包膜磷肥對設(shè)施辣椒產(chǎn)量、干物質(zhì)累積和磷肥利用率的影響

鄔 剛，袁嫚嫚，王家寶，陳俊陽，井玉丹，阮琦琦，孫義祥*

（1．安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤與肥料研究所，安徽 合肥 230031；2．養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031；3．舒城縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，安徽 舒城 231300）

磷素是植物必需的三大營養(yǎng)元素之一，在植物體內(nèi)以多種形式參加許多重要生理及生化的新陳代謝過程，在植物的生長和發(fā)育過程中起到不可或缺的作用［1］。磷肥是保證作物磷素營養(yǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但在各地設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中施用磷肥過量現(xiàn)象普遍存在［2-4］，在大水漫灌、溝灌等栽培管理下，未被充分利用的磷肥容易造成栽培土壤的次生鹽堿化、微量元素的缺乏和環(huán)境的污染，并使得蔬菜的產(chǎn)品品質(zhì)和磷肥利用效率下降［5］。因此，設(shè)施環(huán)境中合理施用磷肥成為設(shè)施農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效中重要的研究方向。

磷肥施入酸性土壤或石灰性土壤中，會被無定形氧化鐵、氧化鋁或碳酸鈣固定，生成不溶于水的物質(zhì)，降低磷素的有效性［6］。通過在肥料表面包裹一層半透性或不透性膜狀物，可減少磷素與土壤礦物接觸，并有效減緩磷素向土壤擴(kuò)散速率，從而提高磷素的有效性。目前，包膜磷肥作為提高磷肥利用率的一項(xiàng)技術(shù)被越來越多的研究人員關(guān)注。許多研究表明，包膜過磷酸鈣、重過磷酸鈣、磷酸二銨和復(fù)合肥比相應(yīng)的未包膜肥料均能夠顯著地提高作物對磷的吸收量、磷肥利用率和作物產(chǎn)量。紀(jì)海石等［7］發(fā)現(xiàn)，包膜過磷酸鈣與相應(yīng)的未包膜過磷酸鈣比較顯著增加了油菜和花生的產(chǎn)量。Chagas等［8］研究表明，在咖啡進(jìn)行了聚合物包膜重過磷酸鈣的肥料試驗(yàn)，與傳統(tǒng)的重過磷酸鈣相比，包膜重過磷酸鈣可提高咖啡葉的高度、干物質(zhì)量、磷素積累量和農(nóng)學(xué)效率。此外，包膜磷酸二銨配施誘抗劑可提高玉米關(guān)鍵生育期根際土壤磷酸酶活性，增強(qiáng)土壤磷素供應(yīng)強(qiáng)度，提高葉片光合酶、淀粉酶活性，進(jìn)而提高磷肥利用率［9］，包膜磷酸二銨配施黃腐酸有效增加了小麥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，提高了磷肥利用率和土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度［10］。朱伯明等［11］研究得出，與普通復(fù)合肥相比，包膜控釋復(fù)合肥顯著增加了辣椒的產(chǎn)量，并改善了辣椒的營養(yǎng)品質(zhì)。然而在不同磷肥水平下包膜磷肥對設(shè)施辣椒的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響研究鮮見報(bào)道。因此，本文通過設(shè)置不同磷肥水平，研究聚氨酯包膜磷酸二銨對設(shè)施辣椒產(chǎn)量、干物質(zhì)積累、磷素吸收和磷素利用的影響，以期為設(shè)施辣椒磷肥減施增效技術(shù)推廣提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在舒城縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)地屬北亞熱帶濕潤氣候，年平均氣溫12.9～15.6℃，年均降水量為1033～1596 mm，無霜期多年平均270 d，年均日照時(shí)數(shù)1969 h。試驗(yàn)地土壤類型為黃棕壤，地力均勻，耕層（0～20 cm）土壤的基本理化性質(zhì)：pH為5.3，有效磷為87.2 mg/kg，堿解氮為131.5 mg/kg，速效鉀為196.2 mg/kg，有機(jī)質(zhì)為17.3 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試?yán)苯菲贩N為皖椒101（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所培育品種）；供試包膜磷酸二銨（N 17.0%、P2O544.5%），磷素釋放期為3個(gè)月，膜材料為聚氨酯；供試包膜尿素（N 44.1%），釋放期3個(gè)月，膜材料為聚氨酯；普通磷酸二銨（N 18.0%、P2O546.0%）、普通尿素（N 46.0%）和硫酸鉀（K2O 50%），上述肥料均為市售。其中，包膜磷酸二銨中磷、氮初期養(yǎng)分釋放率（24 h）分別為0.54%和1.12%；7 d磷、氮累積養(yǎng)分釋放率分別為5.21%和8.73%；28 d磷、氮累積養(yǎng)分釋放率分別為45.88%和69.43%；60 d磷、氮累積養(yǎng)分釋放率分別為73.18%和98.83%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，按磷肥類型設(shè)2個(gè)主區(qū)，分別為普通磷酸二銨和包膜磷酸二銨。每個(gè)主區(qū)按磷肥水平設(shè)4個(gè)副區(qū)：分別為P2O530 kg/hm2（P30）、60 kg/hm2（P60）、90 kg/hm2（P90）、120 kg/hm2（P120）。單獨(dú)設(shè)置1個(gè)無磷肥處理，共9個(gè)處理。每個(gè)處理重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為7 m×1.4 m。各處理氮肥和鉀肥施用總量相同（N為195 kg/hm2，K2O為225 kg/hm2），肥料全部作為基肥一次性施用，包膜尿素僅用來替代包膜磷酸二銨中的緩釋氮養(yǎng)分。2019年1月16日進(jìn)行穴盤育苗，3月27日定植，采摘測產(chǎn)于5月30日和6月24日分2次進(jìn)行。

