全 文 ：中国生态农业学报 2015年 7月 第 23卷 第 7期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jul. 2015, 23(7): 823831


* 国家玉米产业技术体系项目(CARS-02-24)和国家自然科学基金重大国际(地区)合作项目(31210103906)资助
** 通讯作者: 陈远学, 主要从事土壤肥力和植物营养研究。E-mail: cyxue2002@aliyun.com
周涛, 主要从事土壤肥力和植物营养研究。E-mail: 364462907@qq.com
收稿日期: 20141126 接受日期: 20150429
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.141358
施磷对麦/玉/豆套作体系土壤磷素变化的影响*
周 涛1 徐开未1 黄 蔚1 陈新平2 张朝春2 刘 静1 卢俊宇3 陈远学1**
(1. 四川农业大学资源学院 成都 611130; 2. 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193;
3. 雅安市农业局 雅安 625014)
摘 要 小麦/玉米/大豆带状套作是四川省丘陵低山区主要旱地作物生产体系, 了解该体系磷养分变化对优
化磷肥管理和促进可持续生产有重要意义。本研究通过连续 3年(2011—2013年)田间定位试验, 设置 P0、P1、
P2、P3和 P4共 5个磷(P2O5)水平(玉米带分别为 0 kg·hm2、37.5 kg·hm2、75 kg·hm2、112.5 kg·hm2、150 kg·hm2,
小麦大豆带分别为 0 kg·hm2、45 kg·hm2、90 kg·hm2、135 kg·hm2、180 kg·hm2), 探讨该体系中土壤全磷、
速效磷、水溶性磷的变化规律和速效磷的年际变化。结果表明: 在麦/玉/豆套作体系中施磷 165 kg(P2O5)·hm2(玉
米带 75 kg·hm2, 小麦大豆带 90 kg·hm2), 可以满足体系作物对磷的需求, 基本达到磷的表观平衡, 维持土壤速
效磷含量在 20 mg·kg1左右。3年后 5个磷水平下体系耕层土壤(0~20 cm)全磷变化量分别为0.024 g·kg1·a1、
0.016 g·kg1·a1、0.016 g·kg1·a1、0.11 g·kg1·a1、0.15 g·kg1·a1, 速效磷变化量依次为1.2 mg·kg1·a1、0.9 mg·kg1·a1、
0.2 mg·kg1·a1、2.0 mg·kg1·a1和 2.7 mg·kg1·a1。通过线性平台函数的模拟, 该体系中玉米、小麦、大豆产
量的土壤速效磷临界值分别为 16.5 mg·kg1、12.6 mg·kg1和 8.8 mg·kg1。当土壤全磷含量低于 0.55 g·kg1时, 土
壤全磷每增加 0.1 g·kg1, 土壤速效磷增加 1.70 mg·kg1; 当土壤全磷大于 0.55 g·kg1, 全磷每增加 0.1 g·kg1,
土壤速效磷增加 6.49 mg·kg1。当土壤速效磷含量在 40 mg·kg1以下时, 速效磷每增加 1 mg·kg1, 水溶性磷增
加 0.017 mg·kg1。综上, 在麦/玉/豆体系磷肥管理中应该维持土壤全磷含量低于 0.55 g·kg1, 同时速效磷含量
在 20 mg·kg1左右, 这样既可以保证作物产量和系统生产力又不会产生较大的环境威胁。
关键词 磷肥 小麦/玉米/大豆带状套作 速效磷 水溶性磷 临界值
中图分类号: S158.3; S158.5 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2015)07-0823-09
Effects of phosphorus application on changes in soil phosphorus
under wheat/maize/soybean strip relay intercropping system
ZHOU Tao1, XU Kaiwei1, HUANG Wei1, CHEN Xinping2, ZHANG Chaochun2,
LIU Jing1, LU Junyu3, CHEN Yuanxue1
(1. College of Resource Sciences, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2. College of Resources and
Environment, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 3. Ya’an Agricultural Bureau, Ya’an 625014, China)
Abstract In Southwest China, one of the most densely populated agricultural regions, intercropping has been practiced in major
grain production systems for a long period. Wheat/maize/soybean strip relay intercropping (W/M/S) system is one of the main
planting patterns in Sichuan Province. In the system, wheat was sowed in autumn of the last year, maize transplanted around half
month before wheat harvest, and soybean sowed after wheat harvest. This system is very important for achieving optimal crop yield,
promoting system productivity and simultaneously decreasing phosphorus (P) losses through optimizing soil P management in
the system. A three-year field experiment (20112013) was conducted with 5 P application rates [on maize strip: 0 kg·hm2,
37.5 kg(P2O5)·hm2, 75 kg(P2O5)hm2, 112.5 kg(P2O5)·hm2 and 150 kg(P2O5)·hm2; on wheat strip: 0 kg(P2O5)·hm2, 45
kg(P2O5)·hm2, 90 kg(P2O5)·hm2, 135 kg(P2O5)·hm2 and 180 kg(P2O5)·hm2; soybean was not fertilized] to determine the changes
in soil Olsen-P, total P, CaCl2-P and annual variability of available P in the cropping system. The results showed that P application
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rate at 165 kg(P2O5)·hm2 (75 kg·hm2 on maize strip and 90 kg·hm2 on wheat-soybean strip, P2 treatment) met the demand for P in
W/M/S system. There was an apparent balance between P input and P output with soil Olsen-P content maintained at 20 mg·kg1.
