施肥对旱地胡麻耗水特性和籽粒产量的影响

吴 兵, 高玉红, 高珍妮, 剡 斌, 张中凯, 崔政军, 牛俊义

(1.甘肃农业大学 生命科学技术学院, 兰州 730070; 2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室, 兰州 730070;3.甘肃农业大学 农学院, 兰州 730070; 4.甘肃农业大学 信息科学技术学院, 兰州 730070)

施肥对旱地胡麻耗水特性和籽粒产量的影响

吴 兵1,2, 高玉红2,3, 高珍妮2,4, 剡 斌2,3, 张中凯2,3, 崔政军2,3, 牛俊义2,3

(1.甘肃农业大学 生命科学技术学院, 兰州 730070; 2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室, 兰州 730070;3.甘肃农业大学 农学院, 兰州 730070; 4.甘肃农业大学 信息科学技术学院, 兰州 730070)

为了合理调控胡麻生产过程中氮、磷配施水平，以“陇亚杂1号”为试验材料，研究了不同施肥处理对旱地胡麻耗水特性、籽粒产量和水分利用效率的影响。试验设2个施氮(纯N)水平：75 kg/hm2(N1)，150 kg/hm2(N2)；2个施磷(纯P2O5)水平：75 kg/hm2(P1)，150 kg/hm2(P2)，共4个施肥处理(N1P1，N1P2，N2P1和N2P2)，以不施氮磷肥为对照(N0P0)。结果表明：2013年胡麻的农田耗水量随着施肥量的增加而增加，2014年随着施肥水平增加至N2P1时，耗水量达到高峰，较N2P2处理显著增加10.23%；与N0P0处理相比，各施肥处理100—200 cm土层的耗水量明显增加13.03～19.36 mm。在胡麻现蕾至盛花期，2013年各施肥处理在此阶段的耗水量随着施肥量的增加而增加，而2014年以N2P1处理的阶段耗水量最大，较N0P0，N2P2处理分别显著增加19.25%和17.87%，说明氮磷配施有利于促进胡麻根系对土壤水分的吸收，尤其是深层贮水的利用，以满足胡麻生育后期的水分需求。两个生长季，胡麻的籽粒产量均表现为N2P1>N2P2>N1P2>N1P1>N0P0，且N2P1的籽粒产量显著高于N0P0处理44.27%～56.55%。胡麻的水分利用效率与籽粒产量的变化趋势基本一致，各施肥处理中以N2P1处理的最大，N2P2的次之，分别比N0P0处理显著增加30.23%～38.54%，20.50%～36.81%。可见，在本试验区同等肥力土壤条件下，氮磷施用量分别为150 kg/hm2，75 kg/hm2的高氮低磷配施(N2P1)是旱地胡麻高产节肥的最佳施肥处理。

胡麻; 施肥; 耗水特性; 籽粒产量

土壤贫瘠是制约我国旱地土壤生产力和降水利用率的瓶颈。随着我国北方半干旱区气候干暖化趋势增加，土壤干旱化逐渐严重[1]，如何最大限度地利用天然降雨，提高水分利用效率对促进旱地农业的可持续发展具有重要意义。研究表明，施肥能改善土壤的肥力状况，通过“以肥调水”提高了农田的生产力。近年来，肥料在增加作物水分利用效率和缓解干旱胁迫中的作用已成为国内外学者研究的重点[2]。李立科等[3]提出，通过改变施肥水平来调控作物对土壤水分的消耗，强化对农田作物以水肥为主要生长因素的调控力度，进而可以全面提高北方旱地农业的生产水平。刘文国等[4]研究认为，适量施氮可以有效保持土壤水分，提高土壤贮水量。氮、磷化肥的合理配施能使植株充分利用土壤水分，提高作物产量和水分利用效率，起到以肥促水的作用[5]。刘德平等[6]研究表明，氮、磷合理配施能够在保证产量的前提下，适量减少氮、磷施用量有利于作物对水肥的利用，还减轻了农业面源污染。可见，施肥不仅促进了作物的生长发育，而且增强了其对水肥的吸收利用，是实现旱地作物增产和土壤水分有效利用的主要措施[7-8]。

