摘要
为探究酸性土壤玉米种植过程中“磷固定”问题的解决途径，施用利用聚磷酸铵（APP）制备的 3 种不同聚合磷占比的玉米专用复合肥料（P1、P2、P3 处理），分别以不施肥（CK）、传统施肥（FP）和施用利用磷酸-铵制备的玉米专用肥料（MAP）处理为对照，通过田间试验明确了不同施肥措施对土壤磷素变化、玉米生长发育和产量的影响。结果表明，与 FP 处理相比，P1 ～ P3 处理产量平均提高了 14.6%、根际土壤 pH 值提高 0.37% ～ 1.94%、吐丝期 P2 处理土壤有效磷含量提高 46.5%；与 MAP 处理相比，吐丝期 P2 处理土壤有效磷含量约提高 50.2%；与 P1 和 P3 处理相比，P2 处理产量分别提高 12.3% 和 6.2%、地上部全磷含量及磷素积累量分别显著提高 15.7% ～ 42.3% 和 24.5% ～ 67.5%。本试验条件下，在酸性土壤中施用含聚合磷的复合肥料，能够提高根际土壤 pH 值和土壤有效磷含量，促进玉米对磷素的吸收，显著提升玉米生长发育性状，提高产量。且在聚合磷复合肥料处理之间，P2 处理在磷肥偏生产力、玉米产量构成因素及产量结果上最优。这表明在酸性土壤上施用含聚合磷的玉米专用肥（APP 占比 40%），可提高土壤有效磷含量，促进玉米增产。
Abstract
In order to investigate the solution to the problem of phosphorus fixation during maize cultivation in acidic soil，ammonium polyphosphate（APP）was used to formulate three special compound fertilizers for maize with different polyphosphate ratios（P1，P2，and P3 treatments）. The no fertilizer（CK），traditional fertilization（FP），and application of corn specific compound fertilizer prepared using monoammonium phosphate（MAP）treatments were used as controls. The impacts of different fertilizer application measures on soil phosphorus，maize growth and development，and yield were investigated in field experiments. The results demonstrated that the P1-P3 treatments exhibited a 14.6% increase in yield compared to the FP treatment. Additionally，the rhizosphere soil pH demonstrated an increase of 0.37%-1.94%. Furthermore，the soil available phosphorus content of the P2 treatment at the spathe stage demonstrated a notable increase of 46.5%. In comparison to the MAP treatment，the soil available phosphorus content of the P2 treatment at the spathe stage increased by approximately 50.2%. In comparison to the P1 and P3 treatments，the P2 treatment resulted in an increase in yield by 12.3% and 6.2%，respectively. Additionally，the total phosphorus content and phosphorus accumulation in the aboveground were markedly elevated by 15.7%-42.3% and 24.5%-67.5%，respectively. In other words，the application of a compound fertilizer containing polymerized phosphorus in acidic soil could increase the rhizosphere soil pH and soil available phosphorus content，promote the absorption of phosphorus by maize，and significantly enhance the growth and developmental traits of maize，thereby increasing yield. The P2 treatment was identified as the optimal polymeric phosphorus composite fertilizer treatment in terms of phosphorus fertilizer bias productivity，maize yield components， and overall yield results. This suggested that the application of a special maize fertilizer containing polyphosphate（APP 40%）to acidic soil could result in an increase in soil available phosphorus content and a subsequent enhancement in maize yield.
