史燕捷，金夢燦，朱遠(yuǎn)芃，馬 超，葉新新，郜紅建

（農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036）

磷是作物生長發(fā)育所必需的大量營養(yǎng)元素之一，參與組成植物體內(nèi)許多重要的生物化學(xué)過程，對作物生產(chǎn)有著十分重要作用［1-2］。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物磷肥利用率偏低［3］，大約在7.3%～20.1%［4］。施用適量的磷肥，可以提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，施用過量則會造成磷素在土壤中的富集［5］，且可通過地表徑流、滲流等途徑進入水體，造成環(huán)境污染［6-8］。

我國磷礦資源缺乏，可以利用的磷礦資源有限［9］?；罨寥乐械牧姿?、提高作物磷素利用效率及使用其他磷素資源替代化學(xué)磷肥是減少磷肥施用的主要措施。目前，有關(guān)土壤磷素的活化研究較多，如李杰等［10］認(rèn)為磷素活化劑能有效地提高土壤中磷素利用率，減少磷肥施用量，緩解磷資源不足的矛盾。李春越等［11］研究表明，加入腐殖酸明顯地減少土壤對磷素的吸附，對土壤磷素有一定的活化激發(fā)作用。根際土壤中根系分泌物、根際微生物、菌根、根際土壤磷酸酶等因素均可提高土壤磷的生物有效性，使土壤中潛在的難溶性磷庫活化，提高磷肥利用率［12-13］。施用有機肥和秸稈還田是替代化學(xué)磷肥的重要途徑。邢鵬飛等［14］研究表明，不同比例有機肥替代磷肥時，有機肥比例與有效磷含量成正比。韓曉飛等［15］報道，化學(xué)磷肥減量并配施有機肥可以顯著提高土壤有效磷含量和磷肥利用率。曾研華等［16］研究說明，稻草還田條件下減施磷肥能提高作物產(chǎn)量，同時還可以調(diào)節(jié)磷的積累和轉(zhuǎn)運，提高磷素的吸收利用效率。

中國主要農(nóng)作物秸稈資源量約為7億t，所含的磷養(yǎng)分資源總量達到197.9萬t，若全部歸還到土壤中，可替代186萬t磷（P2O5），占到全部磷肥使用量的18.9%［17-18］。前人對秸稈還田下土壤磷素含量、形態(tài)、有效性等方面有一定研究。戰(zhàn)厚強等［19］研究表明，秸稈還田下，土壤酸性磷酸酶活性與土壤速效磷含量均高于秸稈不還田處理。黃欣欣等［20］認(rèn)為，相同秸稈還田量下隨著磷用量增加，土壤全磷、無機磷總量和Olsen-P以及無機磷中的Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P均呈顯著增加趨勢，Olsen-P增幅最大，其次是無機磷總量及全磷。秸稈還田能不同程度地增加土壤有機質(zhì)積累量和速效磷含量［21］；秸稈還田主要通過促進土壤其它形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為速效磷而增加土壤速效磷含量，為下季作物提供可以直接吸收利用的磷源，同時提高了土壤中穩(wěn)定性有機磷的含量，降低了中等活性有機磷的含量［22］。吳玉紅等［23］研究表明，在稻麥輪作體系下，水稻秸稈全量還田時，磷肥減量可提高小麥產(chǎn)量。但是有關(guān)秸稈還田后，秸稈磷素能夠替代多少比例的化學(xué)磷肥目前還不清楚，值得進一步研究。

本文采用田間試驗法，探討秸稈還田后磷肥減量10%、20%、30%條件下對不同生育期小麥植株體內(nèi)地上部分磷素含量、累積量以及土壤有效磷含量的影響，分析了磷肥減量條件下小麥產(chǎn)量及肥料利用率的差異，以期為作物秸稈還田后磷肥的科學(xué)施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

