旱地不同施肥對冬油菜產量及土壤水分狀況的影響

羅照霞，楊志奇，俄勝哲，袁金華，車宗賢，郭永杰

（1.天水市農業科學研究所，甘肅 天水741000；

2.甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，甘肅蘭州730070）

旱地不同施肥對冬油菜產量及土壤水分狀況的影響

羅照霞1，楊志奇1，俄勝哲2，袁金華2，車宗賢2，郭永杰2

（1.天水市農業科學研究所，甘肅 天水741000；

2.甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，甘肅蘭州730070）

研究了不同施肥處理下黃綿土區冬油菜產量、土壤水分狀況及其水分利用效率的變化。結果表明：有機肥與化肥配施明顯提高了冬油菜籽粒產量和水分利用效率，較不施有機肥平均提高了12.95%和10.74%；冬油菜產量以有機肥配施氮磷鉀處理最高，為1 180.05 kg·hm－2，較對照（不施肥料）提高了369.32%，耗水量和水分利用效率也最高，分別為 489.73mm和 2.41 kg·hm－2·mm－1，較對照分別提高了 6.40%和 338.18%；冬油菜收獲后不同處理不同土層土壤含水量較播前大幅度下降，0～20 cm土層土壤含水量較播前下降了8個百分點左右，0～100 cm土層土壤儲水量以不施肥處理最大，為244.36mm。肥料配施提高了作物產量，但也增加了土壤耗水量，土壤干燥化程度也將加劇。

施肥；旱地；冬油菜；產量；土壤水分；水分利用效率

黃土高原地區是我國典型的傳統旱作農業區，該地區降雨量稀少，水源不足，成為限制該地區農業生產力提高的主要因素，水分不足也帶來了一系列的環境問題。對于作物水分關系的研究一直是農業生態系統研究的重要問題［1］。冬油菜是該區最主要的油料作物之一，但是降水時空分布不均與冬油菜需水規律不吻合嚴重制約該區冬油菜生產，因此，尋求有效增加冬油菜產量并提高水分利用效率的措施是該區農業生產中亟待解決的關鍵問題。生產實踐證明，肥料的大量投入極大地促進了作物產量和經濟效益的提高，提高了作物水分利用效率，成為實現增產和土壤水分有效利用的主要措施［2－3］。水分也會提高作物產量，但它們對作物的影響不是孤立的，即水肥之間存在著耦合效應［4－5］，尤其在旱地農業研究中。如何在水分限制的條件下，通過合理施肥提高作物產量和水分利用效率一直是國內外研究的熱點。目前有關氮、磷、鉀單施及配施、有機肥單施及與化肥配施對作物產量和水分利用效率的研究大多集中在小麥、馬鈴薯、玉米等作物上［6－14］，但長期不同肥料施用對冬油菜水分利用效率及產量影響卻鮮有報道。為此，本試驗在長期肥料定位試驗條件下研究不同施肥對冬油菜產量和土壤水分變化及水分利用效率的影響，以期為旱地農業水肥管理以及科學施肥提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗開始于1981年，試驗地位于天水市農業科學研究所中梁試驗站試驗示范基地（34°05′N，104°5′E），該區屬半干旱山區，海拔1 650 m，年降雨量500～600mm，年平均氣溫為11.5℃，無霜期185 d。試驗地土壤屬中壤黃綿土，1981年試驗初期土壤0～20 cm基礎理化性狀如下：pH 8.54，有機質含量11.87 g·kg－1，全氮 0.82 g·kg－1，全磷 0.66 g·kg－1，全鉀16.60 g·kg－1，速效氮 73 mg·kg－1，速效磷 8.6 mg·kg－1，速效鉀 190mg·kg－1，有機碳 9.14 g·kg－1。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計，主處理為施有機肥（M）和不施有機肥處理，副處理設4個施肥水平，分別為不施肥、N肥、NP肥和NPK肥。試驗共8個處理：CK（不施肥）、N、NP、NPK、M（純有機肥）、MN、MNP、MNPK。1981—1992年每年施用 N 90 kg·hm－2，P2O545 kg·hm－2，K2O 45 kg·hm－2，而 1993—2014年施用N 150 kg·hm－2，P2O575 kg·hm－2，K2O 75 kg·hm－2。1981年施用有機肥 60 000 kg·hm－2，1983、1984和1985年施用有機肥 15 000 kg·hm－2，1986—2014年施用有機肥30 000 kg·hm－2。有機肥中有機碳、全氮、全磷、全鉀的平均含量分別為 20.1、3.0、1.16 g·kg－1和 11.1 g·kg－1，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為 274.0、189 g·kg－1和 190 g·kg－1。氮肥為尿素（含N≥46.4%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O512%），鉀肥為硫酸鉀（K2O≥50%）。

