關(guān)鍵詞：谷子；磷肥深施；根系；肥料偏生產(chǎn)力；產(chǎn)量

農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，在保證作物生產(chǎn)滿(mǎn)足糧食需求的同時(shí)，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。根系具有很強(qiáng)的可塑性，良好的根系構(gòu)型有利于植株對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的獲取。施肥量和施肥方式對(duì)作物根系的生長(zhǎng)和分布具有重要影響，優(yōu)化施肥方式有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)高效。合理的磷肥用量和施用方式可以促進(jìn)根系生長(zhǎng)和下扎，有助于理想根系構(gòu)型的建成，進(jìn)而從時(shí)空分布上充分發(fā)揮其生物學(xué)潛力，提高作物產(chǎn)量和水肥資源的利用效率。

谷子抗旱耐瘠，在我國(guó)北方干旱、半干旱地區(qū)廣泛種植。由于多種植在山地、丘陵等土壤貧瘠地區(qū)，谷子產(chǎn)量水平通常較低。研究表明，合理施肥能夠有效提高谷子產(chǎn)量。

近年來(lái)，推廣應(yīng)用谷子免耕播種及機(jī)械化施肥技術(shù)，肥料施用深度普遍較淺，而磷在土壤中的擴(kuò)散能力較差，導(dǎo)致有效磷多富集于土壤表層。磷素在土壤表層富集，不利于谷子根系生長(zhǎng)和下扎，同時(shí)也會(huì)降低根系對(duì)深層土壤水肥資源的利用。如何施肥，使根系的生長(zhǎng)分布在時(shí)空上與土壤水肥資源充分耦合，前人在氮肥深施方面研究的較多，而磷肥施深相關(guān)研究相對(duì)較少，且多集中在玉米、小麥等大宗作物上。磷肥對(duì)谷子影響的研究多集中在磷肥用量以及與氮、鉀肥的合理配比等方面，關(guān)于磷肥深施對(duì)谷子產(chǎn)量、根系生長(zhǎng)、水肥利用方面的研究鮮有報(bào)道。朱燦燦等在單一磷肥水平下研究了不同磷肥施用深度對(duì)谷子根系、氮素利用和產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，磷肥深施（15cm）能夠有效促進(jìn)谷子根系向深層土壤生長(zhǎng)，提高根系對(duì)土壤氮素的吸收和利用，較磷肥淺施（5cm）增產(chǎn)32.86%。為此，本研究設(shè)置低、中、高3個(gè)磷肥水平，分析磷肥深施對(duì)不同土層中的谷子根系分布、土壤水分、土壤有效氮含量，以及對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響，以期探索出谷子磷肥運(yùn)籌的合理途徑，為其高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)于2023年在鄭州市農(nóng)業(yè)科技研究院須水試驗(yàn)場(chǎng)（113°27 '58\"E，34°46'20\"N）進(jìn)行。前茬小麥?zhǔn)斋@后，于6月10日取0～50cm土樣測(cè)定耕層土壤基礎(chǔ)肥力，結(jié)果為：有機(jī)質(zhì)含量7.61g/kg、有效氮41.20mg/kg、有效磷9.35mg/kg、速效鉀77.95mg/kg，pH值7.59。

供試谷子品種為鄭農(nóng)谷7號(hào)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，以施磷量為主區(qū)，設(shè)P205用量為50kg/hm2（低磷，LP）、100kg/hm2（中磷，MP）、150kg/hm2（高磷，HP）3個(gè)水平；以施磷深度為副區(qū)，設(shè)5cm（淺施，D5）和15cm（深施，D15）2個(gè)水平。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)行長(zhǎng)5m，行距0.4m，面積16m2。播種前，均勻撒施N300kg/hm2、K20 60kg/hm2，結(jié)合小麥滅茬旋耕深松，種植行旁開(kāi)溝，將磷肥施在相應(yīng)深度。播種后，微噴灌溉一次，3～4葉期間苗、5～6葉期定苗，留苗密度為45萬(wàn)株/hm2。各生育時(shí)期及時(shí)進(jìn)行病蟲(chóng)草害防治。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤含水量：分別于抽穗期和成熟期，在植株根系附近，用土鉆分別取0～10、10～20、20～40cm土壤樣品，每小區(qū)選取3個(gè)點(diǎn)取樣，相同土層土樣混合為一個(gè)土樣。采用烘干法測(cè)定土壤含水量。

