不同干旱年份增磷對小麥根系活力及氮效率的影響

摘要：為探明當地不同干旱年份小麥的最佳施磷量，于2020—2022年連續2年在駐馬店市農業科學試驗站采用大田試驗研究不同施磷量對小麥根系活力及氮效率的影響。結果表明，增施磷肥可顯著提高欠水年拔節期、抽穗期、成熟期20～40 cm土壤蓄水量及開花期0～40 cm土壤蓄水量，還可顯著提高枯水年拔節期20～40 cm土壤蓄水量及抽穗期、成熟期0～40 cm土壤蓄水量，且P1較P2可顯著提高不同干旱年份拔節期0～40 cm、開花期0～20 cm及成熟期20～40 cm土壤蓄水量；增加施磷量可提高不同干旱年份下各生育時期小麥根系活力，且P1較P2在枯水年條件下可更加有效地促進小麥根系的發展，效果可持續整個生育時期；增施磷肥還可顯著提高欠水年條件下小麥花后 7～35、49 d根系活力，以及枯水年條件下小麥花后14、21、42、49 d根系活力，且P1較P2可顯著提高不同干旱年份小麥花后49 d根系活力；最終提高了不同干旱年份下小麥氮效率，且欠水年條件下氮素收獲指數、氮素生產效率差異顯著。不同干旱年份增施磷肥條件下，0～20 cm土層土壤蓄水量與小麥開花期、成熟期根系活力顯著或極顯著相關， 20～40 cm 土壤蓄水量與小麥拔節期、成熟期根系活力呈現顯著或極顯著正相關，而0～40 cm土層土壤水分與氮素吸收效率及氮素生產效率相關，且0～20 cm土壤蓄水量關系更密切。因此，適當干旱條件下，增加施磷量可增加土壤水分，提高小麥根系活力，從而提高小麥氮效率。

關鍵詞：干旱年份；增施磷肥；小麥；根系活力；氮效率

中圖分類號：S512.106 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）17-0088-07

收稿日期：2024-05-06

基金項目：國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-03）；河南省科技攻關項目（編號：242102111169）；省部共建小麥玉米作物學國家重點實驗室開放課題（編號：SKL2023KF07）。

作者簡介：白 冬（1989—），男，山西黎城人，碩士，助理研究員，主要從事小麥育種與栽培研究。E-mail：baidong19890218@163.com。

通信作者：朱統泉，碩士，研究員，主要從事小麥遺傳育種與栽培研究。E-mail：a15893982273@163.com。

小麥是我國主要的糧食作物之一，其產量的高低對于我國糧食安全有著非常重要的作用［1］。黃淮南片麥區是我國小麥主產區之一，該麥區常年降水量偏多，而近幾年降雨減少（表1），其栽培措施比較粗放，干旱頻發會導致小麥產量不穩定［2］。因此，針對目前黃淮南片麥區遇到干旱年份對小麥生產造成的嚴重問題，研究通過相應的栽培措施以降低其對小麥生長的不利影響具有重要意義。磷是小麥生長中必不可少的一種元素，對于植物的生長發育和新陳代謝有著非常重要的作用，同時還具有調節新陳代謝的功能，可以促根增效［3-5］。在小麥生產過程中施磷肥可顯著提高上層土壤水分含量［6］，且有助于播前土壤底墑的利用，還可以減少蒸騰作用帶來的土壤水分的無效消耗，促進冬小麥根系下扎，顯著提升對下層土壤水分的利用，從而有效提高小麥對深層土壤水分利用效率，增加小麥抗旱能力，最終改善受脅迫小麥的生理代謝過程［7-8］。尤其是在干旱年份，增加施磷量還可以提高小麥根系活力，從而提高小麥氮效率，最終增加產量、提升品質［9］。

