施肥對旱地胡麻耗水特性和籽粒產量的影響

吳 兵, 高玉紅, 高珍妮, 剡 斌, 張中凱, 崔政軍, ?？×x

(1.甘肅農業大學 生命科學技術學院, 蘭州 730070; 2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室, 蘭州 730070;3.甘肅農業大學 農學院, 蘭州 730070; 4.甘肅農業大學 信息科學技術學院, 蘭州 730070)

施肥對旱地胡麻耗水特性和籽粒產量的影響

吳 兵1,2, 高玉紅2,3, 高珍妮2,4, 剡 斌2,3, 張中凱2,3, 崔政軍2,3, 牛俊義2,3

(1.甘肅農業大學 生命科學技術學院, 蘭州 730070; 2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室, 蘭州 730070;3.甘肅農業大學 農學院, 蘭州 730070; 4.甘肅農業大學 信息科學技術學院, 蘭州 730070)

為了合理調控胡麻生產過程中氮、磷配施水平，以“隴亞雜1號”為試驗材料，研究了不同施肥處理對旱地胡麻耗水特性、籽粒產量和水分利用效率的影響。試驗設2個施氮(純N)水平：75 kg/hm2(N1)，150 kg/hm2(N2)；2個施磷(純P2O5)水平：75 kg/hm2(P1)，150 kg/hm2(P2)，共4個施肥處理(N1P1，N1P2，N2P1和N2P2)，以不施氮磷肥為對照(N0P0)。結果表明：2013年胡麻的農田耗水量隨著施肥量的增加而增加，2014年隨著施肥水平增加至N2P1時，耗水量達到高峰，較N2P2處理顯著增加10.23%；與N0P0處理相比，各施肥處理100—200 cm土層的耗水量明顯增加13.03～19.36 mm。在胡麻現蕾至盛花期，2013年各施肥處理在此階段的耗水量隨著施肥量的增加而增加，而2014年以N2P1處理的階段耗水量最大，較N0P0，N2P2處理分別顯著增加19.25%和17.87%，說明氮磷配施有利于促進胡麻根系對土壤水分的吸收，尤其是深層貯水的利用，以滿足胡麻生育后期的水分需求。兩個生長季，胡麻的籽粒產量均表現為N2P1>N2P2>N1P2>N1P1>N0P0，且N2P1的籽粒產量顯著高于N0P0處理44.27%～56.55%。胡麻的水分利用效率與籽粒產量的變化趨勢基本一致，各施肥處理中以N2P1處理的最大，N2P2的次之，分別比N0P0處理顯著增加30.23%～38.54%，20.50%～36.81%。可見，在本試驗區同等肥力土壤條件下，氮磷施用量分別為150 kg/hm2，75 kg/hm2的高氮低磷配施(N2P1)是旱地胡麻高產節肥的最佳施肥處理。

胡麻; 施肥; 耗水特性; 籽粒產量

土壤貧瘠是制約我國旱地土壤生產力和降水利用率的瓶頸。隨著我國北方半干旱區氣候干暖化趨勢增加，土壤干旱化逐漸嚴重[1]，如何最大限度地利用天然降雨，提高水分利用效率對促進旱地農業的可持續發展具有重要意義。研究表明，施肥能改善土壤的肥力狀況，通過“以肥調水”提高了農田的生產力。近年來，肥料在增加作物水分利用效率和緩解干旱脅迫中的作用已成為國內外學者研究的重點[2]。李立科等[3]提出，通過改變施肥水平來調控作物對土壤水分的消耗，強化對農田作物以水肥為主要生長因素的調控力度，進而可以全面提高北方旱地農業的生產水平。劉文國等[4]研究認為，適量施氮可以有效保持土壤水分，提高土壤貯水量。氮、磷化肥的合理配施能使植株充分利用土壤水分，提高作物產量和水分利用效率，起到以肥促水的作用[5]。劉德平等[6]研究表明，氮、磷合理配施能夠在保證產量的前提下，適量減少氮、磷施用量有利于作物對水肥的利用，還減輕了農業面源污染?？梢?，施肥不僅促進了作物的生長發育，而且增強了其對水肥的吸收利用，是實現旱地作物增產和土壤水分有效利用的主要措施[7-8]。

