基于小麥產(chǎn)量與籽粒錳含量的磷肥優(yōu)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(chǎn)量與籽粒錳含量的磷肥優(yōu)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(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實驗室，陜西楊凌 712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，陜西楊凌 712100

【】通過研究我國北方八省區(qū)不同土壤有效磷水平和施磷量條件下小麥產(chǎn)量和籽粒錳含量的變化規(guī)律，為提高小麥產(chǎn)量、調(diào)控小麥錳營養(yǎng)水平和保障糧食安全生產(chǎn)提供依據(jù)。于2018—2019年在我國北方山西、陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江8個省區(qū)的34個地點(diǎn)布置田間試驗，設(shè)置農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個處理，研究北方八省區(qū)小麥的產(chǎn)量和籽粒錳含量及不同土壤有效磷水平下監(jiān)控施磷及不施磷對小麥產(chǎn)量和籽粒錳含量的影響。在我國北方八省區(qū)，小麥產(chǎn)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(diǎn)占8.8%，＞44 mg·kg-1的占36.8%，籽粒錳含量偏高的問題應(yīng)引起注意。隨土壤有效磷含量增加，小麥產(chǎn)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(chǎn)量最高，有效磷含量＞40 mg·kg-1時籽粒錳含量最高。監(jiān)控施肥與農(nóng)戶施肥處理相比，其磷肥用量平均降低了45.4%，但兩者產(chǎn)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(jiān)控施肥處理的小麥產(chǎn)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(chǎn)量，而監(jiān)控施肥僅降低了籽粒錳含量；其他土壤有效磷水平下，監(jiān)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(guān)。為實現(xiàn)小麥高產(chǎn)和適宜的籽粒錳含量，土壤有效磷應(yīng)維持在20—30 mg·kg-1；采用監(jiān)控施肥技術(shù)科學(xué)優(yōu)化施磷，不會降低小麥產(chǎn)量，但當(dāng)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(chǎn)的風(fēng)險。

小麥；土壤有效磷；產(chǎn)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(chǎn)量、提高品質(zhì)方面有重要作用[1]。為了提高作物產(chǎn)量，生產(chǎn)中過量施磷現(xiàn)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(chǎn)量，還可影響作物中鋅（Zn）、錳（Mn）等微量元素平衡，進(jìn)而影響作物品質(zhì)和人體健康[4]。錳是生物體必需營養(yǎng)元素[5]。在作物中，錳直接參與光合作用和酶系統(tǒng)活動，如氧化還原反應(yīng)、碳氮代謝、蛋白質(zhì)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(chǎn)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(jīng)系統(tǒng)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(yǎng)推薦值及限量標(biāo)準(zhǔn)?！吨袊用裆攀碃I養(yǎng)素參考攝入量（2013版）》和《中國居民營養(yǎng)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(jù)中國不同人群錳非致癌風(fēng)險評估，小麥籽粒錳含量小于44 mg·kg-1可避免導(dǎo)致非致癌風(fēng)險[15]。因此，研究小麥等谷物生產(chǎn)過程中磷肥與產(chǎn)量及籽粒錳含量的關(guān)系，對于農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展、保障糧食安全和人體健康具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】過量施用磷肥并不能持續(xù)提升小麥產(chǎn)量。不同田間試驗的整合分析發(fā)現(xiàn)[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(chǎn)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(chǎn)量最高，施磷量增加到150 kg·hm-2時，產(chǎn)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(chǎn)量最高，超過此施磷量小麥產(chǎn)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(chǎn)量，但施磷超過81 kg·hm-2時產(chǎn)量則不會繼續(xù)增加[19]。施磷提高小麥產(chǎn)量的同時也會增加土壤有效磷的含量[20]。有研究表明產(chǎn)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(qū)的研究表明，小麥達(dá)到高產(chǎn)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(yīng)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(jìn)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(zhì)有關(guān)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】對于施磷量與小麥產(chǎn)量的關(guān)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(chǎn)量及微量元素錳的影響，缺乏系統(tǒng)研究。明確不同土壤有效磷水平下，減施磷引起的小麥產(chǎn)量和籽粒錳含量變化，對基于土壤有效磷管理和優(yōu)化磷肥用量，保證小麥穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)有重要意義。【擬解決的關(guān)鍵問題】為進(jìn)一步探究磷肥減施引起的小麥產(chǎn)量與錳含量變化對土壤有效磷的響應(yīng)，本文在我國北方的山西、陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、新疆、黑龍江和青海等地34個地點(diǎn)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(chǎn)量、籽粒錳含量、地上部錳吸收量、錳收獲指數(shù)和土壤有效錳含量的變化，探明減施磷肥引起的小麥產(chǎn)量和籽粒錳含量變化對土壤有效磷的響應(yīng)，以期為區(qū)域小麥科學(xué)優(yōu)化施磷、綠色豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點(diǎn)

