磷肥施用深度對夏玉米產量及根系分布的影響

楊云馬，孫彥銘，賈良良，賈樹龍，孟春香

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磷肥施用深度對夏玉米產量及根系分布的影響

楊云馬，孫彥銘，賈良良，賈樹龍，孟春香

（河北省農林科學院農業資源環境研究所，石家莊 050051）

【目的】探明華北平原區磷肥施用深度對夏玉米產量及根系分布的影響?！痉椒ā坎捎么筇镌囼灪屯林囼灧椒?。大田試驗設不施肥（CK）、常規壟側施磷（T-side）、8 cm土層施磷（T-8）、16 cm土層施磷（T-16）、24 cm土層施磷（T-24）以及3層（8、16、24 cm土層）均勻施磷（T-all）處理，研究其對夏玉米產量、養分吸收量的影響。土柱試驗，研究8 cm施磷（P 8）、16 cm施磷（P 16）、24 cm施磷（P 24）以及3層均勻施磷（P-all）對夏玉米根系分布的影響?！窘Y果】大田試驗結果表明，磷肥不同施用深度顯著影響夏玉米產量，玉米籽粒產量依次為T-24處理>T-all處理>T-16處理> T-side處理>T-8處理>CK，T-24處理玉米產量較T-side處理提高了10%，差異顯著。玉米地上部磷素累積量在八葉期、吐絲期、收獲期分別以T-side處理、T-8處理、T-all處理最高。隨著磷肥施用深度的增加，玉米收獲期氮素吸收量呈現顯著增加趨勢。土柱試驗結果表明，玉米根系長度以P 24處理最高，與CK、P-all和P 8處理相比分別提高了68%、18%、17%，差異均達顯著水平。玉米根系在磷肥施用點處集中生長，磷肥深施有利于玉米根系向土壤深層生長。【結論】磷肥深施能夠誘導根系向深層生長，顯著提高夏玉米產量。本試驗條件下以磷肥集中施在24 cm土層最好。

磷肥；玉米；施肥深度；根系分布；產量

0 引言

【研究意義】冬小麥-夏玉米輪作是華北地區主要種植模式。由于茬口緊張，小麥收獲后玉米一般采用免耕，種、肥同播方式種植，施肥深度4—8 cm，種子在肥料側上方，種、肥間距一般5—8 cm。這種種植方式雖然爭搶了農時，但由于種、肥間距較小，帶來諸如燒種、燒苗，玉米生育后期脫肥等問題，影響玉米產量潛力的發揮[1]?！厩叭搜芯窟M展】近幾年，有人提出了玉米深松全層施肥技術[2-3]，并研發了玉米深松全層施肥播種機械，可實現玉米播種區域局部旋耕深松、10—25 cm土層均勻分層施肥[4]，能夠顯著提高夏玉米產量[5]。然而，本區域夏玉米氮、磷、鉀3種養分是否都需要深施？養分的最佳施用深度是多少？目前有關玉米氮肥深施的相關研究較多[6-10]，有關磷肥施用深度研究相對較少，尤其在夏玉米區。范秀艷等在春玉米區研究了磷肥分層施用對玉米產量、生理特性、磷效率及根系構型的影響[11-13]。結果表明分層施磷處理各項檢測指標均優于傳統施磷方式，并且在低施磷量情況下效果更為顯著。趙亞麗等在夏玉米上研究結果表明磷肥集中施在15 cm土層效果最好，優于磷肥平均分層施用和淺施[14]。作物根系具有很強的可塑性[15-16]，主要受內部激素信號和外部環境因子的影響[17]。土壤水分[18]和養分狀況[19]是重要的環境因子，能夠通過調節養分供應來調控根系構型[16,20]。目前通過氮素施用調控玉米根系的研究較多[21-22]，通過施用磷素調控玉米根系的研究較少?！颈狙芯壳腥朦c】前人對氮肥深施的相關研究較多，但對夏玉米區磷肥的深施研究較少。以往研究已經明確磷肥分層施用有利于玉米生長和產量的提高，但沒有深入研究磷肥分層施用對夏玉米根系發育的影響?！緮M解決的關鍵問題】通過大田試驗和土柱試驗研究不同深度施磷對夏玉米產量、根系構型、土壤磷素供應的影響，以期為夏玉米磷肥分層施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區情況

大田試驗于2012年6—10月在河北省辛集市馬莊鄉保高豐農場（E 115°18′10.33″，N 37°47′56.37″）進行。試驗區屬季風暖溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均降水量488 mm，其中6—8月份降水量占全年總降水量的67.9%。供試土壤為輕壤質潮土，基本理化性狀見表1。

