不同降水年型下旱地深翻时间和施肥方式对小麦产量及水肥利用率的影响

裴雪霞，党建友，张定一，张 晶，王姣爱，程麦风，武雪萍

(1.山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾041000；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所， 北京 100081)

山西省属黄土高原半干旱区，年降水量集中分布在旱地小麦休闲期(7-9月)，年际间降水量相差较大[1]。据对近54年来临汾市气象数据统计，临汾市年降水量248.6～735.8 mm，其中小麦休闲期(7-9月份)降水量178.4～559.4 mm[2]。山西省小麦种植面积66.67万hm2，其中旱地小麦占60%，干旱缺水是旱地小麦稳产高产的瓶颈，因此运用合理的耕作栽培技术，充分接纳并利用有限的自然降水是解决该区小麦产量低而不稳的重要途径[3]。休闲期深松或深翻可打破犁底层，最大限度接纳降水，促进小麦根系生长，并吸收深层土壤水分，提高小麦降水利用效率和产量[4-5]。研究表明，休闲期深松可提高小麦花后干物质积累量和对籽粒的贡献率，从而提高产量[6]；深松+条旋耕比条旋耕和旋耕效果好，可促进小麦灌浆期干物质积累，进而增加产量和水分利用效率[7]。陈梦楠等[8]认为，深松或深翻覆盖可促进小麦对深层土壤水分的吸收而增产。合理施肥是提高旱地小麦产量的另一重要措施，施用化肥或与有机肥配施可提高旱地小麦产量[9-10]。氮、磷是小麦生长发育所必需的营养元素，合理施用磷肥能促进小麦根系下扎，增加根系对土壤氮的吸收范围、吸收量，促进小麦植株对氮的积累，从而实现增产[3,11]。休闲期耕作配施磷肥可促进植株对氮素的吸收和积累，提高氮肥偏生产力、穗数，进而实现增产[12-13]。目前，有关耕作方式、氮、磷肥施用量及施用方式对旱地麦田土壤蓄水的单因素效应研究较多，而将休闲期耕作时间和氮、磷肥施用方式结合的研究较少。本研究针对不同降水年型，探讨休闲期深翻时间与氮磷肥施用时间对旱地麦田土壤蓄水量、籽粒产量及水肥利用效率的影响，以期为提高自然降水和肥料利用效率，实现旱地小麦稳产高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2009-2014年，在临汾市尧都区大阳镇岳璧村进行。试验地位于36°05.520′N，111°45.727′E，海拔693.5 m；年均气温12.6 ℃，年降水430～550 mm，无灌溉条件，小麦收获后休闲。按降水年型标准[14]划分降水年型(1-12月)及休闲期(6-9月)和生育期(10月至次年5月)降水年型。尧都区年均降水量478.2 mm(1962-2014年)，年降水>512.9 mm为丰水年，年降水<443.5 mm为枯水年；休闲期平均降水量335.0 mm，降水>365.1 mm属丰水，降水<304.9 mm属枯水；旱地小麦生育期平均降水量143.2 mm，降水>157.7 mm属丰水，降水<128.7 mm属枯水。由表1知，自然年(1-12月)2011、2013和2014年属丰水年，2010和2012年属平水年，2009年属枯水年。试验年2010年(2009年6月-2010年5月，下同)属休闲期(6-9月)枯水，生育期(10至次年5月)平水；2011年属休闲期平水，生育期枯水；2014年属休闲期丰水，生育期丰水。试验地石灰性褐土，中壤，土层深厚，2009年播前测定0～20 cm耕层土壤含有机质9.081 g·kg-1、碱解氮35.24 mg·kg-1、 速效磷17.08 mg·kg-1和速效钾141.57 mg·kg-1。

1.2 试验设计

小麦机械收获时留茬高度23～28 cm，麦秸全部均匀覆盖还田。试验为裂区试验：主区为7月19日、8月2日、8月16日和8月30日4个深翻时期，深翻27～30 cm后不采取保墒措施；裂区为氮、磷肥施用方式，即氮、磷分施(翻耕时施P2O5105 kg·hm-2，播种时施纯N150 kg·hm-2)和氮、磷同施(播种时施纯N 150 kg·hm-2和P2O5105 kg·hm-2)。采用大区设计，大区面积225 m2(7.5 m×30 m),重复2次。为深翻方便，重复间按深翻时间顺序排列。9月28日播种，旋耕整地播种镇压一次完成，条播行距20 cm，播量150 kg·hm-2。供试品种为晋麦92号。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤蓄水量和生育期耗水量计算

