阿克蘇地區(qū)春玉米磷閾值研究

張世民，熱汗古麗·阿不拉，朱友娟，馬興旺，羅新寧

(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾　843300；2.阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院植物科學(xué)系，新疆阿克蘇　843000；

3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊　830052)

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阿克蘇地區(qū)春玉米磷閾值研究

張世民1，熱汗古麗·阿不拉2，朱友娟2，馬興旺3，羅新寧1

(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300；2.阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院植物科學(xué)系，新疆阿克蘇843000；

3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊830052)

摘要：【目的】研究阿克蘇地區(qū)春玉米施用磷肥安全閾值，為提高新疆南疆玉米生產(chǎn)率和磷肥利用率，降低環(huán)境風(fēng)險提供理論基礎(chǔ)?！痉椒ā恳杂衩譙C704為供試品種進行田間試驗，研究施磷量(4個磷素水平:0、140、280、560 kg/hm2 P2O5)對玉米產(chǎn)量和土壤有效磷含量的影響。【結(jié)果】施磷量與玉米產(chǎn)量效應(yīng)可以用二次曲線+平臺模擬；當(dāng)施磷量達141.8 kg/hm2時，可達到平臺產(chǎn)量11 448.9 kg/hm2；二次曲線模型中當(dāng)施磷量為219.5 kg/hm2時,玉米可達最高產(chǎn)量12 051.5 kg/hm2。施磷量與Olsen-P的關(guān)系可用Y=0.047 5 X+8.67擬合，R2=0.909 9;施磷量與CaCl2-P的關(guān)系可用Y=0.000 8X+0.112 3擬合，R2=0.843 5。磷素淋溶“突變點”為Olsen-P 26.2 mg/kg，要達到突變點所需要的施磷量為330.9 kg/hm2?！窘Y(jié)論】當(dāng)施磷量低于330.9 kg/hm2時,不會導(dǎo)致該土壤CaCl2-P猛增。在實際生產(chǎn)中,土壤Olsen-P達到14.4 mg/kg可獲得玉米高產(chǎn)，其對應(yīng)的施磷量為130.2 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：春玉米；產(chǎn)量；磷素淋溶；淋溶突變點

0引 言

【研究意義】隨著我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)污染問題日益突出，特別是在集約化農(nóng)區(qū)，農(nóng)業(yè)污染已成為農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降、地表水富營養(yǎng)化、地下水硝酸鹽污染、農(nóng)田生產(chǎn)能力降低的重要原因。根據(jù)2007年開展的第一次全國污染源普查結(jié)果，種植業(yè)源氮、磷排放數(shù)量已經(jīng)達到270.46×104和28.47×104t，分別占各類污染源總排放量的57.2%、67.4%[1]。開展農(nóng)業(yè)污染的監(jiān)測、預(yù)警與防控技術(shù)研究刻不容緩?！厩叭搜芯窟M展】英國洛桑試驗站的研究表明，作物達到最高產(chǎn)量所需要的土壤速效磷約為25 mg/kg[2]，研究顯示，土壤中的速效磷含量為60.0～90.0 mg/kg時可以滿足露天蔬菜的生產(chǎn)需要，溫室栽培對土壤速效磷含量要求更高，而農(nóng)田作物可能相對少一點[3]。劉方等[4]研究表明，黃壤旱地中速效磷可以作為地表徑流中磷素損失的潛在預(yù)警指標(biāo)。魯如坤[3]認為，當(dāng)速效磷達到50.0～70.0 mg/kg時，可能是農(nóng)業(yè)面源磷通過滲漏污染水源的一個臨界指標(biāo)。姜波等[5]研究認為，76.2 mg/kg為杭州市郊菜地土壤速效磷淋失的臨界值，超過此值磷素淋失風(fēng)險將急劇增加。土壤速效磷濃度超過一定值(約60 mg/kg) 時，磷素就會通過淋溶損失。到目前為止，判斷農(nóng)田土壤磷素狀況的定量標(biāo)準(zhǔn)并不一致。新疆是西北干旱半干旱地區(qū)主要的農(nóng)業(yè)區(qū)域，雖然降水少，水資源短缺，生態(tài)多樣性低、生態(tài)系統(tǒng)脆弱，但光熱資源豐富，作物單產(chǎn)高、品質(zhì)好，是我國棉花、小麥、玉米、糖料、瓜果等重要產(chǎn)區(qū)。以一年一熟制作物為主，絕大部分是灌溉農(nóng)業(yè)。盡管滴灌、噴灌等高效節(jié)水灌溉面積在日益增加，畦灌、溝灌仍是主要的灌溉方式?！颈狙芯壳腥朦c】畦灌毛灌溉定額在500 m3/667m2以上，灌溉量大，化肥投入量較高，容易發(fā)生氮磷流失，產(chǎn)生面源污染的危險性高,研究南疆地區(qū)施磷閾值?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以肥料效應(yīng)為基礎(chǔ)，以春玉米產(chǎn)量、土壤磷殘留作為確定磷投入閾值的約束條件，將作物-土壤-肥料系統(tǒng)作為研究對象，尋求春玉米高產(chǎn)與環(huán)境友好雙贏的磷投入閾值，為實現(xiàn)玉米高產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1材 料

