磷肥減施對間作大豆／玉米農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量、經(jīng)濟效益的影響

田藝心，曹鵬鵬，張海英，高鳳菊

（1.德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東德州 253015；2.德州市陵城區(qū)邊臨鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，山東德州 253500）

近年來，在國家農(nóng)業(yè)相關(guān)政策推動下，大豆／玉米間套作模式推廣應(yīng)用較為普及［1，2］，這對于緩解當(dāng)前大豆、玉米供需矛盾，保證國家糧食安全，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要積極意義。2020年中央一號文件再次明確指出加大對玉米、大豆間作新農(nóng)藝推廣的支持力度，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部〔2020〕1號文件進一步要求因地制宜在黃淮海和西南、西北地區(qū)示范推廣玉米、大豆帶狀復(fù)合種植技術(shù)模式，拓展大豆生產(chǎn)空間，因此，大豆／玉米間作模式及其相關(guān)配套農(nóng)藝的持續(xù)研究有利于促進該模式在全國大豆、玉米主產(chǎn)區(qū)的順利推廣及應(yīng)用。

磷肥對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成具有不可替代的作用。先前農(nóng)民為作物增收投入大量磷肥，導(dǎo)致農(nóng)田磷肥施用量逐年增加，2016年已達到830萬噸［3］，但我國磷肥當(dāng)季利用率只有7.3%～20.1%［4］，過多磷素存于土壤，造成資源過剩和環(huán)境隱患。由于磷肥的利用率受施磷量影響較大，且各地區(qū)存在差異［5-8］，因此磷肥施用需因地制宜科學(xué)施肥，才能保證作物產(chǎn)量和質(zhì)量。大豆、玉米間作，作物水肥空間及土壤成分均發(fā)生變化，先前單作施肥方式已不適宜間作施肥，傳統(tǒng)磷肥施用方式亟需改善；另一方面，眾多研究表明，不同作物間作有利于肥料吸收，如花生／玉米［9］、蠶豆／小麥［10］、蠶豆／玉米［11］等間作體系中，種間促進作用可顯著提高磷的吸收，但關(guān)于大豆／玉米間作體系中磷肥減施是否可行的研究相對較少。因此，本研究結(jié)合黃淮海地區(qū)玉米、大豆帶狀復(fù)合種植技術(shù)，設(shè)置不同施磷水平處理，旨在優(yōu)化間作體系磷肥施用方式，達到節(jié)肥增效，避免環(huán)境污染，為大豆／玉米間作高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗于2018—2019年在德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院科技園區(qū)內(nèi)進行。該園區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，年日照時數(shù)2 595.5 h，年均氣溫13.2℃，年均降水量550.3 mm，且75%降水集中在7—9月。試驗地為壤土，0～20 cm土層pH值7.01，有機質(zhì)含量 11.37 g／kg、全氮0.58 g／kg、有效磷21.12 mg／kg、速效鉀 111.25 mg／kg。前茬作物為冬小麥，收獲后機械滅茬，人工鏟出麥秸后機械旋耕整地，澆水造墑。

供試大豆品種齊黃34，由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所提供；玉米品種登海605，由山東登海種業(yè)股份有限公司提供。

供試氮磷鉀肥分別為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、硫酸鉀（K2O 50%），均由當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場購買。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。小區(qū)長5 m，寬8m，面積40 m2。每小區(qū)包含3帶，每帶4行大豆、2行玉米。大豆行距均為0.3 m，玉米行距均為0.4 m，帶距0.65 m。2行玉米間種4行大豆，復(fù)合帶狀種植。大豆株距16 cm，折合每公頃密度9.38萬株；玉米株距15 cm，折合每公頃密度6.68萬株。每小區(qū)大豆、玉米氮鉀施肥量不變，磷肥施用量共設(shè)5個處理，處理Ⅰ：大豆、玉米常規(guī)施肥；處理Ⅱ：大豆常規(guī)施肥，玉米磷肥減施1／2；處理Ⅲ：大豆磷肥減施 1／2，玉米常規(guī)施肥；處理Ⅳ：大豆磷肥減施1／2，玉米磷肥減施1／2；處理Ⅴ：大豆及玉米均不施肥。各處理施肥量如表1所示。大豆、玉米均于6月10日適墑人工開溝點播，播種第二天均人工單行耬施各肥料。試驗期內(nèi)田間管理措施一致，均按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田進行。

表1 施肥處理

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株農(nóng)藝性狀測定 作物成熟后分別在各小區(qū)收取10株大豆、10株玉米進行常規(guī)考種。大豆考查株高、底莢高、分枝數(shù)、節(jié)數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重等農(nóng)藝性狀。玉米考查株高、穗位高、穗長、禿頂長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、單穗重等農(nóng)藝性狀。

