磷是作物生长必需且需求量较大的营养元素，也是限制作物产量和品质的关键因素，在作物产量提高、品质改善和抗逆性增强等方面发挥了重要作用^[1]。为保障作物产量，过量施用磷肥的现象普遍存在。然而，磷素在土壤中迁移慢、扩散速率低、移动性较差、极易被固定和沉淀，施入土壤中的磷肥多与土壤矿物、粘粒或有机质结合转化为非有效态磷，导致磷素大量积累在土壤中，当季作物的利用率仅为 10%～25%^[2-3]。尤其在我国南方酸性土壤中，因较低土壤 pH 和较高铁、铝氧化物，磷肥利用率较低^[4-5]。因此，提高肥料磷和土壤累积态磷的利用效率，构建土壤-作物-肥料匹配的磷肥高效利用技术是实现作物增产、磷肥减施增效、环境友好的重要途径。

施用磷肥是保障作物生产和粮食安全的重要途径。研究证实，磷肥对玉米籽粒产量的贡献率可达 11.9%～28.6%^[6]，而目前在玉米生产中，多数农户主要靠经验施磷肥^[7]，在我国四大玉米种植区，磷肥施用量偏低或偏高现象占 30.0%～77.7%，其中 30.0%～58.1% 的农户磷肥施用量偏高^[8]。南方酸性土壤风化程度较高，极易固定肥料中的有效磷，导致红壤中土壤磷难以释放出来供植物吸收，因而，酸性土壤玉米对磷肥的利用显著低于其他类型土壤^[5，9]。此外，对于缺磷且固磷能力强的土壤追求高产依赖于磷肥的持续过量施用，这将引发极大的资源浪费和环境污染^[10-11]。

为实现磷肥在玉米生产中的持续高效利用，前人在通过优化施肥措施^[12-13]、改进种植模式^[14]、施肥方式^[15]和合理间套作挖掘作物自身的生物学潜力^[16-17]实现磷素高效利用方面做了不少研究，但关于不同磷肥品种与土壤匹配对玉米产量响应、磷素吸收利用情况的研究较少^[18-19]。不同磷肥品种在土壤中的转化过程影响土壤磷的有效性，进而影响作物产量和磷素吸收利用，在红壤上探究不同品种磷肥的玉米产量效应与磷肥吸收利用特性对合理选择磷肥品种、提高红壤磷利用效率具有重要意义。本研究以西南典型低磷红壤为研究对象，通过连续两年的磷肥品种田间定位试验和盆栽试验，研究低磷红壤玉米对不同品种磷肥施用的产量响应、磷素吸收分配和磷肥利用效率，为构建西南低磷红壤-玉米-磷肥匹配的增产高效利用技术提供理论依据和技术基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

2018 年 6 月—2019 年 11 月在云南省昆明市官渡区小哨村旱地红壤试验基地（24°54′N、 102°41′E）开展两年田间定位试验，并取大田土壤于 2019 年 5—9 月在云南农业大学开展盆栽试验。

田间定位试验开始年份为 2017 年，土壤类型为旱地红壤，试验开始时耕层土壤（0～20 cm） 的基本理化性状为 pH 4.53，全磷 0.19 g/kg，容重 1.43 g/cm³，有机质 4.49 g/kg，有效磷 4.02 mg/kg。盆栽土壤样品化学性状为：pH 4.67，全磷 0.22 g/kg，有机质 5.58 g/kg，有效磷 4.73 mg/kg。

1.2 田间管理

田间定位试验和盆栽试验均设置 5 个磷肥品种处理，分别为不施磷肥（CK）、普通过磷酸钙 （SSP，P₂O₅ 16%）、钙镁磷肥（CMP，P₂O₅ 12%）、磷酸一铵（MAP，P₂O₅ 50%）和磷酸二铵（DAP， P₂O₅ 46%），除磷肥品种不同外，施用养分量和管理方式均完全相同。

