滴灌施磷對甜菜磷養分吸收及磷肥利用率的影響

王 娟，白如霄，陳英花，楊克明，崔 健，危常州*

［1．石河子大學農學院，新疆 石河子 832003；2．新疆生產建設兵團第九師農業科學研究所（畜牧科學研究所），新疆 塔城 834601］

磷是植物生長發育必需的營養元素［1］，以有機和無機形式在植株體內直接參與植物光合產物的合成和運轉［2］，也參與甜菜光合作用中光合磷酸化和碳循環的許多過程［3-5］。充足的磷素供給是甜菜高產高糖的物質基礎，磷素缺乏會造成物質代謝失調，阻礙糖分運輸，不利于甜菜產量形成及糖分積累［6-7］，磷對甜菜塊根的產量構成及含糖率具有重要作用［7-9］。磷在土壤中的移動性較差，施入的磷肥極易被固定，當季利用率低［10-11］。滴灌能有效實現水肥一體化，減少水肥損失并提高水肥利用效率以及作物的產量和品質［12-14］。近年來，甜菜滴灌施肥的相關研究大部分集中在甜菜氮素養分管理方面［15-19］，而針對滴灌條件下甜菜磷肥管理及養分積累和分配的研究較少。

在新疆高糖生產區塔額盆地甜菜生產中，通過滴灌分次水肥一體化施用磷肥，研究施磷對甜菜磷養分積累與分配、產量及磷肥利用率的影響，以期為當地滴灌甜菜高產高效生產磷肥的合理施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于 2019年在新疆塔額盆地168團一連（41°30′ N，112°64′ E，海拔1780 m） 進行。該區域屬中溫帶大陸性氣候，有效積溫2800～3200℃，無霜期126～140 d。供試品種Beta796（Beta vulgarisL.）。供試土壤為砂壤土，0～20 cm土壤有機質含量19.8 g·kg-1，堿解氮50.38 mg·kg-1，有效磷15.42 mg·kg-1，速效鉀205.8 mg·kg-1，pH值7.2。

1.2 試驗設計

試驗共設4個處理，以不施磷肥處理為對照（P0），其余3個處理磷素施用量分別為120、180、240 kg·hm-2，分 別 記 作P1、P2和P3。N用 量 為210 kg·hm-2，K2O用量為150 kg·hm-2，氮、磷、鉀肥均為灌溉施肥，按各時期比例全部追施。磷肥（磷酸二銨，18-46-0）分5次滴灌施用，第一次（塊根形成分化期）為施用總量的30%；第二次（葉叢快速生長期）為施用總量的25%；第三次（葉叢快速生長期）為施用總量的20%；第四次（塊根及糖分增長期）為施用總量的15%；第五次（塊根及糖分增長期）為施用總量的10%。氮肥（尿素，0-0-46）和鉀肥（硫酸鉀，0-0-50）也在以上生育期分比例同磷肥一起通過灌溉施肥施入土壤。全生育期灌水量為5625 m3·hm-2，共灌溉9次。

小區面積為150 m2，每個處理重復3次，田間隨機排列，4月7日播種，10月11日收獲。播種行距45 cm，株距19 cm，理論株數為11.7萬株· hm-2。灌溉時間與當地甜菜大田生產保持一致，其他栽培管理同一般高產田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 甜菜干物質

在甜菜生長苗期（5月16日）、塊根形成分化期（6月20日）、葉叢快速生長期（7月16 日） 、塊根及糖分增長期（8月20日）、糖分積累期（9月11日）、收獲期（10月11日）取各小區代表性植株5株帶回實驗室，將植株分為地上部和地下部。將地上部、地下部植株樣品用自來水洗凈后，再用蒸餾水沖洗 2～3 次，在105℃下殺青30 min。地上部在75℃烘箱中烘干至恒重；地下部塊根置于通風干燥處晾干（塊根中后期含糖量較高，殺青后直接烘干易流失糖分），再放置 75℃下烘干至恒重，稱量植物樣品干重。