播种和收获当天用土钻取0～200 cm(每20 cm为一层)土样，铝盒烘干法测定土壤含水量，按W=w×ρs×h×0.1计算蓄水量。W为土层蓄水量(mm)，w为土层含水量(%)；ρs为土壤容重(g·cm-3)；h为土层厚度(cm)；0.1为单位换算系数。生育期耗水量=播前0～200 cm土壤蓄水量+降水量-收获日0～200 cm土壤蓄水量。

表1 2009-2014年试验区降雨情况Table 1 Rainfall in experiment area during 2009-2014

1.3.2 茎数调查

三叶期前，每个大区固定3个1.0 m2样方，调查基本苗(适当间苗，确保基本苗一致)、越冬前和拔节期的茎数，再依此计算单株茎数。

1.3.3 植株全N、P含量测定

收获期每个大区在调查样方外，随机取20个单茎，按籽粒和非籽粒部分分开，烘干粉碎，测定籽粒和非籽粒部分全N、P含量。用H2SO4-H2O2消化后，全N含量用半微量凯氏定氮法测定，全P含量用钒钼黄比色法测定。

N(P)总吸收量=非籽粒部分N(P)含量×非籽粒部分干重+籽粒N(P)含量×籽粒重。

N(P)利用效率=产量÷N(P)总吸收量。

1.3.4 产量及其构成测定

收获前每个大区随机选取1行，调查20 cm样段去除穗粒数小于3粒的麦穗，统计穗数和穗粒数；各大区随机收获3个1.0 m2样方，脱粒、风干后称重；数500粒称重，换算成千粒重，2次重复(重复间相差≤0.5 g)。计算水分利用效率(WUE=产量÷生育期耗水量)。

1.4 数据处理

2012与2014年、2013与2010年降水年型相同，数据变化趋势一致，因此选取2010、2011和2014年度数据用DPS 15.10统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 深翻时间和施肥方式对旱地小麦单位面积茎数和单株茎数的影响

深翻时间和施肥方式对旱地小麦生育期每公顷茎数(以下简称为总茎数)和单株茎数均产生一定影响(表2)。随深翻时间的推迟，2010年越冬期总茎数和单株茎蘖数逐渐降低，2011年先升后降，2014年先降后升；拔节期总茎数和单株茎数均先升后降，2010年以8月2日深翻最高，2011和2014年以8月16日最高。深翻时间、施肥方式及降水年型在总茎数和单株茎数上存在互作效应。7月19日深翻时不同年度越冬前和拔节期氮、磷同施的茎数及单株茎数均高于氮、磷分施，8月16日和8月30日深翻时则氮、磷分施高于氮、磷同施，8月2日深翻时丰水年型下氮、磷分施后两个时期的总茎数及单株茎数及平水年型下拔节期总茎数及单株茎数均高于氮、磷同施。

表2 不同耕作时间及施肥方式下小麦的单位面积茎数(总茎数)和单株茎数Table 2 Stems per unit area(total stems) and tems per plant of wheat under differentdeep plowing dates and fertilization methods

同列数值后的不同字母分别表示同一年内不同处理间在0.05水上差异显著。AS：同施；AD：分施。下表同。

Different letters after the values in the same columns indicate the significant differences among the treatments in same year at 0.05 level. AS：Fertilization at the same time；AD：Fertilization at the different time. The same in other tables.

2.2 深翻时间和施肥方式对旱地小麦产量及其构成的影响

深翻时间和施肥方式均影响旱地小麦产量及其构成(表3)。随深翻时间的推迟，2010年穗数先降后升，2011和2014年均先升后降。深翻时间对穗粒数影响无明显规律，年度间存在差异。2010和2014年随深翻时间的推迟，千粒重先升后降，2011年则先降后升。2010年产量随深翻时间推迟而升高，2011和2014年则先升后降。深翻时间与施肥方式间互作对小麦产量及其构成也有影响。7月19日深翻时穗数和产量均表现为氮、磷同施高于氮、磷分施，8月16日和8月30日深翻时则相反。休闲期枯水年型下氮、磷同施的穗粒数高于氮、磷分施，平水年型和丰水年型下则相反。休闲期枯水年型和丰水年型下氮、磷分施的千粒重均高于氮、磷同施，平水年型下7月19日和8月2日深翻时也表现出相同趋势。各降水年型下均以8月16日深翻的氮、磷分施处理产量最高。3个年度旱地小麦产量及其构成因素均表现为休闲期丰水年>平水年>枯水年。

表3 不同深翻时间和施肥方式下小麦的产量及其构成Table 3 Yield and its components of wheat under different deep plowing dates and fertilization methods

