覆膜滴灌條件下基于玉米產量和土壤磷素平衡的磷肥適用量研究

侯云鵬，王立春，李前，尹彩俠，秦裕波，王蒙，王永軍，孔麗麗

覆膜滴灌條件下基于玉米產量和土壤磷素平衡的磷肥適用量研究

侯云鵬，王立春，李前，尹彩俠，秦裕波，王蒙，王永軍，孔麗麗

（吉林省農業科學院農業資源與環境研究所/農業部東北植物營養與農業環境重點實驗室，長春 130033）

【】針對東北半干旱區覆膜滴灌玉米生產中大量施磷導致的效率低與環境風險增大問題，通過3年定位試驗，系統研究了覆膜滴灌條件下不同磷肥用量對玉米產量、磷肥利用效率和土壤供磷能力的影響，為該區域玉米磷肥合理施用提供科學依據。于2015—2017年在吉林省半干旱玉米主產區（乾安縣）布置定位田間試驗。共設6個磷肥用量處理，分別為0（P0）、40 kg·hm-2（P40）、70 kg·hm-2（P70）、100 kg·hm-2（P100）、130 kg·hm-2（P130）和160 kg·hm-2（P160），測定指標包括玉米產量及其構成、成熟期植株磷含量和土壤有效磷含量，并計算作物吸磷量、磷肥利用效率和土壤-作物系統的磷素表觀平衡狀況。施磷可顯著提高玉米產量，增幅依次為6.2%—21.2%（2015年）、9.0%—20.6%（2016年）和12.9%—30.3%（2017年），3年平均增幅為9.2%—23.9%，增產的主要原因是施磷增加了穗粒數、百粒重和收獲指數。玉米產量隨磷肥用量的增加呈先升后降趨勢，其中以P100處理玉米產量最高。磷素表觀回收率和磷素偏生產力均隨磷肥用量的增加而下降，磷素農學利用率隨磷肥用量的增加先升后降。與不施磷肥相比，隨磷肥用量和施磷年限的增加，0—40 cm土壤有效磷含量呈增加趨勢，其中P100處理土壤有效磷含量與試驗起始時土壤有效磷含量相近。連續種植3季玉米后，P0、P40和P70處理土壤磷素表觀平衡值均表現為虧缺，虧缺量隨磷肥用量的增加而下降；P100、P130和P160處理的土壤磷素表現為盈余，并隨磷肥用量的增加而增加。將盈余率（x）與磷肥用量（y1）、土壤有效磷含量（y2）、磷肥利用效率（y3）分別進行擬合，當x=0時，磷肥用量為92.4 kg·hm-2，玉米產量為12 497 kg·hm-2，0—20 cm和20—40 cm土壤有效磷含量分別為34.6 和28.4 mg·kg-1，磷素表觀回收率為24.1%，磷素農學利用率為21.9 kg·kg-1，磷素偏生產力為146.1 kg·kg-1；其結果與最高產量處理（P100）相對應的玉米產量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率結果相近；以理論盈余率為0時施磷量的95%為置信區間，得出最佳施磷范圍在88—97 kg·hm-2。本研究中磷肥用量88—97 kg·hm-2范圍內不僅能獲得玉米高產，還能維持土壤磷素平衡，可作為東北半干旱區覆膜滴灌條件下玉米高產與環境友好的磷肥管理參考依據。

磷肥用量；磷肥利用效率；玉米產量；有效磷含量；磷素平衡

0 引言

【研究意義】磷是作物生長發育所必需的營養元素，也是繼氮素之后第二大養分因子，磷以多種方式參與植株體內各種生理生化過程，對促進作物生長發育和新陳代謝起著非常重要的作用[1-3]。前人研究表明，缺磷條件下，作物葉片凈光合速率下降，并使植物中、后期葉片硝酸還原酶、谷氨酰合成酶、內肽酶和羧肽酶活性下降[4]，最終影響產量[5-7]，可見磷肥投入是保障作物高產的重要途徑之一。玉米是東北半干旱地區主要種植作物，現已大面積推廣應用覆膜滴灌技術[8]，為高產高效玉米生產創造了極為有利的條件。但在覆膜滴灌玉米生產中，磷肥管理問題依然突出，由于磷肥進入土壤后，易被土壤吸附、固持，大部分難以被當季植物吸收利用[9]，因此存在當季利用率低和較長的磷肥后效等特點[10-11]。然而，生產中人們在玉米磷肥管理上常忽略磷肥后效強這一特點，每年向農田投入大量磷肥，根據對當地農戶調查發現，該地區在玉米生產中磷肥（P2O5）用量高達120—150 kg·hm-2，平均施磷（P2O5）用量為132 kg·hm-2，遠高于當前產量水平的磷素需求量與專家推薦量[12]，過量施入磷肥普遍存在。過量施磷不僅使肥料利用率低[13-14]、損失嚴重，同時還導致不可再生磷源的快速消耗[15]，并造成磷素在土壤中大量累積[16]，增加了水體富營養化等一系列環境問題的風險。為此，明確適宜磷肥用量，是當前該區域覆膜滴灌條件下玉米高效生產和環境保護亟需解決的問題。【前人研究進展】目前，前人關于玉米推薦施磷量的研究較多，并獲得了重要結論，但仍存在較大差異。如彭正萍等[17]研究發現，施磷可促進玉米干物質的積累，并有利于光合產物向籽粒中的分配與轉運，提高玉米穗粒數和粒重，進而提高產量，其中施磷量為90 kg·hm-2時，玉米干物質與產量最高，施磷量過高或過低均有減產風險。趙靚等[18]在灌溉灰漠土上研究表明，當磷肥投入量在150 kg·hm-2時，土壤速效磷含量與試驗起始時相近，為磷肥最佳用量。邢月華等[19]通過對玉米產量與施磷量擬合，得出最佳經濟施磷量為77—100 kg·hm-2。【本研究切入點】前人研究中最佳磷肥用量的確定大多僅基于玉米產量效應、磷素吸收利用、土壤速效磷含量等某些單一指標，對土壤磷素供應特征與作物養分吸收和產量效應聯系不足，關于施磷對作物產量、磷素吸收利用與土壤磷素含量變化和農田磷素收支平衡等因素的綜合研究相對較少，尤其是針對覆膜滴灌玉米磷肥適宜用量的研究更鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】本研究在吉林省西部半干旱區覆膜滴灌栽培條件下，通過3年田間定位試驗，系統研究了覆膜滴灌條件下玉米不同磷肥用量對玉米產量、磷素吸收利用、土壤有效磷含量變化規律及土壤磷素平衡等方面的綜合影響，旨在探討維持玉米高產的前提下，確定節約型磷肥用量，以期為東北半干旱區玉米覆膜滴灌施肥技術的進一步完善和發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本研究于2015—2017年在吉林省乾安縣父字村吉林省農業科學院農業資源與環境研究所試驗站進行，種植制度為一年一熟玉米連作，試驗田塊土壤為淡黑鈣土，試驗起始時0—20和20—40 cm土壤基礎養分狀況見表1。試驗區是典型的半干旱農業區，海拔146.3 m，屬于溫帶大陸性季風氣候，年均日照2 867 h，無霜期平均146 d，年平均氣溫5.6 ℃，年均降雨量425.8 mm。試驗期間（2015—2017）玉米生長季不同月份溫度和降雨量見圖1。