土柱栽培試驗于2013年在河北省農林科學院農業資源環境研究所網室（E 114°26′52.06″，N 38°3′24.59″）進行，供試土壤為砂壤質潮土，土壤基本理化性狀見表1。

表1 試驗土壤基本理化性狀

1.2 試驗設計

1.2.1 大田試驗 共6個處理，分別為：（1）不施肥（CK）；（2）壟側8 cm，深度5 cm施用氮、磷、鉀肥料（T-side）；（3）氮、磷、鉀肥料在種子正下方分3層混合施入，每層氮、磷、鉀肥料用量為其總量的1/3，施肥深度距地表分別為8 cm、16 cm、24 cm（T-all）；（4）磷肥全部施在種子正下方，距地表8 cm處（T-8）；（5）磷肥全部施在種子正下方，距地表16 cm處（T-16）；（6）磷肥全部施在種子正下方，距地表24 cm處（T-24）。T-8、T-16和T-24處理的氮、鉀肥分3層平均施入。小區面積32 m2，3次重復，隨機排列。

根據本區域相關研究報道[23-24]和試驗田土壤理化性狀，設定養分用量為N 180 kg·hm-2，P2O5120 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2。氮、磷、鉀肥料分別選用尿素、重過磷酸鈣（P2O543%）和氯化鉀（K2O 60%）。施肥方法為條施，先人工開溝至24 cm，按照各處理要求將肥料施入24 cm處；然后回填土使溝底距地表16 cm，按照各處理要求施入中層肥料；再回填土使溝底距地表8 cm，按各處理要求施入上層肥料，最終回填土至地表。處理3—6在施肥位置正上方人工點播玉米，播種深度3 cm。CK和T-side處理同樣在播種行位置先開溝再回填土、播種，以消除處理間土壤物理性狀的差異；T-side處理施肥深度5 cm，播種位置與施肥位置水平間隔約8 cm，播種深度3 cm。所有處理播種密度69 000株/hm2。播種后灌水70 mm。

分別在玉米八葉期、吐絲期、成熟期采集地上部玉米植株，測定玉米氮、磷素吸收情況（采用濃H2SO4-H2O2消煮-凱氏定氮方法測定氮，濃H2SO4- H2O2消煮-釩鉬黃比色法測磷）；在上述3個時期，分壟內（施肥帶）、壟間（水平距施肥帶25 cm）兩個部位，分別采集0—10、10—20、20—40 cm層次土壤樣品，測定玉米不同生育時期土壤速效磷含量（NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定），并在收獲時測定玉米產量。

1.2.2 土柱根系試驗 選用直徑25 cm、高40 cm的PVC管，底部用18目尼龍紗網襯托，埋入土中，上沿高出地面約5 cm。然后裝土，先裝土至8 cm厚（風干土量4.7 kg），然后在中心位置集中施肥；再裝土8 cm厚，再在中心集中施肥；再裝土8 cm厚、再在中心集中施肥，再裝土8 cm，最終形成模擬8 cm、16 cm、24 cm 3層施肥的效果。施肥處理同大田試驗的1、3、4、5、6處理，即CK、P-all、P 8、P 16、P 24。除CK外，其余各處理氮、鉀肥在8、16、24 cm 3個深度平均施用。P-all處理，磷肥在8、16、24 cm平均施用，P 8處理磷肥集中施在8 cm，P 16處理磷肥集中施在16 cm，P 24處理磷肥集中施在24 cm。每柱施用尿素5.67 g、重過磷酸鈣4.04 g、氯化鉀3.62 g。土柱裝填好后澆水4 500 mL，澆水后靜置24 h再種玉米，每個柱子種一株玉米。各處理重復3次。

玉米吐絲期取樣，去除地上部植株，將PVC管挖出后切開，只割PVC管壁，保留完整土柱，然后按照4 cm一層取樣，將玉米根系和土壤一同切段，總計8層，編號后放入冰柜冷凍、待測。測定時先解凍，然后放入40目尼龍袋中用水反復沖洗，將土全部沖走。將尼龍袋中的玉米根放入燒杯中，加水，挑除雜質，然后用WinRHIZO根系分析系統分析根長。

