施磷方式對高產(chǎn)春玉米磷素吸收與磷肥利用的影響

范秀艷，楊恒山，高聚林，張瑞富，王志剛，張玉芹

(1內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010019;2內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼028042)

玉米持續(xù)增產(chǎn)是保障我國糧食安全的關(guān)鍵，高產(chǎn)技術(shù)的研究對進一步提升玉米單產(chǎn)水平具有重要的推動作用［1－2］。磷是玉米生長發(fā)育中不可缺少的大量營養(yǎng)元素之一，在提高玉米產(chǎn)量方面的作用是其它肥料不可替代的［3］。西遼河平原地處世界玉米生產(chǎn)的黃金地帶，該區(qū)域光熱資源豐富，土壤肥沃，井灌條件良好，具有實現(xiàn)玉米大面積超高產(chǎn)的潛力和優(yōu)勢，其玉米種植面積一直穩(wěn)定在6.0×105hm2左右，平均單產(chǎn)7.50 t/hm2，較全國平均單產(chǎn)5.25 t/hm2高40%以上，總產(chǎn)量約占內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米總產(chǎn)量的30%［4］。近年來，隨著玉米免耕播種及機械化施肥技術(shù)的推廣應(yīng)用，磷肥施用的深度普遍較淺，多在5 cm左右［5］。由于磷在土壤中易被固定且移動性較差，多年的累積效應(yīng)導(dǎo)致磷素在土壤表層富積而下層不足［6－7］。當(dāng)前所種植玉米品種的根系多呈現(xiàn)“橫向緊縮，縱向延伸”的特點［8］，其根系對磷的吸收活躍層大喇叭口期在10—20 cm，乳熟期下移到20—40 cm土層［9］，這種磷素養(yǎng)分的空間分布與高產(chǎn)和超高產(chǎn)玉米根系空間分布的一致性變差。因此研究和解決高產(chǎn)、超高產(chǎn)玉米磷高效利用的問題，對實現(xiàn)玉米生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。已有研究表明，磷肥深施能提高玉米產(chǎn)量和磷素的利用率［5，10－11］，但有關(guān)分層施磷對玉米磷素吸收、積累、轉(zhuǎn)運和利用的系統(tǒng)研究尚未見報道。本研究針對內(nèi)蒙古西遼河平原地區(qū)具有實現(xiàn)大面積玉米高產(chǎn)的資源優(yōu)勢［12］和生產(chǎn)中玉米施磷較淺的實際問題，在高產(chǎn)栽培條件下，研究分層施磷對春玉米磷素吸收、積累、轉(zhuǎn)運和磷肥利用的影響，以期為玉米高產(chǎn)和磷高效的養(yǎng)分管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2010年在內(nèi)蒙古民族大學(xué)實驗農(nóng)場進行，試驗點地處西遼河平原(43°36'N、122°22'E)，海拔178 m，年均氣溫6.8℃，年均降水量 399.1 mm，無霜凍期 150 d左右，≥10℃年活動積溫3200℃。試驗地土壤為灰色草甸土，是當(dāng)?shù)刂饕寥李愋汀８麑油寥鲤B(yǎng)分含量為:有機質(zhì)24.6 g/kg、全氮 0.96 g/kg、堿解氮 58.78 mg/kg、速效磷10.81 mg/kg、速效鉀 79.92 mg/kg，土壤 pH值8.3。試驗地前茬為紫花苜蓿。

1.2 試驗設(shè)計

供試品種為高產(chǎn)春玉米“金山27”，由通遼金山種業(yè)科技有限責(zé)任公司提供，該品種產(chǎn)量紀(jì)錄為18.62 t/hm2(2009年農(nóng)業(yè)部專家測產(chǎn))。試驗設(shè)施P2O5100、150和200 kg/hm23個施磷水平，分別以T100、T150、T200表示;每一施磷水平下均設(shè)傳統(tǒng)施磷(深度8 cm)和分層施磷(施磷與播種同步進行，人工開溝16 cm，按1/2量施入磷肥，覆土8 cm，再施入其余1/2磷肥，覆土3 cm，人工點種后覆土鎮(zhèn)壓)2種施用方式，分別以Ⅰ和Ⅱ表示，以不施磷肥為對照(CK)，共7個處理。每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積60 m2。每處理均基施鉀肥(K2O)250 kg/hm2，種肥氮(N)17 kg/hm2;追施氮(N)356 kg/hm2，分別在拔節(jié)期、大喇叭口期和抽雄期按3∶6∶1的比例追施。氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀。種植密度為90000 plant/hm2;5月2日播種，9月25日收獲測產(chǎn)。生育期間澆水4次，鏟、耥各3次。

