旱地麥田休閑期耕作配施磷肥對土壤水分及小麥籽粒品質的影響

張慧芋，孫 敏，任愛霞，李 瑩，楊文彪，劉凱凱，高志強

（山西農業大學農學院，山西 太谷 030801）

土壤水分是旱地小麥產量高低的直接決定因素。山西省地處黃土高原東緣，降水季節分布失衡，60%的降雨都集中在旱地麥田收獲后的7—9月。因此，將休閑期降雨最大程度地蓄納供小麥生長季使用，是提高旱地小麥產量的關鍵。

武均等[1]研究表明，翻耕可以通過改變農田土壤的孔隙度、容重等物理結構改善農作物生長的微環境，提升土壤向農作物提供水分、養分的能力，從而對農作物增產產生正向作用。侯賢清等[2]研究表明，在寧夏旱作麥區夏閑期實施傳統翻耕，夏閑期的降雨被最大限度地蓄納，提高了播前底墑，免耕則較明顯地改善了旱地小麥幼苗時期的土壤水分，但免耕較翻耕小麥產量顯著降低[3-4]。楊永輝等[5]研究表明，免耕通過對農田土壤水分的調配，調整了冬小麥的群體結構以及光合特征，促進干物質的積累運轉，從而促進小麥增產，提高水分利用效率。李廷亮等[6]對洪洞旱作麥區水肥利用關系進行研究，結果表明，施磷量為120 kg/hm2時，旱地小麥的穗數有顯著提高，最終表現出較高的產量和水分利用效率。

隨著人們生活水平的提高，旱地小麥的品質也日漸受到關注。王蘭珍等[7]對不同冬小麥品種的磷營養效率鑒定的研究表明，隨著磷肥施用量的增加，小麥籽粒的蛋白質含量均呈先升后降的變化趨勢，且對于不同的小麥品種均有相應的推薦磷肥施用量，使其籽粒蛋白質含量達最大值。王旭東等[8]研究表明，在一定范圍內，施磷量增加有利于提高小麥籽粒醇溶蛋白、谷蛋白含量。趙廣才等[9]研究表明，隨著施磷量的增加，小麥籽粒球蛋白含量呈降低趨勢，谷蛋白含量呈先降后升的拋物線趨勢變化。旱塬地區在一定閾值范圍內，增施磷肥可促進小麥增產，但在不同地區施用相同水平的磷肥，作物表現出不同的生長效應。

因此，結合不同地區的氣象及土壤條件，合理增施磷肥是同步提高旱地小麥的產量及品質的重要途徑。

本試驗通過設置休閑期不同的耕作方式，研究不同土壤水分條件下不同施磷量對小麥產量、品質形成的影響，分析土壤水分、磷肥與小麥產量品質三者的關系，旨在為晉南旱作麥區同時實現小麥增產優質提供最佳配套技術。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014年6月至2015年7月在山西農業大學聞喜試驗基地進行，該地區旱作麥區種植制度為小麥一年一作，夏季7—9月采用休閑制。試驗地概況和年降雨量情況如表1、圖1所示。

表1 聞喜小麥試驗地概況

1.2 試驗材料

供試材料為晉麥92。

1.3 試驗設計

試驗采用二因素裂區設計，在2014年6月小麥收獲時留高茬20～30 cm，7月中旬一場大雨后將其粉碎還田，并施用有機肥1 500 kg/hm2，實施休閑期耕作，以耕作方式為主區，設深翻（PT）和免耕（NT）2 個水平；以小麥播種時磷肥基施量為副區，設P2O50（P0），75（P75），150（P150），225 kg/hm2（P225）4 個水平，共8 個處理，小區面積150 m2（50 m×3 m），重復 3 次。8月25日淺旋平整土地，9月29日采用膜際條播播種方式進行播種，同時施以純氮（尿素）、鉀肥（氯化鉀）150 kg/hm2為基肥，其他操作同常規管理。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤需水量測定 分別于播種期、越冬期、拔節期、孕穗期、開花期、成熟期，用洛陽鏟取0～300 cm（每20 cm 為一土層）土樣，取回后分別測定土樣的濕質量和干質量，其中，干質量采用烘干法烘至恒質量測定，換算土壤質量含水量[10]。