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

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)3個處理，分別為農(nóng)戶施肥（FF）、監(jiān)控施肥（RF）和監(jiān)控?zé)o磷（RF-P）。其中，農(nóng)戶施肥處理為調(diào)研得到的試驗當(dāng)?shù)?0個以上小麥種植戶施用氮、磷、鉀肥料用量的平均值；監(jiān)控施肥的施肥量由監(jiān)控施肥技術(shù)確定，該方法通過土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)，結(jié)合目標(biāo)產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量，確定氮、磷、鉀肥的用量[30-31]；監(jiān)控?zé)o磷處理不施磷肥，氮、鉀肥施用量均同監(jiān)控施肥處理。小區(qū)面積大于300 m2，田間小區(qū)排列采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，各試驗地點(diǎn)種植的品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N，田間管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)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?zhǔn)斋@前5 d采樣。在小區(qū)內(nèi)選擇長10 m、寬5 m小麥長勢均勻的區(qū)域作為采樣區(qū)。在采樣區(qū)內(nèi)隨機(jī)采集100穗的小麥全株[31-32]，在根莖結(jié)合處將根剪除，地上部分作為1個考種和化學(xué)分析的樣品，用于穗粒數(shù)、千粒重及收獲指數(shù)和植株不同部位養(yǎng)分測定。在采樣區(qū)內(nèi)小麥行間隨機(jī)選取均勻分布的5個點(diǎn)，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(fēng)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(yù)烘30 min，65℃烘干至恒重，測定風(fēng)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?zhèn)溆肹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(zhì)譜儀（Thermo Fisher ICAP Q ICP-MS，美國）進(jìn)行測定。小麥產(chǎn)量為各小區(qū)實際收獲產(chǎn)量，產(chǎn)量與養(yǎng)分含量均以烘干重為基數(shù)表示。

土壤樣品風(fēng)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(tài)氮、銨態(tài)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(jī)質(zhì)。土壤pH用pH計測定，水土比為1﹕2.5。硝、銨態(tài)氮用1 mol·L-1KCl浸提，速效磷用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，均用連續(xù)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(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱法測定[33]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

1.4.1 土壤有效磷含量分組 將所有地點(diǎn)各處理按照監(jiān)控施肥處理的土壤有效磷含量從低到高進(jìn)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(qū)施磷引起的小麥產(chǎn)量和籽粒錳含量變化與土壤有效磷含量的關(guān)系。

1.4.2 相關(guān)指標(biāo)及計算

籽粒錳吸收量（g·hm-2）=籽粒錳含量（mg·kg-1）×籽粒產(chǎn)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(chǎn)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(shù)（%）=籽粒錳吸收量（g·hm-2）/地上部錳吸收量（g·hm-2）×100[35]。

數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2016進(jìn)行整理，Origin 2018作圖，IBM SPSS Statistics統(tǒng)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(jié)果

2.1 北方八省農(nóng)戶的小麥籽粒產(chǎn)量與錳含量分布

北方八省區(qū)農(nóng)戶的小麥產(chǎn)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(diǎn)中，小麥產(chǎn)量＜2 000 kg·hm-2的試驗點(diǎn)占2.9%，產(chǎn)量＞8 000 kg·hm-2的占14.7%。產(chǎn)量＜2 000 kg·hm-2的試驗點(diǎn)分布于山西，該點(diǎn)的土壤有效磷含量較低；產(chǎn)量＞8 000 kg·hm-2的試驗點(diǎn)主要位于青海、甘肅、寧夏。

北方八省區(qū)農(nóng)戶的小麥籽粒錳含量存在顯著性的地區(qū)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(diǎn)中，籽粒錳含量＜32 mg·kg-1的試驗點(diǎn)占8.8%，＞44 mg·kg-1的占36.8%。籽粒錳含量＜32 mg·kg-1的地點(diǎn)主要分布在甘肅和新疆。籽粒錳含量＞44 mg·kg-1的試驗點(diǎn)在山西、陜西、甘肅、寧夏、新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江等都有分布，可見小麥籽粒錳過量的問題應(yīng)引起重視。

圖1 北方八省小麥產(chǎn)量（a）與籽粒錳含量（b）的頻數(shù)分布

2.2 小麥籽粒產(chǎn)量、生物量及收獲指數(shù)