田间定位试验和盆栽试验所使用玉米品种均为 “云瑞 88”。

田间定位试验：采用随机区组设计，每处理 3 次重复共计 15 个小区，小区面积 26 m² （4 m× 6.5 m），玉米株行距 25 cm×50 cm，距边 25 cm。施肥量为当地常规施肥量，分别为 N 250 kg/hm²、 P₂O₅ 90 kg/gm² 和 K₂O 75 kg/hm²，供试磷肥和钾肥 （硫酸钾，K₂O 50%）均以基肥全部施入，氮肥（尿素，N 46%）分 3 次施入，基肥、小喇叭口期追肥和大喇叭口期追肥分别占总施氮量的 40%、25% 和 35%。玉米分别于 2018 年 6 月 3 日和 2019 年 6 月 8 日播种，2018 年 10 月 21 日和 2019 年 11 月 10 日收获。

盆栽试验：所用土壤取自试验大田，土壤取回后捡出枯枝、杂草、碎石，过 5 mm 筛，风干备用。施磷处理同田间一致，每处理 4 次重复，共计 20 盆。所用盆规格 29 cm×18.6 cm×23 cm，每盆装土 10 kg，种植玉米 4 株。施肥量为 N 150 mg/kg、P₂O₅ 100 mg/kg、K₂O 150 mg/kg。供试氮肥的 40% 以及全部磷肥、钾肥按比例与土壤充分混匀后称重装盆，稳定 1 周后点播。25% 和 35% 氮肥分别于玉米小喇叭口期和大喇叭口期进行溶水追施。盆栽玉米于 2019 年 5 月 6 日播种，9 月 1 日收获，整个生育期玉米施肥、浇水和除草保持一致，不进行喷药处理。

1.3 采样与测定

玉米成熟期采集不同处理玉米植株样品，大田试验每处理每重复均取 5 株玉米，盆栽试验全部取样，分为籽粒、秸秆和叶片 3 部分，将样品在 105℃杀青 30 min 后，65～70℃烘干至恒重，进行干重测定后粉碎样品备用。采用 H₂SO₄-H₂O₂ 法联合消煮，钼锑抗比色法测定全磷含量^[20]。

1.4 参数计算与统计分析

作物吸磷量为地上部全部植株的磷吸收量，作物磷吸收和磷利用效率按以下公式计算^[21]：

作物吸磷量（kg/hm²）= 籽粒产量 × 籽粒磷浓度 + 秸秆产量 × 秸秆磷浓度 + 叶片产量 × 叶片磷浓度

收获指数（%）= 籽粒产量 / 总生物量

磷素收获指数（%）= 籽粒磷累积量 / 作物吸磷量

磷肥利用率（%）=（施磷处理作物吸磷总量-不施磷处理作物吸磷总量）/ 施磷量 ×100

磷肥农学效率（kg/kg）=（施磷处理玉米产量-不施磷处理玉米产量）/ 施磷量

磷肥偏生产力（kg/kg）= 施磷处理产量 / 施磷量。

数据整理和作图均采用 Excel 2010 进行，处理间差异显著性检验、两因素（年份和施磷处理）方差分析使用 SPSS 24.0 进行。

2 结果与分析

2.1 玉米产量和生物量

两年田间定位试验和盆栽试验结果（图1）显示，施用不同品种磷肥显著增加低磷红壤上玉米的产量和地上部生物量。在田间和盆栽条件下，相较于 CK 处理，施用不同品种磷肥处理的玉米产量分别增加 86.9%～472.0% 和 395.2%～775.9%，玉米生物量分别增加 69.0%～352.6% 和 37.8%～105.2%。其中，SSP 处理两年田间试验和盆栽试验中籽粒产量和生物量均最高，较 CK 处理玉米产量分别增加 208.8%、472.0% 和 775.9%，玉米生物量分别增加 130.5%、352.6% 和 105.2%。

在田间条件下，SSP 处理玉米产量和生物量在 2018 年较 MAP、DAP、CMP 处理分别显著增加 65.2%、62.1%、31.8% 和 33.1%、36.4%、26.7%； 2019 年 SSP 处理相较于 MAP 和 DAP 处理玉米产量和生物量分别增加 67.5%、24.9% 和 43.9%、38.9%， CMP 处理相较于 MAP 和 DAP 玉米产量分别增加 66.0% 和 42.5%，生物量分别增加 24.2% 和 38.1%。

在盆栽条件下，SSP 处理玉米产量和生物量相较于 MAP、DAP、CMP 处理分别显著增加 76.9%、60.4%、13.0% 和 48.9%、40.9%、3.0%， CMP 处理相对于 MAP 和 DAP 处理玉米产量分别增加 56.6% 和 41.9%，生物量分别增加 44.6% 和 36.8%。

