任愛霞，孫敏，王培如，薛玲珠，雷妙妙，薛建福，高志強

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深松蓄水和施磷對旱地小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

任愛霞，孫敏，王培如，薛玲珠，雷妙妙，薛建福，高志強

（山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山西太谷 030801）

【】針對黃土高原旱地小麥干旱缺水、肥料不合理施用的問題，探索旱地小麥休閑期深松蓄水和播前配施磷肥的最佳技術途徑。【】于2012—2016年連續(xù)4年在山西農(nóng)業(yè)大學聞喜旱地小麥試驗基地開展試驗，主區(qū)為休閑期深松與對照2個耕作方式，副區(qū)為施磷（P2O5）0、75、150、225、300、375 kg·hm-26個施磷量處理，以明確年際間休閑期深松和播前配施磷肥對旱地小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響?！尽肯募拘蓍e利于旱地麥田土壤水分恢復，可提高土壤蓄水效率20%—86%；休閑期深松較對照顯著提高播種期3 m內(nèi)土壤蓄水量24—90 mm；提高穗數(shù)1%—18%，提高產(chǎn)量3%—25%，提高2012—2013年水分利用效率4%—20%。施磷肥對土壤水分有一定影響，施磷量在0—225 kg·hm-2范圍內(nèi)，旱地小麥生育期內(nèi)0—300 cm土壤蓄水量以施磷量150 kg·hm-2最低；施磷（4年定位試驗）降低了生育期內(nèi)0—300 cm土壤蓄水量，各處理間差異以第4年最顯著。本試驗中施磷肥的第3年和第4年的土壤水分未達平衡，施磷量150 kg·hm-2與未施磷肥間的周年耗水量差異顯著，說明長期施磷肥增加了作物對水分的消耗和利用，0—300 cm土壤蓄水量會降低。隨施磷量（0—225 kg·hm-2）增加，旱地小麥4年平均產(chǎn)量和水分利用效率表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢，并且均以施磷量150kg·hm-2最高，產(chǎn)量各處理間差異顯著，水分利用效率施磷量150kg·hm-2與未施磷肥處理間差異顯著。此外，測驗顯示年份對產(chǎn)量和水分利用效率影響最大，增產(chǎn)效果顯示休閑期深松的增產(chǎn)效果高于磷肥的增產(chǎn)效果，最終4年定位試驗形成的播前0—300 cm底墑414—546 mm配施磷量150 kg·hm-2、底墑556—607 mm配施磷量75 kg·hm-2，穗數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率均較高?！尽亢档佧溙镄蓍e期深松有利于蓄積休閑期降水，改善底墑；施磷增加了旱地小麥對土壤水分的消耗和利用，降低了生育期土壤水分，增加了周年耗水；休閑期深松每多蓄1 mm水分可增產(chǎn)2—31 kg·hm-2，在施磷量0—150 kg·hm-2范圍內(nèi)每多施1 kg·hm-2磷肥可增產(chǎn)2—13 kg·hm-2；播前0—300 cm底墑550 mm以下配施磷量150 kg·hm-2、底墑550 mm以上配施磷量75 kg·hm-2均可實現(xiàn)較高的產(chǎn)量和水分利用效率。