胡麻(LinumusitatissimumL.)是我国仅次于大豆(GlycinemaxL.)、油菜(BrassicacampestrisL.)、向日葵(HelianthesannuusL.)和花生(ArachishypogaeaL.)的第五大油料作物之一，主要分布于甘肃、内蒙、宁夏、山西、河北等省区，具有较强的耐旱、耐寒和耐瘠薄能力[9-10]。胡麻是需肥较多而不耐高氮的作物，也是对磷敏感的作物[8-12]。氮、磷肥的施用量是影响旱地胡麻籽粒产量的首要因素[13]，适宜的氮磷配比可使胡麻籽粒产量增加20.49%～77.27%[14]。由于施肥对胡麻产量和水分利用均有显著的影响[15]，如何在有限的水分条件下，通过合理施肥提高籽粒产量和降水利用效率是当前旱地胡麻生产中亟需解决的问题。为此，在黄土高原典型旱作生态条件下，本研究于2013—2014年进行定位试验，比较分析不同施肥水平对旱地胡麻籽粒产量和水分利用效率的影响，探讨适合旱地胡麻高产栽培的施肥水平，以期为旱地胡麻高产高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2013—2014年在定西市农业科学院西寨油料试验站进行，该区地处黄土高原丘陵沟壑区，海拔2 050 m，年平均气温6℃，年日照时数2 453 h，无霜期213 d，年降雨量390 mm。试验地为梯田，土壤属黄绵土，0—200 cm平均土壤容重为1.21 g/cm3，pH值8.17，肥力中等。两年胡麻生育期降雨量分别为341.50，250.20 mm。

1.2 试验设计

试验因素为氮肥和磷肥。氮(纯N)设2个水平，75 kg/hm2(N1)，150 kg/hm2(N2)；磷(纯P2O5)设2个水平，75 kg/hm2(P1)，150 kg/hm2(P2)，共4个处理，分别为N1P1，N1P2，N2P1和N2P2，并设对照处理(N0P0，不施氮磷肥)。试验小区面积20 m2(4 m×5 m)，3次重复，随机区组排列。所用氮、磷、钾肥种类分别为尿素(含纯N 46.4%)、过磷酸钙(含P2O512%)、硫酸钾(含K2O 52%)，施钾量均为35 kg/hm2，其中氮肥基追比2∶1(现蕾前追施)，磷肥和钾肥均作为基肥一次性施入。小区间、重复间分别设置30 cm，50 cm宽的走(过)道，四周设置1 m宽的保护行。供试胡麻品种为“陇亚杂1号”，播种密度为750万株/hm2，人工条播，播深3 cm，行距20 cm。2013年4月10日播种，8月27日收获；2014年4月12日播种，8月24日收获。胡麻生长期间，所有处理均未进行灌溉，其他田间管理方式同当地大田生产。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤含水量 在胡麻苗期、现蕾期、盛花期、青果期和成熟期采用常规土钻取土烘干法测定0—200 cm土层的土壤含水量，每20 cm为一个土层，重复3次。称土壤鲜重后，在105℃恒温下烘8 h至恒重，称土壤干重，计算土壤含水量，其公式：土壤含水量=(土壤鲜重—土壤干重)/土壤干重×100%。根据土壤含水量计算土壤贮水量[16]。土壤贮水量：Sw=d×r×w×0.1，式中，Sw为土壤贮水量(mm)；d为土层厚度(cm)；r为土壤容重(g/cm3)，本试验区土壤容重为1.21 g/cm3；w为土壤含水量(%)。

1.3.2 耗水量 采用农田水分平衡法[17]计算作物耗水量(mm)：ETa=P+I+ΔW，式中：ETa为胡麻生育期耗水量(mm)，包括植株蒸腾量与棵间蒸发量；P为降雨量(mm)；I为灌溉量(mm)；ΔW为胡麻不同生育时期之间的土壤贮水变化量，即土壤贮水消耗量。

