景豆豆，楊曉曉，楊珍平，張春來，高志強(qiáng)

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

隨著社會(huì)發(fā)展，糧食需求日益擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)作物可持續(xù)高產(chǎn)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1，2]。在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中，施用肥料是必不可少的措施之一，施肥水平與作物生產(chǎn)價(jià)值指標(biāo)之間有著密切的關(guān)系，二者呈正相關(guān)[3]。華北平原是中國小麥主產(chǎn)區(qū)，該地區(qū)過量施肥現(xiàn)象普遍，不僅對(duì)提高產(chǎn)量無益，還造成土壤硝態(tài)氮淋失[4]。因此合理施用肥料、優(yōu)化小麥冠層結(jié)構(gòu)對(duì)提高產(chǎn)量、減少農(nóng)業(yè)面源污染、促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。近年來，有關(guān)于施肥對(duì)土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量的研究報(bào)道不少[5，6]，從區(qū)域差異、土壤類型等方面分析，得到的結(jié)論也不完全相同。在西北半干旱地區(qū)，尚成柏等[7]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)無機(jī)肥配施不僅可以增加春小麥植株的營養(yǎng)成分含量，而且可以達(dá)到良好的增產(chǎn)效果。程?hào)|娟等[8]通過結(jié)合施用有機(jī)肥與無機(jī)肥，結(jié)果表明土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量都具有顯著的提高。朱小梅等[9]施用生物菌肥，使土壤有效磷、有效鉀及有機(jī)質(zhì)含量增加21.3%～128.0%，顯著高于施用化肥處理。相關(guān)研究表明，全量秸稈灰配施生物菌肥與半量秸稈灰配施生物菌肥處理增產(chǎn)效果最明顯，與對(duì)照相比，增幅分別為66.2%和70.9%[10]。李敏等[11]認(rèn)為，與未施用生物菌肥相比，生物菌肥沖施可使黃瓜土壤蔗糖酶活性增加29.02%。綜上所述，關(guān)于綜合比較多種不同氮磷鉀配比肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥、緩釋肥、生物有機(jī)肥或生物菌肥的研究較少。本研究擬結(jié)合前人相關(guān)研究[12，13]，以山西運(yùn)城地區(qū)旱地小麥復(fù)播玉米試驗(yàn)田為研究對(duì)象，通過研究8種不同的肥料種類對(duì)旱地小麥植株干物質(zhì)積累、收獲產(chǎn)量及土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量的影響，從而為合理施肥、在高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)提高土壤肥力提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)所在地為山西省運(yùn)城市垣曲縣長直鄉(xiāng)魯家坡村十傾園。垣曲縣位于山西省南部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°31′～112°10′，北緯35°00′～35°39′。暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季雨量集中，秋季常有短時(shí)連陰雨出現(xiàn)，冬季少雪干燥，小氣候差異明顯。年平均日照時(shí)數(shù)2 026.2 h，年平均氣溫13.5 ℃，年積溫4 900 ℃，平均無霜期236 d，熱量資源較充足。年均降水量600～800 mm，一般集中在5～9月份。年蒸發(fā)量1 200 mm。

試驗(yàn)區(qū)土壤類型為褐土性的紅立黃土，土層深厚，質(zhì)地適中。在播種冬小麥前，測得0～40 cm耕層土壤養(yǎng)分含量分別為：有機(jī)質(zhì)7.71～12.81 g·kg-1，堿解氮51.5～76.1 mg·kg-1，速效磷5.10～11.26 mg·kg-1，速效鉀92.5～132.0 mg·kg-1。