小麥籽粒產(chǎn)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(chǎn)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?zhǔn)斋@指數(shù)平均值分別為47.7%、49.0%、49.2%、44.8%和45.6%，差異不顯著。

農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個處理小麥產(chǎn)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(shù)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(nóng)戶施肥的小麥產(chǎn)量和生物量顯著低于監(jiān)控施肥，有效磷含量＜10和＞40 mg·kg-1時，監(jiān)控?zé)o磷處理的小麥產(chǎn)量及生物量顯著低于監(jiān)控施肥，其余有效磷水平無差異。不同有效磷水平下的農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥處理的產(chǎn)量、地上部生物量平均值無顯著差異，但兩者均顯著高于監(jiān)控?zé)o磷處理。不同土壤有效磷水平下收獲指數(shù)及其處理間平均值均無顯著差異。

2.3 小麥產(chǎn)量構(gòu)成

小麥產(chǎn)量三要素因土壤有效磷水平不同而異。各處理的穗數(shù)隨有效磷含量的升高而增加，當(dāng)有效磷含量＞40 mg·kg-1時平均穗數(shù)最高，比其他有效磷水平提高35.6%—76.1%。穗粒數(shù)亦隨有效磷含量升高而提高，當(dāng)有效磷含量20—30 mg·kg-1時平均穗粒數(shù)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(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個處理小麥穗數(shù)的平均值分別為502×104、500×104和480×104·hm-2，穗粒數(shù)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(nóng)戶和監(jiān)控施肥的穗數(shù)顯著高于監(jiān)控?zé)o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(jiān)控施肥比監(jiān)控?zé)o磷提高6.4%。土壤有效磷含量＜10 mg·kg-1時，農(nóng)戶施肥和監(jiān)控施肥處理的穗粒數(shù)顯著高于監(jiān)控?zé)o磷處理，提高了14.9%和9.3%。整體來看，農(nóng)戶施肥和監(jiān)控施肥的小麥穗數(shù)顯著高于監(jiān)控?zé)o磷處理，3個處理穗粒數(shù)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(dāng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(chǎn)量三要素

土壤不同有效磷水平時（圖3），農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o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(nóng)戶施肥相比，監(jiān)控?zé)o磷小麥籽粒錳含量顯著降低2.4%，但監(jiān)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(nóng)戶施肥相比，監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o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(jiān)控?zé)o磷處理的籽粒錳含量顯著低于農(nóng)戶和監(jiān)控施肥處理。

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

2.5 小麥錳吸收量與錳收獲指數(shù)

試驗研究發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒和地上部錳吸收量及收獲指數(shù)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(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o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(shù)平均值最高，為51.8%，比其他有效磷水平時提高10.3%—17.1%。

監(jiān)控?zé)o磷處理的小麥籽粒和地上部錳吸收量顯著低于農(nóng)戶施肥和監(jiān)控施肥處理。當(dāng)土壤有效磷含量＜10、20—30和＞40 mg·kg-1時，與監(jiān)控施肥相比，監(jiān)控?zé)o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(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o磷3個處理錳收獲指數(shù)及其對應(yīng)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(guān)系

試驗研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶施肥的施磷量為110—149 kg·hm-2，顯著高于監(jiān)控施肥的61—80 kg·hm-2。在5個不同土壤有效磷水平下，農(nóng)戶施肥、監(jiān)控施肥和監(jiān)控?zé)o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(dāng)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(diǎn)發(fā)現(xiàn)，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(guān)，其中在農(nóng)戶施肥與監(jiān)控施肥處理下，相關(guān)達(dá)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(shù)

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(guān)（＜0.05），樣品數(shù)為260個* Indicates significant correlation at＜0.05,=260

