滴灌施磷对甜菜磷养分吸收及磷肥利用率的影响

王 娟，白如霄，陈英花，杨克明，崔 健，危常州*

［1．石河子大学农学院，新疆 石河子 832003；2．新疆生产建设兵团第九师农业科学研究所（畜牧科学研究所），新疆 塔城 834601］

磷是植物生长发育必需的营养元素［1］，以有机和无机形式在植株体内直接参与植物光合产物的合成和运转［2］，也参与甜菜光合作用中光合磷酸化和碳循环的许多过程［3-5］。充足的磷素供给是甜菜高产高糖的物质基础，磷素缺乏会造成物质代谢失调，阻碍糖分运输，不利于甜菜产量形成及糖分积累［6-7］，磷对甜菜块根的产量构成及含糖率具有重要作用［7-9］。磷在土壤中的移动性较差，施入的磷肥极易被固定，当季利用率低［10-11］。滴灌能有效实现水肥一体化，减少水肥损失并提高水肥利用效率以及作物的产量和品质［12-14］。近年来，甜菜滴灌施肥的相关研究大部分集中在甜菜氮素养分管理方面［15-19］，而针对滴灌条件下甜菜磷肥管理及养分积累和分配的研究较少。

在新疆高糖生产区塔额盆地甜菜生产中，通过滴灌分次水肥一体化施用磷肥，研究施磷对甜菜磷养分积累与分配、产量及磷肥利用率的影响，以期为当地滴灌甜菜高产高效生产磷肥的合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间试验于 2019年在新疆塔额盆地168团一连（41°30′ N，112°64′ E，海拔1780 m） 进行。该区域属中温带大陆性气候，有效积温2800～3200℃，无霜期126～140 d。供试品种Beta796（Beta vulgarisL.）。供试土壤为砂壤土，0～20 cm土壤有机质含量19.8 g·kg-1，碱解氮50.38 mg·kg-1，有效磷15.42 mg·kg-1，速效钾205.8 mg·kg-1，pH值7.2。

1.2 试验设计

试验共设4个处理，以不施磷肥处理为对照（P0），其余3个处理磷素施用量分别为120、180、240 kg·hm-2，分 别 记 作P1、P2和P3。N用 量 为210 kg·hm-2，K2O用量为150 kg·hm-2，氮、磷、钾肥均为灌溉施肥，按各时期比例全部追施。磷肥（磷酸二铵，18-46-0）分5次滴灌施用，第一次（块根形成分化期）为施用总量的30%；第二次（叶丛快速生长期）为施用总量的25%；第三次（叶丛快速生长期）为施用总量的20%；第四次（块根及糖分增长期）为施用总量的15%；第五次（块根及糖分增长期）为施用总量的10%。氮肥（尿素，0-0-46）和钾肥（硫酸钾，0-0-50）也在以上生育期分比例同磷肥一起通过灌溉施肥施入土壤。全生育期灌水量为5625 m3·hm-2，共灌溉9次。

小区面积为150 m2，每个处理重复3次，田间随机排列，4月7日播种，10月11日收获。播种行距45 cm，株距19 cm，理论株数为11.7万株· hm-2。灌溉时间与当地甜菜大田生产保持一致，其他栽培管理同一般高产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 甜菜干物质

在甜菜生长苗期（5月16日）、块根形成分化期（6月20日）、叶丛快速生长期（7月16 日） 、块根及糖分增长期（8月20日）、糖分积累期（9月11日）、收获期（10月11日）取各小区代表性植株5株带回实验室，将植株分为地上部和地下部。将地上部、地下部植株样品用自来水洗净后，再用蒸馏水冲洗 2～3 次，在105℃下杀青30 min。地上部在75℃烘箱中烘干至恒重；地下部块根置于通风干燥处晾干（块根中后期含糖量较高，杀青后直接烘干易流失糖分），再放置 75℃下烘干至恒重，称量植物样品干重。

