磷肥減量對(duì)春小麥產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率的影響

羅園園 鮑舉文 賀萌萌 陳萍 王娟 谷傳申 謝靜波 張芳紅 楊宏波

(寧夏回族自治區(qū)農(nóng)墾事業(yè)管理局農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏 銀川 750004)

磷是作物生長(zhǎng)代謝不可或缺的必需營(yíng)養(yǎng)元素之一，是維持作物產(chǎn)量，滿足人類糧食需求，維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的主要手段[1]。我國(guó)農(nóng)田每年都會(huì)施用一定數(shù)量磷肥，但是磷肥施入田間形態(tài)復(fù)雜，主要以無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷為主[2]，其中60%～80%的磷素以無(wú)機(jī)態(tài)的形式存在[3]，無(wú)機(jī)磷可供作物直接吸收利用。有機(jī)磷一般不易被作物吸收利用[4]，但可以作為土壤中的潛在磷源，當(dāng)土壤中各種條件均適宜的條件下，有機(jī)磷可以通過(guò)礦化作用轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)磷供作物吸收[2]。

我國(guó)現(xiàn)存的磷礦資源有限，從源頭上減少磷肥用量是維持我國(guó)磷庫(kù)資源平衡的重要手段。如果土壤中長(zhǎng)期不施磷肥就減少了外源磷素補(bǔ)充，導(dǎo)致土壤磷素缺乏，作物養(yǎng)分供應(yīng)不足。但作物生長(zhǎng)需要不斷從土壤中吸收磷素，土壤中穩(wěn)定態(tài)磷素通過(guò)有機(jī)物活化作用轉(zhuǎn)化為可供作物直接吸收的磷[5]，不僅降低磷肥投入，而且提高磷肥利用效率。目前有關(guān)磷肥減施的研究較多，在減施化肥方面，邱韓英等[6]表明，氮磷鉀肥減量20%均會(huì)降低小麥產(chǎn)量，而董園園等[7]研究認(rèn)為，肥料用量減少15%與常規(guī)施肥小麥產(chǎn)量基本持平，并顯著提高了肥料農(nóng)學(xué)利用率。

前人的研究多側(cè)重于土壤中磷素賦存形態(tài)及采用不同的施肥方式提高土壤中固定態(tài)磷素向有效態(tài)轉(zhuǎn)化途徑的研究，至于在小麥上磷肥減量的最佳適宜比例是多少尚不明確。本試驗(yàn)以大田春小麥為研究對(duì)象，探明磷肥減量10%～30%后小麥構(gòu)產(chǎn)因素及產(chǎn)量、磷肥利用率及土壤磷素的變化規(guī)律，為研究磷肥減量條件下土壤磷素供應(yīng)潛力，探索減少磷肥用量的可行性和減量的最大限度提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏石嘴山市前進(jìn)農(nóng)場(chǎng)，E106°20′37″，N38°50′04″，黃河中上游段引黃灌區(qū)，土壤類型為堿化潮土。該地全年光照充足，降水集中，年均氣溫9.2℃，年平均降水量178mm左右，年平均蒸發(fā)量2110mm左右，無(wú)霜期155d，土壤質(zhì)地為重壤土。試驗(yàn)區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力：全鹽1.1g·kg-1，pH 8.56，全氮1.05g·kg-1，有機(jī)質(zhì)17.1g·kg-1，堿解氮70mg·kg-1，速效鉀108mg·kg-1，有效磷8.8mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試作物為小麥(“寧春4號(hào)”)，供試肥料有尿素(N 46%)、重鈣(P2O546%)和硫酸鉀(K2O 52%)。試驗(yàn)為單因素田間試驗(yàn)，在常規(guī)施用磷肥(P2O5144 kg·hm-2)基礎(chǔ)上，對(duì)化學(xué)磷肥進(jìn)行減量10%、減量20%、減量30%，即不施磷肥處理、常規(guī)施磷處理、磷肥減量10%、磷肥減量20%和磷肥減量30% 5個(gè)處理，其中，各處理氮、鉀(N 225kg·hm-2、K2O 60kg·hm-2)用量相同，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為8.7m×12.0m=104.4m2，小區(qū)與小區(qū)之間均作90cm田埂。所有處理的磷鉀肥一次性基施，氮肥按照基肥和追肥(55%～45%)比例施用，追肥分別在分蘗期(53%)和拔節(jié)期(47%)施入，基肥人工撒施后機(jī)械耙地、耥地后播種，出苗后小區(qū)間打隔離埂做水渠。除施肥量參照表1外，其它管理方法同大田。

