水肥一体化施磷对滴灌玉米产量、磷素营养及磷肥利用效率的影响

张国桥， 王 静， 刘 涛， GALE William， 褚贵新

(新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室， 石河子大学农学院资源环境系， 新疆石河子 832000)

节水滴灌作为一种现代农业技术使新疆农业栽培方式发生了巨大变化，体现出显著节水增产效应。但现有施肥方式并未相应改变，尤其是大部分磷肥仍然以基肥为主在播前施入，根据作物磷素养分需求的以水施磷，水肥互作效应未充分发挥。晚近研究表明，在石灰性土壤上分次随水滴施磷肥，可显著减少磷在土壤中的固定，提高磷的移动性、有效性[1]。然而，在目前节水滴灌农业生产中，对磷肥滴灌施肥的效应缺乏系统研究。玉米是典型的磷敏感型作物，滴灌玉米的种植面积增加迅速。本研究在滴灌条件下研究了不同施磷方式对玉米磷素吸收、产量及磷肥利用效率的影响，为新疆节水滴灌条件下提高磷素资源养分效率和高效施磷技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在石河子大学农学院实验站进行(44°18′ N，86°02′ E)，供试土壤为灌耕灰漠土 (灌淤旱耕人为土，CalcaricFluvisals)，质地为壤土，砂粒40.06%，粉粒36.68%，粘粒17.99%，pH7.81，有机质16.6 g/kg，有效氮75.2 mg/kg，速效磷16.7 mg/kg，速效钾139.8 mg/kg。试验设不施磷肥对照 (CK)，磷酸二铵 60%基施+40%追施 (T1)，液体磷酸60%基施+40%追施 (T2)，液体磷酸全部追施 (T3) 4个不同施肥处理。供试玉米品种为SC-704 (Zeamays, SC-704 cv.)。2012年4月16日播种，覆膜滴灌种植，膜宽145 mm，每膜2管4行，膜间距50 cm，株距20 cm，密度为105000 plant/hm2，每个小区3膜，两边设保护行，每个处理重复4次，随机区组设计，小区面积为30 m2(5 m×6 m)。

5月1日开始滴水灌溉，灌水定额为5250 m3/hm2，整个生育期滴灌9次，每个处理用水表控制同等灌水量。供试氮肥为尿素(N≥46%)，以磷酸二铵肥料 (DAP, N≥12%，P2O5≥48%) 和液体磷酸 (PA, P2O5≥85%) 作为两种磷源，整个生育期施用纯N量为300 kg/hm2，P2O5量为135 kg/hm2(其中T1和T2的60%作为基肥在播前施入)，T3的P2O5以及所有处理的90%N肥都作为追肥随水施加。其它管理措施同一般大田。具体水肥分配情况见表1。

表1 玉米生育期水肥分配情况

1.2 测定项目及方法

分别在抽雄期 (播种后第80天) 和成熟期 (播种后第130天) 取植株样，将各器官分开后，105℃杀青30 min后，75℃烘干至恒重，测定生物量。样品烘干称重后经粉碎测定各器官含磷量 (钼锑抗比色法[2])。收获前进行田间调查，测定产量以及收获后室内考种。

参照张福锁等对氮肥利用效率的计算[3]，定义磷肥利用效率指标：磷肥利用率、磷肥偏生产力、磷肥农学效率、磷肥生理利用率。

图1 不同磷肥及其施用方式对抽雄期和成熟期玉米地上部分生物量的影响Fig.1 The effect of phosphoric acid and DAP and its application methods on corn above-ground biomass at teaseling and mature stage

磷肥利用率(Apparent efficiency of fertilizer P) = (P-P0)/PF

(1)

其中，P为施肥后作物收获时地上部的吸磷总量，P0为未施肥时作物成熟期地上部的吸磷总量，PF为化肥磷的投入量。

磷肥偏生产力(Partial factor productivity of applied P) =Y/PF

(2)

Y为施肥后所获得的作物产量。

磷肥农学效率(Agronomic efficiency of applied P) = (Y-Y0)/PF

(3)

Y为施肥后所获得的作物产量；Y0为不施肥条件下作物的产量。

磷肥生理利用率(Physiological efficiency of applied P) = (Y-Y0)/(P-P0)

(4)

1.3 数据处理

用EXCEL进行数据整理，用SPSS 13.0 统计软件对玉米生物量、植株含磷量及吸磷量进行方差分析及多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施磷方式对玉米株高与茎粗的影响

