磷肥施用對漢中盆地水稻生長、肥料利用率及土壤磷素平衡的影響

簡紅忠，楊小敏，王 琳，高 鵬，姚 遠，張 蕊，賈永進

(1.漢中市農(nóng)業(yè)技術推廣中心, 陜西 漢中 723000；2.陜西省佛坪縣農(nóng)業(yè)技術推廣中心, 陜西 佛坪 723000)

磷素對作物生長至關重要，施用磷肥是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施[1]。但由于土壤的高固磷能力導致作物對于土壤中磷素的吸收利用能力較差，磷肥施用量逐年增加，但其增產(chǎn)效應卻隨施磷量增加而下降。在我國, 磷肥當季利用率只有10%～25%，其余大部分被土壤固定為緩效態(tài)或無效態(tài)磷[2]，這也導致土壤有效磷含量快速增加，部分土壤有效磷隨地表徑流造成環(huán)境污染風險等。因此，科學施用磷肥，減輕磷對環(huán)境造成的農(nóng)業(yè)面源污染風險意義重大。

水稻是漢中盆地重要的糧食作物，自第二次土壤普查以來，磷肥施用從無到有，用量逐年上升，相應的土壤有效磷含量快速增加，1982年全區(qū)域土壤有效磷平均含量僅為8.4 mg·kg-1，到2012年土壤有效磷平均含量達到了18.1 mg·kg-1，上升幅度為115.5%，近年來出現(xiàn)了增肥不增產(chǎn)、磷肥利用率低下等問題，鑒于此，本研究通過田間定位試驗，基于區(qū)域土壤有效磷含量大幅提升的情況，研究不同磷肥施用方式和施用量對水稻產(chǎn)量、磷肥肥料效應和土壤磷素平衡的影響，為科學施用磷肥、降低磷流失造成的農(nóng)業(yè)面源污染影響提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于漢中市南鄭縣新集鎮(zhèn)焦山廟村家庭農(nóng)場，東經(jīng)106°49′11.35″，北緯32°59′42.34″，田塊平整，試驗土壤為潛育型水稻土，前茬作物為元胡。試驗前稻田土壤0～20 cm土層土壤Ph為6.75，有機質(zhì)含量為27.13 g·kg-1，土壤全氮含量為1.97 g·kg-1，堿解氮為141.75 mg·kg-1，有效磷為23.41 mg·kg-1，速效鉀為102.0 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

試驗在施用等量氮肥和鉀肥的基礎上共設計7個處理，各處理氮(N)、鉀(K)施用量相同，分別為180 kg·hm-2和90 kg·hm-2：其中氮肥基肥采用硫包衣尿素，追肥為普通尿素，分三次施用，基肥和追肥(分蘗期、孕穗期)比例為5:3:2；鉀肥均作為基肥一次性施入；磷肥設0水平(P0，CK)、P1(45 kg·hm-2)、P2(90 kg·hm-2，當?shù)爻Ｒ?guī)磷肥施用量)、P3(135 kg·hm-2)4個水平的施肥量，磷肥施肥方式分兩種，B(全做基肥)和T(全做追肥、分蘗期50%、孕穗期50%)；各小區(qū)面積為15 m2，每個處理3個重復，隨機區(qū)組排列，每小區(qū)間用彩鋼板隔離劃分，單獨排灌，兩邊設有保護行， 2017年6月1日移栽，密度為21.3萬穴·hm-2，9月26日收獲。

1.3 樣品采集與測定

水稻收獲前，在標記的定點10穴植株上進行有效穗數(shù)統(tǒng)計，之后，按照各小區(qū)的平均有效穗數(shù)，每個小區(qū)選取相應3穴植株進行樣品考種，考種指標有千粒重、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率。收獲時采集地上部分植株樣本，測定秸稈和籽粒器官的磷養(yǎng)分含量，各樣品先用H2SO4-H2O2消煮后，用鉬銻抗比色法測定，收獲時測定每小區(qū)實收產(chǎn)量。水稻插秧前和收獲后，采集各小區(qū)0～20 cm土壤，每個小區(qū)采5個點混合，風干過篩后用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法，紫外可見分光光度計測定土壤速效磷含量[3]。

1.4 計算公式及統(tǒng)計方法

水稻磷肥肥料利用率不同表達式[4～5]

磷肥貢獻率(%)=(施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量-不施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量)/施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量×100%；

