磷是作物生长发育所必需的矿质元素之一，缺磷会严重影响作物的产量^[1-2]。施肥是作物增产稳产的重要措施。然而，磷肥施用量逐年增加，平均年增长速率可达6.8%，但其增产效应却随施磷量增加而下降^[3]。目前，我国磷肥的当季利用率只有10% ~ 25%，与磷肥利用率达40%左右的美国存在较大差距^[4-5]。长期过量施用磷肥会导致农田土壤耕层处于富磷状态，土壤磷素通过地表径流、土壤侵蚀、淋洗等途径加速向水体迁移，引发受纳水体的富营养化，造成农业面源污染^[6-7]。因此，合理利用磷肥，提高磷肥利用效率，减少农业生态环境污染危害，对农业可持续发展具有重要的意义。

自测土配方施肥推广以来，全国各地基于“3414”试验，开展不同地区、不同作物磷素丰缺指标、推荐施磷量的研究较多^[8-11]，但针对区域水平下土壤养分含量30 a变化基础上，提出合理施肥技术的研究却较少。还有一些研究分析了连续施用磷肥作用下，土壤有效磷的时空变化特征、土壤磷素演变特征、形态转化及有效性^[12-15]，这些研究大部分是基于长期定位监测点及少量试验得来的，没有从较大农业区域磷肥实际推广应用方面提出因地适宜的磷肥施用方法。

秦岭巴山耕作区自第二次土壤普查以来，磷肥施用从无到有，用量逐年上升，至2008年全区域P₂O₅平均年用量达到72 kg/hm²，然而近年来却出现了增肥不增产、肥料利用率低下等问题。随着2005年全国测土配方施肥项目的推广，在该区域不同作物上积累了大量的“3414”试验数据。本研究充分利用该区域2008-2012年所建立的测土配方施肥数据库，在分析该区域近30 a间土壤有效磷含量变化的基础上，应用“3414“肥效试验研究结果，评价了土壤有效磷含量与作物相对产量的关系，以期得出更加切合农业生产实际的磷肥施用技术，为提高磷素可利用率提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

位于汉江、丹江、嘉陵江流域的秦巴区域，山大沟深，地形复杂，是我国南北过渡的亚热带北沿地区，由汉江两岸秦岭巴山冲积而成，上覆第四纪黏土、黄土状砂质黏土及砾石，形成了肥沃的原野。秦巴区域属温暖湿润亚热带气候，年均气温14 ~ 15 ℃，10 ℃以上活动积温4 500 ~ 4 800 ℃，无霜期240 ~ 250 d，年降水量800 mm左右。农田主要分布于秦巴区域的汉中、西乡、安康、商洛几个盆地，土壤类型为黄棕壤、棕壤、黄褐土、水稻土等，主要种植水稻、油菜、小麦、玉米、薯类、豆类、蔬菜。

1.2 样品采集

土壤样品采集方法参照测土配方施肥技术规范^[16]。土壤样品采集采用网格化的方法确定田间采样点，在秋季作物收获后、整地施基肥前采集土壤样品。对确定的田块采用“S”法随机取15 ~ 20个采样点，采样深度0 ~ 20 cm，土样充分混匀后，四分法留取1 kg备测。土壤样品全部采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法进行土壤有效磷化验分析。1982年第二次全国土壤普查共检测9 187个有效土样，2008-2012年共检测57 622个土样。

1.3 田间肥料效应试验设计

“3414”试验采用最优回归设计方案，即：氮、磷、钾3因素，每个因素4水平，共14个处理，每14个小区1个重复为1组完全“3414”肥效试验。本研究只选用每组中的N₂P₀K₂、N₂P₂K₂两个处理，求得在N₂、K₂水平为基础的磷肥效应函数。2008-2012年分别在汉中、安康、商洛3市28个县(区)布设5种作物“3414”肥效试验269组，共计3 766个小区，不同作物试验小区土壤养分含量和氮磷钾2水平施肥情况如表 1所示。

1.4 数据处理

作物磷肥试验相对产量计算方法：“3414”田间肥效试验中N₂P₀K₂处理作物产量与N₂P₂K₂处理产量之比百分数作为作物磷肥试验相对产量。数据统计检验采用SPSS软件; 采用Excel2010软件以相对产量为纵坐标，以试验小区土壤有效磷含量为横坐标，制作散点图，形成对应多项式方程式。以多项式方程获得作物相对产量与对应土壤有效磷需求量之间的数学模型，计算相对产量为80%、85%、90%、100%的土壤有效磷理论需求量，以此评价农田有效磷丰缺度，并根据作物生长特性提出合理的磷肥施用建议。