The linear-plateau model well described the correlation between Olsen-P and crop yield, with the change-point showing that
the critical levels of soil Olsen-P for maximum wheat, maize and soybean yields were 12.6 mg·kg1, 16.5 mg·kg1 and 8.8
mg·kg1, respectively. From 2011 to 2013, soil Olsen-P in the top 020 cm soil layer under P0, P1, P2, P3 and P4 treatments (P
application rates of the W/M/S system were the total of wheat and maize application rates, respectively) changed by 1.2 mg·kg1·a1,
0.9 mg·kg1·a1, 0.2 mg·kg1·a1, 2.0 mg·kg1·a1 and 2.7 mg·kg1·a1, respectively, while total P changed by 0.024 g·kg1·a1,
0.016 g·kg1·a1, 0.016 g·kg1·a1, 0.11 g·kg1·a1 and 0.15 g·kg1·a1, respectively. Soil Olsen-P increased 1.70 mg·kg1 and
6.49 mg·kg1 when soil total P was below 0.55 g·kg1 and above 0.55 g·kg1, respectively, with increasing soil total P per 0.1 g·kg1.
Soil CaCl2-P increased by 0.017 mg·kg1 for per 1 mg·kg1 increase in Olsen-P when soil Olsen-P content was lower than 40 mg·kg1.
In short, simultaneously maintaining soil fertility and increasing crop yield or productivity in W/M/S system required keeping soil
total P content under 0.55 g·kg1 and holding soil Olsen-P at 20 mg·kg1.
Keywords Phosphorus fertilizer; Wheat/maize/soybean strip relay intercropping; Olsen-P; CaCl2-P; Critical value
(Received Nov. 26, 2014; accepted Apr. 29, 2015)
农业生产中大量的磷肥投入使得我国土壤磷积
累量迅速增加, 20世纪 80年代我国 70%耕地的农作
物产量受限于土壤缺磷, 全国土壤速效磷含量平均
值低于 10 mg·kg1, 而 2006年全国土壤速效磷含量
平均达到 20.6 mg·kg1[1]。磷肥投入一定程度增加了
作物产量, 2009 年全国磷肥投入量是 1961 年的 91
倍, 但粮食产量仅增加了 3.4倍[2]。大量磷肥投入并
未换来粮食的高产, 折射出我国磷肥利用率低的现
实, 目前我国磷肥当季利用效率为 20%~25%[3]。同
时, 土壤中的磷素通过土壤侵蚀、地表径流、地下
水溶解等方式流失造成水体富营养化 [4], 大量的磷
积累在土壤中极大增加了环境污染的风险。面对日益
增长的人口和资源环境压力, 合理施用磷肥, 提高磷
肥的生产利用效率在农业生产中显得尤为重要。
研究认为, 大多数间套作体系相比单作能提高
作物产量和养分资源利用效率。玉米和蚕豆间作 ,
玉米和蚕豆产量分别比对应单作增加 43%和 26%[5],
而地上部磷积累量分别增加 28%和 29%[6], 间作优
势主要来自于玉米和蚕豆间根系相互作用[5]。小麦/
玉米 /大豆套作模式主要分布于我国西南地区 , 到
2011年仅在四川盆地其分布面积就达到 115万 hm2。
相关研究表明, 合理配置 3种作物的带宽、行株距,
调整播种时期 [79]和合理调整施肥等措施下 , 该体
系的作物产量和养分利用效率高于相应的单作作
物 [1011]。然而在这些研究中, 更多关注的是间套作
增产、增效的调控方式和内在机理, 而对间套作体
系的土壤养分变化特征关注较少。本文拟通过连续
3 年的田间定位试验, 探讨麦/玉/豆体系中不同施磷
条件下土壤全磷、速效磷、水溶性磷的变化, 为该
体系合理施磷及磷肥管理提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2011—2013年在四川农业大学雅安试验
农场进行, 土壤为紫色湿润雏形土, 俗称紫色大土,
土壤剖面质地较黏重(表 1), 0~20 cm 耕层土壤 pH
6.27, 有机质 33.4 g·kg1、全氮 2.1 g·kg1、全磷 0.45 g·kg1、
碱解氮 112 mg·kg1、有效磷 13 mg·kg1、速效钾
71 mg·kg1。
小麦选用高抗优质品种‘川麦 37’, 由四川省农
业科学院作物研究所选育; 玉米选用四川省和农业
部主推优良品种‘川单 418’, 由四川农业大学玉米研
究所选育; 大豆选用四川省应用面积最大的秋豆品
种‘贡选 1 号’, 由四川省自贡市农业科学研究所选
育。试验用肥料尿素、过磷酸钙和氯化钾均购于雅