1.2.3 數據分析 試驗數據用Microsoft Excel 2003和DPS軟件進行處理和統計分析。

2 結果

2.1 磷肥施用深度對夏玉米產量影響

磷肥施用深度對夏玉米產量有顯著影響（圖1），隨著磷肥施用深度的增加，夏玉米籽粒產量呈現顯著增加趨勢，由高到低順序為T-24處理>T-all處理>T-16處理>T-side處理>T-8處理>CK。T-24處理玉米籽粒產量為10 247 kg·hm-2，顯著高于壟側施磷和8 cm施磷處理，提高幅度分別為10.2%、10.5%。T-all 3層均勻施磷處理夏玉米產量為9 914 kg·hm-2，也顯著高于壟側施磷和8 cm施磷處理，提高幅度分別為6.7%、7.0%。由此可得，磷肥深施能夠顯著提高夏玉米籽粒產量。

圖柱上不同字母表示處理間差異達5%顯著水平

2.2 磷肥施用深度對夏玉米磷素吸收動態影響

在夏玉米不同生育時期，磷肥施用深度對磷素吸收量有顯著影響（圖2）。玉米八葉期T-side處理磷吸收量最高，為8.6 kg·hm-2，顯著高于CK、T-8、T-16、T-24處理。吐絲期T-8處理玉米磷吸收量最高，為17.4 kg·hm-2，顯著高于CK、T-16處理。收獲期所有施肥處理磷吸收量均顯著高于CK處理，以T-all處理玉米磷吸收量最高，為28.6 kg·hm-2。所有施肥處理的磷肥用量是相同的，只是磷肥施用深度和位置不同，導致玉米對磷素吸收量產生了顯著差異。

2.3 磷肥施用深度對夏玉米氮素吸收動態影響

磷肥施用深度對夏玉米不同生育時期氮素吸收量也有顯著影響（圖3）。八葉期玉米氮吸收量T-side處理最高，顯著高于CK、T-8、T-16、T-24處理。吐絲期氮吸收量無明顯差異。收獲期T-all、T-24處理夏玉米氮吸收量均顯著高于CK、T-8處理。隨著磷肥施用深度的增加，夏玉米收獲時氮素吸收量呈現顯著增加趨勢。

圖2 玉米各生育時期磷吸收量

圖3 玉米各生育時期氮吸收量

2.4 磷肥施用深度對土壤速效磷含量影響

磷肥不同施用深度對玉米各生育時期土壤速效磷含量有顯著影響，并且對壟內（施肥區）（表2）土壤速效磷含量的影響大于壟間（非施肥區）（表3）。深層施磷與CK、T-side、T-8相比，顯著增加了壟內20—40 cm土層土壤速效磷的含量，但對壟間各土層土壤速效磷含量影響不大。在玉米全生育時期內，壟內0—10 cm土層速效磷含量均為T-side處理最高，壟內20—40 cm土層均為T-24處理最高。說明磷肥無論是表施還是深施，只能夠增加施磷區域的土壤速效磷含量。

玉米壟內、壟間土壤速效磷含量的動態變化也呈現不同的趨勢。各生育時期壟間土壤速效磷含量變化不大。而壟內各土層土壤速效磷含量隨著玉米的生長發育有持續降低趨勢，0—10 cm土層吐絲期與八葉期相比土壤速效磷含量平均降低了24.7%、收獲期與吐絲期相比降低了10.3%；10—20 cm土層吐絲期與八葉期相比土壤速效磷含量平均降低了36.2%、收獲期與吐絲期相比降低了12.8%，土壤速效磷的降低應該與玉米吸收有關。壟內、壟間土壤速效磷變化差異可以看出，玉米主要吸收壟內（施肥區域）磷素，對壟間磷素吸收較少。這可能與玉米根系分布有關，玉米根系主要分布在以植株為中心，半徑20 cm，深度40 cm的范圍內，并且距植株越遠，根系密度越小[25]。導致距植株較遠壟間的速效磷不易被玉米吸收。

2.5 磷肥不同施用深度對夏玉米根系分布的影響

本試驗條件下，磷肥施用深度對夏玉米總根長及在土壤中的分布有顯著影響（表4）。施磷肥顯著增加了整個土柱內的玉米根長，P-all、P 8、P 16、P 24處理玉米根長與CK相比分別提高了42.4%、44.5%、54.8%、68.4%。并且相同用量的磷肥施在不同深度，對夏玉米根長也有顯著影響，P 24處理玉米根系長度與P-all和P 8處理相比提高了18.3%、16.5%，達顯著水平。在施磷點附近玉米根長有增大的趨勢，0—12 cm土層P 8處理根長最長，12—20 cm土層P 16處理根長最長，20 cm以下P 24處理根長最長。

