蘇同慶，邢 璐，王火焰，周健民

(1.南寧師范大學(xué)，北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西地表過程與智能模擬重點實驗室，廣西 南寧 530001；2.金正大生態(tài)工程集團股份有限公司，山東 臨沭 276700；3.中國科學(xué)院 南京土壤研究所，土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室，江蘇 南京 210008；4. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

磷是作物正常生長發(fā)育所必需的重要營養(yǎng)元素，在提高作物產(chǎn)量和增強作物抗性方面作用顯著，而磷流失也是造成農(nóng)業(yè)面源污染、地表水體富營養(yǎng)化的重要因素[1-2]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤有效磷主要受磷肥施用的影響，而磷肥在土壤中的轉(zhuǎn)化過程非常復(fù)雜，受土壤pH值、碳酸鈣含量等土壤性質(zhì)和土地利用類型等多方面因素的影響[3]。土壤對磷肥的吸附固定能力極強，這種現(xiàn)象在石灰土上更加明顯，有70%～90%的磷肥在當(dāng)季被土壤固定[4]，造成磷肥當(dāng)季利用率過低，僅為10%～25%[5]。影響精準(zhǔn)化施肥效果的主要因素有肥料種類、施用深度及施用位置[6]，因此，優(yōu)化磷肥種類、調(diào)整施肥方式是提高磷肥利用率，緩解施磷環(huán)境壓力的有力舉措[7-12]，根區(qū)施肥就是一種將肥料施到植物活性根系分布區(qū)域，使肥料養(yǎng)分擴散的動態(tài)范圍與根系伸展的動態(tài)范圍盡可能達到最佳匹配，以期養(yǎng)分供應(yīng)的濃度(強度)、用量、空間和時間與植株養(yǎng)分需求高度匹配的施肥模式[13]。據(jù)江尚燾等[7]研究，磷酸氫二銨對小麥的增產(chǎn)效果優(yōu)于磷酸二氫鈣，且種子正下方5 cm條施增產(chǎn)效果優(yōu)于其他施肥方式。楊云馬等[9]研究表明，磷肥集中施在24 cm土層處理夏玉米的根系長度最大，籽粒產(chǎn)量最高。張瑞富等[10-11]研究顯示，深松措施下，磷肥施用深度適度下移至12 cm可提高春玉米的總根干質(zhì)量、比根長、磷素吸收效率、磷肥利用效率和籽粒產(chǎn)量。磷肥適度深施促進作物更好生長，同時減少地表徑流和土壤侵蝕對磷肥造成的損失，降低農(nóng)業(yè)面源污染的潛在風(fēng)險。前人研究一定程度上探討了耕作措施、磷肥種類、施肥深度對磷肥利用率和作物產(chǎn)量的影響，但是對于不同種類氮肥配施條件下磷肥利用率和作物產(chǎn)量，特別是距離施肥位點不同距離處有效磷含量與分布情況研究尚不充分。潮土在華北平原分布廣泛，地勢平坦，土層深厚，水熱資源較豐富，產(chǎn)量潛力巨大，是我國主要的旱作土壤。因此，本研究選用潮土為材料，采用溫室盆栽方法，選擇尿素和硫酸銨2種氮肥，探討在不同氮肥配施下磷酸二氫鈣和磷酸氫二銨的不同施用方式對距施肥位點不同距離處Olsen-P、小麥產(chǎn)量、吸磷量和磷肥表觀利用率的影響，以期為提高磷肥利用效率，緩解施肥環(huán)境壓力提供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試土壤為潮土，采自河北衡水市郊(37°44′ N，115°47′ E)耕層(0～20 cm)。土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，其基本理化性質(zhì)采用傳統(tǒng)方法測定[14]，具體為：pH值8.29，有機質(zhì)18.4 g/kg，全氮1.25 g/kg，全磷0.64 g/kg，碳酸鈣74.5 g/kg，有效磷16.21 mg/kg。土壤風(fēng)干磨細過2 mm篩備用。供試的小麥 (TriticumaestivumL.)品種為寧麥13，供試磷肥為磷酸二氫鈣(P1)和磷酸氫二銨(P2)，配施氮肥為尿素(N1)和硫酸銨(N2)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在中國科學(xué)院南京土壤研究所溫室內(nèi)進行。試驗選用的盆缽長35 cm、寬25 cm、高12 cm，每盆裝土10 kg，土層深度約為10 cm，肥料品種為磷酸二氫鈣、磷酸氫二銨、尿素、硫酸銨、氯化鉀，施肥量為P2O50.1 g/kg，K2O 0.1 g/kg，N 0.1 g/kg，其他元素以10 mL/kg阿農(nóng)營養(yǎng)液(100倍)的方式加入。磷肥與配施氮肥組合為：①磷酸二氫鈣，配施尿素(P1N1)；②磷酸二氫鈣，配施硫酸銨(P1N2)；③磷酸氫二銨，配施尿素(P2N1)；④磷酸氫二銨，配施硫酸銨(P2N2)。磷肥與配施氮肥施用方式如下：①全土混施，將肥料與全土混勻施用(A)；②垂直方向距土壤表層5 cm，水平方向距小麥根系0 cm條施(B)；③垂直方向距土壤表層5 cm，水平方向距小麥根系12 cm條施(C)，同時設(shè)置不施肥對照處理(CK)，共13個處理，每個處理重復(fù)3次。鉀肥和含其他元素的營養(yǎng)液與全土混勻施用。選取籽粒均一、發(fā)芽一致催芽后的小麥種子，等株距播種，每盆平行于施肥帶播種1行，共25粒，其他管理措施與田間管理一致。