1.2 供試小麥品種

煙農(nóng)21，冬性、中晚熟、多穗、分蘗力強(qiáng)、抗倒性能力強(qiáng)，小麥種子由山西省侯馬市金色農(nóng)田農(nóng)業(yè)科技市場有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年10月至2016年6月，在山西省運(yùn)城市垣曲縣長直鄉(xiāng)魯家坡村十傾園小麥復(fù)播夏玉米田進(jìn)行。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)8個(gè)肥料處理(表1)，分別是4種NPK復(fù)合肥、1種生物有機(jī)肥、1種氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥、1種高濃縮有機(jī)無機(jī)復(fù)合緩釋肥、1種微生物菌劑，以不施肥為對(duì)照(CK)，合計(jì)9個(gè)小區(qū)(表2)。每個(gè)小區(qū)種植666.7 m2，重復(fù)3次，共計(jì)小區(qū)27個(gè)，合計(jì)面積18 000.9 m2。2015年10月9日播種。播前，前茬玉米秸稈全量粉碎深翻還田，深翻深度40 cm，再按照表1肥料用量進(jìn)行人工撒肥，旋耕整地；然后機(jī)械化條播小麥，行距20 cm，播量10 kg·hm-2666.7 m-2。生育期間及時(shí)除草、除蟲。于小麥關(guān)鍵生育時(shí)期(返青期3月1日、拔節(jié)期4月10日、抽穗期5月4日)取樣，在每個(gè)小區(qū)取樣3株，分袋裝好，進(jìn)行植株干物質(zhì)積累量及其它農(nóng)藝性狀的測定；同時(shí)每個(gè)處理選擇3個(gè)點(diǎn)，垂直根際分層取土(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)，所獲土樣裝入滅菌塑封袋，待測土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性；成熟期，各個(gè)肥料處理分別選擇3個(gè)固定樣段，每個(gè)樣段面積1 m2，進(jìn)行產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)測定。

表1 供試肥料Table 1 The tested fertilizers

表2 供試肥料及養(yǎng)分用量Table 2 The test fertilizers and nutrient dosage

1.4 各項(xiàng)指標(biāo)的測定方法

植株干物質(zhì)積累量測定：將樣品植株在105 ℃殺青后，于80 ℃烘至恒重，稱其干重。

產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)測定：調(diào)查株高、單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重。

土壤樣品處理方法：將所獲土樣充分混勻，放在陰涼通風(fēng)處風(fēng)干、研磨，備用。

土壤養(yǎng)分含量的測定[14]：土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量的測定分別采用重鉻酸鉀容量法、堿解擴(kuò)散法、0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法、火焰光度法。考慮到試驗(yàn)田鉀含量相對(duì)充足，因此沒有作為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行測定。

土壤酶活性的測定[15]：土壤脲酶、堿性磷酸酶、蔗糖酶活性分別采用靛酚比色法、磷酸苯二鈉比色法、3，5-二硝基水楊酸比色法。

1.5 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)采用EXCEL軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用DPS7.05數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析，采用SAS軟件進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥種類對(duì)旱地小麥干物質(zhì)積累量的影響

施用不同類型肥料對(duì)小麥春季生長期干物質(zhì)積累的影響如圖1所示。

圖1 不同施肥處理的小麥單株干物質(zhì)積累Fig.1 Dry matter accumulation of each wheat in different fertilization treatments注：小寫字母不同表示同一指標(biāo)不同處理差異顯著(P<0.05)。下圖同。Note: Different lowercase letters show significant difference of different treatments at the 0.05 lever in the same index. The same Selow.