1.3 樣品采集與測定

分別于拔節(jié)期(V6)、大喇叭口期(V12)、吐絲期(R1)、吐絲后15 d、乳熟期(R3)和完熟期(R6)在每個小區(qū)取代表性植株3株，分葉片、莖鞘(莖+葉鞘)、穗部營養(yǎng)體(苞葉+穗軸+穗柄)和子粒，在105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重后測定干物質(zhì)重。留小樣粉碎后，用釩鉬黃比色法測定各器官的磷含量［13］。

1.4 相關(guān)參數(shù)計算公式［5，14－16］

磷轉(zhuǎn)運量=吐絲后15 d各器官磷積累量－收獲期相應(yīng)器官磷積累量

磷轉(zhuǎn)運率=器官磷轉(zhuǎn)運量/吐絲后15 d相應(yīng)器官磷積累量×100%

器官磷轉(zhuǎn)運量對產(chǎn)量的貢獻率=器官磷轉(zhuǎn)運量/籽粒產(chǎn)量×100%

磷肥偏生產(chǎn)力(PPFP，kg/kg)=施磷處理子粒產(chǎn)量/施磷量

磷肥吸收效率(PAE，kg/kg)=植株磷累積量/施磷量

磷肥利用效率(PUE，kg/kg)=(施磷區(qū)子粒產(chǎn)量－不施磷區(qū)子粒產(chǎn)量)/施磷量

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05軟件進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷方式對春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可以看出，與不施磷處理(CK)相比，不同施磷處理均有增產(chǎn)效應(yīng)，且與CK間的差異均達到了顯著水平。同一施磷水平下，施磷方式間春玉米千粒重和穗粒數(shù)差異均不顯著;在施磷(P2O5)100 kg/hm2水平下，分層施磷較傳統(tǒng)施磷方式增產(chǎn)7.1%，產(chǎn)量差異達顯著水平。在150 kg/hm2和200 kg/hm2磷水平下，兩種施磷方式間產(chǎn)量的差異不顯著。

表1 超高產(chǎn)栽培下施磷方式對春玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 1 Effects of the phosphorus application on grain yield and its components of spring maize under the super-high-yield cultivation

2.2 施磷方式對植株磷含量的影響

2.2.1玉米各器官磷含量的動態(tài)變化 從表2可以看出，玉米各器官的磷含量變化在處理間有一定差異，葉片中的磷含量在整個生育時期呈先升后降的變化趨勢，最大值均出現(xiàn)在吐絲期。同一施磷水平下，葉片磷含量均為分層施磷高于傳統(tǒng)施磷方式，且在吐絲后15 d兩種施磷方式間的差異較為明顯。吐絲后 15 d，T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ處理較T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ處理葉片的磷含量高14.4%、8.7%和1.1%。

各處理莖鞘磷含量隨生育期持續(xù)下降。同一施磷水平下，各生育時期莖鞘中磷含量均為分層施磷高于傳統(tǒng)施磷方式，其中吐絲后15 d差異較為明顯，吐絲后15 d莖鞘中的磷含量T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ處理分別較 T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ高18.7%、6.5%和4.4%。表明分層施磷能促進莖鞘對磷的吸收，增強玉米的抗逆性，對防止玉米生育后期早衰起到積極作用。

不同施磷方式對穗部營養(yǎng)體中磷含量的影響與其對莖鞘中磷含量的影響趨勢基本一致，隨玉米生育進程的推進，穗部營養(yǎng)體中磷含量逐漸降低;同一施磷水平下，穗部營養(yǎng)體中磷含量分層施磷高于傳統(tǒng)施磷方式。

