适度磷投入通过削减气态氮损失与增强植株氮磷积累提升冬小麦产量及肥料吸收效率

《Agronomy》：Moderate Amount of Phosphorus Enhanced Winter Wheat Yield and Fertilizer Uptake Efficiency by Reducing the Loss of Gaseous Nitrogen and Increasing the Accumulation of Phosphorus and Nitrogen in Plants

【字体：大中小】 时间：2026年11月04日 来源：Agronomy 4.1

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　　摘要：优化磷（P）管理对维持冬小麦籽粒产量并降低由氮（N）损失引发的环境风险具有重要意义。磷肥可强烈影响氮素损失、养分转运与温室气体排放。然而，在冬小麦系统中，如何通过磷管理同时实现产量最大化与单位产量活性氮（Nr）损失最小化仍存在关键不确定性。研究人员开展了

摘要：优化磷（P）管理对维持冬小麦籽粒产量并降低由氮（N）损失引发的环境风险具有重要意义。磷肥可强烈影响氮素损失、养分转运与温室气体排放。然而，在冬小麦系统中，如何通过磷管理同时实现产量最大化与单位产量活性氮（Nr）损失最小化仍存在关键不确定性。研究人员开展了两季冬小麦轮作田间试验，设置梯度磷输入处理（0、45、90、135与180 kg P2O5 ha?1，分别记为P0、P1、P2、P3与P4）以评估磷投入量对籽粒产量、氮肥利用效率及氮磷收支与损失平衡的影响。结果表明，提高磷量显著促进冬小麦籽粒产量，但当输入超过135 kg P2O5 ha?1后增产趋势放缓。P2与P3处理产量无显著差异，而P2处理磷肥利用率显著更高。具体而言，90 kg P2O5 ha?1（P2）较不施磷（P0）增产5.96%至37.86%，增产主要源于植株氮磷积累与转运增强，使磷肥利用率与氮肥利用率分别提升45.85%至156%和40.25%至52.46%。P2处理下营养器官氮磷转运量与同化量显著优于其余处理，同时氧化亚氮（N2O）排放通量及累积排放量、氨（NH3）挥发均显著下降，全球增温潜势（GWP）与温室气体排放强度（GHGI）明显降低。上述结果可为黄淮海平原冬小麦系统磷优化管理提供实证与理论支撑，兼顾农业生产与生态保护。

研究背景与问题提出

磷（P）是冬小麦根系构建、生殖器官发育与籽粒产量形成的关键元素。田间作物磷利用率（PUE）通常仅10%至25%，逾80%施入磷素未被当季吸收，长期大量施用化学磷肥不仅造成土壤磷盈余，也带来地表径流富营养化风险。与此同时，氮（N）与磷在农业系统中存在强交互作用：氮饱和背景下，硝态氮（NO₃^?）、铵态氮（NH₄⁺）、氨（NH₃）与氧化亚氮（N₂O）损失突出，但既往研究多孤立考察单元素循环，对磷管理如何调控冬小麦系统氮磷多元素协同循环与气态氮损失的机制认识不足。黄淮海平原作为我国小麦主产区，长期高强度化肥投入导致可持续性下降，因此亟需明确磷投入水平、植株氮磷吸收与氮损失之间的定量关系，并筛选兼顾高产、高效与低环境负荷的适磷阈值。

研究设计与核心发现

研究人员在山东农业大学农事试验站（黄淮海平原东侧，小麦-玉米轮作区）开展两年度原位田间试验，供试品种为济麦22。设五个磷水平：P0不施磷、P1施45 kg P₂O₅ ha^?1、P2施90 kg P₂O₅ ha^?1、P3施135 kg P₂O₅ ha^?1、P4施180 kg P₂O₅ ha^?1，氮（尿素210 kg N ha^?1）与钾作配套管理，随机区组三次重复。通过观测土壤矿物氮剖面、静态箱-气相色谱法测N₂O、通风法测NH₃挥发、植株器官氮磷积累与转运指标、产量及肥料利用率，构建氮磷平衡与全球增温潜势（GWP）及温室气体排放强度（GHGI）核算框架。