1981—2014年小麥、油菜、胡麻均為人工開溝播種，種植密度與當地大田生產相同。化肥和有機肥均做基肥播前一次施入。歷年小麥與油菜、胡麻不規律輪作。33 a中 1987、2000、2003、2011年和 2014年供試作物為冬油菜，1991年為胡麻，其余年份均為冬小麥。田間雜草人工拔除，人工小區收獲，作物收獲時殘茬高度低于10 cm，籽粒和秸稈及莖葉全部移出。其它栽培管理措施與當地大田生產相同。

2014年指示冬油菜品種為天油8號（由天水市農業科學研究所中梁試驗站提供），小區面積33.32 m2（8.33 m×4 m），每個處理重復 3次，隨機區組排列。冬油菜于2013年8月28日播種，2014年6月10日收獲。冬油菜行距 33.33 cm，株距 8～10 cm，2.8萬株·667hm－2。冬油菜種植年限生育期（2013年8月至2014年6月）降雨量為407.4mm，盛花期一場大雪導致大部分花脫落，較往年減產在50%以上。前茬作物為冬小麥，施肥情況與本年度施肥一致。

1.3 測定項目與計算方法

冬油菜成熟后按小區收獲計產。

于作物播種前（施肥前）及收獲后，用土鉆法測定試驗小區0～100 cm土壤含水量，以20 cm為一分層單位，每個小區均勻布5個點取樣然后取平均值。取樣方法：將新鮮土樣取出后盛于大型鋁盒在分析天平上稱重，準確值0.01 g。揭開盒蓋放于盒底下，置于已預熱至105℃的烘箱中烘烤12 h，取出，蓋好，移入干燥器內冷卻至室溫，立即稱重。降水量采用當地氣象站監測數據。

土壤水分含量（%）＝（m1－m2）／（m1－m0）×100，式中，m0為烘干空鋁盒質量（g），m1為烘干前鋁盒及土樣質量（g），m2為烘干后鋁盒及土樣質量（g）。

土壤貯水量 W＝h×ɑ×b×10／100，式中，W為土壤貯水量（mm）；h為土層厚度（cm）；ɑ為土壤容重（g·cm－3）；b為土壤重量含水量（%）。

耗水量（mm）＝生育期降水量（mm）＋（播前1 m土層貯水量－收后1m土層貯水量）

水分利用效率（kg·hm－2·mm－1）＝作物產量（kg·hm－2）／生育期耗水量（mm）

數據采用軟件Excel作圖，DPS3.01進行顯著性分析，LSD法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對冬油菜土壤剖面水分分布的影響

作物播前土壤剩余含水量對作物的生長發育有重要作用。圖1結果顯示，2013年冬油菜播種前，不同施肥處理下0～20 cm土層土壤含水量均最大，維持在21.7%～23.4%之間，隨著土層深度的增加，20～40 cm土層土壤含水量迅速減小，除了CK處理外，其余處理40～100 cm土層土壤含水量又呈現緩慢回升趨勢。不施有機肥條件下60～100 cm土層土壤含水量肥料配施處理低于肥料單施（單施N肥）處理，施有機肥條件下，肥料配施處理0～60 cm土層土壤含水量低于肥料單施（單施M），60～100 cm土層土壤含水量卻高于單施有機肥處理。

圖1 不同施肥處理對冬油菜土壤剖面水分含量分布的影響Fig.1 Effect of fertilizer on the distribution of soilmoisture（profile）ofwinter rapeseed

2014年冬油菜收獲后不同處理不同土層土壤含水量較播前大幅度下降，且隨著土層深度的增加土壤含水量逐漸增加。0～20 cm土層土壤含水量在13.4%～15.7%之間，較播前下降了8個百分點左右，且不施肥處理土壤含水量低于所有施肥處理，而20～100 cm土層不施肥處理土壤含水量高于所有施肥處理。冬油菜0～10 cm土層的側根密度最大，且側根密度隨著土層深度加深而大幅度降低。隨著生育進程的推進，冬油菜根系生長加快，冬油菜的總根長、根表面積等逐漸增加，不同肥料施用明顯影響了冬油菜根系形態構型，說明施肥促進了根系的進一步繁殖，增加根系對養分、水分的吸收能力。

