施磷与休闲期耕作对旱地小麦幼苗生长的影响

贺立恒，贾小云，高志强

（1.山西农业大学 农学院，山西 太谷030801；2.山西农业大学 生命科学学院，山西 太谷030801）

水分短缺和土壤肥力低下是限制干旱半干旱地区农业生产的两大主要因素［1］，黄土高原旱作麦区，土壤贫瘠，水资源严重缺乏，土壤对小麦生长的有效供水来自于自然降雨，养分和水分是限制旱地小麦产量的两大主要因素。旱地麦区向来十年九旱，且60%的降雨集中在休闲期（7～9月）［2～4］，此期土壤存储的水量，决定着旱地小麦底墒的丰欠。李洪文等［5～7］研究表明，麦田播前早耕能够改善土壤结构，提高其蓄水能力，并促进小麦根系对深层土壤水分的吸收，提高产量和水分利用率。许国钧等［8～10］研究表明，麦田有效的耕作措施可以改善耕层的有效厚度、耕层紧实度，从而提高小麦根系对水肥的充分吸收，实现旱地小麦的增产。

实践证明，土壤中水分不足不仅影响小麦对水分的吸收和利用，而且也影响土壤中养分的有效性和小麦对养分的吸收利用［11］。黄土高原旱作麦区土壤大多数缺磷，梁银丽［12］研究表明，磷除了作为一种营养物质促进作物根系生长发育外，在水分胁迫条件下，磷营养可明显改善植株体内的水分关系，增强对干旱缺水环境的适应能力，提高作物抗旱性。促进根系生长，提高水分利用的有效方法是根据土壤水分状况调节磷的用量。因此，研究磷素营养对小麦抗旱性影响有重要意义，施用磷肥能提高小麦的水分利用效率和缓解干旱胁迫［13］。

通过耕作措施不但可以使土壤蓄水保水，而且能提高磷肥利用率。张李蒙［14］研究指出，通过土壤耕作，创造适宜的土壤通气度和紧实度，可以提高磷肥的利用率。土壤过于紧实，通气性差，致使氧气供应不足，影响根系正常代谢活动，从而制约了对磷的吸收。土壤紧实亦可导致土粒表面的水膜变薄，限制磷向根表移动，从而影响根系对磷的吸收。

耕作蓄水与合理施磷关系密切，二者的协调互作可以实现在旱地小麦有限的水分条件下获得增产，因此，研究自然降水条件下旱地水肥效应对提高旱地冬小麦产量有重要意义［15］。前人的研究主要集中在小麦生育期的不同措施对水肥利用的综合效益方面，而旱地小麦休闲期的蓄水保墒以及与磷肥的互作效应的研究少见报道。为此，本试验研究了休闲期进行不同耕作结合磷调控对旱地冬小麦幼苗冬前生长特性的影响，以期为旱地培育冬前壮苗并实现来年增产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2011～2012在山西农业大学现代小麦产业技术体系——小麦冬春混播区实验基地进行，采用大田试验。试验区为典型的黄土高原旱作麦区，降水50%～60%集中于夏秋季（7～9月）。试验地为夏闲地，处理前土壤0～100cm土层含水量为169.19mm。土壤肥力：有机质8.35g·kg－1，全氮0.84g·kg－1，碱解氮33.31mg·kg－1，速效磷2.12mg·kg－1。

1.2 试验设计

试验立足旱地小麦休闲期的耕作措施，在小麦收获后2周，提前进行休闲期深耕（25～30cm）、深松（30～35cm）或免耕的技术措施，采用二因素裂区设计，以休闲期不同耕作方式为主区，设深耕（DP）、深松（DT）、免耕（CK）3个水平；以基施不同施磷（重过磷酸钙）量为副区，设低磷P2O575kg·hm－2（LP）、中磷150kg·hm－2（MP）、高磷225kg·hm－2（HP）3个水平，共9个处理，每个处理重复3次，小区面积25m×2m＝50m2，每个处理间设作业道与保护隔离带。6月26日实施休闲期不同耕作处理。不同种类肥料均作为基肥一次施入，基施氮（尿素，含N 46%）、纯氮150kg·hm－2，钾肥（硫酸钾，含 K2O 50%），K2O 150kg·hm－2，9月26日播种，供试品种为临旱536。基本苗309×104株·hm－2，行距20cm，机械条播。

