磷肥施用量和方式對辣椒產量及磷素吸收利用的影響

崔玉濤，李順晉，王 媛，孫 凱,4，李浩然，張 偉,4*

（1 西南大學資源環境學院，重慶 400715；2 西南大學農業科學研究院，重慶 400715；3 西南大學長江經濟帶農業綠色發展研究中心，重慶 400715；4 農業農村部西南山地農業綠色低碳重點實驗室，重慶 400715）

我國蔬菜種植面大、增速快，截至2020 年，種植面積已超過2 千萬hm2[1]。與糧食作物相比，蔬菜根系分布淺，吸收能力弱，養分需求高[2]，為滿足其養分需求，生產中磷肥投入量普遍過高，在露地蔬菜系統中，果菜類每年的磷素養分投入高達113.0 kg/hm2，辣椒的磷素投入量甚至高達379.5 kg/hm2。過高的磷肥投入降低了磷肥利用效率，我國菜田當季磷肥利用率僅在15.0%～40.0%[3]，還導致磷素在土壤中累積，菜田土壤有效磷超過100 mg/kg[4-5]，磷素在土壤中的大量累積增加了磷在土壤中的移動和流失風險，極大地增加了環境風險[6]。

無機磷向蔬菜根部的擴散是蔬菜吸收磷的主要途徑，由于蔬菜對磷的吸收速度遠高于其擴散速度，在生長后期，蔬菜根區會形成磷耗散區[7]，根區需要更高的土壤有效磷供應才能滿足蔬菜高產的養分需求。磷肥施用方式顯著影響作物磷素吸收和利用率[8]。在當前蔬菜生產中，大多將磷肥均勻撒在土壤表面或結合耕作施入土體中，這樣的施用方法無疑會增加無機磷與土壤的接觸面積，提高了磷被固定或流失的風險[9]。而采用條施磷肥方法，條帶中心的活性磷供給率是距條帶中心10 cm 土壤的2 倍以上[10]。穴施肥料能在減少1/3 肥料用量的情況下，維持番茄產量不減產[11]。在酸性土壤中，將氮肥、磷肥共同穴施，隨著作物對硝酸鹽的吸收，根際土壤pH提高，有利于玉米生長，進而提高了對磷肥的吸收和利用[12-15]。農田磷素流失是造成我國農業面源污染、水體富營養化的主要原因之一[16]。磷輸入量直接影響著土壤的磷盈余量[17]，而磷流失風險與當季農田磷素表觀盈余呈顯著正相關[18]，因此，磷投入量大且盈余量高的蔬菜系統磷流失風險相對較大[17-18]。因此，采用合適的施磷方式也是減少磷肥投入和土壤磷盈余的重要途徑。

本研究以露天辣椒體系為對象，在控制氮肥(N 252.0 kg/hm2)、鉀肥(K2O 276.0 kg/hm2)施用量[19]條件下，分析不同施磷量和方法對辣椒產量、磷肥利用率及土壤磷素盈余的影響，為紅壤上辣椒生產改進施磷方式、減少磷肥投入量、降低環境風險提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在我國西南地區典型紅壤上開展，試驗地位于云南省昆明市石林彝族自治縣石林鎮，年平均氣溫16.3℃，年平均降雨量939.5 mm，供試土壤為西南地區典型紅壤，質地為重壤。試驗前土壤基礎理化性質為pH 6.4 (土水比1∶2.5)，有機質含量14.8 g/kg，堿解氮含量116.4 mg/kg，Olsen-P 含量 33.5 mg/kg，速效鉀含量100.0 mg/kg。