表1 不同處理施肥標(biāo)準(zhǔn)及化肥用量

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤樣品測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤pH，pH計(jì)法；土壤全鹽，烘干法；全氮，凱氏定氮法；土壤有機(jī)質(zhì)，外加熱法；土壤堿解氮，堿解擴(kuò)散法；土壤速效鉀，NH4OAc浸提-火焰光度法；土壤有效磷含量，NaHCO3提取-鉬銻抗比色法；土壤全磷，NaOH熔融-鉬銻抗比色法。

1.3.2 植株樣品測(cè)定指標(biāo)及方法

小麥?zhǔn)斋@期株高、基部節(jié)長(zhǎng)和穗長(zhǎng)，鋼卷尺測(cè)量；莖粗，游標(biāo)卡尺測(cè)定；植株全磷，濃硫酸、過(guò)氧化氫消煮-釩鉬黃比色法。

1.3.3 磷肥利用效率計(jì)算方法

具體見(jiàn)表2。

表2 磷肥利用效率計(jì)算公式

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析，SigmaPlot 12.5軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期小麥基本生長(zhǎng)狀況分析

由表3可知，苗期磷肥減施和常規(guī)施肥基本苗表現(xiàn)為T1>T2>CK>T4>T3，但處理間差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明試驗(yàn)各處理基本苗整齊一致，不會(huì)因出苗率差異造成各處理的產(chǎn)量差異。隨著磷肥減量的增加，T2處理小麥最高總莖數(shù)最大為871.66×104株·hm-2，T4處理最低為763.72×104株·hm-2，各處理間差異不顯著(P>0.05)。T1處理收獲穗數(shù)與T3、T4和CK處理差異顯著(P<0.05)，與T2處理間差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明在該地力水平上磷肥減量控制在10%以內(nèi)對(duì)收獲穗數(shù)影響不大。

表3 苗期磷肥減量對(duì)小麥基本生長(zhǎng)狀況的影響

2.2 成熟期磷肥減量對(duì)小麥生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表4可知，與不施磷肥(CK)相比，常規(guī)施肥(T1)和磷肥減量處理(T2、T3、T4)均顯著提高了小麥基部節(jié)長(zhǎng)。成熟期小麥株高以T1處理最高，且與其他處理間差異顯著(P<0.05)。減量施磷肥對(duì)莖粗和穗長(zhǎng)的影響不顯著。小穗數(shù)以T1處理最高，與T4和CK處理差異顯著(P<0.05)，與T2和T3處理差異不顯著(P>0.05)。

表4 成熟期磷肥減量對(duì)小麥生長(zhǎng)狀況的影響

2.3 磷肥減量下不同施肥處理對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表5可知，對(duì)小麥產(chǎn)量而言，隨著磷減量比例增加，小麥產(chǎn)量整體上呈現(xiàn)T1>T2>T3>T4>CK的規(guī)律，T1處理小麥產(chǎn)量最高(6573.46kg·hm-2)，T2處理次之(6520.39kg·hm-2)，CK最低(3946.63kg·hm-2)，因?yàn)镃K有效穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著下降，導(dǎo)致產(chǎn)量最低。其中，T1與T2處理間差異不顯著(P>0.05)，說(shuō)明磷肥減量10%不會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成太大的影響，二者與CK處理有顯著性差異(P<0.05)。不同處理的千粒重呈T1>T2>CK>T3>T4的規(guī)律，T1處理與T4處理差異顯著(P<0.05)，與T2、T3處理無(wú)顯著差異(P>0.05)。不同處理的有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)均呈T1>T2>T3>T4>CK的規(guī)律，且T1、T2處理較CK處理有顯著性差異(P<0.05)，與T3、T4處理無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

表5 成熟期磷肥減量對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.4 磷肥減量對(duì)小麥磷素利用效率的影響

T2處理下小麥磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥農(nóng)學(xué)效率和磷肥吸收利用率均高于其他處理，見(jiàn)表6，而T1處理磷肥貢獻(xiàn)率最高，但較T1處理無(wú)顯著性差異(P>0.05)。小麥磷肥偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)T2>T3>T1>T4的規(guī)律，磷肥貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)T1>T2>T3>T4的規(guī)律，磷肥農(nóng)學(xué)效率和磷肥吸收利用率均呈現(xiàn)T2>T1>T3>T4的規(guī)律。

表6 磷肥減量對(duì)小麥磷素利用效率的影響

2.5 磷肥減量對(duì)土壤全磷、有效磷含量的影響

配方施肥(T1)處理下土壤全磷含量最高(0.18%)，見(jiàn)圖1，無(wú)磷肥處理下(CK)土壤全磷含量最低(0.14%)，且T1與CK處理達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05)，磷肥減量各處理全磷無(wú)顯著性差異(P>0.05)。CK土壤有效磷含量最低(18.92mg·kg-1)，分別比T1、T2、T3和T4處理低13.4%、11.3%、0.3%、11.3%，且達(dá)到顯著性差異水平(P<0.05)。