胡麻(LinumusitatissimumL.)是我國僅次于大豆(GlycinemaxL.)、油菜(BrassicacampestrisL.)、向日葵(HelianthesannuusL.)和花生(ArachishypogaeaL.)的第五大油料作物之一，主要分布于甘肅、內蒙、寧夏、山西、河北等省區，具有較強的耐旱、耐寒和耐瘠薄能力[9-10]。胡麻是需肥較多而不耐高氮的作物，也是對磷敏感的作物[8-12]。氮、磷肥的施用量是影響旱地胡麻籽粒產量的首要因素[13]，適宜的氮磷配比可使胡麻籽粒產量增加20.49%～77.27%[14]。由于施肥對胡麻產量和水分利用均有顯著的影響[15]，如何在有限的水分條件下，通過合理施肥提高籽粒產量和降水利用效率是當前旱地胡麻生產中亟需解決的問題。為此，在黃土高原典型旱作生態條件下，本研究于2013—2014年進行定位試驗，比較分析不同施肥水平對旱地胡麻籽粒產量和水分利用效率的影響，探討適合旱地胡麻高產栽培的施肥水平，以期為旱地胡麻高產高效栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2013—2014年在定西市農業科學院西寨油料試驗站進行，該區地處黃土高原丘陵溝壑區，海拔2 050 m，年平均氣溫6℃，年日照時數2 453 h，無霜期213 d，年降雨量390 mm。試驗地為梯田，土壤屬黃綿土，0—200 cm平均土壤容重為1.21 g/cm3，pH值8.17，肥力中等。兩年胡麻生育期降雨量分別為341.50，250.20 mm。

1.2 試驗設計

試驗因素為氮肥和磷肥。氮(純N)設2個水平，75 kg/hm2(N1)，150 kg/hm2(N2)；磷(純P2O5)設2個水平，75 kg/hm2(P1)，150 kg/hm2(P2)，共4個處理，分別為N1P1，N1P2，N2P1和N2P2，并設對照處理(N0P0，不施氮磷肥)。試驗小區面積20 m2(4 m×5 m)，3次重復，隨機區組排列。所用氮、磷、鉀肥種類分別為尿素(含純N 46.4%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、硫酸鉀(含K2O 52%)，施鉀量均為35 kg/hm2，其中氮肥基追比2∶1(現蕾前追施)，磷肥和鉀肥均作為基肥一次性施入。小區間、重復間分別設置30 cm，50 cm寬的走(過)道，四周設置1 m寬的保護行。供試胡麻品種為“隴亞雜1號”，播種密度為750萬株/hm2，人工條播，播深3 cm，行距20 cm。2013年4月10日播種，8月27日收獲；2014年4月12日播種，8月24日收獲。胡麻生長期間，所有處理均未進行灌溉，其他田間管理方式同當地大田生產。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤含水量 在胡麻苗期、現蕾期、盛花期、青果期和成熟期采用常規土鉆取土烘干法測定0—200 cm土層的土壤含水量，每20 cm為一個土層，重復3次。稱土壤鮮重后，在105℃恒溫下烘8 h至恒重，稱土壤干重，計算土壤含水量，其公式：土壤含水量=(土壤鮮重—土壤干重)/土壤干重×100%。根據土壤含水量計算土壤貯水量[16]。土壤貯水量：Sw=d×r×w×0.1，式中，Sw為土壤貯水量(mm)；d為土層厚度(cm)；r為土壤容重(g/cm3)，本試驗區土壤容重為1.21 g/cm3；w為土壤含水量(%)。

1.3.2 耗水量 采用農田水分平衡法[17]計算作物耗水量(mm)：ETa=P+I+ΔW，式中：ETa為胡麻生育期耗水量(mm)，包括植株蒸騰量與棵間蒸發量；P為降雨量(mm)；I為灌溉量(mm)；ΔW為胡麻不同生育時期之間的土壤貯水變化量，即土壤貯水消耗量。