圖1 2015—2017年玉米生育期降雨量與平均氣溫

Fig. 1 Precipitation and air temperature during growing season of maize from 2015 to 2017

表1 試驗田土壤基礎養分狀況

1.2 試驗設計

試驗共設置6個磷肥（P2O5）用量（0、40、70、100、130、160 kg·hm-2），分別用P0、P40、P70、P100、P130和P160表示。不同施磷處理氮（N）、鉀（K2O）肥用量相同，分別為210和90 kg·hm-2。氮肥按20%基肥+30%拔節肥+20%大喇叭口肥+20%抽雄肥+10%灌漿肥比例施用，磷肥按40%基肥+60%大喇叭口肥比例施用，鉀肥按60%基肥+40%大喇叭口肥比例施用，試驗用氮、磷、鉀肥分別為尿素（N 46%），磷酸（P2O585%）和氯化鉀（K2O 60%）。田間試驗小區面積為60 m2，重復3次，隨機區組排列，2015—2017年種植玉米品種均為翔玉998，種植密度7.5×104株/hm2。播種日期分別為5月4日、5月7日和5月10日，收獲日期分別為9月30日、10月2日和10月5日。試驗田采用大壟雙行覆膜栽培模式，相鄰兩壟間距130 cm，其中壟上行距40 cm，壟間行距90 cm，玉米播種后在土壤表面噴施除草劑進行封閉防草，然后進行覆膜，地膜寬度為120 cm。覆膜與鋪設滴灌帶同步進行。滴灌帶選用內鑲片式，滴頭間距離為30 cm，滴頭標稱流量2.0 L·h。滴灌帶鋪設于大壟中間，每條滴灌帶澆灌2行玉米。3年玉米整個生育期灌水定額均為240 mm，其中在玉米播前、苗期和拔節期分別灌水20 mm，大喇叭口期、抽雄期和灌漿期分別灌水60 mm，共計6次，各處理單獨用水表控制同等灌水量。每小區均單獨配備壓差式施肥罐，容量為18 L。施肥開始前按各處理所需氮、磷、鉀肥分別加入各小區施肥罐，然后將施肥罐充滿水并攪拌，使其完全溶解，然后打開施肥閥進行施肥，施肥時間為120 min，施肥后繼續滴清水30 min。試驗田其他管理措施均按常規生產大田進行。

1.3 樣品采集與測定

每季玉米成熟期采集不同施肥處理玉米植株樣品，每小區取玉米植株5株，分為莖稈和籽粒兩部分。105℃殺青30 min后，70℃烘干至恒重，測定干量。樣品稱重后經粉碎，測定全磷含量，采用H2SO4-H2O2法聯合消煮，鉬銻抗比色法測定；于玉米播前和每季收獲后采集0—40 cm土壤樣品， 每20 cm分為一層，混勻過1 mm篩，測定土壤有效磷含量，采用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測定。

1.4 參數計算與統計分析

收獲指數（harvest index）=籽粒產量/總生物量；

磷素表觀回收率（PRE，%）=（收獲期施磷區作物地上部吸磷量-不施磷區作物物地上部吸磷量）/施磷量×100；

磷素農學利用率（PAE，kg·kg-1）=（施磷區作物產量-不施磷區玉米產量）/施磷量；

磷素偏生產力（PPFP，kg·kg-1）=施磷區產量/施磷量；

磷素表觀平衡（P balance，kg·hm-2）=施磷量-作物地上部吸磷量；

磷素盈余率（P surplus rate，%）=[(輸入-支出)/支出]×100。

試驗數據采用Excel進行數據整理，用SAS 9.0軟件進行兩因素（年份和施磷處理）方差分析，處理間多重比較采用LSD-test（＜0.05）法；用Sigma Plot 10.0軟件制圖。

