張淑芳,孫玉蓮,蔡廣珍,孫 磊,馬俊強(qiáng)

(甘肅省臨夏州氣象局,甘肅 臨夏 731100)

0 引言

西北地區(qū)是我國主要的旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū),而在干旱地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量提高的主要限制性因子是水和肥[1-4]。自20世紀(jì)80年代以來,不同的肥料施入很大幅度地提高了作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,同時也促進(jìn)了作物生長過程中對水分的利用,被認(rèn)定是實現(xiàn)增產(chǎn)和土壤水分有效利用的主要途徑[5-6]。但是肥料和水分對農(nóng)作物的影響是互相配合的,之間會產(chǎn)生一種耦合效應(yīng)[7-9],即肥料產(chǎn)生的作用會受到土壤水分的制約,只有在合適的養(yǎng)分和水分條件下作物的產(chǎn)量及土壤水分利用效率才能均達(dá)到最高水平[10]。

甘肅省定西是個非常干旱的地方,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)重缺水,一般沒有灌溉條件,當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物(例如冬小麥)在生長過程中需要的水分基本上全依靠僅有的自然降水。有研究表明，有機(jī)肥與氮、磷肥配施能顯著增加土壤生物量碳、氮、磷和速效氮、磷等養(yǎng)分含量及其有效性,有利于作物的生長[11-14]。國外施肥研究結(jié)果表明：根系形態(tài)對于土壤養(yǎng)分變化反應(yīng)敏感,施肥能促進(jìn)根系分枝數(shù)增加及總根長增長[15,21]；施氮肥可降低氮素的硝化速率和淋失[22-23]。本研究探討了氮、磷的不同配比對冬小麥土壤水分利用效率及產(chǎn)量的影響,旨在為干旱地區(qū)冬小麥合理施肥管理、提高土壤水分利用效率提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗設(shè)在甘肅定西,位于甘肅省南部,屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，氣候特征是光照充足,年降水較少,特別是春、夏兩季,年平均降雨量為420 mm;降水時空分布很不均勻,局地性很強(qiáng)；蒸發(fā)量也很大,年蒸發(fā)量為1531 mm；海拔2000 m,年平均無霜期142 d。本區(qū)土壤性質(zhì)是黃棉土,黃土層較厚,保水肥,通層潤、土性溫，土壤容重為1.25 g/cm3, pH值為8.36。在整個冬小麥生育期內(nèi)有效降雨量為147.6 mm，詳見圖1。

圖1 在甘肅定西冬小麥全生育期有效降雨情況

1.2 試驗材料與設(shè)計

1.2.1 試驗材料 供試材料為國審冬小麥新品種隴中1號。

1.2.2 試驗設(shè)計 本試驗施氮肥(純N)設(shè)0(N0)、45(N1)、75(N2)、105(N3)kg/hm2四個水平,施磷肥(P2O5)設(shè)0(P0)、45(P1)、75(P2)、105(P3)kg/hm2四個水平；這兩個因子的不同水平共組合成16個處理。各處理的肥料在播種前7 d結(jié)合春耕全部施入。每個處理3次重復(fù),采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,小區(qū)面積為17.0 m2,行長5.0 m,行寬3.4 m,行距20 cm，小區(qū)走道寬50 cm。四周保護(hù)行4～5行。采用常規(guī)播種機(jī)進(jìn)行播種,按每公頃375萬基本苗的標(biāo)準(zhǔn)播種。每小區(qū)選取2 m2有代表性的地塊統(tǒng)計單位面積基本苗數(shù)。于2013年9月25日播種,2014年7月5日成熟；分別在拔節(jié)期和灌漿期噴灑2.5%敵殺死和18%樂果乳油,用以防治蟲害。

1.3 測定項目與計算方法

1.3.1 測定項目 在冬小麥主要生育期取樣測定0～200 cm土層的土壤含水量, 土層分層為0～20、20～40、40～60、60～90、90～120、120～150、150～180和180～200 cm。用烘干稱重法測定土壤含水量。在越冬期,由于地凍，只采集0～20 cm的土層進(jìn)行測定。各小區(qū)冬小麥通過人工收獲，單打單收。成熟時各小區(qū)取15～20株進(jìn)行室內(nèi)考種。

1.3.2 計算方法 有關(guān)指標(biāo)的計算公式為：土壤水分利用效率[kg/(mm·hm2)]=作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/作物生長期間的耗水量(蒸散量)；作物生長期間的耗水量(蒸散量)(mm)=播種時土壤貯水量+生育期有效降雨量-收獲期土壤貯水量。試驗數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計分析軟件Excel。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理土壤含水率的差異