表2 夏玉米不同生育時期壟內各土層速效磷含量

表3 夏玉米不同生育時期壟間各土層速效磷含量

同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。表3同

Values followed by different letters within a column mean significance different at 0.05 level between treatments. The same as Table 3

隨著磷肥施用深度的增加，玉米根系呈現向深層分布的趨勢。以單元土柱內玉米根系長度與整個土柱內玉米根系長度比值定義為根長比重[26]。P 8處理在0—12、12—20、20—32 cm根長比重為53.3%、20.0%、26.7%，P 16處理在相應3個層次根長比重為42.9%、26.3%、30.8%，P 24處理為40.7%、23.0%、36.4%（圖4）。以上分析可以得出，玉米根系在磷肥施用點附近集中生長，通過調整磷肥施用位置，能夠調控玉米根系在土體中的分布。

3 討論

3.1 磷肥施用深度對玉米產量和養分吸收量的影響

本研究結果表明，磷肥深施能夠顯著提高夏玉米籽粒產量，以24 cm深度施用磷肥玉米籽粒產量最高。本結果與趙亞麗等[14]在夏玉米上的研究結果相近，其磷肥施用深度為5 cm、15 cm、5/15 cm（5 cm、15 cm均勻施用磷肥），結果表明15 cm施磷處理玉米籽粒產量顯著高于5 cm施磷和5/15 cm處理，并且5/15 cm處理玉米產量高于5 cm施磷處理。本研究施磷深度為8、16、24 cm，所得結果以24 cm深度施磷玉米產量最高，并且24 cm施磷和3層均勻施磷玉米產量均顯著高于8 cm施磷和壟側施磷。范秀艷等[11]在春玉米上研究了分層施磷（8 cm、16 cm均勻施磷）與傳統施磷（8 cm）的比較，結果表明分層施磷能夠顯著提高玉米產量、籽粒磷含量和磷肥利用率。

表4 磷肥不同施用深度夏玉米根長

同行數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平

Values followed by different letters within a line mean significance different at 0.05 level between treatments

圖4 不同深度土層根長比重

但也有較早研究表明磷肥不宜施用過深。陳學留等[27]用32P示蹤方法研究指出，與0—40 cm和20—40 cm土層施磷相比，0—20 cm施磷更有利于玉米整個生育時期對磷的吸收利用，且3種不同施磷深度，對后期籽粒吸收無明顯差異。劉延柱等[28]用示蹤方法研究指出，磷肥淺施（6 cm與12 cm深度施磷相比）有利于玉米幼苗對磷素的吸收利用，玉米苗期植株高度、幼苗葉片長度、葉片寬度和莖粗等指標均為磷肥淺施處理優于深施處理。

本研究結果表明，磷肥淺施時在玉米吐絲期以前確實顯著增加了玉米地上部磷素的吸收量，但收獲期磷素吸收量各施肥處理間并無顯著差異。

另外，本研究結果還表明磷肥施用深度對夏玉米氮素吸收也有顯著影響。T-8、T-16、T-24、T-all 4個處理氮素施用量和施用方式相同，只是磷肥施用位置的差異就導致了收獲時夏玉米氮吸收量的顯著差異，T-24、T-all處理氮素吸收量顯著高于T-8處理。由此顯著提高了夏玉米產量。

3.2 磷肥施用深度對玉米根系生長影響

玉米根系具有很大的可塑性，有關研究表明其在低磷脅迫下不會增加根系質子和酸性磷酸酶的分泌，而主要是通過根系形態變化，提高土壤中根系密度，增加對磷素的吸收[29]，且玉米根系的大量生長通常不會對玉米植株的生長帶來負面影響[30]。本研究結果表明，通過磷肥施用深度的變化可以調控土體中玉米根系的分布，8 cm處施磷能夠增加0—12 cm土體的玉米根長，16 cm處施磷能夠增加12—20 cm土體的玉米根長，24 cm處施磷能夠增加20—32 cm土體的玉米根長，且24 cm處施磷與8 cm處施磷和3層均勻施磷相比顯著提高了整個土體的根系長度。磷肥深施既能增加深層土壤的根系長度，也能增加整個土體的根系長度。