3 討論

3.1 小麥產(chǎn)量與土壤有效磷及施磷量的關(guān)系

本研究通過測定34個試驗地點(diǎn)的樣品發(fā)現(xiàn)，土壤有效磷含量過高或過低均不利于小麥產(chǎn)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(chǎn)量最高。從干物質(zhì)累積情況來看，當(dāng)土壤有效磷水平較低時，地上部生物量降低是其產(chǎn)量低的主要原因；土壤有效磷水平＞30 mg·kg-1時，產(chǎn)量降低主要源于地上部生物量和收獲指數(shù)的降低。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，土壤有效磷水平＜20 mg·kg-1時，穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重降低是產(chǎn)量下降的主要原因；土壤有效磷＞30 mg·kg-1時，穗粒數(shù)和千粒重顯著下降是產(chǎn)量未能持續(xù)增加的主要原因。北京昌平22年的定位試驗也發(fā)現(xiàn)，隨土壤有效磷增加小麥產(chǎn)量增加，但土壤有效磷含量＞12.5 mg·kg-1時不會再進(jìn)一步增加小麥產(chǎn)量[36]。華北潮土區(qū)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(chǎn)量隨土壤有效磷的增加而增加[37]。太湖地區(qū)33年的定位試驗中，小麥水稻輪作系統(tǒng)土壤有效磷為4.08 mg·kg-1時，小麥產(chǎn)量達(dá)到最高[38]。楊凌土區(qū)小麥玉米輪作體系的土壤有效磷為14.6 mg·kg-1時，小麥產(chǎn)量達(dá)到最大[21]。本研究中，監(jiān)控施肥通過土壤養(yǎng)分豐缺狀況，結(jié)合目標(biāo)產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量，確定氮磷鉀肥的用量。因此，與農(nóng)戶盲目施肥相比，監(jiān)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(fēng)險，但監(jiān)控施肥下的小麥產(chǎn)量與農(nóng)戶施肥相比并沒有降低。上述結(jié)果說明，若要維持小麥穩(wěn)定高產(chǎn)，應(yīng)使土壤有效磷水平維持20—30 mg·kg-1，在此基礎(chǔ)上采用監(jiān)控施肥技術(shù)科學(xué)優(yōu)化磷肥施用不會降低小麥產(chǎn)量。

3.2 小麥籽粒錳含量對土壤有效磷及施磷量的響應(yīng)

本研究表明，在我國北方八省區(qū)，小麥籽粒錳含量＜32 mg·kg-1的試驗點(diǎn)占8.8%，＞44 mg·kg-1的占36.8%，小麥籽粒錳含量偏高的問題應(yīng)引起注意。磷供應(yīng)水平影響小麥籽粒錳含量的機(jī)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(guān)。

結(jié)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(dá)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(jìn)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(guān)機(jī)制，可能是磷促進(jìn)作物根系低分子量有機(jī)酸的分泌，或促進(jìn)土壤中過磷酸鹽的溶解及硝化作用產(chǎn)生的酸性磷酸銨生成，進(jìn)而活化了土壤中的錳向利于作物吸收的絡(luò)合態(tài)形式轉(zhuǎn)化[39-40]。黃德明等[23]的研究結(jié)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(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(nóng)戶施肥。上述結(jié)果說明，除影響土壤有效錳含量外，磷供應(yīng)水平還可能直接影響了作物根系的吸收能力。當(dāng)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(yǎng)元素之一，與根系的生長發(fā)育和形態(tài)性狀有著密切的關(guān)系[41-42]。適量的施磷可以促進(jìn)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(yǎng)分吸收空間，進(jìn)而促進(jìn)了根系對錳的吸收[43]。

3.3 基于土壤有效磷的小麥產(chǎn)量和錳營養(yǎng)調(diào)控與施磷優(yōu)化

過量施磷無助于增產(chǎn)，盲目不施磷肥也會有減產(chǎn)風(fēng)險。本試驗表明，當(dāng)土壤有效磷水平＜10 mg·kg-1時，當(dāng)年內(nèi)不施磷肥即可導(dǎo)致小麥減產(chǎn)，為保證小麥增產(chǎn)應(yīng)當(dāng)科學(xué)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(chǎn)量；當(dāng)土壤有效磷水平＞40 mg·kg-1時，過量施用磷肥可能導(dǎo)致減產(chǎn)。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(dǎo)致小麥減產(chǎn)[37]。昌平、鄭州、楊凌三地15年的定位試驗表明，當(dāng)土壤有效磷為12.5、14.6、21.7 mg·kg-1時，其相對產(chǎn)量達(dá)最大，當(dāng)土壤有效磷增加時，減少施磷量不會降低小麥產(chǎn)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(chǎn)[38]。因此，為保證最高的產(chǎn)量水平，應(yīng)當(dāng)通過科學(xué)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(jìn)了籽粒中錳的累積。當(dāng)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(dǎo)致人體健康風(fēng)險。因此，綜合考慮小麥產(chǎn)量及籽粒錳含量，為保證小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，應(yīng)通過科學(xué)施肥使我國北方麥區(qū)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(jié)論