隨著玉米生育進程的推移，各處理子粒中磷含量均呈先升后降的變化趨勢，最大值均出現(xiàn)在乳熟期。分層施磷方式均高于同水平傳統(tǒng)施磷方式，且在完熟期其差異均達到顯著水平。

2.2.2玉米植株磷含量的動態(tài)變化 表2還顯示，同一施磷水平下，玉米花前(拔節(jié)期、大口期)施磷方式間植株磷含量的差異均不顯著;在玉米花后，除T200處理的吐絲期外，其余各時期分層施磷方式的植株磷含量均顯著高于傳統(tǒng)施磷方式。表明分層施磷能促進春玉米對磷素的吸收，且后期作用更為明顯。各處理植株磷含量均表現(xiàn)為隨施磷水平的增加而增加，隨生育進程的推移而降低。

2.3 施磷方式對植株磷積累量的影響

2.3.1玉米各器官中磷積累量的動態(tài)變化 由表3可知，同一施磷水平下，分層施磷方式的玉米葉片磷積累量均高于傳統(tǒng)施磷方式。隨生育進程的推進各

處理葉片磷積累量均呈先升后降的變化趨勢，最大值均出現(xiàn)在吐絲后15 d。吐絲后15 d，除T200處理外，T100和T150處理的分層施磷方式葉片磷積累量與傳統(tǒng)施磷方式間差異均不顯著。

表2 高產(chǎn)春玉米不同器官和植株中磷含量的動態(tài)變化(%)Table 2 Contents of P in different organs and plant at different growth stages of high-yield spring maize

表3 高產(chǎn)春玉米不同器官和植株中磷積累量的動態(tài)變化(kg/hm2)Table 3 Accumulation of P in different organs and plant at different growth stages of high-yield spring maize

施磷方式對莖鞘磷積累量的影響與其對葉片磷積累量的影響趨勢基本一致，隨著生育進程，各處理莖鞘中磷積累量均先升高后降低。各生育時期莖鞘中磷積累量，在同一施磷水平下分層施磷均高于傳統(tǒng)施磷方式，其中吐絲后15 d的差異較為明顯，吐絲后15 d其T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ處理分別較T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ玉米莖鞘中磷的積累量高22.2%、17.5%和9.0%。

同一施磷水平下，穗部營養(yǎng)體中磷積累量為分層施磷方式高于傳統(tǒng)施磷方式。隨著玉米生育期的推進，穗部營養(yǎng)體中磷積累量呈先升高后降低的變化趨勢，最大值均出現(xiàn)在吐絲后15 d。但施磷方式間穗部營養(yǎng)體磷積累量差異未達顯著水平。

子粒中磷積累量隨生育進程呈增加趨勢，到完熟期達到最大值。各生育時期，子粒中磷積累量均為分層施磷高于同水平傳統(tǒng)施磷方式，在完熟期兩種施磷方式間差異均達顯著水平。完熟期T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ處理分別較T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ子粒中磷積累量高21.8%、27.2%和22.7%，表明分層施磷能促進子粒磷的積累。

2.3.2玉米植株磷積累量的動態(tài)變化 由表3還可看出，同一施磷水平下，玉米植株磷積累量分層施磷均高于傳統(tǒng)施磷方式，隨著生育期的推移，二者之間差異逐漸增大，在完熟期，分層施磷均顯著高于同一施磷水平下的傳統(tǒng)施磷方式。完熟期 T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ分別較T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ處理的植株磷積累量分別增加20.3%、22.0%和20.4%。說明分層施磷能促進春玉米對磷素的吸收，且生育后期作用更為明顯。

