基于小麥產量與籽粒錳含量的磷肥優化管理

王浩琳，馬悅，李永華，李超，趙明琴，苑愛靜，邱煒紅，何剛，石美，王朝輝, 2

基于小麥產量與籽粒錳含量的磷肥優化管理

王浩琳1，馬悅1，李永華1，李超1，趙明琴1，苑愛靜1，邱煒紅1，何剛1，石美1，王朝輝1, 2

1西北農林科技大學資源環境學院/農業農村部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西楊凌 712100；2西北農林科技大學/旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100

【】通過研究我國北方八省區不同土壤有效磷水平和施磷量條件下小麥產量和籽粒錳含量的變化規律，為提高小麥產量、調控小麥錳營養水平和保障糧食安全生產提供依據。于2018—2019年在我國北方山西、陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆、內蒙古、黑龍江8個省區的34個地點布置田間試驗，設置農戶施肥、監控施肥和監控無磷3個處理，研究北方八省區小麥的產量和籽粒錳含量及不同土壤有效磷水平下監控施磷及不施磷對小麥產量和籽粒錳含量的影響。在我國北方八省區，小麥產量平均為6 066 kg·hm-2，籽粒錳含量平均為42 mg·kg-1。籽粒錳含量＜32 mg·kg-1的試驗點占8.8%，＞44 mg·kg-1的占36.8%，籽粒錳含量偏高的問題應引起注意。隨土壤有效磷含量增加，小麥產量和籽粒錳含量均顯著提高，有效磷含量20—30 mg·kg-1時小麥產量最高，有效磷含量＞40 mg·kg-1時籽粒錳含量最高。監控施肥與農戶施肥處理相比，其磷肥用量平均降低了45.4%，但兩者產量分別為6 358和6 222 kg·hm-2，籽粒錳含量分別為42.8和43.6 mg·kg-1，無顯著差異。不同土壤有效磷水平下，監控施肥處理的小麥產量均無顯著降低；土壤有效磷＜10 mg·kg-1時，不施磷肥降低了小麥籽粒錳含量，也降低了產量，而監控施肥僅降低了籽粒錳含量；其他土壤有效磷水平下，監控施肥均不降低籽粒錳含量。土壤有效錳含量亦隨土壤有效磷含量的提高而升高，小麥籽粒錳含量與土壤有效錳含量呈顯著正相關。為實現小麥高產和適宜的籽粒錳含量，土壤有效磷應維持在20—30 mg·kg-1；采用監控施肥技術科學優化施磷，不會降低小麥產量，但當土壤有效磷含量＜10 mg·kg-1，不施磷肥雖能降低小麥籽粒錳含量，但存在小麥減產的風險。