在我國北方八省區(qū)，小麥產(chǎn)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(yīng)引起注意。隨土壤有效磷含量增加，小麥產(chǎn)量和籽粒錳含量均顯著提高，產(chǎn)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(jiān)控施肥與農(nóng)戶施肥處理相比，其磷肥用量平均降低了45.4%，但兩者產(chǎn)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(jiān)控施肥處理的小麥產(chǎn)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(chǎn)量，而監(jiān)控施肥僅降低了籽粒錳含量；其他土壤有效磷水平下，監(jiān)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(guān)。在北方八省區(qū)，采用監(jiān)控施肥技術(shù)科學(xué)優(yōu)化施磷，使土壤有效磷含量維持在20—30 mg·kg-1，可實現(xiàn)小麥高產(chǎn)和適宜的籽粒錳含量；但當(dāng)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(chǎn)的風(fēng)險。

[1] BROOKS A, WOO K C, WONG S C. Effects of phosphorus nutrition on the response of photosynthesis to CO2and O2, activation of ribulose bisphosphate carboxylase and amounts of ribulose bisphosphate and 3-phosphoglycerate in spinach leaves. Photosynthesis Research, 1988, 15(2): 133-141. doi:10.1007/BF00035257.

[2] KHAN A, LU G Y, AYAZ M, ZHANG H T, WANG R J, LV F L, YANG X Y, SUN B H, ZHANG S L. Phosphorus efficiency, soil phosphorus dynamics and critical phosphorus level under long-term fertilization for single and double cropping systems. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2018, 256: 1-11. doi:10.1016/j.agee.2018. 01.006.

[3] 曹寒冰, 王朝輝, 趙護(hù)兵, 馬小龍, 佘旭, 張璐, 蒲岳建, 楊珍珍, 呂輝, 師淵超, 杜明葉. 基于產(chǎn)量的渭北旱地小麥?zhǔn)┓试u價及減肥潛力分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(14): 2758-2768. doi:10.3864/ j.issn.0578-1752.2017.14.012.

CAO H B, WANG Z H, ZHAO H B, MA X L, SHE X, ZHANG L, PU Y J, YANG Z Z, Lü H, SHI Y C, DU M Y. Yield based evaluation on fertilizer application and analysis of its reduction potential in Weibei dryland wheat production. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(14): 2758-2768. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017. 14.012. (in Chinese)

[4] 張偉. 供磷水平對小麥玉米鋅吸收、累積的影響及其作用機(jī)制[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2017.

ZHANG W. The mechanisms of zinc uptake and accumulation in wheat and maize as affected by phosphorus levels[D]. Beijing: China Agricultural University, 2017. (in Chinese)

[5] ULLAH A, FAROOQ M, REHMAN A, ARSHAD M S, SHOUKAT H, NADEEM A, NAWAZ A, WAKEEL A, NADEEM F. Manganese nutrition improves the productivity and grain biofortification of bread wheat in alkaline calcareous soil. Experimental Agriculture, 2018, 54(5): 744-754. doi:10.1017/s0014479717000369.

[6] DISMUKES G C. The metal centers of the photosynthetic oxygen- evolving complex. Photochemistry and Photobiology, 1986, 43(1): 99-115. doi:10.1111/j.1751-1097.1986.tb05598.x.

[7] ROBSON A D. Manganese in Soils and Plants.Glen Osmond: Kluwer Academic Publishers, 1988: 329-333.

[8] PUBLICATIONS W. Book review: Trace elements in human nutrition and health. Nutrition and Health, 1996, 11: 133-134. doi:10. 1177/026010609601100206.

[9] KHAN K, WASSERMAN G A, LIU X H, AHMED E, PARVEZ F, SLAVKOVICH V, LEVY D, MEY J, VAN GEEN A, GRAZIANO J H, FACTOR-LITVAK P. Manganese exposure from drinking water and children's academic achievement. Neuro Toxicology, 2012, 33(1): 91-97. doi:10.1016/j.neuro.2011.12.002.

[10] BOUCHARD M F, SAUVé S, BARBEAU B, LEGRAND M, BRODEUR M è, BOUFFARD T, LIMOGES E, BELLINGER D C, MERGLER D. Intellectual impairment in school-age children exposed to manganese from drinking water. Environmental Health Perspectives, 2011, 119(1): 138-143. doi:10.1289/ehp.1002321.

[11] BOUCHARD M, LAFOREST F, VANDELAC L, BELLINGER D, MERGLER D. Hair manganese and hyperactive behaviors: Pilot study of school-age children exposed through tap water. Environmental Health Perspectives, 2007, 115(1): 122-127. doi:10.1289/ehp.9504.

[12] YE Q, PARK J E, GUGNANI K, BETHARIA S, PINO-FIGUEROA A, KIM J. Influence of iron metabolism on manganese transport and toxicity. Metallomics, 2017, 9(8): 1028-1046. doi:10.1039/c7mt00079k.