田間試驗于2017年在安徽省合肥市廬江縣郭河鎮(zhèn)南圩村（117°22′E，31°47′N）進行。該地處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫15.7℃，年降水量約1 000 mm，年均日照時數(shù)約2 100 h。該地土壤肥沃，地勢平坦，地力均勻，排灌通暢，適宜小麥種植。試驗田前茬作物為水稻，種植模式為稻麥輪作。水稻收割后留茬高度約為10～15 cm，根據(jù)本試驗上一季的水稻產(chǎn)量及水稻草谷比，可以估算出水稻秸稈還田用量為8 000 kg/hm2，水稻秸稈磷含量為2.43 g/kg，相應(yīng)的磷素（P2O5）還田量為44.5 kg/hm2。試驗田土壤養(yǎng)分含量：有機質(zhì)28.25 g/kg，全氮1.15 g/kg，堿解氮58.89 mg/kg，有效磷28.48 mg/kg，速效鉀187.17 mg/kg，土壤pH值5.32。

1.2 試驗設(shè)計

供試小麥品種為寧麥13。供試肥料有復(fù)合肥（N 15%，P2O515%，K2O 15%）、尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）和氯化鉀（K2O 60%）。水稻于2017-11-20聯(lián)合收割機收獲，秸稈粉碎還田。2017-11-24施用基肥和腐熟劑后進行旋耕，2017-11-25播麥種，在2018-05-25收獲。此試驗為稻麥輪作條件下小麥的第一季試驗，本試驗共設(shè)5個處理，分別為：配方施肥（N-P2O5-K2O=210-90-90 kg/hm2）+秸稈還田+腐熟劑（T1），配方施肥減磷10%（N-P2O5-K2O=210-81-90 kg/hm2）+秸稈還田+腐熟劑（T2）、配方施肥減磷20%（N-P2O5-K2O=210-72-90 kg/hm2）+秸稈還田+腐熟劑（T3）和配方施肥減磷30%（N-P2O5-K2O=210-63-90 kg/hm2）+秸稈還田+腐熟劑（T4），配方施肥不施磷（N-P2O5-K2O=210-0-90 kg/hm2）+秸稈還田+腐熟劑（T5）。磷肥和鉀肥全部做基肥，氮肥按照基肥和拔節(jié)肥比例6∶4施用。具體施肥方案如表1所示。施肥方案用復(fù)合肥、尿素和氯化鉀進行配比，配方施肥量為復(fù)合肥600 kg/hm2，尿素261 kg/hm2，腐熟劑用量為40 kg/hm2，此腐熟劑是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研制的有機物料腐熟菌劑（除臭型），有效活菌數(shù)0.5×108cfu/g。

表1 小麥田間試驗設(shè)計方案

1.3 材料種植與管理

試驗共設(shè)置5個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)凈面積為150 m2。在試驗田周圍作2 m寬的保護行，小區(qū)四周均作田埂，并用薄膜包裹田埂，防止竄水竄肥。小麥播種量為300 kg/hm2，成熟期取樣考種，試驗過程除各處理施肥量按照試驗要求外，其他管理措施一致，各試驗小區(qū)的病蟲草害管理與大田相同。

1.4 測定項目與方法

土壤樣品采自耕層（0～20 cm），每個處理設(shè)有3個重復(fù)，每個重復(fù)隨機用土鉆取5個點的土體混合為一個土壤樣品，風(fēng)干、混勻后按四分法取部分樣品，研磨過2 mm網(wǎng)篩后測定土壤有效磷（Olsen-P）含量。在小麥生長的分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、成熟期分別從每個小區(qū)隨機取代表性植株樣，先用自來水沖洗，再用蒸餾水沖洗干凈，莖、葉、穗分別裝入紙質(zhì)樣品袋中在105 ℃下殺青30 min，然后在75 ℃下烘干至恒重。植株樣品粉碎后，用H2SO4-H2O2消煮，鉬銻抗比色法測定植株全磷含量。在小麥成熟期，統(tǒng)計有效穗、穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子。小麥植株不同生育期地上部分磷素累積量和磷素利用效率采用以下方法計算：

數(shù)據(jù)處理及作圖使用Excel 2010，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 20.0，數(shù)據(jù)差異顯著性分析采用Duncan’s法。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷肥減量對小麥磷素含量的影響