(1)在返青期，含N低的NPK復(fù)合肥F5(N-P2O5-K2O=16-20-6)和氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥F4(N-P2O5-K2O≥16%，有機(jī)質(zhì)≥20%)，以及含黃腐殖酸鉀的F6(微生物菌劑，活性有機(jī)質(zhì)≥60%)與F7(高濃縮緩釋肥)處理的小麥植株干物質(zhì)積累，顯著低于含N量高的NPK復(fù)合肥F2(N-P2O5-K2O=25-15-5)、F3(N-P2O5-K2O=20-10-10)、F1(N-P2O5-K2O=28-10-7)和含較多有效活性菌及有機(jī)質(zhì)(有效活性菌≥20億·g-1，有機(jī)質(zhì)≥40%)的生物有機(jī)肥F8處理，說明含N高的NPK復(fù)合肥或有機(jī)質(zhì)含量高的生物有機(jī)肥均有利于冬前干物質(zhì)積累；而F6和F7中的黃腐殖酸是一種從天然腐植酸中提取的短碳鏈分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)，具有高負(fù)載量及生理活性，它通過螯合常量及微量營養(yǎng)物質(zhì)使其緩慢釋放，從而更好地為植物利用，因而施用F6和F7肥料后的小麥植株冬前干物質(zhì)積累相對(duì)較低；(2)進(jìn)入拔節(jié)期，除F2、F3、F8處理的小麥植株干物質(zhì)積累略有降低外，其余處理的干物質(zhì)積累均有所增加，其中增加幅度最大的處理是F4(增加145.2%)，其次是F6、F5、F7和F1，增加幅度介于33.2%～19.7%之間；說明返青至拔節(jié)期植株地上部生長緩慢，吸收利用速效性N較少，且由于有機(jī)肥礦化分解需要一個(gè)過程，因此其養(yǎng)分釋放緩慢，從而影響植株吸收其養(yǎng)分，但可能吸收利用速效性P(F5)較多，在促根的同時(shí)促莖葉生長，而氨基酸肥(F4)和黃腐殖酸鉀肥(F6、F7)這兩種緩效肥則可能易被根系吸收，因而有一定的地上部干物質(zhì)積累，關(guān)于不同肥料處理下小麥植株NPK吸收情況將在后續(xù)研究中進(jìn)一步探討；(3)隨生育時(shí)期進(jìn)入拔節(jié)至抽穗的春季生長高峰期，各處理小麥植株干物質(zhì)積累均急劇增加，依次為F3(205.7 %)、F8(177.3 %)、F1(162.7 %)、F4(137.3 %)、F7(119.7 %)、F6(107.4 %)、F2(72.0 %)和F5(40.0 %)，進(jìn)一步說明緩釋肥、生物有機(jī)肥的肥效后效及養(yǎng)分持續(xù)吸收利用性，同時(shí)說明N對(duì)地上部莖葉生長的促進(jìn)作用，而含N低、含P高的NPK復(fù)合肥F5(N-P2O5-K2O=16-20-6)不利于拔節(jié)后至抽穗期植株的營養(yǎng)生長；整體來看，各時(shí)期的小麥干物質(zhì)積累量差異性顯著(P<0.05)；在返青期F2施肥處理小麥干物質(zhì)積累量最高，其次是F3和F8施肥處理，F(xiàn)4、F5、F6、F7施肥處理小麥干物質(zhì)積累量相對(duì)較低，且各處理之間的差異性均不顯著(P≥0.05)；拔節(jié)期和抽穗期，F(xiàn)4施肥處理較有利于小麥干物質(zhì)積累，其次是F1、F3、F8施肥處理，F(xiàn)6、F7施肥處理的差異性均不顯著(P≥0.05)。值得指出的是，氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥F4處理在小麥植株吸收利用方面表現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性，干物質(zhì)累積量最高。整體就干物質(zhì)積累而言，與不施肥CK處理相比，F(xiàn)4的植株干物質(zhì)積累最高，其次是F1、F3、F8處理，F(xiàn)2與CK接近，

其余處理均不及CK。

2.2 施肥種類對(duì)旱地小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

從收獲時(shí)單株及單位面積產(chǎn)量來看(表3)，除單位面積總穗數(shù)外，不同的肥料種類在其它各項(xiàng)指標(biāo)內(nèi)差異性均為顯著水平(P<0.05)。以對(duì)照CK為參比，株高在54 cm以上的處理有：F4、F1、F2、F3、F5、F8，其中F1、F2、F4肥料處理的效果最佳，其次是F3肥料處理，F(xiàn)5、F8肥料處理之間差異不顯著(P≥0.05)；單株地上部干重和單穗粒重均為F3肥料處理效果最佳，其次是F4肥料處理；單株地上部生物產(chǎn)量達(dá)到2.40 g以上、單穗粒重達(dá)到1.10 g以上(與CK處理相比)的處理均是：F3、F4、F1、F8；單位面積總穗數(shù)高于CK處理的的肥料種類有：F5、F2、F4；千粒重高于45 g(CK處理)以上的肥料種類有：F1、F8、F3、F2、F5、F7；實(shí)際收獲籽粒產(chǎn)量達(dá)到2 650 kg·hm-2以上的處理是：F4、F3、F1，且F4肥料處理的籽粒產(chǎn)量最高，其次是F3、F1、F5、F8肥料處理，F(xiàn)2、F6肥料處理之間差異性不顯著(P≥0.05)。

表 3 不同施肥處理的小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)Table 3 The wheat yield and yield structure of different fertilization treatments