小麥；土壤有效磷；產量；磷肥；籽粒錳含量

0 引言

【研究意義】磷（P）是作物生長必需的元素，在保證作物產量、提高品質方面有重要作用[1]。為了提高作物產量，生產中過量施磷現象也普遍存在[2-3]。已有研究表明，過量施磷無助于提高作物產量，還可影響作物中鋅（Zn）、錳（Mn）等微量元素平衡，進而影響作物品質和人體健康[4]。錳是生物體必需營養元素[5]。在作物中，錳直接參與光合作用和酶系統活動，如氧化還原反應、碳氮代謝、蛋白質合成等[6-7]。在人體中，錳是多種酶的輔助因子，參與脂類和碳水化合物代謝[8]。錳缺乏或過量均會對人體健康產生不利影響，如錳缺乏可造成生長和生殖功能障礙[9-11]，錳過量會引起神經系統損傷[12]。人體中錳主要來源于食物攝入。許多國家頒布了錳營養推薦值及限量標準?！吨袊用裆攀碃I養素參考攝入量（2013版）》和《中國居民營養與慢性病狀況報告》指出中國18歲及以上居民每日錳適宜攝入量為4.5 mg[13]，而每日小麥面粉類食物攝入量為142.8 g[14]，由此推算出小麥籽粒錳含量在32 mg·kg-1可滿足中國居民健康需求。另據中國不同人群錳非致癌風險評估，小麥籽粒錳含量小于44 mg·kg-1可避免導致非致癌風險[15]。因此，研究小麥等谷物生產過程中磷肥與產量及籽粒錳含量的關系，對于農業綠色可持續發展、保障糧食安全和人體健康具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】過量施用磷肥并不能持續提升小麥產量。不同田間試驗的整合分析發現[16]，土壤有效磷含量大于20 mg·kg-1、施磷肥量超過90 kg·hm-2時，小麥產量不再顯著提升。山東的定位試驗顯示[17]，施磷量為75 kg·hm-2時小麥產量最高，施磷量增加到150 kg·hm-2時，產量反而降低。陜西30個縣的田間試驗表明，施磷量為172.5 kg·hm-2時小麥產量最高，超過此施磷量小麥產量亦顯著下降[18]。巴基斯坦有研究表明，施磷會顯著提高冬小麥的產量，但施磷超過81 kg·hm-2時產量則不會繼續增加[19]。施磷提高小麥產量的同時也會增加土壤有效磷的含量[20]。有研究表明產量隨土壤有效磷的增加而增加，但存在有效磷臨界值。如在湖南祁陽、陜西楊凌和重慶各地區的研究表明，小麥達到高產時，土壤有效磷分別為12.7、16.1和11.1 mg·kg-1[21]。磷肥能夠顯著影響作物對微量元素的吸收利用。研究表明，小麥籽粒鋅含量隨施磷量的增加顯著降低[22]，鐵含量隨施磷量增加顯著增加，銅含量對施磷量的響應剛好與鐵相反[23]。目前，不同供磷水平下作物對錳吸收利用尚不明確。有研究表明沙培和高溫條件下，高磷施用可促進大麥和馬鈴薯對錳的吸收[24-25]，低磷脅迫造成耐低磷基因型水稻籽粒錳吸收量顯著下降[26]。河北曲周的田間試驗表明，隨供磷水平增加，不同生育時期小麥錳濃度與累積量均顯著增加[4]。也有報道稱施用磷肥在緩解部分作物的錳毒性方面有重要作用，如小麥、馬鈴薯和大豆[27-29]，說明不同供磷水平下作物對錳的吸收利用情況存在差異，且與土壤pH、有效磷和有效錳含量等性質有關?！颈狙芯壳腥朦c】對于施磷量與小麥產量的關系已有大量研究，但不同土壤供磷水平下，磷肥減施對于小麥產量及微量元素錳的影響，缺乏系統研究。明確不同土壤有效磷水平下，減施磷引起的小麥產量和籽粒錳含量變化，對基于土壤有效磷管理和優化磷肥用量，保證小麥穩產增產和優質生產有重要意義?！緮M解決的關鍵問題】為進一步探究磷肥減施引起的小麥產量與錳含量變化對土壤有效磷的響應，本文在我國北方的山西、陜西、甘肅、寧夏、內蒙古、新疆、黑龍江和青海等地34個地點布置了田間試驗，研究不同土壤有效磷水平下施磷處理引起的小麥籽粒產量、籽粒錳含量、地上部錳吸收量、錳收獲指數和土壤有效錳含量的變化，探明減施磷肥引起的小麥產量和籽粒錳含量變化對土壤有效磷的響應，以期為區域小麥科學優化施磷、綠色豐產優質生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

于2018—2019年，在我國山西、陜西、甘肅、寧夏、內蒙古、新疆、黑龍江、青海八省區34個地點布置田間試驗，其中甘肅部分地區、寧夏、內蒙古、新疆部分地區和青海種植春小麥；山西、陜西、甘肅隴東和新疆部分地區種植冬小麥。各試驗點降水、氣溫與0—20 cm土層的土壤理化性質見附表1。