在不同生育期，小麥植株不同部位的磷素含量在不同磷肥水平下總體上呈現(xiàn)莖部＜葉部＜穗部的趨勢（表2）。在生育前期（抽穗期前），磷素含量以葉片中最高，在生育后期（成熟期），以穗中最高。小麥植株不同部位的磷素含量隨磷肥施用量的減少而呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律。在不同施肥處理條件下，小麥植株磷素含量均高于未施磷肥處理（T5），其中以磷肥減量20%處理（T3）的小麥植株體內(nèi)磷素含量最高。在分蘗期，無磷肥處理（T5）小麥植株體內(nèi)磷含量為2.41 g/kg，分別比配方施肥和磷肥減量處理（T1、T2、T3、T4）低36.9%、36.4%、40.6%、39.3%，差異顯著（P＜0.05），但是不同磷肥減量處理間無顯著性差異。在拔節(jié)期，莖和葉磷素含量均以磷肥減量20%（T3）的處理最高，以無磷肥處理（T5）為最低，且差異顯著（P＜0.05）。在抽穗期，莖、葉和穗的磷素含量以無磷肥處理（T5）含量最低，但不同磷肥減量處理之間無顯著差異（P＞0.05）。在成熟期，小麥莖、葉和穗的磷素含量均以磷肥減量20%（T3）最高，無磷肥處理（T5）最低。

表2 水稻秸稈還田條件下磷肥減量對不同生育期小麥體內(nèi)磷含量的影響 （g/kg）

2.2 磷肥減量對小麥磷素累積量的影響

小麥磷素累積量隨著生育期的推移呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢（圖1a），磷素累積量在分蘗期至抽穗期增加較為緩慢，從抽穗期到成熟期快速增加，在成熟期達到最大值（2.76～4.76 mg/株）。在不同生育期，磷素累積量均以磷肥減量20%處理（T3）最高，而無磷肥處理（T5）最低。在分蘗期，磷肥減量20%處理（T3）的小麥磷素累積量略高于其他施磷處理，但無顯著性差異（P＞0.05）。在拔節(jié)期，磷肥減量20%處理（T3）的小麥磷素累積量高于其他磷肥減量處理。在抽穗期，磷肥減量20%處理（T3）的小麥磷素累積量顯著高于其他各磷肥減量處理（P＜0.05），但小麥磷素累積量在磷肥減量10%（T2）和30%（T4）處理之間無顯著性差異（P＞0.05）。在成熟期，磷肥減量20%處理（T3）的小麥磷素累積量分別比其他處理（T1、T2、T3、T5）高34.0%、31.3%、52.3%、131.2%，差異達顯著水平（P＜0.05）。

小麥植株體內(nèi)磷素凈吸收量以成熟期的比重最多（55.61%～70.38%），分蘗期占的比重最少（4.87%～6.38%）（圖1b）。在分蘗期，小麥植株體內(nèi)磷素凈吸收量在無磷肥對照（T5）與其他施磷處理之間呈顯著性差異（P＜0.05）。在拔節(jié)期，小麥植株磷素凈吸收量呈現(xiàn) T3＞T1＞T2＞T4＞T5 的規(guī)律。在抽穗期，無磷肥處理（T5）的小麥磷素凈吸收量最低，但不同磷肥減量處理間無顯著差異（P＞0.05）。在成熟期，隨著磷肥減量的增加，小麥體內(nèi)磷素凈吸收量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，磷肥減量20%處理（T3）與磷肥減量10%（T2）和30%（T4）處理之間差異顯著（P＜0.05）。

圖1 水稻秸稈還田條件下磷肥減量對不同生育期小麥磷素累積量和磷素凈吸收量的影響

2.3 磷肥減量對土壤有效磷含量的影響

從整體來看，小麥不同生育期土壤有效磷含量呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢（圖2），均以配方施肥處理（T1）條件下土壤有效磷含量最高（分別為38.85、36.42、31.82、43.04 mg/kg），在無磷肥處理（T5）下含量最低（分別為23.75、23.27、19.18、25.86 mg/kg），且達到顯著性差異水平（P＜0.05）。在分蘗期，配方施肥（T1）和磷肥減量10%處理（T2）的土壤有效磷含量，顯著高于磷肥減量20%（T3）和30%（T4）及不施磷（T5）對照（P＜0.05）。在拔節(jié)期，土壤有效磷含量以配方施肥處理含量最高（T1），磷肥減量10%（T2）和30%處理次之（T4），以磷肥減量20%（T3）和不施磷（T5）對照最低。在抽穗期，土壤有效磷含量呈現(xiàn)配方施肥（T1）＞磷肥減量10%（T2）＞磷肥減量30%（T4）＞磷肥減量20%（T3）＞不施磷（T5）對照的規(guī)律，但不同磷肥減量處理間無顯著性差異（P＞0.05）。在成熟期，土壤有效磷含量以磷肥減量20%處理（T3）最低，分別比配方施肥（T1）、磷肥減量10%（T2）和30%（T4）處理低30.6%、28.6%、16.9%，且達到顯著性差異水平（P＜0.05）。