1.3.2 作物產(chǎn)量測定 對各小區(qū)成熟玉米、大豆分別進行收獲，人工脫粒后自然曬干，稱量小區(qū)籽粒產(chǎn)量，最終折合成公頃產(chǎn)量。

1.3.3 作物經(jīng)濟效益計算 玉米、大豆及肥料按每千克市場價格計算，其中玉米價格為1.6元、大豆4.4元、尿素1.6元、過磷酸鈣 0.4元、硫酸鉀2.1元，計算經(jīng)濟效益（產(chǎn)量×玉米或大豆價格-施肥量×肥料價格）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理和計算，通過SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法檢測處理間差異顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥減施對間作大豆農(nóng)藝性狀的影響

由表2看出，玉米／大豆間作情況下，大豆帶磷肥減施1／2對株高、底莢高均無顯著影響；不施肥處理下，株高、節(jié)數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重均顯著低于施肥處理，底莢高顯著高于施肥處理，表明施肥對作物生長具有促進作用。分枝數(shù)受施肥影響較小，各處理間均無顯著差異。施用磷肥30 kg／hm2處理下，有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重均顯著高于施用磷肥60 kg／hm2處理，表明磷肥施用過多對大豆生長并無明顯促進作用，適宜磷肥處理對大豆生長反而更有利。另外，間作大豆生長主要受大豆帶磷肥施用量影響，受間作玉米帶磷肥施用量影響較小。

表2 磷肥減施對間作大豆農(nóng)藝性狀的影響

2.2 磷肥減施對間作玉米農(nóng)藝性狀的影響

由表3看出，施肥處理下玉米株高、穗長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、單穗粒重等農(nóng)藝性狀均顯著高于不施肥處理，而穗位高、禿頂長顯著低于不施肥處理，表明玉米生長受施肥影響較大。磷肥減施1／2處理與磷肥不減施條件下，玉米各農(nóng)藝性狀均未受到顯著影響，表明玉米生長需磷量有一定適宜范圍，過量施用磷肥對玉米生長并無顯著促進作用。且玉米生長需磷量受間作大豆施磷量影響較小。

表3 磷肥減施對間作玉米農(nóng)藝性狀的影響

2.3 磷肥減施對間作大豆和玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

由表4看出，不同用量磷肥處理下，大豆產(chǎn)量出現(xiàn)顯著差異。處理Ⅰ、Ⅱ之間，處理Ⅲ、Ⅳ之間大豆產(chǎn)量均無明顯變化，表明玉米帶磷肥減施對大豆產(chǎn)量無影響。大豆帶磷肥減施1／2后大豆產(chǎn)量均顯著高于不減施處理，其中處理Ⅲ、Ⅳ大豆產(chǎn)量比處理Ⅰ分別增加10.01%、7.89%，比處理Ⅱ分別增加14.80%、12.59%，表明過多施用磷肥對大豆產(chǎn)量并無促進作用，反而會因施肥過量造成產(chǎn)量下降。另外，施肥后的大豆產(chǎn)量均顯著高于不施肥處理，相比處理Ⅴ，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ大豆產(chǎn)量分別提升 42.01%、36.08%、56.22%、53.22%。

玉米產(chǎn)量在各施肥處理間無顯著差異，但均顯著高于不施肥處理，相比處理Ⅴ，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ玉米產(chǎn)量分別提升 19.47%、17.62%、22.00%、19.79%。

由表4還可以看出，不同磷肥處理下，大豆經(jīng)濟效益與產(chǎn)量表現(xiàn)相一致，大豆帶磷肥減施1／2處理后大豆經(jīng)濟效益均顯著高于其它處理。處理Ⅲ大豆經(jīng)濟效益分別比處理Ⅰ、Ⅱ提高17.81%、24.23%，處理Ⅳ大豆經(jīng)濟效益分別比處理Ⅰ、Ⅱ提高15.20%、21.48%，這表明磷肥施用過多對大豆經(jīng)濟效益增加無積極作用，反而會造成產(chǎn)量下降、成本增高、經(jīng)濟效益降低。玉米磷肥減施和不減施處理下雖然產(chǎn)量和經(jīng)濟效益差異不顯著，但磷肥減施后成本降低，玉米經(jīng)濟效益相對增加，處理Ⅲ分別比處理Ⅰ、Ⅱ提高2.29%、2.18%，處理Ⅳ分別比處理Ⅰ、Ⅱ提高2.07%、1.96%。施肥后的大豆和玉米經(jīng)濟效益均顯著高于不施肥處理，其中處理Ⅰ～Ⅳ大豆經(jīng)濟效益比處理Ⅴ分別增加14.69%、8.76%、35.12%、32.12%，處理Ⅰ～Ⅳ玉米經(jīng)濟效益比處理Ⅴ分別增加10.13%、10.25%、12.66%、12.42%。

