磷肥調控對冀中南平原區小麥—玉米輪作土壤有效磷含量和作物產量的影響

侯大山，王瑞文*，宋小穎，張潤博，張振冉，王云超，崔瑞秀，劉鑫翠，李光，常苑苑，張廣輝，李娟茹*

（1.石家莊市農業技術推廣中心，河北 石家莊 050051；2.江西農業大學，江西 南昌 330045；3.石家莊市農產品質量檢測中心，河北 石家莊 050000；4.中華現代農業河北有限公司，河北 石家莊 050000；5.正定縣土壤肥料站，河北 石家莊 050000）

冀中南平原區是我國重要的糧食產區，該區種植制度為小麥—玉米輪作一年兩熟制[1]，而磷肥作為當地農業生產中的一項重要物資性投入，是實現糧食高產穩產的重要物質保障[2～4]。前人研究表明，與氮肥和鉀肥施用不同，磷肥在小麥季和玉米季全部底施，施入土壤后大部分積累在土壤中，不能及時被作物吸收利用[5，6]；加上近年來秸稈還田技術的實施，使冀中南平原耕層土壤的有效磷含量持續增加，周年循環呈盈余狀態[7，8]，平均含量達28.54 mg/kg[9]，耕層有效磷含量水平較高[10]。隨著種植年限和施磷量的增加，土壤磷盈余量不斷提高[11，12]，不僅造成磷肥利用率降低和資源的巨大浪費[13～15]，還造成潛在的環境污染風險[16～18]。實際生產中合理利用磷肥，減少磷素在土壤中的累積，已成為該區域小麥—玉米輪作養分管理的重點。為了實現磷肥減量增效，2018～2019 年在冀中南平原區開展了小麥—玉米輪作制度下磷素調控技術對耕層土壤有效磷含量和作物產量的影響研究，旨為該區目前生產條件下科學施用磷肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在冀中南平原區具有典型代表性的石家莊市正定縣新安鎮秦家莊村進行。該區屬溫帶大陸季風性氣候，年平均氣溫約12 ℃，年降水量500～550 mm；土壤類型為壤質潮褐土，0～20 cm、20～40 cm 耕層基礎土壤的有效磷含量分別為27.5 和6.6 mg/kg。

1.2 試驗材料

參試小麥品種為衡4399，玉米品種為耕玉505，均為當地多年種植品種，由石家莊市農業技術推廣中心提供。耕作制度為小麥—玉米輪作一年兩熟制，兩茬秸稈均全部還田。

所施肥料均為化肥，其中，氮肥選用尿素（N 含量46%），磷肥選用過磷酸鈣（P2O5含量16%），鉀肥選用氯化鉀（K2O 含量56%），均由中化化肥有限公司河北分公司生產。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗自2018 年10 月開始，至2019年10 月結束，為1 個小麥—玉米輪作周期。根據目標產量養分平衡法，周年統籌，分別在小麥季和玉米季實施調控施肥處理，其中，小麥季減施磷肥37.5 kg/hm2，玉米季減施磷肥18 kg/hm2；以當地農戶小麥季和玉米季的常規施肥為CK（表1）。2 個處理的試驗面積均為1.65 hm2。

表1 小麥－玉米周年生產中的肥料施用量及其施用方法Table 1 Fertilizer application rate and application method in wheat-maize annual production （kg/hm2）

小麥2018 年10 月7 日施肥后播種；磷鉀肥全部底施，氮肥60%底施、40%于2019 年4 月15 日追施；2019 年 6 月 16 日收獲。玉米 2019 年 6 月 17 日種肥同播；磷鉀肥全部底施，氮肥50%底施、50%于2019 年7 月19 日追施；2019 年10 月5 日收獲。其他管理措施均同大田常規。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 土壤有效磷含量。分別在小麥播種前，以及小麥和玉米收獲后，每個田塊均采用五點取樣方法，分別采集0～20 cm 和20～40 cm 土壤樣品，各層土樣均勻混合，利用鉬銻抗比色法測定土壤有效磷含量。

1.3.2.2 作物產量。分別在小麥和玉米成熟期，每個田塊均采用五點取樣方法，其中小麥季選擇1 m 雙行、玉米季選擇25 m 雙行，測定單位面積穗數和穗粒數，實地采樣室內測量千粒重，計算理論產量。

2 結果與分析

2.1 調控施磷對土壤有效磷含量的影響

2.1.1 小麥收獲前后土壤有效磷含量的變化 與小麥播種前相比，小麥收獲后CK 的0～20 cm 土壤有效磷含量提高16.0%，20～40 cm 土壤有效磷含量降低27.3%（表2）。調控施肥處理的0～20 cm、20～40 cm土壤有效磷含量較小麥播種前分別降低7.6%和51.5%。小麥收獲后，調控施肥處理土壤有效磷含量較 CK 同期 0～20 cm、20～40 cm 分別降低 20.4%和33.3%。CK 磷素在土壤耕層積累，說明常規施肥處理的施磷量高于小麥生產的需磷量；而CK 和調控施肥處理20～40 cm 土壤磷素均大幅降低，說明采用固體磷肥一次性底施的方式，因當季磷素下移不足，深層土壤磷素不能滿足小麥對土壤磷的消耗。

表2 調控施磷對小麥和玉米收獲后土壤有效磷含量的影響Table 2 Effects of regulated phosphorus application on soil available phosphorus content after wheat and maize harvest