1.3.3 籽粒產量 測定收獲時按小區單打單收，曬干后稱取胡麻籽粒重量，測得小區實際產量。

1.3.4 水分利用效率 水分利用效率=籽粒產量(kg/hm2)/胡麻全生育期耗水量(mm)。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件處理和分析數據，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 施肥對0-200 cm土壤貯水量的影響

由圖1可知，不同施肥水平下胡麻各生育時期0—200 cm土壤貯水量存在明顯差異。在2013年伴隨胡麻現蕾后多次出現的降雨呈現出“高低反復”的變化趨勢，而2014年表現為隨胡麻生育期的后延而逐漸下降。在胡麻現蕾期，與N0P0處理相比，胡麻兩個生長季施肥處理0—200 cm土壤貯水量分別顯著降低1.07%～3.37%和1.11%～3.61%(p<0.05)，此后隨著胡麻生育的進程，0—200 cm土壤貯水量隨著施肥量的增加而呈現下降的趨勢。就生育后期土壤貯水量的變化而言，2013年，胡麻盛花期和成熟期各施肥處理0—200 cm土壤貯水量表現為N1P1>N1P2>N2P1>N2P2，顯著低于N0P0處理4.77%～9.44%和6.37%～14.93%。2014年，胡麻盛花期各施肥處理的0—200 cm土壤貯水量以N2P1處理的最低，較N2P2，N0P0處理顯著降低6.34%和7.87%；成熟期N1P1，N1P2，N2P1和N2P2處理的0—200 cm土壤貯水量比N0P0處理顯著降低5.02%，5.89%，8.55%和1.67%。

2.2 施肥對農田總耗水量的影響

由表1可見，不同施肥水平下農田總耗水量顯著高于不施肥N0P0處理，施肥明顯提高了胡麻對土壤貯水的吸收利用。在胡麻兩個生長季節，不同處理的農田總耗水量以N2P2(2013年)和N2P1處理(2014年)農田耗水量最高，分別比N0P0處理顯著增加13.14%和13.00%。就不同施肥水平下土壤貯水消耗量而言，兩個生長季N1P1，N1P2，N2P1和N2P2處理分別比N0P0處理高20.28，32.72，40.15，48.96 mm(2013年)和22.18，28.60，45.89，8.85 mm(2014年)，差異顯著。不同年際間比較，2014年施肥處理土壤貯水消耗量平均為129.30 mm，高于2013年94.54%，這表明氮磷配施對胡麻根系吸收利用土壤貯水的促進效應在干旱年份更加明顯。

注：同一年份的不同字母表示在p<0.05水平上差異顯著。

圖10-200cm土壤貯水量隨生育時期的變化

2.3 施肥對0-200 cm各土層土壤貯水消耗量的影響

由圖2可見，不同施肥處理0—200 cm各土層耗水量總體上明顯大于N0P0處理，且0—200 cm各土層耗水量的變異系數在兩個生長季均表現為：N0P0處理(50.48%，42.92%)>施肥處理(41.45%，36.90%)，可見氮磷配施下各土層耗水量的差異小于N0P0處理，施肥更有利于植株均衡地調用各土層的水分。比較氮磷配施與N0P0處理下各土層耗水量的差異，2013年，施肥處理與N0P0的差異主要集中在100 cm以上土層，0—100 cm土層平均貯水消耗量高于N0P0處理22.65 mm；2014年，施肥處理與N0P0的差異主要集中在100 cm以下土層，與N0P0處理相比，100—200 cm的耗水增加19.36 mm。這表明施肥增加了胡麻根系對深層土壤水分的吸收，而且在干旱年份(2014年)施肥更為明顯地促進了植株對深層土壤水分的利用。4種施肥處理相比較，2013年各土層耗水量差異以40—120 mm土層較大，而2014年以100—160 mm土層差異較大。不同土層耗水量的變異系數2013年為N1P2(45.18%)>N1P1(44.14%)>N2P2(41.01%)>N2P1(35.48%)，2014年表現為N1P1(39.62%)>N2P2(39.02%)>N1P2(34.75%)>N2P1(34.20%)，即不同氮磷配施水平下，N2P1處理對各土層土壤貯水的吸收利用最為均衡。