表4 磷肥減施對間作大豆和玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

3 討論與結(jié)論

磷是作物體內(nèi)許多重要化合物的組成成分，對大豆和玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量形成均具有重要影響。施用磷肥雖是保證作物產(chǎn)量的重要手段，但過量施用并不能保障產(chǎn)量提高，反而造成資源浪費、污染環(huán)境，影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。眾多研究表明，不同作物間套作可充分利用土地資源，顯著提高系統(tǒng)作物對土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的利用率，如玉米間作蕹菜能夠降低土壤及蔬菜中的硝酸鹽含量，提高氮肥利用率［12］；番茄間作架豆使土壤全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別增加16.9%、14.0%、26.6%和23.4%，番茄增產(chǎn) 15.7%［13］；木薯／花生間作系統(tǒng)中，間作花生的根際土壤堿解氮、有效磷、有效鉀量比單作花生增加145.9%～195.9%，間作木薯的根際土壤有效鉀、有效磷含量分別比單作木薯增加 161.8%和 187.9%［14］。因此，通過不同作物間作種植提高肥料利用率，是目前實現(xiàn)肥料減施增效的有效手段之一。

本研究結(jié)果表明，玉米大豆間作下，磷肥減施1／2對大豆植株節(jié)數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重等農(nóng)藝性狀均無負面影響，玉米各農(nóng)藝性狀也未產(chǎn)生顯著變化。究其原因可能與間作玉米和大豆根系互作促進土壤磷活化，促使根際土壤有效磷含量增加，促進作物對磷的吸收，增強土壤對磷的固持能力有關(guān)。這在劉均霞［15］、周濤［16］等的研究結(jié)果中均已得到印證。另外，間作大豆生長主要受大豆帶磷肥施用量影響，受間作玉米帶磷肥施用量影響較小。這一方面可能與玉米大豆帶間距有關(guān)，另一方面與大豆帶和玉米帶施磷深度有關(guān)［17］，具體原因尚需深入研究。

磷肥增產(chǎn)效果受多種因素控制，如土壤有效磷含量［18］、施磷量［19］、基因型［20］等。蔡柏巖［21］、程鳳嫻［22］等研究均發(fā)現(xiàn)，低磷土壤（4 mg／kg）施磷肥增產(chǎn)顯著，中磷土壤（15 mg／kg）施磷肥增產(chǎn)不顯著，高磷土壤（70 mg／kg）施磷肥，大豆產(chǎn)量不增反減。陳遠學(xué)等［23］前期研究發(fā)現(xiàn)麥／玉／豆間套作體系中，土壤磷含量較高時大豆莖對磷存在“奢侈吸收”，易造成植株徒長而影響大豆結(jié)莢和鼓粒。本試驗結(jié)論與前人研究有相似之處：供試土壤有效磷含量（21.12 mg／kg）基本處于中等或較高水平，常規(guī)施肥處理和大豆帶磷肥不減施情況下，大豆對磷肥實際處于“奢侈吸收”狀態(tài)，過多磷素對大豆產(chǎn)量并無有利影響，反而顯著低于磷肥減施處理。供試玉米帶磷肥減施后產(chǎn)量并未有顯著差異，表明較高磷土壤上過量磷對提高玉米產(chǎn)量也是無益。另外，所有施肥處理大豆和玉米產(chǎn)量均顯著高于不施肥處理，表明雖然磷肥減施對產(chǎn)量無不利影響，但僅靠土壤本身難以保證產(chǎn)量需求，適當(dāng)施肥對提高作物產(chǎn)量具有積極作用。磷肥減施后，成本降低，加之大豆和玉米產(chǎn)量未受負面影響，因此磷肥減施后大豆和玉米經(jīng)濟效益值相對增加，其中相比磷肥未減施處理大豆經(jīng)濟效益增加15.20%～24.23%，玉米經(jīng)濟效益增加1.96%～2.29%；相比未施肥處理大豆經(jīng)濟效益增加8.76%～35.12%，玉米經(jīng)濟效益值增加 10.13% ～12.66%。

總體來看，減磷1／2與常規(guī)施磷水平相比，玉米大豆間作在減磷條件下依然可以維持較高產(chǎn)量及經(jīng)濟效益，表明在土壤有效磷含量中等情況下，玉米大豆間作體系存在節(jié)約施磷的空間，有利于節(jié)肥增效，減少資源浪費及環(huán)境污染，進而促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。同時，關(guān)于豆科-禾本科間作對磷肥利用率有效性機制、間作體系中磷素遷移轉(zhuǎn)化與根系構(gòu)型、潛入深度及根系分泌物的關(guān)系均尚需深入探討。