Keywords
聚磷酸铵（APP）作为一种高效磷肥产品，是磷肥增效的重要途径。传统磷铵产品施入土壤后会溶解生成磷酸根，一方面被土壤固相吸附，另一方面与土壤中的金属阳离子等结合生成难溶性的磷酸盐沉淀，导致磷在土壤中的移动性变差，限制了作物对磷素的吸收利用，导致磷肥的当季利用率只有 10%～25%[1]。而 APP 需要磷酸酐键逐渐断裂形成正磷酸盐才能被作物吸收利用，其水解过程能显著降低土壤的固定作用[2]，提高磷肥利用率。目前，APP 在农业应用中表现出显著优势。杨紫杭等[3]研究表明，施用 APP 提高了土壤碱性磷酸酶活性，促进玉米对磷素的吸收利用。周文利[4]通过研究不同品种磷肥对玉米苗期生长以及土壤有效磷的影响表明，APP 能增加玉米地上部生物量，提高土壤有效磷含量。同时，也有研究表明，施用 APP 能促进冬小麦植株磷含量和磷吸收累积[5]、提高大豆产量[6]、提高水稻产量和品质[7]。江席亮等[8]的试验结果表明，将聚磷酸盐按一定比例和常规水溶磷肥掺混配施能提高灌溉棉田土壤有效磷含量。王箫璇等[9]通过研究不同磷肥对土壤磷素形态转化及小麦磷素吸收利用效率的影响表明，施用 APP 可显著提升砂姜黑土 H2O-P 和 NaHCO3-Pi 含量。
APP 作为复合肥料的原料之一在农业应用中的研究较少，因此本研究通过 APP 代替部分磷源制备玉米复合肥料，通过田间试验研究不同 APP 占比的复合肥料对酸性土壤上玉米生长性状及产量的影响，比较不同聚合磷占比肥料施用后植株磷素积累的差异，为解决酸性土壤“磷固定”提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试玉米品种为‘荣成玉 9 号’。
供试肥料为当地玉米常规用肥（N-P2O5-K2O=28-6-6），以及自主研发的 4 款玉米专用肥料 （N-P2O5-K2O=25-10-10）。其中，自主研发的玉米专用肥由 APP、磷酸一铵、尿素、硫酸钾等几种原料混合造粒得到。
1.2 试验地概况
田间试验于 2023 年 7—11 月在云南省大理市湾桥镇进行，该地属北亚热带高原季风气候，当季平均气温 15℃。前茬作物为马铃薯，土壤基本理化性质见表1。
表1供试土壤基本理化性质
1.3 试验设计
试验共设 6 个处理，分别为 CK、FP、MAP、 P1、P2和 P3。其中 CK 为不施肥处理，FP 为当地常规用肥处理，P1、P2 和 P3 分别表示肥料中聚合 P2O5 占有效 P2O5 的百分比分别为 20%、40%和 70%，磷来自于 APP 和磷酸-铵 2 种原料；MAP 处理不含聚合磷，磷来自原料磷酸-铵，主要是由于当地常规用肥为市售成品肥料，难于追溯其磷元素来源于何种原料，为使试验对照更科学，设置了以磷酸-铵为磷源不含聚合磷的肥料作为对照。
试验采用完全随机区组布置，每个处理设 3 个重复，共 18 个小区，小区面积为 28 m2 （2.8 m× 10.0 m），采用宽窄行种植，行距 120 cm（80 cm+ 40 cm），株距 40 cm，边行距 20 cm，边株距 20 cm，每小区 6 行，每行 25 塘，四周设保护行。
施肥方式为条施，施肥量按照当地常规施肥量 600 kg/hm2，等磷量施肥，不足的氮用尿素补齐。日常管理与当地常规一致。
1.4 采样及测定方法