旱地小麥；休閑期深松；磷肥；產(chǎn)量；水分利用效率

0 引言

【研究意義】近年來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上過量施用氮肥，出現(xiàn)糧食作物不增產(chǎn)、甚至減產(chǎn)及環(huán)境問題[1]，因此人們對合理施氮的研究較多[2]，而旱地施磷肥由于當季利用率很低，殘留在土壤中的肥料磷既不能揮發(fā)又不易淋失[3]，磷素又是作物生長所必需的營養(yǎng)元素，對增強作物抗旱性非常重要[4]，但前人對合理磷肥的研究較少。磷肥作為實現(xiàn)旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施，在中國土壤速效磷含量較低的北方旱作麥區(qū)尤為重要[5]?！厩叭搜芯窟M展】Rodriguez等[6]研究表明，施磷可調節(jié)小麥的生長；Li等[7]研究表明，在水分脅迫下施磷肥可明顯提高小麥水分利用效率；康利允等[8]在陜西楊陵大棚種植小麥的研究表明，磷肥可促進小麥根系生長，增加對深層土壤水分的吸收；姜宗慶等[9]在江蘇泰興對水地小麥的研究表明，在低磷土壤條件下，施磷肥0—108 kg·hm-2范圍時，小麥籽粒產(chǎn)量隨施磷量增加而增加，但繼續(xù)增加施磷量，籽粒產(chǎn)量下降。可見，磷肥能促進小麥產(chǎn)量和水分利用效率提高。而磷肥與水分之間有明顯的交互作用，土壤水分影響磷素吸收、利用，磷素能促進根系深扎吸水，可在一定程度上彌補因水分不足造成的損失，增強抗旱性[10]，因此不論是灌溉區(qū)還是雨養(yǎng)區(qū)，合理的施肥技術必須與水分管理相結合。許衛(wèi)霞等[11]在山東省泰安市對水地小麥的研究表明，灌水量相同時，施磷加大了土壤供水量所占比例，提高了小麥產(chǎn)量和水分利用效率；施磷量相同時（105 kg·hm-2），產(chǎn)量隨灌溉量增加而增加，且每次灌水90 mm與60 mm差異不顯著，但水分利用效率呈先增后減趨勢。曾廣偉等[12]在山東青島通過防雨旱棚池栽方法種植小麥的研究表明，土壤含水量為田間持水量的55%、施磷 150 kg·hm-2時，籽粒產(chǎn)量和水分利用效率較高。山西省地處黃土高原半干旱地區(qū)東塬，小麥面積66.7萬hm2左右，其中旱地小麥面積約占50%，該區(qū)生產(chǎn)可保證山西省乃至全國的糧食安全。自然降水是該區(qū)旱地麥田唯一的水分來源，但雨量少，分布不均，且集中于旱地小麥休閑期（7—9月），因此最大限度地蓄積此期降水，改善底墑對旱地小麥生產(chǎn)非常重要，有研究表明產(chǎn)量的47%來自于播前底墑[13]。近年來前人采用耕作研究其蓄水保墑效果，已取得較大進展。Lipiec等[14]研究表明，耕作可改善土壤結構，使土壤孔隙系統(tǒng)具有較高的低活性孔隙度，提高了土壤的吸收和儲水能力；褚鵬飛等[15]研究表明，休閑期深松可降低土壤容重，打破犁底層，增強土壤對降水的蓄納能力；李友軍等[16]研究表明，休閑期深松較傳統(tǒng)耕作提高播前土壤蓄水量31 mm，提高產(chǎn)量23%，提高水分利用效率16%；秦紅靈等[17]、劉爽等[18]研究表明，休閑期深松提高了播前含水量1個百分點，提高產(chǎn)量11%，提高水分利用效率5%。【本研究切入點】前人研究旱作麥區(qū)休閑期耕作蓄水已有很大成果，但在該區(qū)耕作蓄水結合合理施磷如何影響土壤水分、產(chǎn)量和水分利用效率的研究較少。【擬解決的關鍵問題】本研究在山西農(nóng)業(yè)大學聞喜旱地小麥試驗基地進行了連續(xù)4年的磷肥定位試驗。在休閑期深松蓄水改善底墑基礎上，施用磷肥，分析休閑期深松蓄水效果、定位施磷肥對土壤水分的影響以及深松和磷肥對旱地小麥產(chǎn)量貢獻的影響，探索旱地小麥深松蓄水和磷肥施用的最佳技術途徑，為旱作麥區(qū)高效生產(chǎn)提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗基地情況

試驗于2012—2016年度在山西農(nóng)業(yè)大學聞喜縣邱家?guī)X村旱地小麥試驗基地進行，試驗點海拔1 100 m，年均降水量437.5 mm，年日照平均時數(shù)2 461 h，年平均蒸發(fā)量1 838.9 mm，年平均氣溫為8—14℃。試驗田為丘陵旱地，無灌溉條件，一年種植一茬，夏季休閑。小麥收獲后，分別于2012年6月10日、2013年6月8日、2014年6月10日、2015年6月7日測定0—20 cm土層土壤肥力（表1）。

