施磷深度和深松對春玉米磷素吸收與利用的影響

張瑞富，楊恒山*，范秀艷，張宏宇，柳寶林，劉 晶

（1 內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術研究中心/內(nèi)蒙古民族大學農(nóng)學院，內(nèi)蒙古通遼 028000；2 通遼市農(nóng)牧業(yè)局，內(nèi)蒙古通遼 028005）

磷是玉米生長發(fā)育不可缺少的大量營養(yǎng)元素之一，施磷可以明顯提高玉米產(chǎn)量和品質(zhì)[1–4]。近年來，我國磷肥的生產(chǎn)和消費量持續(xù)快速增加，已躍居世界首位[5–7]，而我國糧食作物的磷肥當季利用率僅為11.6%，與農(nóng)業(yè)發(fā)達國家差距較大，高產(chǎn)與磷高效的矛盾突出[7–8]。

西遼河平原為內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米主產(chǎn)區(qū)，多為石灰性土壤，有效磷含量較低，高量施磷已成為玉米生產(chǎn)的常規(guī)措施，但由于生產(chǎn)中長期采用小動力農(nóng)機具旋耕滅茬和機械帶肥播種，磷肥施用深度普遍較淺，多在5—6 cm，多年的累積效應導致磷素在土壤表層富集而下層不足[9]。研究表明，目前玉米品種的根系多呈現(xiàn)“橫向緊縮，縱向延伸”的特點[10–11]，具有高吸收活力的根系主要分布在5—20 cm土層[12–15]，而在深松措施下玉米根系還可進一步下扎[16–17]，土壤磷素空間分布與根系空間分布匹配性也會進一步變差，導致磷肥吸收利用效率較低。趙亞麗等[12]研究表明，磷肥深施調(diào)節(jié)了磷在土層中的分布，使磷在根系密集區(qū)分布更均勻，從而促進了玉米產(chǎn)量和磷肥利用率的提高。范秀艷等[9]研究表明，與常規(guī)集中淺施相比，磷肥部分深施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)器官中磷向籽粒轉運，增加完熟期籽粒中磷的分配比例，從而提高春玉米籽粒產(chǎn)量和磷肥利用效率。從前人的研究結果看，磷肥深施可以協(xié)調(diào)磷素養(yǎng)分的供需矛盾，是提高玉米磷肥利用效率的有效途徑，但目前有關磷肥深施對玉米磷素吸收利用和產(chǎn)量影響的研究不多，特別是與耕作方式結合起來進行研究的相對較少。本研究針對玉米生產(chǎn)中磷素與玉米根系空間分布匹配性差的實際問題，探討不同耕作措施下施磷深度對春玉米磷素吸收與磷肥利用的影響，旨在為春玉米高產(chǎn)栽培中磷肥的高效管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2014年試驗在內(nèi)蒙古通遼市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園區(qū)進行 (43°36' N、122°22' E)。試驗地土壤類型為灰色草甸土，質(zhì)地為中壤，耕層土壤容重為1.31 g/cm3；0—20 cm土壤養(yǎng)分含量為：有機質(zhì)20.69 g/kg、全氮 0.71 g/kg、堿解氮 38.28 mg/kg、有效磷 7.02 mg/kg、速效鉀66.88 mg/kg，土壤pH值8.38。試驗點海拔178 m，年均氣溫6.8℃，年均降水量399.1 mm。2015年試驗在通遼市開魯縣蔡家堡村進行(43°9' N、120°25' E)。土壤類型為灰色草甸土，質(zhì)地為中壤，耕層土壤容重為1.26 g/cm3；0—20 cm土壤養(yǎng)分含量為：有機質(zhì)14.60 g/kg、全氮0.96 g/kg、堿解氮 58.78 mg/kg、有效磷 11.81 mg/kg、速效鉀79.92 mg/kg，土壤pH值8.03。試驗點海拔191 m，年均氣溫6.6℃，年均降水量388.6 mm。

