不同降水年型下旱地深翻時(shí)間和施肥方式對(duì)小麥產(chǎn)量及水肥利用率的影響

裴雪霞，黨建友，張定一，張 晶，王姣愛，程麥風(fēng)，武雪萍

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾041000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所， 北京 100081)

山西省屬黃土高原半干旱區(qū)，年降水量集中分布在旱地小麥休閑期(7-9月)，年際間降水量相差較大[1]。據(jù)對(duì)近54年來臨汾市氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，臨汾市年降水量248.6～735.8 mm，其中小麥休閑期(7-9月份)降水量178.4～559.4 mm[2]。山西省小麥種植面積66.67萬hm2，其中旱地小麥占60%，干旱缺水是旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的瓶頸，因此運(yùn)用合理的耕作栽培技術(shù)，充分接納并利用有限的自然降水是解決該區(qū)小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)的重要途徑[3]。休閑期深松或深翻可打破犁底層，最大限度接納降水，促進(jìn)小麥根系生長(zhǎng)，并吸收深層土壤水分，提高小麥降水利用效率和產(chǎn)量[4-5]。研究表明，休閑期深松可提高小麥花后干物質(zhì)積累量和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，從而提高產(chǎn)量[6]；深松+條旋耕比條旋耕和旋耕效果好，可促進(jìn)小麥灌漿期干物質(zhì)積累，進(jìn)而增加產(chǎn)量和水分利用效率[7]。陳夢(mèng)楠等[8]認(rèn)為，深松或深翻覆蓋可促進(jìn)小麥對(duì)深層土壤水分的吸收而增產(chǎn)。合理施肥是提高旱地小麥產(chǎn)量的另一重要措施，施用化肥或與有機(jī)肥配施可提高旱地小麥產(chǎn)量[9-10]。氮、磷是小麥生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，合理施用磷肥能促進(jìn)小麥根系下扎，增加根系對(duì)土壤氮的吸收范圍、吸收量，促進(jìn)小麥植株對(duì)氮的積累，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[3,11]。休閑期耕作配施磷肥可促進(jìn)植株對(duì)氮素的吸收和積累，提高氮肥偏生產(chǎn)力、穗數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)[12-13]。目前，有關(guān)耕作方式、氮、磷肥施用量及施用方式對(duì)旱地麥田土壤蓄水的單因素效應(yīng)研究較多，而將休閑期耕作時(shí)間和氮、磷肥施用方式結(jié)合的研究較少。本研究針對(duì)不同降水年型，探討休閑期深翻時(shí)間與氮磷肥施用時(shí)間對(duì)旱地麥田土壤蓄水量、籽粒產(chǎn)量及水肥利用效率的影響，以期為提高自然降水和肥料利用效率，實(shí)現(xiàn)旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2009-2014年，在臨汾市堯都區(qū)大陽鎮(zhèn)岳璧村進(jìn)行。試驗(yàn)地位于36°05.520′N，111°45.727′E，海拔693.5 m；年均氣溫12.6 ℃，年降水430～550 mm，無灌溉條件，小麥?zhǔn)斋@后休閑。按降水年型標(biāo)準(zhǔn)[14]劃分降水年型(1-12月)及休閑期(6-9月)和生育期(10月至次年5月)降水年型。堯都區(qū)年均降水量478.2 mm(1962-2014年)，年降水>512.9 mm為豐水年，年降水<443.5 mm為枯水年；休閑期平均降水量335.0 mm，降水>365.1 mm屬豐水，降水<304.9 mm屬枯水；旱地小麥生育期平均降水量143.2 mm，降水>157.7 mm屬豐水，降水<128.7 mm屬枯水。由表1知，自然年(1-12月)2011、2013和2014年屬豐水年，2010和2012年屬平水年，2009年屬枯水年。試驗(yàn)?zāi)?010年(2009年6月-2010年5月，下同)屬休閑期(6-9月)枯水，生育期(10至次年5月)平水；2011年屬休閑期平水，生育期枯水；2014年屬休閑期豐水，生育期豐水。試驗(yàn)地石灰性褐土，中壤，土層深厚，2009年播前測(cè)定0～20 cm耕層土壤含有機(jī)質(zhì)9.081 g·kg-1、堿解氮35.24 mg·kg-1、 速效磷17.08 mg·kg-1和速效鉀141.57 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