根系干質(zhì)量：抽穗期，每小區(qū)選取有代表性、長(zhǎng)勢(shì)一致且相連的植株5株，以植株為中心，行距方向半徑取20cm，株距方向兩端植株各外延3cm，按照0～10、10～20、20～40cm分為3個(gè)土層，分別將每層挖出的根土裝入網(wǎng)袋，用流水沖洗干凈并挑出全部根系。用EPSON掃描儀記錄根系形態(tài)，然后用WinRHIZO Pro分析根長(zhǎng)。將掃描完的根烘干至恒質(zhì)量，稱(chēng)根干質(zhì)量。

土壤有效氮含量：成熟期，在植株根系附近用土鉆分別取0～10、10～20、20～40cm土壤樣品，每小區(qū)選取3個(gè)點(diǎn)取樣，相同土層土樣混合為一個(gè)土樣。將土壤風(fēng)干過(guò)篩后，用堿解擴(kuò)散法測(cè)定有效氮含量。

產(chǎn)量及其構(gòu)成因素：成熟期，每小區(qū)選取5株有代表性的植株，測(cè)定單穗重、單穗粒重、出谷率、千粒重、收獲指數(shù)等性狀，并對(duì)小區(qū)進(jìn)行收獲測(cè)產(chǎn)。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

土壤含水量（%）=（原土質(zhì)量一烘干土質(zhì)量）／烘干土質(zhì)量×100：

肥料偏生產(chǎn)力=籽粒產(chǎn)量／施肥量，分別計(jì)算氮、磷、鉀各單質(zhì)肥料的偏生產(chǎn)力；

單位肥料增產(chǎn)量=（磷肥深施處理的籽粒產(chǎn)量一磷肥淺施處理的籽粒產(chǎn)量）／施肥量，分別計(jì)算氮、磷、鉀各單質(zhì)肥料單位增產(chǎn)量。

采用Microsoft Excel 2017對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1磷肥深施對(duì)谷子根系生長(zhǎng)的影響

由表1可以看出，谷子抽穗期的根長(zhǎng)和根干質(zhì)量隨土層深度增加呈遞減趨勢(shì)。3個(gè)施磷水平下，磷肥深施（15cm）均能提高總根長(zhǎng)和總根干質(zhì)量，但不同土層間有差異。不同水平磷肥深施大多顯著降低淺層（0～10cm）土壤中的根長(zhǎng)和根干質(zhì)量，顯著提高深層（10～20、20～40cm）土壤中的根長(zhǎng)和根干質(zhì)量。磷肥深施較淺施（5cm），0～10cm土層內(nèi)根長(zhǎng)降低2.40%～4.04%，根干質(zhì)量降低4.35%～6.08%; 10～20cm土層中根長(zhǎng)提高11.79%～15.64%，根干質(zhì)量提高31.11%～34.09%：20～40cm土層中根長(zhǎng)提高106.25%～119.72%，根干質(zhì)量提高80.00%～109.09%。另外，不論深施還是淺施，中、高磷條件下的總根干質(zhì)量變化基本不明顯，但大多顯著高于低磷條件下的總根干質(zhì)量。

2.2磷肥深施對(duì)土壤含水量的影響

由表2可以看出．0～40cm土層范圍內(nèi)，谷子抽穗期和成熟期土壤含水量隨土層深度增加呈遞減趨勢(shì)。磷肥水平和施用深度對(duì)抽穗期和成熟期土壤含水量有一定影響，尤其是深層土壤。提高磷肥用量，大多數(shù)土層土壤含水量稍有降低。磷肥深施整體降低了抽穗期和成熟期深層（10～20、20～40cm）土壤的含水量，其中，中、高磷條件下，磷肥深施顯著降低抽穗期20～40cm土層的土壤含水量?？梢?jiàn)，磷肥深施可以促進(jìn)植株對(duì)深層土壤水分的利用。