安市区农资门市。
表 1 试验区 0~100 cm土层土壤颗粒分布
Table 1 Particle distribution of 0100 cm purple soil depth in the study area
各种粒径颗粒所占比例 Proportions of soil particles (%) 土壤层次
Soil layer (cm) >2.0 mm 2.0~0.02 mm 0.02~0.002 mm <0.002 mm
质地
Texture
容重
Bulk density (g·cm3)
0~20 0 56.0 26.0 18.0 砂质黏壤土 Sandy clay loam 1.48
20~40 0 52.0 24.0 24.0 黏壤土 Clay loam 1.53
40~60 0 46.0 30.0 24.0 黏壤土 Clay loam 1.39
60~80 0 46.0 28.0 26.0 壤土 Loamy clay 1.39
80~100 0 46.0 28.0 26.0 壤土 Loamy clay 1.39
第 7期 周 涛等: 施磷对麦/玉/豆套作体系土壤磷素变化的影响 825


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1.2 试验设计与方法
1.2.1 试验设计
试验在小麦 /玉米 /大豆周年套作体系中进行 ,
为定位试验, 试验开始于 2011年。小麦设 5个磷水
平, 分别为 0 kg(P2O5)·hm2、45 kg(P2O5)·hm2、90
kg(P2O5)·hm2、135 kg(P2O5)·hm2、180 kg(P2O5)·hm2
(以 WP0、WP1、WP2、WP3、WP4 表示), 氮和钾用
量一致, 分别为 120 kg(N)·hm2和 90 kg(K2O)·hm2。
玉米同样设 5 个磷水平, 分别为 0 kg(P2O5)·hm2、
37.5 kg(P2O5)·hm2、75 kg(P2O5)·hm2、112.5 kg(P2O5)·hm2、
150 kg(P2O5)·hm2(记为 MP0、MP1、MP2、MP3、MP4),
氮和钾施用量一致, 分别为 195 kg(N)·hm2和 105 kg
(K2O)·hm2。大豆作为小麦后作, 试验设计为大豆不
施氮、磷、钾肥, 大豆种植时土壤速效磷含量作为
不同磷水平, 分别记为 SP0、SP1、SP2、SP3、SP4。
1.2.2 试验实施
5 个处理田间随机排列, 4 次区组重复, 小区面
积 4 m×5.4 m = 21.6 m2, 处理间隔 0.5 m。每个小区
宽 4 m, 包括 4个种植带, 2个小麦大豆带和 2个玉
米带, 田间配置在小麦/玉米间套阶段为 1 m(4行)小
麦∶1 m(2行)玉米∶1 m(4行)小麦∶1 m(2行)玉米,
在玉米/大豆间套阶段为 1 m(2 行)大豆∶1 m(2 行)
玉米∶1 m(2行)大豆∶1 m(2行)玉米。小麦条播, 行
距 0.25 m, 密度为 2.4×106株·hm2; 小麦扬花时, 在
隙地中移栽 2 行玉米, 玉米宽窄行种植, 窄行距 50
cm(宽行距 150 cm), 窝距 40 cm, 每窝栽壮苗 2株, 密
度 5.0×104株·hm2。大豆点播于小麦茬地, 行距 40 cm,
穴距 35 cm, 每穴留 2株, 密度 5.71×104株·hm2。2011
年小麦于 2010 年 11 月 10 日播种, 2011 年 5 月 25
日收获; 玉米 2011年 4月 7日育苗, 4月 16日移栽,
8 月 10 日收获; 大豆 2011 年 6 月 15日播种, 10 月
27日收获。2012年小麦 2011年 11月 11日播种, 2012
年 5月 30日收获; 玉米 2012年 4月 6日育苗, 4月
15日移栽, 8月 6日收获; 大豆 2012年 6月 14日播
种, 10 月 30 日收获。2013 年小麦 2013 年 11 月 10
日播种, 2013 年 5 月 11 日收获; 玉米 2013 年 3 月
26日育苗, 4月 7日移栽, 8月 6日收获; 大豆 2013
年 6月 12日播种, 11月 5日收获。
1.2.3 施肥方法
小麦播种时开深 5 cm左右的沟, 40%的氮和全
部磷、钾肥撒于沟内, 然后将小麦种子撒播于肥料
旁(避免种子与肥料直接接触), 回土盖种; 另于分
蘖期追施 30% 的氮, 于拔节期追施 30%的氮, 均在
小雨天撒施。玉米挖窝施底肥, 窝深 15 cm 左右,
30%的氮和全部磷、钾肥作底肥施于窝内, 然后覆土
移栽玉米苗; 再于玉米拔节期追施 30%的氮, 于大
喇叭口期追施 40%的氮, 均采用兑清水冲施于株旁。
大豆整个生育期不施肥。其他田间管理措施同当地
高产田。
1.2.4 测定项目与方法
2011—2012年小麦在分蘖期、拔节期、扬花期、
收获期, 玉米在拔节期、大喇叭口期、吐丝期、收
获期, 大豆在收获期分别采集土样。2013 年小麦采
集扬花期、收获期土样, 玉米采集吐丝期、收获期
土样, 大豆采集收获期土样。各时期所采 0~20 cm
耕层混合土样用于测定土壤速效磷 (Olsen-P)含
量 [12]。2013年小麦、玉米、大豆各时期土样加测水
溶性磷(CaCl2-P)含量[13]; 2013 年在玉米、大豆收获
期分层(每层 20 cm)采集 0~100 cm 深度的土样, 分
别测定全磷、速效磷含量。小麦各时期土样均采集
自小麦行间, 每小区采集 2点混合为 1个样, 玉米、
大豆各时期土样均采集自穴间, 每小区采集 2 点混
合为 1个样。小麦、玉米、大豆收获时分别计产, 采
样测定干物质积累量并测定磷含量[12]。
1.2.5 计算
地上部磷积累量:
Puptake(kg·hm2)=DM×Pplant(%) (1)