小麥機(jī)械收獲時(shí)留茬高度23～28 cm，麥秸全部均勻覆蓋還田。試驗(yàn)為裂區(qū)試驗(yàn)：主區(qū)為7月19日、8月2日、8月16日和8月30日4個(gè)深翻時(shí)期，深翻27～30 cm后不采取保墑措施；裂區(qū)為氮、磷肥施用方式，即氮、磷分施(翻耕時(shí)施P2O5105 kg·hm-2，播種時(shí)施純N150 kg·hm-2)和氮、磷同施(播種時(shí)施純N 150 kg·hm-2和P2O5105 kg·hm-2)。采用大區(qū)設(shè)計(jì)，大區(qū)面積225 m2(7.5 m×30 m),重復(fù)2次。為深翻方便，重復(fù)間按深翻時(shí)間順序排列。9月28日播種，旋耕整地播種鎮(zhèn)壓一次完成，條播行距20 cm，播量150 kg·hm-2。供試品種為晉麥92號(hào)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤蓄水量和生育期耗水量計(jì)算

播種和收獲當(dāng)天用土鉆取0～200 cm(每20 cm為一層)土樣，鋁盒烘干法測(cè)定土壤含水量，按W=w×ρs×h×0.1計(jì)算蓄水量。W為土層蓄水量(mm)，w為土層含水量(%)；ρs為土壤容重(g·cm-3)；h為土層厚度(cm)；0.1為單位換算系數(shù)。生育期耗水量=播前0～200 cm土壤蓄水量+降水量-收獲日0～200 cm土壤蓄水量。

表1 2009-2014年試驗(yàn)區(qū)降雨情況Table 1 Rainfall in experiment area during 2009-2014

1.3.2 莖數(shù)調(diào)查

三葉期前，每個(gè)大區(qū)固定3個(gè)1.0 m2樣方，調(diào)查基本苗(適當(dāng)間苗，確保基本苗一致)、越冬前和拔節(jié)期的莖數(shù)，再依此計(jì)算單株莖數(shù)。

1.3.3 植株全N、P含量測(cè)定

收獲期每個(gè)大區(qū)在調(diào)查樣方外，隨機(jī)取20個(gè)單莖，按籽粒和非籽粒部分分開，烘干粉碎，測(cè)定籽粒和非籽粒部分全N、P含量。用H2SO4-H2O2消化后，全N含量用半微量凱氏定氮法測(cè)定，全P含量用釩鉬黃比色法測(cè)定。

N(P)總吸收量=非籽粒部分N(P)含量×非籽粒部分干重+籽粒N(P)含量×籽粒重。

N(P)利用效率=產(chǎn)量÷N(P)總吸收量。

1.3.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成測(cè)定

收獲前每個(gè)大區(qū)隨機(jī)選取1行，調(diào)查20 cm樣段去除穗粒數(shù)小于3粒的麥穗，統(tǒng)計(jì)穗數(shù)和穗粒數(shù)；各大區(qū)隨機(jī)收獲3個(gè)1.0 m2樣方，脫粒、風(fēng)干后稱重；數(shù)500粒稱重，換算成千粒重，2次重復(fù)(重復(fù)間相差≤0.5 g)。計(jì)算水分利用效率(WUE=產(chǎn)量÷生育期耗水量)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2012與2014年、2013與2010年降水年型相同，數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)一致，因此選取2010、2011和2014年度數(shù)據(jù)用DPS 15.10統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 深翻時(shí)間和施肥方式對(duì)旱地小麥單位面積莖數(shù)和單株莖數(shù)的影響

深翻時(shí)間和施肥方式對(duì)旱地小麥生育期每公頃莖數(shù)(以下簡(jiǎn)稱為總莖數(shù))和單株莖數(shù)均產(chǎn)生一定影響(表2)。隨深翻時(shí)間的推遲，2010年越冬期總莖數(shù)和單株莖蘗數(shù)逐漸降低，2011年先升后降，2014年先降后升；拔節(jié)期總莖數(shù)和單株莖數(shù)均先升后降，2010年以8月2日深翻最高，2011和2014年以8月16日最高。深翻時(shí)間、施肥方式及降水年型在總莖數(shù)和單株莖數(shù)上存在互作效應(yīng)。7月19日深翻時(shí)不同年度越冬前和拔節(jié)期氮、磷同施的莖數(shù)及單株莖數(shù)均高于氮、磷分施，8月16日和8月30日深翻時(shí)則氮、磷分施高于氮、磷同施，8月2日深翻時(shí)豐水年型下氮、磷分施后兩個(gè)時(shí)期的總莖數(shù)及單株莖數(shù)及平水年型下拔節(jié)期總莖數(shù)及單株莖數(shù)均高于氮、磷同施。