帕爾哈提·克依木等的研究表明，增施磷肥可增強根系呼吸作用，提高生育前期的根系活力，早生壯苗，增強植株對營養的吸收［10］；劉惠東等研究也表明，合理施用磷肥，可促進作物各生育期的根系活力，從而提高產量，而磷肥不足或過量施用磷肥則會使作物在生育后期根系活力下降，加快根系衰老，對其生長產生不利的影響［11］。還有研究表明，氮效率與根系活力呈顯著相關，前人認為根系活力及其吸收面積的大小至關重要，能夠確保植物高效地吸收土壤中的營養物質，從而提升其對氮元素的利用效率，最終影響到作物的產量和品質［12-13］。黨廷輝等研究認為，在相同的施肥水平下，提高磷肥的施用量，小麥對氮素的吸收比對照明顯提高37.1%～127.9%，表現出明顯的“以磷促氮”的作用［14］；張少民等通過對黃土區磷肥的長期定位試驗，發現長期施磷可以增加土壤有機質、氮、磷的含量，并能促進冬小麥對氮素的吸收，從而達到增產的目的［15］。而在降水量偏多的黃淮南片麥區，不同干旱年份下增磷對小麥根系活力及氮效率的影響鮮有報道，因此本研究連續2年針對不同干旱年份條件下增磷對小麥根系活力以及氮效率的影響，探討土壤水分和磷肥的關系，試圖找到該麥區適宜施磷量，達到增磷促水的效果，從而提高小麥根系活力，增加氮效率，以期為該地區不同降水年型下小麥實現高產優質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2020—2022年連續2年在駐馬店農業科學試驗站（114.2°E，32.59°N）進行，試驗點為黃褐土，前茬為大豆。2020年10月5日測定0～20 cm 土層土壤養分：全氮含量0.94 g/kg、堿解氮含量75.4 mg/kg、速效磷含量36.1 mg/kg、速效鉀含量101.5 mg/kg、有機質含量13.5 g/kg，pH值6.5。

表1為試驗田2018—2022年以及常年降雨情況。2020—2021年度10月上旬至5月下旬總降水量297.10 mm，較常年降水量偏低，屬于欠水年；2021—2022年度10月上旬至5月下旬總降水量238.10 mm，低于2020—2021年度，屬于枯水年。

供試品種為駐麥599，由駐馬店市農業科學院提供。本試驗采用隨機區組設計，前茬大豆收獲后晾曬至播種前1周進行深翻處理。共設置P2O5 150 kg/hm2（P1）、120 kg/hm2（P2）、90 kg/hm2（正常施肥，CK）3個處理，小區面積19.2 m2（8.0 m×2.4 m），重復3次。10月19日耙耱收墑，基施氮、鉀肥，純氮234 kg/hm2，K2O 90 kg/hm2，10月22日播種，基本苗315萬株/hm2，行距20 cm，機械條播，常規管理，全生育期無灌溉。2021—2022年度進行重復試驗。

1.2 測定項目與方法

土壤容重的測定：參照郭國雙的環刀法［16］測定土壤容重，每20 cm為1層進行取樣。

土壤蓄水量的測定：分別在小麥播種前和收獲后用土鉆取0～40 cm（每20 cm為1層）土樣，采用烘干法測定每20 cm土層含水量。

土壤蓄水量（mm）=［（濕土質量－烘干土質量）/ 烘干土質量×100%］ ×土層厚度（mm）×土層容重。

根系活力測定：分別于各生育期及花后每隔7 d取耕作層（0～20 cm）根系，用自來水將根沖洗干凈，再用吸水紗布吸去根表水分，采用α-萘胺法［17］進行測定。

含氮率測定：于成熟期取植株樣品，于70 ℃烘至恒質量，測定干物質量。將植株樣本烘干后磨碎，用H2SO4-H2O2-靛酚藍比色法［18］測定含氮率。

1.3 成熟期考種及產量測定

成熟期調查單位面積穗數、每穗平均粒數及千粒質量，每個小區取50株測定生物產量，收割20 m2計經濟產量。

1.4 數據分析

氮肥吸收效率=植株氮積累量/施氮量×100%；

氮素利用效率=籽粒產量/氮積累量×100%；

氮肥生產效率=籽粒產量/施氮量×100%；

氮素收獲指數=籽粒氮積累量/成熟期氮積累量×100%。

試驗數據采用Excel 2016、SPSS 19.0、Origin 2018軟件進行數據分析、計算、繪圖與統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同干旱年份增磷對各處理0～40 cm土壤蓄水量的影響