1.4 樣品采集與分析

每個(gè)處理小區(qū)進(jìn)行人工分次采收，單獨(dú)記產(chǎn)。第一次測產(chǎn)時(shí)每個(gè)小區(qū)只采集3株具有代表性的辣椒果實(shí)樣品，第二次測產(chǎn)時(shí)每個(gè)小區(qū)同時(shí)采集3株具有代表性的辣椒果實(shí)和莖葉樣品。采集的辣椒果實(shí)和莖葉樣品經(jīng)105℃下殺青30 min后于75℃烘干至恒重，稱重后粉碎，分別測定果實(shí)和莖葉的全磷含量。采用H2SO4-H2O2消煮植株樣品后按照鉬銻抗比色法測定全磷含量。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)

地上部分磷素（P2O5）累積量（kg/hm2）=莖磷（P2O5）濃度（%）×莖干物質(zhì)累積量（kg/hm2）+葉磷（P2O5）濃度（%）×葉干物質(zhì)累積量（kg/hm2）+果實(shí)磷（P2O5）濃度（%）×果實(shí)干物質(zhì)累積量（kg/hm2）；

磷肥利用率（%）=（施磷區(qū)辣椒地上部吸磷總量-未施磷區(qū)辣椒地上部吸磷總量）/化肥磷投入量；

磷肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施磷區(qū)辣椒產(chǎn)量/化肥磷投入量；

磷肥農(nóng)學(xué)利用效率（kg/kg）=（施磷區(qū)辣椒產(chǎn)量-未施磷區(qū)辣椒產(chǎn)量）/化肥磷投入量；

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007、SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，均值多重比較采用Duncan’s比較法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷肥處理對設(shè)施辣椒產(chǎn)量的影響

如圖1所示，施用磷肥對設(shè)施辣椒的產(chǎn)量有顯著促進(jìn)作用，相比CK處理，施用磷肥處理的產(chǎn)量增加5739.8～11284.8 kg/hm2，增幅達(dá)30.1%～59.2%。對于普通磷酸二銨，隨著施磷量增加，設(shè)施辣椒的產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，P120和P90的處理較P30處理分別顯著增加了15.4%和12.4%。通過回歸擬合，磷肥用量與辣椒產(chǎn)量之間符合一元二次方程y=-0.9199x2+ 185.22x + 19365，決定系數(shù)R2=0.9854，經(jīng)計(jì)算得出最佳磷肥施用量為P2O5100.3 kg/hm2，對應(yīng)的最佳產(chǎn)量為28688.5 kg/hm2；對于包膜磷酸二銨，隨著施肥量的增加設(shè)施辣椒產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的趨勢，其中以P90包膜磷酸二銨的產(chǎn)量最高，較P30處理顯著增加10.3%。磷肥用量與辣椒產(chǎn)量之間回歸方程亦符合一元二次方程y=-1.5053x2+262.53x+19581，決定系數(shù)R2=0.9719，經(jīng)計(jì)算得出最佳磷肥施用量為P2O586.9 kg/hm2，對應(yīng)的最佳產(chǎn)量為31027.5 kg/hm2；在相同施磷水平下，磷酸二銨包膜后辣椒的產(chǎn)量有增加的趨勢，較普通磷酸二銨，包膜磷酸二銨在P30和P90處理的產(chǎn)量顯著提高了10.1%和7.8%。

