王利陽(yáng)，李海港，申建波

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 資源環(huán)境與糧食安全研究中心 國(guó)家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究院，北京 100193；2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

0 引言

磷肥當(dāng)季利用率低（15%～20%）是我國(guó)乃至全世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題［1］。磷礦作為不可再生的戰(zhàn)略資源，關(guān)乎國(guó)家糧食安全以及生態(tài)環(huán)境健康，提高磷資源利用效率是保障國(guó)家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。華北平原是我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)之一，也是我國(guó)高投入農(nóng)業(yè)的典型代表。華北地區(qū)土壤類型多為石灰性土壤，pH在8.0以上，土壤中含有大量碳酸鈣，對(duì)施入土壤中的磷肥具有強(qiáng)烈的固持作用，大大降低了磷肥的生物有效性。過(guò)量施用磷肥，不僅不能進(jìn)一步增加糧食產(chǎn)量，而且造成磷在土壤中大量累積，進(jìn)而帶來(lái)一系列潛在的環(huán)境問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)［2］測(cè)算，我國(guó)農(nóng)田土壤磷累積量已經(jīng)高達(dá)1.15億t，相當(dāng)于我國(guó)10年的磷肥生產(chǎn)總量。因此，如何提高磷肥利用率、減少其在土壤中的累積是我們面臨的重要科學(xué)問(wèn)題。

根際（植物-土壤-微生物互作界面）是植物與土壤環(huán)境相互作用最劇烈的微域，控制著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和轉(zhuǎn)化過(guò)程，同時(shí)也是養(yǎng)分元素從土壤進(jìn)入植物體內(nèi)的必經(jīng)門(mén)戶［3］。在以低投入為特征的自然生態(tài)系統(tǒng)中，根際養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)相對(duì)平衡，根系效率得以最大化發(fā)揮。然而集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系以“高投入、高產(chǎn)出”為典型特征，根際的養(yǎng)分物質(zhì)循環(huán)及轉(zhuǎn)化平衡處于紊亂狀態(tài)，特別是過(guò)量的化學(xué)肥料投入嚴(yán)重抑制了作物根系的生物學(xué)潛力，顯著降低了養(yǎng)分的利用效率及增產(chǎn)效益［3］。植物根系能夠感知周圍土壤環(huán)境并作出適應(yīng)性響應(yīng)，一般包括形態(tài)學(xué)響應(yīng)（如改變根系大小、根長(zhǎng)密度、側(cè)根長(zhǎng)度和密度等）和生理學(xué)響應(yīng)（如改變根際pH、提高酸性磷酸酶活性及增加有機(jī)酸分泌等）。因此，在集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中利用植物自身特性，通過(guò)改變養(yǎng)分投入總量、形態(tài)組合以及施用方式等定向調(diào)控根系特征是提高養(yǎng)分（特別是磷等難移動(dòng)性元素）利用效率的關(guān)鍵［4］。

1 根際調(diào)控的基本原理與策略

根際調(diào)控是在更好的理解根際過(guò)程的基礎(chǔ)上，操縱根際生態(tài)系統(tǒng)的不同組成部分（如根層養(yǎng)分環(huán)境、定向調(diào)控根系生長(zhǎng)、操縱根系-根系或根系-微生物之間的相互作用），以優(yōu)化作物根系-土壤-微生物的相互作用從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分高效利用、農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)以及環(huán)境友好等目標(biāo)［5］。其核心是通過(guò)調(diào)控根系生長(zhǎng)環(huán)境，減少外部養(yǎng)分投入，強(qiáng)化根際生物學(xué)過(guò)程，最大化發(fā)揮作物自身生物學(xué)潛力，高效獲取養(yǎng)分資源。