磷肥農(nóng)學利用率(kg·kg1-)=(施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量-不施磷肥區(qū)所獲的作物產(chǎn)量)/施磷量；

磷肥偏生產(chǎn)力(kg·kg-1)=施磷肥后所獲的作物產(chǎn)量/施磷量;

磷肥吸收利用率(%)=(施磷肥區(qū)磷素總累積量-不施磷肥區(qū)磷素總累積量)/施磷量×100%；

土壤磷素表觀盈余量=施磷量-地上部磷素養(yǎng)分累積量。用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)的基本運算以及制圖。用SPPS22.0進行各處理之間的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

表1表明，與不施磷肥(CK)相比，施用P2O545 kg·hm-2、90 kg·hm-2、135 kg·hm-2處理，以及磷肥作為基肥和追肥處理，水稻四個產(chǎn)量構(gòu)成因素中畝穗數(shù)、千粒重、結(jié)實率均與不施磷肥處理無明顯差異；穗粒數(shù)則表現(xiàn)為施用磷肥處理顯著高于對照，增加幅度為4.2%～15.4%；在相同磷肥施用量下，磷肥基施與后移處理之間穗粒數(shù)無明顯差異，不同施磷量處理之間穗粒數(shù)也無明顯差異；施用磷肥水稻產(chǎn)量均顯著高于不施磷肥處理，其中理論產(chǎn)量增幅為8.4%～25.2%，實際產(chǎn)量增幅為5.3%～19.0%，表明磷肥施用能夠通過提高水稻穗粒數(shù)，增加水稻產(chǎn)量。此外，以TP1處理(追施P2O545 kg·hm-2)產(chǎn)量最高，而繼續(xù)多施磷肥，并未提高水稻產(chǎn)量，這可能與田間背景養(yǎng)分值高有關，適宜的施磷量已滿足水稻生長，過量施用磷肥并不能夠促進植株生長吸收養(yǎng)分，當磷肥施用量達到135 kg·hm-2(BP3、TP3)時，產(chǎn)量還有所下降。

表1 不同處理對水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.2 不同處理對水稻磷肥利用效率影響

不同磷肥施用量和施用時期對水稻磷肥利用效率有顯著的影響(表2)；磷肥貢獻率、磷肥農(nóng)學利用率、磷肥偏生產(chǎn)力和磷肥吸收利用率均呈現(xiàn)為TP1>BP1>TP2>BP2>BP3>TP3>CK；不同磷肥施用量處理下磷肥貢獻率、磷肥農(nóng)學利用率、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥吸收利用率均表現(xiàn)為45 kg·hm-2>90 kg·hm-2>135 kg·hm-2；磷肥施肥量相同情況下，磷肥后移的處理四個指標要略高于磷肥基施處理。綜上所述，在本試驗中，田間土壤有效磷背景值≥20 mg·kg-1時，水稻磷肥施用量降低為常規(guī)施肥的50%，即P2O545 kg·hm-2，其磷肥肥料利用率最高；此外，為了減少磷肥的固定，磷肥后移施用，確保了水稻最大需肥期養(yǎng)分的供應，其肥料利用率顯著增加。

表2 不同處理對水稻磷肥利用效率的影響

2.3 不同處理對土壤磷含量的影響

水稻播種前與收獲后田間耕層土壤有效磷含量結(jié)果表明(圖1)，相較于播種前， CK處理收獲后土壤有效磷含量顯著下降，為16.2 mg·kg-1，下降幅度為27.8%；施用P2O545 kg·hm-2兩個處理(BP1、TP1)土壤有效磷含量則略有下降，分別為1.72%和2.09%；BP2、TP2、BP3、TP3四個處理土壤有效磷含量呈增加趨勢，分別較播種前增加4.77%、4.53%、5.76%、和25.1%，增加幅度隨施磷量的增加而增加；其中BP2(底肥施用P2O560 kg·hm-2)和TP2(追肥施用P2O560 kg·hm-2)處理增長量無明顯差異；TP3(追肥施用P2O590 kg·hm-2)處理土壤有效磷增長量顯著高于BP3(底肥施用P2O590 kg·hm-2)，這與水稻底肥施用過量的磷肥時，磷肥不能被作物吸收，易隨田間水徑流流失有關。