圖2 秸稈還田下磷肥減量對不同生育期土壤有效磷的影響

2.4 磷肥減量對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

隨著磷肥減量的增加，小麥產(chǎn)量出現(xiàn)先增后減的趨勢，整體上呈現(xiàn)T3＞T1＞T2＞T4＞T5的規(guī)律（表3），以磷肥減量20%處理（T3）的小麥產(chǎn)量最高（4 511.81 kg/hm2），而無磷肥處理（T5）為最低（2 473.04 kg/hm2），兩者差異顯著（P＜0.05）。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，在磷肥減量處理條件下，每穗總粒數(shù)、千粒重和有效穗數(shù)均未達到顯著差異水平（P＞0.05）。

2.5 磷肥減量下不同施肥處理對磷肥利用率的影響

磷肥減量20%處理（T3）的小麥磷肥貢獻率、農(nóng)學(xué)效率和磷肥吸收利用率均高于其他處理（表4），而磷肥偏生產(chǎn)力在磷肥減量30%（T4）最高，但與磷肥減量20%（T3）相比未達到顯著差異水平（P＞0.05）。小麥磷肥貢獻率呈現(xiàn) T3＞T1＞T2＞T4的規(guī)律，磷肥農(nóng)學(xué)效率呈現(xiàn)T3＞T4＞T2＞T1的規(guī)律，磷肥偏生產(chǎn)力呈現(xiàn)T4＞T3＞T2＞T1的規(guī)律，磷肥吸收利用率呈現(xiàn) T3＞T2＞T4＞T1的規(guī)律。

表3 水稻秸稈還田條件下磷肥減量處理對小麥產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表4 不同磷肥減量處理對小麥磷肥利用率的影響

3 討論

3.1 磷肥減量對小麥磷素吸收累積的影響

磷是植物生長所需要的大量元素之一［24］，其吸收和分配對小麥的生長發(fā)育都有很大的影響。姜宗慶等［25］研究表明，小麥一生磷素積累總量的70%～75%是在拔節(jié)后吸收，尤以孕穗至開花期積累量最多；高聚林等［26］指出，小麥拔節(jié)期磷的吸收量明顯增加，至孕穗期達到磷素吸收高峰期；韓燕來等［27］提出，小麥磷的吸收主要集中于返青-揚花期。本研究表明，小麥磷素積累量是隨著生育期的推移而逐漸增加的，并在抽穗期到成熟期間形成一個吸收高峰，這與前人研究的結(jié)果不盡相同。一方面可能是因為冬小麥在越冬期受低溫影響，植株吸磷速率減慢，磷素累積總量較少；另一方面，可能是因為返青期氣溫回暖，小麥吸磷強度隨之增大，進而促進了冬小麥后期磷素積累。這與胡田田等［28］研究相符合。趙亞南等［29］研究表明，適當(dāng)?shù)臏p量施肥可以促進小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運及其對籽粒灌漿的貢獻。在分蘗期和拔節(jié)期，配方施肥的小麥體內(nèi)磷素含量與其他磷肥減量處理間無顯著性差異，而到抽穗期和成熟期，差異逐漸顯著。這可能是因為秸稈還田后，磷素逐步釋放，部分代替了化學(xué)磷肥的功效，提高了土壤有效磷的含量和小麥對磷的吸收，使得小麥生長前期有豐富的磷素供給。前期研究表明，水稻秸稈養(yǎng)分釋放基本呈現(xiàn)倒“N”型的變化趨勢，磷素在各個生育時期占總養(yǎng)分釋放量的比例分別為：播種-越冬期約釋放40%，越冬-拔節(jié)期約20%，拔節(jié)-開花期約35%，開花-成熟期約5%，而磷素總釋放率大約在70%左右［30］。秸稈還田后秸稈中的磷素前期釋放速率較快，特別是腐解前30 d，約有47%的磷素釋放出來，隨后磷素的釋放速率減緩，在124 d后，磷素的釋放率達到68.28%［31-32］。俄勝哲等［33］研究表明，長期施磷可使土壤磷素累積，土壤有效磷含量增加，但土壤有效磷的增加并不一直與作物產(chǎn)量呈線性正相關(guān)關(guān)系，而是存在一個農(nóng)學(xué)閾值，當(dāng)土壤有效磷含量低于該閾值時，作物產(chǎn)量隨磷肥用量增加而提高；反之，當(dāng)土壤有效磷大于該閾值時，則作物產(chǎn)量對磷肥不響應(yīng)。宇萬太等［34］指出，土壤中速效磷的變化受到磷肥施用的影響，磷肥施入后，殘留磷肥轉(zhuǎn)化為速效磷使得土壤中速效磷含量有所增加。本研究表明，隨著磷肥施入量的減少，土壤有效磷的含量在降低，而在磷肥減量10%～30%條件下，磷肥減量20%處理時的土壤有效磷含量最低，這可能與在磷肥減量20%時，小麥從土壤中吸收的磷素較多，在植株體內(nèi)累積較多磷素有關(guān)。