優(yōu)化外部養(yǎng)分投入，為根系生長(zhǎng)創(chuàng)建合理的根層磷濃度是根層磷調(diào)控的重要環(huán)節(jié)。根系效率高度依賴土壤肥力和外部養(yǎng)分投入：如果土壤肥力水平較低又缺乏外部養(yǎng)分投入，根系生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，制約根系生物學(xué)潛力發(fā)揮；隨著土壤肥力水平提高，根系生長(zhǎng)不斷加強(qiáng)，根際效率不斷提高；然而當(dāng)土壤肥力過(guò)高或者外部資源輸入過(guò)量時(shí)，根系生長(zhǎng)再次受到抑制，根系效率降低。因此，合理的根層磷調(diào)控需要嚴(yán)格控制根層養(yǎng)分濃度，使之處于稍低于產(chǎn)量臨界水平的“緊平衡”狀態(tài)。對(duì)于華北地區(qū)玉米而言，長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)調(diào)控根層有效磷（碳酸氫鈉浸提法測(cè)定，下同）質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于6 ～8 mg/kg時(shí)，能夠顯著強(qiáng)化玉米根際生物學(xué)過(guò)程，此時(shí)玉米根系吸收效率、根際范圍以及微生物與根系的相互作用均能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)［5-6］。

養(yǎng)分資源在土壤中的分布往往是不均勻的（即土壤養(yǎng)分異質(zhì)性），植物根系可以對(duì)異質(zhì)性土壤養(yǎng)分作出反應(yīng)，即當(dāng)根系遇到土壤養(yǎng)分斑塊時(shí)會(huì)在形態(tài)和生理上作出適應(yīng)性響應(yīng)［5-7］。在形態(tài)上往往表現(xiàn)為側(cè)根增多、細(xì)根比例增加等，在生理上表現(xiàn)為根系分泌能力增加、養(yǎng)分吸收速率加快等［8］?；诟祵?duì)異質(zhì)性土壤養(yǎng)分響應(yīng)的特點(diǎn)建立的局部磷加銨調(diào)控是根際調(diào)控的又一重要策略。養(yǎng)分局部施用人為創(chuàng)造了更大的異質(zhì)性土壤環(huán)境，當(dāng)根系生長(zhǎng)進(jìn)入局部調(diào)控施肥區(qū)后，玉米根系在形態(tài)和生理上作出響應(yīng)，細(xì)根和側(cè)根增加，酸性磷酸酶活性以及銨誘導(dǎo)的質(zhì)子分泌均有顯著提高，極大地提高了根系效率。此外，由于磷的集中施用，減少了磷與土壤顆粒的接觸面積，降低了磷被土壤顆粒固定的概率，顯著提升了磷肥利用效率［9］。

2 北方石灰性土壤局部施用磷加銨的根際調(diào)控技術(shù)規(guī)程

2.1 適用范圍

該技術(shù)規(guī)程適合于華北地區(qū)集約化玉米生產(chǎn)體系，包括單季春玉米及夏玉米種植體系。華北地區(qū)春玉米一般4 月下旬或5 月初播種，夏玉米一般在6月中旬播種，種植密度一般為7.5萬(wàn)株/hm2。其他地區(qū)也可根據(jù)實(shí)際情況援引本規(guī)程。

2.2 肥料選擇

針對(duì)華北地區(qū)pH 較高的石灰性土壤，宜選用生理酸性肥料如過(guò)磷酸鈣、磷酸一銨等，磷酸二銨水溶液呈堿性，不宜作為調(diào)控磷肥。此外，搭配硫酸銨或者氯化銨等帶有銨根離子的氮肥，可以進(jìn)一步誘導(dǎo)根系釋放質(zhì)子，從而酸化根際。

2.3 施肥量的確定

施肥量確定原則：依據(jù)土壤有效磷實(shí)測(cè)值和目標(biāo)產(chǎn)量將根層土壤磷濃度培育并維持在一定的范圍內(nèi)，即土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6 ～8 mg/kg。如果土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在這一范圍內(nèi)，施肥量可以控制為P2O575 kg/hm2；如果土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，建議在根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量計(jì)算的所需施磷量的基礎(chǔ)上上調(diào)1.1 ～1.3倍以適當(dāng)提升土壤磷肥力；反之，對(duì)土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的土壤需要下調(diào)磷肥用量以挖掘土壤遺留磷。磷肥品種一般選用過(guò)磷酸鈣（市場(chǎng)上過(guò)磷酸鈣產(chǎn)品w（P2O5）一般為16%），依據(jù)肥料養(yǎng)分含量確定施肥量。氮肥一般按照推薦用量N 180 ～225 kg/hm2施用，鉀肥可按推薦用量K2O 60 ～80 kg/hm2施用［10-11］。

