陳 磊，云 鵬，高 翔，盧昌艾，劉榮樂，汪 洪*

（1 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所, 耕地培育技術(shù)國家工程實驗室, 農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，北京 100081；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院，哈爾濱 150086；3 山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所，山西晉中 030600；4 中國農(nóng)業(yè)科學院研究生院，北京 100081）

磷肥減施對玉米根系生長及根際土壤磷組分的影響

陳 磊1,2，云 鵬1，高 翔3，盧昌艾1，劉榮樂4，汪 洪1*

（1 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所, 耕地培育技術(shù)國家工程實驗室, 農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，北京 100081；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院，哈爾濱 150086；3 山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所，山西晉中 030600；4 中國農(nóng)業(yè)科學院研究生院，北京 100081）

【目的】我國農(nóng)業(yè)過量和不合理施用磷肥現(xiàn)象普遍存在，導致磷資源的浪費，對環(huán)境也造成潛在威脅。研究減少磷肥用量對玉米產(chǎn)量、根系形態(tài)及根際中磷轉(zhuǎn)化特征的影響，為集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中磷肥合理施用提供技術(shù)基礎(chǔ)?！痉椒ā吭诤颖笔『馑←溣衩纵喿黧w系下連續(xù)三年進行了田間試驗，在冬小麥季設(shè)置 4 個P2O5用量處理：0、112.5、150.0、187.5 kg/hm2，收獲后在原處理小區(qū)免耕播種夏玉米。利用 WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)分析獲取根長、直徑等數(shù)據(jù)，測定玉米籽粒產(chǎn)量、生物量和地上部磷含量及根際土壤中磷形態(tài)等指標?！窘Y(jié)果】與農(nóng)民習慣磷肥用量 (P2O5187.5 kg/hm2) 相比，3 年磷肥用量減施 20%～40% 處理 (P2O5150 和 112.5 kg/hm2)，玉米籽粒產(chǎn)量、根系長度與直徑和土壤有效磷含量尚未發(fā)生明顯變化。但 3 年不施磷處理，根際土壤有效形態(tài)磷含量和玉米籽粒產(chǎn)量開始出現(xiàn)下降趨勢。2009 年和 2010 年玉米收獲期，不施磷肥處理根際土壤有機磷含量低于非根際土壤。2008 年玉米苗期和收獲期土壤有機磷分組中，中等活性有機磷含量最高；磷肥減施20%～40% 處理苗期根際中中等活性有機磷含量顯著低于非根際土壤。土壤無機磷形態(tài)分組研究發(fā)現(xiàn)：從玉米苗期到收獲期，各磷肥處理根際和非根際土壤中 Ca2-P 下降明顯；而不同磷肥處理間土壤中 Ca10-P、Ca8-P、O-P (閉蓄態(tài)磷)、Al-P 和 Fe-P 含量差異不顯著。減施磷肥處理 2008 年玉米苗期根際土壤微生物量 P 含量較非根際土壤高；與習慣施肥量相比，磷肥減施未明顯降低根際土壤微生物量磷?！窘Y(jié)論】在華北小麥玉米輪作種植體系下，在土壤肥力水平較高地區(qū)，連續(xù) 3 年將小麥季磷肥的習慣用量減少 20%～40%，對夏玉米產(chǎn)量、根系形態(tài)以及根際土壤無機磷、有機磷、微生物量磷含量影響尚不明顯，因此，該地區(qū)磷肥施用量可從習慣用量的P2O5180 kg/hm2減至 112.5 kg/hm2。