2 結果

2.1 不同施磷處理對玉米產量與產量構成的影響

由表2可知，磷肥用量對玉米產量、穗粒數、百粒重和收獲指數影響顯著，對玉米穗數影響不顯著；年份對玉米產量、穗粒數和百粒重影響顯著，對收獲指數和穗數影響不顯著；而磷肥用量與年份兩因素間的交互效應僅對籽粒產量影響顯著。相比于不施磷肥處理，施磷處理玉米產量增幅依次為6.2%—21.2%（2015年）、9.0%—20.6%（2016年）和12.9%—30.3%（2017年），3年平均增幅為9.2%—23.9%，差異均達顯著水平（＜0.05）。造成產量差異的原因是施磷處理玉米穗粒數、百粒重與收獲指數均高于不施磷肥處理，其中玉米穗粒數3年平均增幅為4.4%—9.2%，百粒重平均增幅為6.5%—13.3%；收獲指數平均增幅為2.9%—7.6%；而施磷對玉米穗數無明顯影響。在不同磷肥用量條件下，玉米產量隨磷肥用量的增加先升后降，以P100處理產量最高，當磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，玉米產量呈下降趨勢，P130和P160處理3年平均玉米產量較最高玉米產量處理（P100）分別下降了1.6%和4.9%，其中P160處理降幅達顯著水平（＜0.05）。

表2 不同施磷處理玉米產量及其構成因素

同列數據后不同字母表示在5%水平上差異顯著。NS、*和**分別表示無顯著差異及在0.05和0.01水平上差異顯著。下同

Values followed by different letters in the same column are significantly different at 5% level. NS, *, ** indicate non-significant or significant at 0.05 or 0.01 level, respectively. The same as below

2.2 不同施磷處理對玉米磷肥利用效率的影響

磷素表觀回收率、磷素農學利用率和磷素偏生產力是評價磷肥利用效率的重要指標。由圖2可知，磷肥用量與年份對磷素表觀回收率、農學利用率和偏生產力有極顯著影響，而磷肥用量與年份兩因素間的交互效應不顯著。在同一年份，玉米磷素表觀回收率、農學利用率在磷肥用量40—100 kg·hm-2范圍內差異不顯著（＞0.05），當磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，磷素表觀回收率和農學利用率呈顯著下降趨勢（＜0.05），而磷素偏生產力則表現為隨磷肥用量的增加顯著下降；在相同磷肥用量下，玉米磷素表觀回收率和農學利用率隨試驗年限的延長均有增加的趨勢。

圖中不同的小寫字母表示處理間達到顯著差異（P＜0.05）。下同

2.3 不同施磷處理對土壤有效磷含量的影響

圖3顯示，磷肥用量對0—20和20—40 cm土壤有效磷含量有極顯著影響，而年份對土壤有效磷含量影響不顯著，且磷肥用量與年份兩因素間的交互效應不顯著。在同一年份，0—20和20—40 cm土壤有效磷含量隨磷肥用量的增加而增加；與試驗起始時土壤有效磷含量相比（0—20 cm土層有效磷35.86 mg·kg-1；20—40 cm土層有效磷28.10 mg·kg-1），不施磷肥處理（P0）和低磷肥用量處理（P40、P70）土壤有效磷含量均呈下降趨勢，截止2017年玉米收獲后，P0、P40和P70處理土壤有效磷含量較初始值依次降低了19.3%、15.7%、7.8%（0—20 cm）和12.8%、3.5%、2.2%（20—40 cm），磷肥用量增加至100 kg·hm-2（P100），土壤有效磷含量與初始值基本保持平衡，當磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，土壤有效磷含量較初始值表現出增加的趨勢，P130和P160處理土壤有效磷含量提高幅度依次為4.8%、5.1%（0—20 cm）和7.6%、10.6%（20—40 cm）。

2.4 不同施磷處理對農田磷素收支表觀平衡的影響

根據連作周期內磷肥投入量和作物地上部磷素吸收帶走量確定農田磷素表觀平衡可知（表3），磷肥用量與年份對玉米地上部磷積累量、磷素表觀平衡和磷素盈余率均有極顯著影響，且磷肥用量及年份兩因素間的交互效應顯著。與不施磷肥處理相比，施磷處理玉米地上部磷積累量增幅均達顯著水平（＜0.05），并隨磷肥用量的增加先升后降，其中以P100處理玉米地上部磷積累量最高，當磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，玉米地上部磷積累量呈下降趨勢；而年際農田磷素虧缺量和盈余率在磷肥用量0—70 kg·hm-2范圍內隨磷肥用量的增加呈現遞減趨勢，磷肥用量增加至100 kg·hm-2，農田磷素投入量和支出量基本平衡，當磷肥用量增加至130和160 kg·hm-2，農田磷素表觀平衡呈現盈余狀態。