注：图柱上不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 玉米磷吸收和分配

两年田间定位试验表明，不同施磷品种处理均显著增加低磷红壤的玉米磷吸收量和各器官磷素吸收量（表1）。不同施磷品种处理玉米磷吸收量相较于 CK 处理，2018 和 2019 年分别增加 112.5%～221.7% 和 205.9%～411.9%。不同施磷品种的玉米磷吸收量以 SSP 处理最高，DAP 处理最低，2018 和 2019 年 SSP 处理玉米磷吸收量较 MAP、 DAP、CMP 处理分别显著增加 22.3%、51.3%、24.0% 和56.0%、67.3%、21.2%，两年平均增加39.2%、59.3%、2 2.6%。

田间条件下，不同施磷品种处理玉米磷吸收量主要集中在玉米籽粒中，其次在秸秆中，分配在叶片中的磷较少。2018 和 2019 年玉米籽粒磷吸收量占玉米磷吸收量的比例分别为 59.6%～74.2% 和 31.4%～45.9%；秸秆磷吸收量占玉米磷吸收量的比例分别为 16.2%～28.4% 和 28.0%～44.7%，叶片磷吸收量占玉米磷吸收量的比例分别为 9.6%～20.0% 和 14.4%～35.3%。不同施磷品种两年田间试验玉米籽粒磷分配比例 2018 年表现为 CMP>DAP>MAP>SSP，2019 年表现为 SSP>CMP >DAP>MAP。其中 2018 年玉米籽粒磷吸收量占比高于 2019 年籽粒磷吸收量占比。

交互分析显示，不同磷品种对玉米磷吸收量、秸秆、叶片和籽粒磷分配量影响均极显著，年份对玉米吸磷量、秸秆和叶片磷分配量影响极显著，但对籽粒磷分配量影响不显著，不同磷品种与年份的交互作用对玉米磷吸收量、秸秆、叶片和籽粒磷分配量影响均显著。

注：表中同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。* 表示 P <0.05，** 表示 P <0.01，NS 表示不显著。下同。

盆栽试验结果表明，不同施磷品种处理的玉米磷吸收量较 CK 处理增加 54.5%～168.5%。在不同施磷品种中，玉米磷吸收量以 SSP 处理最高，MAP 处理最低，SSP 处理较 MAP 和 DAP 处理玉米磷吸收量分别增加 73.7% 和 40.1%，CMP 处理较 MAP 和 DAP 处理玉米磷吸收量分别增加 65.8% 和 33.7%，SSP 处理和 CMP 处理无显著差异 （表2）。

盆栽试验中，不同施磷品种下的玉米磷吸收量分配与大田试验一致。不同施磷品种下玉米籽粒、秸秆和叶片磷吸收量占玉米磷吸收量的比例依次为 15.6%～53.9%、27.3%～56.0% 和 16.0%～28.5%。不同施磷品种下玉米籽粒磷分配比例总体表现为 SSP>DAP>CMP>MAP，与 2019 年大田试验趋势一致。

2.3 玉米磷肥利用效率

2.3.1 磷收获指数

两年田间定位试验和盆栽试验结果表明，不同施磷品种处理总体上提高了低磷红壤玉米收获指数和磷素收获指数，在盆栽条件下增加更为显著（图2）。相较于 CK，两年大田试验玉米收获指数和磷素收获指数平均分别增加 19.3% 和 12.4%，盆栽试验分别增加 288.0% 和 217.5%。无论田间还是盆栽条件， SSP 处理玉米收获指数均最高（分别为 50.1%、39.7% 和 33.2%），较 CK 分别显著增加 34.3%、26.4% 和 327.3%。玉米磷素收获指数在 2018 年以 CMP 处理最大（74.2%），较 CK 处理显著增加 22.0%，而 2019 年大田试验和盆栽试验均以 SSP 处理最大（分别为 45.9% 和 53.9%），较 CK 分别增加 45.9% 和 246.1%，但与 DAP 和 CMP 处理间无显著差异。

在不同施磷品种间，玉米收获指数和磷素收获指数以施用 MAP 为最低。2018 年 CMP 处理较 MAP 处理玉米收获指数和磷素收获指数分别增加 19.3% 和 24.4%，2019 年大田试验和盆栽试验 SSP、DAP、CMP 处理较 MAP 处理玉米收获指数分别增加 34.2%、29.5%、33.5% 和 46.1%、30.1%、 33.0%，玉米磷素收获指数分别增加 18.8%、4.3%、 8.3% 和 31.2%、27.9%、22.3%。