2.2 不同磷肥處理對設(shè)施辣椒干物質(zhì)累積的影響

不同磷肥處理設(shè)施辣椒地上部干物質(zhì)累積量差異如表1所示，與CK相比，施用磷肥能提高辣椒的莖、葉、果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累總量，增幅 分 別 達(dá) 到29.3%～69.9%、21.3%～57.5%、5.91%～57.14%和16.0%～59.2%。對于普通磷酸二銨，隨著磷肥用量的增加，設(shè)施辣椒的莖、葉、果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累總量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，除了莖外，葉、果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累量的最高施磷量均為P120處理。P120處理的辣椒莖、葉、果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累總量較P30和P60處理分別顯著增加了399.4和188.1、530.6和261.3、1170.3和768.8、2100.3和1218.1 kg/hm2，增幅分別達(dá)23.3%和9.8%、29.8%和12.7%、43.8%和25.0%、34.1%和17.3%。對于包膜磷酸二銨，隨著磷肥用量的增加，設(shè)施辣椒的莖、葉、果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累總量呈現(xiàn)先升高而后穩(wěn)定的趨勢，P90處理的辣椒葉、果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累量最大，與P30處理相比，P60、P90和P120的莖、葉、果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累總量分別顯著提高了25.2%～29.6%、18.2%～22.3%、32.2%～34.7%和27.2%～28.1%。

表1 不同磷肥處理設(shè)施辣椒干物質(zhì)累積的比較 （kg/hm2）

相同磷肥用量條件下，包膜磷肥的干物質(zhì)積累量較普通磷肥有增加趨勢。在中低磷用量條件下包膜磷肥處理的辣椒干物質(zhì)積累基本上顯著高于普通磷肥，在P30和P60條件下，包膜磷酸二銨處理辣椒的果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累總量較普通磷酸二銨分別提高了10.1%、26.6%和6.7%、18.8%，但在高磷用量條件下，施用包膜磷酸二銨與普通磷酸二銨的辣椒地上部干物質(zhì)積累無顯著差異。

2.3 不同磷肥處理對設(shè)施辣椒磷素吸收和磷素利用率的影響

從表2可以看出，不同處理間辣椒地上部磷素吸收量和干物質(zhì)積累量變化趨勢較一致。對于普通磷酸二銨，隨著磷肥用量的增加，設(shè)施辣椒的莖、葉、果實(shí)和地上部磷素吸收量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。P120處理的辣椒莖、葉、果實(shí)和地上部磷素吸收量較P30和P60處理分別顯著增加了26.8%和13.6%、34.9%和15.9%、50.4%和26.5%、43.0%和22.1%。對于包膜磷酸二銨，隨著磷肥用量的增加，設(shè)施辣椒的莖、葉、果實(shí)和地上部磷素吸收量呈現(xiàn)先升高而后穩(wěn)定的趨勢，P60、P90和P120處理間磷素吸收量無顯著差異。在中低磷用量條件下包膜磷肥處理的辣椒地上部磷素吸收量顯著高于普通磷肥，在P30和P60條件下，包膜磷酸二銨處理辣椒的果實(shí)和地上部磷素吸收量較普通磷酸二銨分別提高了13.9%、27.0%和10.6%、21.9%，但在高磷用量條件下，施用包膜磷酸二銨與普通磷酸二銨的辣椒地上部磷素吸收量無顯著差異。

表2 不同磷肥處理設(shè)施辣椒磷素吸收和磷素利用率的比較

隨著磷肥用量的增加，不同處理間辣椒磷肥利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，磷肥農(nóng)學(xué)利用率和磷肥偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)逐步降低的趨勢。在P30、P60、P90和P120條件下，包膜磷酸二銨較普通磷酸二銨辣椒的磷肥利用率分別提高了11.5%、13.8%、3.9%和0.8%，磷肥農(nóng)學(xué)利用率分別提高了43.7%、32.0%、24.3%和12.7%，磷肥偏生產(chǎn)力分別增加了10.1%、9.4%、7.8%和4.2%，說明磷肥包膜后減少了土壤對磷素的固定，增加了作物對磷肥的利用效率。