在滴灌条件下不同磷肥施用方式对玉米株高与茎粗有显著影响，磷肥随水滴施显著提高了玉米株高与茎粗 (P<0.05)。如在成熟期，CK处理下株高为279 cm，液体磷酸全部追施 (T3) 处理的株高分别比对照、磷酸二铵60%基施+40%追施 (T1)、液体磷酸60%基施+40%追施 (T2) 高13 cm、11 cm、7 cm。4种不同施磷处理下玉米茎粗表现为：T3(2.54 cm)>T2(2.43 cm)>T1(2.34 cm)>CK(2.26 cm)，T3分别比T2、T1、CK的茎粗4.6%、8.6%和12.3%，且处理间差异显著。由此说明，在滴灌条件下磷肥全部做追肥随水滴施效果好于基施，液体磷酸的效应高于DAP。

2.2 不同施磷方式对于滴灌玉米生物量的影响

生物量是作物生长发育最直观表征，也是产量形成的基础。由图1可知，在滴灌条件下不同磷肥及其施用方式之间玉米的生物量差异显著。在玉米抽雄期，T1和T2处理已施入了施磷总量的85%，而在抽雄期液体磷肥全部分次追施量 (T3) 仅占总施磷量的60%，由于此时期玉米60%基施处理的磷营养供给量大，因此T2和T3处理的生物量显著高于T3处理和CK (P<0.05，图1-a)；在玉米收获期 (130 d)，各处理磷肥均已100%施用，玉米生物量则表现出T3>T2≈T1>CK，差异显著 (P<0.05)。T3处理的生物量较T2、T1和CK处理分别升高了3.0%、6.6%和11.9%。说明滴灌条件下液体磷酸在玉米生育期内全部分次滴施，可以满足抽雄期后玉米对磷素营养的需求，同时液体磷肥的肥效好于磷酸二铵 (图1-b)。

2.3 不同磷肥施用方式对玉米磷素吸收的影响

由表2可知，在滴灌条件下不同磷肥品种及其在玉米各生育时期的施用比例对玉米含磷量和磷素营养有显著影响。在抽雄期玉米叶片和茎杆的含磷量均表现为T2>T1≈T3>CK，而在成熟期则表现为T3> T2≈T1>CK，差异显著(P<0.05); 虽然抽雄期植株吸磷量总体表现为60%基施处理大于全部追施，但在成熟期玉米吸磷量则表现为T3> T2>T1>CK，液体磷酸分次滴施处理的玉米吸磷量最高为91.9 kg P/hm2，比60%液体磷酸基施处理、60%磷酸二铵基施处理和CK的吸磷量分别升高了5%、18%、35%。植株含磷量和玉米磷素营养吸收与玉米生物量的变化 (见图1)十分吻合，充分证实磷肥全部做追肥随水滴施可显著促进玉米对磷的吸收，其效果好于60%基施处理，且液体磷酸的效应高于磷酸二铵。

表2 不同磷肥及其施用方式对抽雄期和成熟期植株含磷量和吸磷量的影响

2.4 不同磷肥及其施用方式对玉米产量及其构成因子的影响

玉米产量由公顷株数、单株穗数、穗粒数及粒重组成。由表3可知，在滴灌条件下，不同磷肥及其施肥方式对玉米单株成穗数无明显影响，但各处理间玉米产量、穗粒数、千粒重存在显著差异。液体磷酸100%追施肥处理 (T3) 可显著提高滴灌玉米穗粒数、千粒重及产量。如与对照 (CK) 和磷酸二铵磷肥60%基施+40%追施 (T1) 相比，液体磷酸100%追施肥处理玉米的穗粒数分别增加了15.7%和17.4%，千粒重分别升高了5.7%和4.0%，籽粒产量分别提高了37.1%和25.2%，表明磷肥分次滴施可满足玉米对磷素营养的需求，显著提高玉米穗粒数和千粒重实现提高玉米产量的目的，且表现为液体磷酸的肥效大于磷酸二铵。与液体磷酸60%基施+40%追施处理相比，液体磷酸100%追施肥处理 (T3) 的玉米穗粒数、千粒重和产量分别提高了2.0%、6.5%、10.0%，但差异不显著。从收获指数上可以看出，T3、T2、T1、CK处理的HI分别为61.1%、57.3%、52.0%、49.8%，表明在滴灌条件下磷肥滴施可促进玉米植株生长后期干物质向籽粒的运转，提高收获指数，进而促进玉米高产。