2.2 不同施肥處理對冬油菜土壤貯水量的影響

耕層土壤由于受降雨及氣候因素的影響，播前耕層土壤貯水量較收獲后差異明顯（見表1），冬油菜收獲后不同土層不同處理土壤貯水量均小于播前土壤貯水量。播前0～40 cm土層土壤貯水量差異不大，40～100 cm土層除CK處理外，其它處理土壤貯水量隨著土層深度的增加均升高，60～80 cm土層土壤貯水量單施氮肥處理大于氮磷和氮磷鉀處理配施，配施有機肥后結果剛好相反，有機肥配施氮磷鉀和有機肥配施氮磷處理土壤貯水量大于有機肥配施氮肥處理。冬油菜播前所有施肥處理土壤貯水量均大于不施肥處理，0～100 cm土層土壤貯水量較不施肥處理多7.0～22.6 mm。不同肥料配施可向作物提供較多的營養物質，但肥料施用的同時也會對土壤水分產生明顯影響。冬油菜收獲后不同處理隨土層深度的增加土壤貯水量均不同程度增加，不同土層不施有機肥處理均大于施有機肥處理。0～100 cm土層土壤貯水量以不施肥處理最大，為244.36 mm，其次為單施氮肥處理，為238.32 mm，以有機肥配施氮肥處理最小，為227.92 mm。氮磷肥配施與氮磷鉀肥配施、有機肥配施氮磷肥與有機肥配施氮磷鉀肥處理之間差異不明顯。可見，不同施肥處理冬油菜產量受土壤剩余含水量的影響，不施肥處理冬油菜產量最低，吸收利用的土壤水分最少，故土壤剩余含水量較高，反之，冬油菜產量較高的處理，對土壤水分利用較多，土壤剩余含水量則相對較少。

2.3 不同施肥處理對冬油菜產量與土壤水分利用效率的影響

冬油菜生育年限由于盛花期的強降雪使冬油菜大部分花脫落，雪后又加上低溫冷凍使花期縮短，嚴重影響了冬油菜產量。施有機肥處理冬油菜植株長勢較不施有機肥處理旺盛，受災程度遠大于不施有機肥處理。不施肥處理和單施氮肥處理由于還沒有達到盛花期，故產量與以往年限差異不大。由表2可知，MNPK處理產量最高，達 1 180.05 kg·hm－2，較對照（不施任何肥料，CK）增產369.32%；MNP處理產量為 1 132.28 kg·hm－2，較對照增產 350.32%；NPK處理產量為 1 096.72 kg·hm－2，較對照增產336.18%，與對照差異均達顯著性水平。NPK和MNPK處理較NP和MNP處理分別增產66.29 kg·hm－2和 47.77 kg·hm－2，鉀肥的增產作用不明顯。由試驗結果可以看出，施有機肥處理的產量高于不施有機肥處理的產量，施有機肥處理的平均產量較不施有機肥處理提高了12.95%，化肥和有機肥混合施用可有效提高肥料的肥效。

對旱地農業來說可供作物利用的水分主要來自降水，因此，提高降水的保蓄和利用效率對旱地農業非常重要。冬油菜的水分利用效率受到了施肥管理的影響，肥料的施用增加了冬油菜對降水和土壤水分的利用。冬油菜種植年限由于較低的產量導致水分利用效率也較低，就水分利用效率結果來看，不施有機肥條件下，N、NP、NPK處理較對照（CK）分別提高了 240.00%、294.55%、318.18%，差異達顯著水平，施用有機肥條件下，M、MN、MNP和 MNPK處理水分利用效率顯著增加，較對照分別提高了61.82%、256.36%、330.91%、338.18%。在相同施肥條件下，施有機肥處理水分利用效率平均值較不施有機肥處理提高了 10.74%。王兵［6］等研究認為，在氮磷配施的基礎上施鉀由于提高了產量而使水分利用效率比不施鉀處理顯著提高，本試驗施鉀后產量增加幅度不大，因而水分利用效率相互間差異也較小。

表1 不同施肥處理下冬油菜土壤貯水量Table 1 Soilwater storage ofwinter rapeseed field under different fertilization treatments

表2 不同施肥處理對冬油菜產量和水分利用率的影響Table 2 Effects of different fertilizers on winter rapeseed yield and water use efficiency