2 结果与分析 2.1 土壤有效磷含量分布及变化

土壤有效磷是当季作物可从土壤获取的主要养分资源，秦巴耕作区2008-2012年间57 622个土壤样品土壤有效磷含量平均值为18.1 mg/kg，变幅为4 ~ 49.1 mg/kg(表 2)，商洛地区最高，为20.2 mg/kg，汉中次之，为17.5 mg/kg，安康地区最低，为16.6 mg/kg。与第二次全国土壤普查(1982年)9 187个土壤样品相比(表 3)，秦巴区域土壤有效磷含量表现为大幅度增长，增长率为115.5%，按区域配对检验显示，t 值为8.935，近30 a间土壤有效磷含量上升达到极显著水平，且有效磷水平与全国平均水平相近^[17]。汉中、安康、商洛3个地区分别增长77.6%、98.8%和161%。该区域土壤有效磷含量显著提高的主要原因在于磷肥的持续投入以及土壤的高固磷能力。

从土壤有效磷含量等级分布来看(表 3)，秦巴耕作区土壤有效磷主要分布在二级、三级和四级(5 ~ 40 mg/kg)，比例分别为31.5%、46.7%和18.4%。与第二次全国土壤普查相比，土壤有效磷分布在一级、二级、三级的比例上升，分别上升0.31、20.4和24.5个百分点; 分布在四级、五级、六级的比例下降，分别下降11.2、17.9和14.5个百分点，秦巴区域3个地区土壤有效磷含量分布与全区域表现相同。按照全国第二次土壤普查养分分级标准，全区域土壤有效磷平均含量由原来的中下等级转变为中上等级和高等级。

2.2 小麦磷肥肥效试验

2008-2012年，秦巴耕作区小麦磷肥“3414”肥效试验共计73组，所有试验点土壤有效磷含量平均值21.0 mg/kg，其中 < 15 mg/kg的有17组、15 ~ 25 mg/kg 33组、> 25 mg/kg 23组; 小麦磷肥试验缺磷处理相对产量平均值为85.7%，其中 < 80%的试验有16组、80% ~ 90% 34组、> 90% 23组。土壤有效磷含量与小麦相对产量拟合分布图如图 1所示，得到一元二次回归方程y= -0.002 3x² + 0.733x +71.42，r=0.652 1，经查表可知，当自由度n=72、α=0.01时，相关系数r为0.297 68，因此，该一元二次回归方程拟合度达到极显著水平。

以相对产量80%、85%、90%和100%为标准，将其代入上述一元二次回归方程，求出相对应的土壤有效磷含量分别为12.2、19.8、27.8、45.5 mg/kg，而目前秦岭巴山耕作区土壤有效磷平均水平为18.1 mg/kg，因此，当前该区域土壤有效磷水平可以满足小麦80%相对产量的需求。

2.3 玉米磷肥肥效试验

2008-2012年，秦巴耕作区玉米磷肥“3414”肥效试验共计68组，所有试验点土壤有效磷含量平均值19.3 mg/kg，其中 < 15 mg/kg的试验18组、15 ~ 25 mg/kg 36组、> 25 mg/kg 14组; 玉米磷肥试验缺磷处理相对产量平均值为85.5%，其中 < 80%的试验有14组、80% ~ 90% 34组、> 90% 20组。土壤有效磷含量与玉米相对产量拟合分布图如图 2所示，得到一元二次回归方程y =0.001 1x²+ 0.793 5x + 69.778，r = 0.760 5，经查表可知，当自由度n=67、α=0.01时，相关系数r为0.308 14，该一元二次回归方程拟合度达到极显著水平。

以相对产量80%、85%、90%和100%为标准，将其代入上述回归方程，求出相对应的土壤有效磷含量分别为13.1、19.7、26.5、40.3 mg/kg，可见，当前该区域土壤有效磷水平可以满足玉米80%相对产量的需求。