[13] 中國營養(yǎng)學(xué)會. 中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量. 2013版. 北京: 科學(xué)出版社, 2014.

Chinese Nutrition Society. Chinese Dietary Reference Intakes. 2013 ed. Beijing: Science Press, 2014. (in Chinese)

[14] 國家衛(wèi)生計生委. 中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告-2015年. 北京: 人民衛(wèi)生出版社, 2015.

National Health and Family Planning Commission Disease Prevention and Control Bureau. Report on the Status of Nutrition and Chronic Diseases of Chinese Residents (2015). Beijing: People's Medical Publishing House, 2015. (in Chinese)

[15] SHI M, HOU S B, SUN Y Y, DANG H Y, SONG Q Y, JIANG L G, CAO W, WANG H L, HE X H, WANG Z H. Regional wheat grain manganese and its potential risks affected by soil pH and precipitation. Journal of Cleaner Production, 2020, 264: 121677. doi:10.1016/j. jclepro.2020.121677.

[16] 馮媛媛, 申艷, 徐明崗, 田應(yīng)兵, 任鳳鈴, 段英華. 施磷量與小麥產(chǎn)量的關(guān)系及其對土壤、氣候因素的響應(yīng). 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2019, 25(4): 683-691. doi:10.11674/zwyf.18171.

FENG Y Y, SHEN Y, XU M G, TIAN Y B, REN F L, DUAN Y H. Relationship between phosphorus application amount and grain yield of wheat and its response to soil and climate factors. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2019, 25(4): 683-691. doi:10.11674/zwyf. 18171. (in Chinese)

[17] 曲浩彬. 施磷量對不同穗型小麥分蘗發(fā)生及產(chǎn)量的影響[D]. 泰安: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2020.

QU H B. Effects of phosphorus application on tillering occurrence and yield of wheat with different panicle types[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2020. (in Chinese)

[18] 李茹, 單燕, 李水利, 林文, 劉芬, 同延安. 陜西麥田土壤肥力與施肥現(xiàn)狀評估. 麥類作物學(xué)報, 2015, 35(1): 105-110. doi:10.7606/ j.issn.1009-1041.2015.01.16.

LI R, SHAN Y, LI S L, LIN W, LIU F, TONG Y N. Analysis of soil fertility and fertilization of wheat field in Shaanxi. Journal of Triticeae Crops, 2015, 35(1): 105-110. doi:10.7606/j.issn.1009-1041.2015.01. 16. (in Chinese)

[19] RAHIM A, RANJHA A M, MOMIN R, WARAICH E. Effect of phosphorus application and irrigation scheduling on wheat yield and phosphorus use efficiency. Soil and Environment, 2010, 29(1): 15-22.

[20] 趙榮芳, 鄒春琴, 張福鎖. 長期施用磷肥對冬小麥根際磷、鋅有效性及其作物磷鋅營養(yǎng)的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2007, 13(3): 368-372. doi:10.3321/j.issn: 1008-505X.2007.03.003.

ZHAO R F, ZOU C Q, ZHANG F S. Effects of long-term P fertilization on P and Zn availability in winter wheat rhizoshpere and their nutrition. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2007, 13(3): 368-372. doi:10.3321/j.issn: 1008-505X.2007.03.003. (in Chinese)

[21] BAI Z H, LI H G, YANG X Y, ZHOU B K, SHI X J, WANG B R, LI D C, SHEN J B, CHEN Q, QIN W, OENEMA O, ZHANG F S. The critical soil P levels for crop yield, soil fertility and environmental safety in different soil types. Plant and Soil, 2013, 372(1/2): 27-37. doi:10.1007/s11104-013-1696-y.

[22] 惠曉麗, 王朝輝, 羅來超, 馬清霞, 王森, 戴健, 靳靜靜. 長期施用氮磷肥對旱地冬小麥籽粒產(chǎn)量和鋅含量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(16): 3175-3185. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.16.012.

HUI X L, WANG Z H, LUO L C, MA Q X, WANG S, DAI J, JIN J J. Winter wheat grain yield and Zn concentration affected by long-term N and P application in dryland. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(16): 3175-3185. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.16.012. (in Chinese)

[23] 黃德明, 徐秋明, 李亞星, 姚志東. 土壤氮、磷營養(yǎng)過剩對微量元素鋅、錳、鐵、銅有效性及植株中含量的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2007, 13(5): 966-970. doi:10.3321/j.issn: 1008-505x. 2007.05.032.