2.3 深翻时间和施肥方式对旱地小麦氮、磷吸收及利用效率的影响

由表4知，随深翻时间的推迟，不同降水年型下非籽粒部分和籽粒氮、磷吸收量及植株吸收量(籽粒和非籽粒部分的总和)均先升后降，8月16日深翻时非籽粒部分和籽粒氮素吸收量及植株吸收量均最高。年际间2010年籽粒和非籽粒部分的氮、磷吸收量最高，2014年非籽粒部分的磷吸收量最高。2010和2014年氮利用效率随深翻时间推迟表现为先降后升，7月19日深翻时最高；2011年则先升后降，8月16日深翻时最高。2010年磷利用效率随深翻时间推迟表现为先降后升，7月19日深翻时最高；2011年先降后升再降，8月16日深翻时最高；2014年则先升后降，8月2日深翻时最高。深翻时间与施肥方式对氮、磷吸收和利用效率均存在互作效应。7月19日深翻时氮、磷同施的籽粒和总氮、磷吸收量高于氮、磷分施，8月16日和8月30日深翻时表现相反；休闲期枯水年的氮、磷利用效率在7月19日-8月16日深翻时均以氮、磷分施高于氮、磷同施，平水年和丰水年在7月19日深翻时氮、磷同施高于氮、磷分施，8月16日和8月30日深翻氮、磷分施高于氮、磷同施。交互效应中，休闲期枯水年的氮利用效率以7月16日深翻的氮、磷分施最高，氮、磷同施的磷利用效率最高，平水年和丰水年氮、磷利用效率均以8月16日深翻的氮、磷分施最高。不同降水年型下氮、磷吸收总量和氮、磷利用效率均表现为休闲期丰水年>平水年>枯水年。

表4 不同深翻时间和施肥方式下小麦的氮、磷吸收量和利用效率Table 4 N and P absorption and use efficiency of wheat under different deep plowing dates and fertilization methods

2.4 深翻时间和施肥方式对旱地小麦水分利用效率(WUE)的影响

由表5知，随深翻耕时间的推迟，播前0～200 cm土壤贮水量先升后降，休闲期枯水年和平水年均以8月16日深翻的贮水量最多，丰水年则以8月2日深翻最多；收获期0～200 cm土壤贮水量在2010年随深翻时间推迟也表现为先升后降，以8月16日深翻最高，2011和2014年均随深翻时间推迟而升高。生育期耗水量在2010年表现为8月30日深翻>8月2日深翻>7月19日深翻>8月16日深翻；2011年表现为8月16日深翻>8月30日深翻>7月19日深翻>8月2日深翻；2014年随深翻时间的推迟则先升后降，以8月2日深翻的耗水量最高。WUE随深翻耕时间的推迟，在2010和2014年先升后降，以8月16日深翻最高；2011年先降后升，以8月2日深翻最低，8月30日深翻最高。在深翻时间相同时，不同降水年型下收获期0～200 cm土壤贮水量均以氮、磷分施高于氮、磷同施；生育期耗水量表现则相反。在休闲期枯水年和平水年8月16日和8月30日深翻时氮、磷分施的WUE高于氮、磷同施；丰水年深翻时间相同时，氮、磷分施的WUE高于氮、磷同施。不同降水年型下WUE表现为休闲期丰水年>平水年>枯水年。

表5 不同翻时间和施肥方式下小麦的水分利用率Table 5 Water use efficiency of wheat under different deep plowing dates and fertilization methods

2.5 深翻时间和施肥方式对旱地小麦干物质积累和转运的影响

深翻时间对小麦灌浆期和收获期茎叶、穗部和总干物质重的影响在年度间存在差异(表6)。随深翻时间的推迟，灌浆初期总干物质重在2010年先升后降，以8月16日深翻最高；2011年则先降后升，以8月16日深翻最低；2014年先升后降再升，但处理间差异较小。灌浆期总干物质重在不同降水年型下均随深翻时间推迟表现为先升后降，2010年以8月2日深翻最高，2011和2014年均以8月16日深翻最高。收获期总干物质重在不同降水年型下均随深翻时间推迟表现为先升后降，且以8月16日深翻最高。在深翻时间相同时，灌浆初期和收获期总干物质重在不同降水年型下均表现为氮、磷分施高于氮、磷同施(仅2011年7月19日深翻时氮、磷同施高于氮、磷分施)。花后茎叶干物质转运量在年际间存在差异，在休闲期枯水年和平水年均表现为氮、磷同施高于氮、磷分施(仅2011年8月2日深翻时氮、磷分施高于氮、磷同施)，丰水年则在8月16日和8月30日深翻时氮、磷分施高于氮、磷同施；整个灌浆期穗部干重增加量和净光合产物积累量在不同降水年型下均表现为氮、磷分施高于氮、磷同施(仅2011年7月19日深翻时氮、磷同施高于氮、磷分施)。灌浆期穗部干物质增加量和净光合产物积累量以休闲期丰水年最高，平水年最低；茎叶干物质转运量则以枯水年最高，丰水年最低，而对穗部干重增加的贡献率则以平水年最高，丰水年最低。

