供磷水平对玉米磷动态积累及磷肥效率的影响

供磷水平对玉米磷动态积累及磷肥效率的影响

据统计，世界约43%的耕地缺乏磷，2.3个国家严重缺乏磷。然而，由于一些地区长期使用氮肥，土壤中的磷储量正在增加。磷在土壤中移动性很小,我国当季作物磷肥利用率只有10%～20%。然而,磷在植物体内移动性较强,它在各器官的积累和分配对植物生长和提高肥料利用率有重要作用。土壤有效磷含量多少对作物生长、光合产物积累以及磷在植物体内分配有一定影响。关于这方面的研究在缺磷条件下较多,供试作物主要有小麦、番茄等。玉米是典型的对磷敏感的作物,由于生产中的盲目施肥以及各地土壤磷含量存在较大差异,常会发生施磷过量或不足的情况,造成磷肥资源浪费或分配不合理现象。而磷矿石又是不可再生资源,因此磷肥的科学施用对我国玉米生产乃至农业的可持续发展具有重要意义。目前,许多学者在缺磷或低磷条件下研究了玉米的反应。如张丽梅等明确低磷胁迫对不同耐低磷玉米各生育期生长发育的影响不同;Pellerin等发现,低磷胁迫的玉米第4～7节上的次生根数目减少;米国华等盆栽试验表明,低磷胁迫降低玉米自交系地上部重、初生根重、次生根重及磷累积量,没有影响初生根及次生根数量。关于作物养分吸收和干物质积累的动态研究主要集中在不同种植方式或施肥处理的影响方面,比较系统的研究不同供磷水平下玉米体内干物质和磷积累及分配规律的甚少。本试验在不同供磷水平下,研究玉米各器官的干物质和磷动态积累、分配规律以及磷肥效率,以期为玉米高产高效、合理施用磷肥提供科学依据。1材料和方法1.1对试验地造林地施肥2007年试验在河北省宁晋县换马店乡秦邱村的农田进行。供试土壤为潮土,其pH7.91,有机质含量17.8g/kg,碱解氮64.6mg/kg,速效磷24.4mg/kg,速效钾52.1mg/kg。试验设4个处理:不施磷对照(P0)、施磷(P2O5)45kg/hm2(P1)、施磷90kg/hm2(P2)、施磷135kg/hm2(P3),重复4次,随机区组排列。各处理均以相同的氮、钾肥作肥底,其中氮肥用量为N240kg/hm2,钾肥用量为K2O180kg/hm2。所用肥料为尿素(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、钾肥全部底施。前茬小麦收获后,秸秆全部还田,全部底肥充分混匀后分区撒施于地表,旋耕12～15cm。小区面积6m×8m,田间垄沟宽60cm。供试玉米为郑单958,6月14日播种,6月20日出苗,南北行向播种,播种深度4cm,行距50cm,株距28～30cm,每小区16行,播种后浇水。三叶期后定苗,其余田间管理按一般大田生产规范。1.2复绿假单株分离法ames试验分别在玉米生长的大喇叭口、抽雄吐丝、灌浆和成熟期,即出苗后的40、58、79和100d先观察各小区玉米整体长势,然后挖取有代表性的玉米1株(为了操作方便,挖深约60cm,面积约0.09m2),用自来水将根系冲洗干净。然后,将所取的根系和地上部各器官包括穗(成熟期分为子粒和穗轴)、叶(包括苞叶)和茎(包括叶鞘),分别用蒸馏水冲洗干净,于105℃杀青30min后,在70℃烘至恒重,称干重。粉碎后,采用H2SO4-H2O2消煮和钒钼黄比色法测定磷浓度。本试验用每天各器官的干重或磷净增量表示该生长阶段的干物质或磷积累动态,即出苗0～40d的各器官干重净增量等于40d时各器官的干物质或磷总量除以天数(40d);40～58d的各器官干物质或磷净增量等于58d时各器官的干物质或磷总量减去40d时相应各器官的干物质或磷总量,再除以天数(18d),依次类推。于出苗后105d实收8行植株(各小区平均收取161株,占小区总面积的1/2)的穗数,称其鲜重,晒干,脱粒后,分别称子粒和穗轴干重。再根据8行取样株数、各小区总株数和小区面积,折算出各处理子粒含水量为14%时的产量。每个处理取10个果穗进行穗粗、穗长、秃尖长度、穗行数、行粒数、百粒重、单株粒重等性状调查。有关参数计算公式:磷肥表观利用率(ARE)(%)=(施磷肥区植物吸磷量-无磷肥区植物吸磷量)×100/施磷肥量;磷肥农学效率(AUE)(kg/kg)=(施磷肥区子粒产量-无磷肥区子粒产量)/施磷肥量;磷肥生理利用率(PUE)(kg/kg)=(施磷肥区子粒产量-无磷肥区子粒产量)/(施磷肥区植物吸磷量-无磷肥区植物吸磷量)。用Excel2003进行数据处理,用SAS统计软件进行方差分析。2结果与分析2.1不同施磷量对玉米根系干重的影响同一供磷水平下,随着生育期的延长,P0和P1的根系干重不断增加直到成熟;而P2和P3的根系干重在出苗后58d时达到最大,以后逐渐降低(图1)。同一取样时期,除成熟期外,随施磷量增加,各施磷水平下的根系干重均增加,以P2处理水平最大,因为低磷条件下玉米的次生根数目减少,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别不大。