表1 胡麻田總耗水量及其分配

注：不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著，下同。

圖20-200cm各土層土壤貯水消耗量

2.4 施肥對胡麻階段耗水的影響

由表2可見，不同處理間胡麻各個生育階段耗水狀況存在明顯的差異，由于施肥增加了土壤養分，對胡麻的生長發育產生一定的影響，進而胡麻各生育階段的耗水狀況也隨之改變。播種至現蕾期，胡麻植株小，土壤水分主要以地表蒸發為主，與不施肥N0P0處理相比，2013年、2014年施肥處理在此階段的耗水量平均顯著增加5.98%，13.73%，且以N1P1處理的耗水量及其占總耗水的比例最大；2013年各處理的階段耗水量明顯高于2014年，這可能與2013年此階段的降雨補充較多有關，導致階段耗水量較2014年平均增加40.73 mm?，F蕾至盛花期是胡麻生長最旺盛的階段，兩個生長季施肥處理的階段耗水量分別平均高于N0P0處理13.47%和8.12%，階段耗水量占總耗水量的比例以N2P2(2013年)、N2P1處理(2014年)的最大，比N0P0處理顯著增加6.77%和5.54%。盛花至成熟期是胡麻生育期主要耗水階段，2013年，各施肥處理在此階段的耗水量隨著施肥量的增加而增加，較N0P0處理顯著增加4.40%～13.24%；2014年N2P1處理的階段耗水量最大，顯著高于N0P0處理8.11%，而N2P2處理階段耗水量明顯低于N2P1處理5.74%。

表2 胡麻各生育階段耗水量及其總耗水量的比例

2.5 施肥對胡麻籽粒產量和水分利用效率的影響

由圖3可知，施肥可顯著提高胡麻的籽粒產量和水分利用效率。就籽粒產量而言，在胡麻的兩個生長季，籽粒產量隨著施肥量的增加而增加，至N2P1水平時達到最大值，隨之明顯下降，降幅達5.50%～6.03%。與不施肥N0P0處理相比，兩個生長季N1P1，N1P2，N2P1和N2P2處理的籽粒產量分別增加16.21%，28.47%，44.27%，36.34%(2013年)和21.69%，36.05%，56.55%，47.10%(2014年)，呈顯著性差異水平。不同施肥處理的水分利用效率與籽粒產量的變化趨勢基本一致，表現為N2P1>N2P2>N1P2>N1P1>N0P0。2013年N2P1處理的水分利用效率分別比N2P2，N1P2，N1P1，N0P0處理顯著增加8.08%，10.28%，18.17%和30.23%；而在2014年，N2P1處理的水分利用效率最大，N1P2的次之，顯著高于N0P0處理38.54%和36.81%，但N2P1，N1P2處理之間的差異不顯著。兩年施肥處理的水分利用效率較N0P0處理平均增加19.76%和28.93%。

圖3胡麻的籽粒產量和水分利用效率

3 討 論

在旱地農田生態系統中，土壤水分狀況直接影響著作物的生長發育和籽粒產量的形成。研究認為，水肥之間存在耦合效應，養分不足在很大程度上限制水分作用的發揮，而過量施肥不僅導致肥料的經濟效益降低，污染環境的潛勢增加，還會造成作物對深層土壤水分的過度消耗形成土壤干層[18-20]。亦有研究表明，合理的氮磷鉀配施可提升根系活力，擴大根系對土壤水分和養分吸收的空間，實現有限水分的最大效率利用[8,21]。本試驗中，氮磷配施對旱地胡麻根系吸收利用土壤貯水具有明顯的促進效益。在胡麻兩個生長季，氮磷配施處理的土壤貯水消耗量分別比不施肥N0P0處理增加35.53，26.38 mm，而且2014年施肥處理土壤貯水消耗量平均為129.30 mm，高于2013年94.54%，這說明氮磷配施下胡麻根系對土壤貯水的吸收利用能力在干旱年份(2014年)更加明顯。施肥水平下胡麻生育期內的農田耗水量兩年分別比不施肥N0P0處理顯著增加9.54%和7.47%。不同年際間比較，2013年的農田耗水量隨著施肥量的增加而增加，而2014年隨著施肥水平增加至N2P1時，耗水量達到高峰，較N2P2處理顯著增加10.23%，這可能與2014年盛花期的高溫少雨有關(降雨量僅為39.0 mm，而2013年的降雨量達137.8 mm)，高肥對胡麻的生長產生負效應，造成根系對土壤貯水的吸收能力下降，這與張冬梅等[22]關于不同降雨年型施肥量對旱地玉米生長的研究結論一致。