式中 : Puptake 为地上部磷积累量 , DM(dry matter
accumulation)为地上部干物质积累量, Pplant(%)为植
株磷含量。
为评价土壤磷含量与作物产量的关系, 采用线
性平台模型对土壤耕层速效磷含量和相对产量进
行模拟[14]:
Ry=Yf/Ym (2)
式中: Ry为相对产量, Yf为各处理对应产量, Ym为各
处理中最大产量。
线性加平台模型为:
y=ax+b (xy=Yp (x≥c) (3)
式中: y代表预测产量, a为斜率, b为起始产量, x为
土壤速效磷含量, c为速效磷临界值, Yp为预测平台
产量。
同时用双直线模型对土壤全磷含量和速效磷含
量进行模拟:
y = a1x+b1 (xy = a2x+b2 (x≥c) (4)
式中 : y 为速效磷含量 , x 为全磷含量 , a1、b1、a2、
b2为方程的参数 , c 为全磷的临界值。
磷表观平衡:
AB =Pinput(kg·hm2)Puptake(kg·hm2) (5)
式中: AB(apparent balance)为磷的表观平衡, Pinput为
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施磷量, Puptake为地上部磷积累量。
1.3 数据处理与分析
数据采用 Excel 2010 进行处理和作图, 利用
SPSS 13.0进行差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1 不同施磷处理小麦、玉米、大豆各时期土壤速
效磷变化
小麦季(图 1a、b、c)不同处理土壤速效磷含量
随施磷量的增加而增加(P<0.01); 生育时期间的变
化表现为 2011 年、2012 年随着生育进程, 土壤速
效磷含量先增加后降低 , 2013 年收获期土壤速效
磷含量低于扬花期。WP0、WP1 处理收获期 2011—
2013 年土壤速效磷含量依次降低 , WP3、WP4处理
则随之增高 , WP2处理 3年间土壤速效磷含量未有
明显变化。从 2011 年到 2013 年 , WP0~WP4处理收
获期土壤速效磷含量变化率为 1.0 mg·kg1·a1、
0.5 mg·kg1·a1、0.1 mg·kg1·a1、0.9 mg·kg1·a1和
3.4 mg·kg1·a1。
玉米季(图 1d、e、f)不同处理土壤速效磷含量
随施磷量的增加而增加(P<0.01); 2011年、2012年
拔节期、大喇叭口期、吐丝期土壤速效磷含量无显
著差异, 2011—2013年收获期土壤磷含量均低于吐
丝期(P<0.01)。2013年收获期与 2011年收获期相比
土壤速效磷含量MP0、MP1分别下降 1.0 mg·kg1·a1、
0.8 mg·kg1·a1, MP2处理上升 0.5 mg·kg1·a1, MP3、
MP4处理分别上升 3.0 mg·kg1·a1、3.3 mg·kg1·a1。
5个磷处理中低磷处理(MP0、MP1)土壤速效磷含量
呈下降态势, 高磷处理(MP3、MP4)土壤速效磷增速
均大于 3 mg·kg1·a1, MP2 处理土壤磷含量未显著
改变。
大豆作为小麦季后茬, 种植过程中未施肥, 由
于小麦季的不同施磷处理, 使得大豆也呈不同磷梯
度处理。随着施磷量的增加土壤速效磷含量依次增
加(P<0.01); 随种植年限的增加, 低磷处理下(SP0、
SP1)土壤速效磷含量逐渐下降, 中磷处理下(SP2)土
壤速效磷含量无显著变化, 高磷处理下(SP3、SP4)土
壤速效磷显著增加(图 2)。

图 1 不同年份不同施磷处理下小麦/玉米/大豆套作体系土壤速效磷含量随小麦(a、b、c)和玉米(d、e、f)
生育时期的变化规律
Fig. 1 Olsen-P contents of soil at different wheat (a, b, c) and maize (d, e, f) growth stages of wheat/maize/soybean strip relay
intercropping system under different P application rates in 2011, 2012 and 2013
WP0: 小麦不施磷处理; WP1: 小麦施磷 45 kg(P2O5)·hm2; WP2: 小麦施磷 90 kg(P2O5)·hm2; WP3: 小麦施磷 135 kg(P2O5)·hm2;
WP4: 小麦施磷 180 kg(P2O5)·hm2。MP0: 玉米不施磷处理; MP1: 玉米施磷 37.5 kg(P2O5)·hm2; MP2: 玉米施磷 75 kg(P2O5)·hm2; MP3:
玉米施磷 112.5 kg(P2O5)·hm2; MP4: 玉米施磷 150 kg(P2O5)·hm2。TS: 分蘖期; JS: 拔节期; FS: 扬花期; HS: 收获期; BTS: 大喇叭口
期; SS: 吐丝期。WP0: wheat with zero P application rate; WP1: wheat with 45 kg(P2O5)·hm2; WP2: wheat with 90 kg(P2O5)·hm2; WP3: wheat
with 135 kg(P2O5)·hm2; WP4: wheat with 180 kg(P2O5)·hm2. MP0: maize with zero P application rate; MP1: maize with 37.5 kg(P2O5)·hm2; MP2:
maize with 75 kg(P2O5)·hm2; MP3: maize with 112.5 kg(P2O5)·hm2; MP4: maize with 150 kg(P2O5)·hm2. TS: tillering stage; JS: jointing
