生物有机肥对黄土高原沟壑区胡麻籽粒产量和水分利用效率的影响

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(1.定西市农业科学研究院，甘肃 定西 743000；2.甘肃农业大学 农学院，甘肃 兰州 730070)

0 引 言

我国是世界最大的化肥消费国，农作物的增产约40%依靠化肥[1]，化肥的施用在粮食生产中发挥着重要的作用。然而，随着化肥的长期大量施用，其带来的负面影响也日益凸显，如氮肥利用率低(30%左右)，土壤板结，理化性状变劣，养分供给能力下降等[2-4]，同时也加大了作物对土壤水库的耗竭[5]。相对而言，有机肥富含作物生长发育所需要的氮、磷、钾、钙等大量元素和微量元素，还含有大量纤维素、蛋白质、氨基酸和脂肪等有机物质，养分全面，肥效持久，可以增加土壤有机质含量和微生物量，改善土壤理化性质，增强土壤肥力和保水能力，保护农业生态环境等优点[6-8]。因此，科学合理地施用有机肥是实现我国农业生产可持续发展的有效措施，生物有机肥、有机无机复混肥等环境友好型肥料已成为当前和今后我国肥料研究与开发的热点领域[9]。

黄土高原丘陵沟壑区是典型的雨养农业区，胡麻是该区主要的油料作物，其种植面积不断扩大，逐渐成为农民调整种植结构的重要作物。由于该区降雨年际变化大、年内分配不均，冬春季降雨量少，春旱常常对胡麻出苗造成很大的影响，致使产量低而不稳[10]。水分胁迫成为了限制该区粮食增产的主要因子。作物根系吸水与土壤供水二者之间出现的矛盾可以通过施用有机肥起到协调作用，还有利于农田对降雨的入渗，从而增加了水分的有效利用[11-13]。在胡麻施肥管理中有机肥的应用对胡麻生长发育影响的研究较少，王艳玲等[14]指出，腐植酸有机复混肥的施用可使胡麻籽粒产量增加17.8%；闫志利等[15]认为，胡麻油渣和农家肥在胡麻有机生产中发挥着非常重要的作用。崔红艳等[10]研究表明，胡麻油渣对增加土壤贮水量、提高胡麻产量和改善胡麻品质有较好的效果。生物有机肥将生物肥和有机肥二者的优点集于一体，不仅可以增加产量、提高品质，还可以起到培肥地力的作用[16]。然而，关于生物有机肥在胡麻生长中的影响研究鲜有报道，鉴于此，本文研究了不同种类的生物有机肥对胡麻籽粒产量和水分有效利用的影响，旨为胡麻生产中有机肥的大面积推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验田位于甘肃省兰州市榆中县良种繁育场(92°13′E～108°46′E， 32°11′N～42°57′N)，年平均气温为6.7℃，年均降雨量382 mm，年均蒸发量1 341 mm。供试土壤属于沙壤土，施肥处理前0～20 cm耕层土壤有机质含量16.6 g·kg-1，全氮1.12 g·kg-1，全磷0.80 g·kg-1，碱解氮59.3 mg·kg-1，速效磷13.1 mg·kg-1，速效钾125 mg·kg-1，pH值7.69。

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计方法，设置7个处理，所有处理均不施用化肥，见表1。

表1 不同有机肥处理的施肥量Table 1 Bio-organic manures application to oil flax

以不施肥为对照，3次重复，小区面积20 m2(4 m×5 m)。试验区周围设置宽为1 m的保护行，而且每个小区和重复之间的走道宽度分别为30 cm和50 cm。胡麻品种选用“张亚2号”，由甘肃省农业科学院提供，播种和收获时间分别为3月22和8月3日。胡麻的播种密度为750万株·hm-2，采用条播方式，行距为20 cm，播种深度达3 cm。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 干物质。在胡麻主要生育时期：幼苗期(4月18日)、枞形期(5月1日)、现蕾期(6月3日)、盛花期(6月25日)、青果期(7月9日)以及成熟期(8月3日)，每个小区选取30株长势基本一致的胡麻植株地上部分，其中在胡麻盛花期和成熟期分别将植株的器官分成3部分：叶片、主茎+分枝+果壳和籽粒测定其干物重。

各生育阶段干物质积累量=阶段末干物重-阶段初干物重[17]；

各器官的干物质分配比例(%)=各器官的干物重/植株地上部总干物重×100[18]。

1.3.2 土壤含水量。在胡麻播种前和收获后用烘干法测定土壤含水量。用土钻以20 cm为一层取0～180 cm每个土层的土壤样品，称鲜重，在烘箱中烘干至恒重，称干重，计算土壤含水量。土壤贮水量：