1.2 試驗設計

2014年大田試驗采用裂區(qū)設計，以耕作方式為主區(qū)，分別設旋耕處理 (RT) 和深松 + 旋耕處理 (SS +RT)，其中旋耕處理采用XY-80/300型旋耕機實施，作業(yè)深度15 cm，深松為全面深松方式，采用1SZ-230型深松旋耕聯(lián)合整地機實施，作業(yè)深度35 cm，旋耕、深松作業(yè)均在4月16日進行；副區(qū)是施磷深度，分別為 6 cm (P6，常規(guī)施磷深度)、12 cm (P12)、18 cm (P18)、24 cm (P24)，并以不施磷肥為對照 (CK)，3次重復，小區(qū)面積75 m2。供試品種為鄭單958，種植密度7.5萬株/hm2，磷肥施入與播種同日進行，采用2BYSF-3型精密玉米施肥播種一體機，調(diào)整施肥犁鏵入土深度達到處理要求預先施入磷肥，磷肥(P2O5) 用量為125 kg/hm2；結合播種各處理均施種肥氮 (N) 15 kg/hm2、鉀肥 (K2O) 45 kg/hm2；在小喇叭口期一次性追施氮肥 (N) 356 kg/hm2。氮肥種類為尿素(含N46%，云南三環(huán)中化化肥有限公司)，磷肥為過磷酸鈣 (含P2O546%，云南金星化工有限公司)，鉀肥為硫酸鉀 (含K2O 50%，山東聯(lián)盟化工集團有限公司)。試驗于5月1日播種，9月29日收獲。生育期間灌溉4次。

2015年重復進行2014年深松 + 旋耕處理下的施磷深度試驗，供試品種、施肥及栽培管理均同2014年，4月15日深松整地，4月28日播種，9月27日收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 干物重及磷含量測定 各小區(qū)均在吐絲期、乳熟期和完熟期在同行內(nèi)取連續(xù)3株植株，所取樣品在105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒重后測定干物重。樣品粉碎后，用釩鉬黃比色法測定各器官磷含量[18]。

1.3.2 產(chǎn)量測定 收獲時每小區(qū)取 24 m2樣方，調(diào)查樣方內(nèi)有效穗數(shù)，測定籽粒產(chǎn)量，并取樣測定籽粒含水率，折算出14%含水率下的產(chǎn)量。

1.4 參數(shù)計算

磷素吸收量 (kg/hm2)= 某生育時期植株地上部干物重 × 該生育時期植株地上部磷素含量[19]；

磷素吸收率 (%)= 某生育時期植株地上部磷素吸收量/成熟期植株地上部磷素吸收量 × 100[19]；

磷肥收獲指數(shù) (%)= 成熟期籽粒磷素吸收量/成熟期植株地上部磷素吸收量 × 100[19]；

磷肥偏生產(chǎn)力 (kg/kg)= 籽粒產(chǎn)量/磷肥施用量[19]；

磷素吸收效率 (%)= 植株地上部磷素吸收量/磷肥施用量 × 100[20–21]；

磷肥利用效率 (%)=(施磷區(qū)植株地上部磷素吸收量 ? 不施磷區(qū)植株地上部磷素吸收量)/磷肥施用量 ×100[20–21]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)處理，SAS V8 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 深松措施下施磷深度對春玉米產(chǎn)量的影響

由表1可見，春玉米籽粒產(chǎn)量在旋耕措施下各施磷深度處理間表現(xiàn)為 P12 ＞ P6 ＞ P18 ＞ P24，其中P12與P6、P18處理差異不顯著，與P24處理差異達到顯著水平；在深松 + 旋耕措施下連續(xù)2年產(chǎn)量結果一致，各施磷深度處理均以P12最高，P6次之，P24最低，其中P12與其他處理的差異均達到顯著水平，說明P12處理有利于提高春玉米的籽粒產(chǎn)量，且在深松 + 旋耕措施下效果更為明顯。

表1 2014和2015年不同施磷深度下春玉米產(chǎn)量(t/hm2)Table1 Yield of spring maize under different phosphorus placement depths

由表2方差分析結果可見，耕作措施 (因素A)間差異、施磷深度 (因素B) 間差異均達到了顯著水平，耕作方式與施磷深度互作差異也達到顯著水平，從P值來看，耕作方式與施磷深度互作差異明顯高于耕作方式間差異和施磷深度間差異，說明深松措施下適宜的施磷深度能顯著提高春玉米的籽粒產(chǎn)量。

表2 不同處理春玉米產(chǎn)量方差分析結果Table2 Analysis of variance for spring maize yield in different treatments

圖1 不同施磷深度下春玉米不同生育期植株磷含量Fig.1 Plant P contents of spring maize under different phosphorus placement depths at different growth stages[注（Note）：SS—吐絲期 Silking stage; MK—乳熟期 Milk ripening stage; MS—完熟期 Mature stage; 方柱上不同字母表示相同時期不同處理間差異達 0.05 顯著水平 Different letters above the bars mean significant difference among the treatments at the same growth stage at the 0.05 level.]

