磷肥调控对冀中南平原区小麦—玉米轮作土壤有效磷含量和作物产量的影响

侯大山，王瑞文*，宋小颖，张润博，张振冉，王云超，崔瑞秀，刘鑫翠，李光，常苑苑，张广辉，李娟茹*

（1.石家庄市农业技术推广中心，河北 石家庄 050051；2.江西农业大学，江西 南昌 330045；3.石家庄市农产品质量检测中心，河北 石家庄 050000；4.中华现代农业河北有限公司，河北 石家庄 050000；5.正定县土壤肥料站，河北 石家庄 050000）

冀中南平原区是我国重要的粮食产区，该区种植制度为小麦—玉米轮作一年两熟制[1]，而磷肥作为当地农业生产中的一项重要物资性投入，是实现粮食高产稳产的重要物质保障[2～4]。前人研究表明，与氮肥和钾肥施用不同，磷肥在小麦季和玉米季全部底施，施入土壤后大部分积累在土壤中，不能及时被作物吸收利用[5，6]；加上近年来秸秆还田技术的实施，使冀中南平原耕层土壤的有效磷含量持续增加，周年循环呈盈余状态[7，8]，平均含量达28.54 mg/kg[9]，耕层有效磷含量水平较高[10]。随着种植年限和施磷量的增加，土壤磷盈余量不断提高[11，12]，不仅造成磷肥利用率降低和资源的巨大浪费[13～15]，还造成潜在的环境污染风险[16～18]。实际生产中合理利用磷肥，减少磷素在土壤中的累积，已成为该区域小麦—玉米轮作养分管理的重点。为了实现磷肥减量增效，2018～2019 年在冀中南平原区开展了小麦—玉米轮作制度下磷素调控技术对耕层土壤有效磷含量和作物产量的影响研究，旨为该区目前生产条件下科学施用磷肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在冀中南平原区具有典型代表性的石家庄市正定县新安镇秦家庄村进行。该区属温带大陆季风性气候，年平均气温约12 ℃，年降水量500～550 mm；土壤类型为壤质潮褐土，0～20 cm、20～40 cm 耕层基础土壤的有效磷含量分别为27.5 和6.6 mg/kg。

1.2 试验材料

参试小麦品种为衡4399，玉米品种为耕玉505，均为当地多年种植品种，由石家庄市农业技术推广中心提供。耕作制度为小麦—玉米轮作一年两熟制，两茬秸秆均全部还田。

所施肥料均为化肥，其中，氮肥选用尿素（N 含量46%），磷肥选用过磷酸钙（P2O5含量16%），钾肥选用氯化钾（K2O 含量56%），均由中化化肥有限公司河北分公司生产。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验自2018 年10 月开始，至2019年10 月结束，为1 个小麦—玉米轮作周期。根据目标产量养分平衡法，周年统筹，分别在小麦季和玉米季实施调控施肥处理，其中，小麦季减施磷肥37.5 kg/hm2，玉米季减施磷肥18 kg/hm2；以当地农户小麦季和玉米季的常规施肥为CK（表1）。2 个处理的试验面积均为1.65 hm2。

表1 小麦－玉米周年生产中的肥料施用量及其施用方法Table 1 Fertilizer application rate and application method in wheat-maize annual production （kg/hm2）

小麦2018 年10 月7 日施肥后播种；磷钾肥全部底施，氮肥60%底施、40%于2019 年4 月15 日追施；2019 年 6 月 16 日收获。玉米 2019 年 6 月 17 日种肥同播；磷钾肥全部底施，氮肥50%底施、50%于2019 年7 月19 日追施；2019 年10 月5 日收获。其他管理措施均同大田常规。

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 土壤有效磷含量。分别在小麦播种前，以及小麦和玉米收获后，每个田块均采用五点取样方法，分别采集0～20 cm 和20～40 cm 土壤样品，各层土样均匀混合，利用钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量。

1.3.2.2 作物产量。分别在小麦和玉米成熟期，每个田块均采用五点取样方法，其中小麦季选择1 m 双行、玉米季选择25 m 双行，测定单位面积穗数和穗粒数，实地采样室内测量千粒重，计算理论产量。

2 结果与分析

2.1 调控施磷对土壤有效磷含量的影响

2.1.1 小麦收获前后土壤有效磷含量的变化 与小麦播种前相比，小麦收获后CK 的0～20 cm 土壤有效磷含量提高16.0%，20～40 cm 土壤有效磷含量降低27.3%（表2）。调控施肥处理的0～20 cm、20～40 cm土壤有效磷含量较小麦播种前分别降低7.6%和51.5%。小麦收获后，调控施肥处理土壤有效磷含量较 CK 同期 0～20 cm、20～40 cm 分别降低 20.4%和33.3%。CK 磷素在土壤耕层积累，说明常规施肥处理的施磷量高于小麦生产的需磷量；而CK 和调控施肥处理20～40 cm 土壤磷素均大幅降低，说明采用固体磷肥一次性底施的方式，因当季磷素下移不足，深层土壤磷素不能满足小麦对土壤磷的消耗。

表2 调控施磷对小麦和玉米收获后土壤有效磷含量的影响Table 2 Effects of regulated phosphorus application on soil available phosphorus content after wheat and maize harvest