stage; FS: flowering stage; HS: harvest stage; BTS: big trumpeting stage; SS: silking stage.
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图 2 不同年份小麦/玉米/大豆套作体系大豆收获期土壤
速效磷年际变化
Fig. 2 Interannual variation of soil Olsen-P content at soybean
harvest stage of wheat/maize/soybean strip relay intercropping
system
大豆生长期不施肥, 磷处理为前茬小麦施磷引起的不同土
壤磷含量水平。SP0: 不施磷处理; SP1: 土壤磷梯度 1; SP2: 土壤磷
梯度 2; SP3: 土壤磷梯度 3; SP4: 土壤磷梯度 4。图中不同小写字
母表示同一处理年际间差异显著。不同大写字母表示不同磷处理
间差异极显著。No P fertilizer was applied during soybean growth
period, the treatments are changed soil P contents caused by different
P fertilization rates of its fore-crop, wheat. SP0: no P application; SP1:
soil Olsen-P level 1; SP2: soil Olsen-P level 2; SP3: soil Olsen-P
level 3; SP4: soil Olsen-P level 4. Different lowercase letters mean
significant difference among different years in the same P
application rate at 0.05 level by LSD. Different capital letters mean
significant difference among P treatments at 0.01 level by LSD.
2.2 不同施磷处理各土层速效磷和全磷变化
0~100 cm土壤速效磷变化主要集中在 0~20 cm
土层(图 3), 随着施磷量的增加耕层土壤速效磷含量
显著增加(P<0.01), 20~100 cm土层速效磷含量并未
随施磷量的变化而变化, 各处理间速效磷含量均无
显著差异。从上到下, 速效磷含量呈由高到低变化
规律。土壤全磷(图 3)在 0~20 cm和 20~40 cm土层
的变化均随施磷量的增加而增加 , 表层土壤(0~40
cm)全磷含量和基础土壤全磷含量相比, P0、P1、P2
处理并无显著差异, 但是 P3、P4 处理土壤全磷含量
显著高于基础土壤全磷含量。40 cm以下层次土壤全
磷含量在各施磷处理间无显著差异, 且随土壤剖面
深度的增加而降低。
2.3 不同施磷处理小麦/玉米/大豆体系磷的表观平衡
从整个体系的磷表观平衡可知(表 2), P0、P1处
理磷的年投入量低于作物的吸收量, P3、P4处理磷的
年投入量是吸收量的 1.4、2.0 倍, 而 P2处理磷的年
投入量和作物吸收量基本相等。玉米带和小麦大豆
带各处理磷投入和产出均未达平衡, P2 处理玉米种
植带磷投入比产出多 19.1 kg(P2O5)·hm2·a1, 而小麦
大豆种植带投入比产出低 20.2 kg(P2O5)·hm2·a1,
整个体系的磷基本达表观平衡。因此, 磷投入量在
165 kg(P2O5)·hm2·a1左右可以满足套作体系作物的
生长需要。

图 3 不同施磷处理下小麦/玉米/大豆套作体系不同土层的速效磷和全磷含量变化
Fig. 3 Variations of Olsen-P and total P contents in different soil layers of wheat/maize/soybean strip relay intercropping
(W/M/S) system under different P application rates
P0: 体系不施磷处理; P1: 体系磷梯度 1; P2: 体系磷梯度 2; P3: 体系磷梯度 3; P4: 体系磷梯度 4。下同。图中所列数据为 2011年
试验开始前和 2013年作物收获后 0~100 cm土壤剖面的全磷、速效磷含量。Initial: 指 2011年试验开始土壤数据。P0: no P application
for W/M/S system; P1: P application rate 1 for W/M/S system; P2: P application rate 2 for W/M/S system; P3: P application rate 3 for W/M/S
system; P4: P application rate 4 for W/M/S system. The same below. Soil Olsen-P and total P data of 0100 cm soil profile used in figures
were before the experiment in 2011 and after crops harvest in 2013. Initial: the basic soil data before the experiment in 2011. P application
rate for W/M/S system is the total application rates of wheat and maize.