1.3.2 甜菜植株含磷量

烘干樣品粉碎后過0.25 mm篩。植株全磷采用H2SO4-H2O2消煮，使用釩鉬黃比色法測定。

1.3.3 產量測定

收獲期對各處理未取樣的小區進行實收。每個處理量取6.67 m2，將所有甜菜塊根完好挖出，按照國家標準切削［20］，清點塊根數，稱量塊根鮮質量。

1.3.4 甜菜品質的測定

每個小區選取具有代表性的甜菜塊根10株，測定甜菜含糖率。將甜菜塊根清洗干凈后，使用甜菜塊根取樣器在葉痕處以45°斜插入甜菜塊根，取出條狀樣品，使用榨汁鉗榨取汁液，用手持式折光儀（日本，愛拓）分別測定塊根錘度值，乘以0.83得到塊根含糖率［21］。利用甜菜品質分析儀（德國，維尼瑪）進行α-氨基氮、K+和 Na+含量的測定。

1.4 相關參數計算

甜菜磷素積累量（kg·hm-2）=植株磷含量（%） ×單位面積干物質重（kg·hm-2）

磷肥利用率（%）=（施磷處理甜菜收獲時磷吸收養分總量 - 未施磷處理甜菜磷吸收養分總量） /磷肥施入量×100

磷肥偏生產力（kg·kg-1）=施磷處理收獲期塊根產量/磷肥施入量

磷肥農學效率（kg·kg-1）=（施磷處理甜菜塊根產量 - 不施磷處理甜菜塊根產量） /磷肥施入量

1.5 數據分析

采用Excle 2016對數據進行處理和圖表制作，采用SPSS 19.0對數據進行差異性檢驗和Logistic方程的擬合。

2 結果與分析

2.1 施磷對甜菜干物質積累的影響

不同施磷處理甜菜總干物質積累量隨生育期持續增加，在收獲期達到最大值 （圖 1），P0、P1、P2和P3處理的干物質積累量分別為25721.9、29762.5、31462.8和32428.5 kg·hm-2。甜菜塊根分化形成期（出苗后60 d）未施磷肥，不同處理間無顯著差異。甜菜干物質積累量在不同生育期均表現為隨施磷量的增加而增加。葉叢快速生長期施磷處理干物質積累顯著高于P0處理，P1、P2和P3處理干物質積累量較P0處理分別增加16.6%、24.7%和27.9%；但P2、P3處理間干物質積累差異不顯著。隨著生育期的推進，在塊根及糖分增長期、糖分積累期至收獲前各處理間干物質積累量差異逐漸增大，P0處理干物質積累差異顯著。

圖1 不同施磷量下甜菜干物質積累量

通過對不同生育時期甜菜干物質積累量進行 Logistic 方程擬合（表1） 發現，不同施磷處理干物質積累模型相關系數（R2） 均達極顯著水平（P＜0.01）。計算方程相關參數可知，P0處理干物質積累最大速率出現時間 （T）為96.2 d，晚于其他施磷處理。不同施磷處理干物質積累快速增長的開始時間（t1）在出苗后69.6～70.4 d，結束時間（t2）在出苗后118.7～122.8 d。不同處理干物質快速增長持續期 （Δt）隨施磷量的增加而減少，為53.2～48.5 d。干物質最大增長速率 （Vmax）和平均增長速率（Vmean）隨施磷量的增加而增加；不同處理Vmax分別為324.8、376.8、423.3和443.7 kg·hm-2·d-1，較P0處理分別增加16.0%、30.3% 和36.6%。不同處理Vmean分別為149.2、169.6、178.3和185.7 kg·hm-2·d-1，較P0處理分別增加13.7%、19.5%和24.5%。以上結果均表明，施磷可以在短時間內快速積累干物質，顯著增加甜菜干物質積累量以及提高干物質積累速率，減少干物質快速積累持續的天數。