1.2 試驗設計

試驗設3個處理，分別為農戶施肥（FF）、監控施肥（RF）和監控無磷（RF-P）。其中，農戶施肥處理為調研得到的試驗當地30個以上小麥種植戶施用氮、磷、鉀肥料用量的平均值；監控施肥的施肥量由監控施肥技術確定，該方法通過土壤養分豐缺指標，結合目標產量的養分需求量，確定氮、磷、鉀肥的用量[30-31]；監控無磷處理不施磷肥，氮、鉀肥施用量均同監控施肥處理。小區面積大于300 m2，田間小區排列采用完全隨機區組設計，重復3次，各試驗地點種植的品種為當地主栽品種，田間管理措施與當地農戶相同。各地的施肥量和小麥品種見附表1。

1.3 樣品采集與測定

于小麥收獲前5 d采樣。在小區內選擇長10 m、寬5 m小麥長勢均勻的區域作為采樣區。在采樣區內隨機采集100穗的小麥全株[31-32]，在根莖結合處將根剪除，地上部分作為1個考種和化學分析的樣品，用于穗粒數、千粒重及收獲指數和植株不同部位養分測定。在采樣區內小麥行間隨機選取均勻分布的5個點，取0—20 cm土層的土樣，捏碎混勻，取500 g作為土壤理化性狀測定樣品。

將收集的100穗小麥樣品莖葉和穗分開，自然風干，麥穗手工脫粒，分為籽粒和穎殼（含穗軸）。取部分莖葉、穎殼和籽粒樣品，用去離子水清洗3次，于90℃預烘30 min，65℃烘干至恒重，測定風干樣品的含水量。烘干樣品用碳化鎢球磨儀（Retsch MM400，德國）粉碎，密封保存備用[33]。全錳含量用HNO3-H2O2微波消解儀（Anton Paar Multiwave Pro Microwave Reaction System，奧地利）消解，并用電感耦合等離子體質譜儀（Thermo Fisher ICAP Q ICP-MS，美國）進行測定。小麥產量為各小區實際收獲產量，產量與養分含量均以烘干重為基數表示。

土壤樣品風干后分別過1 mm和0.15 mm篩，其中過1 mm篩的土樣用來測定pH、硝態氮、銨態氮、速效磷、速效鉀和有效錳；過0.15 mm篩的土樣用來測定有機質。土壤pH用pH計測定，水土比為1﹕2.5。硝、銨態氮用1 mol·L-1KCl浸提，速效磷用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，均用連續流動分析儀（SEAL Analytical AA3，德國）測定。速效鉀用1 mol·L-1NH4OAc浸提，由火焰光度計（Sherwood M410，英國）測定[34]。有效錳用DTPA—TEA浸提，由原子吸收分光光度計（PE PinAAcle500，美國）測定。有機質用重鉻酸鉀外加熱法測定[33]。

1.4 數據處理與統計分析

1.4.1 土壤有效磷含量分組 將所有地點各處理按照監控施肥處理的土壤有效磷含量從低到高進行排列，分為＜10、10—20、20—30、30—40、＞40 mg·kg-15個組，分析北方八省區施磷引起的小麥產量和籽粒錳含量變化與土壤有效磷含量的關系。

1.4.2 相關指標及計算

籽粒錳吸收量（g·hm-2）=籽粒錳含量（mg·kg-1）×籽粒產量（kg·hm-2）/1000；

地上部錳吸收量（g·hm-2）=[籽粒錳含量（mg·kg-1）×籽粒產量（kg·hm-2）+莖葉錳含量（mg·kg-1）×莖葉生物量（kg·hm-2）+ 穎殼錳含量（mg·kg-1）×穎殼生物量（kg·hm-2）]/1000；

錳收獲指數（%）=籽粒錳吸收量（g·hm-2）/地上部錳吸收量（g·hm-2）×100[35]。

數據使用Microsoft Excel 2016進行整理，Origin 2018作圖，IBM SPSS Statistics統計分析，多重比較采用 LSD（Least Significant Difference）法，差異顯著水平為0.05（＜0.05）。