由圖1可知，隨著生育進程的推移，各處理 0～40 cm土壤蓄水量呈降低趨勢，且越冬期最高。欠水年條件下，增施磷肥可顯著提高拔節期、抽穗期、成熟期20～40 cm土壤蓄水量及開花期0～40 cm土壤蓄水量；枯水年條件下，增施磷肥可顯著提高拔節期20～40 cm土壤蓄水量及抽穗期、成熟期0～40 cm土壤蓄水量。由圖1還可看出，P1較P2可顯著提高欠水年越冬期、拔節期0～40 cm土壤蓄水量，可提高欠水年開花期、成熟期0～40 cm土壤蓄水量，且開花期0～20 cm、成熟期20～40 cm差異顯著，而顯著降低了抽穗期0～20 cm土壤蓄水量；可顯著提高枯水年拔節期、成熟期0～40 cm土壤蓄水量及開花期0～20 cm的土壤蓄水量，提高了越冬期20～40 cm、抽穗期0～20 cm的土壤蓄水量，顯著降低了越冬期0～20 cm的土壤蓄水量及抽穗期20～40 cm的土壤蓄水量。可見，增施磷肥對不同降水年型各生育期各土層的土壤蓄水量存在差異，但隨著生育進程推移，效果越顯著。

2.2 不同干旱年份增磷對各生育期根系活力的影響

由圖2可知，隨生育進程的推移，小麥根系活力的變化趨勢表現為單峰曲線變化，且在拔節期出現峰值。與CK相比，增加施磷量可提高不同降水年型下各生育時期小麥根系活力，且越冬期、拔節期、成熟期均達到顯著水平，欠水年條件下開花期根系活力差異顯著，枯水年條件下抽穗期根系活力達到顯著水平。由圖還可看出，P1較P2可提高欠水年條件下拔節期、抽穗期、開花期、成熟期小麥根系活力，且拔節期、抽穗期、成熟期差異顯著；可顯著提高枯水年條件下各生育時期小麥根系活力。可見，小麥在枯水年條件下，加大施磷量可更加有效地促進小麥根系的發展，效果可持續整個生育時期。

2.3 不同干旱年份增磷對小麥花后根系活力的影響

由圖3可知，隨著灌漿進程的推移，小麥根系活

力的變化趨勢呈現出單峰曲線變化，且均在花后 28 d 出現峰值。與CK相比，增施磷肥可顯著增加欠水年條件下小麥花后7～35 d、49 d根系活力；還可增加枯水年條件下小麥花后7～49 d根系活力，且花后14、21、42、49 d根系活力達到顯著水平。由圖還可以看出，P1較P2可增加欠水年條件下小麥花后21～49 d根系活力，且花后21、28、49 d差異顯著，而降低了小麥花后7、14 d根系活力，且花后 14 d 差異達到顯著水平。P1較P2還可增加枯水年條件下小麥花后7～28、42～49 d根系活力，且花后7、42、49 d 差異顯著，而降低了花后35 d根系活力。可見，增施磷肥在欠水年條件下對小麥花后根系活力效果更加顯著，且在小麥花后28 d效果較為明顯。

2.4 不同干旱年份增磷對小麥氮效率的影響

由表2 可以看出，與CK相比，增加施磷量可提高不同降水年型條件下小麥氮效率，且欠水年條件下氮素收獲指數、氮素生產效率差異顯著。由表2還可看出，P1較P2可顯著增加不同降水年型條件下小麥氮素收獲指數、氮素生產效率。可見，增施磷肥可提高小麥氮效率，且在欠水年條件下效果顯著，而氮素利用效率較枯水年明顯降低。

