旱地小麦休闲期不同耕作方式配施磷肥的土壤培肥效应

陆梅，高志强，孙敏，邓妍，温斐斐，房鹏霞，邢军，张萌

（山西农业大学 农学院，山西 太谷030801）

旱地小麦在山西小麦生产中占有举足轻重的地位，而土壤贫瘠、水分缺乏是其生产受限制的主要因素［1，2］。磷是冬小麦生长发育中必不可少的营养元素，也是北方麦区土壤普遍缺乏的元素［3］。旱地土壤中的全磷量很高，但是有效磷含量较低，不能满足作物生长需要，如何充分有效地利用土壤中的难溶性磷肥资源是作物栽培中亟需解决的实际问题［4］。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，提高水分利用效率，进而提高产量［5］。甘肃张掖的试验表明，农田速效磷含量低于10 mg·kg－1时，90%的农田施用磷肥后作物能增产15.0%～26.0%。在0～20 c m土层土壤速效磷含量为4.10 mg·kg－1的地力条件下，施磷0～108 kg·h m－2时，小麦籽粒产量随着施磷量的增加而增加，继续增施磷肥，籽粒产量呈下降趋势［6，7］。磷酸酶能促进有机磷化合物分解，对土壤磷素的转化利用起作用，国外研究者认为施用磷肥可以降低根际土壤磷酸酶活性［8～10］。土壤有机磷与土壤磷酸酶活性和有机质之间，存在显著的正线性关系。随着土壤有机磷含量的增加，土壤有机质含量显著增加，土壤磷酸酶活性显著提高［11，12］。前人研究大多是在播种前耕作或施肥或休闲期经过多次作业对旱地麦田土壤养分及产量的影响，而休闲期一次性作业配套生育期施肥处理的报道较少。本试验于休闲期采用深翻＋深施有机肥＋秸秆还田、深松＋深施有机肥＋秸秆覆盖两套技术模式，配套生育期施肥，探讨山西闻喜县旱地小麦的适宜施磷量以及对土壤养分、土壤酶活性和产量的影响，以期探索出高产低耗高效的磷肥施用技术，为提高小麦的肥料利用率，最终获得高产优质提供科学理论依据。

1 材料与方法

试验于2011－2012年在山西农业大学闻喜试验基地进行。试验地为夏闲地，20 c m土层内含土壤肥力：碱解氮38.62 mg·kg－1、速效磷14.61 mg·kg－1、有机质11.88 g·kg－1。试验区十年九旱，降水60%～70%集中于夏秋季7、8、9月，表1为试验田2005－2012年降雨情况，数据由闻喜县农业局提供。

表1 闻喜试验点的降雨量／mmTable 1 Precipitation at the experimental site in Wenxi／mm

1.1 试验设计

试品种为运旱20410，由闻喜县农业局提供。采用二因素裂区设计，以前茬小麦收获后耕作方式为主区，设深翻模式（DPM）、深松模式（SSM）2个水平；①深翻模式：麦收时留高茬20～30 c m，麦收以后15～20 d于7月初等雨后实施，休闲期施有机肥后同时进行深翻处理，深翻深度为35 c m；②深松模式：麦收时留高茬20～30 c m，麦收后15～20 d于7月初等雨后用深松施肥机施有机肥并深松土壤进行一次性作业，深松深度为40 c m。

以播种前施磷量为副区，设75（LP）、112.5（MP）、150 kg·h m－2（HP）3个水平，共2×3＝6个处理，重复3次。小区面积30 m×3 m＝90 m2，休闲期施有机肥1500 kg·h m－2，播种前基施氮、磷、钾肥，纯氮（尿素的含氮量为46%）150 kg·h m－2，K2O 150 kg·h m－2，8月25日耙耱收墒，10月1日播种，基本苗2.25×106株·h m－2，行距30 c m，地膜播种。

1.2 取样及测定方法

1.2.1 土壤养分及土壤酶活性的测定

各生育期用土钻在各试验小区采集土层深度分别为0～20、20～40 c m的土壤作为供试土样。各试验小区随机采5个样点，同层混合，作为1次重复，每个处理取3次重复，样品经剔除石块和动植物残体等杂质后风干、磨细，过1 mm和0.25 mm筛，用于土壤养分及酶活性的测定。

土壤养分的测定：碱解氮采用碱解扩散法，速效磷采用钼锑抗比色法，有机质采用重铬酸钾外加热法测定［13］。土壤酶活性的测定：碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法，以1 g土37℃培养24 h后所消耗酚的毫克数表示［13］。

1.2.2 土壤水分及小麦产量测定

试验年份没有发生强的、持续性的大降水，因此没有通过地面径流或向下渗漏出3 m土层而引起的水分损失。试验地的地下水埋深多在200 m以下，因此可以不考虑地下水补给的影响。试验田较平，小区之间没有发生侧向水分交换。冬小麦主要生育期每处理小区分层（20 c m为一层）取样，采用烘干法测定0～300 c m土层的土壤蓄水量。土壤蓄水量／mm＝［（湿土重－烘干土重）／烘干土重×100］×土层厚度（mm）×各土层容重。成熟期调查单位面积穗数、每穗平均粒数及千粒重，每小区取50株测定生物产量，收割2 m2计算经济产量。