試驗于2012～2013年在新疆阿克蘇地區(qū)阿拉爾市第一師農(nóng)科所試驗田進行，海拔992 m，N 40°33′18.15″，E 81°19′14.6″,地處塔里木盆地邊緣，極端干旱氣候，年平均降水量25～80 mm,蒸發(fā)量1 700～2 900 mm。土壤為林灌草甸土，土壤類型為粘土，有機質(zhì)12.9 g/kg,全氮1.01 g/kg,堿解氮89.6 mg/kg,速效磷10.3 mg/kg,速效鉀192 mg/kg。采用單因子隨機區(qū)組試驗設(shè)計，供試品種為SC704。試驗設(shè)置4個磷素水平(P2O5):0、140、280、560 kg/hm2，分別以P0、P1、P2、P3表示，各處理施氮(N)量為300 kg/hm2，施鉀肥(K2O)150 kg/hm2。磷肥、鉀肥全部作為基肥，播前結(jié)合整地深施；氮肥為尿素(46%)，40%作為基肥，60%作追肥。追肥2次，第一次拔節(jié)期，結(jié)合灌頭水開溝施入；第二次抽雄期結(jié)合灌水開溝施入。小區(qū)長7.5 m，寬4.2 m,面積31.5 m2。3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，株行距配置為(60+30)cm×30 cm。2012年4月21日播種；2013年4月30日播種。其他田間管理措施參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)玉米進行。

1.2 方 法

每季作物收獲后用土鉆在每個小區(qū)采8～10個0～20 cm土樣制備混合樣，樣品量不少于1.5 kg。

測試指標(biāo)：Olsen-P，CaCl2-P。

Olsen-P用鉬銻抗比色法；CaCl2-P測定: 0.01 mol/L CaCl2浸提，土液比1∶10，振蕩1 h，過濾，鉬藍比色法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施磷水平對玉米產(chǎn)量的影響

依據(jù)2012～2013年對收獲后各小區(qū)的收獲穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量構(gòu)成要素的分析 ,可得到其相應(yīng)的最終玉米產(chǎn)量。結(jié)果表明，施磷水平對玉米產(chǎn)量有明顯的影響。在施磷量相對較少時,玉米產(chǎn)量隨施磷量的增加而增加 ,但當(dāng)施磷量達到一定數(shù)量后,磷肥對玉米產(chǎn)量的促進作用消失，土壤中磷素過高甚至可能造成產(chǎn)量降低。圖1

圖1不同施磷量下玉米產(chǎn)量變化
Fig.1Effects of phosphorous application rate on corn yield

對玉米產(chǎn)量與施磷量之間的關(guān)系進行擬合，得到二次曲線方程Y= -0.099 9X2+ 43.858X+ 7 237.9，R2= 0.935 8；但在實際生產(chǎn)中用二次曲線+平臺來表示磷素水平對玉米產(chǎn)量的效應(yīng)，可以更加符合生產(chǎn)實際情況。

當(dāng)施磷量為219.5 kg/hm2時,玉米可達最高產(chǎn)量12 051.5 kg/hm2；最高產(chǎn)量的95%即為平臺產(chǎn)量，當(dāng)施磷量達141.8 kg/hm2時，其平臺產(chǎn)量為11 448.9 kg/hm2。

Y=

2.2 不同施磷水平對土壤Olsen-P，CaCl2-P的影響

Olsen-P一般用于了解土壤中能夠被植物吸收利用的磷含量，是反映土壤供磷能力和確定作物磷肥用量的主要指標(biāo)。CaCl2-P代表一定條件下溶解態(tài)磷從土壤進入溶液或地表徑流的難易程度,對水環(huán)境質(zhì)量有最直接影響，可用于評價磷的淋失。

