氮磷配施和施肥方式对潮土Olsen-P和小麦磷吸收的影响

苏同庆，邢 璐，王火焰，周健民

(1.南宁师范大学，北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西地表过程与智能模拟重点实验室，广西 南宁 530001；2.金正大生态工程集团股份有限公司，山东 临沭 276700；3.中国科学院 南京土壤研究所，土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008；4. 中国科学院大学，北京 100049)

磷是作物正常生长发育所必需的重要营养元素，在提高作物产量和增强作物抗性方面作用显著，而磷流失也是造成农业面源污染、地表水体富营养化的重要因素[1-2]。在农业生产中，土壤有效磷主要受磷肥施用的影响，而磷肥在土壤中的转化过程非常复杂，受土壤pH值、碳酸钙含量等土壤性质和土地利用类型等多方面因素的影响[3]。土壤对磷肥的吸附固定能力极强，这种现象在石灰土上更加明显，有70%～90%的磷肥在当季被土壤固定[4]，造成磷肥当季利用率过低，仅为10%～25%[5]。影响精准化施肥效果的主要因素有肥料种类、施用深度及施用位置[6]，因此，优化磷肥种类、调整施肥方式是提高磷肥利用率，缓解施磷环境压力的有力举措[7-12]，根区施肥就是一种将肥料施到植物活性根系分布区域，使肥料养分扩散的动态范围与根系伸展的动态范围尽可能达到最佳匹配，以期养分供应的浓度(强度)、用量、空间和时间与植株养分需求高度匹配的施肥模式[13]。据江尚焘等[7]研究，磷酸氢二铵对小麦的增产效果优于磷酸二氢钙，且种子正下方5 cm条施增产效果优于其他施肥方式。杨云马等[9]研究表明，磷肥集中施在24 cm土层处理夏玉米的根系长度最大，籽粒产量最高。张瑞富等[10-11]研究显示，深松措施下，磷肥施用深度适度下移至12 cm可提高春玉米的总根干质量、比根长、磷素吸收效率、磷肥利用效率和籽粒产量。磷肥适度深施促进作物更好生长，同时减少地表径流和土壤侵蚀对磷肥造成的损失，降低农业面源污染的潜在风险。前人研究一定程度上探讨了耕作措施、磷肥种类、施肥深度对磷肥利用率和作物产量的影响，但是对于不同种类氮肥配施条件下磷肥利用率和作物产量，特别是距离施肥位点不同距离处有效磷含量与分布情况研究尚不充分。潮土在华北平原分布广泛，地势平坦，土层深厚，水热资源较丰富，产量潜力巨大，是我国主要的旱作土壤。因此，本研究选用潮土为材料，采用温室盆栽方法，选择尿素和硫酸铵2种氮肥，探讨在不同氮肥配施下磷酸二氢钙和磷酸氢二铵的不同施用方式对距施肥位点不同距离处Olsen-P、小麦产量、吸磷量和磷肥表观利用率的影响，以期为提高磷肥利用效率，缓解施肥环境压力提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试土壤为潮土，采自河北衡水市郊(37°44′ N，115°47′ E)耕层(0～20 cm)。土壤质地为砂质壤土，其基本理化性质采用传统方法测定[14]，具体为：pH值8.29，有机质18.4 g/kg，全氮1.25 g/kg，全磷0.64 g/kg，碳酸钙74.5 g/kg，有效磷16.21 mg/kg。土壤风干磨细过2 mm筛备用。供试的小麦 (TriticumaestivumL.)品种为宁麦13，供试磷肥为磷酸二氢钙(P1)和磷酸氢二铵(P2)，配施氮肥为尿素(N1)和硫酸铵(N2)。