1.4.2 土壤蓄水量測定

式中，SWSi 為第i 土層土壤蓄水量（mm）；Wi為第i 土層土壤質量含水量（%）；Di 為第i 土層土壤容重（g/cm3）；Hi 為第i 土層厚度（cm）。

1.4.3 籽粒蛋白質及其組分含量測定 采用連續提取法測定成熟期籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白的含量；采用半微量凱氏定氮法測定籽粒含氮率，再乘以5.7，即為籽粒蛋白質含量。

1.4.4 籽粒可溶性總糖、蔗糖和淀粉含量測定 采用蒽酮比色法測定可溶性總糖含量；采用間苯二酚光度法測定蔗糖含量；淀粉含量采用鹽酸水解成葡萄糖后，用蒽酮比色法測定。

1.4.5 產量及其構成因素測定 成熟期測定單位面積的穗數、每穗平均粒數和千粒質量，并以16 m2為單位測定其實際產量。

1.5 數據分析

采用 Microsoft Excel 2010，SPSS 16.0 軟件處理數據并進行統計分析，用LSD 法進行顯著性水平為α＝0.05 的差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 休閑期耕作配施磷肥對土壤蓄水量的影響

從表2可以看出，與免耕模式相比，休閑期深翻可顯著提高旱地麥田播種期至孕穗期0～300 cm土壤蓄水量；深松與免耕條件下，隨施磷量增加，越冬—孕穗期0～300 cm 土壤蓄水量均呈先升高后降低的單峰曲線變化，P150處理達最大值，且各處理間差異均顯著；開花期0～300 cm 土壤蓄水量以P75處理最高，且各處理間差異均顯著；成熟期0～300 cm 土壤蓄水量以P225處理最高，且各處理間差異均達顯著水平。可見，休閑期深翻的蓄水效果可延續至孕穗期，且配施磷肥150 kg/hm2效果最佳。

表2 休閑期耕作配施磷肥對各生育時期0～300 cm 土壤蓄水量的影響 mm

2.2 休閑期耕作配施磷肥對籽粒品質的影響

2.2.1 成熟期籽粒蛋白質及其組分含量分析 從表3可以看出，與免耕模式相比，休閑期深翻可提高籽粒蛋白質及其各組分含量、谷醇比，清蛋白含量在P150時達顯著水平；球蛋白、醇溶蛋白含量在P0，P150，P225時均達顯著水平；谷蛋白含量在各施磷水平差異均顯著；總蛋白質含量、谷醇比在除P0以外的施磷水平下差異均顯著；籽粒產量及蛋白質產量在各施磷水平下差異均顯著增加。休閑期深翻和免耕條件下，隨著施磷量的增加，蛋白質及其各組分含量、蛋白質產量均呈先升后降的變化趨勢，且均在施磷量為P150達最高值，而谷醇比在施磷量為P150時達最大值。可見，休閑期深翻有利于提高小麥產量、籽粒蛋白質及其各組分含量，尤其谷蛋白含量的提高效果最為顯著，從而提高谷醇比，且配施磷肥150 kg/hm2時效果顯著。總之，休閑期深翻配施磷肥150 kg/hm2可同時實現旱地小麥增產優質。

表3 休閑期耕作配施磷肥對籽粒蛋白質及其組分含量的影響

2.2.2 籽粒蛋白質及其各組分含量花后動態變化由圖2可知，休閑期深翻條件下，隨籽粒灌漿進程的推移，旱地小麥籽粒蛋白質及球蛋白含量均呈先降后升的變化趨勢，均在花后15 d 達到最小值；清蛋白呈逐漸降低的變化趨勢；醇溶蛋白和谷蛋白呈逐漸升高的變化趨勢。休閑期深翻條件下，隨著施磷量的增加，籽粒蛋白質及其各組分含量均呈先升后降的變化趨勢，且均在P150處理時達最大值，其中，蛋白質含量在0～10 d，球蛋白在5～10 d，醇溶蛋白在 5～20 d，谷蛋白在 0～5，15～25，30～35 d時分別顯著最高。可見，休閑期深翻配施150 kg/hm2磷肥有利于籽粒灌漿前期（5～10 d）籽粒蛋白質、球蛋白、醇溶蛋白含量的顯著提高。