圖1 不同處理對土壤磷含量的影響

2.4 不同處理對磷素表觀平衡的影響

本試驗研究結(jié)果顯示，水稻成熟期施磷處理作物磷攜出量顯著高于不施磷處理，不施磷肥處理，作物磷攜出量為21.9 kg·hm-2，施用45 kg～135 kg·hm-2P2O5處理，作物磷攜出量范圍為25.4～27.1 kg·hm-2，較不施磷處理增加幅度為16.0%～23.7%，各施磷處理之間無明顯差異；磷素表觀盈虧量中，P0處理為虧缺狀態(tài)，其它施磷處理均表現(xiàn)為盈余狀態(tài)，且隨施磷量的增加而顯著增加，施用135 kg·hm-2P2O5，其磷盈余量平均為108.6 kg·hm-2，同等施磷量下，磷肥基施和追施，其磷盈余量無明顯差異。

表3 不同處理對土壤磷素(P2O5)表觀平衡的影響 (kg·hm-2)

3 討論

試驗研究結(jié)果表明，當農(nóng)田背景值土壤有效磷含量為23.4 mg·kg-1時，與不施磷肥相比，施用磷肥仍可顯著提高水稻籽粒產(chǎn)量，但當施磷量從45 kg·hm-2增到至90 kg·hm-2，水稻籽粒產(chǎn)量并未增加，施磷量增加至135 kg·hm-2時，產(chǎn)量開始下降，多地水稻磷肥試驗結(jié)果也表明，水稻產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)，隨施磷量的增加而增加，但超過一定用量，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢[6～8]。對于漢中盆地水稻生長而言，農(nóng)田土壤中有效磷含量>20 mg·kg-1背景值下，將磷肥施用量減少至傳統(tǒng)施用量的50%(45 kg·hm-2P2O5)，并未造成水稻減產(chǎn)，且磷肥后移產(chǎn)量略高于基施；磷肥貢獻率、磷肥農(nóng)學利用率、磷肥偏生產(chǎn)力和磷肥吸收利用率均可以作為磷肥增產(chǎn)增效的判定指標，這四項指標均隨施磷量的增加而顯著下降，以施磷量(45 kg·hm-2P2O5)最高，且以磷肥追施處理略高于基施處理。這與龔海青等[4]和李鵬[9]等的研究結(jié)果一致，其研究表明，磷肥后移不僅能提高水稻產(chǎn)量，更能提高磷肥的吸收利用效率，這主要是因為水稻苗期吸收養(yǎng)分較少，土壤磷肥含量就能夠滿足作物苗期生長，后移施用磷肥則能給水稻后期大量需肥期提供充足磷素供應，則作物磷肥吸收利用率會顯著提升。

已有研究表明，磷肥對土壤磷含量影響顯著，施磷可顯著提高土壤耕層磷含量、土壤表觀磷素盈余量[5～6,10～11]，磷肥投入不足時，作物從土壤中帶走磷元素，而土壤有效磷元素得不到有效補充，就會出現(xiàn)養(yǎng)分耗竭情況，磷肥投入過量，則會大幅度提升土壤磷含量。這也與本試驗研究結(jié)果一致，筆者試驗中，不施用磷肥處理，在水稻收獲后，土壤有效磷含量顯著下降，施用45 kg·hm-2P2O5時，土壤有效磷含量略有下降，施用90～135 kg·hm-2P2O5，土壤有效磷含量呈顯著增加趨勢。筆者試驗中，土壤表觀磷素盈虧量結(jié)果表明，施用45 kg·hm-2P2O5時，作物磷素攜出量占施入量的57.8%，隨著磷肥施用量的增加，占比下降至19.7%，這就意味著，過量投入的磷肥資源被浪費，同時增加了農(nóng)業(yè)環(huán)境污染風險。因此，判定磷肥施用量和施用方法時，不僅要考慮磷肥對作物產(chǎn)量和肥料利用率的影響，更要考慮磷肥在土壤中的損失程度，磷肥施用量等于或略高于作物移除量時為宜。

4 結(jié)論

綜上所述，在漢中盆地目前的土壤養(yǎng)分背景值條件下，磷肥施用量減少至常規(guī)施肥量的50%時(45 kg·hm-2P2O5)，同時將傳統(tǒng)基施方法改變?yōu)槿孔肥瑢λ咀蚜．a(chǎn)量并未影響，即顯著提高了水稻的磷肥貢獻率、磷肥農(nóng)學利用率、磷肥偏生產(chǎn)力、磷肥吸收利用率等肥料利用率指標，又能維持土壤的磷素平衡，減輕環(huán)境污染風險，因此，將45 kg·hm-2P2O5推薦為本區(qū)域最適宜磷肥施用量。