表3 不同处理下玉米产量及其构成因子

2.5 不同施磷方式对玉米磷肥利用效率的影响

磷肥利用率 (REP) 反映了当季作物对施入土壤中的肥料磷的回收效率，磷肥偏生产力(PFPP)是指单位投入的肥料磷所能生产的作物籽粒产量，磷肥生理利用率(PEP)是作物地上部每吸收单位肥料中的磷所获得籽粒产量的增加量，它们均是从不同角度表征磷肥利用效率的参数。由表4可以看出，不同磷肥与施磷方式对玉米磷素养分的吸收利用有显著的影响。液体磷肥100%追施处理(T3)的磷肥利用率高达40.6%，显著高于磷酸二铵60%基施+40%追施(P<0.05)，但与T2处理差异不显著。从农学角度分析，每单位P2O5所形成的玉米产量(PEPP)及玉米产量的增量 (AEP)均表现为T3>T2>T1，处理间差异显著，如T3处理的磷肥偏生产力分别比T2和T1的提高了9.9%和25.1%。由此说明，不同磷肥及其施用方法对磷肥肥效有显著影响，液体磷酸的肥效大于磷酸二铵，磷肥100%以追肥随水滴施的肥效高于60%基施+40%追施。各施磷处理对磷肥生理利用率的影响与磷肥农学效率相同。通过对上述4种磷素养分效率参数的比较，说明在滴灌条件下，磷酸100%以追肥的方式随水滴施可显著提高石灰性土壤玉米对磷肥的吸收利用效率。

2.6 不同施磷方式对玉米经济效益的影响

肥料的边际收益指增加单位肥料投入所产生的经济利润增量，它是施肥经济效益的重要指标。表5分析了不同磷源及施肥方式玉米经济效益情况，结果表明液体磷酸全部追施(T3)的边际收益为74.39元/kg，比固体磷肥60%基施+40%追施(T1)、液体磷酸60%基施+40%追施(T2)处理高55.30 yuan/kg、 24.94 yuan/kg，扣除磷肥投入，则T3净增纯收益8962 yuan/hm2，显著高于CK、T1、T2处理。其中T3处理的产投比最高，可达9.30，较T1、T2处理分别升高了48.7%、33.5%，说明不同磷肥及其施用方法对玉米经济效益有显著影响，液体磷肥全部随水滴施能够显著提高玉米的经济效益。

表4 不同处理下磷肥利用效率参数

表5 不同处理下玉米的经济效益

3 讨论

3.1 磷肥随水“少量、分次、滴施”提高玉米磷素养分效率的原因

3.2 磷肥在滴灌玉米生育期分配比例对其磷素营养与磷肥利用效率的影响

本试验中，各处理的磷肥总量均为135 kg/hm2(P2O5)，但以60%基施+40%追施处理(T1、T2) 磷在抽雄期已占施磷总量的85%，而同期100%追施处理(T3)施磷量仅有60% (见表1)，所以在抽雄期植株含磷量和吸磷量上均表现出T1≥T2>T3，成熟期则表现为T1≤T2

4 结论

1)在滴灌条件下，所施磷肥100%随水分次滴施较磷肥60%基施+40%追施可增加滴灌玉米的穗重和千粒重，显著提高产量25%、10%；

2)磷肥100%随水分次滴施可改善滴灌玉米生长中后期的磷素水平，磷肥利用率可达40.6%，较磷肥60%基施+40%追施处理分别增加了24和8个百分点。

3)在石灰性土壤上根据玉米的磷素营养吸收特性，磷肥通过水肥一体化随水分次滴施可明显提高磷素养分高效利用及玉米产量。

参考文献:

[1] 褚贵新, 李明发, 危常州, 等. 固体磷肥和液体磷肥对石灰性土壤不同形态无机磷及磷肥肥效影响的研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(2):358-365.

Chu G X, Li M F, Wei C Zetal. Influence of liquid and granular phosphorus fertilizer on soil inorganic phosphorus fractions and fertilizer efficiency in calcareous soil[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(2):358-365.

[2] 鲍士旦. 土壤农化分析 (2版)[M]. 北京:中国农业出版社, 2000.

Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis(second edition)[M]. Beijing. China Agriculture Press, 2000.

[3] 张福锁, 王激清, 张卫峰, 等. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J]. 土壤学报, 2008, 45(5):915-924.

Zhang F S, Wang J Q, Zhang W Fetal. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement[J]. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5):915-924.

[4] 王庆仁, 李继云, 李振声. 不同磷肥对石灰性土壤磷效率小麦基因型生长发育的影响[J]. 土壤通报, 2000, 31 (3):127-129, 146.

Wang Q R, Li J Y, Li Z S. Effects of different forms of P fertilizers on P availability in calcareous soil and growth of wheat with different genotypes[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2000, 31 (3):127-129, 146.

[5] 刘世亮, 介晓磊, 李有田, 等. 不同磷源对作物根际效应影响的研究[J]. 土壤, 2003, 35 (4):325-329.