Sw=d×r×w×0.1

式中：Sw—土壤贮水量(mm)；d—土层厚度(cm)；r—土壤容重(g·cm-3)，本试验各土层r平均为1.21 g·cm-3；w—土壤含水量(%)。

耗水量：

ET=BFW-HAW+P

式中：ET—胡麻生育期耗水量(mm)；BFW—播前土壤贮水量；HAW—收获后土壤贮水量；P—生育期降雨量(mm)[19]。

1.3.3 籽粒产量和水分利用效率。每个小区在胡麻收获前取30株样品进行考种，测定胡麻的单株有效果数、果粒数以及千粒重。收获时每小区取面积为2.0 m2的完整植株测定籽粒产量和生物产量，最后折算公顷产量计算收获指数。

水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)=籽粒产量(kg·hm-2)/胡麻全生育期耗水量(mm)。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0软件进行数据整理和分析。

2 结果与分析

2.1 干物质的积累

在不同有机肥处理下，胡麻全生育期的地上部干物质积累量表现为前期增长缓慢，至现蕾期开始迅速增加，与对照CK处理相比，施用有机肥可以显著增加胡麻植株地上部的干物质积累量，见表2。在幼苗—枞形期，T2处理的地上部分干物质日积累量最高，显著高于其他有机肥处理11.3%～32.5%(P<0.05)。各有机肥处理的胡麻植株地上部干物质日积累量在枞形—现蕾期阶段较CK处理明显增加了4.90%～36.8%，且以T2处理位最高，其次是T6处理。随着胡麻生育进程的加快，现蕾期后干物质积累量急剧增加，各处理在现蕾—盛花期的干物质日积累量较前一个生育阶段平均增加了3.60倍。盛花—青果期是胡麻干物质日积累量最高的生育阶段，与CK处理相比，T1、T2、T3、T4、T5和T6处理在此阶段的干物质日积累分别显著增加了3.92%、8.89%、2.89%、11.6%、6.44%和7.33%。胡麻生长至成熟期后，地上部干物质日积累量比在盛花—青果期阶段的有所降低，各有机肥处理在青果—成熟期阶段的干物质日积累量以T6处理位最高，T4处理次之，分别比CK处理显著增加了38.4%和28.9%，而T3处理的最低，高于CK处理4.44%，但差异不显著(P>0.05)。

2.2 干物质分配

不同处理的胡麻成熟期干物质在籽粒中的分配量和分配比例最高，而叶中的最低，见表3。与不施肥CK处理相比，施用有机肥处理的胡麻单株干重增加幅度达4.27%～21.4%，T6处理为最大，其次是T4处理。除T3、T5处理外，其他施肥处理的干物质在主茎+分枝+果壳的分配量均显著高于CK处理6.56%～15.6%(P<0.05)，而分配比例以CK处理最大，较施肥处理增加了1.64%～10.7%。各施肥水平下，T6处理的干物质在叶片中的分配量和分配比例分别为0.45 g·株-1和13.1%，分别比CK处理增加了36.4%和11.0%，差异显著。施用有机肥水平下胡麻成熟期干物质在籽粒中的分配量以T4处理的分配量为最多，其次是T2处理，较CK处理分别显著增加了31.0%和26.2%，而T5处理的最少，明显低于T4处理18.8%，与CK处理之间差异不显著(P>0.05)；各处理的干物质在籽粒中的分配比例从大到小依次为T4>T2>T1>T5>T3>T6>CK，T4、T2处理的分配比例分别比CK处理显著增加了8.91%和6.68%，而其他处理均与CK处理间未达到显著差异水平。

表2 不同有机肥处理下胡麻各生育阶段的干物质积累量(mg·株-1·天-1)Table 2 The dry matter accumulation at different stages of oil flax growth under different organic manures application

注：不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著，下同。

Note:Different small letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level.The same is as follows.