1.3 取样及测定方法

分别于休闲期及生育期用土钻取土，采用烘干法计算土壤含水量，取土深度为100cm，每20cm为一土层，取土后立即装入铝盒，称鲜重，110℃烘干至恒重，称干重。越冬期测定0～100cm土壤水分含量，土壤蓄水量／mm＝［（湿土重－烘干土重）／烘干土重×100］×土层厚度／mm×土层容重。越冬期每小区取20株测定株高、分蘖数、叶面积，干物质量。根冠比＝地下部干重／地上部干重。取倒二叶采用硫代巴比妥酸法［16］测定丙二醛含量；采用酸性茚三酮法［17］测定脯氨酸的含量。

1.4 数据分析方法

试验数据采用Excel、DPS进行数据计算、绘图与统计分析。

2 结果与分析

2.1 休闲期耕作对旱地小麦播前0～100 cm土壤蓄水量的影响

由表1可看出，休闲期不同耕作措施对旱地小麦播前0～100cm土壤蓄水量的影响显著，与对照免耕相比，深耕与深松均提高了0～100cm各土层的蓄水量，且各土层均以深耕处理的土壤蓄水量为最高。特别是深耕处理下显著提高了播前80～100cm土层蓄水量，比同层免耕蓄水量增加31.49%，蓄水增量达到最高，且深耕蓄水增量显示出随土层加深而增大的趋势；而深松措施下0～100cm的蓄水增量随土层加深则显示出了低－高－低的单峰曲线变化趋势，其中40～60cm土层比对照免耕蓄水增加13.63%，达到最高。0～100 cm总的蓄水增量为深耕比免耕增加18.93%，深松比免耕增加5.80%。

表1 不同耕作方式对播前0～100cm不同土层土壤蓄水量的影响（mm）Table 1 Effect of different ploughing during leisure period on soil water storage in each soil layers at depth of 0～100cm before sowing

2.2 休闲期耕作与施磷互作对旱地小麦越冬期0～100 cm土壤蓄水量的影响

由表2可看出，休闲期不同耕作措施结合施磷调控对旱地小麦越冬期0～100cm土壤蓄水量的影响产生了两种趋势：对于不同的施磷处理无论是深耕、深松还是免耕，对于0～20cm、20～40cm、40～60cm 3个土层的蓄水量均出现了随施磷量的增加而降低的趋势；而60～80cm、80～100cm两个土层的蓄水量则显示出随施磷量的增加而先升高后降低的趋势，各土层蓄水量以中磷为最高。对于不同的耕作处理，越冬期0～100cm各土层以及总的土壤蓄水量依然显示出了深耕＞深松＞免耕的效应，且各土层以及总的蓄水量对于播前蓄水量均相应有了不同程度的增加。在越冬期0～100 cm土壤总的蓄水量以中磷深耕为最高，达到175.74cm。

表2 不同耕作方式与施磷水平对越冬期0～100cm不同土层土壤蓄水量的影响（mm）Table 2 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on soil water storage in each soil layers at depth of 0～100cm in overwintering

2.3 休闲期耕作与施磷对越冬期旱地小麦单株农艺性状的影响

由表3可看出，休闲期不同耕作措施结合磷调控可影响旱地小麦越冬期株高、分蘖数、叶面积、单株干重。无论深耕、深松还是免耕，株高、叶面积指数、单株干重均随着施磷水平的提高呈先增大后减小的单峰曲线变化；而分蘖数却是随着施磷水平的提高呈单向增高的趋势。在同一施磷水平下，各项生长指标表现为深耕最大，深松次之，免耕最低。

表3 休闲期耕作及施磷水平对越冬期旱地小麦单株农艺性状的影响Table 3 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on growth parameters of wheat seedings before winter stage in dryland