表2為試驗點降水情況，2012—2013年度總降水量為356 mm，其中休閑期降水量為188 mm，占全年53%；2013—2014年度總降水量為490 mm，其中休閑期降水量為288 mm，占全年59%；2014—2015年度總降水量為517 mm，其中休閑期降水量為366 mm，占全年71%；2015—2016年度總降水量為387 mm，其中休閑期降水量為95 mm，僅占全年24%。此外，休閑期有效降水量占休閑期總降水量的73%—82%，生育期有效降水量占生育期總降水量的64%—84%，但越冬—拔節(jié)有效降水較少，僅占此階段總降水量的22%—34%。

表1 聞喜試驗點土壤基礎肥力

表2 聞喜試驗點年降水量及其分布

FP：休閑期Fallow period；SS：播種期Sowing stage；WS：越冬期Wintering stage；ES：拔節(jié)期Elongation stage；AS：開花期Anthesis stage；MS：成熟期Maturity stage；TP：總降水量Total Precipitation；EP：有效降水量Effective precipitation；TGS：整個生育期total growth stage

1.2 試驗設計

試驗品種為運旱20410（聞喜縣農(nóng)業(yè)局提供）。采用二因素裂區(qū)設計，主區(qū)為休閑期耕作方式，設深松（深度30—40 cm，SS）、對照（休閑期不進行任何耕作處理，CK）2個水平；副區(qū)為施磷量，設純磷（P2O5）0（P0）、75（P75）、150（P150）、225（P225）、300（P300）、375 kg·hm-2（P375）6個水平，共12個處理，重復3次，小區(qū)面積60 m2（3 m×20 m）。前茬小麥收獲時留高茬（茬高20—30 cm），7月上旬施生物有機肥（山西大學研制，品牌為“沃豐”，有效活菌數(shù)≥2×108/g，有機質≥25%，N+P2O5+K2O≥6%）1 500 kg·hm-2，用深松施肥一體機實施，對照處理在播前施入生物有機肥1 500 kg·hm-2。2012—2016年度深松處理時間分別為2012年7月15日、2013年7月15日、2014年7月15日、2015年7月8日。8月底（2012年8月25日、2013年8月25日、2014年8月25日、2015年8月25日）對各處理進行旋耕、耙耱，9月底或10月初播種（2012年10月1日、2013年9月29日、2014年10月4日、2015年10月2日），播前將不同磷肥用量按試驗設計均勻撒入相應小區(qū)，同時每小區(qū)撒入純氮（尿素，46%N）、鉀肥（氯化鉀，52%K2O）各150 kg·hm-2，旋耕后膜際條播，行距30 cm，基本苗225×104株/hm2。

1.3 取樣及測定方法

1.3.1 土壤蓄水量 于前茬小麥收后40 d（耕作處理）、60 d、80 d、播種期、越冬期、拔節(jié)期、開花期和收獲期用土鉆鉆取0—300 cm土層土樣，每20 cm為一土層，采用烘干法測定土壤含水量。其中土壤容重于前茬小麥收獲后，在地塊內(nèi)挖一個0—300 cm深的剖面坑，將剖面削齊鏟平，分層取土，每20 cm為一土層，采用環(huán)刀法測定土壤容重[19]。

1.3.2 產(chǎn)量及其構成 成熟期調查單位面積穗數(shù)、每穗平均粒數(shù)及千粒重，每小區(qū)收割20 m2實測產(chǎn)量。

1.4 計算方法與統(tǒng)計方法

采用Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)，用SAS 9.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用LSD法檢驗處理間差異顯著性，顯著性水平設定為α=0.05。

W[20]=h×ρ×ω×10，式中，W為土壤蓄水量（mm）；h為土層深度（cm）；ρ為土壤容重（g·cm-3），ω為土壤含水量（%），為土層，10為換算系數(shù)。

休閑期土壤蓄水效率（%）=（W1-W0）/RF，W1為播種期0—300 cm土壤蓄水量（mm），W0為休閑初期0—300 cm土壤蓄水量（mm），RF為休閑期有效降水量（mm）。