1.3 樣品采集與測定

植物樣品：在小麥成熟收獲后，收取地上部植物樣。將籽粒與秸稈分開采集，用去離子水洗凈、烘干后稱質(zhì)量。將小麥樣品磨碎，H2SO4-H2O2消解后，用ICP-AES測定其中總磷的含量。

土壤樣品：在小麥成熟收獲后采集土壤樣品。條施處理(B、C)中分別取施肥條帶上下左右的土壤樣品。土壤樣品為截面2 cm×2 cm，且去除與盆缽接觸部分的土壤條帶，不施肥(CK)、全土混施(A)的取樣方法參考條施處理，土壤取樣分布如圖1所示。土壤樣品風(fēng)干、過0.84 mm 篩后，選擇C施肥方式下的D3土樣測定其pH值(土水比為1.0∶2.5)，并選擇所有處理下的D3及其垂直方向臨近土樣(D1，D2，D4，D5)和水平方向臨近土樣(L2，L1，R1，R2)用NaHCO3溶液(土水比1∶20)浸提，鉬藍比色法測定其Olsen-P[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010處理，Origin 8.5作圖，并用SPSS 20.0對施肥點pH值、施肥點Olsen-P、小麥籽粒生物量、秸稈生物量、地上生物量、收獲指數(shù)、籽?？偭?、秸稈總磷、地上部總磷、磷收獲指數(shù)和磷肥表觀利用率進行單因素方差分析(One-way ANOVA，LSD，α =0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05)，圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。用SPSS 20.0一般線性模型檢驗肥料種類、施肥方式及其相互作用對不含對照的施肥點Olsen-P、小麥籽粒生物量、秸稈生物量、地上生物量、收獲指數(shù)、籽?？偭?、秸稈總磷、地上部總磷、磷收獲指數(shù)和磷肥表觀利用率的影響。

相關(guān)計算如下：

收獲指數(shù)=小麥籽粒生物量/地上生物量；

磷收獲指數(shù)=小麥籽粒總磷/地上總磷；

磷肥表觀利用率=(施磷處理總量-對照處理總量)/施磷量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷配施對施肥點pH值的影響

肥料施用后，施肥點土壤pH值均顯著下降(P<0.05)，以P1N2下降最顯著，pH值接近中性(7.27)，下降幅度依次是CK

2.2 氮磷配施和施肥方式對土壤中Olsen-P的影響

不同氮磷配施和施肥方式對土壤Olsen-P影響明顯不同。對于A施肥方式不同位置和B、C施肥方式非施肥點位置(除D3之外位置)，不同磷肥種類和不同氮肥配施的土壤Olsen-P在垂直方向和水平方向均無顯著差異，且與對照處理相同位置Olsen-P無顯著差異。對于施肥點位置，肥料種類和施肥方式均對土壤Olsen-P影響顯著(圖3、表1)?？傮w來說，土壤Olsen-P依施肥方式A、施肥方式B、施肥方式C次序遞增，施用磷酸二氫鈣處理優(yōu)于施用磷酸氫二銨處理，配施硫酸銨處理較配施尿素處理為高，以磷酸二氫鈣配施硫酸銨(P1N2)的C施肥方式為最高(219.62 mg/kg)，而磷酸二氫鈣配施尿素(P1N1)的C施肥方式為154.05 mg/kg。