分别于苗期、大喇叭口期、吐丝期采样，每个小区随机选取采样点，每点选取长势一致的 5 株，分别测定株高、茎粗、SPAD 值。齐土面剪下地上部，洗净根系，105℃杀青 30 min，75℃烘干称干重。植株地上部全磷含量用 H2SO4-H2O2 法消解，钒钼黄法测定。土壤有效磷含量用 0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L H2SO4 浸提，钼锑抗比色法测定。土壤 pH 值用酸度计测定（水土比为 2.5∶1）。
磷养分积累量（mg/ 株）= 植株干物质重 × 植株磷养分含量
磷素收获指数（%）= 籽粒磷养分积累量 ÷ 地上部磷养分积累量 ×100
磷肥偏生产力（kg/kg）= 施磷处理籽粒产量 ÷ 施磷量
产量及产量构成因素：成熟期每个小区随机取 20 株进行考种，测定穗粒数、百粒重。按小区统计有效穗数，脱粒称质量，用谷物水分仪测定含水量，然后换算成标准含水量（14%）下的单位面积产量。
1.5 数据分析
使用 Excel 2021 处理数据，SPSS 25.0 进行差异显著性统计分析，采用 Origin 2024b 作图。
2 结果与分析
2.1 聚合磷复合肥料对玉米生长性状的影响
不同施肥处理的玉米生长性状的实测数据如表2所示，施肥处理各项指标优于不施肥 CK 处理，聚合磷复合肥料对玉米的生长有显著的促进作用。
从株高的数据来看，苗期，与 FP 处理相比， MAP、P1、P2、P3 处理玉米株高显著提高 35.4%、 42.7%、28.6%、44.2%（P<0.05），其中 P1 和 P3 处理增长最明显。大喇叭口期，P1 及 P2 处理株高显著高于其他处理（P<0.05），二者相较于 FP 处理平均提高了 19.4%，相较于 MAP 处理平均提高了 9.8%。
表2不同施肥处理对玉米生长的影响
注：同列数据后小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。
在苗期，聚合磷复合肥料 P1～P3 处理能够提高玉米茎粗，以 P1 处理的茎粗最高，相较于 CK、 FP 和 MAP 处理分别显著提高了 39.8%、24.7% 和 12.6%（P<0.05），但不同聚合磷占比处理之间区别不大。大喇叭口期，较 CK 及 FP 处理，MAP、P1～P3 处理能够提高玉米茎粗，且随着聚合磷占比的增加，茎粗呈现先上升后下降的趋势，以 P1 处理最大，较 MAP、P3 处理分别提高了 9.6%、15.5%。吐丝期茎粗也呈现出随聚合磷占比增加先上升后下降的趋势。
SPAD 值影响着玉米的光合性能，随玉米生育期的进行，SPAD 值逐渐升高。苗期，MAP 处理的 SPAD 值最高，较 P1～P3 处理提高 2.7%～9.0%。大喇叭口期，聚合磷复合肥 P1～P3 处理显著高于 CK 和 FP 处理（P<0.05），以 P1、P2 处理最高， P3 与 MAP 处理相当。吐丝期时各施肥处理间的SPAD 值没有显著差异。
由图1a可知，与 CK 处理相比，各施肥处理对玉米地上部生物量均有一定的影响。在大喇叭口期时，P3 处理地上部生物量最大，较 FP 处理提高了 18.3%，但各处理间没有显著差异。在成熟期时，聚合磷复合肥料 P1～P3 处理地上部生物量高于其他处理，其中以 P2 和 P3 处理最高，相较于 CK 处理提高了 17.9%～19.3%。玉米根系是吸收土壤水分和养分的重要器官，地下部根系生物量见图1 b。从图中可以看出，苗期，FP 处理的玉米地下部生物量高于其他处理。吐丝期，P3 处理地下部生物量最低，最高的为 MAP 和 P2 处理，各处理之间差异不显著。成熟期，地下部生物量整体低于吐丝期，但聚合磷复合肥料 P1～P3 处理高于 CK、FP 以及 MAP 处理。