表3 胡麻成熟期干物质在不同器官中的分配Table 3 The dry matter distribution in different organs of oil flax at maturity stage

2.3 籽粒产量和收获指数

不同施肥水平下胡麻的单株有效蒴果数从大到小依次为：T4>T3>T6>T2>T1>T5>CK，其中T2、T4处理的单株有效蒴果数分别比对照CK处理明显增加了31.9%和44.0%(P<0.05)，见表4。就果粒数而言，除T3处理外，其他有机肥处理的果粒数显著高于CK处理14.0%～38.9%，且T4处理的果粒数最多，高达7.75个，但与T2、T6处理的差异不显著(P>0.05)。与CK处理相比，T6、T2、T4处理的千粒重分别显著增加了44.2%、35.5%和33.8%，T3处理的千粒重最低，高于CK处理12.7%，但二者之间的差异不显著。不同有机肥处理的生物产量比CK处理增加了2.03%～8.79%，除T2和T5处理外，其他有机肥处理与CK处理之间呈显著差异。在不同有机肥施用条件下，T4处理的胡麻籽粒产量最高，其次是T6处理，分别比CK处理显著增加了54.7%和43.5%，而T1、T2、T3和T5处理较CK处理分别增产25.8%、38.2%、13.5%和12.1%，差异显著。胡麻的收获指数表现为T4、T2、T6、T1处理显著高于CK处理43.5%、34.8%、30.4%和17.4%，而T3和T5处理与CK处理之间差异不显著。

表4 不同有机肥处理对胡麻籽粒产量和收获指数的影响Table 4 Effect of different organic manures on grain yield and harvest index of oil flax

2.4 水分利用效率

不同施肥水平下胡麻收获后土壤贮水量存在较大差异，施用有机肥可以明显增强根系对土壤水分的吸收能力，从而导致0～20 cm土壤贮水量显著低于不施肥CK处理2.09%～9.51%(P<0.05)，见表5。各有机肥处理的农田耗水量从大到小依次为：T4>T2>T6>T3>T1>T5，与CK处理相比，T4、T2处理的耗水量分别显著增加了14.1%和12.8%，而T4与T2处理之间未呈显著差异(P>0.05)。不同处理的水分利用效率和籽粒产量的变化趋势大致相同，且有机肥处理的水分利用效率较不施肥处理的增加幅度达7.94%～35.6%。各有机肥处理的水分利用效率表现为T4处理最大，T6处理次之，分别比CK处理增加了35.6%和30.7%，差异显著，而与T6处理相比，T4处理的水分利用效率增加了3.78%，但差异并不显著；有机肥处理中以T3、T5处理的水分利用效率较低，显著高于CK处理7.94%和9.35%。在不同有机肥施用条件下，回归分析表明，胡麻的籽粒产量(y)与耗水量(x)呈极显著的线性正相关关系：y=19.331x-4 016.629(R2=0.878，F=36.142，P=0.002<0.01)。可见，有机肥的施肥对土壤生产力的影响较大，特别是T4、T6处理能显著增加根系对土壤水分的吸收利用，进而提高了胡麻的水分利用效率。

表5 不同有机肥处理对胡麻水分利用效率的影响Table 5 Effect of different organic manures on water use efficiency (WUE) of oil flax

2.5 籽粒产量与水分利用效率的相关分析

相关分析表明，胡麻的籽粒产量与收获指数、耗水量及水分利用效率均呈正相关关系，其中极显著正相关的性状按相关系数大小依次为水分利用效率、收获指数、耗水量，而与生物产量未达到显著相关水平，见表6。不同有机肥处理下，胡麻水分利用效率的提高与籽粒产量和收获指数的增加有极显著的相关关系(R=0.986、0.947，P<0.01)，与耗水量和生物产量呈显著相关(R=0.866、0.782，P<0.05)。可见，水分利用效率的提高对胡麻增产的贡献最大，通过收获指数的增加来实现水分利用效率的提高还可挖掘更大的潜力。

表6 胡麻水分利用效率与产量的表型相关分析Table 6 Pearson correlation among water use efficiency and yield of oil flax

注：表中左下角为相关系数，右上角为偏相关系数；*表示0.05差异水平，**表示0.01差异水平。

Note:The lower left corner in the table is the correlation coefficient,the upper right corner is the partial correlation coefficient；*indicates the difference at 0.05 level and**at 0.01 level.

