阿克苏地区春玉米磷阈值研究

张世民，热汗古丽·阿不拉，朱友娟，马兴旺，罗新宁

(1.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔　843300；2.阿克苏职业技术学院植物科学系，新疆阿克苏　843000；

3.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐　830052)



阿克苏地区春玉米磷阈值研究

张世民1，热汗古丽·阿不拉2，朱友娟2，马兴旺3，罗新宁1

(1.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔843300；2.阿克苏职业技术学院植物科学系，新疆阿克苏843000；

3.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐830052)

摘要：【目的】研究阿克苏地区春玉米施用磷肥安全阈值，为提高新疆南疆玉米生产率和磷肥利用率，降低环境风险提供理论基础。【方法】以玉米SC704为供试品种进行田间试验，研究施磷量(4个磷素水平:0、140、280、560 kg/hm2 P2O5)对玉米产量和土壤有效磷含量的影响。【结果】施磷量与玉米产量效应可以用二次曲线+平台模拟；当施磷量达141.8 kg/hm2时，可达到平台产量11 448.9 kg/hm2；二次曲线模型中当施磷量为219.5 kg/hm2时,玉米可达最高产量12 051.5 kg/hm2。施磷量与Olsen-P的关系可用Y=0.047 5 X+8.67拟合，R2=0.909 9;施磷量与CaCl2-P的关系可用Y=0.000 8X+0.112 3拟合，R2=0.843 5。磷素淋溶“突变点”为Olsen-P 26.2 mg/kg，要达到突变点所需要的施磷量为330.9 kg/hm2。【结论】当施磷量低于330.9 kg/hm2时,不会导致该土壤CaCl2-P猛增。在实际生产中,土壤Olsen-P达到14.4 mg/kg可获得玉米高产，其对应的施磷量为130.2 kg/hm2。

关键词：春玉米；产量；磷素淋溶；淋溶突变点

0引 言

【研究意义】随着我国农业和农村经济的快速发展，农业污染问题日益突出，特别是在集约化农区，农业污染已成为农田生态环境质量下降、地表水富营养化、地下水硝酸盐污染、农田生产能力降低的重要原因。根据2007年开展的第一次全国污染源普查结果，种植业源氮、磷排放数量已经达到270.46×104和28.47×104t，分别占各类污染源总排放量的57.2%、67.4%[1]。开展农业污染的监测、预警与防控技术研究刻不容缓。【前人研究进展】英国洛桑试验站的研究表明，作物达到最高产量所需要的土壤速效磷约为25 mg/kg[2]，研究显示，土壤中的速效磷含量为60.0～90.0 mg/kg时可以满足露天蔬菜的生产需要，温室栽培对土壤速效磷含量要求更高，而农田作物可能相对少一点[3]。刘方等[4]研究表明，黄壤旱地中速效磷可以作为地表径流中磷素损失的潜在预警指标。鲁如坤[3]认为，当速效磷达到50.0～70.0 mg/kg时，可能是农业面源磷通过渗漏污染水源的一个临界指标。姜波等[5]研究认为，76.2 mg/kg为杭州市郊菜地土壤速效磷淋失的临界值，超过此值磷素淋失风险将急剧增加。土壤速效磷浓度超过一定值(约60 mg/kg) 时，磷素就会通过淋溶损失。到目前为止，判断农田土壤磷素状况的定量标准并不一致。新疆是西北干旱半干旱地区主要的农业区域，虽然降水少，水资源短缺，生态多样性低、生态系统脆弱，但光热资源丰富，作物单产高、品质好，是我国棉花、小麦、玉米、糖料、瓜果等重要产区。以一年一熟制作物为主，绝大部分是灌溉农业。尽管滴灌、喷灌等高效节水灌溉面积在日益增加，畦灌、沟灌仍是主要的灌溉方式。【本研究切入点】畦灌毛灌溉定额在500 m3/667m2以上，灌溉量大，化肥投入量较高，容易发生氮磷流失，产生面源污染的危险性高,研究南疆地区施磷阈值。【拟解决的关键问题】以肥料效应为基础，以春玉米产量、土壤磷残留作为确定磷投入阈值的约束条件，将作物-土壤-肥料系统作为研究对象，寻求春玉米高产与环境友好双赢的磷投入阈值，为实现玉米高产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1材 料

试验于2012～2013年在新疆阿克苏地区阿拉尔市第一师农科所试验田进行，海拔992 m，N 40°33′18.15″，E 81°19′14.6″,地处塔里木盆地边缘，极端干旱气候，年平均降水量25～80 mm,蒸发量1 700～2 900 mm。土壤为林灌草甸土，土壤类型为粘土，有机质12.9 g/kg,全氮1.01 g/kg,碱解氮89.6 mg/kg,速效磷10.3 mg/kg,速效钾192 mg/kg。采用单因子随机区组试验设计，供试品种为SC704。试验设置4个磷素水平(P2O5):0、140、280、560 kg/hm2，分别以P0、P1、P2、P3表示，各处理施氮(N)量为300 kg/hm2，施钾肥(K2O)150 kg/hm2。磷肥、钾肥全部作为基肥，播前结合整地深施；氮肥为尿素(46%)，40%作为基肥，60%作追肥。追肥2次，第一次拔节期，结合灌头水开沟施入；第二次抽雄期结合灌水开沟施入。小区长7.5 m，宽4.2 m,面积31.5 m2。3次重复，随机区组排列，株行距配置为(60+30)cm×30 cm。2012年4月21日播种；2013年4月30日播种。其他田间管理措施参照当地高产玉米进行。