1.2 試驗設計

本試驗開始于2021 年。共設計6 個處理：不施磷對照(CK)；常規撒施P2O5300 kg/hm2[20](B300)；根據土壤有效磷水平及土壤-作物磷平衡體系確定[20]優化施磷量，撒施P2O5150 kg/hm2(B150)；在優化施磷量基礎上減量撒施P2O5100 kg/hm2[11](B100)；減量采用穴施P2O5100 kg/hm2(I100)；減量氮磷配合穴施P2O5100 kg/hm2(L100)。所有處理磷肥全部作為基肥施用，施用方式按照處理要求進行，除L100 處理氮肥與磷肥穴施外，其他處理氮肥、鉀肥均采用撒施方式施用。各處理氮肥60.0 kg/hm2為底肥，剩余氮肥為追肥，每次追施48.0 kg/hm2，共追氮肥4 次；鉀肥60.0 kg/hm2為底肥，剩余鉀肥為追肥，每次追施54.0 kg/hm2，共追鉀肥4 次；追肥分別于初花期、初果期、盛果期(2 次)施用[19]。穴施在辣椒幼苗移栽前，在種植穴下方5 cm 處，將氮磷肥一起施入其中，覆土后移栽幼苗。其他追肥和管理措施所有處理一致。傳統施磷量根據前期課題組針對西南地區的調研及前人研究[20]確定。供試肥料為尿素(N 46.0%)、過磷酸鈣(P2O516.0%)、硫酸鉀(K2O 50.0%)。試驗小區面積為20 m2(4 m×5 m)，每個試驗處理設置4 個重復，共計24 個試驗小區，隨機區組排列。

供試辣椒(CapsicumannuumL.) 品種為“辛香8 號”，種植密度為株距55 cm，行距50 cm。2021年5 月2 日移栽幼苗，9 月29 日全部收獲；2022 年5 月7 日移栽幼苗，9 月17 日全部收獲。按試驗地常規管理方式進行田間統一管理，確保試驗過程中無雜草和病蟲害發生。

1.3 樣品采集及測定項目

土樣有效磷含量：辣椒收獲期，每個小區按照“S”型，取0—20 cm 土壤，NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法[21]測定土壤Olsen-P，用于計算磷指數。

產量及生物量：辣椒結果期，各小區連續選取8 株辣椒，分3 次測產，前兩次摘取果長15 cm 以上的成熟果測產，第3 次摘取全株果實測產，產量為3 次測產總和。在第3 次測產時，各小區選取長勢均勻的3 株辣椒，帶回室內分為根、莖葉、果，各部分去離子水清洗后在烘箱內105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，稱其干重并計算生物量。本研究中，果實產量為辣椒鮮重，果實生物量為辣椒果實干物質重。

植株磷含量：植物樣品用全自動消解儀(S60UP)進行前處理(HNO3-H2O2消煮)，后用ICP-OES 測定不同器官磷含量[22]。

1.4 指標計算及數據分析

各部位磷積累量為其生物量乘以其磷含量，植株磷積累量為各部位磷積累量之和。

磷肥吸收利用指標分別按照以下公式計算：

磷肥回收率(P recovery rate，PRR，%)=(施磷處理吸磷量-不施磷處理吸磷量)/施磷量×100[23]；

磷肥農學效率(P agronomic efficiency，PAE，kg/kg)=(施磷處理產量-不施磷處理產量)/施磷量[23]；

磷肥偏生產力(partial factor productivity of P，PFPP，kg/kg)=施磷處理產量/施磷量[24]；

磷素表觀盈余(apparent P surplus，APS，kg/hm2)=磷輸入量-作物吸收量[4]；

以上吸磷量、施磷量、表觀盈余公式均以純磷量(P，kg/hm2)進行計算。

凈收入(元/hm2)=產量×價格-成本，毛收入(元/hm2)=產量×價格[24]；

磷指數(phosphorus index，PI)：根據實際情況獲取各項因子，其中土壤侵蝕為云南省土壤侵蝕值[25]，根據表1 判斷各項因子的權重值，計算各處理的磷指數及磷流失風險等級[26-28]。

表1 磷指數評價體系Table 1 Evaluation criterion of phosphorus index

式中：Wi為源因素指標權重；Wj為遷移因素指標權重。磷指數評價體系見表1，磷流失風險級別判定見表2。

表2 磷流失風險等級Table 2 Phosphorus loss risk grade scale

數據使用Microsoft Excel 進行整理，使用SPSS 20.0 進行方差分析，使用OriginPro 2023 作圖。

2 結果與分析

2.1 磷肥施用量及方式對辣椒產量及生物量的影響

施用磷肥能提高辣椒鮮重產量，兩年趨勢一致。與CK 處理相比，B300、B100 處理辣椒產量增加未達顯著水平，B150、I100 以及L100 處理顯著增產，但這3 個施磷處理間沒有顯著差異(圖1)。各處理的辣椒總生物量(干物質重)差異不明顯，其中果實產量在總生物量中占比最大。2021 年，與CK 處理相比，施磷處理果實生物量顯著增加，施磷處理間沒有顯著差異；2022 年，與CK、B300處理相比，I100、L100 處理果實生物量顯著增加(圖1)。