图1不同肥料处理下玉米生物量
注：同一生育期柱上小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。图4、图5 同。
2.2 聚合磷复合肥料对玉米产量及其构成因素的影响
施肥可显著提高玉米穗粗、行粒数（表3）。聚合磷复合肥料 P1～P3 处理玉米产量较 CK 处理平均提高 31.9%，穗长平均提高 9.0%，穗粗平均增加 5.4%，行粒数平均增加 19.8%，穗粒数平均增加 18.7%，百粒重平均增加 6.4%。P1～P3 处理玉米产量较 FP 处理平均提高 14.6%，穗长平均增加6.4 %，穗粗平均增加 1.3%，行粒数平均增加 8.8%，穗粒数平均增加9.0%，百粒重平均增加 4.4%。 P1～P3 处理较 MAP 处理穗粗平均增加 1.3%，行粒数平均增加 1.0%，百粒重平均增加 1.1%。其中，各施肥处理间穗粒数没有显著差异，聚合磷复合肥料秃尖率较 CK 处理平均降低 39.5%，较 FP 处理平均降低 20.7%。而在聚合磷复合肥料处理之间，P2 处理的穗粒数、百粒重、产量分别高出 P3 处理 1.5%、 3.9%、6.2%，说明对玉米产量来说，聚合磷肥料中聚合磷占比 40% 优于聚合磷占比 70%。
表3不同肥料处理对玉米产量及产量构成因素的影响
2.3 聚合磷复合肥料对玉米磷素吸收的影响
如图2所示，不同施肥措施对植株全磷含量影响不同。玉米苗期，FP 处理地上部全磷含量显著高于含聚合磷复合肥料，P1～P3 各处理地上部全磷含量及磷素积累量无显著差异。大喇叭口期，各聚合磷复合肥料相较于 MAP 处理，其地上部磷素积累量明显提高，但各处理间没有显著差异。吐丝期，P1～P3 处理地上部全磷含量较 MAP 处理没有显著差异，但 MAP 处理磷素积累量明显高于 P1～P3 处理。成熟期时，P2 处理相比于其他处理地上部全磷含量提高 15.7%～42.3%，磷素积累量提高 24.5%～67.5%。不同施肥处理对玉米籽粒全磷含量影响不同（图3），P2 处理显著高于 P1、P3 处理（P<0.05），但与 FP、MAP 处理差异不显著。籽粒磷素积累量呈现上升趋势，MAP、 P2、P3 处理较 CK、FP 处理显著提高（P<0.05），平均增幅为 28.6%，且 P3 处理籽粒磷素积累量最高。
图2不同肥料处理对不同时期玉米地上部全磷含量及磷素积累量的影响
注：a：苗期；b：大喇叭口期；c：吐丝期；d：成熟期，d 中地上部全磷含量不包括籽粒。同一指标小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。图3 同。
表4为磷肥偏生产力和磷素收获指数。从所得的数据可以看出，磷肥偏生产力表现为 P2>MAP>P3>P1>FP（表4）。相较于 FP 处理，P2 处理显著增加了21.4%（P<0.05），P3 处理增加了 14.3%。植株磷素收获指数整体趋势为 MAP>P3>P1>CK>P2>FP。 MAP 处理玉米植株吸收的养分向籽粒中转运的比例最大，其次是 P3 和 P1 处理，均高于 FP 处理，且各不同聚合磷占比的肥料处理之间无显著差异。
图3不同肥料处理对玉米籽粒全磷含量及磷素积累量的影响
表4不同肥料处理对玉米磷肥利用率的影响
2.4 聚合磷复合肥料对土壤 pH 值和磷含量的影响