2.2不同生长阶段玉米各器官干物质积累的变化表1表明,0～40d,各器官干重净增量表现为叶>茎>根。随着玉米由营养生长向生殖生长过渡,茎和穗中积累的干物质大幅度增加,40～58d各器官的干重净增量表现为茎>穗>叶>根;进入生殖生长后(58～79d),子粒中干重净增量显著增加,而茎、叶、穗轴和根的干重增长缓慢,甚至在个别磷水平下出现负增长。79～100d,只有子粒仍有干物质的积累,茎、叶、根、甚至穗轴的干重均出现负增长,说明此阶段,穗部尤其是子粒成为生长的唯一库器官,根系活动减弱甚至消失,所有营养器官以及穗轴均成为供应子粒光合产物的源器官,优先满足子粒生长。79～100d各磷水平下的子粒干重净增量是58～79d相应磷水平下的0.75～1.02倍,前者整株干重净增量是后者的0.49～0.93倍。由表1数据计算出的不同生长阶段玉米各器官的干物质积累总量可以看出,随着生长的推进,各营养器官和穗轴的干物质积累不断增加,峰值多数在出苗后58或79d;子粒和整株干物质积累不断增加直到成熟。同一生长阶段,随供磷水平增加,子粒和整株干物质积累增加,以P2处理最高,而后减少。2.3不同生长阶段各器官磷的积累不同磷水平下玉米各生长阶段不同器官的磷净增量与干重净增量变化趋势基本相同(表2)。79～100d各磷水平下的子粒磷净增量是58～79d相应磷水平下的1.56～2.39倍;前者整株磷净增量是相应后者的0.50～1.39倍;同一生长阶段,以P2处理的整株磷净增量较多。不同生长阶段,随着玉米的生长,除P1处理的整株磷净增量最大值在79～100d外,P0、P2和P3处理的整株磷净增量峰值均在58～79d。计算玉米不同生长阶段各器官磷的积累总量结果表明,随着生育期的延长,同一磷水平下的茎、叶、根和穗轴中的磷含量均增加,在58或79d时达到最高;而子粒和整株磷含量不断积累直到成熟。同一生长阶段,随供磷水平增加,整株磷积累量增加,以P2处理的最高。2.4施磷量及玉米产量表3看出,随供磷水平增加,穗长、行粒数、单株粒重和产量均有增加趋势,且P2的行粒数、单株粒重和产量显著增加,秃尖长度显著减少,但与其他施磷水平下的产量差异不显著。说明本试验条件下,施用过高或过低量的磷对玉米增产作用均不明显,可能与土壤本身磷含量较高而钾含量较低,合理施入钾肥后改善了这一比例关系,促进玉米对土壤中养分的吸收有关。施磷量和玉米产量之间有极显著的二次曲线关系,其回归方程为:当施磷肥量为88.1kg/hm2时,玉米最高产量为11064.0kg/hm2。随着玉米的生长,整株干物质和磷积累量分别与出苗后天数之间有极显著的二次曲线关系(表4)。2.5对社会学效率的指标性描述表5表明,本试验条件下,高磷用量显著降低磷肥表观利用率,而且低于其他报道中的10%～20%。农学效率表示施用每千克磷肥增产玉米的能力,磷养分生理利用率是反映作物所吸收肥料转化为经济产量的能力。从表5可见,随供磷水平增加,磷肥农学效率和生理利用率均显著降低。3施磷对玉米子粒干重和整株磷净增量的影响与钾和氮相同,磷也是植物体内相对移动性较大的营养元素之一,但移动量的多少取决于植株的发育阶段和供磷状况。不同磷水平下各器官干重和磷净增量(表1,2)表明,营养生长时期,各磷水平下的玉米以茎、叶、根等营养器官生长为主;进入生殖生长后,子粒成为光合产物和养分积累的库,不同磷水平下的茎、叶、根和穗轴的干物重及其磷含量增长缓慢,甚至在后期出现干物质和磷的负增长。说明玉米生长后期,光合产物和磷会从各营养器官甚至穗轴中输出,被重新分配到子粒中,优先满足子粒生长的需求,这与番茄、菜豆和小麦上的研究结果相似。本试验看出,79～100d各供磷水平下的子粒干重净增量是58～79d相应磷水平下的0.75～1.02倍;前者的整株干重净增量是后者的0.49～0.93倍。79～100d各供磷水平下的子粒磷净增量是58～79d相应磷水平下的1.56～2.39倍;前者整株磷净增量是后者的0.50～1.39倍。说明光合产物和磷向子粒中的运输不是同步的过程,这与小麦上的研究结果一致。而且小麦各营养器官中输出的大部分氮和磷主要是通过韧皮部循环至根中后,再经过木质部运到地上部最后进入穗中的,磷在玉米体内的运输途径如何有待于深入研究。本试验条件下,施磷肥增加玉米茎、叶、穗轴、子粒和整株干重及其磷含量,促进根系生长(图1)。随着生长的进程,不同供磷水平下的子粒和整株的干重及磷含量不断积累直到成熟,其余各器官干重和磷含量峰值出现时间早晚不同。成熟期P2处理的最终产量最高,原因是该处理除了有较旺盛的营养生长器官提供养分外,还具有良好的穗部性状如穗长、行粒数和单株粒重显著增加,秃尖长度显著减少(表3)。高磷水平显著降低磷肥表观利用率、农学效率和生理利用率;但磷肥表观利用率低于前人报道的10%～20%,磷肥农学效率和生理利用率绝对值高于前人报道的数值,这可能与