1.2 方 法

每季作物收获后用土钻在每个小区采8～10个0～20 cm土样制备混合样，样品量不少于1.5 kg。

测试指标：Olsen-P，CaCl2-P。

Olsen-P用钼锑抗比色法；CaCl2-P测定: 0.01 mol/L CaCl2浸提，土液比1∶10，振荡1 h，过滤，钼蓝比色法测定。

2 结果与分析

2.1 不同施磷水平对玉米产量的影响

依据2012～2013年对收获后各小区的收获穗数、穗粒数、粒重等产量构成要素的分析 ,可得到其相应的最终玉米产量。结果表明，施磷水平对玉米产量有明显的影响。在施磷量相对较少时,玉米产量随施磷量的增加而增加 ,但当施磷量达到一定数量后,磷肥对玉米产量的促进作用消失，土壤中磷素过高甚至可能造成产量降低。图1

图1不同施磷量下玉米产量变化
Fig.1Effects of phosphorous application rate on corn yield

对玉米产量与施磷量之间的关系进行拟合，得到二次曲线方程Y= -0.099 9X2+ 43.858X+ 7 237.9，R2= 0.935 8；但在实际生产中用二次曲线+平台来表示磷素水平对玉米产量的效应，可以更加符合生产实际情况。

当施磷量为219.5 kg/hm2时,玉米可达最高产量12 051.5 kg/hm2；最高产量的95%即为平台产量，当施磷量达141.8 kg/hm2时，其平台产量为11 448.9 kg/hm2。

Y=

2.2 不同施磷水平对土壤Olsen-P，CaCl2-P的影响

Olsen-P一般用于了解土壤中能够被植物吸收利用的磷含量，是反映土壤供磷能力和确定作物磷肥用量的主要指标。CaCl2-P代表一定条件下溶解态磷从土壤进入溶液或地表径流的难易程度,对水环境质量有最直接影响，可用于评价磷的淋失。

研究表明，随着施磷量的增加，Olsen-P、CaCl2-P逐渐增加，大致可以用线性方程来描述施磷量与Olsen-P、CaCl2-P的关系。施磷量与Olsen-P的关系可用Y=0.047 5X+8.67拟合，R2=0.909 9;施磷量与CaCl2-P的关系可用Y=0.000 8X+0.112 3拟合，R2=0.843 5。图2

图2 施磷量与Olsen-P、CaCl2-P的关系
Fig.2 Relationships between phosphorous application rate and soil available P concentration

2.3 不同施磷水平下土壤Olsen-P与CaCl2-P的关系

新疆石灰性土壤有Olsen-P与CaCl2-P的突变点即磷素淋溶“突变点”。当Olsen-P含量小于突变点时，磷素淋失风险低；反之，CaCl2-P随Olsen-P含量增加显著增加，淋失风险较高。以Olsen-P含量为横坐标，CaCl2-P 含量为纵坐标作图，二者的突变点为预测土壤磷素淋失的临界值。利用文献中Heckrath于1995年提出的分段回归模型[6],对发生地表径流及亚表层径流P浓度增加时Olsen-P转折点进行预测可知,土壤Olsen-P的拐点为28.4 mg/kg，而研究结果为26.2 mg/kg，两者差距不大。当土壤Olsen-P的拐点为26.2 mg/kg时，其估算值95%的置信区间为23.8 mg/kg,28.6 mg/kg；当土壤Olsen-P为26.2 mg/kg时,对应的施P2O5量为330.9 kg/hm2,其95%的置信区间为300.6 kg/hm2,361.2 kg/hm2,因此当施P2O5量低于330.9 kg/hm2时,不会导致该土壤CaCl2-P猛增。图3

图3不同施磷水平下土壤Olsen-P与CaCl2-P的关系
Fig. 3Relationship between Olsen-P and CaCl2-P of soil in different P applied level

3讨 论

磷肥施入土壤后，其中的水溶性磷与土壤发生剧烈吸附、固持，使磷肥当季利用率较低，一般为10%～25%[7]，加上后季利用也不超过25%(部分文献认为加上后季利用可达60%以上)，占施磷总量75%～90%的磷余留在土壤中[8]，过量盈余导致磷在土壤耕层累积，影响磷素存在形态，带来环境风险。尽管有研究表明磷在土壤中不容易移动[9-10]，淋溶很难发生，但近年来国内外相关研究认为，土壤磷素的垂直迁移(淋洗)也应引起人们的重视[10-12]，含磷量超过土壤吸附饱和点时会发生磷素淋洗，过量磷肥投入和不合理的灌溉方式，又增大了磷素的淋失风险[13-16]。