828 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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表 2 不同施磷处理下玉米带、小麦大豆带及小麦/玉米/大豆套作体系地上部磷积累量及其磷表观平衡
Table 2 P uptake by maize, wheat-soybean strip and wheat/maize/soybean relay-intercropping system and P apparent balance under
different P application rates kg(P2O5)hm2a1
玉米带 Maize strip 小麦大豆带 Wheat-soybean strip 小麦/玉米/大豆体系 Wheat/maize/soybean system
处理
Treatment 磷积累量
P accumulation
磷表观平衡
P apparent balance
磷积累量
P accumulation
磷表观平衡
P apparent balance
磷积累量
P accumulation
磷表观平衡
P apparent balance
P0 34.7d 34.7 85.2c 85.2 117.2d 117.2
P1 42.5c 5.0 107.0b 62.0 149.5c 67.0
P2 55.9ab 19.1 110.2b 20.2 166.1b 1.1
P3 58.8a 53.7 118.5a 16.5 177.3a 70.2
P4 50.3b 99.7 110.2b 69.8 160.5b 169.5
表中同列不同小写字母表示不同磷处理间差异显著(P<0.05); 表中所有数据均为 2011—2013年的均值。Different lowercase letters in the
same column mean significant difference among different P application rates at the 0.05 level by LSD. Values are means of 20112013.

2.4 作物产量与土壤速效磷含量的关系
从图 4 可知线性平台模型可以很好地拟合作
物产量和土壤速效磷含量之间的关系(P<0.01), 玉
米、小麦、大豆的 R2值分别为 0.84、0.83、0.76。
玉米的速效磷临界值最高, 为 16.5 mg·kg1, 大于小
麦的 12.6 mg·kg1, 大豆对土壤速效磷含量的临界值
为 8.8 mg·kg1, 远远低于玉米和小麦。玉米、小麦
当达到最高产量的 90%时, 其产量基本不会随着土
壤磷含量的增加而显著变化, 大豆的产量临界值为
0.86, 比小麦、玉米低, 可能是与秋大豆在土壤磷含
量较高的条件下易发生徒长的现象有关。
2.5 土壤速效磷与全磷、水溶性磷的拟合关系
试验 2011年开始时土壤全磷含量为 0.45 g·kg1,
2013 年收获期玉米种植带 5 个处理全磷含量平均
为 0.67 g·kg1, 而小麦大豆种植带的全磷含量平
均为 0.59 g·kg1, 分别比试验开始时增加 48.8%、31.1%
(图 3)。整个体系 2013 年收获期土壤耕层 P0~P4
处理土壤全磷含量分别为 0.38 g·kg1、0.40 g·kg1、
0.50 g·kg1、0.79 g·kg1、0.89 g·kg1, 高施磷处理
(P3、P4)使土壤全磷分别以每年 0.11 g·kg1、0.15 g·kg1
的速度增加(图 3)。从图 5可知, 双直线模型可以很
好地模拟全磷和速效磷的关系 (R2=0.83**), 当土
壤全磷低于 0.55 g·kg1 时 , 土壤速效磷含量随着
全磷含量的增加缓慢增加 , 如果全磷含量大于
0.55 g·kg1, 速效磷含量随着全磷增加急剧增加。过
多的磷积累在土壤中不仅不利于作物的生长, 还会
加剧环境污染的风险。
水溶性磷是土壤中磷易溶于水的一种形态, 土
壤中水溶性磷含量的高低可用以预测土壤中磷随水
流失可能性大小的程度。从图 5 可知当土壤速效磷低
于 40 mg·kg1时土壤水溶性磷随着速效磷的增加而增
加。在本试验的土壤条件下当速效磷为 21 mg·kg1时
水溶性磷为 0.5 mg·kg1; 当速效磷为 40 mg·kg1时
水溶性磷为 0.83 mg·kg1。

图 4 小麦/玉米/大豆套作体系土壤速效磷含量与作物相对产量的拟合关系
Fig. 4 Simulated relationship between soil Olsen-P content and crop relative yield of wheat/maize/soybean strip relay intercropping system
图中所用数据为 2011—2013年作物相对产量和其收获期土壤 0~20 cm土层速效磷含量。Data of crop relative yield and soil Olsen-P
of 020 cm soil layer were from the experiment in 2011, 2012 and 2013.