HUANG D M, XU Q M, LI Y X, YAO Z D. Influence of soil N and P excess on the availability of Zn, Mn, Fe, Cu and there content in plant. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2007, 13(5): 966-970. doi:10. 3321/j.issn:1008-505x.2007.05.032. (in Chinese)

[24] ZHU Y G, SMITH F A, SMITH S E. Phosphorus efficiencies and their effects on Zn, Cu, and Mn nutrition of different barley () cultivars grown in sand culture. Australian Journal of Agricultural Research, 2002, 53(2): 211. doi:10.1071/ar01085.

[25] MARSH K B, PETERSON L A, MCCOWN B H. A microculture method for assessing nutrient uptake II. The effect of temperature on manganese uptake and toxicity in potato shoots. Journal of Plant Nutrition, 1989, 12(2): 219-232. doi:10.1080/01904168909363947.

[26] 吳照輝, 賀立源, 嚴(yán)昶, 門玉英. 低磷脅迫對水稻鐵、錳吸收和積累的影響. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報, 2010, 16(2):185-191.

WU Z H, HE L Y, YAN C, MEN Y Y. Effect of low phosphorus stress on Fe and Mn absorption and accumulation by rice shoots. Chinese Journal of Applied & Environmental Biology, 2010, 16(2):185-191. (in Chinese)

[27] NEILSEN D, NEILSEN G H, SINCLAIR A H, LINEHAN D J. Soil phosphorus status, pH and the manganese nutrition of wheat. Plant and Soil, 1992, 145(1): 45-50. doi:10.1007/BF00009540.

[28] SARKAR D, PANDEY S K, SUD K C, CHANEMOUGASOUNDHARAM A.characterization of manganese toxicity in relation to phosphorus nutrition in potato (L.). Plant Science, 2004, 167(5): 977-986. doi:10.1016/j.plantsci.2004.05.022.

[29] NOGUEIRA M A, NEHLS U, HAMPP R, PORALLA K, CARDOSO E J B N. Mycorrhiza and soil bacteria influence extractable iron and manganese in soil and uptake by soybean. Plant and Soil, 2007, 298(1/2): 273-284. doi:10.1007/s11104-007-9379-1.

[30] 曹寒冰, 王朝輝, 師淵超, 杜明葉, 雷小青, 張文忠, 張璐, 蒲岳建. 渭北旱地冬小麥監(jiān)控施氮技術(shù)的優(yōu)化. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(19): 3826-3838. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.19.011.

CAO H B, WANG Z H, SHI Y C, DU M Y, LEI X Q, ZHANG W Z, ZHANG L, PU Y J. Optimization of nitrogen fertilizer recommendation technology based on soil test for winter wheat on Weibei dryland. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(19): 3826-3838. doi:10.3864/ j.issn.0578-1752.2014.19.011. (in Chinese)

[31] 戴健, 王朝輝, 李強(qiáng), 李孟華, 李富翠. 氮肥用量對旱地冬小麥產(chǎn)量及夏閑期土壤硝態(tài)氮變化的影響. 土壤學(xué)報, 2013, 50(5): 956-965. doi:10.11766/trxb201212100507.

DAI J, WANG Z H, LI Q, LI M H, LI F C. Effects of nitrogen application rate on winter wheat yield and soil nitrate nitrogen during summer fallow season on dryland. Acta Pedologica Sinica, 2013, 50(5): 956-965. doi:10.11766/trxb201212100507. (in Chinese)

[32] 黃倩楠, 王朝輝, 黃婷苗, 侯賽賓, 張翔, 馬清霞, 張欣欣. 中國主要麥區(qū)農(nóng)戶小麥氮磷鉀養(yǎng)分需求與產(chǎn)量的關(guān)系. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2018, 51(14): 2722-2734. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.14.010.

HUANG Q N, WANG Z H, HUANG T M, HOU S B, ZHANG X, MA Q X, ZHANG X X. Relationships of N, P and K requirement to wheat grain yield of farmers in major wheat production regions of China. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(14): 2722-2734. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.14.010. (in Chinese)

[33] 黃寧, 王朝輝, 王麗, 馬清霞, 張悅悅, 張欣欣, 王瑞. 我國主要麥區(qū)主栽高產(chǎn)品種產(chǎn)量差異及其與產(chǎn)量構(gòu)成和氮磷鉀吸收利用的關(guān)系. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 53(1): 81-93. doi:10.3864/j.issn.0578-1752. 2020.01.008.