对各个处理的根际土壤 pH 值和有效磷含量进行了跟踪，分别得到图4和 5。根际土壤 pH 值在玉米生育期内呈现出苗期 >大喇叭口期 >吐丝期 >成熟期的趋势。P1～P3 处理间，随着聚合磷占比的增加，根际土壤 pH 值整体呈现上升的趋势。其中，相比于 CK 处理，P1～P3 处理均可以提高苗期、大喇叭口期玉米根际土壤的 pH 值，分别提高了 4.93%～9.68%、1.33%～3.97%。成熟期，相比于 FP 处理，P1～P3 处理均能提高根际土壤的pH 值，提高 0.37%～1.94%。MAP 处理，除了苗期，其他时期根际土壤 pH 值均低于 CK 处理。
土壤有效磷含量变化会影响玉米植株对磷素的吸收利用（图5）。玉米全生育期内，其根际土壤有效磷呈现先上升后降低的趋势，吐丝期最高，成熟期最低。在大喇叭口期，MAP 处理的根际土壤有效磷含量最高，FP 处理和含聚合磷复合肥料相当，但随着聚合磷占比的升高，各处理间根际土壤有效磷呈现降低趋势。吐丝期，聚合磷复合肥料 P1～P3 处理对土壤有效磷含量影响显著，均高于其他处理，P2 处理最高，对比 CK、FP 和 MAP 处理，分别提高了 34.7%、46.5% 和 50.2%。成熟期，各个不同施肥处理间根际土壤有效磷无明显差异。
图4不同肥料处理对根际土壤 pH 值的影响
图5不同肥料处理对根际土壤有效磷含量的影响
2.5 各指标之间的相关性
通过主成分分析以及相关性分析表明，在原始数据集中，前 2 个主成分解释了总方差的 61.9%，其中主成分 1 解释了玉米生长总方差的 41.2%，主成分 2 解释了 20.7%，各主成分都受到了聚合磷占比为 20%～70% 的显著影响。而影响产量的主要因素是穗粗、行粒数、穗粒数、有效穗数、百粒重、籽粒干重。
在本研究中产量与成熟期籽粒全磷含量以及地上部植株磷素积累量呈现正相关。
图6主成分分析及相关性分析
注：*、**、*** 分别表示相关性达 0.05、0.01、0.001 水平。
图7施不同聚合磷占比复合肥料产量与成熟期籽粒全磷含量、地上部（秸秆十籽粒）磷素积累量的关系
3 讨论
3.1 聚合磷复合肥提高酸性土壤有效磷效果的评价
玉米是典型的磷敏感型作物，磷素的供应状况对生长发育进程至关重要[10]。提高土壤中的有效磷水平有利于促进玉米对磷素的吸收，从而达到磷素的高效利用[11]。本研究表明，大喇叭口期，MAP 处理的根际土壤有效磷含量最高，而在吐丝期，P1～P3 处理明显高于其他处理，以 P2 处理最高，对比 CK、FP 和 MAP 处理，分别提高 34.7%、46.5% 和 50.2%，这与高艳菊等[12]的研究结果一致，APP 施入土壤初期，土壤溶液中有效磷含量显著低于 MAP 处理，但而后逐渐升高，后期明显高于 MAP 处理。有徐雅婷等[13]也在黄瓜的研究中得出类似的结果，APP 处理相较于其他新型磷肥处理，能够使土壤中有效磷含量一直维持在较高水平。Wang 等[14]在石灰性土壤中的研究结果同样也表明多聚肥料处理显著提高了石灰性土壤中磷的有效性。分析原因可能是不同形态磷肥的利用机制存在差异，聚合态磷组分需要通过磷酸酶水解成正磷酸盐后才能被作物吸收利用[15]。正磷酸磷肥则在土壤中被快速沉淀固定[12]。鲁如坤等[16] 研究表明，磷施入土壤后有效性的下降主要分为快反应阶段和慢反应阶段，在前 3 h的快反应阶段中，12 种代表性土壤的磷平均固定率为 51.6%，即大部分磷在进入土壤的前 3 h 就会被固定。而 APP 中的磷是以聚合态为主，更容易被土壤黏粒吸附，与磷酸根离子竞争吸附位点，从而导致土壤磷含量增加[17]。Philen 等[18]认为焦磷酸与土壤金属离子发生沉淀反应的速率要显著低于正磷酸肥料。聚合态磷在土壤中逐步水解，从而降低了沉淀反应的发生。这与本研究结果相似，玉米全生育期内，含聚合磷复合肥料土壤有效磷维持较高水平。
