供磷水平對玉米磷動態積累及磷肥效率的影響

據統計，世界約43%的耕地缺乏磷，2.3個國家嚴重缺乏磷。然而，由于一些地區長期使用氮肥，土壤中的磷儲量正在增加。磷在土壤中移動性很小,我國當季作物磷肥利用率只有10%～20%。然而,磷在植物體內移動性較強,它在各器官的積累和分配對植物生長和提高肥料利用率有重要作用。土壤有效磷含量多少對作物生長、光合產物積累以及磷在植物體內分配有一定影響。關于這方面的研究在缺磷條件下較多,供試作物主要有小麥、番茄等。玉米是典型的對磷敏感的作物,由于生產中的盲目施肥以及各地土壤磷含量存在較大差異,常會發生施磷過量或不足的情況,造成磷肥資源浪費或分配不合理現象。而磷礦石又是不可再生資源,因此磷肥的科學施用對我國玉米生產乃至農業的可持續發展具有重要意義。目前,許多學者在缺磷或低磷條件下研究了玉米的反應。如張麗梅等明確低磷脅迫對不同耐低磷玉米各生育期生長發育的影響不同;Pellerin等發現,低磷脅迫的玉米第4～7節上的次生根數目減少;米國華等盆栽試驗表明,低磷脅迫降低玉米自交系地上部重、初生根重、次生根重及磷累積量,沒有影響初生根及次生根數量。關于作物養分吸收和干物質積累的動態研究主要集中在不同種植方式或施肥處理的影響方面,比較系統的研究不同供磷水平下玉米體內干物質和磷積累及分配規律的甚少。本試驗在不同供磷水平下,研究玉米各器官的干物質和磷動態積累、分配規律以及磷肥效率,以期為玉米高產高效、合理施用磷肥提供科學依據。1材料和方法1.1對試驗地造林地施肥2007年試驗在河北省寧晉縣換馬店鄉秦邱村的農田進行。供試土壤為潮土,其pH7.91,有機質含量17.8g/kg,堿解氮64.6mg/kg,速效磷24.4mg/kg,速效鉀52.1mg/kg。試驗設4個處理:不施磷對照(P0)、施磷(P2O5)45kg/hm2(P1)、施磷90kg/hm2(P2)、施磷135kg/hm2(P3),重復4次,隨機區組排列。各處理均以相同的氮、鉀肥作肥底,其中氮肥用量為N240kg/hm2,鉀肥用量為K2O180kg/hm2。所用肥料為尿素(N46%)、三料磷肥(P2O546%)和KCl(K2O60%)。氮肥一半底施,一半大喇叭口期追施,磷、鉀肥全部底施。前茬小麥收獲后,秸稈全部還田,全部底肥充分混勻后分區撒施于地表,旋耕12～15cm。小區面積6m×8m,田間壟溝寬60cm。供試玉米為鄭單958,6月14日播種,6月20日出苗,南北行向播種,播種深度4cm,行距50cm,株距28～30cm,每小區16行,播種后澆水。三葉期后定苗,其余田間管理按一般大田生產規范。1.2復綠假單株分離法ames試驗分別在玉米生長的大喇叭口、抽雄吐絲、灌漿和成熟期,即出苗后的40、58、79和100d先觀察各小區玉米整體長勢,然后挖取有代表性的玉米1株(為了操作方便,挖深約60cm,面積約0.09m2),用自來水將根系沖洗干凈。然后,將所取的根系和地上部各器官包括穗(成熟期分為子粒和穗軸)、葉(包括苞葉)和莖(包括葉鞘),分別用蒸餾水沖洗干凈,于105℃殺青30min后,在70℃烘至恒重,稱干重。粉碎后,采用H2SO4-H2O2消煮和釩鉬黃比色法測定磷濃度。本試驗用每天各器官的干重或磷凈增量表示該生長階段的干物質或磷積累動態,即出苗0～40d的各器官干重凈增量等于40d時各器官的干物質或磷總量除以天數(40d);40～58d的各器官干物質或磷凈增量等于58d時各器官的干物質或磷總量減去40d時相應各器官的干物質或磷總量,再除以天數(18d),依次類推。于出苗后105d實收8行植株(各小區平均收取161株,占小區總面積的1/2)的穗數,稱其鮮重,曬干,脫粒后,分別稱子粒和穗軸干重。再根據8行取樣株數、各小區總株數和小區面積,折算出各處理子粒含水量為14%時的產量。每個處理取10個果穗進行穗粗、穗長、禿尖長度、穗行數、行粒數、百粒重、單株粒重等性狀調查。有關參數計算公式:磷肥表觀利用率(ARE)(%)=(施磷肥區植物吸磷量-無磷肥區植物吸磷量)×100/施磷肥量;磷肥農學效率(AUE)(kg/kg)=(施磷肥區子粒產量-無磷肥區子粒產量)/施磷肥量;磷肥生理利用率(PUE)(kg/kg)=(施磷肥區子粒產量-無磷肥區子粒產量)/(施磷肥區植物吸磷量-無磷肥區植物吸磷量)。用Excel2003進行數據處理,用SAS統計軟件進行方差分析。2結果與分析2.1不同施磷量對玉米根系干重的影響同一供磷水平下,隨著生育期的延長,P0和P1的根系干重不斷增加直到成熟;而P2和P3的根系干重在出苗后58d時達到最大,以后逐漸降低(圖1)。同一取樣時期,除成熟期外,隨施磷量增加,各施磷水平下的根系干重均增加,以P2處理水平最大,因為低磷條件下玉米的次生根數目減少,初生根和次生根重降低。成熟期,各施磷水平下的根系干重差別不大。