1.3.2 甜菜植株含磷量

烘干样品粉碎后过0.25 mm筛。植株全磷采用H2SO4-H2O2消煮，使用钒钼黄比色法测定。

1.3.3 产量测定

收获期对各处理未取样的小区进行实收。每个处理量取6.67 m2，将所有甜菜块根完好挖出，按照国家标准切削［20］，清点块根数，称量块根鲜质量。

1.3.4 甜菜品质的测定

每个小区选取具有代表性的甜菜块根10株，测定甜菜含糖率。将甜菜块根清洗干净后，使用甜菜块根取样器在叶痕处以45°斜插入甜菜块根，取出条状样品，使用榨汁钳榨取汁液，用手持式折光仪（日本，爱拓）分别测定块根锤度值，乘以0.83得到块根含糖率［21］。利用甜菜品质分析仪（德国，维尼玛）进行α-氨基氮、K+和 Na+含量的测定。

1.4 相关参数计算

甜菜磷素积累量（kg·hm-2）=植株磷含量（%） ×单位面积干物质重（kg·hm-2）

磷肥利用率（%）=（施磷处理甜菜收获时磷吸收养分总量 - 未施磷处理甜菜磷吸收养分总量） /磷肥施入量×100

磷肥偏生产力（kg·kg-1）=施磷处理收获期块根产量/磷肥施入量

磷肥农学效率（kg·kg-1）=（施磷处理甜菜块根产量 - 不施磷处理甜菜块根产量） /磷肥施入量

1.5 数据分析

采用Excle 2016对数据进行处理和图表制作，采用SPSS 19.0对数据进行差异性检验和Logistic方程的拟合。

2 结果与分析

2.1 施磷对甜菜干物质积累的影响

不同施磷处理甜菜总干物质积累量随生育期持续增加，在收获期达到最大值 （图 1），P0、P1、P2和P3处理的干物质积累量分别为25721.9、29762.5、31462.8和32428.5 kg·hm-2。甜菜块根分化形成期（出苗后60 d）未施磷肥，不同处理间无显著差异。甜菜干物质积累量在不同生育期均表现为随施磷量的增加而增加。叶丛快速生长期施磷处理干物质积累显著高于P0处理，P1、P2和P3处理干物质积累量较P0处理分别增加16.6%、24.7%和27.9%；但P2、P3处理间干物质积累差异不显著。随着生育期的推进，在块根及糖分增长期、糖分积累期至收获前各处理间干物质积累量差异逐渐增大，P0处理干物质积累差异显著。

图1 不同施磷量下甜菜干物质积累量

通过对不同生育时期甜菜干物质积累量进行 Logistic 方程拟合（表1） 发现，不同施磷处理干物质积累模型相关系数（R2） 均达极显著水平（P＜0.01）。计算方程相关参数可知，P0处理干物质积累最大速率出现时间 （T）为96.2 d，晚于其他施磷处理。不同施磷处理干物质积累快速增长的开始时间（t1）在出苗后69.6～70.4 d，结束时间（t2）在出苗后118.7～122.8 d。不同处理干物质快速增长持续期 （Δt）随施磷量的增加而减少，为53.2～48.5 d。干物质最大增长速率 （Vmax）和平均增长速率（Vmean）随施磷量的增加而增加；不同处理Vmax分别为324.8、376.8、423.3和443.7 kg·hm-2·d-1，较P0处理分别增加16.0%、30.3% 和36.6%。不同处理Vmean分别为149.2、169.6、178.3和185.7 kg·hm-2·d-1，较P0处理分别增加13.7%、19.5%和24.5%。以上结果均表明，施磷可以在短时间内快速积累干物质，显著增加甜菜干物质积累量以及提高干物质积累速率，减少干物质快速积累持续的天数。