研究表明，籽粒產(chǎn)量一部分來源于開花前營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)，一部分來源于花后籽粒光合產(chǎn)物積累[16、17]。結(jié)合圖1可知，含黃腐殖酸鉀的菌肥或高濃縮緩釋肥處理的小麥植株前期積累營養(yǎng)不足，相應(yīng)地后期成穗數(shù)、穗粒重偏低，產(chǎn)量偏低；而含N低、含P高的NPK復(fù)合肥F5(N-P2O5-K2O=16-20-6)雖然前期植株?duì)I養(yǎng)積累也不足(圖1)，但后期成穗數(shù)(268.7×104·hm-2)、穗粒重(48.0 g)相對(duì)較高，可能與肥料含P高、促進(jìn)作物吸P、進(jìn)一步提高成穗率增加穗粒重有關(guān)；生物有機(jī)肥處理F8在前期植株?duì)I養(yǎng)積累與后期穗粒重增加上均具有一定的潛力；總體來看，既能保證前期營養(yǎng)積累，又可獲得后期足夠的成穗數(shù)與穗粒重的肥料處理是氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥F4(N-P2O5-K2O≥16 %，有機(jī)質(zhì)≥20 %)和NPK含量均較高的NPK復(fù)合肥處理F3(N-P2O5-K2O=20-10-10)，其次是NP含量均較高的NPK復(fù)合肥處理F1(N-P2O5-K2O=28-10-7)和F2(N-P2O5-K2O=25-15-5)。

2.3 施肥種類對(duì)旱地小麥土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量垂直分布的影響

通過測定各處理小麥返青期、拔節(jié)期、抽穗期的土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量，發(fā)現(xiàn)各處理在三個(gè)時(shí)期的整體變化趨勢一致，因此，本文選擇抽穗期的數(shù)據(jù)作分析。土壤酶活性見圖2，土壤養(yǎng)分含量見圖3。

圖2 不同施肥處理小麥土壤脲酶(A)、堿性磷酸酶(B)、蔗糖酶(C)活性垂直分布Fig.2 Vertical distribution of urease(A)、sucrose(B)、alkaline phosphatase(C) activity in rhizosphere soil of wheat under different soil layers.注：小寫字母不同表示同一土層不同肥料差異顯著(P<0.05)，下圖同。Note: Different lowercase letters show significant difference at the 0.05 lever in same soil layer under different soil fertilizers (P<0.05). The same as below.

圖3 不同施肥處理小麥土壤堿解氮(A)、速效磷(B)、有機(jī)質(zhì)(C)含量垂直分布Fig.3 Vertical distribution of available nitrogen(A)、available phosphorus(B)、organic matter(C) content in wheat rhizosphere soil under different soil layers

從圖2(A、B、C)看出，在0～100 cm土層，以耕層0～20 cm的土壤酶活性最高，隨著土層深度的加深，土壤脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶活性總體呈逐漸降低趨勢，說明耕層土壤是根系及土壤理化微生物活躍區(qū)。分析耕層0～20 cm的土壤酶活性，發(fā)現(xiàn)與CK處理比較，除含黃腐殖酸鉀的微生物菌劑F6處理的脲酶、蔗糖酶活性與CK接近、堿性磷酸酶略高于CK外，其余所有肥料處理均明顯提高旱地小麥土壤3種酶活性(P<0.05)；其中，脲酶活性較高的處理依次是F1>F2>F7>F8>F3>F4>F5；堿性磷酸酶活性較高的處理依次是F1>F7>F2>F3>F8>F4>F5；蔗糖酶活性較高的處理依次是F1>F2>F3>F7>F4>F8>F5。

如圖3所示，在0～100 cm土層，堿解氮含量呈低-高-低-低-低的變化趨勢，20～40 cm土層含量最高，60 cm以下土層降低幅度較大；速效磷含量呈高-低-低的變化趨勢，0～20 cm土層含量最高，40 cm以下土層降低幅度平緩；而有機(jī)質(zhì)含量在0～20 cm土層最高，20～60 cm土層降低幅度較小，60 cm以下土層降低幅度較大。堿解氮含量在20～40 cm最高的原因可能與秸稈還田深翻在40 cm土層有關(guān)。同樣以養(yǎng)分含量最高的土層(堿解氮20～40 cm，速效磷和有機(jī)質(zhì)0～20 cm)來看，以CK做參比，結(jié)果，與土壤酶活性的表現(xiàn)一致，除含黃腐殖酸鉀的微生物菌劑F6處理的3種養(yǎng)分含量或者與CK接近、或者比CK略高外，其余所有肥料處理均明顯提高旱地小麥土壤堿解氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)；其中，堿解氮含量從高到低依次是：F1>F2>F3>F7>F8>F4>F5；速效磷含量依次是F2>F1>F4>F7>F8>F3>F5；有機(jī)質(zhì)含量依次是F7>F4>F8>F1>F2>F3>F5。若以0～20 cm土層分析堿解氮，則F7、F8肥料對(duì)0～20 cm土層的土壤堿解氮含量的提高最有益，其次是F5。