ET=RG+(W1-W2)，式中，ET為生育期小麥耗水量（mm），RG為生育期有效降水量（mm），W2為收獲期0—300 cm土壤蓄水量（mm）。

WUE (kg·hm-2·mm-1)= Y/ET，式中，WUE為水分利用效率，Y為籽粒產(chǎn)量。

ΔYSS-CK=(YSS-YCK)/(WSS-WCK)，ΔYSS-CK為休閑期深松播前每多蓄1 mm水分的增產(chǎn)量（kg·hm-2·mm-1），YSS為不同施磷量條件下休閑期深松的產(chǎn)量（kg·hm-2），YCK為不同施磷量條件下休閑期對照的產(chǎn)量（kg·hm-2），WSS為不同施磷量條件下休閑期深松的播種期0—300 cm土壤蓄水量（mm），WCK為不同施磷量條件下休閑期對照的播種期0—300 cm土壤蓄水量（mm）；

ΔYP-0[21]=(YP-Y0)/(FP-F0)，ΔYP-0為每多施用1 kg·hm-2磷肥的增產(chǎn)量（kg·hm-2），YP為休閑期深松或對照條件下施磷肥的產(chǎn)量（kg·hm-2），Y0為休閑期深松或對照條件下未施磷肥的產(chǎn)量（kg·hm-2），F(xiàn)P為施磷量（kg·hm-2）、F0為未施磷量（kg·hm-2）。

2 結果

2.1 休閑期耕作蓄水和施磷肥對旱地小麥產(chǎn)量及其構成、水分利用效率的影響

休閑期深松較對照提高穗數(shù)，2012—2016年分別達1%—5%、8%—18%、10%—13%、2%—5%；千粒重提高；穗粒數(shù)變化不明顯；提高產(chǎn)量，分別達8%—24%、17%—25%、13%—15%、3%—10%；提高2012—2013年水分利用效率4%—20%，提高2013—2014年施磷量75 kg·hm-2條件下水分利用效率6%，而2014—2015年、2015—2016年水分利用效率變化不明顯（表3）。

底墑為414—505 mm（2012—2013年）、546 mm（2013—2014年）、418—462 mm（2015—2016年），穗數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率均以施磷量150 kg·hm-2最高，其中穗數(shù)提高5%—21%、產(chǎn)量提高12%—53%、水分利用效率提高11%—35%。底墑為556—580 mm（2014—2015年）、607 mm（2013—2014年），穗數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率均以施磷量75 kg·hm-2較高，其中穗數(shù)提高5%—22%，產(chǎn)量提高10%— 24%，水分利用效率提高4%—22%?？梢?，底墑414—546 mm配施磷肥150 kg·hm-2，底墑556— 607 mm配施磷肥75 kg·hm-2可實現(xiàn)產(chǎn)量、水分利用效率同步提高。

測驗表明，年份、耕作、施磷量、年份×耕作、年份×施磷量對產(chǎn)量均有極顯著影響，其中，年份的影響最大，其次是耕作，再次是施磷量；而且年份對穗數(shù)和千粒重有極顯著影響，施磷量對穗粒數(shù)有極顯著影響。年份、耕作、施磷量、年份×耕作對水分利用效率均有顯著或極顯著影響，其中，年份的影響最大，其次是施磷量，再次是年份×耕作（表3）。

表3 休閑期耕作蓄水和磷肥對旱地小麥產(chǎn)量及其構成、水分利用效率的影響

同列不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。*和**表示達5%和 1%顯著水平。下同

Values followed by different small letters within a column mean significant difference at 0.05 level. * and * * represent significant difference at 5% and 1% levels. The same as below

4年平均產(chǎn)量、水分利用效率的變異系數(shù)分別為27%—31%、12%—18%，不同施磷量處理的平均產(chǎn)量、水分利用效率的變異系數(shù)分別為8.15%、6.43%?？梢姡攴輰档匦←湲a(chǎn)量和水分利用效率的影響明顯大于磷肥。隨施磷量增加，旱地小麥產(chǎn)量和水分利用效率均先升高后降低，以施磷量150 kg·hm-2最高，且各施磷量處理間的產(chǎn)量差異顯著。4年平均結果表明該區(qū)施磷量為150 kg·hm-2可獲得較高的產(chǎn)量和水分利用效率（表4）。