2.2 深松措施下施磷深度對春玉米磷含量的影響

由圖1可見，春玉米地上部磷含量各施磷深度處理均高于CK，在旋耕措施下施磷深度處理間以P12最高，P6次之，P24最低，處理間差異均不顯著；深松 + 旋耕措施下，施磷深度處理間也以P12處理最高，其中吐絲期P12處理與其他施磷深度處理間差異均不顯著，完熟期2014年P12與P6、P18處理差異不顯著，與P24處理差異達到顯著水平，2015年各施磷深度處理間差異均不顯著。

2.3 深松措施下施磷深度對春玉米干物重的影響

由圖2可見，春玉米地上部干物重各施磷深度處理均高于CK，在旋耕措施下吐絲期和完熟期施磷深度間均以P12 處理最高；深松 + 旋耕措施下吐絲期和完熟期仍以P12處理最高，但各施磷深度處理間差異均不顯著。

2.4 深松措施下施磷深度對春玉米磷素吸收量的影響

由圖3可見，不同施磷深度處理春玉米磷素吸收量，在旋耕措施下各生育時期均表現(xiàn)為P12 處理最高，其中吐絲期和完熟期P12與P6、P18處理差異不顯著，與P24處理差異顯著；深松 + 旋耕措施下春玉米地上部磷素吸收量各施磷深度處理均以P12最高，其中吐絲期2014年P12與P6處理差異不顯著，與P18、P24處理差異顯著，2015年P12與P6、P18處理差異不顯著，與P24處理差異顯著；完熟期2014年P12與其他處理差異均達到顯著水平，2015年P12與P6處理差異不顯著，與P18、P24處理差異均達到顯著水平。這也說明P12處理春玉米具有較強的磷吸收能力，且在深松 + 旋耕措施下表現(xiàn)得更為明顯。

圖2 不同施磷深度下春玉米不同生育期干物重Fig.2 Dry matter weight of spring maize under different phosphorus placement depths[注（Note）：SS—吐絲期 Silking stage; MK—乳熟期 Milk ripening stage; MS—完熟期 Mature stage; 方柱上不同字母表示相同時期不同處理間差異達 0.05 顯著水平 Different letters above the bars mean significant difference among the treatments at the same growth stage at the 0.05 level.]

圖3 不同施磷深度春玉米不同生育期磷素吸收量Fig.3 P uptake of spring maize under different phosphorus placement depths[注（Note）：SS—吐絲期 Silking stage; MK—乳熟期 Milk ripening stage; MS—完熟期 Mature stage; 方柱上不同字母表示相同時期不同處理間差異達 0.05 顯著水平 Different letters above the bars mean significant difference among the treatments at the same growth stage at the 0.05 level.]

2.5 深松措施下施磷深度對春玉米不同生育階段磷素吸收量的影響

由表3可見，吐絲前，春玉米磷素吸收量在旋耕措施下不同施磷深度處理表現(xiàn)為P12最高，P6、P18次之， P24最低，其中P12與其他處理差異均達到顯著水平；在深松 + 旋耕措施下2014年表現(xiàn)為P12大于P6和P18，P6和P18大于P24，2015年表現(xiàn)為P12 大于P18、P6、P24，P12與其他處理差異均達到顯著水平。吐絲后，春玉米地上部磷素吸收量低于吐絲前，在旋耕措施下表現(xiàn)為P12、P18、P24大于P6，其中P12較P6提高1.08 kg/hm2，差異達到顯著水平；深松 + 旋耕措施下春玉米地上部磷素吸收量明顯高于旋耕措施，不同施磷深度處理表現(xiàn)為P12最高，P6、P18次之，P24最低，其中P12較P6 處理提高 2.80 kg/hm2(2014 年) 和 2.75 kg/hm2(2015年)，差異均達到顯著水平。這說明，春玉米吐絲后仍具有較大的磷素吸收量，不同施磷深度處理間以P12最多，且在深松 + 旋耕措施下表現(xiàn)得更為明顯。