表3 不同施磷處理農田磷素收支表觀平衡

2.5 盈余率與施磷量、產量、土壤有效磷和磷肥利用效率的關系

由盈余率與施磷量、產量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率回歸分析結果可知（圖4），盈余率與施磷量呈極顯著的線性相關（＜0.01，0.992）；與玉米產量呈極顯著二次相關（＜0.01，0.849）；與0—20和20—40 cm土壤有效磷含量呈極顯著線性相關（0—20 cm，＜0.01，0.846；20—40 cm，＜0.01，0.841）；與磷素表觀回收率呈極顯著線性相關（＜0.05，0.927）；與磷素農學利用率呈極顯著的二次相關（＜0.01，0.834）；與磷素偏生產力呈極顯著指數相關（＜0.01，0.972）。將回歸方程聯立并通過內插法計算，當盈余率為0時，磷肥用量為92.4 kg·hm-2，籽粒產量為12 497 kg·hm-2，0—20和20—40 cm土壤有效磷含量分別為34.6和28.4 mg·kg-1，磷素表觀回收率為24.1%，農學利用率為21.9 kg·kg-1，偏生產力為146.1 kg·kg-1；計算所得的理論玉米產量、土壤有效磷含量與磷肥利用效率與實際最高產量處理（P100）間相近。以理論盈余率為0時施磷量的95%作為置信區間，求得施磷范圍在88—97 kg·hm-2。

圖3 不同施磷處理0—20 cm和20—40 cm土壤有效磷含量

圖4 盈余率與施磷量、產量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率的關系

3 討論

3.1 長期施用磷肥對玉米產量與構成因素的影響

磷是作物生長發育過程中重要的大量元素之一，大量研究表明，施磷可顯著提高作物穗粒數和粒重，使產量增加[20-21]。但產量并不隨施磷量的增加無限增加，當施磷量超過一定用量后，作物穗粒數和粒重下降，產量也隨之降低[22-23]。本研究中，由于受不同年份氣候條件差異影響，產量在年際間變異較大，其中2016年玉米產量明顯高于2015年和2017年，但施磷處理間玉米產量規律相似，施磷處理玉米產量均顯著高于不施磷肥處理。增產的主要原因在于施磷增加了玉米穗粒數、粒重和收獲指數，說明施磷通過提高作物生育后期葉片的光合速率[24]，促進碳水化合物的合成與運輸，增強灌漿強度[25-26]，使穗粒數和粒重得到提高，進而提高光合產物轉化為經濟產量的能力。然而磷肥用量并非越多越好，當施磷量增加至130和160kg·hm-2，穗粒數和粒重呈下降趨勢，說明當施磷量超過作物所需時，會使營養體代謝過旺、玉米的呼吸強度加快，引起碳水化合物過度消耗，生殖器官提前發育，轉運量下降[13,27-28]，導致穗粒數和粒重下降，最終影響作物產量[5]。

3.2 長期施用磷肥對磷肥利用的影響

肥料利用效率由于受氣候條件、土壤肥力、品種特性、養分管理及栽培措施等多方面影響，使其具有很大的差異。國際上用以表征農田肥料利用效率的主要有肥料養分表觀回收率（RE）、肥料農學利用率（AE）和肥料偏生產力（PFP）[29]，分別從不同角度描述了作物對磷肥的利用情況。一般來說，隨著施肥量的增加，肥料利用效率呈下降趨勢，往往作物獲得最高產量施肥量，其肥料利用效率并不是最高[13,18]。本研究結果也表明，2015—2017年，施磷量40—100 kg·hm-2時，玉米產量呈增加趨勢，而磷素表觀回收率和偏生產力均隨施磷量的增加而下降。可見，雖然低施磷量處理（P40、P70）磷素表觀回收率和偏生產力較高，但玉米產量低于適當的高施磷量處理（P100），因此，如何在增產或穩產的前提下，保障較高的磷肥利用效率，仍是合理施磷的關鍵。

3.3 長期施用磷肥對土壤有效磷含量與農田磷素表觀平衡的影響

植物生長發育所需磷素主要來自于土壤，土壤是植物生長的養分“庫”。而磷肥投入是補充土壤磷素含量和維持土壤供磷能力的重要途徑[30]，因此合理施磷量的確定除了要考慮產量、經濟效益和肥料利用效率等指標外，施磷肥后土壤磷素變化和農田磷素平衡狀況也應作為評價一項施肥技術措施優劣的重要依據。楊軍等[31]認為，在磷素肥力較低的土壤上，增加磷肥投入對提高土壤有效磷含量和作物穩產或增產，以及土壤質量提升是必需的。然而磷肥投入量并非越高越好，吳啟華等[32]研究表明，過量施磷不僅不利于玉米高產，還會造成大量磷素在土壤中積累，使土壤有效磷含量較試驗始時大幅提高。而魯如坤等[33]指出，土壤磷素含量受多種因素影響，其中作物的吸收攜出是土壤磷素最主要的支出項，當作物吸收的磷低于磷肥用量時，土壤磷素就會出現盈余。本研究發現，當玉米吸收帶走的磷高于磷肥施用量時，土壤磷素為虧缺狀態，有效磷含量較試驗起始時也有所下降；而當作物吸收帶走的磷低于磷肥的施用量時，土壤磷素表現為盈余狀態，有效磷含量也較試驗起始時大幅提高。可見，磷肥供應不足，使土壤中的磷素耗竭，影響其生產力，而磷肥供應過量會導致土壤中磷素大量積累，在降雨和灌溉水作用下，極易產生淋溶至土壤深處，增加了環境污染的風險[34]。