2.5 各生育期各土層土壤蓄水量與根系活力相關性

由表3可以看出，0～20 cm土壤蓄水量與小麥開花期根系活力呈顯著正相關關系，與小麥成熟期根系活力呈極顯著正相關關系；20～40 cm土壤蓄水量與小麥拔節期根系活力呈顯著正相關關系，與小麥成熟期根系活力呈極顯著正相關關系。可見增施磷肥可提高土壤蓄水量，從而促進小麥根系活力，效果可延續至生育后期，且效果顯著。

2.6 各生育期各土層土壤蓄水量與氮效率相關性

由表4可以看出，0～20 cm土壤蓄水量與越冬期、拔節期、抽穗期、成熟期的小麥氮素吸收效率呈顯著或極顯著正相關關系，與拔節期、開花期、成熟期小麥氮素生產效率呈顯著或極顯著正相關關系，而20～40 cm土壤蓄水量與越冬期、抽穗期、成熟期的小麥氮素吸收效率呈顯著或極顯著正相關關系，與拔節期、成熟期小麥氮素吸收效率呈極顯著正相關關系。說明土壤水分與氮素吸收效率及氮素生產效率相關，且0～20 cm較20～40 cm土壤蓄水量關系更密切。各生育時期不同土層土壤蓄水量與氮素收獲指數、氮素利用效率相關性存在差異，氮素收獲指數表現為正相關，但均不顯著；而越冬期、拔節期、抽穗期0～20 cm土壤蓄水量與氮素利用效率呈顯著或極顯著負相關關系，越冬期、抽穗期 20～40 cm土壤蓄水量與氮素利用效率呈極顯著負相關關系。

3 討論

3.1 不同干旱年份增磷對土壤蓄水量的影響

本研究結果表明，無論何種降水年型條件下，該麥區適宜施磷量均為150kg/hm2，且較施磷量120 kg/hm2可增加欠水年條件下越冬期、拔節期、開花期、成熟期0～40 cm及抽穗期20～40 cm土壤蓄水量，枯水年條件下可提高越冬期20～40 cm、拔節期和成熟期0～40 cm、抽穗期和開花期0～20 cm土壤蓄水量，這與邢軍等的研究結果［19］存在一定差異。本研究還發現，施磷量150 kg/hm2較施磷量 120 kg/hm2 可顯著提高欠水年小麥越冬期-拔節期的0～40 cm土壤蓄水量，而顯著提高了枯水年小麥拔節期、成熟期的0～40 cm及開花期0～20 cm土壤蓄水量，因此施磷量對這2種年型的土壤蓄水量的影響與前人的研究［20］存在一定差異。這可能是因為降水量主要集中在一年之中的某些特定時間段，尤其是在2020年10月到2021年2月之間，降水量明顯增加，相比之下，2021—2022年度主要集中在3—5月期間，這明顯表明土壤蓄水量的多少與降水年型以及生育周期密切相關，研究結果反映了土壤蓄水量對降水量的敏感性，同時也強調了農業生產規劃時考慮季節性降水模式的重要性。因此，深入理解降水年型及其對小麥生產的影響，對于制定可持續農業發展戰略具有重要意義。

3.2 不同干旱年份增磷對根系活力的影響

小麥地下部根系比地上部分先長，開花期達到高峰，隨后開始死亡和腐爛，施用磷肥可促進小麥根系生長，增加根系的膨大，使其更多地與磷素結合，提高植株對營養的吸收，從而提高小麥的水分利用能力，增加其抗逆能力［21-22］。本研究表明，施磷量150 kg/hm2較施磷量120 kg/hm2可提高枯水年條件下各生育時期小麥根系活力，且越冬期、抽穗期—成熟期差異顯著，較欠水年效果可持續整個生育時期。可見，在枯水年的前期和中期，降水量較少，磷元素可利用性不足，從而促進了小麥根系的生長，使其能夠獲得足夠的水分和營養；而欠水年條件下，其生長前期和中期的降水量較多，磷素利用率較高，對水分和營養的需求較少；在后期，降水量減少，磷素有效性下降，促進了植物根系的生長，以適應對水、營養的需求。而本研究還表明小麥花后根系活力在增施磷肥條件下表現為欠水年優于枯水年，且在小麥花后28 d效果較為明顯。這可能是由于欠水年份的前、中期雨水多，因此，磷肥促根提水的作用并不明顯，而在后期降雨減少、土壤干燥的情況下，才能緩慢地顯現出磷肥的促根和抗旱效應，從而調控植物開花后根系早衰，提高根系吸水能力，促進花后小麥的水供應［23］。