在局部調(diào)控中，選用硫酸銨作為部分氮源（一般為總施氮量的40%）。除了硫酸銨水溶液呈酸性外，其中所含的銨根離子被根系吸收后可以刺激根系釋放H+而進(jìn)一步酸化根際，降低石灰性土壤中玉米根際pH，達(dá)到酸化根際的目的，提高磷肥的生物有效性。

2.4 調(diào)控位置的確定

如何準(zhǔn)確確定調(diào)控位置是關(guān)乎根際調(diào)控成敗的關(guān)鍵。玉米一般可選用寬窄行種植和均勻行種植兩種方式。對(duì)于寬窄行種植，一般建議窄行距離為30 cm，寬行距離為50 ～70 cm；局部調(diào)控的位置可設(shè)置在窄行中間，即調(diào)控的中心點(diǎn)距離兩行玉米各15 cm。對(duì)于均勻行種植方式，調(diào)控位置則需要距離每行玉米5 ～10 cm 處才能發(fā)揮較好的調(diào)控效果。調(diào)控深度一般距地表深度為10 cm。特別需要注意的是盡管局部調(diào)控的核心是將肥料集中施用，但是也要避免施肥溝過(guò)于狹窄，施肥溝的寬度在5 ～10 cm 為宜，避免根系快速穿過(guò)過(guò)于狹窄的施肥帶［11］。

圖1 調(diào)控位置示意

2.5 調(diào)控時(shí)間與調(diào)控次數(shù)

根際調(diào)控可以根據(jù)實(shí)際情況采用苗期一次性調(diào)控或者苗期和拔節(jié)期雙調(diào)控的策略［12］。對(duì)于苗期一次性調(diào)控，選擇將40%的氮肥（銨態(tài)氮-硫酸銨）和全部的磷肥（過(guò)磷酸鈣）在播種時(shí)一次性施于播種行附近進(jìn)行調(diào)控，建議調(diào)控位置距播種行中心點(diǎn)10 ～15 cm為宜，調(diào)控帶寬度按5 ～10 cm 進(jìn)行設(shè)置。有條件的可以采用苗期和拔節(jié)期雙調(diào)控技術(shù)，在苗期，將40%的氮肥和70%的磷肥作為啟動(dòng)肥進(jìn)行調(diào)控，調(diào)控帶位置可以稍微靠近玉米播種行（保持在5 ～10 cm 為宜）；剩余的肥料待拔節(jié)期在第一次調(diào)控側(cè)的對(duì)側(cè)距玉米播種行10 ～15 cm處進(jìn)行二次調(diào)控，以促進(jìn)玉米中后期的生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收［11］。

2.6 施肥制度

以在肥力適宜的耕地中，采取“苗期+拔節(jié)期”雙調(diào)控模式為例。

基肥：春玉米結(jié)合播前翻耕，將鉀肥（硫酸鉀）按施用量K2O 70 kg/hm2均勻翻入土壤；推薦適當(dāng)補(bǔ)施鋅肥，每公頃鋅（可選用農(nóng)用硫酸鋅）用量為3 ～5 kg，同鉀肥一樣均勻翻入土壤。

苗期調(diào)控：確定玉米播種行，播種之前在玉米播種行一側(cè)5 ～10 cm 處開(kāi)溝，將硫酸銨（施用量按N 80 kg/hm2）和過(guò)磷酸鈣（推薦選用粉末狀，施用量按P2O550 kg/hm2）均勻分配到每行的施肥溝中，然后精播。推薦使用具有側(cè)深施肥器的種肥同播播種機(jī)，可以極大提升效率。

拔節(jié)期調(diào)控：在苗期調(diào)控的對(duì)側(cè)，將N（可50%選用硫酸銨，50%選用尿素）120 kg/hm2和P2O5（過(guò)磷酸鈣）25 kg/hm2均勻分配在距玉米行10 ～15 cm 處，有條件的可以采用側(cè)深施肥機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2.7 其他配套措施

整地、灌溉、噴藥等其他農(nóng)事管理措施按常規(guī)進(jìn)行。