2 結果

2.1 北方八省農戶的小麥籽粒產量與錳含量分布

北方八省區農戶的小麥產量介于1 783—8 753 kg·hm-2，平均值為6 222 kg·hm-2（圖1-a）。34個試驗點中，小麥產量＜2 000 kg·hm-2的試驗點占2.9%，產量＞8 000 kg·hm-2的占14.7%。產量＜2 000 kg·hm-2的試驗點分布于山西，該點的土壤有效磷含量較低；產量＞8 000 kg·hm-2的試驗點主要位于青海、甘肅、寧夏。

北方八省區農戶的小麥籽粒錳含量存在顯著性的地區差異（圖1-b），介于23—68 mg·kg-1，平均值為43.6 mg·kg-1。34個試驗點中，籽粒錳含量＜32 mg·kg-1的試驗點占8.8%，＞44 mg·kg-1的占36.8%。籽粒錳含量＜32 mg·kg-1的地點主要分布在甘肅和新疆。籽粒錳含量＞44 mg·kg-1的試驗點在山西、陜西、甘肅、寧夏、新疆、內蒙古、黑龍江等都有分布，可見小麥籽粒錳過量的問題應引起重視。

圖1 北方八省小麥產量（a）與籽粒錳含量（b）的頻數分布

2.2 小麥籽粒產量、生物量及收獲指數

小麥籽粒產量與地上部生物量隨土壤有效磷水平升高而增加。土壤有效磷含量＜10、10—20、20—30、30—40、＞40 mg·kg-1時，不同處理小麥籽粒產量的平均值分別為5 003、6 242、7 484、6 281和5 317 kg·hm-2，生物量的平均值分別為9 663、12 887、14 097、11 745和12 802 kg·hm-2，其中以土壤有效磷20—30 mg·kg-1時最高，之后又顯著降低，分別較其他有效磷水平時提高19.2%—49.6%和9.4%—45.9%。不同土壤有效磷含量時，小麥收獲指數平均值分別為47.7%、49.0%、49.2%、44.8%和45.6%，差異不顯著。

農戶施肥、監控施肥和監控無磷3個處理小麥產量的平均值分別為6 222、6 358和6 002 kg·hm-2，生物量平均值分別為12 276、13 091和12 362 kg·hm-2，收獲指數平均值為48.2%、48.3%和47.3%（圖2）。土壤有效磷含量＞40 mg·kg-1時，農戶施肥的小麥產量和生物量顯著低于監控施肥，有效磷含量＜10和＞40 mg·kg-1時，監控無磷處理的小麥產量及生物量顯著低于監控施肥，其余有效磷水平無差異。不同有效磷水平下的農戶施肥、監控施肥處理的產量、地上部生物量平均值無顯著差異，但兩者均顯著高于監控無磷處理。不同土壤有效磷水平下收獲指數及其處理間平均值均無顯著差異。

2.3 小麥產量構成

小麥產量三要素因土壤有效磷水平不同而異。各處理的穗數隨有效磷含量的升高而增加，當有效磷含量＞40 mg·kg-1時平均穗數最高，比其他有效磷水平提高35.6%—76.1%。穗粒數亦隨有效磷含量升高而提高，當有效磷含量20—30 mg·kg-1時平均穗粒數最高，較其他有效磷水平提高3.8%—29.1%。千粒重平均值則在有效磷10—20 mg·kg-1時最高，之后顯著降低，比其他有效磷水平提高0.8%—25.8%。