1.3.3 籽粒产量 测定收获时按小区单打单收，晒干后称取胡麻籽粒重量，测得小区实际产量。

1.3.4 水分利用效率 水分利用效率=籽粒产量(kg/hm2)/胡麻全生育期耗水量(mm)。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0软件处理和分析数据，用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 施肥对0-200 cm土壤贮水量的影响

由图1可知，不同施肥水平下胡麻各生育时期0—200 cm土壤贮水量存在明显差异。在2013年伴随胡麻现蕾后多次出现的降雨呈现出“高低反复”的变化趋势，而2014年表现为随胡麻生育期的后延而逐渐下降。在胡麻现蕾期，与N0P0处理相比，胡麻两个生长季施肥处理0—200 cm土壤贮水量分别显著降低1.07%～3.37%和1.11%～3.61%(p<0.05)，此后随着胡麻生育的进程，0—200 cm土壤贮水量随着施肥量的增加而呈现下降的趋势。就生育后期土壤贮水量的变化而言，2013年，胡麻盛花期和成熟期各施肥处理0—200 cm土壤贮水量表现为N1P1>N1P2>N2P1>N2P2，显著低于N0P0处理4.77%～9.44%和6.37%～14.93%。2014年，胡麻盛花期各施肥处理的0—200 cm土壤贮水量以N2P1处理的最低，较N2P2，N0P0处理显著降低6.34%和7.87%；成熟期N1P1，N1P2，N2P1和N2P2处理的0—200 cm土壤贮水量比N0P0处理显著降低5.02%，5.89%，8.55%和1.67%。

2.2 施肥对农田总耗水量的影响

由表1可见，不同施肥水平下农田总耗水量显著高于不施肥N0P0处理，施肥明显提高了胡麻对土壤贮水的吸收利用。在胡麻两个生长季节，不同处理的农田总耗水量以N2P2(2013年)和N2P1处理(2014年)农田耗水量最高，分别比N0P0处理显著增加13.14%和13.00%。就不同施肥水平下土壤贮水消耗量而言，两个生长季N1P1，N1P2，N2P1和N2P2处理分别比N0P0处理高20.28，32.72，40.15，48.96 mm(2013年)和22.18，28.60，45.89，8.85 mm(2014年)，差异显著。不同年际间比较，2014年施肥处理土壤贮水消耗量平均为129.30 mm，高于2013年94.54%，这表明氮磷配施对胡麻根系吸收利用土壤贮水的促进效应在干旱年份更加明显。

注：同一年份的不同字母表示在p<0.05水平上差异显著。

图10-200cm土壤贮水量随生育时期的变化

2.3 施肥对0-200 cm各土层土壤贮水消耗量的影响

由图2可见，不同施肥处理0—200 cm各土层耗水量总体上明显大于N0P0处理，且0—200 cm各土层耗水量的变异系数在两个生长季均表现为：N0P0处理(50.48%，42.92%)>施肥处理(41.45%，36.90%)，可见氮磷配施下各土层耗水量的差异小于N0P0处理，施肥更有利于植株均衡地调用各土层的水分。比较氮磷配施与N0P0处理下各土层耗水量的差异，2013年，施肥处理与N0P0的差异主要集中在100 cm以上土层，0—100 cm土层平均贮水消耗量高于N0P0处理22.65 mm；2014年，施肥处理与N0P0的差异主要集中在100 cm以下土层，与N0P0处理相比，100—200 cm的耗水增加19.36 mm。这表明施肥增加了胡麻根系对深层土壤水分的吸收，而且在干旱年份(2014年)施肥更为明显地促进了植株对深层土壤水分的利用。4种施肥处理相比较，2013年各土层耗水量差异以40—120 mm土层较大，而2014年以100—160 mm土层差异较大。不同土层耗水量的变异系数2013年为N1P2(45.18%)>N1P1(44.14%)>N2P2(41.01%)>N2P1(35.48%)，2014年表现为N1P1(39.62%)>N2P2(39.02%)>N1P2(34.75%)>N2P1(34.20%)，即不同氮磷配施水平下，N2P1处理对各土层土壤贮水的吸收利用最为均衡。