1.2 试验设计

试验在中国科学院南京土壤研究所温室内进行。试验选用的盆钵长35 cm、宽25 cm、高12 cm，每盆装土10 kg，土层深度约为10 cm，肥料品种为磷酸二氢钙、磷酸氢二铵、尿素、硫酸铵、氯化钾，施肥量为P2O50.1 g/kg，K2O 0.1 g/kg，N 0.1 g/kg，其他元素以10 mL/kg阿农营养液(100倍)的方式加入。磷肥与配施氮肥组合为：①磷酸二氢钙，配施尿素(P1N1)；②磷酸二氢钙，配施硫酸铵(P1N2)；③磷酸氢二铵，配施尿素(P2N1)；④磷酸氢二铵，配施硫酸铵(P2N2)。磷肥与配施氮肥施用方式如下：①全土混施，将肥料与全土混匀施用(A)；②垂直方向距土壤表层5 cm，水平方向距小麦根系0 cm条施(B)；③垂直方向距土壤表层5 cm，水平方向距小麦根系12 cm条施(C)，同时设置不施肥对照处理(CK)，共13个处理，每个处理重复3次。钾肥和含其他元素的营养液与全土混匀施用。选取籽粒均一、发芽一致催芽后的小麦种子，等株距播种，每盆平行于施肥带播种1行，共25粒，其他管理措施与田间管理一致。

1.3 样品采集与测定

植物样品：在小麦成熟收获后，收取地上部植物样。将籽粒与秸秆分开采集，用去离子水洗净、烘干后称质量。将小麦样品磨碎，H2SO4-H2O2消解后，用ICP-AES测定其中总磷的含量。

土壤样品：在小麦成熟收获后采集土壤样品。条施处理(B、C)中分别取施肥条带上下左右的土壤样品。土壤样品为截面2 cm×2 cm，且去除与盆钵接触部分的土壤条带，不施肥(CK)、全土混施(A)的取样方法参考条施处理，土壤取样分布如图1所示。土壤样品风干、过0.84 mm 筛后，选择C施肥方式下的D3土样测定其pH值(土水比为1.0∶2.5)，并选择所有处理下的D3及其垂直方向临近土样(D1，D2，D4，D5)和水平方向临近土样(L2，L1，R1，R2)用NaHCO3溶液(土水比1∶20)浸提，钼蓝比色法测定其Olsen-P[14]。

1.4 数据处理与分析

试验数据用Excel 2010处理，Origin 8.5作图，并用SPSS 20.0对施肥点pH值、施肥点Olsen-P、小麦籽粒生物量、秸秆生物量、地上生物量、收获指数、籽粒总磷、秸秆总磷、地上部总磷、磷收获指数和磷肥表观利用率进行单因素方差分析(One-way ANOVA，LSD，α =0.05)，不同字母表示差异显著(P<0.05)，图中数据为平均值±标准差。用SPSS 20.0一般线性模型检验肥料种类、施肥方式及其相互作用对不含对照的施肥点Olsen-P、小麦籽粒生物量、秸秆生物量、地上生物量、收获指数、籽粒总磷、秸秆总磷、地上部总磷、磷收获指数和磷肥表观利用率的影响。

相关计算如下：

收获指数=小麦籽粒生物量/地上生物量；

磷收获指数=小麦籽粒总磷/地上总磷；

磷肥表观利用率=(施磷处理总量-对照处理总量)/施磷量×100%。

2 结果与分析

2.1 氮磷配施对施肥点pH值的影响

肥料施用后，施肥点土壤pH值均显著下降(P<0.05)，以P1N2下降最显著，pH值接近中性(7.27)，下降幅度依次是CK

2.2 氮磷配施和施肥方式对土壤中Olsen-P的影响

不同氮磷配施和施肥方式对土壤Olsen-P影响明显不同。对于A施肥方式不同位置和B、C施肥方式非施肥点位置(除D3之外位置)，不同磷肥种类和不同氮肥配施的土壤Olsen-P在垂直方向和水平方向均无显著差异，且与对照处理相同位置Olsen-P无显著差异。对于施肥点位置，肥料种类和施肥方式均对土壤Olsen-P影响显著(图3、表1)。总体来说，土壤Olsen-P依施肥方式A、施肥方式B、施肥方式C次序递增，施用磷酸二氢钙处理优于施用磷酸氢二铵处理，配施硫酸铵处理较配施尿素处理为高，以磷酸二氢钙配施硫酸铵(P1N2)的C施肥方式为最高(219.62 mg/kg)，而磷酸二氢钙配施尿素(P1N1)的C施肥方式为154.05 mg/kg。