2.1.2 玉米收获前后土壤有效磷含量的变化 与玉米播种前（小麦收获后）相比，玉米收获后CK、调控施肥处理的0～20 cm 土壤有效磷含量均降低，降幅分别为2.2%和4.3%；20～40 cm 土壤有效磷含量均提高，增幅分别为6.3%和9.4%。调控施肥处理玉米收获后土壤有效磷含量较CK 同期0～20 cm、20～40 cm 分别降低22.1%和31.4%。无论是否进行磷肥调控处理，表层土壤有效磷含量均出现降低，而深层土壤有效磷含量均出现增加，这与玉米季温度较高、降雨较多有关。因为，温度升高会导致土壤自然供磷能力提高[19，20]，降雨较多会使得磷素随雨水冲刷下移[21，22]。

2.1.3 小麦-玉米轮作周期前后土壤有效磷含量的变化 与小麦播种前相比，玉米收获后CK 的0～20 cm土壤有效磷含量提高13.5%，20～40 cm 土壤有效磷含量降低22.7%；调控施肥处理的0～20 cm 和20～40 cm土壤有效磷含量均降低，降幅分别为11.6%和47.0%。说明常规施肥的施磷量高于小麦—玉米轮作周期中作物生产的需磷量，加上长期小麦旋耕施肥、玉米种肥同播造成0～20 cm 表层土壤磷素富集；而磷素流动性差，致使磷素下移不足，20～40 cm 土壤磷素供给量较少。

2.2 调控施磷对作物产量的影响

调控施肥处理的小麦单位面积穗数较CK 减少0.44%，穗粒数、千粒重分别较CK 增加0.27%和1.44%，产量较CK 高1.07%，但差异均不显著；玉米单位面积穗数与对照相同，穗粒数、千粒重、产量分别较CK 降低0.52%、0.63%和1.14%，但差异均不显著（表3）。说明当前土壤磷库水平下，小麦季和玉米季均较CK 减施磷肥1/3，2 种作物产量均可达到常规施肥的产量水平。

表3 调控施磷对小麦和玉米产量的影响Table 3 Effect of regulated phosphorus application on wheat and maize yield

3 结论与讨论

本研究条件下，1 个小麦—玉米轮作周期后，常规施肥区0～20 cm 的土壤有效磷含量提高了13.5%，说明当前的常规施磷量高于小麦和玉米生产的需磷量，造成磷素在耕层积累。唐旭[19]研究认为，当前小麦—玉米体系中，磷的年累积率平均为1.21 mg/kg。磷累积与磷肥品种、施用方法和土壤环境密切相关。固体磷肥一次性基施后在施肥点极易与Ca2+作用，磷肥中H2PO4-被吸附在CaCO3粘土矿物表面或发生Ca10-P 沉淀，作物不能吸收利用[23]；而液体磷肥的磷在土壤中移动性和有效性均高于固体磷肥，不易造成磷素在耕层累积[24]。本研究条件下，1 个小麦—玉米轮作周期后，常规施肥区20～40 cm 的土壤有效磷含量降低22.7%，说明当前固态磷肥一次性底施不能满足小麦—玉米周年生产对深层土壤磷素的消耗。因此，调整施磷方式，促使磷素下移，是改善当前小麦—玉米周年生产中深层土壤磷素供应不足的关键。李娟茹等[25]研究表明，调整磷源，选用缓释肥，磷肥全部分2 次液态施用，第1 次水肥后20～40 cm 土层有效磷含量增加8.81%～25.60%，第2 次水肥后20～40 cm 土层有效磷含量增加8.44%～17.22%；改磷肥全部基施为基施加水肥一体化分2 次追施，不仅可以满足冬小麦生长对磷素营养的需求，还可以实现P2O5总施用量减少，而产量不减反增，同时，磷肥水肥一体化施用能够有效实现磷素的“下移增效”。因此，在实际生产中调整当前的施磷方式，改固态磷肥一次性底施为液态磷水肥一体化分次使用，可有效改善小麦—玉米周年生产中表层土壤磷素累积、深层土壤磷素不足的问题。

过量施用磷肥会导致土壤磷素累积，磷肥偏生产力降低，生产成本增加，经济效益下降[26～29]。研究表明，褐潮土小麦玉米轮作模式农田土壤Olsen-P 含量要控制在15～30 mg/kg[30]；河北平原区夏玉米土壤有效磷含量临界值为26.9 mg/kg[31]，小麦土壤有效磷含量临界值为18.5 mg/kg[32]，低于此值将影响产量。当前石家庄市耕地土壤有效磷含量平均值达到28.54 mg/kg[9]，已超过作物需求的临界值，可每年适当减少磷肥施量，维持土壤一定的供磷水平，以减少土壤固定，提高磷肥利用率，同时满足作物生长的需要。本研究结果表明，小麦—玉米周年施磷总量减少1/3，其中小麦季减少37.5 kg/hm2、玉米季减少18.0 kg/hm2，2 种作物的产量均能够达到常规施肥的产量水平。这与前人[33～35]改变常规固态磷肥一次性底施的方式，采取分次施用液态磷肥或配合水肥一体化等施肥方式，在保持产量水平相当的前提下，可有效降低磷肥施用量的研究结果相一致。