夏玉米；磷肥減施；根際磷吸收；無機磷形態(tài)；有機磷

我國農(nóng)田磷肥施用量迅速提高，1978 年磷肥施用量為 282.4 × 104t，2013 年增加到 1516.4 × 104t (復合肥按 1/3 算)[1]，增加了約 5.4 倍，已成為世界上最大的磷肥生產(chǎn)國與消費國[2]。經(jīng)過多年磷肥施用和土壤培肥，我國耕地土壤有效磷含量呈顯著增加趨勢[3]。長期定位監(jiān)測結(jié)果表明，1985 年我國土壤有效磷平均含量為 6.4 mg/kg，2006 年增加到 27.4 mg/kg，土壤有效磷水平明顯提高[4]。華北平原地區(qū)冬小麥–夏玉米輪作是主要的作物種植體系，磷肥一般全部作基肥在小麥季一次施入，玉米季不再施用。張智峰和張衛(wèi)峰[5]在華北地區(qū)的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有 43% 的農(nóng)戶在小麥季磷肥 (P2O5) 施用量超過 150 kg/hm2。楊莉琳等[6]在太行山山前平原高產(chǎn)區(qū)小麥季進行了三年定位試驗，表明小麥季磷肥施用量在 75～150 kg/hm2P2O5之間對夏玉米產(chǎn)量無明顯影響。過量和不合理施用磷肥，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中通過徑流、淋洗等排放的磷增多，帶來水體富營養(yǎng)化的潛在威脅，造成了農(nóng)田土壤中磷的損失與磷肥資源的浪費[7–9]。

根際是作物–土壤–微生物及環(huán)境相互作用的場所，是養(yǎng)分從土壤進入作物系統(tǒng)參與物質(zhì)循環(huán)的必經(jīng)門戶，是限制作物對養(yǎng)分吸收利用的重要環(huán)節(jié)，對作物高效利用土壤磷養(yǎng)分有著重要影響[10–11]。缺磷脅迫下，為有效提高對土壤磷的吸收利用，作物根系形態(tài)和根際過程發(fā)生一系列改變，主要包括：側(cè)根與根毛發(fā)育與數(shù)量增加，根冠比增大，擴大吸收面積；根系分泌有機酸、磷酸酶增多，活化和利用根際土壤中的難溶性磷；高親和力磷轉(zhuǎn)運蛋白基因上調(diào)提高，吸收能力增強[11–14]。但集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件下，降低磷肥用量對作物根系生長及根際過程的影響還缺少深入研究。本研究選擇在河北衡水地區(qū)連續(xù)三年開展田間試驗，以農(nóng)民習慣施磷量為對照，探討冬小麥–夏玉米輪作體系中，減施磷肥用量對夏玉米根系生長、根際土壤磷形態(tài)組分的影響，以期為在集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)建立優(yōu)化施磷措施，提高磷肥利用率提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在河北省農(nóng)林科學院旱作農(nóng)業(yè)研究所衡水試驗站進行，供試土壤為潮土，試驗前 0—20 cm 層有機質(zhì)含量 14.19 g/kg、全氮 1.02 g/kg、全磷 0.98 g/kg、全鉀 15.32 g/kg、堿解氮 89.46 g/kg、Olsen-P 34.60 mg/kg、速效鉀 103.00 mg/kg、pH 8.52 (水土比 5∶1)。

試驗小區(qū)長 9.5 m × 寬 4.4 m，面積 41.8 m2。冬小麥–夏玉米輪作體系為冬小麥收獲后，在相應(yīng)處理小區(qū)免耕播種夏玉米。2007 年 10 月種植小麥時開始實施磷肥處理，于 2010 年 10 月玉米季收獲后結(jié)束，共開展了三季。每年小麥季設(shè)置 4 個磷肥用量水平，以習慣施磷量 P2O5187.5 kg/hm2為 100% (P100)，減少磷肥用量 P2O5至 80% (150.0 kg/hm2，P80)、60% (112.5 kg/hm2，P60) 和不施磷 (P0)。供試磷肥為普通過磷酸鈣，每個處理重復 3 次，完全隨機排列。