從方差分析結果 (表4)看，耕作方式與施磷深度間的互作效應在吐絲期前后達到極顯著水平，P值則表現(xiàn)為吐絲后小于吐絲前。

2.6 深松措施下施磷深度對春玉米磷素吸收效率與磷肥利用效率的影響

由表5可見，P12處理能明顯提高春玉米磷收獲指數(shù)和磷肥偏生產(chǎn)力，且在深松 + 旋耕措施下表現(xiàn)得更為明顯；磷素吸收效率和磷肥利用率不同施磷深度以P12處理最高，其中磷素吸收效率深松 + 旋耕措施較旋耕措施提高 2.15 (2014年)、2.62(2015 年) 個百分點，磷肥利用率提高 3.71 (2014 年)、3.28 (2015年) 個百分點，說明P12處理可促進春玉米對磷肥的吸收利用，深松則有利于磷肥吸收利用效率的進一步提高。

表3 深松措施下施磷深度對春玉米不同生育階段磷素吸收量及吸收率的影響Table3 Effect of phosphorus placement depths on P absorption and P uptake rate at different growth stages of spring maize under subsoiling practice

表4 不同處理春玉米磷吸收量方差分析結果Table4 Analysis of variance for P uptake in different treatments

3 討論

本研究表明，磷肥深施在12 cm土層，可以促進春玉米對磷的吸收利用，從而提高春玉米的磷素吸收效率和磷肥利用效率及籽粒產(chǎn)量，且在深松 +旋耕措施下表現(xiàn)得更為明顯。磷在土壤中容易被固定和不易移動，作物對磷素的吸收主要是通過根系的直接接觸而獲得，因而根系生長點與施肥點的距離和根系與肥料接觸面積的大小是影響肥料吸收利用的兩個重要因素，但也受根系活躍吸收面積的制約[12]。發(fā)育健全的春玉米的功能根群主要集中在5—20 cm 土層[12–15]，本研究中，施磷深度 6 cm 處理，雖然根系與磷肥接觸得早，但受制于接觸面積小，導致磷素吸收量較低，大部分磷肥固定，磷素吸收效率和磷肥利用效率不高；施磷深度12 cm處理，磷肥處于根系密集區(qū)域，根系與磷肥不但具有較大的接觸面積，根系生長點與磷肥接觸的距離也相對較短，有利于根系對磷素的吸收，從而提高了磷素的吸收效率和磷肥利用效率；然而施磷過深，不但使根系生長點與施肥點的距離增加，下層根量的減少也使磷肥與根系接觸面積變小，從而導致磷素吸收量降低，磷素吸收效率和磷肥利用效率不高。已有研究表明[16,17]，深松能夠促進根系生長，提高深層根系分布比例，使根系活躍吸收面積增加、活力增強，衰老延緩。深松措施下，根系分布特征和生理活性的改善，進一步促進了根系對磷素的吸收，而根系衰老的延緩也使春玉米在吐絲期后仍保持了較強的吸收能力，從而表現(xiàn)出更高的磷素吸收效率和磷肥利用效率。

表5 深松措施下施磷深度對春玉米磷素吸收效率和磷肥利用效率的影響Table5 Effect of phosphorus placement depths on P uptake efficiency and phosphorus fertilizer use efficiency of spring maize under subsoiling practice

4 結論

在土壤有效磷含量較低、多年小動力機械作業(yè)的連作玉米區(qū)，在較高密度種植的高產(chǎn)栽培條件下，磷肥深施于12 cm土層能提高春玉米的磷肥吸收利用效率及籽粒產(chǎn)量，其中在旋耕措施下使磷素吸收效率提高5.87%，磷肥利用效率提高19.2%；在深松 + 旋耕措施下使磷素吸收效率提高9.5%～9.8%，磷肥利用效率提高29.0%～29.2%，籽粒產(chǎn)量提高5.2%～5.4%。在多年小動力機械作業(yè)的連作玉米區(qū)，深松措施下磷肥下移深施是提高春玉米磷肥吸收利用效率和籽粒產(chǎn)量的有效措施，是春玉米高產(chǎn)栽培減磷增效的有效途徑。