表1 不同施磷量下甜菜干物質積累的模型及特征值

2.2 施磷對甜菜磷積累與分配的影響

不同施磷處理對甜菜磷積累量的影響如圖 2 所示。在甜菜塊根形成分化期未施用磷肥，各處理磷積累總量無顯著差異。葉叢快速生長期和塊根及糖分增長期，甜菜地上部、地下部磷積累量顯著增加，施磷處理磷積累量顯著高于P0處理，且不同處理間差異顯著，其中塊根及糖分增長期甜菜P1、P2和P3處理整株磷積累量較P0處理分別增加25.6%、47.8%和71.7%。在糖分積累期，甜菜地上部磷積累變緩，施磷處理磷積累量顯著高于P0處理，不同處理地上部磷積累量分別為20.96、26.55、29.26和33.67 kg·hm-2，但P1、P2處理間差異不顯著；地下部磷積累量隨施磷量的增加而增加，且不同處理間差異顯著。至收獲期，由于地上部葉片脫落，磷積累量較生育前期減少，不同施磷處理地上部磷積累量分別為14.64、18.66、21.11和23.99kg·hm-2，但不同處理間差異顯著；地下部磷積累量仍在增加，P3處理地下部磷積累量為74.25 kg·hm-2，較P0、P1和P2處理顯著增加76.7%、24.8%和12.1%；甜菜磷積累總量隨施磷量增加而增加，不同處理間差異顯著。綜上，施磷有利于提高生育后期甜菜磷積累量，其中對收獲器官磷積累量的增加更顯著。

圖2 不同施磷量下甜菜不同器官磷積累量

不同施磷處理下植株地上部、地下部磷分配率如表2 所示。甜菜塊根分化期地上部磷分配比例大于地下部，為67.59%～68.71%；隨生育期的推進，在葉叢快速生長期甜菜地上部磷分配率降低，為45.61%～48.23%，以上生育時期甜菜地上部、地下部磷分配率在不同處理間均無顯著差異。隨施磷量的增加，塊根及糖分增長期甜菜地下部磷積累量呈增加的趨勢，其中P3處理地下部磷分配率達62.38%，高于P2處理地下部磷分配率59.56%；顯著高于P0和P1處理。在塊根糖分積累期，甜菜地下部磷分配比例隨施磷量增加而增加，不同處理地下部磷分配比例分別為59.76%、62.63%、62.90%和62.27%；但不同處理間差異不顯著。收獲期不同處理甜菜塊根地下部磷分配比例為74.16%～75.83%，達最大值，不同施磷處理間差異不顯著。綜上，甜菜磷素吸收主要分布在地下部，各處理磷素地上/地下部分配率差異不大。

表2 不同施磷量下甜菜磷分配率 （%）

2.3 不同施磷量對甜菜產量品質及經濟效益的影響

表3數據顯示，甜菜產量隨施磷量的增加而增加，施磷處理產量顯著高于P0處理，P1、P2和P3處理塊根產量分別比P0處理增加11.57%、18.58%和20.89%，P3處理產量最高，達108770kg·hm-2，P3處理顯著高于P1處理，但與P2處理無顯著差異。收獲期不同施磷處理甜菜塊根蔗糖含量隨施磷量的增加而增加；與P0處理相比，P1、P2和P3處理蔗糖含量分別增加1.18%、2.90%和3.37%，P3、P2處理塊根蔗糖含量顯著高于P0處理，P1與P0處理間蔗糖含量差異不顯著。施磷處理蔗糖產量顯著高于P0處理，P3處理蔗糖產量為18681 kg·hm-2，與P2處理無顯著性差異，顯著高于其他處理。不同施磷處理對甜菜塊根中Na+含量無顯著性影響，不同處理間無顯著性差異。P3處理塊根K+與α-N含量表現出相同的趨勢，P0、P1和P2處理間K+含量與α-N含量無顯著性差異，在高施磷量情況下，收獲期P3塊根中K+和α-N含量顯著低于P2處理。綜上，施磷能顯著提高甜菜塊根的含糖率，但對甜菜塊根品質無顯著性影響。

表3 不同施磷量下甜菜產量、品質及經濟效益

甜菜產量效益和磷肥增產效益均隨施磷量的增加而增加；施磷處理產量效益顯著高于P0處理，但P3與P2處理間產量效益無顯著性差異。與P0處理相比，P3、P2和P1處理的磷肥增產效益分別為5546、5262和3198元·hm-2，經濟效益分別提高14.54%、13.32%和7.89%，施磷能夠提高甜菜的經濟效益。

2.4 不同施磷量對甜菜磷肥利用效率的影響

表4結果表明，隨施磷量的增加，磷肥當季利用率呈增加趨勢，達31.54%～39.66%。甜菜磷肥農學效率呈先增大后減小的趨勢，P2處理磷素農學效率最大，為92.89 kg·kg-1，分別較P1、P3處理增加16.80%、18.6%。磷肥偏生產力則隨著施磷量增加而減少，P1、P2和P3處理的磷肥偏生產力從836.54 kg·kg-1降低至592.75和453.21 kg·kg-1，P2和P3處理的磷肥偏生產力較P1處理分別下降29.14%和45.82%。