圖1 不同磷肥施用量及方式下辣椒果實產量(鮮重)和總生物量(干重）Fig.1 Fruit yield (fresh weight) and total biomass (dry weight) of pepper under different phosphorus application amounts and methods

2.2 磷肥施用量及方式對辣椒磷素吸收及分配的影響

由圖2 可以看出，兩年試驗所有處理辣椒各部位的磷含量均沒有顯著差異，果實的磷累積量占比高，根和莖葉中磷累積量占比少，兩年根、莖葉磷累積量各處理間沒有顯著差異。2021 年，B150、I100、L100 處理的果實磷累積量顯著高于CK 處理；2022 年，僅L100 處理的果實磷累積量顯著高于CK 處理，其他施磷處理果實磷積累量與CK 處理均無顯著差異。

圖2 不同磷肥施用量及方式下辣椒成熟期不同部位磷含量及磷積累量Fig.2 Phosphorus content and accumulation in different parts of pepper under different phosphorus application amounts and methods

2.3 磷肥施用量及方式對辣椒磷肥利用率的影響

磷肥回收率兩年趨勢不一致，2021 年，在B150、B100、I100、L100 處理的磷肥回收率無顯著差異，B150、I100 和L100 處理顯著高于B300 處理；2022年，只有B100、I100、L100 處理的磷肥回收率顯著高于B300 處理，這3 個處理間(施磷方式之間)沒有顯著差異。磷肥農學效率，2021 年，I100、L100 處理顯著高于B150、B100 處理，后兩處理又顯著高于B300 處理；2022 年，B150、B100、I100 和L100處理的農學效率無顯著差異，4 者顯著高于B300 處理。磷肥偏生產力兩年均以I100、L100 處理最高，其次為B100、B150、B300 處理，除I100、L100處理之間差異不顯著，其他處理間差異達顯著水平(表3)。表明降低磷的施用量，且采用穴施可以顯著提升磷肥的農學效率和偏生產力。

表3 不同磷肥施用量及方式下辣椒磷肥利用率Table 3 Phosphorus fertilizer efficiency of pepper under different P application amounts and methods

2.4 不同磷肥施用量及方式下土壤磷盈余量及磷流失風險

土壤磷素表觀盈余量兩年趨勢一致，CK 處理為負盈余，即2021 和2022 年分別虧缺P 14.5、14.2 kg/hm2；B300 處理磷盈余量2021 和2022 年分別高達113.7 和116.4 kg/hm2。B150 磷盈余量較B300 2021 和2022 年分別降低67.5 和65.9 kg/hm2。B100、I100、L100 處理磷盈余量無顯著差異，2021年，B100、I100、L100 較B300 處理分別降低86.7、89.2、86.9 kg/hm2，2022 年分別降低88.1、87.5、88.1 kg/hm2(圖3)。相比B300 處理，其他施磷量及施用方式處理土壤磷素盈余降低59.5%～82.1%。

圖3 不同磷肥施用量及方式下磷素表觀盈余Fig.3 Apparent phosphorus surplus under different phosphorus application amounts and methods

磷指數能表征磷養分流失至水體的潛在風險[29]，基于施磷量及方式、土壤速效磷含量計算分析，各處理磷指數CK 最低，B300、B150 最高，依據磷指數進行分級，施磷處理中I100、L100 的磷流失風險為低水平，其他施磷處理為中等水平(表4)。

表4 不同磷肥施用量及方式下磷指數及磷流失風險等級Table 4 Phosphorus index and P loss risk grades of the phosphorus treatments