2.3.2 磷利用效率

作物对磷肥的利用情况主要通过磷肥利用率、磷肥农学效率和磷肥偏生产力进行表征，其中，磷肥对作物生长的贡献通过磷肥利用率表示，磷肥农学效率表示单位施磷量作物增产能力，而磷肥偏生产力反映土壤基础养分情况与施磷量的综合效应，通过施磷处理作物产量与施磷量的比值进行表征。不同施磷品种间低磷红壤玉米磷肥利用率、磷肥农学效率和磷肥偏生产力均以 SSP 处理最高 （表3）。

田间条件下，2018 和 2019 年 SSP 处理玉米磷肥利用率相较 MAP、DAP、CMP 处理分别显著增加 35.8%、96.1%、39.0% 和 80.6%、100.6%、28.0%，两年平均分别增加 58.3%、98.3%、33.5%。2018 年 SSP 处理玉米磷肥农学效率较 MAP、DAP 和 CMP 处理分别显著增加 140.8%、130.9% 和 55.4%， 2019 年 SSP 处理玉米磷肥农学效率较 MAP 和 DAP 处理分别显著增加 95.7% 和 58.8%，两年平均增加 118.2%、94.8%、28.3%（P<0.05）。SSP 处理的玉米磷肥偏生产力两年平均增加 66.1%、54.7%、18.2%。

总体而言，在低磷红壤中不同施磷品种玉米磷肥利用效率以 SSP 处理最佳，表现为磷肥利用率SSP>CMP >MAP >DAP，磷肥农学效率和偏生产力 SSP>CMP >DAP >MAP。交互分析显示，年份显著影响玉米磷肥利用率和磷肥偏生产力，磷品种对磷肥利用率、磷肥农学效率和磷肥偏生产力均影响显著，年份和磷品种二者交互作用显著影响磷肥农学效率和磷肥偏生产力。

盆栽试验也证实，不同施磷品种间玉米磷肥利用率均以 SSP 处理最高（表4），相较于 MAP 和 DAP 处理，SSP 处理玉米磷肥利用率分别显著增加 208.5% 和 84.1%，SSP 与 CMP 处理间无显著差异；相较于 MAP、DAP 和 CMP 处理，SSP 处理玉米磷肥农学效率分别显著增加 96.2%、73.9% 和 14.9%，磷肥偏生产力分别显著增加 76.7%、 60.4% 和 13.0%（P<0.05）； 玉米磷肥利用效率 （磷肥利用率、农学效率和偏生产力）在不同施磷品种间均表现为 SSP >CMP >DAP >MAP。

3 讨论

3.1 不同施磷品种对玉米磷吸收和分配的影响

磷素作为仅次于氮肥的大量营养元素，是作物生长过程中极为重要的三大营养元素之一，前人关于玉米合理施磷开展的大量研究表明，施磷可以增加玉米的产量和磷素累积量^[21-22]。本研究开展等养分（90 kg/hm²）不同磷肥品种试验，两年田间定位试验和盆栽试验均表明施磷显著增加玉米产量和磷吸收量，与前人研究结果一致^[18，22]。合理施用磷肥有利于玉米对磷素的吸收和分配，是提高玉米产量和磷累积的关键^[21，23]。同样，不同的磷肥品种也影响玉米对磷素的累积和分配^[18，24]。本研究中，玉米磷吸收量主要集中在玉米籽粒中，其次在秸秆中，分配在叶片中的磷较少，施磷促进秸秆或叶片向籽粒中转移更多的磷，进一步增加籽粒的磷含量（表1、2）。相较于 CK 处理，两年田间试验玉米磷吸收量分别增加112.3%～221.7% 和 205.9%～411.9%，盆栽试验增加 54.5%～168.5%。此外，不同施磷品种的玉米磷吸收量以 SSP 处理最高，DAP 处理最低，尽管不同年份和盆栽试验之间略有差异，但总体上不同施磷品种对玉米的磷吸收影响表现为 SSP>DAP>CMP>MAP>CK。这可能是不同品种磷肥在土壤中磷素的溶解和释放量不一致，引起作物对养分的吸收和利用情况差异，进而影响作物磷吸收和分配^[25-26]。