表4 磷肥對旱地小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

數(shù)據(jù)為2012—2016年4年深松與對照二者數(shù)據(jù)的平均值

The data are average of SS and CK for the four years of 2012-2016

2.2 休閑期深松的蓄水效率

夏季休閑可提高土壤蓄水效率20%—86%，休閑期深松較對照顯著提高播種期3 m內(nèi)土壤蓄水量24—90 mm，2012—2013、2013—2014和2015—2016 3個試驗年度土壤蓄水效率也顯著提高。休閑期降水少年份的休閑期深松蓄水效果更明顯（表5）。

磷肥增加了播前底墑的變異幅度，主要是來自于上季施磷肥引起作物耗水不同的影響。本試驗開始于2012年7月，2012—2013年度播種期3 m內(nèi)土壤水分未受上季作物施磷量的影響，而2013—2016年，施磷與未施磷肥相比，可能由于上茬作物耗水，均降低了播種期3 m土壤蓄水量，且2013—2014和2014—2015年施磷量225 kg·hm-2時最低，分別較不施磷肥降低了8—11 mm和14—17 mm，2015—2016年施磷量300 kg·hm-2時最低，較不施磷肥降低了17—18 mm?？梢?，過量施用磷肥促進小麥生長的同時，導致生育期內(nèi)對土壤水分的消耗較多，降低土壤水分。

表5 休閑期深松的土壤蓄水效率

SSBSFP：休閑初期土壤蓄水量；PFP：休閑期降雨量；SSESFP：播種期土壤蓄水量；CV：變異系數(shù)；WSE：休閑期土壤蓄水效率。同列不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。下同

SSBSFP: Soil storage of 0-300 mm beginning stage during fallow period; PFP: Precipitation during fallow period; SSESFP: Soil storage of 0-300 mm at sowing stage; CV: Variable coefficient; WSE: Water storage efficiency during fallow period. Values followed by different small letters within a column are significant difference at 0.05 level. The same as below

2.3 磷肥對旱地小麥周年土壤蓄水量的影響

隨時間推移，周年0—300 cm土壤蓄水量表現(xiàn)為先升后降而后有所回升（2012—2013年、2015—2016年）、先升后降（2013—2014年、2015—2016年）的變化趨勢，后期趨勢不同主要由于2012—2013年和2015—2016年開花至成熟階段有效降水較多所致，但均在播種期達峰值（圖1）。隨施磷年限增加，旱地小麥各生育時期各施磷量處理間的0—300 cm土壤水分差異越來越大。施磷量在0—225 kg·hm-2范圍時，2012—2013年，開花期和成熟期0—300 cm土壤水分以施磷量150 kg·hm-2時最低，但播種至拔節(jié)期土壤水分受施磷量影響不明顯；2013—2014年，休閑期土壤水分以施磷量150 kg·hm-2時顯著最低，可能由于上季成熟期土壤水分差異所致，而播種—成熟期土壤水分受施磷量影響不明顯；2014—2015年和2015—2016年，越冬—成熟期土壤水分以施磷量150 kg·hm-2時顯著最低。說明，長期施磷肥由于作物耗水，會導致土壤水分降低。

數(shù)據(jù)為2012—2016年4年數(shù)據(jù)深松和對照二者平均值。PH：收獲后；SS：播種期；PS：越冬期；JS：拔節(jié)期；AS：開花期；MS：成熟期

2.4 磷肥對旱地小麥周年耗水的影響

2012—2013年，施磷對休閑期農(nóng)田耗水幾乎無影響，增加了生育期作物耗水量，其中施磷量150 kg·hm-2時最高，差異顯著，周年耗水與生育期作物耗水表現(xiàn)一致；2013—2014年，施磷增加了休閑期農(nóng)田耗水，以施磷量150 kg·hm-2時最高，且與其他處理間差異顯著，而生育期作物耗水變化不明顯，最終周年耗水增加，且施磷量150 kg·hm-2與未施磷肥處理差異顯著；2014—2015年和2015—2016年，施磷對休閑期農(nóng)田耗水的影響較小，但增加了生育期作物耗水，最終周年耗水也增加，且施磷量150 kg·hm-2與未施磷肥處理差異顯著?？梢?，長期施磷肥，不利于周年土壤水分的平衡，主要由于作物耗水的增加（表6）。