不同土壤有效磷水平下（表1），農戶施肥、監控施肥和監控無磷3個處理小麥穗數的平均值分別為502×104、500×104和480×104·hm-2，穗粒數的平均值分別為每穗32、33和32粒，千粒重的平均值分別為44.7、44.6和45.2 g。土壤有效磷含量＜10和10—20 mg·kg-1時，農戶和監控施肥的穗數顯著高于監控無磷處理，分別提高10.3%和9.9%、7.8%和6.9%；有效磷含量＞40 mg·kg-1時，監控施肥比監控無磷提高6.4%。土壤有效磷含量＜10 mg·kg-1時，農戶施肥和監控施肥處理的穗粒數顯著高于監控無磷處理，提高了14.9%和9.3%。整體來看，農戶施肥和監控施肥的小麥穗數顯著高于監控無磷處理，3個處理穗粒數和千粒重平均值沒有顯著差異。

2.4 小麥籽粒錳含量

隨土壤有效磷水平提高，小麥籽粒錳含量有顯著升高趨勢。不同土壤有效磷水平時，籽粒錳含量平均值分別為42.1、42.4、42.0、42.0和45.6 mg·kg-1（圖3），其中土壤有效磷含量＞40 mg·kg-1時，小麥籽粒錳含量平均值最高，顯著高于其他有效磷水平；當土壤有效磷含量＜40 mg·kg-1時，各有效磷水平之間小麥籽粒錳含量無顯著差異。

誤差線表示均數標準差。不同小寫字母表示處理之間差異顯著性（P＜0.05），不同大寫字母表示不同土壤有效磷含量梯度之間差異顯著性（P＜0.05）。下同。圖b中柱狀圖為地上部生物量，折線圖為收獲指數變化趨勢

表1 不同土壤有效磷（0—20 cm土層）水平下小麥的產量三要素

土壤不同有效磷水平時（圖3），農戶施肥、監控施肥和監控無磷3個處理的籽粒錳含量平均值分別為43.6、42.8和42.6 mg·kg-1。與農戶施肥相比，監控無磷小麥籽粒錳含量顯著降低2.4%，但監控施肥并沒有顯著降低小麥籽粒錳含量。土壤不同有效磷含量＜10 mg·kg-1時，與農戶施肥相比，監控施肥和監控無磷處理籽粒錳含量顯著降低6.3%和4.4%；有效磷含量20—30 mg·kg-1時，監控無磷處理的籽粒錳含量顯著低于農戶和監控施肥處理。

圖3 北方麥區小麥籽粒錳含量對0—20 cm土層不同土壤有效磷和監控施磷的響應。

2.5 小麥錳吸收量與錳收獲指數

試驗研究發現，小麥籽粒和地上部錳吸收量及收獲指數均隨土壤有效磷水平升高而增加（表2），土壤有效磷含量20—30 mg·kg-1時，農戶施肥、監控施肥和監控無磷3個處理的小麥籽粒錳吸收量及地上部錳吸收量的平均值均最高，分別為319和694 g·hm-2，比其他土壤有效磷水平分別提高18.2%—41.0%和20.7%—34.1%。土壤有效磷含量10—20 mg·kg-1時，各處理錳收獲指數平均值最高，為51.8%，比其他有效磷水平時提高10.3%—17.1%。

監控無磷處理的小麥籽粒和地上部錳吸收量顯著低于農戶施肥和監控施肥處理。當土壤有效磷含量＜10、20—30和＞40 mg·kg-1時，與監控施肥相比，監控無磷處理的籽粒錳吸收量顯著降低了13.0%、5.3%和15.6%，地上部錳吸收量顯著降低了4.5%、11.8%和40.8%。不同土壤有效磷水平時，農戶施肥、監控施肥和監控無磷3個處理錳收獲指數及其對應的平均值均無顯著差異。

2.6 土壤有效錳與土壤有效磷的關系

試驗研究發現，農戶施肥的施磷量為110—149 kg·hm-2，顯著高于監控施肥的61—80 kg·hm-2。在5個不同土壤有效磷水平下，農戶施肥、監控施肥和監控無磷3個處理的土壤有效錳平均含量分別為8.0、6.6、7.6、9.9和37.5 mg·kg-1（表3），且當土壤有效磷含量＞40 mg·kg-1時，土壤有效錳含量顯著高于其他水平。分析土壤有效磷含量＞40 mg·kg-1的地點發現，主要分布在甘肅、新疆、黑龍江。3個處理的土壤有效錳含量均與小麥籽粒錳含量正相關，其中在農戶施肥與監控施肥處理下，相關達顯著水平（表3）。