2.4 休闲期耕作与施磷对旱地小麦越冬期根冠比的影响

由图1可看出，休闲期不同耕作、施磷均可影响旱地小麦越冬期的根冠比。无论深耕、深松还是免耕根冠比均以高磷处理为最高；在同一施磷水平下，又以深耕处理对越冬期根冠比影响最大。即随着施磷水平的提高，越冬期旱地小麦根冠比呈加大的趋势；不同耕作对根冠比影响差异明显，按根冠比值由大到小依次为深耕＞深松＞免耕。在所有处理中，以深耕高磷处理根冠比最大，比值达1.35；以免耕低磷处理根冠比最小，比值为0.50。

2.5 休闲期耕作施磷对旱地小麦越冬期倒二叶丙二醛和脯氨酸含量的影响

由图2、图3可看出，休闲期耕作施磷对旱地小麦越冬期倒二叶丙二醛和脯氨酸含量的积累产生了不同程度的影响。深耕中磷显示出了较低的丙二醛和脯氨酸的积累量，而免耕低磷则显示出了较高的丙二醛和脯氨酸的积累量。随着施磷水平的提高，丙二醛和脯氨酸的积累量呈先减少后升高的趋势，而对于不同的耕作措施，丙二醛和脯氨酸的积累量以深耕最少，免耕最多，深松居中，且各处理间差异显著。

图1 休闲期耕作与施磷对越冬期旱地小麦根冠比的影响Fig.1 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on the ratio of root and shoot of wheat seedings in dryland

图2 休闲期耕作与施磷对越冬期旱地小麦脯氨酸积累的影响Fig.2 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on proline content of wheat seedings in dryland

图3 休闲期耕作与施磷对越冬期旱地小麦丙二醛积累的影响Fig.3 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on MDA content of wheat seedings in dryland

3 结论与讨论

大量研究［5～8］表明，耕作是促进土壤蓄水、调节土壤供水的重要措施。旱地有效的耕作措施，可以提高土壤渗水速度，有利于最大限度地接纳雨水，增加土壤蓄水容量。本研究表明，通过对旱地小麦土壤水分特征的两个典型时期（播前与越冬期）的土壤蓄水量测定分析得出：与免耕相比，休闲期深耕、深松均增加了播前与越冬期0～100cm土壤含水量，随着小麦不同生育期与不同土层深度的变化土壤含水量的增加差异明显。由播前与越冬期各土层蓄水量数据显示，休闲期深耕的蓄水效果均为最好，深耕更有利于冬前深层蓄水，表现出了对深层土壤的蓄水优势；其次为深松处理，0～100 cm总蓄水量表现为深耕＞深松＞免耕；同时，随着旱地小麦冬前生育进程的推移，在不同的耕作措施下，随着施磷水平的提高增加了冬前上层土（0～60 cm）耗水量，而增加了60～100cm土层的蓄水量，0～100cm总蓄水量以中磷处理最高。由此可见，休闲期提前耕作在提高播前土壤蓄水量、增加底墒的基础上，为适期播种创造了有利条件，有效解决了旱地小麦趁雨过早播种造成冬前旺苗和等雨播种导致冬前弱苗的问题，而冬前蓄水量的提高又为培育冬前壮苗，降低旱灾、冻灾造成的损失，为提高旱地小麦产量打下坚实的基础。

本研究还发现，休闲期有效的耕作措施结合磷调控不但提高了土壤蓄水量，而且增强了旱地小麦冬前水肥耦合的互作，促进了越冬期小麦的生长。无论深耕、深松还是免耕，株高、叶面积指数、单株干重均以中磷处理为最高；而分蘖数却以高磷处理为最高；在同一施磷水平下，又以深耕处理对越冬期旱地小麦单株幼苗的农艺性状的综合生长指标影响最大。且在各处理下，单株农艺性状的各项指标均达到了差异显著性水平。王旭东［18］研究指出，小麦是对磷反应敏感的作物，小麦缺磷根系发育不良，分蘖少，干物质积累少，产量低。随着施磷量的增加，小麦单株分蘖增多，并呈极显著正相关。姜宗庆［19］研究也指出，小麦一生对磷的吸收存在两个高峰，出苗至越冬始期为第一个吸收高峰。增施磷肥能显著提高小麦的分蘖数，缺磷直接影响了小麦叶面积的扩展和分蘖的生长，说明施磷可以调节小麦的生长。岳寿松［20］研究进一步指出，磷对小麦生长发育的作用贯穿于整个生育时期，其中以对前期的促进作用最为明显，磷对小麦幼苗次生根和分蘖的发生起十分重要作用，表现出明显的底施和数量效应，磷通过促壮苗而奠定了丰产的基础。所以，磷肥有明显的底施效应，追施不如底施，且随追肥时间延迟，增产作用逐渐降低［21］。