2.1.2 玉米收獲前后土壤有效磷含量的變化 與玉米播種前（小麥收獲后）相比，玉米收獲后CK、調控施肥處理的0～20 cm 土壤有效磷含量均降低，降幅分別為2.2%和4.3%；20～40 cm 土壤有效磷含量均提高，增幅分別為6.3%和9.4%。調控施肥處理玉米收獲后土壤有效磷含量較CK 同期0～20 cm、20～40 cm 分別降低22.1%和31.4%。無論是否進行磷肥調控處理，表層土壤有效磷含量均出現降低，而深層土壤有效磷含量均出現增加，這與玉米季溫度較高、降雨較多有關。因為，溫度升高會導致土壤自然供磷能力提高[19，20]，降雨較多會使得磷素隨雨水沖刷下移[21，22]。

2.1.3 小麥-玉米輪作周期前后土壤有效磷含量的變化 與小麥播種前相比，玉米收獲后CK 的0～20 cm土壤有效磷含量提高13.5%，20～40 cm 土壤有效磷含量降低22.7%；調控施肥處理的0～20 cm 和20～40 cm土壤有效磷含量均降低，降幅分別為11.6%和47.0%。說明常規施肥的施磷量高于小麥—玉米輪作周期中作物生產的需磷量，加上長期小麥旋耕施肥、玉米種肥同播造成0～20 cm 表層土壤磷素富集；而磷素流動性差，致使磷素下移不足，20～40 cm 土壤磷素供給量較少。

2.2 調控施磷對作物產量的影響

調控施肥處理的小麥單位面積穗數較CK 減少0.44%，穗粒數、千粒重分別較CK 增加0.27%和1.44%，產量較CK 高1.07%，但差異均不顯著；玉米單位面積穗數與對照相同，穗粒數、千粒重、產量分別較CK 降低0.52%、0.63%和1.14%，但差異均不顯著（表3）。說明當前土壤磷庫水平下，小麥季和玉米季均較CK 減施磷肥1/3，2 種作物產量均可達到常規施肥的產量水平。

表3 調控施磷對小麥和玉米產量的影響Table 3 Effect of regulated phosphorus application on wheat and maize yield

3 結論與討論

本研究條件下，1 個小麥—玉米輪作周期后，常規施肥區0～20 cm 的土壤有效磷含量提高了13.5%，說明當前的常規施磷量高于小麥和玉米生產的需磷量，造成磷素在耕層積累。唐旭[19]研究認為，當前小麥—玉米體系中，磷的年累積率平均為1.21 mg/kg。磷累積與磷肥品種、施用方法和土壤環境密切相關。固體磷肥一次性基施后在施肥點極易與Ca2+作用，磷肥中H2PO4-被吸附在CaCO3粘土礦物表面或發生Ca10-P 沉淀，作物不能吸收利用[23]；而液體磷肥的磷在土壤中移動性和有效性均高于固體磷肥，不易造成磷素在耕層累積[24]。本研究條件下，1 個小麥—玉米輪作周期后，常規施肥區20～40 cm 的土壤有效磷含量降低22.7%，說明當前固態磷肥一次性底施不能滿足小麥—玉米周年生產對深層土壤磷素的消耗。因此，調整施磷方式，促使磷素下移，是改善當前小麥—玉米周年生產中深層土壤磷素供應不足的關鍵。李娟茹等[25]研究表明，調整磷源，選用緩釋肥，磷肥全部分2 次液態施用，第1 次水肥后20～40 cm 土層有效磷含量增加8.81%～25.60%，第2 次水肥后20～40 cm 土層有效磷含量增加8.44%～17.22%；改磷肥全部基施為基施加水肥一體化分2 次追施，不僅可以滿足冬小麥生長對磷素營養的需求，還可以實現P2O5總施用量減少，而產量不減反增，同時，磷肥水肥一體化施用能夠有效實現磷素的“下移增效”。因此，在實際生產中調整當前的施磷方式，改固態磷肥一次性底施為液態磷水肥一體化分次使用，可有效改善小麥—玉米周年生產中表層土壤磷素累積、深層土壤磷素不足的問題。

過量施用磷肥會導致土壤磷素累積，磷肥偏生產力降低，生產成本增加，經濟效益下降[26～29]。研究表明，褐潮土小麥玉米輪作模式農田土壤Olsen-P 含量要控制在15～30 mg/kg[30]；河北平原區夏玉米土壤有效磷含量臨界值為26.9 mg/kg[31]，小麥土壤有效磷含量臨界值為18.5 mg/kg[32]，低于此值將影響產量。當前石家莊市耕地土壤有效磷含量平均值達到28.54 mg/kg[9]，已超過作物需求的臨界值，可每年適當減少磷肥施量，維持土壤一定的供磷水平，以減少土壤固定，提高磷肥利用率，同時滿足作物生長的需要。本研究結果表明，小麥—玉米周年施磷總量減少1/3，其中小麥季減少37.5 kg/hm2、玉米季減少18.0 kg/hm2，2 種作物的產量均能夠達到常規施肥的產量水平。這與前人[33～35]改變常規固態磷肥一次性底施的方式，采取分次施用液態磷肥或配合水肥一體化等施肥方式，在保持產量水平相當的前提下，可有效降低磷肥施用量的研究結果相一致。