表2 不同土壤有效磷（0—20 cm土層）水平下小麥籽粒錳吸收量、地上部錳吸收量和錳收獲指數

表3 不同土壤有效磷（0—20 cm土層）水平下施磷量與土壤有效錳含量

*表示顯著相關（＜0.05），樣品數為260個* Indicates significant correlation at＜0.05,=260

3 討論

3.1 小麥產量與土壤有效磷及施磷量的關系

本研究通過測定34個試驗地點的樣品發現，土壤有效磷含量過高或過低均不利于小麥產量提升，土壤有效磷水平介于20—30 mg·kg-1時，不同施肥處理的小麥產量最高。從干物質累積情況來看，當土壤有效磷水平較低時，地上部生物量降低是其產量低的主要原因；土壤有效磷水平＞30 mg·kg-1時，產量降低主要源于地上部生物量和收獲指數的降低。從產量構成來看，土壤有效磷水平＜20 mg·kg-1時，穗數、穗粒數和千粒重降低是產量下降的主要原因；土壤有效磷＞30 mg·kg-1時，穗粒數和千粒重顯著下降是產量未能持續增加的主要原因。北京昌平22年的定位試驗也發現，隨土壤有效磷增加小麥產量增加，但土壤有效磷含量＞12.5 mg·kg-1時不會再進一步增加小麥產量[36]。華北潮土區25年的定位試驗表明，土壤有效磷含量＜13.1 mg·kg-1時，小麥產量隨土壤有效磷的增加而增加[37]。太湖地區33年的定位試驗中，小麥水稻輪作系統土壤有效磷為4.08 mg·kg-1時，小麥產量達到最高[38]。楊凌土區小麥玉米輪作體系的土壤有效磷為14.6 mg·kg-1時，小麥產量達到最大[21]。本研究中，監控施肥通過土壤養分豐缺狀況，結合目標產量的養分需求量，確定氮磷鉀肥的用量。因此，與農戶盲目施肥相比，監控施肥處理中施磷量平均降低了45.4%，減少了土壤磷素過量與淋溶的風險，但監控施肥下的小麥產量與農戶施肥相比并沒有降低。上述結果說明，若要維持小麥穩定高產，應使土壤有效磷水平維持20—30 mg·kg-1，在此基礎上采用監控施肥技術科學優化磷肥施用不會降低小麥產量。

3.2 小麥籽粒錳含量對土壤有效磷及施磷量的響應

本研究表明，在我國北方八省區，小麥籽粒錳含量＜32 mg·kg-1的試驗點占8.8%，＞44 mg·kg-1的占36.8%，小麥籽粒錳含量偏高的問題應引起注意。磷供應水平影響小麥籽粒錳含量的機制可能有多種，一是影響土壤有效錳含量，二是與不同磷水平下作物根系本身的吸收能力有關。

結果表明，在較高的土壤有效磷水平下，小麥籽粒錳含量顯著提高，且土壤有效磷含量＞10 mg·kg-1時，土壤有效錳含量亦隨土壤有效磷含量的升高而提高，小麥籽粒錳含量及土壤有效錳含量均在土壤有效磷含量＞40 mg·kg-1時達最高（表3，圖3）。這說明在北方八省，隨著土壤有效磷水平提高，土壤有效錳含量隨之增加，而土壤有效錳含量的增加又促進小麥籽粒錳含量的提高。對于供磷水平的增加影響土壤有效錳的相關機制，可能是磷促進作物根系低分子量有機酸的分泌，或促進土壤中過磷酸鹽的溶解及硝化作用產生的酸性磷酸銨生成，進而活化了土壤中的錳向利于作物吸收的絡合態形式轉化[39-40]。黃德明等[23]的研究結果也說明在一定條件下作物籽粒中的錳含量隨著土壤供磷量的增加而升高。

