北方主要作物种植体系磷肥无效化阻控与减施增效途径课件.pptx

1、北方主要作物种植体系北方主要作物种植体系磷肥无效化阻控与减施增效途径磷肥无效化阻控与减施增效途径（2017YFD02002052017YFD0200205）汇报内容一、课题任务及指标二、相关试验设置情况 三、主要进展情况 四、小结土壤过程调控土壤过程调控根系根系调控调控石灰性土壤石灰性土壤微生微生物调控物调控激发碳提高微生激发碳提高微生物量磷和磷周转速物量磷和磷周转速率率解磷微生物解磷微生物磷肥磷肥过磷酸钙过磷酸钙一铵一铵二铵二铵三料磷三料磷钙镁磷肥钙镁磷肥聚磷酸铵聚磷酸铵启动磷启动磷生理酸性肥生理酸性肥(硫铵硫铵)聚谷氨酸促根聚谷氨酸促根有机物：各种有机肥有机物：各种有机肥有机酸：腐植酸有机

2、酸：腐植酸/黄腐酸黄腐酸（冬小麦（冬小麦-夏玉米、春玉米、棉花、马铃薯）夏玉米、春玉米、棉花、马铃薯）无效化无效化 固定强烈固定强烈磷库特征磷库特征？（全磷、速（全磷、速磷和磷分级）磷和磷分级）活活化化磷肥施用调控磷肥施用调控水肥一体化水肥一体化集中施用集中施用品种匹配品种匹配时空匹配时空匹配无效化阻控无效化阻控目标：目标：揭示调控原理和机制、减少磷肥固定、实现减施增效。指标：指标：“磷肥-土壤-作物”匹配体系4 套；磷活化调控方法体系4 项；磷肥施用限量标准草案4项；磷肥利用率提高10%，实现减量施用15%以上；高水平论文6篇。一、课题任务及指标一、课题任务及指标二、课题相关试验设置情况二、

3、课题相关试验设置情况p磷肥用量梯度试验（11个）：陕西5个、河南1个、内蒙1个、吉林3个、新疆1个；p磷肥品种试验（7个）：陕西3个、河南1个、内蒙1个、吉林1个、新疆1个；p磷肥减施增效（4+X）试验（6个）：陕西2个、河南1个、内蒙1个、吉林1个、新疆1个；p其它试验（3个）：有机肥对磷组分影响试验（吉林）、室内酸化实验（新疆）、室内磷素移动实验（新疆）等。三、主要研究进展三、主要研究进展3.1 北方地区土壤磷库特征北方地区土壤磷库特征土壤类型采样点数典型分布地区作物体系样点分布典型地区灰漠土 19新疆棉花塔城地区、沙湾县、玛纳斯县灰棕漠土15新疆棉花库尔勒市塿土113陕西冬小麦夏玉米西安

4、市、渭南市、咸阳市、兴平市、宝鸡市褐土34河南冬小麦夏玉米洛阳市、郑州市、新乡市栗钙土68内蒙古马铃薯武川县、固阳县、达茂旗、四子王旗、察右中旗、察右后旗、商都县、集宁区、察右前旗、卓资县棕钙土6内蒙古马铃薯达茂旗黑土35吉林春玉米四平市、公主岭市、松原市暗棕壤46吉林春玉米吉林市、延边朝鲜族自治州敦化市、辽源市白浆土52吉林春玉米永吉县、舒兰市、蛟河市、延边朝鲜族自治州敦化市黑钙土32吉林春玉米四平市、公主岭市、松原市潮土109河南、河北冬小麦夏玉米太行山、曲周县、邢台市、沧州市、张家口市、保定市、洛阳市、焦作市共计采集土壤样品529个，包括11种种主要主要土壤类型。表1 北方地区典型土壤类