3.4 玉米磷肥適宜用量的確定

目前，關于肥料適宜用量確定大多采用施肥量與作物產量進行擬合，一般通過一元二次模型、線性加平臺模型、指數模型和平方根模型等計算出肥料適宜用量[35]，然而這些結果并未將施肥對土壤養分變化與農田養分收支平衡等因素考慮在內[36]，確定的推薦施肥量雖然能獲得最高產量或最佳經濟效應，卻未必能維持農田養分平衡[37]，因此肥料適宜用量確定在關注玉米產量效應的同時還應考慮土壤養分變化和農田養分收支平衡。寧運旺等[38]通過以土壤氮素平衡作為氮肥推薦的依據，提出的適宜施氮量可顯著降低土壤氮素盈余。本研究通過對磷肥用量與磷素表觀盈余率擬合發現，兩者呈極顯著線性正相關，因此研究盈余率與玉米產量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率的關系更為直觀。本研究結果表明，盈余率與玉米產量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率均呈極顯著的二次、線性和指數相關，當盈余率為0時，施磷量為92.4 kg·hm-2，籽粒產量為12 497 kg·hm-2，0—20和20—40 cm土壤有效磷含量分別為34.6和28.4 mg·kg-1，磷素表觀回收率為23.0%，農學利用率為21.9 kg·kg-1，偏生產力為 146.1 kg·kg-1；計算所得玉米理論產量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率與實際最高產量處理（P100）相對應的玉米產量、土壤有效磷含量和磷肥利用效率結果相近，由此可以確定施磷量92.4 kg·hm-2為最佳磷肥用量。以理論盈余率為0時施磷量的95%作為置信區間，計算施磷范圍在88—97 kg·hm-2，該施磷范圍內既可保證玉米產量又能維持土壤磷素平衡，可以作為覆膜滴灌施磷條件下磷肥適宜用量依據。

4 結論

在覆膜滴灌條件下，與不施磷肥處理相比，施磷對玉米具有顯著的增產效果，并隨施磷量的增加呈先升后降趨勢，其中以P100處理玉米產量最高；磷素表觀回收率和磷素偏生產力均隨施磷量的增加而下降，磷素農學利用率隨施磷量的增加先升后降。與不施磷肥處理相比，隨施磷量和施磷年限的增加，0—40 cm土壤有效磷含量呈增加趨勢，其中P100處理土壤有效磷含量與試驗起始時土壤有效磷含量相近。農田磷素收支平衡中，磷肥用量為92.4 kg·hm-2時，農田磷素投入量和支出量基本平衡，以理論盈余率為0時施磷量95%置信區間內，得出最佳施磷范圍在88—97 kg·hm-2。

[1] 張凡凡, 于磊, 魯為華, 張前兵, 馬春暉. 綠洲區滴灌施磷對苜蓿地肥力和磷素利用率的影響. 草地學報, 2016, 24(6): 1363-1368.

ZHANG F F, YU L, LU W H, ZHANG Q B, MA C H. Effect of drop irrigation and fertilization on soil fertility and phosphorus utilization efficiency of alfalfa field in oasis region., 2016, 24(6): 1363-1368. (in Chinese)

[2] 馬政華, 寇長林, 康利允. 分層供水施磷對冬小麥光合性能及產量的影響. 土壤通報, 2015, 46(6): 1399-1406.

MA Z H, KOU C L, KANG L Y. Influence of water supply and phosphorus application in different depth on photosynthetic characteristics and grain yield of winter wheat., 2015, 46(6): 1399- 1406. (in Chinese)

[3] 林誠, 李清華, 王飛, 何春梅, 鐘少杰, 李昱, 林新堅. 不同施磷水平對冷浸田水稻磷含量、光合特性及產量的影響. 熱帶亞熱帶植物學報, 2016, 24(5): 553-558.

LIN C, LI Q H, WANG F, HE C M, ZHONG S J, LI Y, LIN X J. Effects of phosphorus fertilizer on phosphorus content, photosynthesis characters and yield of rice in cold waterlogged paddy field., 2016, 24(5): 553-558. (in Chinese)

[4] 王平, 尹燕枰, 付國占, 郭營, 蔡瑞國, 梁太波, 耿慶輝, 鄔云海, 王振林. 施磷對小麥旗葉氮代謝關鍵酶活性和子粒蛋白質含量的影響. 植物營養與肥料學報, 2009, 15(1): 24-31.

WANG P, YIN Y P, FU G Z, GUO Y, CAI R G, LIANG T B, GENG Q H, WU Y H, WANG Z L. Effect of phosphorus on activities of enzymes related to nitrogen metabolism in flag leaves and protein content of wheat grains., 2009, 15(1): 24-31. (in Chinese)

[5] 侯云鵬, 楊建, 孔麗麗, 秦裕波, 王立春, 謝佳貴. 施磷對蘇打鹽堿土區水稻養分吸收、轉運及分配的影響. 吉林農業大學學報, 2017, 39(1): 60-66.

HOU Y P, YANG J, KONG L L，QIN Y B, WANG L C, XIE J G. Effects of phosphorus fertilizer application on nutrient absorption, translocation and distribution of rice in saline-sodic soil region., 2017, 39(1): 60-66. (in Chinese)

[6] RASHID M, IQBAL M. Effect of phosphorus fertilizer on the yield and quality of maize (L.) fodder on clay loam soil ., 2012, 22(1):199-203.

[7] KHAN M A, ABID M. Effect of phosphorous levels on growth and yield of maize (L.) cultivars under saline conditions., 2005(3): 511-514.

[8] 趙炳南, 朱風文, 楊威, 劉瑩. 吉林省西部半干旱區玉米灌溉現狀分析及對策. 吉林農業科學, 2010, 35(6): 8-10, 15.

ZHAO B N, ZHU F W, YANG W, LIU Y. Current status and strategies of maize irrigation in semi-arid area of western Jilin province., 2010, 35(6): 8-10, 15. (in Chinese)

[9] 周曉芬, 羅亦云, 劉宗衡. 石灰性土壤中磷肥后效及磷素轉化規律的研究. 華北農學報, 1991, 6(S1): 147-152.