3 讨论
我国农田磷的投入量一般是作物吸收量的 2倍,
多余的磷积累在土壤中可能会造成一系列的环境问
题, 如水体富营养化[15]。研究表明, 我国的内陆湖泊
60%有水体富营养化的现象, 而导致水体富营养化
原因之一的磷素有 67%来自于农业系统[16]。农田磷
素管理是个不可忽视的问题。在美国中部每年土
第 7期 周 涛等: 施磷对麦/玉/豆套作体系土壤磷素变化的影响 829


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图 5 小麦/玉米/大豆套作体系土壤速效磷与全磷和水溶性磷的拟合关系
Fig. 5 Simulated relationship between soil Olsen-P and total P and CaCl2-P of wheat/maize/soybean strip relay intercropping system
壤磷的表观平衡量为9 kg(P)·hm2, 而我国华北平
原的这一数值为 53 kg(P2O5)·hm2[17]。经过近 30年
的农业生产, 磷在土壤中大量累积, 1980 年全国土
壤速效磷含量平均为 7.4 mg·kg1, 而 2007年上升到
了 20.7 mg·kg1[1]。本研究发现在小麦/玉米/大豆套
作体系中当玉米施磷为 75 kg(P2O5)·hm2, 小麦施磷
90 kg(P2O5)·hm2时(P2处理)土壤速效磷和全磷含量
并未有显著变化(P>0.05), 且磷的投入和产出基本
达到平衡(表 2)。连续 3年对玉米、大豆收获后的土
样进行分析发现, P2 处理耕层土壤速效磷含量均在
20 mg·kg1左右, 而 20 mg·kg1的磷含量在我国也是
大多数土壤类型作物生长的临界值[18]。在低磷(P0、
P1)和高磷(P3、P4)处理土壤速效磷年际间表现出明显
的下降或上升, 不施磷(P0)和高施磷(P4)处理土壤速
效磷年变化量为1.2 mg·kg1和 2.7 mg·kg1。合理施
磷的原则应为在供应作物需求的基础上维持土壤磷
含量在一个合适的水平。
P2 处理整个小麦/玉米/大豆体系的磷投入和产
出大致相等, 但是在该处理下玉米带的磷投入比产
出高 19.1 kg(P2O5)·hm2·a1, 小麦大豆带的磷投入
比产出低 20.2 kg(P2O5)·hm2·a1。玉米种植时小麦正处
于扬花期, 小麦根系会伸长到玉米种植区域内[19], 可
能吸收一部分玉米种植带养分。但研究表明小麦
在扬花期以后 , 根系吸收的养分就逐渐减少 [20],
同时两种禾本科作物的根系处于同一区域时会出现
避驱生长的现象[21]。在小麦/玉米/大豆体系中大豆和玉
米套作 50 d 左右, 大豆生长前期受玉米抑制[22], 但是
当玉米收获后, 大豆后期恢复生长的速度和养分吸
收能力远远大于常规种植大豆[22]。当大豆与玉米套
作时二者的根系可以相互交融[21], 大豆很可能会吸收
玉米带的养分。小麦、玉米、大豆根系相互作用对维
持整个体系土壤磷稳定具有至关重要的作用。
土壤速效磷与产量的临界值定义为: 当土壤磷
含量高于该值时继续施肥, 作物产量将不再增加[23]。
本研究中发现玉米、小麦、大豆的土壤速效磷临界值
分别为 16.5 mg·kg1、12.6 mg·kg1、8.8 mg·kg1 (图 4)。
Tang 等 [24]研究发现玉米、小麦的土壤速效磷临界
值分别为 13~15 mg·kg1和 11~ 15 mg·kg1; 对紫色
土、红壤、黄绵土和黑土的研究发现玉米的土壤速效
磷临界值平均为 18 mg·kg1, 小麦为 14 mg·kg1[4]。小
麦在欧洲的土壤速效磷临界值为 7~18 mg·kg1[2526],
玉米在法国和美国的土壤速效磷临界值为 7~
11 mg·kg1[2627]。土壤速效磷与产量的临界值与许多
因素的影响有关, 比如土壤类型、模拟所用的模型、
速效磷的测定方法都可能会左右临界值的大小。通
过比较发现本研究应用线性平台函数拟合的速效磷
临界值和上述报道值基本吻合, 说明拟合的值是可
靠的。本研究中 P2处理磷的年投入量和产出量基本
相等, 达到磷肥的表观平衡, 但是该处理中玉米带
和小麦大豆带的土壤速效磷含量在 20 mg·kg1左右,
均大于小麦、玉米、大豆的土壤速效磷临界值。所
以即使是达到磷表观平衡的施磷量, 该处理的磷含
量也依然高于这 3 种作物的临界值, 如果磷投入过
多, 对作物本身的需求来讲是一种浪费, 而且会加剧