表1 肥料種類、施肥方式及其相互作用對相關(guān)指標(biāo)(不含對照)的影響(F值)Tab.1 The effects of fertilizer species，application methods and their interaction on relevant indicators(excluding CK)(F value)

2.3 氮磷配施和施肥方式對小麥秸稈、籽粒、地上部生物量和收獲指數(shù)的影響

不同氮磷配施和施肥方式的小麥地上生物量和秸稈生物量均顯著高于不施肥對照處理(27.37，15.03 g/盆)，但不同氮磷配施和施肥方式對小麥地上、籽粒、秸稈生物量和收獲指數(shù)影響不同(圖4、表1)。對于小麥秸稈生物量，施肥方式A明顯優(yōu)于施肥方式B和C，且施肥方式B和C之間差異不顯著，其中磷酸氫二銨配施尿素(P2N1)的A施肥方式小麥秸稈生物量最高(26.77 g/盆)，較對照(15.03 g/盆)提高78%。相同肥料組合的B和C的小麥籽粒生物量與收獲指數(shù)均沒有顯著差異，但P1N1之外的其他肥料組合的施肥方式B的小麥籽粒生物量和收獲指數(shù)均顯著優(yōu)于施肥方式A，其中磷酸二氫鈣配施硫酸銨(P1N2)的B施肥方式最優(yōu)(21.11 g/盆、0.51)。

2.4 氮磷配施和施肥方式對小麥秸稈、籽粒、地上部總磷、磷收獲指數(shù)和磷肥表觀利用率的影響

氮磷配施和施肥方式對小麥秸稈、籽粒、地上部總磷和磷收獲指數(shù)影響有所相同(圖5、表1)。施肥方式A小麥秸稈總磷顯著高于對照處理(0.01 g/盆)，且在P2N1和P2N2肥料組合下顯著優(yōu)于施肥處理B和C。在A施肥方式下，無論配施尿素還是硫酸銨，磷酸氫二銨處理小麥秸稈總磷均顯著高于磷酸二氫鈣相應(yīng)處理。相比對照處理，施肥處理不同程度提高了小麥籽?？偭祝煌柿戏N類和施肥方式之間沒有顯著差異。不同氮磷配施和施肥方式的小麥地上部總磷均顯著高于不施肥對照處理(0.05 g/盆)，且施肥方式A更大程度地提高了小麥地上部總磷，特別是P2N1、P2N2均達到顯著水平，均為0.11 g/盆。施肥方式A 的磷收獲指數(shù)低于施肥方式B和C，同時顯著低于不施肥對照處理?？傮w來看，施肥方式A磷肥表觀利用率優(yōu)于施肥方式B和C(圖6、表1)，但是這掩蓋了施肥方式B和C中更多的磷進入小麥籽粒的事實。

3 討論與結(jié)論

磷肥配施不同氮肥顯著影響施肥點土壤pH值和磷肥的有效性。不同肥料種類條施均顯著降低施肥點土壤pH值，提高Olsen-P含量，從施肥處理C施肥點土壤pH值和Olsen-P含量可以看出，土壤Olsen-P含量與pH值呈明顯的負相關(guān)。前人研究指出，施用磷酸二氫鈣和磷酸氫二銨均能顯著降低土壤pH值，且施用磷酸二氫鈣降低作用更為顯著[15-16]。配施尿素和硫酸銨均較單施磷酸二氫鈣降低了土壤pH值，且配施硫酸銨降低作用更為顯著，這主要是因為尿素水解產(chǎn)生的NH4+濃度低于添加硫酸銨之后的NH4+濃度。石灰性土壤pH值普遍較高，施肥造成其pH值下降，但仍在7.0以上，這加劇了磷肥的溶解，提高了土壤Olsen-P含量，又不至于造成pH值過低(酸性環(huán)境)引起碳酸鈣大量溶解而降低磷肥有效性[16]。