2.4 施磷方式對花后磷轉(zhuǎn)運及完熟期磷分配的影響

2.4.1對花后磷轉(zhuǎn)運的影響 由表4可以看出，不同處理，各器官磷素向子粒的轉(zhuǎn)運量均為葉片＞莖鞘＞穗部營養(yǎng)體。各器官磷素轉(zhuǎn)運量，分層施磷均高于同一施磷水平下的傳統(tǒng)施磷方式，但差異多數(shù)未達到顯著水平;葉、莖鞘和穗部營養(yǎng)體磷的轉(zhuǎn)運率與施磷方式的關(guān)系不明顯;對子粒的貢獻率，除葉片的T200處理外，均為分層施磷低于傳統(tǒng)施磷方式。不同施磷方式磷的轉(zhuǎn)運率均表現(xiàn)為葉＞穗部營養(yǎng)體＞莖鞘，對子粒的貢獻率均為葉＞莖鞘＞穗部營養(yǎng)體。

2.4.2對完熟期磷分配的影響 玉米完熟期磷分配比例以子粒中最大，占植株磷總積累量的63.2% ～66.4%(見表5)。各器官磷分配比例的高低為子粒＞莖鞘＞葉＞穗部營養(yǎng)體。同一施磷水平下，子粒中磷的分配比例 (即磷收獲指數(shù))分層施磷高于傳統(tǒng)施磷方式;葉片中磷的分配比例分層施磷低于傳統(tǒng)施磷方式;莖鞘和穗部營養(yǎng)體中磷的分配比例與施磷方式間的相關(guān)性不明顯。各器官磷分配比例施磷方式間差異均未達顯著水平。

表4 施磷方式對春玉米植株磷轉(zhuǎn)運的影響Table 4 Effects of the phosphorus application methods on P translocation of spring maize

表5 完熟期各器官磷的分配比例(%)Table 5 Phosphorus distribution rates of each organ at the mature stage

2.5 施磷方式對磷肥利用的影響

表6 施磷方式對春玉米磷肥吸收利用效率的影響(kg/kg)Table 6 Effects of the phosphorus application methods on phosphorus absorption and utilization efficiency of spring maize

表6顯示，同一施磷水平下，除T200處理外，分層施磷方式可顯著提高磷肥的偏生產(chǎn)力;磷肥利用效率和吸收效率分層施磷均顯著高于傳統(tǒng)施磷方式。其中，磷肥利用效率T200Ⅱ、T150Ⅱ、T100Ⅱ分別比 T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ處理高23.3%、34.4%和56.7%;磷肥吸收效率分別比 T200Ⅰ、T150Ⅰ、T100Ⅰ處理高21.2%、21.5%和19.8%。說明分層施磷可促進春玉米對磷肥的吸收與利用。

3 討論

3.1 施磷方式對高產(chǎn)春玉米磷吸收的影響

由于磷在土壤中易固定和移動性差，玉米對磷素養(yǎng)分的吸收主要是通過根系所接觸的土壤來獲?。?7－18］。隨著品種的改良，當(dāng)前玉米品種的根系多呈現(xiàn)“橫向緊縮，縱向延伸”的特點［8］。國外學(xué)者也研究證實，玉米新品種在深層土壤中的根系分布增加，根系下扎能力增強［19－20］。近年來，隨著玉米免耕播種及機械化施肥技術(shù)的推廣應(yīng)用，磷肥施用深度普遍較淺，多在5 cm左右［5］。這些變化導(dǎo)致磷素養(yǎng)分供需在空間上的匹配性變差，必然會影響到玉米對磷的吸收。已有研究表明，磷肥深施可以促進夏玉米植株對磷素養(yǎng)分的吸收［5］。本課題組的前期研究也發(fā)現(xiàn)，分層施磷能顯著提高春玉米下層根量和根系活力［21］。本研究結(jié)果表明，在3個施磷水平下，玉米植株及各器官的磷含量均表現(xiàn)為分層施磷高于傳統(tǒng)施磷方式，且在生育后期更為明顯。分層施磷提高植株對磷素吸收的原因，一是磷素養(yǎng)分供需的匹配性好，促進根系生長發(fā)育，二是下層根量增加，根系活力增強，對磷的吸收能力增強。