2.4 水稻肥效试验

2008-2012年，秦巴耕作区水稻磷肥“3414”肥效试验共计45组，所有试验点土壤有效磷含量平均值21.3 mg/kg，其中 < 15 mg/kg的8组、15 ~ 25 mg/kg 22组、> 25 mg/kg 15组; 水稻磷肥试验缺磷处理相对产量平均值为88.7%，其中80% ~ 90%有24组、> 90% 21组。土壤有效磷含量与相对产量拟合分布图如图 3所示，得到一元二次回归方程y = -0.005 1x² + 0.472 5x + 81.226，r =0.764，经查表可知，当自由度n=44、α=0.01时，相关系数r为0.376 08，该一元二次回归方程拟合度达到极显著水平。

以相对产量85%和90%为标准，将其代入上述回归方程，求出相对应的土壤有效磷含量分别为8.8、25.7 mg/kg，可见，当前该区域土壤有效磷水平可以满足水稻85%相对产量的需求。

2.5 油菜肥效试验

油菜磷肥“3414”肥效试验共计52组，所有试验点土壤有效磷含量平均值为18.5 mg/kg，其中 < 15 mg/kg的有15组、15 ~ 25 mg/kg 28组、> 25 mg/kg 9组; 油菜磷肥试验缺磷处理相对产量平均值为84.3%，< 80%的试验有11组、80% ~ 90% 30组、90% 11组。土壤有效磷含量与油菜相对产量拟合分布图如图 4所示，得到一元二次回归方程y = 0.022 5x² + 1.613 6x + 63.227，r = 0.609 1，经查表可知，当自由度n=51、α=0.01时，相关系数r为0.350 86，该一元二次回归方程拟合度达到极显著水平。

以相对产量80%和90%为标准，将其代入土壤有效磷含量与油菜相对产量的回归方程，求出相对应的土壤有效磷含量分别为12.4、26.1 mg/kg，可见，当前该区域土壤有效磷水平可以满足油菜80%相对产量的需求。

2.6 马铃薯肥效试验

马铃薯磷肥“3414”肥效试验共计31组，所有试验点土壤有效磷含量平均值为22.5 mg/kg，其中 < 15 mg/kg 6组、15 ~ 25 mg/kg 14组、> 25 mg/kg 11组; 马铃薯磷肥试验缺磷处理相对产量平均值为86.0%，其中 < 80%的7组、80% ~ 90% 13组、> 90% 11组。土壤有效磷含量与马铃薯相对产量拟合分布图如图 5所示，得到一元二次回归方程y = -0.009 1x² + 1.022 6x + 68.059，r=0.634 1，经查表可知，当自由度n=30、α=0.01时，相关系数r为0.448 7，该一元二次回归方程拟合度达到极显著水平。

以相对产量80%、90%为标准，将其代入土壤有效磷含量与马铃薯相对产量的回归方程，求出相对应的土壤有效磷含量分别为13.2、28.9 mg/kg，因此，当前该区域土壤有效磷水平可以满足马铃薯80%相对产量的需求。

3 讨论 3.1 土壤有效磷含量变化影响因素

本研究结果表明，秦岭巴山耕作区1982年土壤有效磷平均含量仅为8.4 mg/kg，到2008-2012年间土壤有效磷平均含量达到18.1 mg/kg，上升幅度为115.5%，这与我国主要农田土壤累计磷盈余结果一致^[18]。我国东北、西北、华北、西南、中南和华东地区农田的190个土壤质量监测点20年监测结果也表明，各区域土壤有效磷含量均呈现稳中有升趋势^[19]。秦岭巴山耕作区土壤有效磷含量上升的原因主要是自1982年以后，该地区农业生产力水平不断提高，化肥投入量持续增加; 土壤养分含量与施肥水平、作物产量及其他农业措施的实施有很大的关系，尤其与施肥的关系更为密切^[20]，大量研究也表明，单施化肥以及化肥有机肥配施均能够提高土壤碱解氮、土壤有效磷含量^{[12, 14-15, 21]}。