5、型土壤样点基本信息土壤类型第二次土壤普查耕层土壤各等级全磷含量比例（%）2018年耕层土壤各等级全磷含量比例（%）1.0g/kg0.81.0g/kg0.60.8g/kg0.40.6g/kg 0.20.4g/kg1.0g/kg0.81.0g/kg0.60.8g/kg0.40.6g/kg 0.20.4g/kg40mg/kg2040mg/kg1020mg/kg510mg/kg 35mg/kg40mg/kg2040mg/kg1020mg/kg510mg/kg 35mg/kg4030-40 15-30 10-15 4030-40 15-30 10-15 10 宝鸡市宝鸡市0.070.094.839.15

6、85.856.0015.0018.00 55.00 10.002.0026.09咸阳市咸阳市0.270.666.009.8783.207.3017.0019.00 46.00 16.003.0027.50渭南市渭南市0.120.515.7313.1380.526.507.0013.00 57.00 18.005.9721.532）关中塿土小麦）关中塿土小麦-玉米作物体系下土壤磷状况玉米作物体系下土壤磷状况（400多个土壤样品）多个土壤样品）处理处理各形态无机磷占总无机磷的百分比各形态无机磷占总无机磷的百分比(%)Proportion of inorganic phosphorus fracti

7、on to totalCa2-PCa8-PCa10-PCa-PAl-PFe-PO-POlsen-P 11.63c14.84bc53.65a70.12a12.50c5.63ab11.76aOlsen-P 22.02bc13.92c54.24a70.19a12.32c5.84a11.65aOlsen-P 32.23b16.26b50.17ab68.66a13.46c4.93ab12.95aOlsen-P 42.31b19.05a45.83bc67.18a16.84b4.44b11.54aOlsen-P 53.64a16.61b47.30b67.54a14.83bc5.36ab12.27aOlsen

8、-P 63.69a16.48b42.39c62.57b21.02a4.84ab11.56aOlsen-P 74.08a20.43a35.95d60.46b22.97a5.60ab10.97aMeanMean2.816.847.166.716.35.211.8表表5 陕西小麦陕西小麦-玉米区玉米区不同有效磷含量土壤无机磷相对含量不同有效磷含量土壤无机磷相对含量 华北地区土壤有效磷平均为华北地区土壤有效磷平均为22.4 mg/kg，有近一半地区土壤有效磷在，有近一半地区土壤有效磷在20 mg/kg以下，以下，25 mg/kg以上不到以上不到30%。其中河南省土壤有效磷含量最低平均值为。其中河南省土

9、壤有效磷含量最低平均值为15.3 mg/kg，超过，超过90%都在都在20 mg/kg以下。山东最高平均值超过了以下。山东最高平均值超过了30 mg/kg。华北地区土壤有效磷分布状况华北地区土壤有效磷分布状况（图数据来源：科学施肥网）3）华北平原土壤磷状况）华北平原土壤磷状况阴山丘陵农业区阴山丘陵农业区 全球马铃薯种植面积全球马铃薯种植面积1920万公顷万公顷(合合2.9亿亩亿亩)中国马铃薯种植面积中国马铃薯种植面积562.6万公顷万公顷(合合8439万亩万亩)内蒙古马铃薯种植面积内蒙古马铃薯种植面积54.57万公顷万公顷(合合820万亩万亩)马铃薯种植面积马铃薯种植面积占全区占全区70%70

10、%以上以上资料来源：中国产业信息网整理、世界粮农组织生态区生态区项目项目分级统计分级统计阴山南北麓阴山南北麓旱地马铃薯旱地马铃薯(n=50548)丰缺程度丰缺程度极低极低低低中中高高极高极高分级指标分级指标mg/kg 28.0百分比（百分比（%）19.5131.1341.424.293.65阴山南北麓阴山南北麓灌溉马铃薯灌溉马铃薯(n=40142)丰缺程度丰缺程度极低极低低低中中高高极高极高分级指标分级指标mg/kg 27.8百分比（百分比（%）49.4820.5923.572.683.68表表6 马铃薯主产区土壤有效磷分级统计表马铃薯主产区土壤有效磷分级统计表4 4）马铃薯主产区土壤磷库特征