3.3 不同干旱年份增磷對氮效率的影響

前人關于磷肥對小麥氮效率的影響研究結果不一致，大量研究表明，增施磷肥對小麥的生長具有顯著的積極影響，它能夠有效地促進小麥體內氮素在其營養器官中的轉移，從而有助于提高小麥籽粒中氮素的利用率，進一步增強了小麥植株對氮素的吸收和利用能力［24-27］。而孫慧敏等則認為施磷使小麥氮素利用率降低［28］，陳遠學等研究發現，磷肥可以增加氮肥吸收速率和收獲指數，但對氮素利用效率沒有明顯的影響［29］。邢丹等試驗發現，施用磷肥 120 kg/hm2可提高冬小麥的氮素生產效率與氮素吸收效率［30］。本研究表明，增施磷肥可提高小麥氮效率，且在欠水年條件下效果顯著，而氮素利用效率較枯水年明顯降低，說明施磷肥可使小麥得到較高氮效率，但是不同降水年型下還是存在一定差異。試驗研究結果與前人研究略有不同，這可能是因為磷肥施用量對小麥根系以及氮效率的影響會因地力水平、前茬作物、種植品種、氣候條件以及栽培措施的不同而表現出不同效果。

4 結論

綜上所述，在本試驗條件下，小麥施磷量為 150 kg/hm2 時，可增加小麥拔節期和成熟期土壤 0～40 cm的蓄水量，還可以顯著改善小麥的根系生長狀況。尤其在枯水年條件下，促進了小麥各個生育階段根系的活力，保證了小麥植株能夠適應干旱環境，繼續其生命周期。此外，在欠水年份，特別是在小麥開花后，施加適量的磷肥進一步提升了根系活力，最終提高了小麥氮效率，從而實現增產增效。

參考文獻：

［1］杜啟迪，郭會君，熊宏春，等. 小麥頂端小穗退化突變體asd1基因定位［J］. 作物學報，2022，48（8）：1905-1913.

［2］陳 杰，冉午玲，陳建輝，等. 黃淮麥區（南片）小麥粒重基因TaGS-D1和TaCwi-A1等位變異檢測及效應分析［J］. 麥類作物學報，2023，43（4）：409-416.

［3］顧惠敏，陳波浪，王慶惠. 施磷對不同質地棉田土壤磷素有效性及磷肥利用率的影響［J］. 中國土壤與肥料，2019（3）：100-108.

［4］楊 威，李 忠，李儀琳，等. 磷肥對農作物產量和品質的影響研究綜述［J］. 安徽農學通報，2015，21（20）：66-67，70.

［5］陸 梅，任愛霞，孫 敏，等. 氮磷肥配施對旱地小麥高產的影響［J］. 山西農業科學，2016，44（6）：762-768.

［6］黃 潔，張 揚，沈玉芳，等. 施肥對水分脅迫下冬小麥根系提水及養分利用的影響［J］. 麥類作物學報，2010，30（2）：353-357.

［7］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.

［8］張艷艷，關涵文，劉淋茹，等. 不同水分條件下施磷對冬小麥穗花發育及產量的影響［J］. 作物學報，2023，49（10）：2753-2765.

［9］王 帥. 旱地小麥休閑期耕作配施磷肥對土壤水分及氮、磷利用的影響［D］. 太谷：山西農業大學，2016：3-5.