2.4 旱地小麥植株及根土系統(tǒng)建成的主要指標(biāo)分析

為了精準(zhǔn)闡明不同肥料處理對(duì)旱地小麥植株及根土系統(tǒng)建成的影響，對(duì)抽穗期地上部植株干重、0～20 cm土層的3個(gè)土壤酶活性和3個(gè)土壤養(yǎng)分含量以及收獲期籽粒產(chǎn)量共8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析(表4)，結(jié)果表明：土壤酶之間、土壤酶與土壤養(yǎng)分之間均呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01，P<0.001)正相關(guān)(堿解氮與蔗糖酶除外)；收獲期籽粒產(chǎn)量與抽穗期地上部植株干重呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)。

根據(jù)相關(guān)系數(shù)進(jìn)一步對(duì)上述8個(gè)指標(biāo)做主成分分析(表5、圖4 A、圖4B)，結(jié)果表明：第1、第2主成分的特征值均大于1，且累積貢獻(xiàn)率達(dá)到88.00%，而第3主成分的特征值小于1，貢獻(xiàn)率僅7%，因此第1、第2主成分占據(jù)了所有數(shù)據(jù)變化的88%以上的變異，可以進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。結(jié)合表4、圖4 A看出，第一個(gè)主成份的值同8個(gè)指標(biāo)均成正相關(guān)，其中載荷值較大的指標(biāo)依次是堿性磷酸酶、脲酶、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶、速效磷、堿解氮，而載荷值較小的指標(biāo)是地上部植株干重和籽粒產(chǎn)量，說明第一主成分反映的是土壤指標(biāo)，因此將其命名為土壤指數(shù)。同理，將第2主成分命名為植株指數(shù)，且載荷值較大的植株指標(biāo)與速效磷含量和蔗糖酶活性呈正相關(guān)，而與堿解氮含量和堿性磷酸酶活性呈負(fù)相關(guān)，說明籽粒產(chǎn)量和植株干重越高，土壤中殘留的速效磷含量和蔗糖酶活性越高，但土壤中殘留的堿解氮含量和堿性磷酸酶活性越低，而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量和脲酶活性的影響相對(duì)不大。

表4旱地小麥植株、土壤酶活性及土壤營養(yǎng)之間的相關(guān)性

Table4 The correlation coefficients among the dry land wheat plant, the wheat soil enzyme activity and rhizosphere nutrition

指標(biāo)Index堿解氮Availablenitrogen速效磷Availablephosphorus有機(jī)質(zhì)Organicmatter蔗糖酶Alkalinephosphatase磷酸酶Sucrose脲酶Urease植株干重Dryplantweight速效磷0295910000有機(jī)質(zhì)063690627610000蔗糖酶0482009268???06784?10000磷酸酶07906??07121?09192???07756??10000脲酶07270?07123?09005???07320?09416???10000植株干重-03360037970128303782005450105710000籽粒產(chǎn)量-04440020420123701995-010900022508823??

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01，***表示P<0.001。

Note: * shows significant difference at the 0.05 level,**shows significant difference at the 0.01 level,***shows significant difference at the 0.001 level.