11、）马铃薯主产区土壤磷库特征地市地市第二次第二次第三次第三次变化率变化率阿克苏3.7413.7266.3%阿勒泰6.5410.966.7%巴州6.4819.6202.5%博州5.8415.3162.0%昌吉州4.7512.3159.0%哈密地区4.8920.3315.1%和田地区3.3118.4455.9%喀什地区3.1911.8269.9%克州3.6524.7576.7%塔城地区4.2912.5191.4%吐鲁番5.4313.5148.6%乌鲁木齐4.6242.6822.1%伊犁州4.3213.0200.9%克拉玛依10.06.9-31.0%5）新疆棉花作物体系下土壤磷状况新疆棉花作物体系下土

12、壤磷状况磷酸一铵聚磷酸铵过磷酸钙、硫铵混合肥3.2 北方地区主要土壤磷素固定动力学特征北方地区主要土壤磷素固定动力学特征表8 不同磷肥品种在不同土壤中固定的动力学参数值3.3 石灰性土壤石灰性土壤磷肥减施增效的调控途径磷肥减施增效的调控途径截获截获石灰性石灰性土壤土壤固定强烈固定强烈利用率低利用率低（5-10%）阻阻控控有机肥有机肥黄腐酸黄腐酸秸秆包被秸秆包被粘粒吸持粘粒吸持CaCO3固定固定土壤磷土壤磷活化活化有机酸有机酸黄腐酸黄腐酸生理酸性肥生理酸性肥解磷菌解磷菌激发碳激发碳速效磷提升速效磷提升磷利用率提磷利用率提高高磷库特征全磷、速磷和磷形态质流质流 扩散扩散聚谷氨酸促根聚谷氨酸促根启动

13、磷启动磷集中施用集中施用品种匹配品种匹配时空匹配时空匹配水肥一体化水肥一体化磷磷肥肥施施用用棉花棉花马铃薯马铃薯春玉米春玉米冬小麦冬小麦-夏玉米夏玉米栗钙土栗钙土灰漠土灰漠土塿土塿土/褐土褐土黑土黑土/黑钙土黑钙土固定机制动力学和热力学王呈玉王呈玉等等.发明专利发明专利,授权授权公布号公布号CN106676040A;孙元宏等孙元宏等,环境科学学报，环境科学学报，2019;金欣等，植物营养与肥料学报，金欣等，植物营养与肥料学报，2018;宋佳明等，吉林农业大学学报，宋佳明等，吉林农业大学学报，2018;Zhang Peng,Journal of Soil Science and Plant Nu

14、trition,2019西北小麦西北小麦-玉米磷肥减施调控方法玉米磷肥减施调控方法东北东北春春玉米溶磷放线菌调控方法玉米溶磷放线菌调控方法水肥一体化水肥一体化“磷肥磷肥-土壤土壤-马铃薯马铃薯”匹配体系匹配体系水肥一体化水肥一体化“磷肥磷肥-土壤土壤-棉花棉花”匹配体系匹配体系初初步步形形成成1 1）西北小麦西北小麦-玉米体系磷肥减施调控方法玉米体系磷肥减施调控方法秸秆+SSP+尿素SSP+硫铵秸秆+SSP+硫铵西北西北石灰性石灰性土壤土壤小麦小麦-玉玉米体系米体系集中施用秸秆包裹磷肥无效化阻控磷肥无效化阻控生理酸性肥激发碳活化增效活化增效西北小麦西北小麦-玉玉米体系磷肥米体系磷肥减施调控方减