［10］帕爾哈提·克依木，張少民，孫良斌，等. 磷肥做種肥條施對棉花根系活力及產量的影響［J］. 中國農學通報，2015，31（9）：158-161.

［11］劉惠東，李漢常，姚邦松，等. 不同氧磷管理對水稻根系活力和產量的影響［J］. 湖南農業大學學報（自然科學版），2020，46（2）：130-137.

［12］Xu G W，Lu D K，Wang H Z，et al. Morphological and physiological traits of rice roots and their relationships to yield and nitrogen utilization as influenced by irrigation regime and nitrogen rate［J］. Agricultural Water Management，2018，203：385-394.

［13］郭士偉，夏士健，朱虹霞，等. 水稻根系活力測定方法及超級稻兩優培九生育后期根系活力研究［J］. 土壤，2012，44（2）：308-311.

［14］黨廷輝，彭 琳，戴嗚鈞，等. 旱塬長期施肥對冬小麥產量及土壤養分的影響［J］. 水土保持通報，1993，13（5）：78-82.

［15］張少民，郝明德，柳燕蘭.黃土區長期施用磷肥對冬小麥產量、吸氮特性及土壤肥力的影響［J］. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2007，35（7）：159-163.

［16］郭國雙. 談談土壤容重的測定［J］. 灌溉排水，1983（2）：38-40.

［17］鄒 琦. 植物生理學實驗指導［M］. 北京：中國農業出版社，2000：60-63.

［18］何照范. 糧油籽粒品質及其分析技術［M］. 北京：農業出版社，1985：290-294.

［19］邢 軍，孫 敏，高志強，等. 氮磷肥對旱地小麥土壤水分與根系特性的影響［J］. 中國農學通報，2014，30（6）：82-86.

［20］王文翔，孫 敏，林 文，等. 不同降雨年型磷肥對旱地小麥根系特征、磷素吸收利用和產量的影響［J］. 應用生態學報，2021，32（3）：895-905.

［21］苗果園，張云亭，尹 鈞，等. 黃土高原旱地冬小麥根系生長規律的研究［J］. 作物學報，1989，15（2）：104-115.

［22］Hansel F D，Amado T J C，Ruiz Diaz D A，et al. Phosphorus fertilizer placement and tillage affect soybean root growth and drought tolerance［J］. Agronomy Journal，2017，109（6）：2936-2944.

［23］李萬春，姚雅琴，于 濤，等. 水氮磷耦合對拔節期冬小麥根系水分調節特性的影響［J］. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2012，40（8）：60-68.

［24］廖文華. 河北省農田土壤磷素轉化、平衡與產量效應［D］. 保定：河北農業大學，2012：3-6.

［25］Zhang G J，Yan J W，Zuo W Q，et al. Effects of straw return and fertilization on root growth and nutrient utilization efficiency of cotton in an arid area［J］. Crop and Pasture Science，2021，72（7）：528-540.

［26］Ma B L，Zheng Z M. Relationship between plant nitrogen and phosphorus accumulations in a canola crop as affected by nitrogen management under ample phosphorus supply conditions［J］. Canadian Journal of Plant Science，2016，96（5）：853-866.

［27］田勝營，潘明泉，呂秀敏，等. 有機無機肥配施對土壤性質和小麥生長、養分吸收利用的影響［J］. 江蘇農業科學，2023，51（23）：102-107.

［28］孫慧敏，于振文，顏 紅，等. 施磷量對小麥品質和產量及氮素利用的影響［J］. 麥類作物學報，2006，26（2）：135-138.

［29］陳遠學，周 濤，王 科，等. 施磷對麥/玉/豆套作體系氮素利用效率及土壤硝態氮含量的影響［J］. 水土保持學報，2014，28（3）：191-196，208.

［30］邢 丹，李淑文，夏 博，等. 磷肥施用對冬小麥產量及土壤氮素利用的影響［J］. 應用生態學報，2015，26（2）：437-442.