表2 不同耕作時(shí)間及施肥方式下小麥的單位面積莖數(shù)(總莖數(shù))和單株莖數(shù)Table 2 Stems per unit area(total stems) and tems per plant of wheat under differentdeep plowing dates and fertilization methods

同列數(shù)值后的不同字母分別表示同一年內(nèi)不同處理間在0.05水上差異顯著。AS：同施；AD：分施。下表同。

Different letters after the values in the same columns indicate the significant differences among the treatments in same year at 0.05 level. AS：Fertilization at the same time；AD：Fertilization at the different time. The same in other tables.

2.2 深翻時(shí)間和施肥方式對(duì)旱地小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

深翻時(shí)間和施肥方式均影響旱地小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成(表3)。隨深翻時(shí)間的推遲，2010年穗數(shù)先降后升，2011和2014年均先升后降。深翻時(shí)間對(duì)穗粒數(shù)影響無明顯規(guī)律，年度間存在差異。2010和2014年隨深翻時(shí)間的推遲，千粒重先升后降，2011年則先降后升。2010年產(chǎn)量隨深翻時(shí)間推遲而升高，2011和2014年則先升后降。深翻時(shí)間與施肥方式間互作對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成也有影響。7月19日深翻時(shí)穗數(shù)和產(chǎn)量均表現(xiàn)為氮、磷同施高于氮、磷分施，8月16日和8月30日深翻時(shí)則相反。休閑期枯水年型下氮、磷同施的穗粒數(shù)高于氮、磷分施，平水年型和豐水年型下則相反。休閑期枯水年型和豐水年型下氮、磷分施的千粒重均高于氮、磷同施，平水年型下7月19日和8月2日深翻時(shí)也表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。各降水年型下均以8月16日深翻的氮、磷分施處理產(chǎn)量最高。3個(gè)年度旱地小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均表現(xiàn)為休閑期豐水年>平水年>枯水年。

表3 不同深翻時(shí)間和施肥方式下小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成Table 3 Yield and its components of wheat under different deep plowing dates and fertilization methods

2.3 深翻時(shí)間和施肥方式對(duì)旱地小麥氮、磷吸收及利用效率的影響

由表4知，隨深翻時(shí)間的推遲，不同降水年型下非籽粒部分和籽粒氮、磷吸收量及植株吸收量(籽粒和非籽粒部分的總和)均先升后降，8月16日深翻時(shí)非籽粒部分和籽粒氮素吸收量及植株吸收量均最高。年際間2010年籽粒和非籽粒部分的氮、磷吸收量最高，2014年非籽粒部分的磷吸收量最高。2010和2014年氮利用效率隨深翻時(shí)間推遲表現(xiàn)為先降后升，7月19日深翻時(shí)最高；2011年則先升后降，8月16日深翻時(shí)最高。2010年磷利用效率隨深翻時(shí)間推遲表現(xiàn)為先降后升，7月19日深翻時(shí)最高；2011年先降后升再降，8月16日深翻時(shí)最高；2014年則先升后降，8月2日深翻時(shí)最高。深翻時(shí)間與施肥方式對(duì)氮、磷吸收和利用效率均存在互作效應(yīng)。7月19日深翻時(shí)氮、磷同施的籽粒和總氮、磷吸收量高于氮、磷分施，8月16日和8月30日深翻時(shí)表現(xiàn)相反；休閑期枯水年的氮、磷利用效率在7月19日-8月16日深翻時(shí)均以氮、磷分施高于氮、磷同施，平水年和豐水年在7月19日深翻時(shí)氮、磷同施高于氮、磷分施，8月16日和8月30日深翻氮、磷分施高于氮、磷同施。交互效應(yīng)中，休閑期枯水年的氮利用效率以7月16日深翻的氮、磷分施最高，氮、磷同施的磷利用效率最高，平水年和豐水年氮、磷利用效率均以8月16日深翻的氮、磷分施最高。不同降水年型下氮、磷吸收總量和氮、磷利用效率均表現(xiàn)為休閑期豐水年>平水年>枯水年。