2.3磷肥深施對(duì)土壤有效氮含量的影響

圖1顯示，0～40cm土層范圍內(nèi)，谷子成熟期土壤有效氮含量隨土層深度增加呈遞減趨勢(shì)。磷肥水平和施用深度對(duì)0～10cm土層土壤有效氮含量影響較小，對(duì)10～20、20～40cm土層有效氮含量影響明顯。提高磷肥用量，10～20cm土層有效氮含量呈降低趨勢(shì)，表明磷肥能夠促進(jìn)氮肥的利用。磷肥深施降低了10～20、20～40cm土層有效氮含量，其中，中、低磷條件下，10～20、20～40cm土層有效氮含量顯著降低：高磷條件下，20～40cm土層有效氮含量顯著降低。表明磷肥深施可以促進(jìn)植株對(duì)深層土壤中氮素的利用。

2.4磷肥深施對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可知，3個(gè)磷水平下深施處理均能顯著提高籽粒產(chǎn)量，單穗重、單穗粒重、出谷率、千粒重和收獲指數(shù)也有不同程度的提高。磷肥深施較淺施，籽粒產(chǎn)量、單穗重、單穗粒重、出谷率、千粒重和收獲指數(shù)分別提高6.20%～8.35%、1.77%～6.12%、3.67%～8.80%、1.61%～2.61%、1.48%～3.41%和2.11%～4.94%，其中，籽粒產(chǎn)量、單穗重、單穗粒重和收獲指數(shù)在低磷條件下的提升效果最好。磷肥深施與淺施，低磷條件下的單穗重、單穗粒重、出谷率、千粒重和中磷條件下的千粒重等性狀均存在顯著性差異；其他性狀差異不顯著。另外，施用深度一致時(shí)，中、高磷條件下的籽粒產(chǎn)量顯著高于低磷條件下的，而中、高磷處理間差異不顯著，表明該試驗(yàn)條件下，中磷水平（P205 100kg/hm2）能較好地滿(mǎn)足谷子生長(zhǎng)。

2.5磷肥深施對(duì)肥料偏生產(chǎn)力的影響

由表4可以看出，相同的磷肥用量，深施較淺施，氮、磷、鉀肥的偏生產(chǎn)力均得到提高，除了高磷條件下磷肥偏生產(chǎn)力提高不顯著外，其他均顯著提高。磷肥深施較淺施，單位氮肥籽粒增產(chǎn)量為1.39～1.71kg/kg，單位磷肥籽粒增產(chǎn)量為2.78～10.26kg/kg，單位鉀肥籽粒增產(chǎn)量為6.95～8.55kg/kg，三種肥料的單位增產(chǎn)量均在低磷條件下最高。

2.6產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與土壤含水量、有效氮含量的關(guān)系

相關(guān)性分析（表5）表明，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與10～20、20～40cm土層土壤含水量、有效氮含量存在較高的相關(guān)性，而與0～10cm土層土壤含水量、有效氮含量的相關(guān)性較弱。尤其是10～20cm土層，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與土壤含水量、有效氮含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)。另外，籽粒產(chǎn)量與抽穗期、成熟期20～40cm土層土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)：出谷率與抽穗期、成熟期20～40cm土層土壤含水量及成熟期20～40cm土層土壤有效氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)，其他性狀與20～40cm土層土壤含水量和有效氮含量的相關(guān)系數(shù)也較大，但未達(dá)顯著水平。

3討論

3.1磷肥深施促進(jìn)了深層土壤中谷子根系的生長(zhǎng)

植物對(duì)土壤水肥資源的吸收和利用與根系構(gòu)型密切相關(guān)，而根系具有很強(qiáng)的可塑性。對(duì)作物而言，通過(guò)調(diào)節(jié)施肥水平和位置，可以刺激根系生長(zhǎng)或增殖，從而提高對(duì)土壤水肥資源的吸收。本研究結(jié)果顯示，在低、中、高3個(gè)磷肥水平下，深施（15cm）較淺施（5cm）均顯著提高了10～20、20～40cm土層中的根長(zhǎng)和根干質(zhì)量，而0～10cm土層中的根長(zhǎng)和根干質(zhì)量有所降低。這與朱燦燦等的試驗(yàn)結(jié)果一致，磷肥適當(dāng)深施可以促進(jìn)深層土壤根系生長(zhǎng)或增殖，為更好地利用深層土壤水肥資源奠定基礎(chǔ)。本研究也發(fā)現(xiàn)，同樣的施用深度，中、高磷條件下的總根干質(zhì)量變化基本不明顯，表明本試驗(yàn)條件下的基礎(chǔ)地力水平或磷肥水平，施用中等水平磷肥量（P205 100kg/hm2）就能較好地滿(mǎn)足谷子根系生長(zhǎng)。