3 討 論

3.1 不同施肥對作物產量的影響

本試驗研究結論表明，化肥單施、有機肥單施或化肥配施、化肥與有機肥配施均能顯著增加冬油菜產量，肥料配施效果優于單施。N、NP、NPK、M、MN、MNP和 MNPK處理產量較對照分別提高了256.04%、309.81%、336.18%、69.58%、281.43%、350.32%和369.32%，施有機肥處理平均產量較不施有機肥平均產量提高了12.95%。俄勝哲［15］等對本試驗29年連續監測的結論顯示，N、NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK處理的產量貢獻率分別為24.8%、42.6%、44.0%、29.7%、42.3%、47.2%和 47.4%，有機肥的增產作用優于化肥。李芳林［7］等研究發現，施有機肥或有機肥與化肥配施都能顯著提高土壤生產力，化肥配施增產效果優于化肥單施，并且化肥的增產效果好于有機肥，這可能與干旱年有關。宇萬太［16］等在東北潮棕壤上通過17年的長期定位肥料試驗研究發現，氮、磷、鉀肥均能明顯提高作物產量，其增產率分別為32.10%、15.06%和10.95%。陳修斌［17］等對河西走廊旱地油菜水肥量化管理指標研究發現，灌水量、氮肥、磷肥均能提高油菜產量，在試驗模型下優選得到的灌水量、氮肥、磷肥施用量產量比生產上一般灌水及施肥量高出0.65倍。不同肥料在不同試驗中對產量的貢獻率不同可能與降水量、施肥量及有機肥質量不同有關。干旱半干旱地區作物產量因年降水量的不同波動很大，肥料有明顯的調水作用，水分也有顯著的調肥作用，因而促進了作物的生長，提高了作物產量。

3.2 不同施肥對土壤水分利用效率的影響

在雨養農業區土壤水庫是作物吸收水分的主要來源，合理的肥料施用能促進作物生長發育，根系深扎，增強作物對深層水分的利用。本研究發現，施肥明顯提高了冬油菜水分利用效率，N、NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK處理土壤水分利用效率較對照分別提高了 240.00%、294.55%、318.18%、61.82%、256.36%、330.91%、338.18%，施有機肥處理平均水分利用效率較不施有機肥處理提高了10.74%。胡中科［18］等對紫色土地區水鉀耦合對油菜產量及水分利用效率的研究發現，蕾苔、開花期土壤水分分布控制在 0.68%、0.80%，施鉀量控制在 0.57 g·kg－1，油菜籽粒產量和水分利用效率均較高，且水鉀協同作用顯著。王淑英［19］等研究發現，在黃土高原旱作地區，任何氣候年份，小麥、玉米的WUE大小順序均為MNP＞SNP＞NP＞M＞N＞CK。長期不施肥引起的土壤營養缺乏對作物生長的限制勝過水分不足，肥料在提高單位水分的利用效率中作用明顯。施肥能顯著提高黃土高原地區土壤生產力和土壤水分利用效率，同時也導致黃土高原旱地深層土壤相對干旱的形成。魏孝榮［9］研究發現，旱地長期施肥對土壤水庫有較大影響，即使在播種下季作物時，經過一個相當長的雨季對土壤水分的補充，高肥處理的土壤水分仍處于一個較低的水平。在干旱半干旱的雨養農業區，可通過優化肥料施用量，采取不同的施肥方式，并積極采取夏季休閑期覆蓋作物秸稈及能有效儲水的其它措施，促進夏季休閑期降水入滲，減少蒸發，促進作物對深層土壤水分的利用，從而提高作物產量和水分利用效率。

4 結 論

施肥在旱地農業生產中具有明顯的增產和提高作物水分利用效率的作用，化肥配施或有機肥配施化肥的效果更顯著。化肥的增產效果受降雨影響的年際波動性很大，配合施用有機肥后能有效減緩產量的波動，同時也可以實現旱地有限水資源的高效利用。

［1］ 謝賢群.我國北方地區農業生態系統水分運行及區域分異規律研究的內涵和研究進展［J］.地球科學進展，2003，18（3）：440-446.

［2］ 黨廷輝.施肥對旱地冬小麥水分利用效率的影響［J］.生態農業研究，1999，7（2）：28-31.

［3］ 張仁陟，李小剛，胡恒覺.施肥對提高旱地農田水分利用效率的機理［J］.植物營養與肥料學報，1999，5（3）：221-226.

［4］ 金 軻，汪德水，蔡典雄，等.水肥耦合效應研究－不同N、P水平配合對旱地冬小麥產量的影響［J］.植物營養與肥料學報，1999，5（3）：1-7.

［5］ 王殿武，劉樹慶，文宏達，等.高寒半干旱區春小麥田施肥及水肥耦合效應研究［J］.中國農業科學，1999，32（5）：62-68.

［6］ 王 兵，劉文兆，黨廷輝，等.黃土塬區旱作農田長期定位施肥對冬小麥水分利用的影響［J］.植物營養與肥料學報，2008，14（5）：829-834.