表1 胡麻田总耗水量及其分配

注：不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著，下同。

图20-200cm各土层土壤贮水消耗量

2.4 施肥对胡麻阶段耗水的影响

由表2可见，不同处理间胡麻各个生育阶段耗水状况存在明显的差异，由于施肥增加了土壤养分，对胡麻的生长发育产生一定的影响，进而胡麻各生育阶段的耗水状况也随之改变。播种至现蕾期，胡麻植株小，土壤水分主要以地表蒸发为主，与不施肥N0P0处理相比，2013年、2014年施肥处理在此阶段的耗水量平均显著增加5.98%，13.73%，且以N1P1处理的耗水量及其占总耗水的比例最大；2013年各处理的阶段耗水量明显高于2014年，这可能与2013年此阶段的降雨补充较多有关，导致阶段耗水量较2014年平均增加40.73 mm。现蕾至盛花期是胡麻生长最旺盛的阶段，两个生长季施肥处理的阶段耗水量分别平均高于N0P0处理13.47%和8.12%，阶段耗水量占总耗水量的比例以N2P2(2013年)、N2P1处理(2014年)的最大，比N0P0处理显著增加6.77%和5.54%。盛花至成熟期是胡麻生育期主要耗水阶段，2013年，各施肥处理在此阶段的耗水量随着施肥量的增加而增加，较N0P0处理显著增加4.40%～13.24%；2014年N2P1处理的阶段耗水量最大，显著高于N0P0处理8.11%，而N2P2处理阶段耗水量明显低于N2P1处理5.74%。

表2 胡麻各生育阶段耗水量及其总耗水量的比例

2.5 施肥对胡麻籽粒产量和水分利用效率的影响

由图3可知，施肥可显著提高胡麻的籽粒产量和水分利用效率。就籽粒产量而言，在胡麻的两个生长季，籽粒产量随着施肥量的增加而增加，至N2P1水平时达到最大值，随之明显下降，降幅达5.50%～6.03%。与不施肥N0P0处理相比，两个生长季N1P1，N1P2，N2P1和N2P2处理的籽粒产量分别增加16.21%，28.47%，44.27%，36.34%(2013年)和21.69%，36.05%，56.55%，47.10%(2014年)，呈显著性差异水平。不同施肥处理的水分利用效率与籽粒产量的变化趋势基本一致，表现为N2P1>N2P2>N1P2>N1P1>N0P0。2013年N2P1处理的水分利用效率分别比N2P2，N1P2，N1P1，N0P0处理显著增加8.08%，10.28%，18.17%和30.23%；而在2014年，N2P1处理的水分利用效率最大，N1P2的次之，显著高于N0P0处理38.54%和36.81%，但N2P1，N1P2处理之间的差异不显著。两年施肥处理的水分利用效率较N0P0处理平均增加19.76%和28.93%。

图3胡麻的籽粒产量和水分利用效率

3 讨 论

在旱地农田生态系统中，土壤水分状况直接影响着作物的生长发育和籽粒产量的形成。研究认为，水肥之间存在耦合效应，养分不足在很大程度上限制水分作用的发挥，而过量施肥不仅导致肥料的经济效益降低，污染环境的潜势增加，还会造成作物对深层土壤水分的过度消耗形成土壤干层[18-20]。亦有研究表明，合理的氮磷钾配施可提升根系活力，扩大根系对土壤水分和养分吸收的空间，实现有限水分的最大效率利用[8,21]。本试验中，氮磷配施对旱地胡麻根系吸收利用土壤贮水具有明显的促进效益。在胡麻两个生长季，氮磷配施处理的土壤贮水消耗量分别比不施肥N0P0处理增加35.53，26.38 mm，而且2014年施肥处理土壤贮水消耗量平均为129.30 mm，高于2013年94.54%，这说明氮磷配施下胡麻根系对土壤贮水的吸收利用能力在干旱年份(2014年)更加明显。施肥水平下胡麻生育期内的农田耗水量两年分别比不施肥N0P0处理显著增加9.54%和7.47%。不同年际间比较，2013年的农田耗水量随着施肥量的增加而增加，而2014年随着施肥水平增加至N2P1时，耗水量达到高峰，较N2P2处理显著增加10.23%，这可能与2014年盛花期的高温少雨有关(降雨量仅为39.0 mm，而2013年的降雨量达137.8 mm)，高肥对胡麻的生长产生负效应，造成根系对土壤贮水的吸收能力下降，这与张冬梅等[22]关于不同降雨年型施肥量对旱地玉米生长的研究结论一致。