表5、圖4B在第1主成分軸上，肥料F1(N:P2O5:K2O=28-10-7)與CK、微生物菌劑F6的作用明顯相反，說明含N高的NPK復(fù)合肥明顯提高了旱地小麥土壤肥力，而微生物菌劑F6對(duì)旱地小麥土壤肥力的提高作用不大；在第2主成分軸上，肥料F4、F3與F7的作用明顯相反，說明與高濃縮緩釋肥F7相比，氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥F4和N適量而PK含量高的NPK復(fù)合肥F3明顯提高了旱地小麥植株地上部生物產(chǎn)量及籽粒產(chǎn)量。從主成分圖看出，本試驗(yàn)中，生物有機(jī)肥F8對(duì)旱地小麥土壤肥力及植株產(chǎn)量沒有表現(xiàn)出應(yīng)有的潛力。為此，根據(jù)上述8個(gè)測定指標(biāo)對(duì)8個(gè)施肥處理與CK對(duì)照進(jìn)行最短距離聚類(圖5)，結(jié)果表明：最短距離為4.7時(shí)，可以將肥料處理分為兩大類，分別是Ⅰ(F1、F2、F3、F4、F7、F8)、Ⅱ(F5、F6、CK)；最短距離為3.8時(shí)，可以將第Ⅰ類進(jìn)一步劃分1(F1、F2、F3、F4)、2(F7、F8)兩類；最短距離為3.2時(shí)，繼續(xù)將第1類再劃分為a(F1、F2)、b(F3、F4)兩類，與主成分圖4B的結(jié)果相似。

圖4 測定指標(biāo)(A)和肥料處理(B)的主成分圖Fig.4 The principal component diagram of the determined index (A) and fertilizer treatments (B)

圖5 不同肥料處理的平均距離聚類圖Fig.5 The average distance clustering diagram of different fertilization treatments

3 討論

3.1 施肥種類對(duì)小麥干物質(zhì)積累及產(chǎn)量、產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

本研究結(jié)果表明，返青期各處理均有一定的干物質(zhì)積累，但返青到拔節(jié)干物質(zhì)積累增加幅度較小，甚至個(gè)別處理略有降低，而拔節(jié)至抽穗干物質(zhì)積累顯著提升，究其原因一方面是小麥生長有兩次高峰期，一次在冬前，一次在春季拔節(jié)-抽穗期；而另一方面則與降水季節(jié)分布不均有關(guān)。據(jù)垣曲降水資料(表略)表明，前茬玉米生長期間(2015年6-9月)當(dāng)?shù)亟邓?04.6 mm，而且在小麥播種前的10月1-9日降水量27.4 mm，土壤底墑充足，小麥播種出苗較好；播種后到冬前生長高峰期(10-11月)降水123.7 mm，因此各處理小麥均獲得一定的冬前干物質(zhì)積累；但在越冬期至拔節(jié)調(diào)查日(2015.11.26-2016.4.10)連續(xù)130多天干旱(降水僅25.8 mm)，嚴(yán)重限制了植株返青起身生長，影響了部分分蘗穗的形成，從而也直接導(dǎo)致后期收獲穗數(shù)偏低(多數(shù)處理不足2.5×104·hm-2)；從拔節(jié)調(diào)查日至抽穗調(diào)查日(2016年5月4日)及時(shí)降水41.4 mm，在一定程度上滿足了春季第二次生長高峰，因此植株干物質(zhì)積累有明顯提升；在整個(gè)灌漿期間(2016年5月4日-6月1日)降水充足(52.6 mm)，從而保證了籽粒干物質(zhì)積累(各處理千粒重至少在40 g以上)。由于產(chǎn)量結(jié)構(gòu)中起決定作用的因素首先是穗數(shù)，因此本試驗(yàn)中盡管后期粒重較高，但產(chǎn)量偏低(最高產(chǎn)量僅3 855.9 kg·hm-2)。因此，要使旱地小麥產(chǎn)量提高，首先必須保證一定的穗數(shù)。為此，后續(xù)研究將著力探討春季干旱期補(bǔ)充灌漿水研究。

表5影響小麥植株及根土系統(tǒng)建成的主成分分析

Table5 Principal component analysis of wheat plant and root system was affected

PRIN1PRIN2PRIN3指標(biāo)Index堿解氮02291速效磷-05964有機(jī)質(zhì)04143蔗糖酶-04479堿性磷酸酶01057脲酶02126植株干重01115籽粒產(chǎn)量03883肥料FertilizerF12871409659-11369F216634-02944-05637F3050391659601097F4039852090309186F5-11485-0477000079F6-31741-04666-05428F713806-2996101072F809502-0797512988CK-3445403156-01987特征值229056貢獻(xiàn)率/%297累積貢獻(xiàn)率/%8895