［7］ 李芳林，郝明德，楊 曉，等.黃土旱塬施肥對土壤水分和冬小麥產量的影響［J］.麥類作物學報，2010，30（1）：154-157.

［8］ 危 鋒，郝明德.黃土旱塬長期施肥對小麥連作土壤養分和水分的影響［J］.中國水土保持科學，2011，9（4）：104-109，116.

［9］ 魏孝榮，郝明德，張春霞.旱地長期施肥對土壤水分的影響［J］.水土保持研究，2003，10（1）：95-97.

［10］ 康利允，李世清.分層供水施磷對冬小麥生長及水分利用效率的影響［J］.中國農業科學，2012，45（1）：85-92.

［11］ 張 勉，孫 敏，高志強，等.施磷對旱地小麥土壤水分、干物質累積和轉運的影響［J］.麥類作物學報，2016，36（1）：98-103.

［12］ 陳光榮，高世銘，張曉艷，等.補水時期和施鉀量對旱作馬鈴薯產量和水分利用的影響［J］.干旱地區農業研究，2008，26（5）：41-45.

［13］ 楊 文，周 濤.氮磷配施對旱地春小麥水分利用效率及水肥交互作用的影響［J］.干旱地區農業研究，2008，26（5）：10-16.

［14］ 王曉娟，賈志寬，梁連友，等.旱地有機培肥對玉米產量和水分利用效率的影響［J］.西北農業學報，2009，18（2）：93-97.

［15］ 俄勝哲，楊志奇，羅照霞，等.長期施肥對黃土高原黃綿土區小麥產量及土壤養分的影響［J］.麥類作物學報，2016，36（1）：104-110.

［16］ 宇萬太，姜子紹，周 樺，等.不同施肥制度對作物產量及肥料貢獻率的影響［J］.中國生態農業學報，2007，15（6）：54-58.

［17］ 陳修斌，張東昱，張文斌，等.河西走廊旱地油菜水肥量化管理指標研究［J］.土壤通報，2011，42（5）：1175-1178.

［18］ 胡中科，莊文化，劉 超，等.紫色土地區水鉀耦合對油菜產量及水分利用效率的影響研究［J］.水土保持研究，2014，21（4）：87-91.

［19］ 王淑英，樊庭錄，丁寧平，等.長期定位施肥條件下黃土旱塬農田作物產量、水分利用效率的變化［J］.核農學報，2010，24（5）：1044-1050.

Effects of different fertilization on winter rapeseed yield and soilwater in dry land

LUO Zhao-xia1，YANG Zhi-qi1，E Sheng-zhe2，YUAN Jin-hua2，CHE Zong-xian2，GUO Yong-jie2
（1.Institute of Agriculturɑl Sciences，Tiɑnshui，Gɑnsu 741000，Chinɑ；2.Institute of Soil Fertilizerɑnd Wɑter Sɑving Agriculture，Gɑnsu Acɑdɑmy of Agriculturɑl Sciences，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ）

A study on the effects of different fertilization conditions on the yield ofwinter rapeseed，soilwater and water use efficiency was carried out in dry land of Loess Plateau.The results showed that the yield ofwinter rapeseed and water use efficiency were extremely increased inmanure combined with chemical fertilizer，itwas increased by 12.95%and 10.74%respectively compared to thatwithoutmanure.The highest yield and soilwater consumption and water use efficiency were 1 180.05 kg·hm－2and 489.73mm and 2.41 kg·hm－2·mm－1under the MNPK treatment，compared to CK treatment，itwas enhanced by 369.32%and 6.40%and 338.18%respectively.Of all the treatments，compared to that before sowing，soilwater content decreased quickly under different treatments in different soil layers，soilwater content decreased by about8%in 0～20 cm soil layer after harvest，the soil water storage of 0～100 cm soil layer of CK treatmentwas highestwhich was 244.36mm.Combined fertilizer could enhanced crop yield，but it also could increase water consumption at the same time，the soil appeared a dry trend.

fertilization；dry-land；rapeseed；yield；soilwater；water use efficiency

S365.4

A

1000-7601（2017）05-0164-05

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.24

2016-09-24

2016-10-18

十二五國家科技支撐計劃“中低產田障礙因子消減與地力提升共性關鍵技術研究”（2012BAD05B06）；甘肅省農業科學院農業科技創新專項，創新基地土壤肥料長期定位試驗科研協作網建設（2013GAAS12）

羅照霞（1977—），女，甘肅蘭州人，碩士，助理研究員，主要從事植物營養與土壤肥料方面的研究。E-mail：13919669125＠163.com。

車宗賢，男，甘肅會寧人，研究員，主要從事植物營養與土壤生態方面的研究。