1.2.3 水分计算公式

作物耗水量：ETa＝R1－ΔW 式中：ETa为作物生育期内耗水量／mm；R1为生育期内降雨量／mm；ΔW为收获期与播种期0～100 c m土壤蓄水量之差／mm。

总耗水量／mm＝处理前土壤蓄水量＋休闲期降雨量＋生育期降雨量－收获期土壤蓄水量

水分利用率／kg·h m－2·mm－1＝ 单位面积小麦产量／总耗水量

氮肥偏生产力＝施氮小区作物产量／施氮量，指单位投入的肥料氮所能生产的作物籽粒产量，其大小反映施用氮肥对经济产量产生的效应。

磷肥偏生产力＝施磷小区作物产量／施磷量，指单位投入的肥料磷所能生产的作物籽粒产量，其大小反映施用磷肥对经济产量产生的效应。

1.3 数据处理

试验数据经Microsoft Excel和SAS9.0软件计算、绘图与统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式配施磷肥对土壤养分的影响

2.1.1 碱解氮

随着生育进程的推移，各生育期0～20 c m土壤碱解氮含量表现为越冬期较高，此后随着小麦生长发育土壤碱解氮含量逐渐降低，到开花期，小麦达到吸氮高峰期，土壤碱解氮含量降到最低水平，成熟期又有所回升（图1－a）。20～40 cm土壤碱解氮含量呈“W”型变化趋势，即先下降，再上升，然后又下降，最后再略有回升（图1－b）。

由图1－a和图1－b还可看出，休闲期深松处理越冬到成熟期0～20 c m、20～40 cm土壤碱解氮含量较深翻降低。在休闲期耕作条件下，增施磷肥均可提高两土层越冬到拔节期土壤碱解氮含量，均以HP最高，MP次之，LP最低，降低了两土层开花到成熟期土壤碱解氮含量，以HP最低，LP最高。

图1 耕作方式配施磷肥对0～20cm、20～40cm土壤碱解氮的影响Fig.1 Effect of different tillage and Papply in fallow period on soilalkal Ncontent at depth of 0～20cm and 20～40cm

2.1.2 速效磷

旱地小麦0～20cm土壤速效磷含量越冬到拔节期变化不明显，拔节到孕穗期随温度的升高，速效磷含量也明显升高，孕穗到开花期急速下降，到成熟期又有所回升（图2－a）。20～40cm土壤速效磷含量表现为先缓慢上升，在孕穗期达到高峰后快速下降的单峰曲线，到成熟期土壤速效磷含量降到最低（图2－b）。

休闲期深松各生育期土壤速效磷含量均低于深翻。由图2－a和图2－b还可看出，在休闲期耕作条件下，随施磷量的增加，各生育期0～20 c m、20～40 c m土壤速效磷含量均表现为HP最高，LP最低。

图2 耕作方式配施磷肥对0～20cm、20～40cm土壤速效磷的影响Fig.2 Effect of different tillage and Papply in fallow period on soil available Pcontentat depth of 0～20cm and 20～40cm

2.2 不同耕作方式配施磷肥对土壤有机质含量的影响

由图3－a和图3－b可看出，随生育进程的推移，休闲期深翻0～20 c m和20～40 c m土壤有机质含量均表现为先上升后下降的单峰曲线，孕穗期出现峰值。休闲期深松0～20cm和20～40cm土壤有机质含量均表现为越冬到开花期平稳上升，在开花期出现峰值后急速下降，在开花期达到最大。

休闲期采用深松较深翻降低了越冬到孕穗期及成熟期0～20cm、20～40cm土壤有机质含量，由于深松处理峰值的出现，所以在开花期，深翻有机质含量均低于深松。

由图3－a和图3－b还可看出，休闲期耕作，各生育期0～20cm、20～40cm土壤有机质含量均表现为HP最高，LP最低。深翻条件下，越冬到拔节期和成熟期HP高于LP；深松条件下，各生育期0～20cm土壤有机质含量表现为HP处理高于LP处理。

2.3 不同耕作方式配施磷肥对土壤磷酸酶的影响

随生育进程的推移，0～20 c m、20～40 c m土壤磷酸酶活性变化趋势基本一致，即磷酸酶活性从越冬到孕穗期平稳上升，并且在孕穗期出现峰值，从孕穗到成熟期磷酸酶活性下降，成熟期最小（图4－a、图4－b）。

休闲期采用深松模式较深翻降低了各生育期0～20 c m、20～40 c m土壤磷酸酶活性。20～40 c m，越冬期HP和MP处理深松低于深翻，LP处理深松高于深翻。由图4－a和图4－b还可看出，休闲期耕作，随着施磷量增大，土壤磷酸酶活性升高，整个生育期均表现为HP最高，LP最低。