ZHOU X F, LUO Y Y, LIU Z H. A study on phosphorus transformation and residual effect of phosphate fertilizer in calcarious soil., 1991, 6(S1): 147-152. (in Chinese)

[10] 程明芳, 何萍, 金繼運. 我國主要作物磷肥利用率的研究進展. 作物雜志, 2010(1): 12-14.

CHENG M F, HE P, JIN J Y. Advance of phosphate recovery rate in Chinese main crops., 2010(1): 12-14. (in Chinese)

[11] 林國林, 云鵬, 陳磊, 高翔, 張金濤, 盧昌艾, 劉榮樂, 汪洪. 小麥季磷肥施用對后作玉米的效果及土壤中無機磷形態轉化的影響. 土壤通報, 2011, 42(3): 676-680.

LIN G L, YUN P, CHEN L, GAO X, ZHANG J T, LU C A, LIU R L, WANG H. Residual effects of phosphate fertilizer applied to winter wheat on following maize and transformation of phosphate fractions in soil., 2011, 42(3): 676-680. (in Chinese)

[12] 謝佳貴, 王立春, 尹彩俠, 侯云鵬, 張國輝, 于雷. 吉林省不同類型土壤玉米施肥效應研究. 玉米科學, 2008, 16(4): 167-171.

XIE J G, WANG L C, YIN C X, HOU Y P, ZHANG G H, YU L. Response to fertilization of maize on the different types of soil in Jilin province., 2008, 16(4): 167-171. (in Chinese)

[13] 耿玉輝, 曹國軍, 葉青, 其其格, 武鵬, 張鷹. 磷肥不同施用方式對土壤速效磷及春玉米磷素吸收和產量的影響. 華南農業大學學報, 2013, 34(4): 470-474.

GENG Y H, CAO G J, YE Q, QI Q G, WU P, ZHANG Y. Effects of different phosphorus applications on soil available phosphorus, phosphorus absorption and yield of spring maize., 2013, 34(4): 470-474. (in Chinese)

[14] 唐文雪, 馬忠明, 王景才, 盧穎. 施磷量對旱地全膜雙壟溝播玉米產量土壤速效磷和磷肥利用率影響. 干旱地區農業研究, 2016, 34(5): 69-73.

TANG W X, MA Z M, WANG J C, LU Y. Effects of phosphorus rate on maize yield，soil available phosphorus and phosphorus use efficiency by double-bed and furrow-sowing with full plastic film mulching in semi-arid field., 2016, 34(5): 69-73. (in Chinese)

[15] DANA C, JANOLOF D, STUART W. The story of phosphorus: Global food security and food for thought., 2009,19: 292-305.

[16] 周寶庫, 張喜林. 長期施肥對黑土磷素積累、形態轉化及其有效性影響的研究. 植物營養與肥料學報, 2005, 11(2): 143-147.

ZHOU B K, ZHANG X L. Effect of long-term phosphorus fertilization on the phosphorus accumulation and distribution in black soil and its availability., 2005, 11(2): 143-147. (in Chinese)

[17] 彭正萍, 張家銅, 袁碩, 王艷群, 劉會玲, 薛世川. 不同供磷水平對玉米干物質和磷動態積累及分配的影響. 植物營養與肥料學報, 2009, 15(4): 793-798.

PENG Z P, ZHANG J T, YUAN S, WANG Y Q, LIU H L, XUE S C. Effects of different phosphorus application rates on the dynamic accumulation and distribution of dry matter and phosphorus in maize., 2009, 15(4): 793-798. (in Chinese)

[18] 趙靚, 侯振安, 李水仙, 劉立鵬, 黃婷, 張揚. 磷肥用量對土壤速效磷及玉米產量和養分吸收的影響. 玉米科學, 2014, 22(2): 123-128.

ZHAO J, HOU Z A, LI S X, LIU L P, HUANG T, ZHANG Y. Effects of P rate on soil available P, yield and nutrient uptake of maize., 2014, 22(2): 123-128. (in Chinese)

[19] 邢月華, 汪仁, 包紅靜, 宮亮, 王聰翔, 李振玉. 不同磷肥用量對玉米產量·效益及養分吸收的影響. 安徽農業科學, 2011, 39(32): 19834-19835, 19923.

XING Y H, WANG R, BAO H J, GONG L, WANG C X, LI Z Y. Effects of different phosphorus application amounts on yield，profit and nutrient uptake of maize., 2011, 39(32): 19834-19835, 19923. (in Chinese)

[20] 侯云鵬, 楊建, 孔麗麗, 尹彩俠, 李前, 秦裕波, 王立春, 謝佳貴. 不同施磷水平對春玉米產量、養分吸收及轉運的影響. 玉米科學, 2017, 25(3): 123-130.

HOU Y P, YANG J, KONG L L, YIN C X, LI Q, QIN Y B, WANG L C, XIE J G. Effect of different phosphorus levels on yield, nitrogen, phosphorus and potassium absorption and translocation of spring maize., 2017, 25(3): 123-130. (in Chinese)

[21] 潘瑞熾.植物生理學(第5版). 北京: 高等教育出版社, 2004.

PAN R C.. Beijing: Higher Education Press, 2004. (in Chinese)

[22] 吳克寧, 趙彥鋒, 呂巧靈, 李玲. 潮土區灌漿水和施磷對冬小麥光合作用和產量的影響. 植物營養與肥料學報, 2002, 8(4): 428-434.