各處理小區(qū)每年氮鉀肥施用量相同，K2O 90 kg/hm2，小麥與玉米季各施氮 N 225 kg/hm2；小麥氮肥 50% 作基肥，50% 在返青期追施；玉米季氮肥50% 作基肥，50% 在大喇叭口期采集土壤和植株樣品后追施；磷肥、鉀肥均作基肥在小麥季一次性施入，玉米季不施磷鉀肥。肥料用尿素 (N 46.4 %)、過磷酸鈣 (P2O517 %)、氯化鉀 (K2O 60 %)。供試冬小麥品種為衡觀 35，夏玉米品種為鄭單 958。

1.2 樣品采集

在各處理小區(qū)隨機選 5 株玉米植株，收獲地上部，挖取整個根系，采用抖根分離法取根系所附著的土壤為根際土壤，取行間土壤為非根際土壤。土壤樣品過 2 mm 篩后，裝入聚乙烯塑料袋中，放入–18℃ 冰柜中保存。

1.3 根系分析

將根系用清水洗凈，掃描根系樣品獲取數(shù)字化圖像，利用 WinRHIZO 根系分析系統(tǒng) (Regent Instruments Inc.，Canada) 對圖像進行分析，獲得根長和根系平均直徑等根系生長參數(shù)。

1.4 土壤 Olsen-P、無機磷分級及有機磷組分測定

Olsen-P 采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提，磷鉬藍比色法測定[15]。無機磷形態(tài)分級采用蔣柏藩–顧益初法[16]，有機磷分組采用 Bowman-Cole 的測定方法[17]。

1.5 土壤微生物量磷的測定

新鮮土樣解凍后，調(diào)節(jié)至田間含水量 40%～50%，25℃ 下密封預培養(yǎng) 7 d 后，采用氯仿熏蒸—NaHCO3提取法測定土壤微生物量磷，微生物量磷 Bp= Epi/Kp，其中，Epi表示熏蒸與未熏蒸土壤浸提磷差值，Kp為轉(zhuǎn)換系數(shù)，取值 0.4[18]。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)進行方差分析 (ANOVA)，不同處理之間數(shù)據(jù)多重比較采用 Duncan 新復極差法檢驗 (P ＜ 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米籽粒產(chǎn)量

2008 年和 2009 年，不施磷及磷肥不同用量處理對玉米籽粒產(chǎn)量均尚未產(chǎn)生明顯影響。至試驗第三年，即 2010 年，不施磷肥處理 (P0) 玉米籽粒產(chǎn)量開始降低，而 P60 和 P80 處理產(chǎn)量仍未出現(xiàn)下降，與習慣施磷處理 (P100) 相比，差異不明顯 (圖 1)。

圖1 2008～2010 年不同用量磷肥玉米籽粒產(chǎn)量Fig. 1 Grain yield of summer maize in different P treatments from 2008 to 2010

2.2 玉米植株和籽粒磷含量

由圖 2 可知， 苗期玉米植株地上部磷濃度較高，隨生育期延長呈降低趨勢；收獲期秸稈中磷濃度較低，籽粒中磷濃度較高。與 2008 年相比，2009年和 2010 年籽粒中磷濃度較低。2008 年苗期 P80 處理植株磷濃度較 P100 處理高，與 P0 和 P60 處理之間差異不顯著。收獲期秸稈磷濃度 P0 處理低于 P100處理。不同磷肥處理對籽粒中磷濃度影響不明顯。2009 年苗期地上部磷濃度在不同磷肥處理之間無顯著差異；大喇叭口期 P60 和 P80 處理顯著高于 P100；抽雄期以 P80 和 P100 顯著高于 P60 和 P0；收獲期秸稈和籽粒中磷濃度不同處理間差異不顯著。2010年所測生育期內(nèi)，不同磷肥處理間玉米植株和籽粒中磷濃度差異均未達顯著水平 (圖 2)。

圖2 不同磷肥用量處理下玉米不同生育期地上部植株和收獲期籽粒磷濃度Fig. 2 P concentrations in above ground parts of summer maize in different growing stages and in grains at harvest under different treatments