綜合以上分析可以推斷，玉米不同生育時期地上部磷素累積量與磷肥施用位置有密切關系，其主要原因可能與根系探尋到土壤中富磷區域的早晚有關。與淺施磷處理相比，磷肥深施推遲了根系發現土壤中富磷區域的時間，影響了玉米生育前期對氮、磷養分的吸收量，導致玉米生育前期地上部氮、磷累積量減少。但恰恰因為根系的探尋過程較長，增大了整個土體中玉米根系長度。當根系發現深層富磷區域后大量生長，加大了深層土壤的根長比重，促進玉米對較深土壤養分的吸收利用，玉米地上部氮、磷累積量逐漸增加。至收獲期，深層施磷處理地上部磷素累積量已超過淺層施磷處理，并且深層施磷處理的夏玉米氮素吸收量顯著高于淺層施磷處理。磷肥深施與淺施相比，會使玉米前期生長有一個短期缺磷的情況。但有研究表明適當短期缺磷常會增加玉米根生物量及根長[31]。本研究還表明，磷肥深施對收獲時夏玉米氮素吸收量的影響大于對磷素吸收量的影響，玉米產量的顯著提高可能與氮素吸收量的顯著增加有關。夏玉米氮磷協同深施有待進一步深入研究。

4 結論

磷素對夏玉米生長發育有明顯的促進作用，不同施磷深度對土壤有效磷含量、不同土層深度玉米根系長度、玉米地上部氮磷吸收量和夏玉米產量有明顯影響。

施用磷肥只是增加了施磷區域（壟內）土壤速效磷的含量，對非施磷區域（壟間）土壤速效磷含量影響不明顯。且隨著玉米的吸收，玉米根系主要分布區域（壟內）的土壤速效磷含量明顯下降，而壟間土壤速效磷含量變化不明顯。

在施磷量相同情況下，調整磷肥施用深度能夠調控夏玉米根系在土體中的分布。磷肥深施能夠誘導根系向土壤深層生長，顯著提高夏玉米對氮磷養分的吸收，提高玉米產量。本試驗條件下以磷肥集中施在24 cm土層最好。

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Effects of Phosphorus Fertilization Depth on Yield and Root Distribution of Summer Maize

YANG YunMa, SUN YanMing, JIA LiangLiang, JIA ShuLong, MENG ChunXiang

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051)

【Objective】This study focused on the effects of phosphorus fertilization depth on yield and root distribution of summer maize in the North China Plain. 【Method】The research included a field experiment and a soil column experiment. The field experiment was carried out to determine the effects of different phosphorous fertilization positions on grain yield and nutrient uptake. The treatments were CK (no P), T-side (P fertilized at seed side), T-8 (P fertilized at 8 cm depth in the seed row), T-16 (P fertilized at 16 cm depth in the seed row), T-24 (P fertilized at 24 cm depth in the seed row), and T-all (P fertilized at 8 cm, 16 cm and 24 cm depth equally in the seed row). The soil column experiment was carried out to determine the effects of different phosphorous fertilization depths (P 8(8 cm); P 16(16 cm); P 24(24 cm); P-all, (8/16/24 cm)) on summer maize root distribution. 【Result】Field experiment showed that the phosphorous fertilization depth significantly affected the summer maize grain yield. The maize yield decreased in the order of T-24, T-all, T-16, T-side, T-8 and CK, and the T-24 treatment significantly increased yield by 10% than the T-side treatment. The highest above ground plant P accumulation at the eight-leaf stage was the T-side treatment, and that in silking and harvest stage were T-8 and T-all treatment, respectively. The above ground N uptake at harvest stage showed a significantly increasing trend with the P increased application depth. The soil column experiment showed that the total root length for the P 24 treatment was the highest in all application depths. Compared with CK, P-all and P 8 treatments, the root length of P 24 significant increased by 68%, 18% and 17%, respectively. The maize roots were distributed around the application point of P fertilizer, and the total maize root length increased with the P fertilization depth increasing. 【Conclusion】 Phosphorus fertilizer deep application could induced the maize root grow to deep soil layer and increasing the root length, significantly increased the grain yield. The suitable P fertilizer application depth was 24 cm in this research.

phosphorus; summer maize; fertilization depth; root distribution; yield

（責任編輯 李云霞）

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.08.009

2017-06-30；

2017-10-30

國家重點研發計劃（2016YFD0200105）、河北省自然科學基金（C2016301025）、河北省青年拔尖人才支持計劃、河北省現代農業產業技術體系玉米創新團隊項目、河北省渤海糧倉科技示范工程項目

楊云馬，E-mail：yangyunma@163.com。

賈良良，E-mail：jiall990@126.com