3.2 不同施磷肥品种对玉米磷吸收利用的影响

我国南方地区以酸性或强酸性低磷红壤为主，风化程度高、淋溶性强和较丰富的铁铝氧化物导致土壤磷素有效性低，严重制约南方酸性低磷红壤农业生产的可持续性^[4-5]。磷肥品种的合理选择与适量供应是提高土壤肥力和促进作物生长的重要措施，但不同的磷肥品种因其组成、形态、溶解性和酸碱性等差异在不同土壤中肥效各不相同^{[19，25，27]}。李会枝^[26]两年田间试验发现，磷酸二铵和钙镁磷肥在酸性土壤中能有效提高水稻和油菜产量与磷肥利用率。余小兰等^[28]研究也发现，在酸性砖红壤和酸性水稻土上钙镁磷肥可有效提高土壤 pH 和有效磷含量。而王一锟等^[19]在弱酸性红壤中两年的田间试验则表明，相对于过磷酸钙、磷酸一铵和磷酸二铵，钙镁磷肥的施用效果最差。本研究两年大田试验和盆栽试验表明，SSP 处理在低磷红壤上玉米的磷吸收量和利用效率最高，总体表现为 SSP>CMP>DAP>MAP，与王少仁等^[29] 的研究结果（过磷酸钙 >钙镁磷肥 >磷酸二铵）一致，而与王一锟等^[19]、吉冰洁等^[27]的研究结果不同，这可能与不同磷肥品种在低磷红壤的溶解、释放以及施肥方式有关。

本试验中，SSP 虽然为水溶性磷肥，但其溶解性相对较低，刚施入土壤时磷肥肥效不高，而在作物生长过程中因自身肥料特性逐渐释放促进作物生长^[27]，与作物生长的养分需求匹配可能是 SSP 处理在低磷酸性红壤中肥效最佳的原因。钙镁磷肥为碱性肥料，在不同施磷处理中尽管溶解性最差，但含有丰富的钙、镁，在酸性土壤中可以改善土壤酸度、释放磷素，肥效仅次于过磷酸钙或与之相同，在酸性土壤中通常作为改良土壤的酸碱性缓效磷肥。SSP 和 CMP 处理含有较高的钙离子，进入土壤后占据土壤胶体吸附位点，减缓磷素的吸附，进而提高作物对磷的吸收和利用^[30]。磷酸一铵和磷酸二铵尽管均为完全水溶性肥料，受南方酸性红壤较强的土壤磷吸附特性以及 6—9 月集中降水的影响，施入土壤后易转化形成难溶性的铁铝磷酸盐或淋洗损失，降低磷素的有效性。此外，本研究中磷肥是以基肥形式在播种前一次性施入，导致刚施入土壤中的有效磷在未被作物大量吸收之前就已经损失或被固定形成难溶性磷，这也是导致磷酸一铵和磷酸二铵溶解性强、肥效释放快但肥效低的原因。西南地区农户在大田作物上普遍选择过磷酸钙或钙镁磷肥作为磷肥，一方面与传统农户的施肥习惯和施肥水平有关，另一方面从节约成本（一次性施肥）和提高肥效的角度，他们可能更愿意选择价格低廉、施肥技术简单以及肥效持久的过磷酸钙或钙镁磷肥作为所施用的磷肥品种。

本研究仅针对不同施磷品种下玉米磷素的吸收和利用情况进行分析，后续有必要开展不同品种磷肥不同施肥方式的研究以及不同磷肥品种在低磷酸性红壤中的磷素转化及吸附解吸附过程研究，进一步明确不同品种磷肥在西南低磷酸性红壤中的利用机制。

4 结论

施磷显著增加玉米产量、生物量和磷吸收量，不同施磷品种玉米产量、生物量和收获指数以 SSP 处理最高。施用不同品种磷肥均显著增加玉米磷累积量、各器官（秸秆、叶片和籽粒）磷素吸收量和玉米磷素收获指数。施用不同品种磷肥玉米磷素利用效率总体表现为 SSP >CMP >DAP >MAP，综合考虑玉米产量和磷素吸收利用情况，西南低磷酸性红壤中选择过磷酸钙作为施磷品种可以确保玉米高产、磷素吸收和利用最佳。

参考文献