表1 肥料种类、施肥方式及其相互作用对相关指标(不含对照)的影响(F值)Tab.1 The effects of fertilizer species，application methods and their interaction on relevant indicators(excluding CK)(F value)

2.3 氮磷配施和施肥方式对小麦秸秆、籽粒、地上部生物量和收获指数的影响

不同氮磷配施和施肥方式的小麦地上生物量和秸秆生物量均显著高于不施肥对照处理(27.37，15.03 g/盆)，但不同氮磷配施和施肥方式对小麦地上、籽粒、秸秆生物量和收获指数影响不同(图4、表1)。对于小麦秸秆生物量，施肥方式A明显优于施肥方式B和C，且施肥方式B和C之间差异不显著，其中磷酸氢二铵配施尿素(P2N1)的A施肥方式小麦秸秆生物量最高(26.77 g/盆)，较对照(15.03 g/盆)提高78%。相同肥料组合的B和C的小麦籽粒生物量与收获指数均没有显著差异，但P1N1之外的其他肥料组合的施肥方式B的小麦籽粒生物量和收获指数均显著优于施肥方式A，其中磷酸二氢钙配施硫酸铵(P1N2)的B施肥方式最优(21.11 g/盆、0.51)。

2.4 氮磷配施和施肥方式对小麦秸秆、籽粒、地上部总磷、磷收获指数和磷肥表观利用率的影响

氮磷配施和施肥方式对小麦秸秆、籽粒、地上部总磷和磷收获指数影响有所相同(图5、表1)。施肥方式A小麦秸秆总磷显著高于对照处理(0.01 g/盆)，且在P2N1和P2N2肥料组合下显著优于施肥处理B和C。在A施肥方式下，无论配施尿素还是硫酸铵，磷酸氢二铵处理小麦秸秆总磷均显著高于磷酸二氢钙相应处理。相比对照处理，施肥处理不同程度提高了小麦籽粒总磷，但不同肥料种类和施肥方式之间没有显著差异。不同氮磷配施和施肥方式的小麦地上部总磷均显著高于不施肥对照处理(0.05 g/盆)，且施肥方式A更大程度地提高了小麦地上部总磷，特别是P2N1、P2N2均达到显著水平，均为0.11 g/盆。施肥方式A 的磷收获指数低于施肥方式B和C，同时显著低于不施肥对照处理。总体来看，施肥方式A磷肥表观利用率优于施肥方式B和C(图6、表1)，但是这掩盖了施肥方式B和C中更多的磷进入小麦籽粒的事实。

3 讨论与结论

磷肥配施不同氮肥显著影响施肥点土壤pH值和磷肥的有效性。不同肥料种类条施均显著降低施肥点土壤pH值，提高Olsen-P含量，从施肥处理C施肥点土壤pH值和Olsen-P含量可以看出，土壤Olsen-P含量与pH值呈明显的负相关。前人研究指出，施用磷酸二氢钙和磷酸氢二铵均能显著降低土壤pH值，且施用磷酸二氢钙降低作用更为显著[15-16]。配施尿素和硫酸铵均较单施磷酸二氢钙降低了土壤pH值，且配施硫酸铵降低作用更为显著，这主要是因为尿素水解产生的NH4+浓度低于添加硫酸铵之后的NH4+浓度。石灰性土壤pH值普遍较高，施肥造成其pH值下降，但仍在7.0以上，这加剧了磷肥的溶解，提高了土壤Olsen-P含量，又不至于造成pH值过低(酸性环境)引起碳酸钙大量溶解而降低磷肥有效性[16]。