從表1可以看出：在冬小麥全生育期0～200 cm深度土壤的平均含水率以施肥處理N3P2最高(13.40%),以處理N1P0最低(11.47%),因此在冬小麥生產(chǎn)中磷和氮的合理配比能夠使土壤含水率增高。從不同土壤層次看,0～20 cm土層以處理N3P3的土壤含水率最高(7.34%)；處理N2P0在20～40 cm土壤的含水率最高(10.4%);處理N3P1在40～60、60～90 cm土壤的含水率最高(分別為11.86%、13.15%);處理N0P3在90～120 cm土壤的含水率最高(14.05%);處理N0P2在120～150 cm土壤的含水率最高(13.98%);150～180、180～200 cm的土壤含水率最高的是處理N3P2(分別為19.05%、20.12%)。總的來看,各處理在0～20 cm的土壤含水率最低,是由表層的蒸散量大于深層造成的；隨著土壤層次加深,土壤含水率呈逐漸增長的趨勢,故180～200 cm的土壤含水率最大。

2.2 不同施肥處理在每個生育期土壤含水率的變化

從冬小麥各個生育期的土壤平均含水率(圖2)可以看出：各個處理0～150 cm土壤含水率的變化趨勢基本一致,而150～200 cm土壤含水率的變化趨勢各不相同；土層越深，總體上土壤含水率越高。具體來說：在返青期，0～20、20～40、40～60、90～120、150～200 cm土層的土壤含水率分別以處理N0P3、N2P3、N0P3、N0P3、N3P2最高；在拔節(jié)期，0～20、20～40、40～60、60～120、120～150、150～180、180～200 cm土層的土壤含水率分別以處理N3P3、N2P0、 N1P0、N3P2、N0P0、N3P2、N2P2最高；在孕穗期，0～20、20～40、40～60、60～90、90～120、120～150、150～180、180～200 cm土層的土壤含水率分別以處理N2P1、N0P2、N1P3、N3P1、N1P2、N0P3、N3P3、N2P3最高；在開花期，0～20、20～40、40～60、60～90、90～120、120～150、150～200 cm土層的土壤含水率分別以處理N0P0、N3P3、N0P0、N3P3、N1P2、 N0P2、N3P3最高；在成熟期，0～40、40～90、90～120、120～180、180～200 cm土層的土壤含水率分別以處理N0P0、N1P2、N0P3、N2P3、N3P2最高。

表1 不同施肥處理在0～2 m土壤含水率的差異%

由表2可以看出：在冬小麥整個生育期間，0～200 cm的土壤平均含水率以施肥處理N3P2最高,以N1P0最低；隨著冬小麥生長發(fā)育的推進(jìn)，0～200 cm的土壤平均含水率呈下降趨勢，以返青期最高，以成熟期最低；在冬小麥各個生育期，0～200 cm的土壤含水率均以施肥處理N3P2最高,而在返青期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、成熟期分別以處理N3P1、N1P1、N1P0、N3P0、N0P1的土壤含水率最低。說明處理N3P2增加冬小麥生育期間0～200 cm土層土壤含水率的效果最好。

結(jié)合圖2和表2可以得出以下結(jié)論：氮、磷的合理配比能夠提高冬小麥整個生育期的土壤含水率,以返青期的提高幅度最大,拔節(jié)期次之,開花期的提高幅度最小。

表2 不同施肥處理在冬小麥不同生育期土壤含水率的差異%

圖2 不同處理在冬小麥各生育期的土壤剖面含水率

2.3 不同土壤層次、不同施肥處理在不同生育期土壤含水率的差異

從圖3可以看出：對于0～90 cm的土壤含水率，每個處理除了在開花期有些上升外,在其他各生育期都呈逐漸降低的趨勢；而各處理90～200 cm的土壤含水率在各生育期均趨于平直。具體分層分析,0～20 cm的土壤含水率以處理N3P3最高,以處理N3P1最低;20～40 cm的土壤含水率以處理N2P0最高,以處理N0P3最低;40～90 cm的土壤含水率以處理N3P1最高,處理N3P0在40～60 cm的土壤含水率最低,處理N0P1在60～90、180～200 cm的均最低;處理N1P2在90～120 cm的土壤含水率最高,處理N3P0在90～120、120～150 cm的都最低;120～150 cm的土壤含水率以處理N0P2最高;150～200 cm的土壤含水率以處理N3P2最高,處理N1P0在150～180 cm的土壤含水率最低。

對每個生育期進(jìn)行分析,對于0～20 cm的土壤含水率，處理N0P3在返青期最高,處理N3P3在拔節(jié)期最高,處理N0P2在孕穗期和開花期最高,處理N1P2在成熟期最高;對于40～200 cm的土壤含水率，各處理在每個生育期的表現(xiàn)是各不相同的?？傊?、磷的不同配比會使冬小麥田間土壤含水率在不同土壤層次和不同生育期均有很大的差異。