15、施调控方法法条施固磷强固磷强磷素有效性低磷素有效性低图图3 3 不同磷肥减施和调控措施下作物产量不同磷肥减施和调控措施下作物产量处理地上部吸磷量（kgP/hm2）施磷量土壤磷盈亏磷回收率农学效率偏生产力（kgP/hm2）（kgP/hm2）（%）(kg/kg)（kg/kg）CK60.3b0-CF66.3ab78.612.3a7.3c20.2bc228.5cRF66.8ab68.71.9ab9.5bc17.3c254.6bcJF67.5ab58.4-9.1bc12.3bc20.9bc300.9bJFT171.8a58.4-13.4cd19.7ab43.4a312.8abJFT270.8ab58.4

16、-12.4cd18.0ab31.4b318.5abJFT372.3a48.1-24.2d24.9a49.0a389.1a表9 不同施磷处理的作物磷效率和土壤磷盈亏土壤速效磷相对较高（土壤速效磷相对较高（33mg/kg）的情况下，减磷结合调控措施处理的磷回收）的情况下，减磷结合调控措施处理的磷回收率较农民习惯施肥率较农民习惯施肥CF显著提高了显著提高了12.4%、10.7%和和17.6%。2 2）东北玉米体系减磷增效调控方法）东北玉米体系减磷增效调控方法启动磷解磷菌氮肥分次追施启动磷+解磷菌东北黑土春东北黑土春玉米体系玉米体系启动磷启动磷东北东北春春玉米玉米体系体系减磷增减磷增效效调控方法调控方

17、法微生物菌剂微生物菌剂低温干旱低温干旱abababaab babab0 2000 4000 6000 8000 10000 CK1CK2减磷 减磷G1G2G3G4玉米产量(kg/ha）减磷减磷+启动磷启动磷+解磷菌解磷菌减磷减磷+氮肥分次追氮肥分次追施施减磷减磷+解磷菌解磷菌减磷减磷+启动磷启动磷减磷减磷50%减磷减磷25%农民习惯农民习惯不施磷不施磷灰平链霉菌（放线菌）东北黑土春东北黑土春玉米体系玉米体系解磷菌解磷菌东北玉米体东北玉米体系溶磷放线系溶磷放线菌调控方法菌调控方法图5 溶磷-聚磷菌的筛选和鉴定该放线菌具有较好的溶该放线菌具有较好的溶磷特性、较强的合成铁磷特性、较强的合成铁载体的能

18、力，可抑制多载体的能力，可抑制多种引起植物病害的病原种引起植物病害的病原真菌活性。真菌活性。（王呈玉等.发明专利,一种灰平链霉菌及其应用和微生物菌剂，授权公布号：CN106676040A）田间效果如何还需要进行验证！田间效果如何还需要进行验证！3）水肥一体化水肥一体化“磷肥磷肥-土壤土壤-马铃薯马铃薯”匹配技术体系匹配技术体系7.1%6.2%北方石灰性马铃薯农田中，采用水肥一体化水肥一体化（磷肥磷肥20%20%基施基施80%80%追施追施）较较农户模式农户模式（全部基施）（全部基施）可显著提高马铃薯产量及磷肥利用率，磷肥利用率提高6.2%。处理产量（t/hm2）磷肥利用率（%）基施18052.

19、890b16.70 b基施180+腐植酸54.520a21.12 a基施180+黄腐酸55.260a21.73 a横向（行距）滴头间滴头间距距20cm滴头滴头深度深度10cm磷肥品种匹配磷肥品种匹配磷肥施用时间匹配磷肥施用时间匹配磷肥空间匹配磷肥空间匹配阻控和活化技术匹配阻控和活化技术匹配水肥一体化水肥一体化“磷肥磷肥-土壤土壤-马铃薯马铃薯”匹配技术体系匹配技术体系采用磷肥水肥一体化深施深施较水肥一体化表施表施的方法，可显著提高马铃薯产量及磷肥利用率，磷肥利用率提高7.1%。磷酸一铵磷酸一铵产量和磷肥利用率均最高，是最适合北方石灰性土壤马铃薯农田的磷肥品种。添加腐植酸腐植酸和黄腐酸黄腐酸均可