2.3 根系長度與直徑

不同磷肥處理之間，玉米根系長度和直徑均未出現(xiàn)明顯變化；降低磷肥用量 3 年，對根系形態(tài)尚未產(chǎn)生明顯的影響 (圖 3)。

2.4 土壤有效磷含量

由圖 4 可知，2008 年 P100 處理苗期非根際土壤有效磷含量顯著高于不施磷處理；收獲期高磷處理的根際土壤有效磷含量較高；同一施磷量處理，根際和非根際土壤有效磷含量差異不明顯，各生育期之間差異也不顯著。在大喇叭口期，土壤有效磷含量較低。在苗期，與不施磷肥處理相比，P80 和P100 兩個用量處理非根際土壤有效磷含量較高。

2009 年，在玉米季施用磷肥可以提高根際土壤有效磷含量，在灌漿期 P60 處理根際土壤有效磷含量低于非根際土壤，其他時期根際土壤和非根際土壤有效磷含量差異不顯著；相同磷肥處理下，各生育期之間土壤有效磷含量差異不顯著。

2010 年，同一個生育期，根際和非根際土壤有效磷含量之間沒有顯著差異。與施磷處理相比，不施磷肥處理根際和非根際土壤有效磷含量明顯較低。

2.5 土壤微生物量磷 (MBC-P) 含量

圖 5 表明，2008 年，P0 處理的苗期土壤 MBC-P顯著高于 P100 處理，其他磷用量處理之間，根際土壤 MBC-P 沒有明顯差異。減施磷肥 3 年間，未明顯降低根際土壤 MBC-P。

2008 年四個生育期中，除 P100 處理外，苗期根際土壤 MBC-P 水平顯著高于非根際；在大喇叭口期也有相似趨勢。抽雄期根際土壤 MBC-P 顯著較低。與 P0 相比，P100 處理顯著提高苗期和大喇叭口期非根際土壤 MBC-P。在 P0 和 P60 處理下，苗期根際土壤 MBC-P 含量顯著高于其他三個生育期。2009 年收獲期根際 MBC-P 水平與非根際土壤之間沒有明顯差異。2010 年不施磷處理苗期根際土壤 MBC-P 水平較非根際高，其他磷肥處理根際土壤 MBC-P 含量與非根際間沒有差異。收獲期不施磷處理根際 MBC-P水平較非根際低，施磷處理根際 MBC-P 比不施磷處理高。

2.6 土壤中無機磷形態(tài)

土壤中無機磷的形態(tài)分布均以 Ca10-P 最多，其次為 Ca8-P 和 O-P，而 Al-P、Fe-P 和 Ca2-P 較少。經(jīng)過三年試驗，不施磷肥根際和非根際土壤 Ca2-P、Ca8-P 含量下降明顯，但 Al-P、Fe-P 和 Ca10-P 增加(表 1)。

圖3 不同用量磷肥施用下玉米根系長度和直徑變化Fig. 3 Effects of P rates on total root length and root diameter of summer maize plants

不同處理之間比較，不施磷處理 2008 年苗期根際 Ca2-P 含量較非根際高，收獲期根際 Ca8-P 含量較非根際土壤高；從苗期到收獲期，非根際土壤中Ca8-P 含量下降，根際 Ca2-P 含量下降，以不施磷肥處理下降最多。2009 年收獲期，各形態(tài)無機磷含量在根際與非根際土壤之間以及不同施磷處理之間沒有明顯區(qū)別。到 2010 年玉米收獲期，與施磷肥處理相比，不施磷肥處理根際和非根際土壤中 Ca2-P 含量明顯較低，根際土壤中 Al-P、Fe-P 和 O-P 含量也較低。與高量施磷處理 P100 相比，P80 處理非根際 Ca2-P含量較低。