APP 水解反应速率直接影响植物对磷素的吸收[19]，pH 值是影响聚磷酸盐水解的一个重要因素。王蕾等[20]的研究发现，低 pH 值环境会加速 APP 水解，土壤 pH 值越低，APP 水解为正磷酸盐的速度越快。施用多磷肥料可将土壤根际 pH 值降低 0.1～0.5[21]。这与本研究的结果相似，P1～P3 处理吐丝期根际土壤的 pH 值显著低于大喇叭口期，其根际土壤有效磷含量明显上升，而 P3 处理，可能与肥料中 APP 占比较高，及与焦磷酸盐、三聚磷酸盐等的分解时间有关[22]。也有一些研究表明，聚磷酸磷肥与正磷酸磷肥相比并无明显优势[23-25]，这可能与 APP 的聚合度、聚合率以及土壤性质等有关。
3.2 聚合磷复合肥实现玉米高效生产
前人在棉花、葡萄、辣椒[26]等作物上的研究表明施用 APP 能够增加产量。王越[27]的研究也发现施用含有 APP 的液体肥料较含有正磷酸盐的液体肥料能显著提高番茄的产量和品质。这与本研究的结果相似，聚合磷复合肥料可显著提高玉米穗粗、行粒数以及产量。P1～P3 处理玉米产量较 CK 处理平均提高 31.9%，较 FP 处理平均提高 14.6%，较 MAP 处理穗粗平均增加 1.3%，行粒数平均增加 1.0%，百粒重平均增加 1.1%。产量的提升与养分的吸收利用密不可分。植株吸磷量与土壤有效磷含量、植株干重与含磷量之间存在显著的线性相关关系[12]，本研究也表明，产量与成熟期磷素积累量以及籽粒全磷含量呈现线性关系。这主要是由于聚合磷在更长的时间范围内维持土壤有效磷的含量，有利于玉米的磷素营养供应，促进了玉米的生长[28]，进而提高玉米产量。而在聚合磷复合肥料处理之间，本研究结果表明，P2 处理相较于 MAP 处理增产 5.6%、相较于 P3 处理增产 6.2%、相较于 FP 处理增产 21.4%，这与陈小娟等[29]的研究一致，与聚合磷占比较高的复合肥料 P3 处理相比，APP 配施磷酸-铵制备的复合肥料能显著提高玉米生物产量和磷吸收量，其中低中高聚成分均匀分布的 APP 与磷酸-铵配施效果最好，可能是因为当 APP 占比达到 70% 时，复合肥料中的磷全部来自于 APP，而在常温条件下，四聚磷酸盐水解为三聚磷酸盐需时约 1 d，三聚磷酸盐水解为焦磷酸盐和正磷酸盐需时约 7 d，焦磷酸盐彻底水解需时约 4～100 d[30]。磷供应无法满足玉米的生长需求，进而影响产量。这与刘道等[31]的研究结果相似，磷源全部由 APP 提供没有达到增产效果。通过主成分分析以及相关性分析表明，影响产量的主要因素是穗粗、行粒数、穗粒数、有效穗数、百粒重、籽粒干重，这与刘道等[32]的研究结果相似。
综上所述，添加了聚合磷的复合肥料施用，效果优于 FP 以及 MAP 处理，提高了穗长、穗粗、有效穗数、穗粒数、行粒数，进而提高了玉米产量，而且合适的聚合磷占比（P2 处理）可达到良好的应用效果，实现玉米增产。
4 结论
在酸性土壤中施用含聚合磷的复合肥料，能够提高根际土壤 pH 值和土壤有效磷含量，促进玉米对磷素的吸收，显著提升玉米生长发育性状，提高产量。
在聚合磷复合肥料 3 个处理之间，P2 处理在苗期对植株性状的促进效果不如 P1、P3 处理，但在中后期，能够提高玉米植株各项指标，特别是在磷肥偏生产力、玉米产量构成因素及产量结果上， P2 处理最优。说明合适的聚合磷占比（P2）可达到良好的应用效果，实现玉米增产。