2.2.3 成熟期籽粒可溶性糖、蔗糖及淀粉含量 由表4可知，與免耕處理相比，休閑期深翻提高了成熟期籽粒可溶性糖、蔗糖、淀粉含量，其中，各施磷水平條件下可溶性糖含量均達顯著水平；蔗糖、淀粉含量在除P0處理以外的施磷水平條件下均顯著提高。休閑期深翻和免耕條件下，隨著施磷量的增加，籽粒可溶性糖、蔗糖、淀粉含量均呈先升后降的變化趨勢，且均在P150處理時達最大值。可見，休閑期深翻有利于提高籽粒可溶性糖、蔗糖、淀粉含量，且配施磷肥150 kg/hm2時效果最佳。

表4 休閑期耕作配施磷肥對成熟期籽粒糖含量的影響

2.3 土壤水分與小麥籽粒品質的相關性分析

表5 各生育時期土壤水分與籽粒產量及品質的相關性分析

由表5可知，旱地小麥籽粒產量、籽粒總蛋白質含量及其各組分（清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白）含量以及可溶性糖、蔗糖、淀粉含量與越冬—孕穗期各生育時期0～300 cm 土壤蓄水量均呈極顯著正相關；籽粒谷醇比與開花期土壤蓄水量呈顯著正相關。可見，孕穗前期土壤蓄水量對小麥產量與品質的形成有較大的影響。

3 結論與討論

旱地麥田休閑期采用耕作措施可以通過改善土壤的容重、孔隙結構等物理性狀，增強土壤對休閑期自然降水的蓄積能力，提高旱地麥田播前底墑，為旱地小麥的生長提供良好的生長微環境，促進小麥對土壤水養分的吸收能力，最終提高水分利用效率[3-4]。本試驗研究結果表明，與免耕處理相比，休閑期深翻可以充分蓄積休閑期降雨，顯著提高旱地麥田播種前0～300 cm 土壤水分16.36 mm，且該蓄積效果可延續至孕穗期，這與趙紅梅等[11]的研究結果一致。

張瑞富等[12]研究表明，適量施用磷肥可以通過提高作物的比根長、根系活力，從而增加作物產量。張治家等[13]研究表明，磷肥在冬小麥生產中期有較大作用，其有利于增加小麥的分蘗數、百粒質量等，從而促進產量的提高。劉博等[14]研究表明，施用磷肥可以極顯著提高大豆的單株粒數及單株粒質量，最終提高大豆的產量。BATTEN 等[15]研究結果表明，適量增施磷肥可促進小麥群體的合理構建，通過提高小麥有效成穗數，最終提高產量。王榮輝等[16]研究結果表明，施用磷肥可以促進小麥根系發育，提高植株對所需養分及深層水分的吸收能力，促進干物質的積累和轉運，最終提高籽粒產量。李廷亮等[6]研究結果表明，晉南地區旱地麥田基施磷肥120 kg/hm2，冬小麥的抗旱性增強，且最終通過提高穗數實現旱地小麥增產。此外，江帆等[17]研究表明，磷肥與土壤的黏附性較強、移動性較差，通過采用耕作等田間管理措施促進作物對土壤磷的吸收利用。本試驗研究結果表明，休閑期采用深翻和免耕措施，在施磷量為150 kg/hm2時旱地小麥產量均可顯著最高。可見，合理施磷可以通過調控小麥根系發育及調動水分、養分充分運移等途徑最終實現增產。在不同地區，磷肥最佳施用量因地力條件、氣候條件以及管理措施的不同而表現出差異性。

王旭東等[8]研究結果表明，合理施用磷肥有利于促進小麥籽粒貯藏蛋白（醇溶蛋白和麥谷蛋白）的積累，但對營養蛋白（清蛋白和球蛋白）含量的提高作用不顯著。趙廣才等[9]研究結果表明，不同的蛋白質組分對磷肥施用量表現出的效應不一致，增施磷肥，球蛋白表現顯著降低的趨勢，麥谷蛋白表現先降后升的變化趨勢，清蛋白和醇溶蛋白則表現不顯著的差異。原亞琦等[18]研究表明，休閑期覆蓋配施磷肥可促進灌漿前期籽粒氮的積累，從而提高籽粒蛋白質含量的增加，且在施磷量為135 kg/hm2時效果顯著。本試驗研究結果表明，休閑期深翻和免耕條件下，施磷量為150 kg/hm2時，籽粒蛋白質及其組分含量（除免耕條件下清蛋白）、籽粒可溶性糖、蔗糖、淀粉含量均表現最高。可見，旱地麥田施用磷肥會對籽粒的蛋白質及其組分含量產生不同趨勢的影響，同時由于不同試驗條件以及地力條件的差異，結果會出現一定差異。