3 讨 论

干物质的积累与分配是形成作物产量的基础，胡麻籽粒产量形成是通过干物质的生产而实现[20]。不同施肥水平下，胡麻地上部干物质日积累量在现蕾期后急剧增加，至盛花—青果期达到最大，与不施肥(CK)相比，施用生物有机肥处理在此阶段的干物质日积累量显著增加了3.92%～11.6%。由于成熟期植株部分叶片脱落，造成干物质积累量较前一生育阶段明显降低，黑珍珠生物有机肥(T6)和绿能瑞奇精制有机肥料处理(T4)在青果至成熟阶段的干物质日积累量较高，显著高于不施肥处理38.4%和28.9%，可促进胡麻干物质的积累。

栽培条件的差异造成作物光合作用和干物质生产所需要的水、肥、热等有所不同，从而引起干物质的积累明显不同，其分配和运转也发生了变化[21]。本研究表明，在成熟期，施用生物有机肥处理的胡麻单株干重比不施肥处理增加了4.27%～21.4%，干物质在主茎+分枝+果壳的分配比例以CK处理为最大，较施肥处理增加了1.64%～10.7%，而T6处理的干物质在叶片中的分配量和分配比例均最大，分别比CK处理显著增加了36.4%和11.0%，胡麻成熟期干物质在籽粒中的分配量以T4处理的最多，其次是T2处理，分别显著高于CK处理31.0%和26.2%，而T5处理的最少，明显低于T4处理18.8%。由于不同有机肥所含有的养分含量和肥效持续时间有所差异，从而造成胡麻植株生长发育过程中的干物质积累量在不同生物有机肥施用下表现不同。总之，生物有机肥肥效慢而持久，可以促进胡麻根系对土壤水肥的摄取，增加干物质的积累量及其向籽粒中的分配比例。

施用有机肥是实现胡麻增产的最有效途径，既可以提高当季胡麻的产量，还能对下茬作物的生长起到促进作用[22]。李俊华等[23]研究认为，生物有机肥不仅可以增加土壤养分含量，而且其所含有的大量微生物进入土壤后，有助于分解和释放速效养分，供作物吸收利用，在提高作物产量方面有良好的作用。本试验中，与不施肥处理相比，不同生物有机肥处理的生物产量增加幅度达2.03%～8.79%，而胡麻的籽粒产量以T4处理的最高，T6处理的次之，二者分别显著增产了54.7%和43.5%。除益撒803生物有机菌肥(T3)和金阜丰土壤调理剂(T5)处理外，其他生物有机肥处理的收获指数较CK处理显著增加了17.4%～43.5%。大量研究表明[3,24-25]，有机肥的施用可以明显提高作物的水分利用效率。苏秦等[24]研究认为，与不施有机肥相比，有机肥施肥量在高、中、低处理下，土壤水分利用效率分别增加了30%、29%和11%。本研究发现，施用生物有机肥处理在0～200 cm土壤贮水量显著低于CK处理2.09%～9.51%，而且T4、T2处理的农田耗水量较大，分别高于CK处理14.1%和12.8%。在不同生物有机肥施用条件下，胡麻的水分利用效率表现为T4处理最大，其次为T6处理，二者分别比CK处理显著增加了35.6%和30.7%。相关分析表明，在本试验条件下，胡麻的籽粒产量和耗水量有一定的极显著正相关关系，胡麻水分利用效率的提高与籽粒产量和收获指数的增加有极显著的相关关系(R=0.986、0.947)。可见，生物有机肥的施用促进了胡麻根系对土壤水分的吸收，提高了土壤的生产力，水分利用效率的提高对胡麻增产的贡献最大，通过收获指数的增加来实现水分利用效率的提高还可挖掘更大的潜力。

在农作物生产过程中，施肥是增加作物单位面积产量的一项重要措施之一[26]。在目前普遍以偏施化肥提高产量的条件下，不合理施肥不仅降低了肥料利用率，使营养元素在土体中淋溶累积，而且造成作物对土壤水分的过度消耗，形成土壤干层[27-28]。为合理利用水肥资源，在典型的雨养农业区增施有机肥是提高胡麻产量和有效利用降水的重要途径，可实现该地区农业的可持续和健康发展。

4 结 论

生物有机肥的施用可以明显促进胡麻的生长发育，盛花—青果期地上部干物质日积累量较不施肥处理增加了3.92%～11.6%。在胡麻成熟期，籽粒中的干物质分配量以T4处理的最多，其次是T2处理，较对照处理显著增加了31.0%和26.2%。与CK处理相比，不同生物有机肥处理的生物产量均高于不施肥处理，增加幅度达2.03%～8.79%，而胡麻的籽粒产量以T4处理的最高，T6处理的次之，二者分别显著增产54.7%和43.5%。除T3和T5处理外，其他生物有机肥处理的收获指数较CK处理显著增加17.4%～43.5%。胡麻的水分利用效率表现为T4处理最大，其次为T6处理，二者分别比CK处理显著增加35.6%和30.7%。因此，金阜丰土壤调理剂是本试验条件下胡麻最佳的施肥方式。

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