表4 不同施磷量下的甜菜磷肥利用效率

2.5 甜菜相對產糖量、經濟效益、肥料利用率效應方程及磷肥推薦用量

以甜菜不同施磷處理最高產糖量、最高經濟效益和最高利用率為100%，分別計算不同處理相對產糖量、經濟效益、肥料利用率的百分比。采用二元一次方程模擬施肥量與甜菜相對產糖量、相對經濟效益及相對肥料利用率的效應方程（圖3），且不同肥料效應方程均達到極顯著水平。根據甜菜相對產糖量、相對經濟效益及相對肥料利用率的肥料效應方程，甜菜相對產糖量達95%時磷肥施用量為187.4 kg·hm-2；甜菜相對經濟效益達95%時磷肥施用量為85.1 kg·hm-2；甜菜相對磷肥利用率達95%時磷肥施用量為161.8 kg·hm-2。產糖量能夠反映制糖企業利益，相對經濟效益能夠反映農戶利益，綜合二者收益并結合相對肥料利用率，當地種植甜菜滴灌推薦施磷（P2O5）量為85.1～187.4 kg·hm-2。

圖3 甜菜相對產糖量、經濟效益、肥料利用率效應方程

3 討論

合理施用磷肥是調控作物生長發育與產量形成的重要措施。研究表明，甜菜植株干物質積累量與施磷量呈正相關，提高施磷量能增加甜菜各器官干物質積累量［21-22］，甜菜各生育時期總吸磷量與施磷量均呈極顯著正相關［23］。多數研究結果表明甜菜產量隨施磷量的增加而顯著增加［24-26］，磷肥促進甜菜塊根糖分的積累，且隨著磷肥施用量的增加甜菜含糖率、產糖量均增加［24，27-29］；但也有研究表明磷肥對塊根含糖率沒有明顯的影響［30］，本研究結果表明，隨施磷量的增加甜菜產量、含糖率及產糖量均呈增加的趨勢。不同地區最佳磷肥施用量存在較大差異，東北產區磷肥（P2O5）推薦量為47.94～92.06 kg·hm-2［28-29，31］，內蒙古產區磷肥（P2O5）推薦量為52.5～248 kg·hm-2［15，26，32-34］；本研究結果表明，磷肥推薦量（P2O5）為187.4 kg·hm-2時甜菜能獲得較高的產糖量，高于曹禹等［35］在新疆伊犁產區的推薦量（P2O5138 kg·hm-2）。不同地區土壤磷養分供應、產量水平、栽培模式及灌溉方式等多種因素存在差異，因此導致不同地區磷肥推薦用量也存在較大差異。胡偉等［36］多點試驗結果表明，甜菜磷肥的利用率均偏低，平均為15.38%；本文結果表明甜菜磷肥利用率在31.54%～39.66%之間，高于孫洪仁等［37］提出我國甜菜磷肥當季利用率大多在10%～30%之間的結論。這可能是以往研究中磷肥多進行撒施或條施，而本研究磷肥是水肥一體化分次施用，可以將磷肥集中施用在根系附近，促進根系吸收磷肥［38］，減少磷肥在土壤中的固定，從而提高磷肥利用效率［10，12］。因此，在本試驗條件下，滴灌施用磷肥（P2O5）85.1～187.4 kg·hm-2是當地甜菜生產較為適宜的推薦用量。

4 結論

滴灌施磷能增加甜菜干物質積累量和磷素積累量，提高干物質的最大累積速率及平均積累速率。施磷有利于提高生育后期甜菜磷積累量，甜菜磷積累主要分布在地下部，但施磷對甜菜收獲期磷素地下部分配率的影響不顯著。 施磷能提高甜菜磷肥利用率，降低甜菜磷肥偏生產力。綜合甜菜產糖量、經濟效益和磷肥利用率，當地甜菜生產中滴灌施用磷肥（P2O5）的推薦用量為85.1～187.4 kg·hm-2。