表1 不同施磷量下甜菜干物质积累的模型及特征值

2.2 施磷对甜菜磷积累与分配的影响

不同施磷处理对甜菜磷积累量的影响如图 2 所示。在甜菜块根形成分化期未施用磷肥，各处理磷积累总量无显著差异。叶丛快速生长期和块根及糖分增长期，甜菜地上部、地下部磷积累量显著增加，施磷处理磷积累量显著高于P0处理，且不同处理间差异显著，其中块根及糖分增长期甜菜P1、P2和P3处理整株磷积累量较P0处理分别增加25.6%、47.8%和71.7%。在糖分积累期，甜菜地上部磷积累变缓，施磷处理磷积累量显著高于P0处理，不同处理地上部磷积累量分别为20.96、26.55、29.26和33.67 kg·hm-2，但P1、P2处理间差异不显著；地下部磷积累量随施磷量的增加而增加，且不同处理间差异显著。至收获期，由于地上部叶片脱落，磷积累量较生育前期减少，不同施磷处理地上部磷积累量分别为14.64、18.66、21.11和23.99kg·hm-2，但不同处理间差异显著；地下部磷积累量仍在增加，P3处理地下部磷积累量为74.25 kg·hm-2，较P0、P1和P2处理显著增加76.7%、24.8%和12.1%；甜菜磷积累总量随施磷量增加而增加，不同处理间差异显著。综上，施磷有利于提高生育后期甜菜磷积累量，其中对收获器官磷积累量的增加更显著。

图2 不同施磷量下甜菜不同器官磷积累量

不同施磷处理下植株地上部、地下部磷分配率如表2 所示。甜菜块根分化期地上部磷分配比例大于地下部，为67.59%～68.71%；随生育期的推进，在叶丛快速生长期甜菜地上部磷分配率降低，为45.61%～48.23%，以上生育时期甜菜地上部、地下部磷分配率在不同处理间均无显著差异。随施磷量的增加，块根及糖分增长期甜菜地下部磷积累量呈增加的趋势，其中P3处理地下部磷分配率达62.38%，高于P2处理地下部磷分配率59.56%；显著高于P0和P1处理。在块根糖分积累期，甜菜地下部磷分配比例随施磷量增加而增加，不同处理地下部磷分配比例分别为59.76%、62.63%、62.90%和62.27%；但不同处理间差异不显著。收获期不同处理甜菜块根地下部磷分配比例为74.16%～75.83%，达最大值，不同施磷处理间差异不显著。综上，甜菜磷素吸收主要分布在地下部，各处理磷素地上/地下部分配率差异不大。

表2 不同施磷量下甜菜磷分配率 （%）

2.3 不同施磷量对甜菜产量品质及经济效益的影响

表3数据显示，甜菜产量随施磷量的增加而增加，施磷处理产量显著高于P0处理，P1、P2和P3处理块根产量分别比P0处理增加11.57%、18.58%和20.89%，P3处理产量最高，达108770kg·hm-2，P3处理显著高于P1处理，但与P2处理无显著差异。收获期不同施磷处理甜菜块根蔗糖含量随施磷量的增加而增加；与P0处理相比，P1、P2和P3处理蔗糖含量分别增加1.18%、2.90%和3.37%，P3、P2处理块根蔗糖含量显著高于P0处理，P1与P0处理间蔗糖含量差异不显著。施磷处理蔗糖产量显著高于P0处理，P3处理蔗糖产量为18681 kg·hm-2，与P2处理无显著性差异，显著高于其他处理。不同施磷处理对甜菜块根中Na+含量无显著性影响，不同处理间无显著性差异。P3处理块根K+与α-N含量表现出相同的趋势，P0、P1和P2处理间K+含量与α-N含量无显著性差异，在高施磷量情况下，收获期P3块根中K+和α-N含量显著低于P2处理。综上，施磷能显著提高甜菜块根的含糖率，但对甜菜块根品质无显著性影响。

表3 不同施磷量下甜菜产量、品质及经济效益

甜菜产量效益和磷肥增产效益均随施磷量的增加而增加；施磷处理产量效益显著高于P0处理，但P3与P2处理间产量效益无显著性差异。与P0处理相比，P3、P2和P1处理的磷肥增产效益分别为5546、5262和3198元·hm-2，经济效益分别提高14.54%、13.32%和7.89%，施磷能够提高甜菜的经济效益。

2.4 不同施磷量对甜菜磷肥利用效率的影响

表4结果表明，随施磷量的增加，磷肥当季利用率呈增加趋势，达31.54%～39.66%。甜菜磷肥农学效率呈先增大后减小的趋势，P2处理磷素农学效率最大，为92.89 kg·kg-1，分别较P1、P3处理增加16.80%、18.6%。磷肥偏生产力则随着施磷量增加而减少，P1、P2和P3处理的磷肥偏生产力从836.54 kg·kg-1降低至592.75和453.21 kg·kg-1，P2和P3处理的磷肥偏生产力较P1处理分别下降29.14%和45.82%。

