變化。究其原因可能與間作玉米和大豆根系互作促進土壤磷活化，促使根際土壤有效磷含量增加，促進作物對磷的吸收，增強土壤對磷的固持能力有關。這在劉均霞［15］、周濤［16］等的研究結果中均已得到印證。另外，間作大豆生長主要受大豆帶磷肥施用量影響，受間作玉米帶磷肥施用量影響較小。這一方面可能與玉米大豆帶間距有關，另一方面與大豆帶和玉米帶施磷深度有關［17］，具體原因尚需深入研究。

磷肥增產效果受多種因素控制，如土壤有效磷含量［18］、施磷量［19］、基因型［20］等。蔡柏巖［21］、程鳳嫻［22］等研究均發現，低磷土壤（4 mg／kg）施磷肥增產顯著，中磷土壤（15 mg／kg）施磷肥增產不顯著，高磷土壤（70 mg／kg）施磷肥，大豆產量不增反減。陳遠學等［23］前期研究發現麥／玉／豆間套作體系中，土壤磷含量較高時大豆莖對磷存在“奢侈吸收”，易造成植株徒長而影響大豆結莢和鼓粒。本試驗結論與前人研究有相似之處：供試土壤有效磷含量（21.12 mg／kg）基本處于中等或較高水平，常規施肥處理和大豆帶磷肥不減施情況下，大豆對磷肥實際處于“奢侈吸收”狀態，過多磷素對大豆產量并無有利影響，反而顯著低于磷肥減施處理。供試玉米帶磷肥減施后產量并未有顯著差異，表明較高磷土壤上過量磷對提高玉米產量也是無益。另外，所有施肥處理大豆和玉米產量均顯著高于不施肥處理，表明雖然磷肥減施對產量無不利影響，但僅靠土壤本身難以保證產量需求，適當施肥對提高作物產量具有積極作用。磷肥減施后，成本降低，加之大豆和玉米產量未受負面影響，因此磷肥減施后大豆和玉米經濟效益值相對增加，其中相比磷肥未減施處理大豆經濟效益增加15.20%～24.23%，玉米經濟效益增加1.96%～2.29%；相比未施肥處理大豆經濟效益增加8.76%～35.12%，玉米經濟效益值增加 10.13% ～12.66%。

總體來看，減磷1／2與常規施磷水平相比，玉米大豆間作在減磷條件下依然可以維持較高產量及經濟效益，表明在土壤有效磷含量中等情況下，玉米大豆間作體系存在節約施磷的空間，有利于節肥增效，減少資源浪費及環境污染，進而促進農業可持續發展。同時，關于豆科-禾本科間作對磷肥利用率有效性機制、間作體系中磷素遷移轉化與根系構型、潛入深度及根系分泌物的關系均尚需深入探討。