磷肥配施不同氮肥顯著影響小麥生物量和對磷的吸收利用。氮磷配施對小麥地上部生物量和地上部總磷的影響均不顯著，但是在小麥籽粒與秸稈分配中明顯不同。小麥生長前期，土壤中氮磷含量較高，不同磷肥及配施氮肥均能滿足小麥生長，故小麥秸稈生物量處理之間差異不顯著，但施肥處理A方式下施用磷酸氫二銨的小麥秸稈總磷顯著高于施用磷酸二氫鈣處理，其原因主要是2種磷肥在土壤中轉(zhuǎn)化方式與遷移距離不同，這與江尚燾等[7]研究結(jié)果，即磷酸氫二銨對小麥的效果優(yōu)于磷酸二氫鈣相一致。小麥生長后期，小麥籽粒生物量在施肥處理A方式下施用磷酸二氫鈣較高，其原因可能是本試驗中磷肥均作為基肥一次施用，較多的磷酸氫二銨中的磷存在于小麥秸稈中，導(dǎo)致后期小麥籽粒形成過程中磷酸氫二銨供應(yīng)不足。

肥料不同施用方式顯著影響小麥生物量和對磷的吸收利用。研究顯示，磷肥深施能促進作物植株對磷的吸收利用，提高磷效率，進而提高作物產(chǎn)量[17-18]。也有研究指出，磷肥深施僅促進作物營養(yǎng)生長階段的生長，提高植株對磷的吸收，但對產(chǎn)量影響不顯著[19-20]。在本研究中，從小麥地上生物量看，磷肥不同施用方式之間沒有顯著差異，但從小麥的收獲指數(shù)，即小麥籽粒占小麥地上部生物量的比值可以看出，施肥處理B方式下，P1N2、P2N1和P2N2肥料組合的小麥的收獲指數(shù)和磷收獲指數(shù)均顯著高于A施肥方式。植物不同器官之間存在一定的比例，植物不同器官內(nèi)營養(yǎng)元素之間存在一定的生態(tài)化學(xué)計量比例[21]，小麥生長前期，A施肥方式小麥吸收更多的氮磷用來形成營養(yǎng)器官，即小麥秸稈，小麥生長后期，A施肥方式小麥不能獲取充足的氮磷來進行生殖生長，因此，小麥的收獲指數(shù)和磷收獲指數(shù)均較低。施肥方式B和C，氮磷肥料組合距離小麥根系一定距離條施，不同程度起到了控釋的作用，避免了小麥前期秸稈的徒長和養(yǎng)分的奢侈吸收。小麥后期吸收更多的氮磷用來進行籽粒的形成，小麥的收獲指數(shù)和磷收獲指數(shù)更高，因此，施肥方式B和C對小麥籽粒的形成更為有利。本研究為溫室盆栽試驗，澆水較大田規(guī)律、及時，土壤大多時間處于相對濕潤的狀態(tài)，小麥根系的生長和肥料的擴散與質(zhì)流共同造成小麥能吸收到更遠距離的氮磷，這可能是造成B和C施肥方式差異不顯著的主要原因。

本研究為短期溫室盆栽試驗，主要研究了肥料施用對土壤磷素和作物吸收利用磷的影響，對土壤中其他養(yǎng)分元素、土壤結(jié)構(gòu)、土壤有機質(zhì)等土壤性質(zhì)的響應(yīng)未做探討。后續(xù)研究應(yīng)該開展生產(chǎn)實踐的驗證，同時對施肥后土壤性質(zhì)進行長期跟蹤監(jiān)測，以真實、客觀評價施肥對土壤和作物的短期效果與長期效應(yīng)。

磷肥施用種類、配施氮肥種類與肥料施用方式均對潮土Olsen-P和小麥生長發(fā)育存在顯著影響。從本研究可以看出，磷酸二氫鈣處理施肥點pH值降低較磷酸氫二銨更為強烈，Olsen-P含量更高，配施硫酸銨較配施尿素增強了Olsen-P含量的提高。在小麥生長發(fā)育方面，施用磷酸氫二銨的效果優(yōu)于磷酸二氫鈣，肥料在一定土層深度施用優(yōu)于全土混施。因此，在復(fù)合肥研發(fā)與生產(chǎn)中，磷酸氫二銨比磷酸二氫鈣更有優(yōu)勢，在施肥措施中，一定土層深度集中施用比撒施、表層土混施更為合適，這不僅可以提高肥料利用率和小麥產(chǎn)量，還可減少肥料向鄰近水體的流失，降低農(nóng)業(yè)面源污染和水體富營養(yǎng)化的潛在風(fēng)險。