2.5 休閑期耕作和磷肥對旱地小麥產(chǎn)量的貢獻

休閑期深松較對照可實現(xiàn)增產(chǎn)，雨水較多年份（2014—2015年）增產(chǎn)明顯，雨水較少年份（2012— 2013年、2015—2016年）略有增產(chǎn)（表7）。2012—2013年、2015—2016年在不施磷肥條件下休閑期深松對產(chǎn)量的貢獻最大，而2013—2014年在施磷量75 kg·hm-2條件下休閑期深松對產(chǎn)量的貢獻最大，2014—2015年在施磷量225 kg·hm-2條件下休閑期深松對產(chǎn)量的貢獻最大。休閑期采用深松，播前每多蓄1 mm水分可增產(chǎn)2—31 kg·hm-2。

施磷肥可實現(xiàn)增產(chǎn)，增加施磷量，磷肥對產(chǎn)量的貢獻降低，且施磷量225 kg·hm-2與其他兩處理間差異顯著，2013—2014年休閑期深松和2014—2015 年休閑期深松和對照條件下，施磷量75 kg·hm-2與150 kg·hm-2處理間差異顯著（表7）。總之，在施磷量0—150 kg·hm-2范圍內(nèi)，每多施1 kg·hm-2磷肥可增產(chǎn)2—13 kg·hm-2，并且休閑期深松的增產(chǎn)效果高于磷肥的增產(chǎn)效果。

表6 磷肥對旱地小麥耗水量的影響

數(shù)據(jù)為2012—2016年4年深松和對照二者數(shù)據(jù)的平均值。FWCFP：休閑期農(nóng)田耗水量；CWCGP：生育期作物耗水量；AWC：周年耗水量

The data is average of SS and CK for the four years of 2012-2016. FWCFP: Field water consumption during fallow period; CWCGP: Crop water consumption; AWC: Annual water consumption

表7 休閑期耕作和磷肥對旱地小麥產(chǎn)量的貢獻

3 討論

3.1 休閑期耕作的土壤蓄水效率

黃土高原旱作麥區(qū)夏季休閑期7—9月降水較多，占全年降水量的50%以上，此期降水是土壤水分恢復的關鍵時期，決定著播前底墑的高低，因此前人通過休閑期耕作將降水蓄保于土壤中。侯賢清等[22]在寧夏半干旱地區(qū)研究表明，休閑期深松能有效蓄雨保墑，提高旱地麥田播前0—200 cm土壤蓄水量，提高蓄水效率13%；付增光等[23]在渭北旱塬研究表明，休閑期留茬覆蓋、深松可蓄積旱地麥田50%的休閑期降水，提高0—200 cm播前底墑76.2 mm。毛紅玲等[24]在渭北旱塬研究表明，休閑期深松較翻耕可提高旱作麥田0—300 cm土壤蓄水量21 mm。本研究結果表明，夏季休閑土壤水分在一定程度上得到恢復，土壤蓄水效率達20%—86%；休閑期深松較對照可提高土壤蓄水效率，提高0—300 cm播前底墑24—90 mm，且休閑期降水較少的年份深松蓄水效果更明顯。本研究團隊多年圍繞旱地麥田休閑期深松蓄水效果進行研究，均表明休閑期深松有利于改善播前底墑，實現(xiàn)旱地小麥適時播種[25-28]。

3.2 磷肥對土壤蓄水量、耗水、產(chǎn)量和水分效率的影響

不合理的施肥會引起作物對土壤水分的過度消耗，從而形成干土層[29]。危峰等[30]在黃土高原地區(qū)連續(xù)22年的研究結果表明，單施磷肥降低了多年平均產(chǎn)量、降低了水分的消耗和利用，使播前0—300 cm土壤儲水量高于對照。而氮磷肥與有機肥配合的增產(chǎn)效果最好，對水分的消耗和利用最大，播前0—300 cm土壤儲水量最低。本研究結果表明，在有機肥1 500 kg·hm-2、施氮量150 kg·hm-2配施不同磷肥條件下，由于施磷肥后作物耗水加大，降低了0—300 cm土壤蓄水量，且年限越長各處理間的土壤水分差異越大，這與前人研究結果一致。本研究結果還表明，夏季休閑雖可在一定程度上使土壤水分恢復，但長期施磷加大了作物消耗和利用水分而不利于周年土壤水分的平衡。本研究團隊多年研究表明，休閑期深翻覆蓋可通過大幅降低休閑期農(nóng)田耗水來維持周年水分平衡[31]，而對于休閑期耕作改善底墑后配施肥料對周年水分平衡研究還較少。