HUANG N, WANG Z H, WANG L, MA Q X, ZHANG Y Y, ZHANG X X, WANG R. Yield variation of winter wheat and its relationship to yield components, NPK uptake and utilization of leading and high yielding wheat cultivars in main wheat production regions of China. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(1): 81-93. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.008. (in Chinese)

[34] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

BAO S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis. 3rd ed. Beijing: Chinese Agriculture Press, 2000. (in Chinese)

[35] 何剛, 王朝輝, 李富翠, 戴健, 李強(qiáng), 薛澄, 曹寒冰, 王森, 劉慧, 羅來超, 黃明. 地表覆蓋對旱地小麥氮磷鉀需求及生理效率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(9):1657-1671.

HE G, WANG Z H, LI F C, DAI J, LI Q, XUE C, CAO H B, WANG S, LIU H, LUO L C, HUANG M. Nitrogen, phosphorus and potassium requirement and their physiological efficiency for winter wheat affected by soil surface managements in dryland. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(9):1657-1671. (in Chinese)

[36] XI B, ZHAI L M, LIU J, LIU S, WANG H Y, LUO C Y, REN T Z, LIU H B. Long-term phosphorus accumulation and agronomic and enviromental critical phosphorus levels in Haplic Luvisol soil. Northern China. Journal of Integrative Agriculture, 2016, 15(1): 200-208. doi:10.1016/S2095-3119(14)60947-3.

[37] 郭斗斗, 黃紹敏, 張水清, 張珂珂, 宋曉. 潮土小麥和玉米Olsen-P農(nóng)學(xué)閾值及其差異分析. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2017, 23(5): 1184-1190. doi:10.11674/zwyf.17043.

GUO D D, HUANG S M, ZHANG S Q, ZHANG K K, SONG X. Threshold values of soil Olsen-P for maize and wheat in fluvo-aquic soil. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2017, 23(5): 1184-1190. doi:10.11674/zwyf.17043. (in Chinese)

[38] SHI L L, SHEN M X, LU C Y, WANG H H, ZHOU X W, JIN M J, WU T D. Soil phosphorus dynamic, balance and critical P values in long-term fertilization experiment in Taihu Lake region, China. Journal of Integrative Agriculture, 2015, 14(12): 2446-2455. doi:10.1016/S2095-3119(15)61183-2.

[39] ADAMS F. The Role of Phosphorus in Agriculture.Amsterdam: Elsevier, 1980: 655-680.

[40] 張淑香, 王小彬, 金柯, 李秀英, 周勇, 姚宇卿. 干旱條件下氮、磷水平對土壤鋅、銅、錳、鐵有效性的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2001, 7(4): 391-396. doi:10.3321/j.issn: 1008-505X.2001.04.006.

ZHANG S X, WANG X B, JIN K, LI X Y, ZHOU Y, YAO Y Q. Effect of different N and P levels on availability of zinc, copper, manganese and iron under arid conditions. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2001, 7(4): 391-396. doi:10.3321/j.issn: 1008-505X. 2001.04.006. (in Chinese)

[41] CHASSOT A, RICHNER W. Root characteristics and phosphorus uptake of maize seedlings in a bilayered soil. Agronomy Journal, 2002, 94(1): 118. doi:10.2134/agronj2002.0118.

[42] 廖紅, 嚴(yán)小龍. 菜豆根構(gòu)型對低磷脅迫的適應(yīng)性變化及基因型差異. 植物學(xué)報, 2000, 42(2): 158-163.

LIAO H, YAN X L. Adaptive changes and genotypic variation for root architecture of common bean in response to phosphorus deficiency. Acta Botanica Sinica, 2000, 42(2): 158-163. (in Chinese)

[43] 金劍, 王光華, 劉曉冰, 陳雪麗, 李興國. 不同施磷量對大豆苗期根系形態(tài)性狀的影響. 大豆科學(xué), 2006, 25(4): 360-364. doi:10.3969/j.issn.1000-9841.2006.04.005.

JIN J, WANG G H, LIU X B, CHEN X L, LI X G. Effect of different phosphorus regimes on root morphological characteristics of soybean seedling. Soybean Science, 2006, 25(4): 360-364. doi:10.3969/j.issn. 1000-9841.2006.04.005. (in Chinese)

[44] TANG X, MA Y B, HAO X Y, LI X Y, LI J M, HUANG S M, YANG X Y. Determining critical values of soil Olsen-P for maize and winter wheat from long-term experiments in China. Plant and Soil, 2009, 323(1/2): 143-151. doi:10.1007/s11104-009-9919-y.

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(diǎn)研發(fā)計劃（2018YFD0200408，2018YFD0200400）、國家自然科學(xué)基金（41907123）、中國博士后基金（2019M663838）、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃（2020JQ-271）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)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(zé)任編輯 李云霞）