WU K N, ZHAO Y F, Lü Q L, LI L. Effect of irrigation during grain filling stage and applying phosphate on the photosynthetic efficiency and yield of winter wheat in the fluvo-aquic soil area., 2002, 8(4): 428-434. (in Chinese)

[23] 陳書強, 許海濤, 段翠平. 施磷量對玉米生長發育、產量構成因子及品質的影響. 河北農業科學, 2011, 15(2): 62-64, 95.

CHEN S Q, XU H T, DUAN C P. Effects of phosphorus application amount on growth and development, yield components and quality of maize., 2011, 15(2): 62-64, 95. (in Chinese)

[24] 楊勁峰, 馬迪, 王帥, 魯豫, 李娜, 王月, 韓曉日. 磷肥對玉米灌漿期光合系統性能的影響. 玉米科學, 2016, 24(5): 136-141, 146.

YANG J F, MA D, WANG S, LU Y, LI N, WANG Y, HAN X R. Effect of phosphate fertilizer photosynthetic function in maize leaf at grain filling stage., 2016, 24(5):136-141, 146. (in Chinese)

[25] WAHOCHO N A, BALOCH M A, BALOCH A F, JOGI Q D, KUBAR M I. Effects of varying nitrogen, phosphorous and potassium doses on the growth, development and yield of radish (L.)., 2010, 25(1): 22-24.

[26] 馬光恕, 劉明鑫, 王萌, 宿曉琳, 高鈴鈴, 馬彥良, 廉華. 磷對薄皮甜瓜生理代謝和產量形成影響的研究. 核農學報, 2017, 31(5): 1014-1021.

MA G S, LIU M X, WANG M, SU X L, GAO L L, MA Y L, LIAN H. The research of phosphorus on the physiological metabolism and yield formation in muskmelon., 2017, 31(5): 1014-1021. (in Chinese)

[27] MASOOD T, GUL R, MUNSIF F, JALAL F, HUSSAIN Z, NOREEN N, KHAN H, NASIRUDDI, KHAN H. Effect of different phosphorus levels on the yield and yield components of maize., 2011, 27(2): 167-170.

[28] 何萍, 金繼運, 林葆. 氮肥用量對春玉米葉片衰老的影響及其機理研究. 中國農業科學, 1998, 31(3): 66-71.

HE P, JIN J Y, LIN B. Effect of N application rates on leaf senescence and its mechanism in spring maize., 1998, 31(3): 66-71. (in Chinese)

[29] DOBERMANN A, WITT C, DAWE D, ABDULRACHMAN S, GINES H C, NAGRARJAN R, SATAWATHANANONT S, SON T T, TAN P S, WANG G H, CHIEN N V, THOA V T K, PHUNG C V, STALIN P, MUTHUKRISHNAN P, RAVI V, BABU M, CHATUPORN S, SOOKTHONGSA J, SUN Q, FU R, SIMBAHAN G C, ADVIENTO M A A. Site-specific nutrient management for intensive rice cropping systems in Asia., 2002, 74: 37-66.

[30] 趙靚, 侯振安, 柴穎, 張揚, 黃婷, 毛家雙. 長期施磷對灰漠土無機磷形態的影響. 水土保持學報, 2014, 28(3): 236-242.

ZHAO J, HOU Z A, CHAI Y, ZHANG Y, HUANG T, MAO J S. Effects of P rate on soil inorganic phosphorous forms in grey desert soil., 2014, 28(3): 236-242. (in Chinese)

[31] 楊軍, 高偉, 任順榮. 長期施肥條件下潮土土壤磷素對磷盈虧的響應. 中國農業科學, 2015, 48(23): 4738-4747.

YANG J, GAO W, REN S R. Response of soil phosphorus to P balance under long-term fertilization in fluvo-aquic soil., 2015, 48(23): 4738-4747. (in Chinese)

[32] 吳啟華, 劉曉斌, 張淑香, 尹彩俠, 李桂花, 謝佳貴. 施用常規磷水平的80%可實現玉米高產、磷素高效利用和土壤磷平衡. 植物營養與肥料學報, 2016, 22(6): 1468-1476.

WU Q H, LIU X B, ZHANG S X, YIN C X, LI G H, XIE J G. Application of 80% of routine phosphorus rate to keep high yield and P efficiency of maize and P balance in soil., 2016,22(6):1468-1476. (in Chinese)

[33] 魯如坤, 時正元, 施建平. 我國南方6 省農田養分平衡現狀評價和動態變化研究. 中國農業科學, 2000, 33(2): 63-67.

LU R K, SHI Z Y, SHI J P. Nutrient balance of agroecosystem in six provinces in southern China., 2000, 33(2): 63-67. (in Chinese)

[34] 溫延臣, 張曰東, 袁亮, 李偉, 李燕青, 林治安, 趙秉強. 商品有機肥替代化肥對作物產量和土壤肥力的影響. 中國農業科學, 2018, 51(11): 2136-2142.

WEN Y C, ZHANG Y D, YUAN L, LI W, LI Y Q, LIN Z A, ZHAO B Q. Crop yield and soil fertility response to commercial organic fertilizer substituting chemical fertilizer., 2018, 51(11): 2136-2142.(in Chinese)

[35] 賈良良, 陳新平, 張福鎖, 劉宏斌, 吳健繁. 北京市冬小麥氮肥適宜用量評價方法的研究. 中國農業大學學報, 2001, 6(3): 67-73.