Liu S L, Jie X L, Li Y Tetal. Effect of sources of P on crop rhizosphere[J]. Soils, 2003, 35 (4):325-329.

[6] 陈波浪, 盛建东, 蒋平安, 刘永刚. 磷肥种类和用量对土壤磷素有效性和棉花产量的影响[J]. 棉花学报, 2010, 22 (1):49-56.

Chen B L, Sheng J D, Jiang P A, Liu Y G. Effect of applying different forms and rates of phosphoric fertilizer on phosphorus availability and cotton yield[J]. Cotton Science, 2010, 22 (1):49-56.

[7] 赵亚丽, 杨春收, 王群, 等. 磷肥施用深度对夏玉米产量和养分吸收的影响[J]. 中国农业科学, 2010, 43 (23):4805-4813.

Zhao Y L, Yang C S,Wang Qetal. Effects of phosphorus placement depth on yield and nutrient uptake of summer maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(23):4805-4813.

[8] 范秀艳, 杨恒山, 高聚林, 等. 超高产栽培下磷肥运筹对春玉米根系特性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18 (3):562-570.

Fan X Y, Yang H S, Gao J Letal. Effects of phosphorus application on root characteristics of super-high-yield spring maize[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(3):562-570.

[9] Lombi E, McLaughlin M J, Johnston Cetal. Mobility, solubility and lability of fluid and granular forms of P fertilizer in calcareous and non-calcareous soils under laboratory conditions[J].Plant and Soil, 2004, 269:25-34.

[10] Bertrand I, McLaughlin M J, Holloway R Hetal. Changes in P bioavailability induced by the application on the liquid and powder sources of P, N and Zn fertilizers in alkaline soils[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2006, 74:27-40.

[11] McBeath T M, McLaughlin M J, Armstrong R Detal. Predicting the response of wheat (Triticum aestivum L.) to liquid and granular phosphorus fertilisers in Australian soils[J]. Austalian Journal of Soil Researche, 2007, 45:448-458.

[12] McBeath T M, Lombi E, McLaughlin M J, Bunemann E K. Pyrophosphate and orthophosphate addition to soils:sorption, cation concentrations, and dissolved organic carbon[J]. Australian Journal of Soil Researche, 2007, 45:237- 245.

[13] Tisdale S L, Nelson W L, Beaton J D, Havlin J L. Soil fertility and fertilizers (Fifth edition)[M]. New York, USA:Lehigh Press, Macmillan Publishing Company, 1993, 1176-2281.

[14] 鲁如坤, 时正元, 钱承梁. 磷在土壤中有效性的衰减[J]. 土壤学报, 2000, 37(3):323-329.

Lu R K, Shi Z Y, Qian C L. Decline of phosphorus availability in soils[J]. Acta Pedologica Sinica, 2000, 37(3):323-329.

[15] 沈强云, 党根友, 王兆川, 等. 宁夏灌区春小麦高产磷肥施用增产效果研究[J]. 中国农学通报, 2010, 26(6):162-167.

Shen Q Y, Dang G Y, Wang Z Cetal. Studies on phosphorus yield-increasing effect of spring wheat for high yield in Ningxia irrigation area[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(6):162-167.

[16] 汪如贵. 黑河灌区制种玉米最佳施肥量探析[J]. 农业科技与信息, 2010, 5:37-38.

Wang R G. Research on optimized fertilizer application level of seed corn in Heihe catchment[J]. Information of Agricultural Science Technology, 2010, 5:37-38.

[17] 王勇, 索东让, 孙宁科. 制种玉米需肥规律的研究[J]. 农学学报, 2012, 2(8):37-43.

Wang Y, Suo D R, Sun N K. Study on the characteristic of nutrient uptake of corn for seed production[J]. Journal of Agriculture, 2012, 2(8):37-43.

[18] 刘开昌, 胡昌浩, 董树亭, 等. 高油玉米需磷特性及磷素对籽粒营养品质的影响[J]. 作物学报, 2001, 27 (2):267-272.

Liu K C, Hu C H, Dong S Tetal. Characteristic of phosphorus absorption of high oil maize and effects of phosphorus on its kernel quality[J]. Acta Agronomica Sinica, 2001, 27(2):267-272.

[19] 何萍, 金继运, 李文娟, 等. 施磷对高油玉米和普通玉米吸磷特性及品质的影响[J]. 中国农业科学, 2005, 38(3):538-543.

He P, Jin J Y, Li W Jetal. Comparison of phosphorous absorption, quality and yield between high oil maize and common maize as influenced by phosphorous application[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(3):538-543.