20、以提高产量和磷肥利用率，磷肥利用率提高4.42%5.03%，是石灰性栗钙土有效的阻控和活化技术。4）膜下滴灌）膜下滴灌“磷肥磷肥-土壤土壤-棉花棉花”匹匹配技术体系配技术体系磷肥品种和施用时间匹配磷肥品种和施用时间匹配全部基施，磷酸一铵磷酸一铵产量最高；滴施滴施较基施产量更高，其中磷酸磷酸一铵一铵滴施产量最高；滴施滴施的土壤速效磷含量较高速效磷含量较高；一铵一铵滴施滴施磷肥利用率最高，达到25.44%，较TSP基施提高12%左右。0-2020-40速效磷含量（mg/kg)01020304050600-2020-400102030405060速效磷含量（mg/kg)abbcbccddaabbbc

21、c caabbbcccabb bbcc宽行窄行0-2020-40速效磷含量（mg/kg)01020304050600-2020-400102030405060速效磷含量（mg/kg)宽行窄行aabbbbaaaabbaaabbbaababababb0-2020-40速效磷含量（mg/kg)01020304050600-2020-400102030405060速效磷含量（mg/kg)宽行窄行abcd deaaabbcccaaabbcccabbccc花蕾期花铃期吐絮期CKTSPUP-BMAP-BUP-DMAP-DCKTSPUP-BMAP-BUP-DMAP-DCKTSPUP-BMAP-BUP-DMAP

22、-DCKTSPUP-BMAP-BUP-DMAP-DCKTSPUP-BMAP-BUP-DMAP-DCKTSPUP-BMAP-BUP-DMAP-D（A）（F）（E）（C）（D）（B）CKTSPUP-BMAP-BUP-DMAP-D产量kg/ha02000400060008000aaaabbb磷肥空间匹配磷肥空间匹配cm246810磷肥穿透率%010203040506070MAP UP 一铵一铵的移动效果好于磷酸脲。cm246810010203040506070未添加有机肥 添加有机肥 磷肥穿透率%有机肥有机肥可促进磷酸一铵的移动。“一铵一铵+有机肥有机肥”有利于磷肥和棉有利于磷肥和棉花根系的空间匹配

23、花根系的空间匹配！阻控和活化技术匹配阻控和活化技术匹配黄腐酸可显著提高棉花产量；有机肥和黄腐酸添加可提高棉花生长后期土壤速效磷含量；有机肥和黄腐酸添加降低了土壤磷素吸附容量，可有效阻控土壤对磷肥的固定；有机肥和黄腐酸可提高磷肥利用率14%左右，是石灰性灰漠土有效的阻控和活化技术。处理Treatments磷肥利用率REP(%)磷 累 计利 用 率PUE(%)CK-TSP13.45 72.52 MAP-B19.16 66.15 UP-B16.31 70.84 MAP-D25.44 74.58 UP-D20.48 61.51 处理Treatments磷肥利用率REP(%)磷累计利用率PUE(%)CK

24、-TSP10013.45 72.52 TSP100+OF27.45 88.76 TSP100+OA27.97 89.28 膜下滴灌膜下滴灌“磷肥磷肥-土壤土壤-棉花棉花”匹配技术体系匹配技术体系3.4 石灰性土壤石灰性土壤磷肥磷肥施用限量标准施用限量标准1）塿土小麦塿土小麦-玉米体系施磷限量标准玉米体系施磷限量标准50cm from groundSemi-decompsited root塿土小麦塿土小麦-玉米体系磷淋溶玉米体系磷淋溶024681012406080100Olsen P(mg/kg)Soil depth(cm)NilBulk sampleChannal sampleFig 1.Di