3.2 施磷方式對高產(chǎn)春玉米磷素轉(zhuǎn)運的影響

玉米子粒中的養(yǎng)分，一部分來源于根系吸收養(yǎng)分的直接供應(yīng)，另一部分來源于營養(yǎng)器官養(yǎng)分的再轉(zhuǎn)移［22－23］。磷是典型的向代謝活性高的器官再移動的元素，玉米子粒中56.0% ～85.8%的磷來源于營養(yǎng)器官的轉(zhuǎn)運［24］。從本研究結(jié)果看出，葉、莖鞘和穗部營養(yǎng)體磷向子粒的轉(zhuǎn)運量分層施磷均高于傳統(tǒng)施磷方式，但轉(zhuǎn)運對子粒的貢獻率總體上表現(xiàn)為分層施磷低于傳統(tǒng)施磷方式。這說明分層施磷既促進了營養(yǎng)器官中磷向子粒的轉(zhuǎn)運，又促進了生育后期子粒對磷的直接吸收。盡管完熟期施磷方式間各器官磷分配比例的差異均未達到顯著水平，但同一施磷水平下分層施磷方式的子粒中磷含量均高于傳統(tǒng)施磷。不同施磷方式下，磷的轉(zhuǎn)運率均表現(xiàn)為葉＞穗部營養(yǎng)體＞莖鞘，轉(zhuǎn)運對子粒的貢獻率均表現(xiàn)為葉＞莖鞘＞穗部營養(yǎng)體。表明葉中的磷更為活躍且對子粒磷的影響更大。葉、莖鞘和穗部營養(yǎng)體磷的轉(zhuǎn)運率與施磷方式間的關(guān)系尚不清晰，有待于進一步深入研究。

3.3 施磷方式對高產(chǎn)春玉米磷肥利用的影響

施磷深度對玉米產(chǎn)量的影響，國內(nèi)外學(xué)者得到的研究結(jié)論不盡一致。一些研究表明，磷肥深施能提高玉米產(chǎn)量［5，25］。也有研究認(rèn)為磷肥深施對產(chǎn)量的影響不明顯［26－27］。本課題組前期的研究結(jié)果表明，低磷水平下分層施磷產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)施磷方式，高磷水平下產(chǎn)量差異不顯著［21］。這些研究結(jié)論的不同，可能與試驗地土壤的供磷能力、施磷水平和供試玉米品種不同有關(guān)。施磷方式對磷肥利用效率的影響，既與后期的直接吸收有關(guān)，又和營養(yǎng)器官的轉(zhuǎn)運有關(guān)。已有的研究表明，磷肥深施可增加營養(yǎng)器官中磷向子粒的轉(zhuǎn)運量，提高玉米磷效率［5］。在本研究中，磷肥偏生產(chǎn)力(除T200的兩個處理差異不顯著外)、利用效率和吸收效率分層施磷方式均顯著高于傳統(tǒng)施磷，表明分層施磷對提高春玉米磷肥利用效率具有積極的意義。

3.4 生產(chǎn)中減磷增效的技術(shù)探討

從本試驗的結(jié)果來看，分層施磷(磷肥部分下移)較常規(guī)施磷方式提高了磷肥的吸收效率、利用效率和偏生產(chǎn)力，為玉米生產(chǎn)實現(xiàn)減磷增效提供了一個新的思路。鑒于目前生產(chǎn)上實施分層施磷農(nóng)機配套尚有困難，單一的分層施磷措施難以推廣應(yīng)用。將施磷與耕作方式(多年旋耕不深松)改革相結(jié)合，可較好地解決這一問題。即在現(xiàn)行的旋耕滅茬淺施磷的生產(chǎn)方式下，每隔2～3年，結(jié)合深翻施磷一次，達到磷肥下移的目的。這樣通過不同年度間的施磷深度變化，達到分層施磷的效果，在生產(chǎn)中具有較大的可行性。

4 結(jié)論

分層施磷能促進春玉米對磷素的吸收，增加植株體內(nèi)磷的積累量，促進營養(yǎng)器官中磷向子粒的轉(zhuǎn)運，增加了完熟期子粒中磷的分配比例，提高了磷肥的利用效率，是實現(xiàn)春玉米高產(chǎn)和磷高效的有效調(diào)控途徑。

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