磷肥配施不同氮肥显著影响小麦生物量和对磷的吸收利用。氮磷配施对小麦地上部生物量和地上部总磷的影响均不显著，但是在小麦籽粒与秸秆分配中明显不同。小麦生长前期，土壤中氮磷含量较高，不同磷肥及配施氮肥均能满足小麦生长，故小麦秸秆生物量处理之间差异不显著，但施肥处理A方式下施用磷酸氢二铵的小麦秸秆总磷显著高于施用磷酸二氢钙处理，其原因主要是2种磷肥在土壤中转化方式与迁移距离不同，这与江尚焘等[7]研究结果，即磷酸氢二铵对小麦的效果优于磷酸二氢钙相一致。小麦生长后期，小麦籽粒生物量在施肥处理A方式下施用磷酸二氢钙较高，其原因可能是本试验中磷肥均作为基肥一次施用，较多的磷酸氢二铵中的磷存在于小麦秸秆中，导致后期小麦籽粒形成过程中磷酸氢二铵供应不足。

肥料不同施用方式显著影响小麦生物量和对磷的吸收利用。研究显示，磷肥深施能促进作物植株对磷的吸收利用，提高磷效率，进而提高作物产量[17-18]。也有研究指出，磷肥深施仅促进作物营养生长阶段的生长，提高植株对磷的吸收，但对产量影响不显著[19-20]。在本研究中，从小麦地上生物量看，磷肥不同施用方式之间没有显著差异，但从小麦的收获指数，即小麦籽粒占小麦地上部生物量的比值可以看出，施肥处理B方式下，P1N2、P2N1和P2N2肥料组合的小麦的收获指数和磷收获指数均显著高于A施肥方式。植物不同器官之间存在一定的比例，植物不同器官内营养元素之间存在一定的生态化学计量比例[21]，小麦生长前期，A施肥方式小麦吸收更多的氮磷用来形成营养器官，即小麦秸秆，小麦生长后期，A施肥方式小麦不能获取充足的氮磷来进行生殖生长，因此，小麦的收获指数和磷收获指数均较低。施肥方式B和C，氮磷肥料组合距离小麦根系一定距离条施，不同程度起到了控释的作用，避免了小麦前期秸秆的徒长和养分的奢侈吸收。小麦后期吸收更多的氮磷用来进行籽粒的形成，小麦的收获指数和磷收获指数更高，因此，施肥方式B和C对小麦籽粒的形成更为有利。本研究为温室盆栽试验，浇水较大田规律、及时，土壤大多时间处于相对湿润的状态，小麦根系的生长和肥料的扩散与质流共同造成小麦能吸收到更远距离的氮磷，这可能是造成B和C施肥方式差异不显著的主要原因。

本研究为短期温室盆栽试验，主要研究了肥料施用对土壤磷素和作物吸收利用磷的影响，对土壤中其他养分元素、土壤结构、土壤有机质等土壤性质的响应未做探讨。后续研究应该开展生产实践的验证，同时对施肥后土壤性质进行长期跟踪监测，以真实、客观评价施肥对土壤和作物的短期效果与长期效应。

磷肥施用种类、配施氮肥种类与肥料施用方式均对潮土Olsen-P和小麦生长发育存在显著影响。从本研究可以看出，磷酸二氢钙处理施肥点pH值降低较磷酸氢二铵更为强烈，Olsen-P含量更高，配施硫酸铵较配施尿素增强了Olsen-P含量的提高。在小麦生长发育方面，施用磷酸氢二铵的效果优于磷酸二氢钙，肥料在一定土层深度施用优于全土混施。因此，在复合肥研发与生产中，磷酸氢二铵比磷酸二氢钙更有优势，在施肥措施中，一定土层深度集中施用比撒施、表层土混施更为合适，这不仅可以提高肥料利用率和小麦产量，还可减少肥料向邻近水体的流失，降低农业面源污染和水体富营养化的潜在风险。