土壤深層貯水具有較高的生物有效性，開發利用的潛力很大，增加深層土壤水分的利用程度可明顯提高水分利用率[23-24]。從各土層土壤貯水消耗量的變化來看，施肥處理0—200 cm各土層耗水量總體上明顯大于N0P0處理，兩年施肥處理100—200 cm土層的耗水量較N0P0處理分別增加13.03，19.36 mm，這表明施肥增加了胡麻根系對深層土壤水分的吸收，而且在干旱年份施肥更為明顯地促進了植株對深層土壤水分的利用。各施肥處理在不同土層耗水量的變異系數以N2P1處理的最低，說明N2P1處理可以均衡地調用各土層的土壤貯水，避免土壤水分虧缺層的出現。因此，在旱地胡麻栽培中，合理氮磷配施可以通過“以肥調水”來提高土壤的供水量，同時保持土壤水庫緩沖能力[25]。本試驗中，不同施肥水平下胡麻各個生育階段耗水狀況存在明顯的差異。施肥處理在播種至現蕾期的階段耗水量及其占總耗水量的比例均以N1P1處理最大，比不施肥N0P0處理顯著增加9.61%～20.63%，3.94%～13.50%。兩個生長季，現蕾至盛花期的階段耗水量及其總耗水量的比例分別以N2P2(2013年)、N2P1(2014年)處理的最大，顯著高于N0P0處理20.80%，6.77%和19.25%，5.54%。在盛花至成熟期，2013年各施肥處理在此階段的耗水量隨著施肥量的增加而增加，而2014年以N2P1處理的階段耗水量最大，較N0P0，N2P2處理分別顯著增加8.11%和6.09%?？梢?，由于受降雨量的影響，兩年中N2P2處理(2013年)、N2P1處理(2014年)對胡麻生育后期耗水的影響較為明顯，有利于胡麻現蕾后穩定供水，為籽粒產量的增加奠定良好的基礎。

土壤瘠薄影響著作物水分利用潛力，施肥可促進作物對土壤水分的吸收利用，致使土壤生產力和作物水分利用效率顯著提高[5,8]。杜紅霞等[26]研究認為，合理的氮磷配施有利于玉米產量的增加和水分利用效率的提高，而氮、磷比例失調會抑制作物生長，影響作物產量和水分利用效率。本研究表明，兩個生長季，籽粒產量隨著施肥量的增加而增加，至N2P1水平時達到最大值，隨之明顯下降，降幅達5.50%～6.03%。與不施肥N0P0處理相比，N1P1，N1P2，N2P1和N2P2處理的籽粒產量分別顯著增加16.21%～21.69%，28.47%～36.05%，44.27%～56.55%，36.34%～47.10%。胡麻的水分利用效率與籽粒產量的變化趨勢基本一致，各施肥處理中以N2P1處理的水分利用效率最大，N2P2的次之，分別比N0P0處理顯著增加30.23%～38.54%，20.50%～36.81%。因此，氮磷配施是提高旱地胡麻的籽粒產量和水分利用效率的重要措施，這與楊文等[27]在旱地春小麥上的研究結果一致。在高耗水的基礎上，不同施肥水平下胡麻籽粒產量的明顯增加有利于提高水分利用效率，通過水肥耦合可以充分挖掘旱地胡麻的增產潛力。

