初始土壤磷素状况决定富磷沙质土壤中马铃薯产量及养分吸收对施肥的响应

《Journal of Agriculture and Food Research》：Initial soil phosphorus status governs potato yield and nutrient uptake responses to fertilization in P-enriched sandy soils

　　

在磷富集的砂质土壤中，研究人员发现，两处均被归类为高磷的土壤表现出相反的马铃薯产量响应。不施磷使总产量和商品薯产量最大分别降低42%和53%。将施氮量从168 kg ha^-1提高至280 kg ha^-1并未改变马铃薯对磷的响应。在95%相对产量（RY）条件下，估算的Mehlich-1-P（M1-P）临界水平为96.2 mg kg^-1。

研究背景与存在问题：佛罗里达州的马铃薯生产高度依赖磷肥，但马铃薯根系浅、磷需求高，长期施肥导致土壤磷素在稳定库和可提取库中持续积累，形成磷富集沙质土壤。现有基于Mehlich-1（M1-P）和Mehlich-3（M3-P）的土壤测试阈值主要依据历史数据，缺乏近期田间重新校准，难以准确判断高磷土壤是否仍需施磷。此外，氮素管理可能影响磷的获取与利用，但此前尚无研究评估当前推荐施氮量是否改变磷肥响应。

研究内容与总体结论：研究人员于2023—2025年在佛罗里达州Hastings的UF/IFAS农业推广中心两个相邻地块开展试验，土壤为Ellzey系列砂质Alfisol，品种为“Atlantic”。两地块初始0-15 cm M1-P分别为50.6和110.9 mg kg^-1，均超过传统高磷阈值，但产量响应相反。试验采用随机完全区组设计，4次重复，设置2个施氮水平（168和280 kg ha^-1）与5个P₂O₅水平（0、67、135、202、269 kg ha^-1）。结果表明，初始磷较低的地块施磷显著提高生物量、氮吸收和产量；初始磷较高的地块继续施磷不增产，但进一步提高土壤M1-P。将氮从168增至280 kg ha^-1未改变马铃薯对磷的响应，也未带来稳定增产。基于相对产量（RY）与M1-P关系，估算95%相对产量对应的M1-P临界水平为96.2 mg kg^-1。

关键技术方法：研究样本来自UF/IFAS Hastings农业推广中心两个相邻地块（0.3 ha/块），2023—2025年春季马铃薯季连续种植。采用2个氮水平×5个P₂O₅水平的随机完全区组设计；土壤样品按0-15、15-30、30-45 cm分层采集，M1-P采用Mehlich-1浸提-电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定，矿质氮（NO₃-N+NH₄-N）采用EPA方法测定；植株氮磷吸收通过凯氏定氮和干灰化-ICP-OES测定；产量按USDA标准分级；数据分析采用线性混合效应模型，并用Pearce等提出的MAXRATE相对产量归一化法和修正arcsine-log校准模型估计临界磷水平。

主要研究结果：
3.1 天气与根区土壤水分条件：2023年降雨量308 mm，2024年和2025年分别为156 mm和114 mm；根区0-20 cm土壤体积含水量总体相近，但季节间波动模式不同，2023年较湿润，2024和2025年较干燥、太阳辐射略高。

3.2 Mehlich-1-P和矿质氮的基线与根区动态：M1-P在出苗期（约20 d）最高，并随磷肥用量增加而升高；施磷小区从2023年播前到2025年收获平均增加63-67 mg kg^-1，不施磷小区则下降7-27 mg kg^-1，说明磷肥连续施用造成M1-P累积。土壤矿质氮主要受年份、采样期和氮水平影响，280 kg ha^-1氮处理在块茎形成期后一般维持较高矿质氮，但季节间差异大于地块间差异。

3.3 土壤剖面中M1-P与矿质氮动态：M1-P在0-15 cm层明显高于下层，但2024年在30-45 cm层也出现增加，表明部分磷可向下迁移。矿质氮同样存在垂直梯度，2024年晚季在30-45 cm层积累增加。

3.4 植株生物量、养分吸收与利用效率：在初始磷较低的地块，施磷使整株干生物量从5.48增至7.96 Mg ha^-1，整株氮吸收从89.52增至132.19 kg ha^-1，氮吸收效率（NUpE）和氮偏生产力（PFPN）相应提高；在初始磷较高的地块，施磷仅提高NUpE。全株磷吸收随磷肥增加而增加，但磷利用效率（PUE）和磷吸收效率（PUpE）总体下降。氮水平未显著改变生物量、养分吸收和产量对磷的响应。

3.5 马铃薯产量对施肥的响应：在初始磷较低的地块，不施磷使总产量和商品薯产量分别降低42%和53%，施磷主要通过A23级（6.4-10.1 cm）块茎增产；在初始磷较高的地块，各磷肥处理间产量无显著差异，且不施磷时该地块总产和商品产分别比低磷地块高约8.1 Mg ha^-1，施磷135 kg ha^-1以上后两地块产量接近。施氮量从168增至280 kg ha^-1未提高总产和商品产；2024年因种薯腐烂导致出苗率下降57%，产量大幅降低。

3.6 相对产量与M1-P临界水平：采用MAXRATE归一化法与修正arcsine-log模型拟合240个小区观测值，模型AIC=1938.36，R²=0.41，RMSE=13.56%。估算80%、90%、95%相对产量对应的M1-P临界水平分别为63.6、81.4、96.2 mg kg^-1；剔除异常的2024年后，95%相对产量对应临界水平降至86.2 mg kg^-1。

讨论与结论：讨论指出，高土壤测试磷并不排除施磷响应，但响应概率随M1-P升高而降低；M1-P是一种化学提取指标，不能完全代表根系实际可获取的磷供应能力。磷供应充足可促进植株生长和氮吸收，但额外氮不能补偿磷缺乏。土壤剖面中M1-P在深层增加提示需要关注磷淋失风险。基于所评价的数据集和模型，95%相对产量对应的M1-P临界水平为96.2 mg kg^-1，但需在更广的土壤、品种、产量环境和管理制度下进行独立验证。研究结论还指出，现有M1和M3土壤测试解释及临时统一施磷建议可能无法充分区分响应型与非响应型高磷地块，改进校准有助于制定更灵活的建议，在保护马铃薯产量的同时减少不必要的磷投入和土壤磷积累。