25、stribution of Olsen P from different treatments and sampling methods 西北小麦-玉米种植区很少有地表径流发生，磷损失主要通过磷淋溶产生。图2 13次试验渗滤液中各形态磷浓度平均值与土壤耕层Olsen-P含量的关系塿土磷淋移：可溶性磷平均占淋失全磷量的82.5%；颗粒磷占17.9%；在可溶性磷中，钼酸铵反应磷全磷量的77.1%，可溶性有机磷只占全磷的13.8%；淋失到20cm以下的磷浓度最高可达到3.95 mg/kg(全磷)，可溶性全磷达3.57 mg/kg；在历时60天，相当于357mm(约为灌溉降雨总和的36)的灌溉量时，最

26、大淋失总磷量为1082 g/hm2。计算磷平衡时，磷淋溶量可以忽略不计。（杨学云等，土壤学报，2005）Asif et al.,2018Olsen-P（mg.kg-1）席雪琴等，中国土壤与肥料，2015塿土磷淋溶阈值磷淋溶阈值约在Olsen-P 为40.0 mg/kg左右。CaCl2-P mg.kg-1Olsen-P mg.kg-1Bai et al.,Plant&Soil,2013塿土磷淋溶阈值塿土磷淋溶阈值0.000.001.001.002.002.003.003.004.004.000 05050100100150150CaClCaCl2 2-P-P（mg/kgmg/kg）Olsen-P

27、 Olsen-P（mg/kgmg/kg）猕猴桃园猕猴桃园张瑞龙等，农业环境科学学报，2015Table Mean relative yield of 15 years and soilcritical value of Olsen-P(mg P kg-1)Tang et al.,2009,Plant SoilBai et al.,2013,Plant SoilAsif et al.,2018塿土冬小麦-夏玉米体系磷农学阈值磷农学阈值：冬小麦平均为 19 mg/kg；夏玉米为15 mg/kg。塿土小麦塿土小麦-玉米体系磷农学阈值玉米体系磷农学阈值塿土小麦塿土小麦-玉米体系施磷限量标准玉米体系施磷

28、限量标准作物作物土壤磷土壤磷磷肥淋溶淋溶磷平衡磷平衡=肥料磷肥料磷-作物携出作物携出作物磷素需求作物磷素需求作物农学阈值作物农学阈值环境阈值环境阈值周年分配比例周年分配比例有效磷演变有效磷演变土壤磷平衡土壤磷平衡（张漱茗（张漱茗,1995;刘杏兰刘杏兰,1995;孙政才孙政才,1997;Bai,2013;沈浦沈浦,2014;Tang,2009;席雪琴席雪琴,2015;Sun Benhua,2018）冬重夏轻：小麦冬重夏轻：小麦2/3，玉米，玉米1/3最合适。最合适。地上部携出量多年平均为地上部携出量多年平均为46.0kgP/hm2。玉米平均玉米平均15 mg/kg小麦平均小麦平均19 mg/k

29、g土壤速效磷土壤速效磷40 mg/kg左右左右长期施肥土壤长期施肥土壤Olsen-P 随时间的变化随时间的变化小麦-玉米体系下，将土壤速效磷维持在20 mg/kg（满足小麦和玉米农学阈值需求），可得磷平衡为18.0kgP/hm2，则年磷肥用量为64.0kgP/hm2（即147 kgP2O5/hm2）。生态区养分等级百分比（%）丰缺指标 mg/kgP2O5用量标准kg/hm2阴山南北麓旱地马铃薯(n=50548)极低19.5128 30阴山南北麓灌溉马铃薯(n=40142)极低49.4827.8 45表11 阴山南北麓马铃薯主产区磷肥施用标准2）内蒙马铃薯内蒙马铃薯作物体系作物体系磷肥限量标准磷肥限量标准四、小结四、小结4.1 摸清了北方部分土壤磷库现状及其变化趋势；4.2 探索了北方部分土壤对不同磷肥固定动力学特征；4.3 初步提出了3种作物体系的磷肥减施调控方法并通过田间试验进行了效果验证；4.4 初步形成水肥一体化“磷肥-土壤-作物”匹配技术体系2项；4.5 初步形成了西北小麦-玉米和马铃薯作物体系磷肥施用限量标准。