在降水限制的基礎(chǔ)上，根據(jù)植株干物質(zhì)累積和籽粒產(chǎn)量兩個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)可得，含有機(jī)質(zhì)的肥料明顯優(yōu)于不含有機(jī)質(zhì)的肥料，尤以F4氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥最好；其次是NPK復(fù)合肥F3(N-P2O5-K2O=20-10-10)和F1(N:P2O5:K2O=28-10-7)，說明在保證一定量的氮磷鉀養(yǎng)分基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加有機(jī)質(zhì)含量更有利于旱地小麥生長，且氨基酸肥更易被吸收利用貯存，因此可能起到以肥調(diào)水的作用。于淑芳等[18]認(rèn)為，與普通施肥相比，且肥料價(jià)格一致的情況下，氨基酸有機(jī)-無機(jī)復(fù)合肥(氮磷鉀配比為15-0-7和16-0-2)配合40%的氮磷鉀復(fù)合肥以及氨基酸有機(jī)-無機(jī)復(fù)合肥(氮磷鉀配比為15-6-4)單施都能明顯提高小麥千粒重和產(chǎn)量；周立峰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥處理較常規(guī)施肥，冬小麥增產(chǎn)范圍在10%～30%之間；史春余等[20]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥的小麥產(chǎn)量最高，分別比無肥對(duì)照和等氮、磷、鉀養(yǎng)分對(duì)照增產(chǎn)28. 31%和17. 14%，且為極顯著水平(P<0.01)。以上研究說明，施用有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥后小麥產(chǎn)量整體優(yōu)于單施無機(jī)肥，與本研究結(jié)果一致。單就NPK復(fù)合肥而言，PK含量適當(dāng)較高且等量的NPK復(fù)合肥(F3)既利于前期根莖生長積累干物質(zhì)，也利于后期籽粒干物質(zhì)積累；含氮量明顯較高的NPK復(fù)合肥(F1)僅次于F3，可能的原因是地上部莖葉生長主要與氮肥吸收有關(guān)[21]，而籽粒產(chǎn)量形成主要與灌漿期花前莖葉干物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)移量及花后籽粒光合產(chǎn)物積累量有關(guān)[22]，磷鉀肥的吸收則有助于灌漿期營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及籽粒粒重增加[23]。

3.2 施肥種類對(duì)旱地小麥土壤酶及土壤養(yǎng)分的影響

本研究結(jié)果表明，整體而言，試驗(yàn)中施用的各項(xiàng)肥料處理與CK處理相比，均有利于提高旱地小麥土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量，除F6肥料處理(含黃腐殖酸鉀的微生物菌劑)。可能是由于微生物菌劑需要一定的營養(yǎng)載體才能被活化從而發(fā)揮作用。同時(shí)，單施高配比的NPK復(fù)合肥F1、F2，氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥F4，緩釋肥F7，生物有機(jī)肥F8，均有利于提高土壤速效磷和有機(jī)質(zhì)含量；在0～20 cm土層中，單施緩釋肥F7和生物有機(jī)肥F8均有利于提高土壤堿解氮含量；而有利于提高旱地小麥土壤酶活性的肥料首先是F1(N-P2O5-K2O=28-10-7)，其次是F7(高濃縮緩釋肥)和F2(N-P2O5-K2O=25-15-5)。說明高氮比例復(fù)合肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥、高活性緩釋肥及生物有機(jī)肥均有利于土壤養(yǎng)分含量的提高，而土壤酶活性的提高則與高氮肥比例密切相關(guān)。

單季秸稈還田，汪軍等[24]研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)隨著氮肥用量的增加而增加，相較不施秸稈與氮肥的處理增加了3.7%～11.2%。董志新等[25]通過與無機(jī)肥處理相比，認(rèn)為沼渣有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥(類似于F7高濃縮緩釋肥，富含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)、微量營養(yǎng)元素、多種氨基酸、酶類和有益微生物)可不同程度提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量。孔濤等[26]研究發(fā)現(xiàn)，生物有機(jī)肥能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、總氮磷鉀和速效氮磷鉀含量，且隨著施肥量的增加而增大,與本研究結(jié)果類似。