表4 不同深翻時(shí)間和施肥方式下小麥的氮、磷吸收量和利用效率Table 4 N and P absorption and use efficiency of wheat under different deep plowing dates and fertilization methods

2.4 深翻時(shí)間和施肥方式對(duì)旱地小麥水分利用效率(WUE)的影響

由表5知，隨深翻耕時(shí)間的推遲，播前0～200 cm土壤貯水量先升后降，休閑期枯水年和平水年均以8月16日深翻的貯水量最多，豐水年則以8月2日深翻最多；收獲期0～200 cm土壤貯水量在2010年隨深翻時(shí)間推遲也表現(xiàn)為先升后降，以8月16日深翻最高，2011和2014年均隨深翻時(shí)間推遲而升高。生育期耗水量在2010年表現(xiàn)為8月30日深翻>8月2日深翻>7月19日深翻>8月16日深翻；2011年表現(xiàn)為8月16日深翻>8月30日深翻>7月19日深翻>8月2日深翻；2014年隨深翻時(shí)間的推遲則先升后降，以8月2日深翻的耗水量最高。WUE隨深翻耕時(shí)間的推遲，在2010和2014年先升后降，以8月16日深翻最高；2011年先降后升，以8月2日深翻最低，8月30日深翻最高。在深翻時(shí)間相同時(shí)，不同降水年型下收獲期0～200 cm土壤貯水量均以氮、磷分施高于氮、磷同施；生育期耗水量表現(xiàn)則相反。在休閑期枯水年和平水年8月16日和8月30日深翻時(shí)氮、磷分施的WUE高于氮、磷同施；豐水年深翻時(shí)間相同時(shí)，氮、磷分施的WUE高于氮、磷同施。不同降水年型下WUE表現(xiàn)為休閑期豐水年>平水年>枯水年。

表5 不同翻時(shí)間和施肥方式下小麥的水分利用率Table 5 Water use efficiency of wheat under different deep plowing dates and fertilization methods

2.5 深翻時(shí)間和施肥方式對(duì)旱地小麥干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

深翻時(shí)間對(duì)小麥灌漿期和收獲期莖葉、穗部和總干物質(zhì)重的影響在年度間存在差異(表6)。隨深翻時(shí)間的推遲，灌漿初期總干物質(zhì)重在2010年先升后降，以8月16日深翻最高；2011年則先降后升，以8月16日深翻最低；2014年先升后降再升，但處理間差異較小。灌漿期總干物質(zhì)重在不同降水年型下均隨深翻時(shí)間推遲表現(xiàn)為先升后降，2010年以8月2日深翻最高，2011和2014年均以8月16日深翻最高。收獲期總干物質(zhì)重在不同降水年型下均隨深翻時(shí)間推遲表現(xiàn)為先升后降，且以8月16日深翻最高。在深翻時(shí)間相同時(shí)，灌漿初期和收獲期總干物質(zhì)重在不同降水年型下均表現(xiàn)為氮、磷分施高于氮、磷同施(僅2011年7月19日深翻時(shí)氮、磷同施高于氮、磷分施)。花后莖葉干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量在年際間存在差異，在休閑期枯水年和平水年均表現(xiàn)為氮、磷同施高于氮、磷分施(僅2011年8月2日深翻時(shí)氮、磷分施高于氮、磷同施)，豐水年則在8月16日和8月30日深翻時(shí)氮、磷分施高于氮、磷同施；整個(gè)灌漿期穗部干重增加量和凈光合產(chǎn)物積累量在不同降水年型下均表現(xiàn)為氮、磷分施高于氮、磷同施(僅2011年7月19日深翻時(shí)氮、磷同施高于氮、磷分施)。灌漿期穗部干物質(zhì)增加量和凈光合產(chǎn)物積累量以休閑期豐水年最高，平水年最低；莖葉干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量則以枯水年最高，豐水年最低，而對(duì)穗部干重增加的貢獻(xiàn)率則以平水年最高，豐水年最低。

表6 不同深翻時(shí)間和施肥方式下小麥的灌漿期干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)Table 6 Dry matter accumulation and transfer during filling period of wheat under differentdeep plowing dates and fertilization methods g·stem-1