土壤深层贮水具有较高的生物有效性，开发利用的潜力很大，增加深层土壤水分的利用程度可明显提高水分利用率[23-24]。从各土层土壤贮水消耗量的变化来看，施肥处理0—200 cm各土层耗水量总体上明显大于N0P0处理，两年施肥处理100—200 cm土层的耗水量较N0P0处理分别增加13.03，19.36 mm，这表明施肥增加了胡麻根系对深层土壤水分的吸收，而且在干旱年份施肥更为明显地促进了植株对深层土壤水分的利用。各施肥处理在不同土层耗水量的变异系数以N2P1处理的最低，说明N2P1处理可以均衡地调用各土层的土壤贮水，避免土壤水分亏缺层的出现。因此，在旱地胡麻栽培中，合理氮磷配施可以通过“以肥调水”来提高土壤的供水量，同时保持土壤水库缓冲能力[25]。本试验中，不同施肥水平下胡麻各个生育阶段耗水状况存在明显的差异。施肥处理在播种至现蕾期的阶段耗水量及其占总耗水量的比例均以N1P1处理最大，比不施肥N0P0处理显著增加9.61%～20.63%，3.94%～13.50%。两个生长季，现蕾至盛花期的阶段耗水量及其总耗水量的比例分别以N2P2(2013年)、N2P1(2014年)处理的最大，显著高于N0P0处理20.80%，6.77%和19.25%，5.54%。在盛花至成熟期，2013年各施肥处理在此阶段的耗水量随着施肥量的增加而增加，而2014年以N2P1处理的阶段耗水量最大，较N0P0，N2P2处理分别显著增加8.11%和6.09%。可见，由于受降雨量的影响，两年中N2P2处理(2013年)、N2P1处理(2014年)对胡麻生育后期耗水的影响较为明显，有利于胡麻现蕾后稳定供水，为籽粒产量的增加奠定良好的基础。

土壤瘠薄影响着作物水分利用潜力，施肥可促进作物对土壤水分的吸收利用，致使土壤生产力和作物水分利用效率显著提高[5,8]。杜红霞等[26]研究认为，合理的氮磷配施有利于玉米产量的增加和水分利用效率的提高，而氮、磷比例失调会抑制作物生长，影响作物产量和水分利用效率。本研究表明，两个生长季，籽粒产量随着施肥量的增加而增加，至N2P1水平时达到最大值，随之明显下降，降幅达5.50%～6.03%。与不施肥N0P0处理相比，N1P1，N1P2，N2P1和N2P2处理的籽粒产量分别显著增加16.21%～21.69%，28.47%～36.05%，44.27%～56.55%，36.34%～47.10%。胡麻的水分利用效率与籽粒产量的变化趋势基本一致，各施肥处理中以N2P1处理的水分利用效率最大，N2P2的次之，分别比N0P0处理显著增加30.23%～38.54%，20.50%～36.81%。因此，氮磷配施是提高旱地胡麻的籽粒产量和水分利用效率的重要措施，这与杨文等[27]在旱地春小麦上的研究结果一致。在高耗水的基础上，不同施肥水平下胡麻籽粒产量的明显增加有利于提高水分利用效率，通过水肥耦合可以充分挖掘旱地胡麻的增产潜力。