3.2 秦巴耕作区土壤有效磷丰缺指标确定

本研究结果显示，小麦、玉米、水稻、油菜、马铃薯5种作物269组“3414”肥效试验中，磷肥零水平相对产量平均值分别为85.7%、85.5%、88.7%、84.3%、86.0%，即在秦岭巴山区域平均地力水平下，主栽作物基本不施用磷肥就可以达到80%的相对产量水平。参考不同地区土壤养分丰缺指标划分^[22-25]，本研究综合了秦巴耕作区5种作物磷肥零水平相对产量为75%、75% ~ 80%、80% ~ 85%、85% ~ 90%、> 90%时的土壤有效磷理论需求量，制定的区域土壤有效磷丰缺指标是：“低”(< 10 mg/kg)、较低(10 ~ 15 mg/kg)、“中等”(15 ~ 20 mg/kg)、“较高”(20 ~ 30 mg/kg)和“高”(> 30 mg/kg)，则全区域土壤有效磷已经由原来的低等级转变为中、高等级。由于土壤对磷的强固定作用，以及磷在土壤中的移动性差等原因，在全区域磷肥水平大幅提升的状态下，传统的基施和过量施用，使得当季施入的磷肥利用率并不高，这不仅造成了磷肥资源的浪费，同时也有伴随径流产生的水体富营养化、农业面源污染等环境风险问题^[26-30]。秦岭巴山间的汉江流域作为南水北调中线水源地，为中线工程提供了70%的水量，为确保水质达标，也需控制该区域农药化肥过量投入造成的农业面源污染问题。因此，在秦岭巴山耕作区改变传统的磷肥施用方式，由单一追求高产向实现高产、高效、环境友好方向转变十分重要。

3.3 作物磷肥利用率提高途径

根据土壤养分含量和作物生长发育对养分的需求，合理制定作物施肥运筹方式是提高肥料利用率的重要途径。已有诸多研究表明，磷肥分次施用、后移施用对作物产量、磷肥利用效率都有明显的提高作用^[31-34]。这主要是因为农作物各生育期对土壤有效磷吸收量差异很大，苗期植株尚小需磷量低，随着作物生长对磷的需求量将增加，特别是在营养生长至开花期吸收量最大。磷肥分次施用或者后移施用满足了作物的生长需求，同时也减少了磷肥的固定量，提高了磷肥利用效率。也有研究表明，在长期施用磷肥处理下，磷肥养分投入量始终大于作物携带量，导致磷素盈余率偏高，采取适量减少化学磷肥投入量是提高磷肥利用率的科学施肥手段^[35]。洞庭湖区旱地玉米-油菜减量施肥试验表明，磷肥投入量减少20%，对作物产量影响不大，磷素利用率却能提高4.7%左右^[36]，南方丘陵旱地磷肥减量试验结果表明，与常量过磷酸钙相比，磷肥减量10% ~ 30%后的总磷及可溶性磷渗漏淋失量均显著减少，适度减量施肥不仅能保障作物产量，同时还可在一定程度上控制农业面源污染，减轻环境负荷，确保区域农业可持续发展^[37]。

3.4 秦巴山耕作区作物磷肥施用建议

基于本研究结果、参考文献、农作物养分吸收特性以及磷肥在土壤中的固定与流失机理，提出针对目前秦岭巴山耕作区土壤有效磷提升状态下的大区域施肥对策。其主体思想是：改传统的磷肥基施为追施^[38]，特别是重点改变土壤有效磷含量高农田的磷肥施用方法，对于土壤有效磷含量低于15 mg/kg，特别是低于10 mg/kg的低肥力农田，将全部磷肥分为基肥、追肥两次施用; 对于土壤有效磷含量高于20 mg/kg，特别是有效磷高于30 mg/kg的高肥力农田，在农作物播种、栽种到种植后的2个月左右苗期内，不施用磷肥，而在花芽分化期前后追施部分或少量磷肥，充分利用土壤有效磷，开发活化被固定的磷素资源，减少肥料施用量，提高磷肥利用率，避免农业资源浪费，改善农业生态环境。

4 结论

目前，秦岭巴山耕作区土壤有效磷平均含量为18.1mg/kg，对照1982年第二次土壤普查结果，30 a间增长了115.5%，分布等级由原来的低等级转变为中、高等级。通过大量“3414”试验得出，在当前肥力水平下，区域主栽作物在不施用磷肥的情况下，基本能满足农作物相对产量80% ~ 85%的生长需求。鉴于此，提出了要改变传统的磷肥施用方式建议，即将磷肥一次性基施改变为分次施用、对于高磷含量的农田则要减量和后移施用。本项研究针对的是大区域土壤有效磷含量变化情况下，主栽作物磷肥零水平相对产量可达到的平均水平，提出相应施肥建议和对策，但还不能描述到具体农田的状况; 对于不同作物具体施磷量确定，还需分作物、分小区域结合测土配方田间试验划分土壤养分丰缺指标，应用养分平衡-地力差减法、目标产量法等进一步分析研究，并应用有机无机配施、秸秆综合利用、减施化学肥料等技术。