环境污染的风险。在小麦玉米轮作体系中施磷 29.2~
82.2 kg(P)·hm2时, 土壤速效磷将以 1.21 mg kg1·a1
的速度在土壤中积累[28]。本研究中磷的积累速率相
比更高, 土壤速效磷的变化主要在 0~20 cm 土层,
大量的磷积累在 0~20 cm 土层, 使得该层土壤的速
效磷、全磷、水溶性磷含量迅速上升。在重庆市紫
色土区的研究表明土壤速效磷含量每上升 1 mg·kg1, 水
溶性磷增加0.01 mg·kg1, 当土壤速效磷为40 mg·kg1时,
其水溶性磷的含量仅为 0.51 mg·kg1[4]。而本试验中
速效磷每升高 1 mg·kg1, 水溶性磷增加 0.017 mg·kg1,
830 中国生态农业学报 2015 第 23卷


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当土壤速效磷为 40 mg·kg1时水溶性磷为 0.83 mg·kg1
(图 5); 土壤全磷的增加速度也比报道值[4]高。所以在
该试验区域过多地施磷将会加剧环境污染的风险。
4 结论
通过连续 3年定位试验研究发现, 小麦/玉米/大
豆套作体系中小麦季、玉米季的土壤速效磷含量均
在养分最大效率期(小麦扬花期, 玉米吐丝期)达到最
大值, 而收获期较之略有下降。该体系中小麦、玉米、
大豆产量的土壤速效磷临界值含量分别为 12.6 mg·kg1、
16.5 mg·kg1、8.8 mg·kg1。通过合理的施肥调控[玉
米种植带 75 kg(P2O5)·hm2, 小麦 90 kg(P2O5)·hm2,
大豆不施肥]可以达到磷肥的表观平衡, 维持土壤速
效磷含量在 20 mg·kg1 左右, 过多或过少的磷投入
都将会增加或降低土壤的全磷、速效磷、水溶性磷
含量。过多的磷投入将会加大磷在土壤中积累并带
来环境威胁。
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“生态经济研究前沿国际高层论坛”征文通知
人类面临的生态危机日趋严重, 全球生态治理的人类共识逐步形成。中国作为发展中的人口、经济总量大国, 已经
开始按照经济、政治、文化、社会、生态文明“五位一体”的布局发展。全球生态治理背景下的生态经济研究如何进行？
这是一个非常值得国际生态经济学界共同探讨的重大前沿问题。为此, 中国生态经济学学会主办“生态经济研究前沿国
际高层论坛”, 并邀请国际著名生态经济学家 Robert Costanza教授、美国生态经济学会主席 Valerie A. Luzadis教授到会
做报告。现将征文的有关事项通知如下。
1 论坛的主题与专题
论坛主题: 全球生态治理与生态经济研究。设如下论坛专题: 1)全球危机、人类共识与生态治理; 2)生态治理背景下
的生态经济问题; 3)生态经济研究的理论前沿; 4)生态经济研究数量分析方法的最新进展; 5)高效生态经济研究的理论基
础; 6)大数据在生态经济问题研究中的应用; 7)生态经济研究的国别(地区)比较; 8)中国“五位一体”布局下的生态经济研
究; 9)中国区域生态经济研究的理论框架; 10)生态经济数量分析方法在中国的应用。
2 论坛主办、承办及协办单位
主办单位: 中国生态经济学学会
承办单位: 山东社会科学院高效生态经济研究泰山学者岗位
山东省经济形势分析与预测软科学研究基地
协办单位: 《生态经济》编辑部
3 论坛地点时间
论坛时间: 2015年 8月 14—15日
论坛地点: 山东省滨州市
4 征文要求、截止日期与联系
征文要求: 围绕着上述 10个专题进行撰写, 中英文均可; 格式依次为题目、作者、作者单位、摘要、关键词、正
文、参考文献、作者简介、通讯地址、联系方式; 逻辑编号按照 1、1.1、1.1.1……。
征文提交方式: 征文一律通过电子邮件, 以 word文档提交, 在主题上标明: 生态经济研究前沿国际高层论坛征文
征文截止时间: 2015年 7月 5日
征文专用邮箱: jingjisuo2004@163.com
联系人: 程臻宇、范玉波
联系电话: 15666407271 13953185708
5 征文入选事宜
入选论文作者将被邀请参加会议, 入选论文通知将于 2015年 7月 25日前发出, 优秀论文推荐到《生态经济》、《中
国农村经济》等编辑部接受审稿。
6 论文正式出版
组成专家组, 对入选论坛的论文进行精选, 会后由商务印书馆或中国社会科学出版社正式出版。

中国生态经济学学会
2015年 5月 21日