4 结 论

合理的氮磷配施可显著提高旱地胡麻的籽粒产量和水分利用效率，以N2P1处理(150 kg/hm2，75 kg/hm2)的增产优势最为明显，增产达44.27%～56.55%，且水分利用效率提高30.23%～38.54%，达到3.43～3.84 kg/(hm2·mm)。主要原因是：氮磷配施明显促进了旱地胡麻对土壤贮水的吸收，且在干旱年份更为突出地增加了植株对深层水分的调用。各施肥处理中，N2P1处理可以均衡地调用各土层的土壤贮水，在耗水模式上将有限水分更多用于现蕾后开花阶段和籽粒灌浆阶段，最终获得高产和高水分利用率。可见，在本试验区同等肥力土壤条件下，氮磷施用量分别为150 kg/hm2，75 kg/hm2的高氮低磷配施是旱地胡麻高产节肥的最佳施肥处理。

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EffectsofFertilizationonWaterConsumptionCharacteristicandGrainYieldofLinumusitatissimumL.inDryLand

WU Bing1,2, GAO Yuhong2,3, GAO Zhenni2,4, YAN Bin2,3,ZHANG Zhongkai2,3, CUI Zhengjun2,3, NIU Junyi2,3

(1.CollegeofLifeSciencesandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.GansuProvincialKeyLaboratoryofAridlandCropScience,Lanzhou730070,China; 3.CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 4.CollegeofInformationSciencesandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)

In order to regulate the combined application levels of N and P reasonably in the process ofLinumusitatissimumL. production, field experiment in dry land was conducted to elucidate the effects of fertilization on water consumption characteristic, grain yield and water use efficiency ofLinumusitatissimumL. which was ‘Longyaza 1’, thereby providing theoretical reference for fertilizer application of rain-fedLinumusitatissimumL. in hilly area of the Loess Plateau. Four fertilizer application treatments were 2 nitrogen levels: N1(75 kg/hm2) and N2(150 kg/hm2), and 2 phosphorus levels: P1(75 kg/hm2) and P2(150 kg/hm2), which were marked for N1P1, N1P2, N2P1, N2P2, and the control (N0P0) was without nitrogen and phosphorous fertilizer. The results indicated that total water consumption rose with increase of the application amounts of N and P in 2013, reached the peak as the fertilization increased to the level of N2P1in 2014 and markedly enhanced by 10.23% than N2P2which was the maximum rate of fertilizer. Compared with the N0P0, the water consumption at depth of 100—200 cm of soil obviously increased by 13.03～19.36 mm. Besides, water consumption at the budding to full-flowering periods had a sharp increase with the amount of fertilization in 2013, whereas the N2P1was the most in 2014 and significantly enhanced by 19.25% and 17.87% than the N0P0and N2P2, respectively. These results indicated that combined application of N and P could improve the absorption of soil moisture, especially for deep soil water, to meet the water requirement ofLinumusitatissimumL. in later growth period. In addition, the grain yield ofLinumusitatissimumL. decreased in the order: N2P1>N2P2>N1P2>N1P1>N0P0, and yield of N2P1was 44.27%～56.55% higher compared the N0P0. The changes of water use efficiency was fairly consistent with grain yield, and the N2P1was the largest, followed by the N2P2under different fertilizations, which were raised by 30.23%～38.54% and 20.50%～36.81%, respectively, compared with the treatment of N0P0. As far as saving-fertilizer and high-yield were concerned in the experiment, the most appropriate fertilizer treatment for recommendation was the one which had 150 kg/hm2(N) and 75 kg/hm2(P2O5) for rain-fedLinumusitatissimumL. under the climate conditions of the experimental area.

LinumusitatissimumL.; fertilization; water consumption characteristic; grain yield

2016-04-15

：2016-04-29

现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-17-GW-9);国家自然科学基金(31360315)

吴兵(1981—),男,宁夏盐池人,博士,副教授,主要从事作物生长调控与生理生态研究。E-mail:wub@gsau.edu.cn

S563.2

：A

：1005-3409(2017)03-0188-06