主要技术方法概括

研究采用两年度冬小麦田间定位试验，样本来源于黄淮海平原泰安站点小麦-玉米轮作系统。关键技术包括：0至200 cm剖面土壤NO₃^?与NH₄⁺矿质氮分层采样与流动分析仪测定；静态暗箱-气相色谱法（GWP按IPCC系数折算）量化N₂O排放通量；通气法海绵吸附-连续流动分析测定NH₃挥发；按生育期拆分茎鞘、叶、穗轴颖壳与籽粒，经消解后测全氮（凯氏法）与全磷（钼蓝比色），计算磷转运量（PTA）、氮转运量（NTA）、同化量（PAA、NAA）及贡献率；以产量、肥料偏生产力与表观盈亏构建氮磷平衡与GHGI指标，并用方差分析与多重比较检验处理差异。

研究结果

土壤矿质氮动态

研究人员发现，P2处理在0至200 cm剖面各生育期NO₃^?-N与NH₄⁺-N残留最低：较P0、P1显著下降，说明适度磷促进根系吸氮、抑制深层硝态氮淋失风险；P4反而使浅层矿质氮回升，证明过量磷无额外环境收益。

温室气体与氨挥发

N₂O与NH₃均呈施肥-灌溉后双峰排放。排放顺序表现为P0大于P1大于P4大于P2、P3。P2处理累积N₂O较P0降约28.1%，累积NH₃挥发降约24.6%；GWP与GHGI同步显著下降，说明90 kg P₂O₅ ha^?1通过提升氮消纳能力削弱硝化-反硝化与挥发底物。

氮磷积累与器官分配

拔节期氮磷积累随磷量线性上升，但开花与成熟阶段P2、P3最优。P2处理提高茎叶暂存氮磷规模，成熟期籽粒氮磷积累量最高，显示其强化花前储备转运与花后同化双重过程。

氮磷转运与同化

研究人员观察到预花氮磷转运量与花后同化量均呈先升后降，峰值位于P2与P3。P2处理营养器官向籽粒的转运量及同化贡献显著优于P0与P4，且不过度依赖花前再分配，保障籽粒品质与产量协同。

氮磷盈亏平衡

随磷输入增加，表观磷盈余上升、P0甚至亏缺；矿质氮残留、氮损失率与表观氮盈余在P2、P3最低。表明适磷可维持土壤有效磷合理库存，同时压缩无效氮库。

产量与利用效率

籽粒产量随磷量先升后降，P2与P3较P0增产29.8%至42.0%，且优于P4。PUE随磷量递增而递减，P2的磷肥利用率高于P3；氮肥偏生产力在P2、P3达峰。综合产量、环境与效率，90 kg P₂O₅ ha^?1为最优管理点。

讨论部分总结

讨论指出，磷管理并非单纯增产工具，而是调控源-库关系与土壤氮转化的枢纽。缺磷抑制植株构建与吸氮能力，使矿质氮滞留、气体损失走高；过量磷刺激无效分蘖并加剧土壤固定与径流风险。适磷（P2）通过促进根活力与光合产物分配，提高花前转运与花后同化，降低NO₃^?残留与N₂O、NH₃通量。研究同时说明，中高肥力土壤背景下低磷处理表现可能偏优，长期不同地力梯度仍需验证。

结论翻译

施磷显著提升了冬小麦产量及氮磷利用效率，以90 kg P₂O₅ ha^?1为关键阈值。该水平在保障产量的同时维持正向土壤磷预算，提升活性与中活性磷库及有效磷，促进作物磷吸收；过量施磷不增产，反而驱动磷向下迁移，加大淋溶与径流风险。综合考虑产量、磷效率与表观磷平衡，黄淮海平原冬小麦季推荐90 kg P₂O₅ ha^?1，可在高产与低环境负荷间取得平衡，并为基于土壤-植株磷预算的可持续磷管理提供依据。

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