施用適宜磷肥有明顯的增產(chǎn)效果[32]。張少民等[33]在陜西旱作麥區(qū)研究表明，施磷有利于提高成穗率，進而提高小麥產(chǎn)量，但過量施磷對產(chǎn)量并沒顯著影響。李慧成等[34]在陜西長武縣研究表明，在土壤耕層有效磷3 mg·kg-1、施氮量90 kg·hm-2基礎上，長期施磷（定位試驗20年）提高旱地小麥產(chǎn)量48.41%—73.67%。李廷亮等[35]在晉南旱作麥區(qū)研究表明，在施磷量0—120 kg·hm-2范圍內(nèi)，隨施磷量增加，小麥籽粒產(chǎn)量增加，但施磷量180 kg·hm-2出現(xiàn)輕度減產(chǎn)。孟曉瑜等[36]在渭北旱塬5年定位試驗研究表明，在土壤耕層速效磷15 mg·kg-1條件下，施磷量0—100 kg·hm-2時，顯著提高冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率，超過100 kg·hm-2時提高不明顯。本研究結果表明，在土壤耕層有效磷14.61 mg·kg-1、施氮量150 kg·hm-2基礎上，全年降水量400—600 mm時，長期施磷可提高產(chǎn)量11%—26%，4年平均結果表明該區(qū)施磷量為150 kg·hm-2時，可獲得較高的產(chǎn)量、水分利用效率，超過150 kg·hm-2時反而有所下降。這與前人研究的“適宜施磷量有利于增產(chǎn)”結果一致，而不同地區(qū)因土壤肥力和降水量的差異，導致適宜施磷量不同。

3.3 休閑期耕作蓄水和磷肥對產(chǎn)量和水分效率的影響

適宜的水分和磷素配合可滿足小麥物質生產(chǎn)過程中對水分和營養(yǎng)元素的需求，達到以水促磷和以磷調水的目的，增加冬小麥穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量，而缺水高磷組合或高水低磷組合均不利于小麥生長發(fā)育，其產(chǎn)量與水分利用效率也較低[37]。沈玉芳等[38]研究表明，磷素能改善植株水分狀況，降低對干旱的敏感性、提高耐旱能力。張歲岐等[39]研究表明，磷素有利于提高小麥底墑利用率和增加對土壤深層水的利用能力，最終提高水分利用效率和產(chǎn)量。梁銀麗等[40]研究表明，隨水分脅迫的加重，施磷肥的效果越好。本研究結果表明，播前0—300 cm土壤底墑414—546 mm配施磷肥150 kg·hm-2，底墑556—607 mm配施磷肥75 kg·hm-2可實現(xiàn)產(chǎn)量、水分利用效率同步提高。說明，底墑較差時應適量增加施磷量，底墑較好時應適量減少施磷量。這與前人研究結果相似。

作物年際間的變異遠大于不同處理間的變異[41]，亦有研究表明，連續(xù)5年定位試驗磷肥對產(chǎn)量的影響大于底墑的影響，對水肥利用效率的影響小于底墑的影響[36]。本研究測驗顯示，年份對產(chǎn)量和水分利用效率影響最大，耕作和磷肥對產(chǎn)量、水分利用效率也有一定影響，耕作對產(chǎn)量的影響大于磷肥，磷肥對水分利用效率的影響大于耕作。此外，增產(chǎn)效果與測驗規(guī)律一致，深松蓄水的增產(chǎn)效果大于磷肥。這與孟曉瑜等[36]研究結果不一致，還需進一步總結驗證。