JIA L L, CHEN X P, ZHANG F S, LIU H B, WU J F. Study of optimum N supplying rate in winter wheat in Beijing area., 2001, 6(3): 67-73. (in Chinese)

[36] 向萬勝, 黃敏, 李學垣. 土壤磷素的化學組分及其植物有效性. 植物營養與肥料學報, 2004, 10(6): 663-670.

XIANG W S, HUANG M, LI X Y. Progress on fractioning of soil phosphorous and availability of various phosphorous fractions to crops in soil., 2004, 10(6): 663-670. (in Chinese)

[37] 何萍, 金繼運, PAMPOLINO M F, JOHNSTON A M. 基于作物產量反應和農學效率的推薦施肥方法. 植物營養與肥料學報, 2012, 18(2): 499-505.

HE P, JIN J Y, PAMPOLINO M F, JOHNSTON A M. Approach and decision support system based on crop yield response and agronomic efficiency., 2012, 18(2): 499-505. (in Chinese)

[38] 寧運旺, 張永春. 基于土壤氮素平衡的氮肥推薦施肥方法-以水稻為例. 土壤學報, 2015, 52(2): 281-292.

NING Y W. ZHANG Y C. Soll nitrogen balance based recommendation of nitrogen fertilization: A case study of rice.. 2015, 52(2): 281-292. (in Chinese)

Research on optimum phosphorus fertilizer rate based on maize yield and phosphorus balance in soil under film mulched drip irrigation conditions

HOU YunPeng, WANG LiChun, LI Qian, YIN CaiXia, QIN YuBo, WANG Meng, WANG YongJun, KONG LiLi

(Institute of Agricultural Resources and Environment, Jilin Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-Environment in Northeast China, Ministry of Agriculture, Changchun 130033)

【】In order to improve phosphorus efficiency and reduce environmental risk due to a large number of phosphorus application under mulched drip irrigation in northeast semi-arid region for maize production, a 3-year field experiment was conducted to investigate the effects of different phosphorus application rates on maize yield, phosphorus utilization efficiency and soil phosphorus supply ability, so as to provide scientific references for rational phosphorus fertilizer application in this region. 【】The field experiment was conducted in semi-arid maize production region of Jilin province (Qian'an county) from 2015 to 2017. Six treatments of phosphorus application rate (P2O) were designed in the field experiments, including 0 (P0), 40 kg·hm-2(P40), 70 kg·hm-2(P70), 100 kg·hm-2(P100), 130 kg·hm-2(P130) and 160 kg·hm-2(P160), which were used for the calculation of phosphorus uptake, phosphorus utilization efficiencies and apparent phosphorus balance in the soil-crop system. The measurement indexes contained maize yield and its components, phosphorus content of plant at mature stage and soil available phosphorus concentration. 【】The result showed that the maize yield with phosphorus application were significantly increased by 6.2%-21.2% (2015), 9.0%-20.6% (2016) and 12.9%-30.3% (2017) respectively, and increment by 9.2%-23.9% in average three years. The yield was enhanced by increasing grains per ear, 100-kernel weight and harvest index by applying phosphorus fertilizer. Maize yield increased at first and decreased later with increasing of phosphorus application rate, and the highest yield value was found under P100treatment. Phosphorus recovery efficiency and partial productivity declined, however, phosphorus agronomic efficiency increased at first and decreased later with increasing of phosphorus application rate. Available phosphorus content in soil layer (0-40 cm) was improved with the increasing of phosphorus application rate and period compared with P0treatment, and the content under P100treatment was very close to its initialization value. The apparent phosphorus balance in soil was negative in the P0, P40and P70treatments after a three-year continuous maize-cropping, and the phosphorus deficient amount was decreased with the increment of phosphorus application rate. While the apparent phosphorus balance in soil was positive under the P100, P130and P160treatments, and phosphorus surplus amount was increasing with the increment of phosphorus application rate. When surplus rate was 0, phosphorus application rate, maize yield, available phosphorus content in 0-20 cm and 20-40 cm soil, phosphorus recovery efficiency, agronomic efficiency and partial productivity were 92.4 kg·hm-2, 12 497 kg·hm-2, 34.6 mg·kg-1, 28.4 mg·kg-1, 24.1%, 21.9 kg·kg-1and 146.1 kg·kg-1, respectively, by simulating between phosphorus application rate (y1), soil available phosphorus content (y2), phosphorus utilization efficiency (y3) and surplus rate (x), respectively. These results were similar to maize yield, soil available phosphorus content and phosphorus utilization efficiency under the maximum yield under the P100treatment. The optimum phosphorus application rate was at the range of 88-97 kg·hm-2under 95% confidence levels, when theoretical surplus rate was 0. 【】The results suggested that the recommended phosphorus application rate was at the range of 88-97 kg·hm-2, which could not only ensure higher maize yield, but also keep soil phosphorus balance under this experimental conditions. The research provided phosphorus fertilizer management for both high-yielding maize production and friendly environment under mulched drip irrigation conditions in northeast semi-arid region of Jilin province.

phosphorus application rate; phosphorus utilization efficiency; maize yield; available phosphorus content; phosphorus balance

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.008

2018-07-22；

2018-10-16

國家重點研發計劃（2018YFD0300200，2017YFD0300604）、吉林省農業科技創新工程自由創新項目（CXGC2018ZY013）、國際植物營養研究所（IPNI）項目（BFDP-Jilin-2018）

侯云鵬，E-mail：exceedfhvfha@163.com。

王永軍，E-mail：yjwang2004@126.com。通信作者孔麗麗，E-mail：kongll2000@126.com

（責任編輯 楊鑫浩）