本研究還發現，當土壤有效磷水平較低時，磷肥減施能夠有效降低小麥籽粒錳含量，而土壤有效錳含量并未顯著降低。土壤有效磷含量＜10及20—30 mg·kg-1時，無磷處理的小麥籽粒錳含量、地上部錳吸收量、籽粒錳吸收量均顯著低于農戶施肥。上述結果說明，除影響土壤有效錳含量外，磷供應水平還可能直接影響了作物根系的吸收能力。當土壤有效磷含量低時，減施磷肥可能通過抑制作物根系吸收能力，降低了作物錳吸收和籽粒錳含量[4]。已有研究表明，磷作為作物必需營養元素之一，與根系的生長發育和形態性狀有著密切的關系[41-42]。適量的施磷可以促進根系的生長，增加根系干重、根長密度、根表面積和根體積，增大了根系在土壤中的養分吸收空間，進而促進了根系對錳的吸收[43]。

3.3 基于土壤有效磷的小麥產量和錳營養調控與施磷優化

過量施磷無助于增產，盲目不施磷肥也會有減產風險。本試驗表明，當土壤有效磷水平＜10 mg·kg-1時，當年內不施磷肥即可導致小麥減產，為保證小麥增產應當科學施用磷肥；土壤有效磷水平介于10—40 mg·kg-1時，增施磷肥并不能顯著提高產量；當土壤有效磷水平＞40 mg·kg-1時，過量施用磷肥可能導致減產。河南鄭州25年的定位試驗表明，土壤有效磷含量＞13.1 mg·kg-1時，減少或短時間停止施用磷肥不會導致小麥減產[37]。昌平、鄭州、楊凌三地15年的定位試驗表明，當土壤有效磷為12.5、14.6、21.7 mg·kg-1時，其相對產量達最大，當土壤有效磷增加時，減少施磷量不會降低小麥產量[44]。蘇州33年的定位試驗表明，水稻土有較高的土壤有效磷，即使不施用磷肥，也能長期提供小麥所需的磷而不減產[38]。因此，為保證最高的產量水平，應當通過科學施磷，使土壤有效磷水平維持在20—30 mg·kg-1。本研究中，較高的土壤有效磷及磷肥投入，均促進了籽粒中錳的累積。當土壤有效磷＞40 mg·kg-1時，小麥籽粒錳平均含量＞44 mg·kg-1，需要注意籽粒因攝入錳含量過高而導致人體健康風險。因此，綜合考慮小麥產量及籽粒錳含量，為保證小麥高產優質，應通過科學施肥使我國北方麥區土壤有效磷含量維持在20—30 mg·kg-1，土壤有效錳介于8.0—9.9 mg·kg-1。

4 結論

在我國北方八省區，小麥產量平均為6 066 kg·hm-2，籽粒錳含量平均為42 mg·kg-1，籽粒錳含量偏高的問題應引起注意。隨土壤有效磷含量增加，小麥產量和籽粒錳含量均顯著提高，產量在土壤有效磷含量20—30 mg·kg-1時最高，籽粒錳含量在有效磷含量＞40 mg·kg-1時最高。監控施肥與農戶施肥處理相比，其磷肥用量平均降低了45.4%，但兩者產量分別為6 358和6 222 kg·hm-2，籽粒錳含量分別為42.8和43.6 mg·kg-1，無顯著差異。不同土壤有效磷水平下，監控施肥處理的小麥產量均未顯著降低；土壤有效磷含量＜10 mg·kg-1時，不施磷肥降低了小麥籽粒錳含量，但也降低了產量，而監控施肥僅降低了籽粒錳含量；其他土壤有效磷水平下，監控施肥均不降低籽粒錳含量。土壤有效錳含量亦隨有效磷含量的提高而升高，小麥籽粒錳含量與土壤有效錳含量呈顯著正相關。在北方八省區，采用監控施肥技術科學優化施磷，使土壤有效磷含量維持在20—30 mg·kg-1，可實現小麥高產和適宜的籽粒錳含量；但當土壤有效磷含量＜10 mg·kg-1，不施磷肥雖能降低小麥籽粒錳含量，卻存在減產的風險。