2.7 土壤有機磷含量

用 Bowman-cole 法[17]對 2008 年土壤有機磷含量進行分組研究 (圖 6)。苗期和收獲期土壤含量順序均表現(xiàn)為中等活性有機磷＞中穩(wěn)定有機磷＞高穩(wěn)定有機磷＞活性有機磷。施入不同用量磷肥，對根際和非根際土壤有機磷含量沒有顯著影響。在苗期時，除P100 處理外，根際土壤中等活性有機磷含量顯著低于非根際土壤。苗期和收獲期根際土壤中穩(wěn)性有機磷含量較非根際土壤高。

不施磷肥處理根際土壤有機磷含量顯著低于非根際土壤。2010 年苗期與不施磷肥相比，施磷處理的根際土壤中有機磷含量顯著降低 (圖 7)。

3 討論與結(jié)論

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度集約化，生產(chǎn)水平提高，過量施肥加上作物根茬還田，土壤肥力得以提高。邢丹等[19]在 2014 年在河北潮土上試驗發(fā)現(xiàn)，在 0—20 cm土層有效磷含量為 16.16 mg/kg 條件下，小麥玉米輪作體系中施用 120 kg/hm2時玉米產(chǎn)量最高。在土壤有效磷含量 36.23 mg/kg 的條件下，不同磷肥處理對玉米地上部干物質(zhì)重和產(chǎn)量沒有影響[20]。本研究通過3 年實驗表明小麥季磷肥用量從習慣施肥量的 P2O5187.5 kg/hm2減至 112.5 和 150.0 kg/hm2，即磷肥用量減少 20%～40% 處理。不施磷肥條件下，前 2 年后作夏玉米籽粒產(chǎn)量不受影響，但第三年籽粒產(chǎn)量開始出現(xiàn)下降。究其原因，本文從作物根系形態(tài)、根際土壤磷形態(tài)變化與有效供應(yīng)等角度開展了研究。

圖4 不同磷肥施用量玉米根際和非根際土壤有效磷含量Fig. 4 Olsen-P content in rhizosphere and bulk soils of summer maize plants with different P treatments

圖5 不同磷肥用量玉米根際土壤微生物量磷含量變化Fig. 5 Microbial biomass phosphorus content in rhizosphere and bulk soils of summer maize in different P treatments

低磷脅迫下植物會改變根系構(gòu)型如側(cè)根與根毛數(shù)量增加，根冠比增大，以增加根系與土壤的接觸面積，提高對土壤中磷的獲取[11–14]。本研究供試土壤養(yǎng)分投入量較大，土壤中磷素供應(yīng)水平較高，連續(xù)三年不施或減施磷肥，玉米根系總長度和平均直徑均未發(fā)生明顯變化，說明此時磷肥的施用量還未影響到根系的磷素供應(yīng)。

一些盆栽和根盒試驗研究結(jié)果表明植物根際容易出現(xiàn)存在磷耗竭區(qū)，尤其是在缺磷脅迫下[10,12]。本研究試驗是在田間開展，不同磷處理間玉米根際和非根際有效磷含量沒有差異，可能與土壤中磷供應(yīng)強度較高有關(guān)，也可能是由于根系吸收養(yǎng)分的體積遠大于盆栽，作物通過調(diào)整根系構(gòu)型適應(yīng)缺磷的能力更強，減少了局部磷肥脅迫的影響。磷肥用量在目前常用量的基礎(chǔ)上減少 20%～40%，玉米根際有效磷含量到第三年未有明顯變化，說明供試土壤條件下，磷肥減施尚未影響根際土壤磷的供應(yīng)。