3 討 論

黃土高原小麥休閑期降雨較多，但與小麥生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期錯(cuò)位，因而如何最大限度利用伏期降水，是旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的關(guān)鍵[13]。休閑期耕作可有效納雨保墑，增加旱地小麥播前土壤蓄水量，促進(jìn)養(yǎng)分吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)，提高產(chǎn)量[4,6-7]。孫 敏等[12]研究表明，休閑期深翻或深松有利于蓄積休閑期降水，提高播種前0～300 cm土壤蓄水量、氮素吸收和生產(chǎn)效率，其中深翻貯水效果優(yōu)于深松。黨建友等[15]認(rèn)為，休閑期適時(shí)深翻可提高小麥播前0～200 cm土壤蓄水量、籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率。本研究表明，不同降水年型下隨深翻時(shí)間推遲，旱地小麥產(chǎn)量均呈升高或先升再降趨勢(shì)，其中8月中旬深翻時(shí)播前0～200 cm土壤貯水量和旱地小麥產(chǎn)量均最高，較7月中旬深翻增產(chǎn)5.43%～18.15%，播前貯水量較7月份深翻增加12.12～18.45 mm；8月中下旬深翻時(shí)水分利用效率和磷素利用效率較高。這與前人研究結(jié)果相似[15]。

施肥是保持土壤肥力水平和小麥高產(chǎn)的重要措施[16]，氮、磷配施可延長(zhǎng)旱地小麥灌漿持續(xù)期[17-18]，提高生物量和產(chǎn)量[19-21]。研究表明，施用磷肥可提高旱地小麥抗旱性，增加穗數(shù)和產(chǎn)量[13]。休閑期耕作配施P2O5150 kg·hm-2，可促進(jìn)小麥的氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，提高氮素偏生產(chǎn)力、穗數(shù)和產(chǎn)量[8，22]。本研究表明，與播種前配施氮、磷肥相比，8月上中旬深翻時(shí)配施磷肥，播種前施入氮肥，可提高越冬期和拔節(jié)期總莖數(shù)、單株莖數(shù)、穗數(shù)和穗粒數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)；8月上中旬深翻時(shí)配施磷肥、播種前施入氮肥，可提高干物質(zhì)積累量，促進(jìn)植株和籽粒對(duì)氮、磷的吸收，提高氮、磷利用效率，這與前人研究結(jié)果相似[8,22]；8月上中旬深翻時(shí)配施磷肥，播種前施入氮肥較播種前氮、磷同施收獲時(shí)0～200 cm土壤貯水量提高4.23～23.47 mm，籽粒水分利用效率提高0.691～2.929 kg·mm-1·hm-2。

除耕作時(shí)間和施肥方式影響旱地小麥播前土壤蓄水量、水分利用效率和產(chǎn)量外，休閑期降水量及其分布直接影響小麥播前土壤蓄水量，小麥播前土壤蓄水量和生育期降水量及其分布決定年度產(chǎn)量水平[12,15,23]。孫 敏等[12]研究表明，豐水年小麥播前0～300 cm土壤蓄水量最高，枯水年最低，且影響土層蓄水量分布，休閑期降水量多，則深層土壤含水量和蓄水量增加。胡雨彤等[24]認(rèn)為，不同降水年型下小麥產(chǎn)量主要受氮、磷肥施用量、休閑期和越冬前降水的影響。本研究表明，2010年休閑期降水量屬枯水，且集中在7、8月份，播前0～200 cm土壤貯水量最低，雖生育期降水量屬平水，但產(chǎn)量最低，2014年休閑期降水量屬豐水，且7月份降水量達(dá)285.9 mm，播前0～200 cm土壤貯水量最高，同時(shí)生育期降水量較高，且小麥關(guān)鍵生育期均有降水，因此產(chǎn)量最高，籽粒水分利用效率也最高。這與胡雨彤等[24]的研究結(jié)果相似。

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老砍頭在錢蔥山找著了越秀。錢蔥山有山洞，越秀就住在里面。老砍頭發(fā)現(xiàn)越秀的時(shí)候，越秀快臨盆了，痛叫一聲緊似一聲。老砍頭心頭軟了下來，帶著狗皮道人和五趾上人在外頭站著。不知是天意還是什么，就在他們?nèi)隧斨胰赵谕忸^站著的時(shí)候，秀容月明和馬刺趕到了。

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