既要保证产量，又要避免磷素的淋溶损失和环境污染，确定磷的阈值成为关键环节。各地结果可以看到，磷素淋溶“突变点”的估算为阈值的确定提供了可行的方法。关于磷素淋溶“突变点”的研究有：北京平谷区砂壤、轻壤、重壤磷素淋溶“突变点”Olsen-P含量依次为23.1、40.1、51.5 mg/kg[17]，石家庄等地农田为55.6～63.9 mg/kg[18]，西北农林科技大学试验农场为23 mg/kg[19]，长沙郊区蔬菜种植地为78.33 mg/kg[20]，杭州郊区菜地为76.19 mg/kg[5]，苏南菜地为55 mg/kg[21]，在研究中阿克苏地区磷素淋溶“突变点”为26.2 mg/kg。各地研究结果差异较大，主要是因为土壤是一个复杂的体系，不同地区土壤的质地、理化性质、雨热条件差异很大，特别是粘粒含量和对磷素吸附、固定能力的差异。磷素进入土壤后变化过程不同，有效性、稳定性也不同；长期耕种、施肥，使土壤性质发生变化，最终使土壤磷素的淋溶特性不同。

在磷阈值的研究过程中，通常需要结合肥料-产量效应函数来确定磷肥用量的多少。当最高产量施磷量所对应的土壤Olsen-P远低于磷素淋溶“突变点”时，适量增施磷肥不会造成淋溶的风险；当最高产量施磷量所对应的土壤Olsen-P与磷素淋溶“突变点”接近时，此时的施磷量就已经具有淋溶风险。研究结果表明，当施磷量达130.2 kg/hm2时，玉米可达到平台产量1 197.1 kg/hm2。阿克苏地区春玉米最高产量施磷量所对应的土壤Olsen-P为18.7 mg/kg，而磷素淋溶“突变点”为26.2 mg/kg，现有的施磷量在获得高产的情况下不会形成磷素的淋溶损失。

4结 论

阿克苏地区施磷量与玉米产量的关系可以用二次曲线+平台来拟合，当施磷量为141.8 kg/hm2时,玉米可达平台产量11 448.9 kg/hm2；该地磷素淋溶“突变点”为Olsen-P 26.2 mg/kg，要达到突变点所需要的施磷量为330.9 kg/hm2；而在实际生产中土壤Olsen-P达到18.7 mg/kg就可获得玉米高产。要保证阿克苏地区农业的可持续发展，应做到以地定产，平衡施肥，改单次施肥为多次施肥，大力推广滴灌以及水肥一体化技术，实现作物高产的同时,提高资源的高效利用。

致谢:该试验得到中国人民解放军麦盖提基地张宏勇的帮助,特此致谢！

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Study on Phosphorus Threshold of Spring Maize in Akesu

ZHANG Shi-min1,Rerguli Abula2,ZHU You-juan2,MA Xing-wang3,LUO Xin-ning1

(1.CollegeofPlantScience，TarimUniversity,AlarXinjiang843300,China;2.AkesuVocationalandTechnologyCollege,AkesuXinjiang843000,China; 3.ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

Abstract：【Objective】 In order to improve maize productivity and raise the utilization ratio of phosphate fertilizer in Southern Xinjiang, the spring maize fertilizer application threshold was researched. 【Method】Taking Maize SC704 as test object, field experiment was conducted. This paper studied the influence of phosphorus application rate between maize yield and soil available P concentration. (Phosphorus application rate was 0, 140, 280 and 560 kg/hm2 P2O5, respectively). 【Result】The result showed that Effect of phosphorus application amount and yield of corn could be simulated by parabolic curve + platform. The platform yield 11，448.9 kg/hm2 could be reached when the phosphorus application rate reached 141.8 kg/hm2. The highest yield of maize could reach 12，051.5 kg/hm2 when phosphorus application rate was 219.5 kg/hm2 in quadratic curve model. The relationship between phosphorus application rate and Olsen-P was imitated as Y=0.047 5X+8.67，R2=0.909，9; the relationship between phosphorus application rate and CaCl2-P was simulated by Y=0.000，8X+0.112，3，R2=0.843，5.The local P leaching change-point was Olsen-P 26.2 mg/kg while Phosphorus application amount corresponding was 330.9 kg/hm2.【Conclusion】It did not happen that CaCl2-P rose sharply when phosphorus application amount was lower than 330.9 kg/hm2. In the actual production, maize high yield can be obtained while soil Olsen-P reached to 14.4 mg/kg, and the quantity of phosphorus application rate was 130.2 kg/hm2.

Key words:spring maize; yield; P leaching; leaching change-point

中图分类号：S513；S514

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)03-0455-06

作者简介:张世明(1991-)，河南许昌人，硕士研究生，研究方向为作物高产优质高效栽培，(E-mail)1509868728@qq.com通讯作者:罗新宁(1971-)，男，四川人，副教授，博士，研究方向为作物高产优质高效栽培与资源利用，(E-mail)luoxinning04@163.com

基金项目:公益性行业(农业)科研专项(20100314)

收稿日期：2015-10-12

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.009

Fund project:Supported by public wvelfare Agricultural Prugeots (20100314)