3 討論

肥料中的磷素極易被土壤所固定進(jìn)而有效性降低［6］，不利于作物對其吸收和利用。而包膜磷肥可減少磷素與土壤礦物接觸，并有效減緩磷素向土壤擴(kuò)散速率［12］，大大提高磷肥施用中后期作物根系對磷素吸收的效率，進(jìn)而提高磷肥當(dāng)季利用率。本研究結(jié)果得出，在中低磷肥用量下，包膜磷酸二銨較普通磷酸二銨辣椒的產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和磷素吸收利用均有促進(jìn)作用，在P30和P90條件下，施用聚氨酯包膜磷酸二銨較普通磷酸二銨顯著增產(chǎn)10.1%和7.8%；在P30和P60條件下，與普通磷酸二銨相比，施用聚氨酯包膜磷酸二銨可分別顯著增加辣椒的果實(shí)和地上部干物質(zhì)積累10.1%、26.6%和6.7%、18.8%，增加果實(shí)和地上部磷素吸收量13.9%、27.0%和10.6%、21.9%，提高磷肥利用率11.5%和13.8%，增加磷肥農(nóng)學(xué)利用率43.7%和32.0%，提高磷肥偏生產(chǎn)力10.1%和9.4%。土壤對無機(jī)磷酸根的固定可能是造成普通磷酸二銨磷肥利用率低的主要原因［13］，聚氨酯包膜磷酸二銨是緩控釋肥料的一種，可使磷素緩慢釋放以適應(yīng)作物吸收，減少磷素在土壤中的固定和流失，提高土壤中有效磷的含量［10］，增加作物對磷的吸收和利用［14］。土壤供磷強(qiáng)度的增加促進(jìn)了作物氮的代謝、光合作用等，進(jìn)而使作物產(chǎn)量增加［15］。此外，磷肥的施肥位置對作物生長和磷肥利用有較大影響，江尚燾等［16］研究得出，磷肥條施較表面撒施小麥的產(chǎn)量和磷素吸收均有較大提高，王賀等［17］通過盆栽試驗(yàn)研究表明近距離施用磷肥能夠促進(jìn)玉米根系和養(yǎng)分吸收。磷肥包膜后雖減少了土壤對磷素的固定，但距離根系較遠(yuǎn)的包膜磷肥可能更難遷移至作物根系附近，從而不利于作物磷素吸收。因此，包膜磷肥的合理施用方式是進(jìn)一步提高磷肥利用率的技術(shù)措施。

在本試驗(yàn)條件下，施磷量為P2O560～90 kg/hm2時(shí)包膜磷酸二銨的產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和磷素吸收量與施用P2O5120 kg/hm2普通磷酸二銨無顯著差異，說明施用包膜磷酸二銨可減少25%的磷肥施用量而不影響辣椒的產(chǎn)量形成和磷素吸收，但是磷肥用量為P2O5120 kg/hm2時(shí)，包膜磷酸二銨與普通磷酸二銨各指標(biāo)無顯著差異，這可能與試驗(yàn)土壤的基礎(chǔ)肥力較高有關(guān)，因此，為了更全面地了解包膜磷酸二銨在設(shè)施栽培中的應(yīng)用前景，需要進(jìn)一步開展不同設(shè)施土壤肥力水平下包膜磷酸二銨最佳用量研究。

4 結(jié)論

供試設(shè)施土壤條件下，聚氨酯包膜磷酸二銨的最佳用量為P2O586.9 kg/hm2，辣椒最佳產(chǎn)量為31027.5 kg/hm2，而普通磷酸二銨的最佳用量為P2O5100.3 kg/hm2，辣椒最佳產(chǎn)量為28688.5 kg/hm2。在中低磷肥用量（P2O530～60 kg/hm2）下，聚氨酯包膜磷酸二銨可顯著提高辣椒的產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和磷素的吸收量與利用率。因此，聚氨酯包膜磷酸二銨的應(yīng)用對設(shè)施辣椒磷肥減施增效具有重要意義。