表4 不同施磷量下的甜菜磷肥利用效率

2.5 甜菜相对产糖量、经济效益、肥料利用率效应方程及磷肥推荐用量

以甜菜不同施磷处理最高产糖量、最高经济效益和最高利用率为100%，分别计算不同处理相对产糖量、经济效益、肥料利用率的百分比。采用二元一次方程模拟施肥量与甜菜相对产糖量、相对经济效益及相对肥料利用率的效应方程（图3），且不同肥料效应方程均达到极显著水平。根据甜菜相对产糖量、相对经济效益及相对肥料利用率的肥料效应方程，甜菜相对产糖量达95%时磷肥施用量为187.4 kg·hm-2；甜菜相对经济效益达95%时磷肥施用量为85.1 kg·hm-2；甜菜相对磷肥利用率达95%时磷肥施用量为161.8 kg·hm-2。产糖量能够反映制糖企业利益，相对经济效益能够反映农户利益，综合二者收益并结合相对肥料利用率，当地种植甜菜滴灌推荐施磷（P2O5）量为85.1～187.4 kg·hm-2。

图3 甜菜相对产糖量、经济效益、肥料利用率效应方程

3 讨论

合理施用磷肥是调控作物生长发育与产量形成的重要措施。研究表明，甜菜植株干物质积累量与施磷量呈正相关，提高施磷量能增加甜菜各器官干物质积累量［21-22］，甜菜各生育时期总吸磷量与施磷量均呈极显著正相关［23］。多数研究结果表明甜菜产量随施磷量的增加而显著增加［24-26］，磷肥促进甜菜块根糖分的积累，且随着磷肥施用量的增加甜菜含糖率、产糖量均增加［24，27-29］；但也有研究表明磷肥对块根含糖率没有明显的影响［30］，本研究结果表明，随施磷量的增加甜菜产量、含糖率及产糖量均呈增加的趋势。不同地区最佳磷肥施用量存在较大差异，东北产区磷肥（P2O5）推荐量为47.94～92.06 kg·hm-2［28-29，31］，内蒙古产区磷肥（P2O5）推荐量为52.5～248 kg·hm-2［15，26，32-34］；本研究结果表明，磷肥推荐量（P2O5）为187.4 kg·hm-2时甜菜能获得较高的产糖量，高于曹禹等［35］在新疆伊犁产区的推荐量（P2O5138 kg·hm-2）。不同地区土壤磷养分供应、产量水平、栽培模式及灌溉方式等多种因素存在差异，因此导致不同地区磷肥推荐用量也存在较大差异。胡伟等［36］多点试验结果表明，甜菜磷肥的利用率均偏低，平均为15.38%；本文结果表明甜菜磷肥利用率在31.54%～39.66%之间，高于孙洪仁等［37］提出我国甜菜磷肥当季利用率大多在10%～30%之间的结论。这可能是以往研究中磷肥多进行撒施或条施，而本研究磷肥是水肥一体化分次施用，可以将磷肥集中施用在根系附近，促进根系吸收磷肥［38］，减少磷肥在土壤中的固定，从而提高磷肥利用效率［10，12］。因此，在本试验条件下，滴灌施用磷肥（P2O5）85.1～187.4 kg·hm-2是当地甜菜生产较为适宜的推荐用量。

4 结论

滴灌施磷能增加甜菜干物质积累量和磷素积累量，提高干物质的最大累积速率及平均积累速率。施磷有利于提高生育后期甜菜磷积累量，甜菜磷积累主要分布在地下部，但施磷对甜菜收获期磷素地下部分配率的影响不显著。 施磷能提高甜菜磷肥利用率，降低甜菜磷肥偏生产力。综合甜菜产糖量、经济效益和磷肥利用率，当地甜菜生产中滴灌施用磷肥（P2O5）的推荐用量为85.1～187.4 kg·hm-2。