3.2 磷肥減量對小麥產(chǎn)量的影響

本文研究結(jié)果表明，水稻秸稈還田后，小麥每公頃有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重均以磷肥減量20%（T3）最高（分別為416.00×104穗/hm2、30.22粒、36.20 g）；有效穗數(shù)和千粒重以磷肥減量10%（T2）時最低（分別為394.67×104穗/hm2、35.12 g）；每穗粒數(shù)則以磷肥減量30%（T3）最低（24.73粒），從而影響了產(chǎn)量。張少民等［35］認(rèn)為，磷肥能提高冬小麥的穗粒數(shù)、成穗數(shù)和千粒重，繼而提高小麥產(chǎn)量，但磷肥施用過高，就會影響冬小麥的生殖生長，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。邢丹等［36］研究表明，磷肥用量在一定范圍內(nèi)具有增產(chǎn)作用，合理的施磷量因土壤磷素狀況而異，施磷提高了小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)，籽粒產(chǎn)量增大，但千粒重降低，因此磷肥用量存在一個合理閾值，這與本研究結(jié)果相似。王凡坤［37］研究指出，在相同N肥處理時，小麥籽粒和秸稈產(chǎn)量隨土壤N/P的降低而逐漸增加。王飛等［38］研究表明，外源磷素的增加會降低植株N/P和C/P值，作物產(chǎn)量與植株體內(nèi)C/P與N/P均呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，植株體內(nèi)適宜的C/P或N/P值有利于小麥產(chǎn)量的提高。盛婧等［39］研究表明，不同小麥品種對氮、磷的吸收比例是相對固定的，平均氮磷比值為4.7，其中寧麥13的籽粒N/P值約為5.3。本研究結(jié)果表明，不同施肥處理條件下小麥籽粒的N/P值不同，以不施磷肥處理（T5）時小麥籽粒N/P值最高，約為9.98；配方施肥處理（T1）時小麥籽粒N/P值約為5.92；磷肥減量10%～30%處理（T2、T3、T4）時，小麥籽粒N/P值分別約為6.33、4.78、7.1，由于磷肥減量20%（T3）處理時，小麥籽粒的N/P值（4.78）最接近供試小麥品種（寧麥13）的最佳N/P值（5.3），故該施肥處理條件下小麥產(chǎn)量和磷肥利用效率有所提高。

4 結(jié)論

在秸稈還田條件下，小麥植株體內(nèi)的磷素含量和磷素累積量隨著磷肥施用量的減少而呈先增后減的趨勢，以磷肥減量20%（T3）時小麥磷素含量和累積量最高；而土壤中的有效磷含量呈現(xiàn)先減后增的趨勢，以磷肥減量20%（T3）時土壤有效磷含量最低。

在秸稈還田條件下，磷肥減量20%（T3）時小麥有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重有所提高，進而增加產(chǎn)量。

從小麥產(chǎn)量和磷肥利用效率等方面綜合考慮，水稻秸稈還田后，配方施肥條件下磷肥減量20%可以降低磷肥施用成本，提高磷肥利用率。