2.2不同生長階段玉米各器官干物質積累的變化表1表明,0～40d,各器官干重凈增量表現為葉>莖>根。隨著玉米由營養生長向生殖生長過渡,莖和穗中積累的干物質大幅度增加,40～58d各器官的干重凈增量表現為莖>穗>葉>根;進入生殖生長后(58～79d),子粒中干重凈增量顯著增加,而莖、葉、穗軸和根的干重增長緩慢,甚至在個別磷水平下出現負增長。79～100d,只有子粒仍有干物質的積累,莖、葉、根、甚至穗軸的干重均出現負增長,說明此階段,穗部尤其是子粒成為生長的唯一庫器官,根系活動減弱甚至消失,所有營養器官以及穗軸均成為供應子粒光合產物的源器官,優先滿足子粒生長。79～100d各磷水平下的子粒干重凈增量是58～79d相應磷水平下的0.75～1.02倍,前者整株干重凈增量是后者的0.49～0.93倍。由表1數據計算出的不同生長階段玉米各器官的干物質積累總量可以看出,隨著生長的推進,各營養器官和穗軸的干物質積累不斷增加,峰值多數在出苗后58或79d;子粒和整株干物質積累不斷增加直到成熟。同一生長階段,隨供磷水平增加,子粒和整株干物質積累增加,以P2處理最高,而后減少。2.3不同生長階段各器官磷的積累不同磷水平下玉米各生長階段不同器官的磷凈增量與干重凈增量變化趨勢基本相同(表2)。79～100d各磷水平下的子粒磷凈增量是58～79d相應磷水平下的1.56～2.39倍;前者整株磷凈增量是相應后者的0.50～1.39倍;同一生長階段,以P2處理的整株磷凈增量較多。不同生長階段,隨著玉米的生長,除P1處理的整株磷凈增量最大值在79～100d外,P0、P2和P3處理的整株磷凈增量峰值均在58～79d。計算玉米不同生長階段各器官磷的積累總量結果表明,隨著生育期的延長,同一磷水平下的莖、葉、根和穗軸中的磷含量均增加,在58或79d時達到最高;而子粒和整株磷含量不斷積累直到成熟。同一生長階段,隨供磷水平增加,整株磷積累量增加,以P2處理的最高。2.4施磷量及玉米產量表3看出,隨供磷水平增加,穗長、行粒數、單株粒重和產量均有增加趨勢,且P2的行粒數、單株粒重和產量顯著增加,禿尖長度顯著減少,但與其他施磷水平下的產量差異不顯著。說明本試驗條件下,施用過高或過低量的磷對玉米增產作用均不明顯,可能與土壤本身磷含量較高而鉀含量較低,合理施入鉀肥后改善了這一比例關系,促進玉米對土壤中養分的吸收有關。施磷量和玉米產量之間有極顯著的二次曲線關系,其回歸方程為:當施磷肥量為88.1kg/hm2時,玉米最高產量為11064.0kg/hm2。隨著玉米的生長,整株干物質和磷積累量分別與出苗后天數之間有極顯著的二次曲線關系(表4)。2.5對社會學效率的指標性描述表5表明,本試驗條件下,高磷用量顯著降低磷肥表觀利用率,而且低于其他報道中的10%～20%。農學效率表示施用每千克磷肥增產玉米的能力,磷養分生理利用率是反映作物所吸收肥料轉化為經濟產量的能力。從表5可見,隨供磷水平增加,磷肥農學效率和生理利用率均顯著降低。3施磷對玉米子粒干重和整株磷凈增量的影響與鉀和氮相同,磷也是植物體內相對移動性較大的營養元素之一,但移動量的多少取決于植株的發育階段和供磷狀況。不同磷水平下各器官干重和磷凈增量(表1,2)表明,營養生長時期,各磷水平下的玉米以莖、葉、根等營養器官生長為主;進入生殖生長后,子粒成為光合產物和養分積累的庫,不同磷水平下的莖、葉、根和穗軸的干物重及其磷含量增長緩慢,甚至在后期出現干物質和磷的負增長。說明玉米生長后期,光合產物和磷會從各營養器官甚至穗軸中輸出,被重新分配到子粒中,優先滿足子粒生長的需求,這與番茄、菜豆和小麥上的研究結果相似。本試驗看出,79～100d各供磷水平下的子粒干重凈增量是58～79d相應磷水平下的0.75～1.02倍;前者的整株干重凈增量是后者的0.49～0.93倍。79～100d各供磷水平下的子粒磷凈增量是58～79d相應磷水平下的1.56～2.39倍;前者整株磷凈增量是后者的0.50～1.39倍。說明光合產物和磷向子粒中的運輸不是同步的過程,這與小麥上的研究結果一致。而且小麥各營養器官中輸出的大部分氮和磷主要是通過韌皮部循環至根中后,再經過木質部運到地上部最后進入穗中的,磷在玉米體內的運輸途徑如何有待于深入研究。本試驗條件下,施磷肥增加玉米莖、葉、穗軸、子粒和整株干重及其磷含量,促進根系生長(圖1)。隨著生長的進程,不同供磷水平下的子粒和整株的干重及磷含量不斷積累直到成熟,其余各器官干重和磷含量峰值出現時間早晚不同。成熟期P2處理的最終產量最高,原因是該處理除了有較旺盛的營養生長器官提供養分外,還具有良好的穗部性狀如穗長、行粒數和單株粒重顯著增加,禿尖長度顯著減少(表3)。高磷水平顯著降低磷肥表觀利用率、農學效率和生理利用率;但磷肥表觀利用率低于前人報道的10%～20%,磷肥農學效率和生理利用率絕對值高于前人報道的數值,這可能與