由圖3還可見,0～90、180～200 cm的土壤含水率在各處理間和不同層次間的差異均較小,可能是由于在這些土壤層次冬小麥根系吸收水分較為強(qiáng)烈,縮小了處理間的水分差異;而90～150 cm的土壤含水率在各處理間和不同層次間的差異均較大,這可能與中深層土壤水分受冬小麥植株蒸散的影響等有關(guān)。在開花期，除了40～60 cm的土壤含水率有下降趨勢外,其余各層的土壤含水率都呈明顯的上升趨勢,但180～200 cm土壤含水率的變化趨勢不是很明顯。

2.4 不同施肥處理冬小麥植株生物量的差異

在冬小麥?zhǔn)斋@15 d后進(jìn)行各項指標(biāo)的測定，結(jié)果(表3)表明：冬小麥單株生物量以處理N0P3最高,以處理N1P3最低;植株株高以處理N3P0最高,以處理N3P2最低;穗重以處理N0P3最重,以處理N1P3最輕;穗粒數(shù)以處理N1P2最多,以處理N1P3最少;穗粒重以處理N0P3最重,以處理N1P0最輕;千粒重以處理N1P1最重,以處理N1P0最輕,這是由于灌漿期灌漿速率迅速而造成千粒重減輕。由于肥料的配比不同,各處理冬小麥植株所吸取的營養(yǎng)成分也不相同,因此它們的各項指標(biāo)也就有所不同,從而產(chǎn)生了植株農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的差異。

2.5 冬小麥在不同施肥處理下產(chǎn)量及水分利用效率的差異

2.5.1 冬小麥產(chǎn)量 由表4可以看出,在不同施肥處理間冬小麥產(chǎn)量有不同程度的差異,以處理N2P3的產(chǎn)量最高(1773.45 kg/hm2),以N1P3的產(chǎn)量最低(1407.60 kg/hm2)。各處理冬小麥產(chǎn)量的不同除了與肥料在干旱下發(fā)揮的效應(yīng)有關(guān)外，還與土壤基礎(chǔ)肥力有關(guān)。

2.5.2 耗水量與水分利用效率 從冬小麥耗水量和水分利用效率(表5)來看,在整個生育期間耗水量最大的是處理N0P1,為201.77 mm；耗水量最小的是處理N3P2,為114.64 mm；水分利用效率最高的是處理N3P2,最低的是處理N1P0。從整體來看,處理N3P2是最合適的氮、磷配比處理,既可降低耗水量，還提高了水分利用效率。

表3 不同施肥處理對冬小麥生物量等指標(biāo)的影響

表4 旱地冬小麥不同施肥配比的產(chǎn)量結(jié)果

3 小結(jié)

本施肥試驗研究結(jié)果表明,合理的氮、磷配比能夠使冬小麥田間0～2 m 土層的土壤墑情有所改善,表現(xiàn)最好的是處理N3P2。總的來看,各處理在0～20 cm的土壤含水率最低，在180～200 cm的土壤含水率最高。氮、磷的合理配比能夠提高冬小麥整個生育期間的土壤含水率,以返青期的提高幅度最大,拔節(jié)期次之,開花期的提高幅度最小。冬小麥在各個生育期0～150 cm的土壤平均含水率具有基本一致的變化趨勢,即土層越深土壤含水率越高，而在150～200 cm各處理的變化趨勢比較紊亂。在所有施肥處理中，土壤墑情最好的是處理N3P2,產(chǎn)量最高的是處理N2P3,冬小麥水分利用效率最高的是處理N3P2,最低的是處理N1P0。因此冬小麥?zhǔn)┓实呐浔炔粌H要考慮增產(chǎn)效果,同時還要考慮水分利用效率、經(jīng)濟(jì)成本的合理性。通過綜合分析,處理N3P2在各方面的表現(xiàn)都優(yōu)于其它處理,可以在冬小麥生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

圖3 在施肥處理下不同層次土壤含水率隨冬小麥生育期的變化表5 不同施肥處理下冬小麥耗水量與水分利用效率

施肥處理播前貯水量/mm成熟期貯水量/mm全生育期有效降雨量/mm全生育期耗水量/mm生育期水分利用效率/[kg/(mm·hm2)]N0P0301.23268.13147.6176.719.78N0P1301.23243.06147.6201.777.53N0P2301.23244.47147.6200.367.74N0P3301.23284.09147.6160.749.07N1P0301.23245.59147.6199.247.42N1P1301.23273.28147.6171.559.31N1P2301.23299.13147.6145.7111.10N1P3301.23260.81147.6184.027.65N2P0301.23266.63147.6178.218.57N2P1301.23274.43147.6170.408.88N2P2301.23301.16147.6143.6711.09N2P3301.23288.16147.6156.6711.32N3P0301.23266.16147.6178.678.72N3P1301.23287.50147.6157.3310.19N3P2301.23309.03147.6135.8011.82N3P3301.23286.94147.6157.899.50

注:土壤貯水量和耗水量以2 m土體計算。