本研究正是在休闲期蓄水与基施磷肥的基础上，提高了旱地小麦越冬期株高、分蘖数、叶面积指数与单株干重等各项生长指标，其结论与以上前人研究结果可谓殊途同归，可互相佐证。

任书杰［22］指出，小麦的根冠比是反映根系与地上部生长和干物质积累协调状况的重要指标，其变化受到作物本身遗传特性和环境因素，如水分状况、肥力因素、土壤质地等的共同作用和调控。根冠比过小，表明根系生长不良，难以为地上部输送充分的养分和水分，而根冠比过大，出现根系冗余，使光合产物向生殖器官的投入减少，影响地上部生物学产量和经济产量的形成，导致水分和养分的利用效率降低。而相对于小麦地上部生长来说，磷对于根系生长的较大促进作用方面的研究已很多［12，23，24］。梁银丽［12］指出，磷营养对根系的生长具有明显的促进作用，增施磷肥可显著地加速根系生长，提高根干重。磷肥促进根系生长发育的作用不仅有利于作物对养分的吸收利用，而且有利于对水分的吸收利用。旱地施用磷肥具有以肥促根、以根调水的积极作用。黄土旱塬土层深厚，深层贮水稳定，增施磷肥有利于对深层水分的利用，增强作物抗旱能力，是提高水分利用效率的重要措施之一［24］。在本研究中，通过休闲期耕作，在提高土壤蓄水量的基础上，改善了小麦生长的土壤环境，可促进根系下扎，吸收深层养分，提高养分利用效率，随着施磷水平的提高，极大促进了冬前旱地小麦根系的生长，根冠比呈增加的趋势，深耕高磷处理根冠比高达1.35，表现出了冬前根系的生长而抑制了地上部分蘖的发育；而深耕中磷的根冠比为1.06，在保证冬前有效分蘖形成的同时，充分促进了根系生长，形成了旱地小麦冬前的合适的根冠比。

脯氨酸是一种渗透调节产物，当植物受到逆境条件的危害时，产生溶质累积以降低水势，维持体内的水分平衡，保证植物的正常生长［25］。丙二醛作为膜脂过氧化的重要产物，其含量与质膜相对透性具有相关性，是植物受伤害程度的指标之一。一般来说，MDA含量越高，表示植株受伤害程度越大［26］。

通过对旱地小麦越冬期叶片组织脯氨酸和丙二醛含量的测定可知，在同一施磷水平下，深耕表现出比深松与免耕较低的脯氨酸和丙二醛积累量，这可能与通过深耕更有利于保持土壤的一种相对的疏松状态，从而使根系充分生长并促进了根系对茎叶的养分与水分的高效供给有关。刘爽［26］在对不同土壤紧实度对不同树种的脯氨酸和丙二醛含量的研究分析中也指出，随着土壤压实强度增强，各树种脯氨酸含量及丙二醛含量均呈上升趋势。本研究也得到了类似结果。

张殿忠［27］在对小麦不同品种叶片游离脯氨酸含量对土壤水分响应的研究中指出，当土壤相对含水量降至40%以下时，各品种的叶片游离脯氨酸含量急剧增加。本研究表明，随着施磷水平的提高，叶片脯氨酸和丙二醛含量呈先降低后升高的趋势，说明偏高或偏低的磷供给都会产生一种类似胁迫机制，对旱地小麦幼苗的冬前生长造成影响。这可能与在过高过低的施磷水平上均不利于旱地小麦水肥的协调高效利用以及对土壤有效供水层的蓄水总量提高有关，其详细机理有待进一步研究。

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