研究表明，隨著施磷量的增加，Olsen-P、CaCl2-P逐漸增加，大致可以用線性方程來描述施磷量與Olsen-P、CaCl2-P的關(guān)系。施磷量與Olsen-P的關(guān)系可用Y=0.047 5X+8.67擬合，R2=0.909 9;施磷量與CaCl2-P的關(guān)系可用Y=0.000 8X+0.112 3擬合，R2=0.843 5。圖2

圖2 施磷量與Olsen-P、CaCl2-P的關(guān)系
Fig.2 Relationships between phosphorous application rate and soil available P concentration

2.3 不同施磷水平下土壤Olsen-P與CaCl2-P的關(guān)系

新疆石灰性土壤有Olsen-P與CaCl2-P的突變點即磷素淋溶“突變點”。當(dāng)Olsen-P含量小于突變點時，磷素淋失風(fēng)險低；反之，CaCl2-P隨Olsen-P含量增加顯著增加，淋失風(fēng)險較高。以O(shè)lsen-P含量為橫坐標(biāo)，CaCl2-P 含量為縱坐標(biāo)作圖，二者的突變點為預(yù)測土壤磷素淋失的臨界值。利用文獻中Heckrath于1995年提出的分段回歸模型[6],對發(fā)生地表徑流及亞表層徑流P濃度增加時Olsen-P轉(zhuǎn)折點進行預(yù)測可知,土壤Olsen-P的拐點為28.4 mg/kg，而研究結(jié)果為26.2 mg/kg，兩者差距不大。當(dāng)土壤Olsen-P的拐點為26.2 mg/kg時，其估算值95%的置信區(qū)間為23.8 mg/kg,28.6 mg/kg；當(dāng)土壤Olsen-P為26.2 mg/kg時,對應(yīng)的施P2O5量為330.9 kg/hm2,其95%的置信區(qū)間為300.6 kg/hm2,361.2 kg/hm2,因此當(dāng)施P2O5量低于330.9 kg/hm2時,不會導(dǎo)致該土壤CaCl2-P猛增。圖3

圖3不同施磷水平下土壤Olsen-P與CaCl2-P的關(guān)系
Fig. 3Relationship between Olsen-P and CaCl2-P of soil in different P applied level

3討 論

磷肥施入土壤后，其中的水溶性磷與土壤發(fā)生劇烈吸附、固持，使磷肥當(dāng)季利用率較低，一般為10%～25%[7]，加上后季利用也不超過25%(部分文獻認為加上后季利用可達60%以上)，占施磷總量75%～90%的磷余留在土壤中[8]，過量盈余導(dǎo)致磷在土壤耕層累積，影響磷素存在形態(tài)，帶來環(huán)境風(fēng)險。盡管有研究表明磷在土壤中不容易移動[9-10]，淋溶很難發(fā)生，但近年來國內(nèi)外相關(guān)研究認為，土壤磷素的垂直遷移(淋洗)也應(yīng)引起人們的重視[10-12]，含磷量超過土壤吸附飽和點時會發(fā)生磷素淋洗，過量磷肥投入和不合理的灌溉方式，又增大了磷素的淋失風(fēng)險[13-16]。

既要保證產(chǎn)量，又要避免磷素的淋溶損失和環(huán)境污染，確定磷的閾值成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。各地結(jié)果可以看到，磷素淋溶“突變點”的估算為閾值的確定提供了可行的方法。關(guān)于磷素淋溶“突變點”的研究有：北京平谷區(qū)砂壤、輕壤、重壤磷素淋溶“突變點”O(jiān)lsen-P含量依次為23.1、40.1、51.5 mg/kg[17]，石家莊等地農(nóng)田為55.6～63.9 mg/kg[18]，西北農(nóng)林科技大學(xué)試驗農(nóng)場為23 mg/kg[19]，長沙郊區(qū)蔬菜種植地為78.33 mg/kg[20]，杭州郊區(qū)菜地為76.19 mg/kg[5]，蘇南菜地為55 mg/kg[21]，在研究中阿克蘇地區(qū)磷素淋溶“突變點”為26.2 mg/kg。各地研究結(jié)果差異較大，主要是因為土壤是一個復(fù)雜的體系，不同地區(qū)土壤的質(zhì)地、理化性質(zhì)、雨熱條件差異很大，特別是粘粒含量和對磷素吸附、固定能力的差異。磷素進入土壤后變化過程不同，有效性、穩(wěn)定性也不同；長期耕種、施肥，使土壤性質(zhì)發(fā)生變化，最終使土壤磷素的淋溶特性不同。