表6 不同深翻时间和施肥方式下小麦的灌浆期干物质积累和转运Table 6 Dry matter accumulation and transfer during filling period of wheat under differentdeep plowing dates and fertilization methods g·stem-1

3 讨 论

黄土高原小麦休闲期降雨较多，但与小麦生长发育时期错位，因而如何最大限度利用伏期降水，是旱地小麦稳产高产的关键[13]。休闲期耕作可有效纳雨保墒，增加旱地小麦播前土壤蓄水量，促进养分吸收和运转，提高产量[4,6-7]。孙 敏等[12]研究表明，休闲期深翻或深松有利于蓄积休闲期降水，提高播种前0～300 cm土壤蓄水量、氮素吸收和生产效率，其中深翻贮水效果优于深松。党建友等[15]认为，休闲期适时深翻可提高小麦播前0～200 cm土壤蓄水量、籽粒产量和氮素利用效率。本研究表明，不同降水年型下随深翻时间推迟，旱地小麦产量均呈升高或先升再降趋势，其中8月中旬深翻时播前0～200 cm土壤贮水量和旱地小麦产量均最高，较7月中旬深翻增产5.43%～18.15%，播前贮水量较7月份深翻增加12.12～18.45 mm；8月中下旬深翻时水分利用效率和磷素利用效率较高。这与前人研究结果相似[15]。

施肥是保持土壤肥力水平和小麦高产的重要措施[16]，氮、磷配施可延长旱地小麦灌浆持续期[17-18]，提高生物量和产量[19-21]。研究表明，施用磷肥可提高旱地小麦抗旱性，增加穗数和产量[13]。休闲期耕作配施P2O5150 kg·hm-2，可促进小麦的氮素吸收和转运，提高氮素偏生产力、穗数和产量[8，22]。本研究表明，与播种前配施氮、磷肥相比，8月上中旬深翻时配施磷肥，播种前施入氮肥，可提高越冬期和拔节期总茎数、单株茎数、穗数和穗粒数，从而实现增产；8月上中旬深翻时配施磷肥、播种前施入氮肥，可提高干物质积累量，促进植株和籽粒对氮、磷的吸收，提高氮、磷利用效率，这与前人研究结果相似[8,22]；8月上中旬深翻时配施磷肥，播种前施入氮肥较播种前氮、磷同施收获时0～200 cm土壤贮水量提高4.23～23.47 mm，籽粒水分利用效率提高0.691～2.929 kg·mm-1·hm-2。

除耕作时间和施肥方式影响旱地小麦播前土壤蓄水量、水分利用效率和产量外，休闲期降水量及其分布直接影响小麦播前土壤蓄水量，小麦播前土壤蓄水量和生育期降水量及其分布决定年度产量水平[12,15,23]。孙 敏等[12]研究表明，丰水年小麦播前0～300 cm土壤蓄水量最高，枯水年最低，且影响土层蓄水量分布，休闲期降水量多，则深层土壤含水量和蓄水量增加。胡雨彤等[24]认为，不同降水年型下小麦产量主要受氮、磷肥施用量、休闲期和越冬前降水的影响。本研究表明，2010年休闲期降水量属枯水，且集中在7、8月份，播前0～200 cm土壤贮水量最低，虽生育期降水量属平水，但产量最低，2014年休闲期降水量属丰水，且7月份降水量达285.9 mm，播前0～200 cm土壤贮水量最高，同时生育期降水量较高，且小麦关键生育期均有降水，因此产量最高，籽粒水分利用效率也最高。这与胡雨彤等[24]的研究结果相似。

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老砍头在钱葱山找着了越秀。钱葱山有山洞，越秀就住在里面。老砍头发现越秀的时候，越秀快临盆了，痛叫一声紧似一声。老砍头心头软了下来，带着狗皮道人和五趾上人在外头站着。不知是天意还是什么，就在他们三人顶着烈日在外头站着的时候，秀容月明和马刺赶到了。

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