图3 耕作方式配施磷肥对0～20 c m、20～40 c m土壤有机质的影响Fig.3 Effect of different tillage and P apply in fallow period on soil or ganicmatter content at depth of 0～20 c m and 20～40 c m

图4 耕作方式配施磷肥对0～20 c m、20～40 c m土壤磷酸酶活性的影响Fig.4 Effect of different tillage and P apply in fallow period on soil alkaline phosphatase activity at depth of 0～20c m and 20～40 c m

2.4 不同耕作方式配施磷肥对旱地麦田产量及水肥利用效率的影响

由表2可看出，休闲期深松较深翻可提高理论产量、实际产量及产量构成，且穗数、千粒重、理论产量及实际产量均达到显著水平，MP处理穗粒数差异显著。休闲期深翻条件下，理论产量和实际产量不同处理间差异显著，穗粒数和千粒重HP与LP处理间差异显著。休闲期深松条件下，穗粒数、千粒重、理论产量和实际产量处理间差异显著，穗数HP与LP处理间差异显著。

表2 不同耕作方式配施磷肥对产量及水分利用效率的影响Table 2 Effect of different tillage and P apply in fallow period on wheat yield and the WUE of rainfall

由表3可看出，休闲期深松较深翻可显著提高作物耗水量、自然利用降水效率、氮肥偏生产力和磷肥偏生产力。休闲期耕作，随施磷量的增加可显著提高自然降水利用率和氮肥偏生产力，可提高作物耗水量，且HP与LP处理差异显著，显著降低了磷肥偏生产力。

表3 休闲期不同耕作方式配施磷肥对水分利用效率及肥料利用效率的影响Table 3 Effect of different tillage and P apply in fallow period on the WUE of rainfall and N、P partial factor productivity

3 讨论与结论

有研究表明，在一定氮水平下增施磷肥促进了小麦对土壤氮素的吸收利用，土壤速效氮含量逐渐降低，而过量施磷条件下，土壤速效氮含量反而增加［14］。周陈等［15］研究认为，施肥能提高土壤中的微生物含量，而土壤微生物能促进土壤中有机质的分解，产生大量的有机酸，促进土壤中的磷素变为速效性的能被植株直接吸收的磷素，速效磷含量显著增加。本研究结果表明，旱地麦田在一定施氮量情况下，随着磷肥施用量增加，土壤中碱解氮的含量在小麦生育前期增加，到孕穗期小麦进入快速生长阶段后显著降低，速效磷在整个生育期显著增加，这是由于在幼苗阶段，冬小麦吸氮较少，施磷量高土壤碱解氮含量也高。随着小麦进入快速生长阶段，吸氮量明显增多，施磷量高而土壤碱解氮含量最低，说明施磷可促进小麦后期对土壤氮素的吸收利用，有利于小麦生长发育。这与前人研究结果基本一致。

土壤有机质含量的变化直接反映了土壤肥力的高低。张建军等［16］认为，耕作配施氮磷肥可以不同程度地提高有机质，不仅改善了土壤结构、孔隙、水分和热状况，同时具有培肥土壤的效果。土壤有机磷与土壤磷酸酶活性和有机质之间存在显著的正相关关系。本研究认为，随施磷量的增加，土壤有机质含量在小麦的各生育期始终维持在较高水平，这是由于磷肥中含有有机磷，能够提高土壤有机质含量，改善土壤理化性状，活化被土壤固定的营养元素，加快有机质的分解和转化，活化土壤中被固定养分及矿物质，增加土壤养分含量，这与前人结果较为一致。

磷酸酶对土壤磷素的有效性具有重要作用，在磷酸酶的参与下，可加速有机磷的脱磷速度［17］。李志勇等［18］研究认为，旱地褐土施用P2O5150～900 kg·h m－2磷肥后，土壤酶活性发生了变化，随着磷肥施用量的增加，磷酸酶活性大幅下降。国外研究者认为施用磷肥可以降低根际土壤磷酸酶活性［19，20］，本研究结果表明休闲期深翻较深松可提高0～20 c m和20～40 c m土壤磷酸酶活性，且施磷量为 HP（150 kg·h m－2）时效果最好。

姜宗庆等［21］的试验证明，适当增施磷肥，能提高粒重、每穗粒数和穗数，施磷对产量构成因子均有影响。乔旭等［22］研究表明适宜的水肥条件有利于作物对养分的吸收和运输，有效地协调土壤水分和养分，可有效提高作物产量和水分利用效率。本研究结果表明，休闲期深松较深翻可提高产量及其构成和作物耗水量，可显著提高WUE，生育期配合增施磷肥尤其是施磷量为150 kg·h m－2时效果显著。无论深翻还是深松，施磷均可提高产量及其构成，水分利用效率，且处理间产量和水分利用效率差异显著。

总之，旱地小麦休闲期采用深翻或深松耕作基础上，增加施磷量影响了0～40 c m土层土壤养分含量及磷酸酶活性，可有效增加土壤速效磷、有机质含量及土壤磷酸酶活性，优化产量构成，增加产量水平，同时提高氮素偏生产力和水分利用效率，以休闲期深松产量水平及水分利用效率较高。

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