2.5 磷肥施用量及方式對辣椒經濟效益的影響

與CK 相比，所有施磷方式均能增加收入，但施磷量增加會增加肥料成本，而穴施則會增加人工成本。與B300 處理相比，B150、I100、L100 處理兩年的凈收入更高，其中I100 處理的凈收入兩年均為最高(表5)。

表5 不同磷肥施用量及方式下辣椒的經濟效益(yuan/hm2)Table 5 Economic profit of pepper production under different phosphorus application amounts and methods

3 討論

本研究發現當土壤有效磷較高時，適量的磷肥投入能提高辣椒產量，但少量或過量施磷對辣椒產量沒有明顯影響，研究發現，當土壤有效磷達到20.0 mg/kg，能滿足多數作物對磷的需求，過量的磷肥投入對作物沒有增產效應[30]，本研究結果與其一致。在相同施磷量下，磷肥穴施并不能顯著增加辣椒產量，但與不施磷相比，撒施處理不能增加辣椒產量，而穴施能顯著增加辣椒產量，因此，將磷肥穴施能減少磷肥投入量并保證辣椒產量不減少。研究表明，肥料的放置位置對花椰菜、生菜產量沒有明顯影響[31]，本研究與其相似。但也有研究表明，將肥料集中施用能有效提高玉米、油菜產量[32-33]。兩者差異是由土壤有效磷含量差異造成的，本研究土壤有效磷含量高于多數作物高產的臨界值，施用適量的磷肥就可以保證產量。研究表明，局部施肥能在減少施肥量的條件下，保證番茄、甘藍產量不減少[11,34]。磷肥穴施能有效減少無機磷與土壤的接觸面積，降低其在紅壤中的固定和流失，保持長期的養分供應[8,35]，保證作物吸收的磷能滿足其生長，因此，在紅壤上將磷肥穴施能減少磷肥投入量并滿足辣椒對磷的需求，保證其不減產。

辣椒的果實磷含量高于根、莖葉磷含量，當辣椒從營養生長轉向生殖生長，磷便從根、莖葉中轉移到果實中[3,36]。磷肥用量對辣椒各部分的磷含量沒有明顯影響，不同施磷方式處理的辣椒果實的磷素積累量沒有顯著差異，原因是不同施磷方式下產量雖然有差異，但其生物量、磷含量沒有顯著差異，最終導致不同施磷方式下，磷素積累量沒有顯著差異。

將磷肥穴施能有效提高辣椒磷肥回收率，其兩年均為最高，但相同施磷量間沒有顯著差異，B300施磷量處理的磷肥回收率最低，在不減產的前提下，將磷肥穴施能減少磷肥投入，有效提高辣椒的磷肥回收率。研究表明，將磷肥集中施用能有效提高玉米、洋蔥等磷肥利用率[8]。辣椒的磷肥回收率最高僅為13.0%，當季利用率低。有研究表明，中國當季磷肥利用率不足20.0%[35]，辣椒生產中，穴施處理的磷肥偏生產力均高于其他施磷處理，研究表明，磷肥穴施能提高玉米的磷肥偏生產力[37]，本研究結果與其一致。

辣椒施磷處理均導致土壤磷素盈余，相同施磷量，不同施磷方式之間沒有顯著差異，而不同施磷量之間差異顯著，施磷量越高，土壤表觀磷盈余越多。優化施磷的磷素盈余雖然低于露地蔬菜系統92.0 kg/hm2的磷盈余[17]，但卻遠超西部及全國農田磷素單位耕地，其磷素盈余分別為23.3、26.1 kg/hm2[38-39]。根據磷指數，磷肥穴施的磷流失風險為低水平。將磷肥穴施能減少土壤磷盈余，降低磷流失風險。將磷肥穴施的辣椒凈收益兩年均為最高，從農民經濟收益上來看，在本試驗的土壤肥力條件下，在100.0 kg/hm2的施磷水平下，將磷肥穴施的辣椒產值最好。

4 結論

供試地區磷過量施用嚴重，將施磷量從常規的300 kg/hm2減到100 kg/hm2提升了辣椒產量，顯著增加了磷肥農學效率和偏生產力，大幅減少土壤磷素表觀盈余，將磷素流失從中風險級降至低風險級，辣椒生產的經濟效應也獲得增加。磷肥穴施效果好于撒施。