4 結 論

合理的氮磷配施可顯著提高旱地胡麻的籽粒產量和水分利用效率，以N2P1處理(150 kg/hm2，75 kg/hm2)的增產優勢最為明顯，增產達44.27%～56.55%，且水分利用效率提高30.23%～38.54%，達到3.43～3.84 kg/(hm2·mm)。主要原因是：氮磷配施明顯促進了旱地胡麻對土壤貯水的吸收，且在干旱年份更為突出地增加了植株對深層水分的調用。各施肥處理中，N2P1處理可以均衡地調用各土層的土壤貯水，在耗水模式上將有限水分更多用于現蕾后開花階段和籽粒灌漿階段，最終獲得高產和高水分利用率。可見，在本試驗區同等肥力土壤條件下，氮磷施用量分別為150 kg/hm2，75 kg/hm2的高氮低磷配施是旱地胡麻高產節肥的最佳施肥處理。

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EffectsofFertilizationonWaterConsumptionCharacteristicandGrainYieldofLinumusitatissimumL.inDryLand

WU Bing1,2, GAO Yuhong2,3, GAO Zhenni2,4, YAN Bin2,3,ZHANG Zhongkai2,3, CUI Zhengjun2,3, NIU Junyi2,3

(1.CollegeofLifeSciencesandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.GansuProvincialKeyLaboratoryofAridlandCropScience,Lanzhou730070,China; 3.CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 4.CollegeofInformationSciencesandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)

In order to regulate the combined application levels of N and P reasonably in the process ofLinumusitatissimumL. production, field experiment in dry land was conducted to elucidate the effects of fertilization on water consumption characteristic, grain yield and water use efficiency ofLinumusitatissimumL. which was ‘Longyaza 1’, thereby providing theoretical reference for fertilizer application of rain-fedLinumusitatissimumL. in hilly area of the Loess Plateau. Four fertilizer application treatments were 2 nitrogen levels: N1(75 kg/hm2) and N2(150 kg/hm2), and 2 phosphorus levels: P1(75 kg/hm2) and P2(150 kg/hm2), which were marked for N1P1, N1P2, N2P1, N2P2, and the control (N0P0) was without nitrogen and phosphorous fertilizer. The results indicated that total water consumption rose with increase of the application amounts of N and P in 2013, reached the peak as the fertilization increased to the level of N2P1in 2014 and markedly enhanced by 10.23% than N2P2which was the maximum rate of fertilizer. Compared with the N0P0, the water consumption at depth of 100—200 cm of soil obviously increased by 13.03～19.36 mm. Besides, water consumption at the budding to full-flowering periods had a sharp increase with the amount of fertilization in 2013, whereas the N2P1was the most in 2014 and significantly enhanced by 19.25% and 17.87% than the N0P0and N2P2, respectively. These results indicated that combined application of N and P could improve the absorption of soil moisture, especially for deep soil water, to meet the water requirement ofLinumusitatissimumL. in later growth period. In addition, the grain yield ofLinumusitatissimumL. decreased in the order: N2P1>N2P2>N1P2>N1P1>N0P0, and yield of N2P1was 44.27%～56.55% higher compared the N0P0. The changes of water use efficiency was fairly consistent with grain yield, and the N2P1was the largest, followed by the N2P2under different fertilizations, which were raised by 30.23%～38.54% and 20.50%～36.81%, respectively, compared with the treatment of N0P0. As far as saving-fertilizer and high-yield were concerned in the experiment, the most appropriate fertilizer treatment for recommendation was the one which had 150 kg/hm2(N) and 75 kg/hm2(P2O5) for rain-fedLinumusitatissimumL. under the climate conditions of the experimental area.

LinumusitatissimumL.; fertilization; water consumption characteristic; grain yield

2016-04-15

：2016-04-29

現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS-17-GW-9);國家自然科學基金(31360315)

吳兵(1981—),男,寧夏鹽池人,博士,副教授,主要從事作物生長調控與生理生態研究。E-mail:wub@gsau.edu.cn

S563.2

：A

：1005-3409(2017)03-0188-06