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Optimal Management of Phosphorus Fertilization Based on the Yield and Grain Manganese Concentration of Wheat

1College of Natural Resources and Environment, Northwest A & F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-environment in Northwest China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangling 712100, Shaanxi;2Northwest A & F University/State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas, Yangling 712100, Shaanxi

【】To keep the manganese (Mn) nutritional balance of wheat grains and ensure the safety, yield and quality in wheat production region of eight provinces in Northern China, the changes of concentration and accumulation of Mn in wheat grains and grains yield at different levels of soil available phosphorus (P) and different treatments of P fertilization were investigated. 【】During 2018-2019, 34-site field experiments were conducted with three P treatments, including farmers’ fertilizer application (FF), recommended fertilizer application based on soil nitrate and P test (RF), and recommended fertilizer application without P (RF-P). The wheat yield, the concentration of Mn in wheat grain were tested, and the effects of P fertilization on wheat yield and the Mn concentration of grain at different levels of soil available P were studied. 【Result】In wheat production region of eight provinces in Northern China, the average wheat yield was 6 066 kg·hm-2, and the average concentration of Mn in grains was 42 mg·kg-1. Those test sites with concentration of Mn in grains less than 32 mg·kg-1or higher than 44 mg·kg-1,accounted for 8.8% and 36.8%, respectively, which suggested that the problem of high concentration of Mn in grains should be paid attention to. With the increase of soil available P, both wheat yield and concentration of Mn in grains increased significantly. The wheat yield reached to the highest when the available P was in the range of 20-30 mg·kg-1, while the concentration of Mn in grains reached to the highest when the available P＞40 mg·kg-1. P fertilizer was reduced with an average of 45.4% under the RF treatment. However, the wheat yields of RF and FF were 6 358 and 6 222 kg·hm-2, respectively, and the concentration of Mn in grains were 42.8 and 43.6 mg·kg-1, respectively, which showed no significant difference. At different levels of soil available P, RF could maintain a high wheat yield. When soil available P＜10 mg·kg-1, RF-P reduced not only the concentration of Mn in grains, but also reduced the wheat yield, while RF only reduced the concentration of Mn in grains. RF did not reduce the concentration of Mn in grains under other levels of soil available P. In addition, the concentration of diethylene triamine pentaacetic acid-manganese (DTPA-Mn) in soil increased following the increasing of soil available P. Furthermore, the concentration of Mn in grains were positively correlated with the concentration of soil DTPA-Mn. 【】In wheat production region of eight provinces in Northern China, the soil available P should be maintained in the range of 20-30 mg·kg-1to achieve high wheat yield and suitable concentration of Mn in grains. The use of RF technology would not reduce the wheat yield. RF-P reduced the concentration of Mn in grains when the soil available P＜10 mg·kg-1, but there was a risk of reducing the wheat yield.

wheat; available phosphorus concentration; grain yield; phosphorus fertilizer; grain manganese concentration

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.09.009

2021-03-05；

2021-05-06

國家重點研發計劃（2018YFD0200408，2018YFD0200400）、國家自然科學基金（41907123）、中國博士后基金（2019M663838）、陜西省自然科學基礎研究計劃（2020JQ-271）、國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-3）

王浩琳，E-mail：haolinw1@163.com。通信作者石美，E-mail：meishi@nwafu.edu.cn。通信作者王朝輝，E-mail：w-zhaohui@263.net

（責任編輯 李云霞）