注：各處理間的不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著；CK、T1、T2、T3、T4分別表示不施磷肥對(duì)照、磷肥不減量、磷肥減量10%、磷肥減量20%和磷肥減量30%。

3 討論

穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重之間的協(xié)調(diào)決定了作物產(chǎn)量的高低。胡俊國(guó)等[8]研究表明，化肥減量10%對(duì)小麥的基本苗影響不明顯，但增加了小麥的穗粒數(shù)和千粒重，對(duì)增產(chǎn)效果極顯著。史燕捷等[9]提出在磷肥減量處理下，穗粒數(shù)、千粒重和有效穗數(shù)均未達(dá)到顯著差異水平，但以磷肥減量20%處理小麥產(chǎn)量最高。在本試驗(yàn)條件下，磷肥減量10%沒(méi)有引起小麥產(chǎn)量顯著變化，構(gòu)產(chǎn)因子方面穗數(shù)和穗粒數(shù)也沒(méi)有顯著變化，反而千粒重有增加趨勢(shì)，說(shuō)明合理的磷肥減量可以促進(jìn)作物成長(zhǎng)，增加千粒重，這與陳學(xué)遠(yuǎn)等[10]研究結(jié)果一致。單旭東[11]研究顯示，磷肥減量10%～20%小麥產(chǎn)量與常規(guī)施肥差異不顯著(P>0.05)，在本研究中，磷肥減量10%時(shí)小麥產(chǎn)量與常規(guī)施肥差異不顯著(P>0.05)，這與單旭東[11]和史燕捷等[9]研究的磷肥減量的最佳比例略有所差異。其分析原因，可能是單旭東[11]和史燕捷等[9]均是在秸稈還田的基礎(chǔ)上開(kāi)展的磷肥減量研究，這對(duì)提升土壤肥力也發(fā)揮了一定作用，而本研究中除了試驗(yàn)設(shè)置的施肥方式外未施任何的肥料，加之土壤基礎(chǔ)肥力薄弱，所以對(duì)磷肥減施比較敏感，即在該肥力基礎(chǔ)上磷肥減量10%比較適宜。

磷肥減施是提高肥料利用率的有效途徑。在長(zhǎng)期施用化學(xué)磷肥的成熟農(nóng)田，繼續(xù)投入磷肥并不能有效提高作物產(chǎn)量，反而會(huì)減弱作物對(duì)其他元素的吸收作用，導(dǎo)致作物出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不均衡現(xiàn)象，最終影響產(chǎn)量。單旭東[11]和史燕捷等[9]指出，在秸稈還田與配方磷肥施用基礎(chǔ)上磷肥減量20%可以提高磷肥利用率、磷肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率和磷肥吸收利用率。杜加銀等[12]研究發(fā)現(xiàn)，減量施肥下，磷肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率均比習(xí)慣施肥大幅度提高。在本研究中磷肥減量10%條件下，磷肥吸收利用率和農(nóng)學(xué)效率均比習(xí)慣施肥有所提升，表明減量施肥技術(shù)可以提高養(yǎng)分利用率，降低環(huán)境損失。

土壤速效磷含量的高低是衡量土壤供磷潛力的重要指標(biāo)。王浩琳[13]研究表明，在土壤有效磷含量較貧乏的土壤上，減磷會(huì)影響小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量，而在較高的土壤有效磷水平下過(guò)量施肥不僅無(wú)法持續(xù)提高小麥產(chǎn)量，甚至有減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。單旭東[11]研究表明，不同磷肥減量處理土壤全磷、速效磷含量均以配方施肥處理最高，以不施磷肥處理最低。本研究也表明，隨著施磷肥量的減少，土壤磷素的含量也呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)，配方施肥處理(T1)土壤磷素含量最高，不施磷肥處理土壤磷素含量最低，這與單旭東[11]研究一致。王永壯等[14]研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)土壤中平均速效磷含量為12.89mg·kg-1。該試驗(yàn)地土壤有效磷含量?jī)H為8.8mg·kg-1，還未達(dá)到全國(guó)土壤平均速效磷水平。從產(chǎn)量構(gòu)成上看，土壤有效磷水平低于10mg·kg-1時(shí)，穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重降低導(dǎo)致產(chǎn)量下降；因此，在該地力水平上常規(guī)施肥和減量10%對(duì)作物產(chǎn)量和土壤速效磷含量影響不大，隨著磷減量比例增加，作物產(chǎn)量和土壤速效磷含量都會(huì)受到明顯影響。