【摘要】：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷利用效率低是當(dāng)前國(guó)家實(shí)施“化肥零增長(zhǎng)計(jì)劃”所面臨的重大挑戰(zhàn),也是制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因子之一。大量研究表明,在缺磷條件下,植物可通過(guò)其根系形態(tài)(擴(kuò)展生長(zhǎng)空間影響根際范圍)和生理的活化作用(強(qiáng)化根際養(yǎng)分的化學(xué)活化能力)從土壤中高效獲取磷資源。但在當(dāng)前磷過(guò)量投入的集約化生產(chǎn)條件下,土壤供磷強(qiáng)度和根系生長(zhǎng)空間如何影響作物對(duì)土壤磷的利用,其關(guān)鍵過(guò)程和調(diào)控途徑并不清楚。在過(guò)量施磷的條件下,理解根系對(duì)土壤供磷強(qiáng)度和生長(zhǎng)空間的響應(yīng),對(duì)優(yōu)化磷肥投入,提高磷資源利用效率具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)踐意義。本文以6年玉米磷肥田間定位試驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合已發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù),探討了長(zhǎng)期磷投入條件下,土壤供磷強(qiáng)度對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響、土壤累積態(tài)磷(殘效磷)高效利用的根際過(guò)程和農(nóng)田系統(tǒng)減磷增效的潛力；揭示了土壤供磷強(qiáng)度和根系空間的協(xié)同效應(yīng)及對(duì)玉米根系生長(zhǎng)和磷吸收的影響；綜合分析了土壤水分對(duì)磷有效性的影響以及有機(jī)無(wú)機(jī)配合施用對(duì)化學(xué)磷肥替代的效應(yīng)和潛力。主要結(jié)果和結(jié)論如下：1.定量了我國(guó)典型農(nóng)田磷累積量及作物對(duì)累積磷的響應(yīng)。過(guò)量施磷導(dǎo)致土壤磷的累積,同時(shí)驅(qū)動(dòng)了土壤供磷強(qiáng)度的變化。土壤供磷強(qiáng)度顯著影響不同輪作體系(小麥-玉米、小麥-水稻和水稻-水稻)磷肥增產(chǎn)效應(yīng)的歷史變化。自1980年以來(lái),在小麥-玉米和小麥-水稻輪作體系中,磷肥增產(chǎn)效應(yīng)隨著土壤供磷強(qiáng)度的提高呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì),而在水稻-水稻輪作體系中,磷肥增產(chǎn)效應(yīng)始終維持在10%左右。近10年來(lái),施磷的增產(chǎn)效應(yīng)不顯著。表明在當(dāng)前磷過(guò)量投入的條件下,三種輪作體系都有較大的減磷增效潛力。2.明確了長(zhǎng)期磷投入條件下,玉米根系對(duì)供磷強(qiáng)度的響應(yīng)及對(duì)土壤磷的利用效率,揭示了過(guò)量施磷條件下作物利用土壤磷的機(jī)制。2010-2012年,不施磷處理的玉米產(chǎn)量沒(méi)有顯著降低,表明土壤中的殘效磷在3年內(nèi)可以滿足玉米磷需求；自2010到2015年,在P2(75kg P2O5ha-1)的供磷強(qiáng)度下,根系擴(kuò)展空間(根系大小)和根系效率(單位根干重的磷吸收量)顯著提高,玉米產(chǎn)量達(dá)到最大。在6年試驗(yàn)期間,玉米從土壤中挖掘的磷量逐年提高。表明通過(guò)維持合適的土壤供磷強(qiáng)度(12.5 mg kg-1),可顯著增加玉米根系生長(zhǎng)的空間范圍,從而提高玉米對(duì)土壤磷的利用。3.系統(tǒng)比較了玉米對(duì)不同土壤供磷強(qiáng)度和根系生長(zhǎng)空間的響應(yīng)。土壤供磷強(qiáng)度和根系生長(zhǎng)空間對(duì)玉米的磷吸收存在協(xié)調(diào)關(guān)系：在一定空間條件下,提高土壤供磷強(qiáng)度可以調(diào)控根系生長(zhǎng),進(jìn)而促進(jìn)玉米對(duì)磷的吸收；反之,在一定的土壤供磷強(qiáng)度下,擴(kuò)大根系生長(zhǎng)空間,可促進(jìn)玉米對(duì)磷的吸收。表明玉米根系從土壤中高效獲取磷,需要一定的生長(zhǎng)空間和適宜的供磷強(qiáng)度相匹配,二者存在明顯的協(xié)調(diào)關(guān)系。4.揭示了土壤水分和磷有效性協(xié)同調(diào)控玉米生長(zhǎng)和磷吸收的過(guò)程。在適度干旱的條件下,提高土壤供磷強(qiáng)度,可以促進(jìn)玉米對(duì)磷的吸收,其原因是提高了土體磷向根表的擴(kuò)散梯度；在缺磷的條件下,水分調(diào)控促進(jìn)根系空間的擴(kuò)展,提高土壤磷對(duì)玉米的空間有效性。表明適宜的土壤水分在很大程度上提高了根系的生長(zhǎng)空間以及土壤磷的有效性,二者的協(xié)同效應(yīng)是促進(jìn)玉米對(duì)土壤磷獲取的主要機(jī)制。5.證明了有機(jī)肥對(duì)化學(xué)磷肥的替代效應(yīng)和潛力。有機(jī)無(wú)機(jī)配合施用可降低50%化學(xué)磷肥的投入,有機(jī)肥可部分替代化學(xué)磷肥,調(diào)控根系生長(zhǎng),進(jìn)而提高玉米對(duì)磷的吸收和籽粒產(chǎn)量�；诘度肓坑�(jì)算的有機(jī)肥施用導(dǎo)致磷的輸入量顯著增加；基于磷投入量計(jì)算的有機(jī)肥施用維持了農(nóng)田磷的相對(duì)平衡(但需補(bǔ)充一定量的氮肥),是本研究推薦的磷管理策略。結(jié)果表明,“基于磷量”施用有機(jī)肥部分替代化學(xué)磷肥,是提高磷可持續(xù)利用的有效途徑�？傊�,我國(guó)主要農(nóng)田持續(xù)磷肥的投入導(dǎo)致土壤磷肥力提高,三大種植體系的磷肥增產(chǎn)效應(yīng)顯著下降,表明集約化體系具有明顯的“節(jié)磷增效”潛力。連續(xù)6年的“磷肥效應(yīng)”長(zhǎng)期定位試驗(yàn)進(jìn)一步證明,集約化玉米種植體系土壤累積了較高的磷,在不施磷的情況下仍可維持3年的玉米產(chǎn)量沒(méi)有下降,土壤供磷強(qiáng)度和根系空間對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響存在協(xié)調(diào)關(guān)系,土壤水分顯著影響土壤磷的擴(kuò)散和空間有效性,從而影響玉米對(duì)磷的高效利用,有機(jī)無(wú)機(jī)配合施用在保證玉米生長(zhǎng)和穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí),能替代50%化學(xué)磷肥的投入。提出控制適宜的根層土壤供磷強(qiáng)度、優(yōu)化土壤水分狀況、協(xié)調(diào)土壤供磷水平和根系生長(zhǎng)空間,結(jié)合磷肥減施和有機(jī)肥部分替代化肥投入,是提高集約化玉米體系磷利用效率的重要途徑。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S513
，

本文編號(hào)：2393048