土壤磷形態(tài)分為無機磷和有機磷。土壤有效磷可由土壤中無機磷化學平衡溶解、微生物固定與釋放、有機磷礦化而得到補充。李和生等[22]研究發(fā)現(xiàn)，小麥根際土壤有機磷總量低于非根際土壤，以中度活性有機磷所占比例較高；與非根際土壤相比，根際土壤中中度活性有機磷和活性有機磷含量降低。本研究結(jié)果表明，玉米苗期和收獲期土壤有機磷分組中以中等活性有機磷含量較高，不施磷處理根際土壤有機磷含量顯著低于非根際土壤，可能是緣于根系對有機磷的強力吸收，不施磷肥在某種程度上已經(jīng)影響到土壤磷的供應(yīng)強度，而減量施用磷肥 20%～40% 并沒有顯著影響根系對土壤有機磷利用；苗期表現(xiàn)為中穩(wěn)性有機磷含量低于非根際土壤，中等活性有機磷的降低可能轉(zhuǎn)化為土壤有效磷被玉米吸收利用。

根際土壤中微生物分布密集、活性強，有利于土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，對植物高效利用土壤磷素有著重要影響[10,18]。在農(nóng)業(yè)土壤中微生物量磷 (MBC-P) 占有機磷總量只有 3% 左右，但土壤微生物量磷周轉(zhuǎn)速率快，對土壤磷素的循環(huán)轉(zhuǎn)化和植物磷素營養(yǎng)起著重要的作用[18]。在 2008 年玉米苗期，根際土壤 MBC-P水平較高，除了 P2O5187.5 kg/hm2用量處理外，其它磷肥處理玉米苗期根際 MBC-P 比非根際土壤高，2010 年苗期也得到相似結(jié)果，不施磷處理根際土壤MBC-P 水平較非根際高；但在抽雄期，根際土壤MBC-P 比非根際土壤低。與不施磷肥相比，施 P2O5187.5 kg/hm2處理在玉米生長前期明顯提高了非根際土壤 MBC-P。與習慣施肥量相比，磷肥減施未明顯降低根際土壤 MBC-P。

土壤無機磷組分中，Ca2-P 易被作物吸收，是有效磷源，Ca8-P、Al-P、Fe-P 有效性相對較低，可作為有效磷補充；Ca10-P 和 O-P 在短期內(nèi)難以為作物吸收利用，是潛在磷源[23]。長期定位試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過14 年作物消耗，在褐潮土無機磷分組中 Ca2-P 消耗最大，平均為 94.7%，其次 Ca8-P 消耗平均為 23.8%和 Al-P 平均下降 9.2%，施用磷肥可顯著增加 Ca2-P含量[24]。本試驗結(jié)果表明，與不施磷肥處理相比，施P2O5187.5 kg/hm2磷處理可以顯著增加 Ca2-P 含量。

不同磷肥處理間根際和非根際土壤中 Ca10-P、Ca8-P、O-P、Al-P 和 Fe-P 含量差異不明顯；但經(jīng)過三年試驗，不施磷肥根際和非根際土壤 Ca2-P、Ca8-P 含量下降明顯，這影響到第三年的玉米生長，導致產(chǎn)量開始出現(xiàn)下降，而磷肥減施尚未影響土壤各形態(tài)無機磷含量。

表1 不同磷肥施用量下土壤中不同形態(tài)無機磷含量 (mg/kg)Table 1 Phosphorus concentrations of various inorganic forms in maize rhizosphere and bulk soils with different P treatments

圖6 2008 年不同磷肥用量玉米根際、非根際土壤不同形態(tài)有機磷含量比較Fig. 6 Comparison of different organic P content in maize rhizosphere and bulk soils with different P treatments in 2008

圖7 不同處理玉米根際非根際土壤有機磷含量Fig. 7 Contents of content organic phosphorous content in maize rhizosphere and bulk soils with different treatments

綜上所述，與習慣高量施磷量相比，在河北省衡水潮土上小麥季磷肥施用量減少 20%～40% 對后作玉米根系形態(tài)及根際土壤無機磷、有機磷、微生物量 P 含量影響尚不明顯，籽粒產(chǎn)量沒有降低，降低作物磷肥用量是可行的；但 3 年不施磷處理，根際土壤有效形態(tài)磷含量和玉米籽粒產(chǎn)量開始出現(xiàn)下降趨勢。