4 結論

夏季降水有利于旱地麥田水分恢復，在休閑期采用深松可蓄積休閑期降水，改善底墑；播前施磷增加了小麥耗水，降低了土壤水分，從而影響下季旱地麥田底墑；但休閑期深松和磷肥對產(chǎn)量均有一定的貢獻，且休閑期深松的增產(chǎn)效果大于磷肥。最終，播前0—300 cm底墑550 mm以下配施磷肥150 kg·hm-2，底墑550 mm以上配施磷肥75 kg·hm-2時可實現(xiàn)產(chǎn)量、水分利用效率同步提高。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Effects of Sub-Soiling in Fallow Period and Phosphorus Fertilizer on Yield and Water Use Efficiency in Dry-Land Wheat

REN AiXia, SUN Min, WANG PeiRU, XUE LingZhu, LEI MiaoMiao, XUE JianFu, GAO ZhiQiang

(College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi)

【】To cope with the drought, lower water storage and unreasonable fertilization of dry-land wheat in the Loess Plateau, the best technology way of water conservation of sub-soiling at fallow period and phosphorus fertilization at sowing stage of dry-land wheat was explored. 【】Field experiments were carried out from 2012 to 2016 in Qiujialing village, Wenxi, Shanxi, the main plots were dealt with two tillage methods of sub-soiling and no tillage during fallow period, the subplots were dealt with six pure phosphorus fertilization amount of 0, 75,150, 225, 300, 375 kg·hm-2,in order to make clear the effect of sub-soiling during fallow period and phosphorus fertilization on yield, water use efficiency of dry-land wheat in different years. 【】The results showed that soil storage efficiency was improved by 20%-86% during fallow period. Under sub-soiling during fallow period, soil water storage of 3 m soil layer was improved by 24-90 mm significantly, spike number was improved by 1%-18%, yield was improved by 3%-25%, water use efficiency was improved by 4%-20% in 2012-2013. The results also showed that phosphorus levels affected dry-land wheat soil water storage of 0-300 cm soil layer, which was the lowest at 150 kg P·hm-2under the range of 0-225 kg·hm-2phosphorus amount, and was decreased under the long-term phosphorus application (4 year positioning test), and the difference was significant the fourth year. The difference of soil water because of different water consumption of phosphorus wasrestored through precipitation during fallow period, in the third and fourth year, soil moisture is not balanced, annual soil water consumption was different between phosphorus of 150 kg·hm-2and0. In the end, with the phosphorus fertilizer amount (0-225kg·hm-2) increasing, average yield and WUE of four years were largest under phosphorus of 150 kg·hm-2, and the differences of yield were significant among different treatments, differences of WUE were significant between 150 kg·hm-2and0.In addition, thevalue test showed that years had the greatest influence on yield and water use efficiency, the yield increase effect of sub-soiling was higher than that of phosphorus fertilizer. The sowing water storage of 0-300 cm layer with more than 550 mm combined with the phosphorus amount of 75 kg·hm-2, or below 550 mm combined with the phosphorus amount of 150 kg·hm-2, made the spike number, yield and WUE higher. 【】Sub-soiling during fallow period is conducive to the accumulation of the precipitation and the improvement of the sowing water storage. Phosphorus fertilizer increased soil water consumption of dry-land wheat, decreased soil water storage of 0-300 cm during growth stages, increased annual water consumption. Yield was increased by 2-31 kg·hm-2with increase of 1 mm water storage of sub-soiling during fallow period,yield increased by 2-13 kg·hm-2with increase of 1 kg·hm-2phosphorus amount. The sowing water storage below 550 mm of 0-300 cm combined with the phosphorus amount of 150 kg·hm-2, or the sowing water storage more than 550 mm combined with the phosphorus amount of 75 kg·hm-2could achieve higher yield, water and fertilizer efficiency.

dry-land wheat; sub-soiling during fallow period; phosphorus fertilizer; yield; water use efficiency

10.3864/j.issn.0578-1752.2017.19.005

2017-06-14；接受日期：2017-08-15

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項（CARS-03-01-24）、山西省科技創(chuàng)新團隊項目（201605D131041）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費（201303104）、山西省科技攻關項目（20140311008-3）、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項（201503120）、國家科技支撐計劃項目（2015BAD23B04）、山西省回國留學人員重點科研資助項目（2015-重點4）、山東省回國留學人員科研資助項目（2017-068）、晉中市科技計劃項目（Y172007-2）

任愛霞，E-mail：rax_renaixia@163.com。通信作者高志強，E-mail：gaozhiqiang1964@126.com