3.2磷肥深施促進(jìn)了谷子對(duì)深層土壤中水肥資源的利用

肥料運(yùn)籌通過(guò)調(diào)控根系在土壤中的時(shí)空分布，影響作物對(duì)不同土層中水肥資源的吸收以及在作物體內(nèi)的積累和分配。適度增加磷肥施用深度有利于根系向下生長(zhǎng)，提高作物對(duì)深層土壤中的水肥資源利用效率。本研究發(fā)現(xiàn)，磷肥水平和施用深度對(duì)谷子抽穗期和成熟期10～20、20～40cm土層中的土壤含水量產(chǎn)生一定影響：提高磷肥用量，抽穗期和成熟期土壤含水量稍有降低，表明磷肥可以促進(jìn)谷子對(duì)土壤水分的利用。磷肥深施降低了抽穗期和成熟期10～20、20～40cm土層的土壤含水量，表明磷肥深施主要是提高谷子對(duì)深層土壤水分的利用效率。同樣地，磷肥水平和施用深度對(duì)成熟期10～20、20～40cm土層的土壤有效氮含量影響明顯：隨著磷肥用量的增加，成熟期10～20cm土層有效氮含量呈降低趨勢(shì)，表明磷肥能夠促進(jìn)土壤氮素的利用。在低、中、高3個(gè)磷肥水平下，磷肥深施均降低了成熟期深層土壤的有效氮含量，尤其是20～40cm土層，表明磷肥適當(dāng)深施能夠促進(jìn)谷子對(duì)深層土壤氮素的利用。朱燦燦等在中等磷肥水平上的研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。另外，通過(guò)對(duì)肥料偏生產(chǎn)力的分析發(fā)現(xiàn)，磷肥深施較淺施，氮、磷和鉀三種肥料的偏生產(chǎn)力均有提高，尤其在低磷水平條件下提高更顯著。因此，合適的肥料用量并采用磷肥深施，可以調(diào)節(jié)谷子根系的時(shí)空分布，使根系的生長(zhǎng)在時(shí)空上與土壤水肥資源充分耦合，達(dá)到水肥資源的高效利用。

3.3谷子磷肥深施具有明顯的節(jié)肥增產(chǎn)效果

化肥的大量使用在增加糧食產(chǎn)量的同時(shí)，卻也給環(huán)境帶來(lái)了不利影響，優(yōu)化施肥方式是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)高效、緩解環(huán)境壓力的有效途徑。前人對(duì)不同作物的研究均表明，適當(dāng)?shù)牧追噬钍┠芴岣叻柿系睦眯?，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，不同磷水平下深施（15cm）較淺施（5cm），單穗重、單穗粒重、出谷率、千粒重和收獲指數(shù)均有不同程度的提高，最終籽粒產(chǎn)量提高6.20%～8.35%。相關(guān)性分析表明，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與深層土壤的含水量、有效氮含量存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，尤其是10～20cm土層。這些結(jié)果表明，磷肥深施增產(chǎn)的主要原因是深層土壤根系的擴(kuò)增促進(jìn)了谷子對(duì)深層土壤水肥資源的利用。本研究中，低磷條件下磷肥深施（P205 50 kg/hm2，15cm）的產(chǎn)量高于中磷條件下磷肥淺施（P205 100kg/hm2，5cm）；而中磷條件下磷肥深施（P205 100kg/hm2，15cm）的產(chǎn)量顯著高于高磷條件下磷肥淺施（P205 150kg/hm2，5cm）。以上結(jié)果表明，谷子生產(chǎn)上，采用磷肥深施（15cm）可以達(dá)到節(jié)肥增產(chǎn)的目的。

4結(jié)論

磷肥深施15cm能夠有效促進(jìn)10～20、20～40cm土層中谷子根系的生長(zhǎng)，提高根系對(duì)深層土壤中水分和養(yǎng)分的利用，可以不同程度地提高谷子單穗重、單穗粒重、出谷率、千粒重和收獲指數(shù)，進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量6.20%～8.35%，具有顯著的節(jié)肥增產(chǎn)效果。