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Effects of reducing phosphorus fertilizer rate on root growth and phosphorus fractions in rhizosphere soils of summer maize

CHEN Lei1,2, YUN Peng1, GAO Xiang3, LU Chang-ai1, LIU Rong-le4, WANG Hong1*
( 1 National Engineering Laboratory for Improving Qualit of Arable Land/Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer，Ministry of Agriculture/Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 2 Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Haerbin 150086; 3 Shanxi Academy of Agricultural Science Sorghum Research Institutes, Jinzhong, Shanxi 030600; 4 Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081 )

【Objectives】Winter wheat-summer maize rotation is the most common agricultural production system in the North China Plain. Excessive phosphorus (P) fertilization in wheat is concerned in this area, which might result in low fertilizer use efficiency and potentially pressure on the environment. The objective of this paper was to investigate the possibility and potential of reducing application rate of P fertilizer in winter wheat-summer maize crop rotation systems.【Methods】A field experiment was conducted on fluvo aquic soil in Hengshui City, Hebei Province. Four rates of P2O5application rate of 0, 112.5, 150.0 and 187.5 kg/hm2were set in winter wheat. After harvest of wheat, summer maize was planted without tillage. The grain yields, biomass and P content in above ground parts of maize were investigated; Root analysis system WinRHIZO was used to determine the root length and diameter; and the contents of different fraction of soil P were analyzed at harvest.【Results】Compared to current farm’s P2O5input rate of 187.5 kg/hm2, the maize grain yield, total root length, average root diameter and soil Olsen-P contents were not significantly affected in treatment of P2O5112.5 and 150.0 kg/hm2for three years’ period. Under no P fertilizer application treatment, the maize yield and soil available P contents in the third year started to decline, the organic P contents in the rhizosphere soils were lower than in the non-rhizosphere soils in 2009 and 2010 year; the amounts of moderately labile organic P in soils were higher at maize seedling and mature stage than at other growth stages in 2008. When less P fertilizer was applied, moderately labile organic P contents in rhizosphere soils were remarkably lower than in nonrhizosphere at maize seedling stage. The concentrations of Ca2-P, one of inorganic P forms in soils, declined during maize growth season. The contents of Ca10-P, Ca8-P, O-P (Occluded phosphorus), Al-P and Fe-P in the rhizosphere and non-rhizosphere soils presented no significant change among various P fertilizer rates. The concentrations of microbial biomass P in the rhizosphere soils were higher than in the non-rhizosphere soils at maize seedling stage in 2008. Compared with farmers conventional P application (187.5 kg/hm2P2O5), reducing P application rates did not significantly affect on the contents of microbial biomass P in rhzosphere soils at maize seedling stage.【Conclusions】Under the intensive rotation system of winter wheat and summer maize in North China Plain with high soil fertility, the yield and root development of maize, and the contents of Olsen-P, organic P and microbial biomass P in the rhizosphere soils do not show significant variation when the P fertilizer input was reduced by 20% or 40% in wheat season, but those happened when no P fertilizer were applied. It is suggested that it would be available to reduce the P input by 20%–40% in winter wheat-summer maize crop rotation systems under the tested conditions.

summer maize; reducing phosphorus fertilizer rate; rhizosphere soil phosphorous absorption; soil phosphorus fraction; soil organic phosphorus

S506.2; S513

A

1008–505X(2016)06–1548–10

2016–02–23 接受日期：2016–06–07

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973 計劃）項目（2013CB127402，2007CB109302）資助。

陳磊（1986—），男，黑龍江哈爾濱人，博士研究生，主要從事作物氮磷養(yǎng)分管理研究工作。

* 通信作者 Tel：010-82105021，E-mail：wanghong01@caas.cn