在磷閾值的研究過程中，通常需要結(jié)合肥料-產(chǎn)量效應(yīng)函數(shù)來確定磷肥用量的多少。當(dāng)最高產(chǎn)量施磷量所對應(yīng)的土壤Olsen-P遠低于磷素淋溶“突變點”時，適量增施磷肥不會造成淋溶的風(fēng)險；當(dāng)最高產(chǎn)量施磷量所對應(yīng)的土壤Olsen-P與磷素淋溶“突變點”接近時，此時的施磷量就已經(jīng)具有淋溶風(fēng)險。研究結(jié)果表明，當(dāng)施磷量達130.2 kg/hm2時，玉米可達到平臺產(chǎn)量1 197.1 kg/hm2。阿克蘇地區(qū)春玉米最高產(chǎn)量施磷量所對應(yīng)的土壤Olsen-P為18.7 mg/kg，而磷素淋溶“突變點”為26.2 mg/kg，現(xiàn)有的施磷量在獲得高產(chǎn)的情況下不會形成磷素的淋溶損失。

4結(jié) 論

阿克蘇地區(qū)施磷量與玉米產(chǎn)量的關(guān)系可以用二次曲線+平臺來擬合，當(dāng)施磷量為141.8 kg/hm2時,玉米可達平臺產(chǎn)量11 448.9 kg/hm2；該地磷素淋溶“突變點”為Olsen-P 26.2 mg/kg，要達到突變點所需要的施磷量為330.9 kg/hm2；而在實際生產(chǎn)中土壤Olsen-P達到18.7 mg/kg就可獲得玉米高產(chǎn)。要保證阿克蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)做到以地定產(chǎn)，平衡施肥，改單次施肥為多次施肥，大力推廣滴灌以及水肥一體化技術(shù)，實現(xiàn)作物高產(chǎn)的同時,提高資源的高效利用。

致謝:該試驗得到中國人民解放軍麥蓋提基地張宏勇的幫助,特此致謝！

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Study on Phosphorus Threshold of Spring Maize in Akesu

ZHANG Shi-min1,Rerguli Abula2,ZHU You-juan2,MA Xing-wang3,LUO Xin-ning1

(1.CollegeofPlantScience，TarimUniversity,AlarXinjiang843300,China;2.AkesuVocationalandTechnologyCollege,AkesuXinjiang843000,China; 3.ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

Abstract：【Objective】 In order to improve maize productivity and raise the utilization ratio of phosphate fertilizer in Southern Xinjiang, the spring maize fertilizer application threshold was researched. 【Method】Taking Maize SC704 as test object, field experiment was conducted. This paper studied the influence of phosphorus application rate between maize yield and soil available P concentration. (Phosphorus application rate was 0, 140, 280 and 560 kg/hm2 P2O5, respectively). 【Result】The result showed that Effect of phosphorus application amount and yield of corn could be simulated by parabolic curve + platform. The platform yield 11，448.9 kg/hm2 could be reached when the phosphorus application rate reached 141.8 kg/hm2. The highest yield of maize could reach 12，051.5 kg/hm2 when phosphorus application rate was 219.5 kg/hm2 in quadratic curve model. The relationship between phosphorus application rate and Olsen-P was imitated as Y=0.047 5X+8.67，R2=0.909，9; the relationship between phosphorus application rate and CaCl2-P was simulated by Y=0.000，8X+0.112，3，R2=0.843，5.The local P leaching change-point was Olsen-P 26.2 mg/kg while Phosphorus application amount corresponding was 330.9 kg/hm2.【Conclusion】It did not happen that CaCl2-P rose sharply when phosphorus application amount was lower than 330.9 kg/hm2. In the actual production, maize high yield can be obtained while soil Olsen-P reached to 14.4 mg/kg, and the quantity of phosphorus application rate was 130.2 kg/hm2.

Key words:spring maize; yield; P leaching; leaching change-point

中圖分類號：S513；S514

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-4330(2016)03-0455-06

作者簡介:張世明(1991-)，河南許昌人，碩士研究生，研究方向為作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培，(E-mail)1509868728@qq.com通訊作者:羅新寧(1971-)，男，四川人，副教授，博士，研究方向為作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培與資源利用，(E-mail)luoxinning04@163.com

基金項目:公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(20100314)

收稿日期：2015-10-12

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.009

Fund project:Supported by public wvelfare Agricultural Prugeots (20100314)