關(guān)于肥料對(duì)于土壤酶活性的影響，前人研究結(jié)果概括為：隨施氮量增加，土壤脲酶與蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性增加[27]；施用控釋氮肥(緩釋肥的高級(jí)形式)有利于提高土壤酶活性、土壤養(yǎng)分利用及小麥籽粒產(chǎn)量，是優(yōu)化農(nóng)業(yè)施肥管理的有效措施[28]；用生物復(fù)混肥比等養(yǎng)分量的有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥處理能更顯著提高土壤微生物群落的豐富度和功能多樣性，從而增強(qiáng)土壤蔗糖酶和脲酶活性[29]；用3 600 kg·hm-2含豬糞的有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥替代70%的常規(guī)化肥施用量處理土壤，可作為培育高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系潛力的施肥措施之一[30]，而土壤微生物種群繁衍有助于提高土壤酶活性[31]。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果基本一致，但不同之處在于，本研究結(jié)果表明，有利于提高旱地小麥土壤活性的肥料首先是F1(N-P2O5-K2O=28-10-7)，其次是F7(高濃縮緩釋肥)和F2(N-P2O5-K2O=25-15-5)，可能的原因是前茬玉米秸稈還田首先需要消耗高量氮磷元素，通過秸稈腐解從而提高土壤酶活性?；谏鲜鲈?，生物有機(jī)肥F8處理、氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥F4處理可能皆因氮磷含量不足而導(dǎo)致在提高土壤酶活性方面沒有體現(xiàn)應(yīng)有的優(yōu)勢，該問題將在后續(xù)研究進(jìn)一步探討。

3.3 旱地小麥土壤酶活性、土壤營養(yǎng)與植株干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量的相關(guān)分析

土壤酶的總體活性反映土壤肥力水平[32、33]，土壤肥力水平是決定植株良好生長及高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。本研究的相關(guān)分析表明，旱地小麥植株干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量與土壤酶活性及土壤養(yǎng)分含量之間沒有明顯的相關(guān)性，但土壤養(yǎng)分含量與土壤酶活性兩兩之間多呈顯著或極顯著正相關(guān)，植株干物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。通過主成分分析，將土壤養(yǎng)分含量、土壤酶活性、植株干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量共8個(gè)指標(biāo)劃分為兩大類，第一主成分命名為土壤指數(shù)，包括土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量6個(gè)指標(biāo)，權(quán)重59%；第二主成分命名為植株指數(shù)，包括植株干物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量2個(gè)指標(biāo)，權(quán)重29%；與植株指數(shù)呈正相關(guān)的土壤指標(biāo)是土壤速效磷含量和蔗糖酶活性，而呈負(fù)相關(guān)的土壤指標(biāo)首先是堿解氮含量，因此建議從調(diào)控土壤速效氮磷含量及提高蔗糖酶活性方面著手來提高前期干物質(zhì)積累和后期籽粒產(chǎn)量，這與當(dāng)前化肥尤其氮肥減施、提高土壤固碳潛力的研究課題相一致。

4 結(jié)論

旱地小麥-玉米一年兩作區(qū)旱地麥田上，氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥F4、N適量而PK含量高的NPK復(fù)合肥F3(N-P2O5-K2O=20-10-10)、含N高的NPK復(fù)合肥F1(N:P2O5:K2O=28-10-7)均明顯提高了旱地小麥植株地上部干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量，相較于CK處理，對(duì)于小麥干物質(zhì)積累，F(xiàn)3肥料處理的增長率為57.17%，F(xiàn)4肥料處理對(duì)小麥產(chǎn)量的提高率為31.23%；F1、F2、F7、F8、F3、F4均明顯提高了旱地小麥土壤肥力，例如F1肥料處理對(duì)土壤酶活性的提高效果最佳，且分別對(duì)蔗糖酶、磷酸酶、脲酶活性的增長率為10.20%、22.89%、38.53%；F1肥料處理也較有利于土壤堿解氮、速效磷含量的增加，與CK處理相比，可分別增加13.73%、9.31%；對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量，F(xiàn)7肥料處理高于CK處理13.60%。因此，綜合考慮高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)與土壤肥力可持續(xù)性，肥料F4、F3、F1可用作單施基肥，建議考慮配合施用生物有機(jī)肥F8。緩釋肥F7與微生物菌劑F6需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

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