竇 露，謝英荷，李廷亮，李 超，黃 濤，柳玉鳳，紀(jì)美娟

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801）

我國(guó)小麥種植區(qū)有1/3 分布在旱地雨養(yǎng)農(nóng)田。晉南麥區(qū)是典型的黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)田區(qū)，降雨稀少且季節(jié)分配不均，水分和養(yǎng)分是限制旱地冬小麥產(chǎn)量效益的主要因素[1]。壟膜溝播是旱地麥田常見(jiàn)的覆蓋方式[2]，其能夠改善土壤水熱狀況，進(jìn)而影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化速率，具有穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的效果[3-4]。不同肥料類型對(duì)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化情況及作物產(chǎn)量效益也不同。大量研究表明，有機(jī)肥或生物菌肥有助于提高旱地作物產(chǎn)量和土壤可持續(xù)生產(chǎn)能力[5-6]。前人在褐潮土、紅壤[7]、南方赤紅壤[8]、黑土[9]、褐土區(qū)[10]、黃土高原黑壚土[11]等不同土壤類型上試驗(yàn)表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥長(zhǎng)期配施的小麥產(chǎn)量以及土壤生產(chǎn)力均顯著高于單施化肥，并且能夠促進(jìn)土壤水肥協(xié)調(diào)供應(yīng)，保持土壤肥力可持續(xù)性。生物有機(jī)肥是有機(jī)肥與生物菌劑混合而成的一種肥料，既有有機(jī)肥豐富的碳源，還可以調(diào)節(jié)根際微生物區(qū)系組成、礦化土壤難溶養(yǎng)分、提高肥料利用率，最終可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、質(zhì)雙增的效果[12-13]。

本研究運(yùn)用優(yōu)化施肥技術(shù)在黃土高原旱地冬麥區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，為明確壟膜溝播條件下不同施肥方式對(duì)小麥產(chǎn)量效益和水肥運(yùn)移狀況的影響，旨在為當(dāng)?shù)匦←湹母弋a(chǎn)高效環(huán)境友好施肥提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)位于山西省臨汾市洪洞縣冬小麥試驗(yàn)地，年平均氣溫在12.4 ℃左右，有效積溫3 326 ℃，年降雨量469.7 mm，其中，3/4 的降雨集中在7—9月。供試土壤質(zhì)地為石灰性褐土，2017年播前土壤耕層速效磷含量為12.8 mg/kg，速效鉀含量為176.8 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試冬小麥品種為晉麥47。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)處理，4 次重復(fù)。處理1 是農(nóng)戶施肥，施肥量為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶經(jīng)驗(yàn)施肥；處理2 是測(cè)控施肥，即采用“1 m 土層硝態(tài)氮監(jiān)控施肥，0～40 cm 土層磷、鉀衡量施肥”技術(shù)；處理3 是無(wú)機(jī)肥+ 有機(jī)肥，即在測(cè)控施肥基礎(chǔ)上進(jìn)行有機(jī)無(wú)機(jī)配施；處理4 是無(wú)機(jī)肥+生物有機(jī)肥，即在測(cè)控施肥基礎(chǔ)上進(jìn)行生物有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施。有機(jī)肥養(yǎng)分含量：N 1.36%，P2O52.71%，K2O 1.63%；生物有機(jī)肥所含菌液為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院課題組自制，菌種包括：固氮菌、溶磷菌、解鉀菌。處理2，3，4 遵循N，P2O5，K2O 等養(yǎng)分量施肥，其中處理 3 和 4 除使用一定量的有機(jī)肥和生物有機(jī)肥外，其余不足養(yǎng)分用無(wú)機(jī)化肥補(bǔ)齊。具體養(yǎng)分用量列于表1。

4 個(gè)處理的種植方式均為壟膜溝播，所有肥料均作為基肥在小麥播種前一次性施入各小區(qū)內(nèi)。試驗(yàn)區(qū)小麥播種時(shí)間為2017年9月30日，播種量為150 kg/hm2。小麥整個(gè)生育期除自然降雨外無(wú)灌溉，無(wú)追肥。

表1 養(yǎng)分用量kg/hm2

1.4 樣品采集與測(cè)定方法

分別于冬小麥播前（2017年9月） 和收獲（2018年6月）后，在各小區(qū)采集 0～200 cm 各土層的樣品，每20 cm 為一個(gè)土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室去除雜質(zhì)并過(guò)篩，新鮮土樣用于測(cè)定土壤含水量，風(fēng)干后的土樣用于測(cè)定土壤速效磷、土壤速效鉀含量。在小麥?zhǔn)斋@期（6月10日）選取3 m×20 m 樣方進(jìn)行收獲，脫粒計(jì)產(chǎn)。

土壤水分含量采用烘干法測(cè)定；土壤速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3法測(cè)定；土壤速效鉀含量采用1 mol/L NH4OAc 浸提，火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 和SPSS 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

其中，0～20，20～40，40～60，60～80 cm 土壤容重分別為 1.21，1.35，1.35，1.30 g/cm3，80～200 cm土層容重按1.36 g/cm3計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種優(yōu)化施肥方式對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量的影響

3 種優(yōu)化施肥方式對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量的影響結(jié)果如圖1所示，無(wú)機(jī)肥+生物有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥＋有機(jī)肥較農(nóng)戶施肥分別提高籽粒產(chǎn)量22.5%，17.5%，且差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）；分別提高地上部生物產(chǎn)量12.6%，13.2%，但差異不顯著（P＞0.05）；優(yōu)化施肥各處理收獲指數(shù)均略高于農(nóng)戶施肥，但差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 3種優(yōu)化施肥方式對(duì)旱地冬小麥0～200cm土層土壤蓄水量的影響

3 種優(yōu)化施肥方式下冬小麥播前、收獲0～200 cm 土層土壤蓄水量如圖2所示，經(jīng)過(guò)冬小麥整個(gè)生育期消耗，收獲期各處理0～200 cm 土層土壤蓄水量均有所降低，相比農(nóng)戶施肥，0～200 cm 土層土壤蓄水量無(wú)機(jī)肥+有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥＋生物有機(jī)肥分別增加5.0%，13.0%，這與ZHANG 等[13]的研究結(jié)果一致，說(shuō)明有機(jī)肥和生物有機(jī)肥均可以提高旱地土壤貯水量，提升水分利用效率。從整個(gè)土層蓄水量來(lái)看，播前到收獲各土層蓄水減少量主要集中在0～100 cm 土層，這是因?yàn)樾←湼祷顒?dòng)主要在0～100 cm 土層，吸取深層水分能力較弱。

2.3 3種優(yōu)化施肥對(duì)旱地冬小麥0～200cm土層土壤速效磷貯量的影響

經(jīng)過(guò)冬小麥整個(gè)生育期，3 種優(yōu)化施肥方式下0～200 cm 各土層土壤速效磷貯量變化趨勢(shì)如圖3所示，0～200 cm 各土層速效磷貯量變化為正值（20～40 cm 土層除外），說(shuō)明0～200 cm 各土層土壤速效磷貯量整體為增加趨勢(shì)；且平均40%的增加量集中在0～40 cm 土層，這是由于土壤速效磷移動(dòng)性差，所以不容易隨降水向深層土體移動(dòng)。

土壤速效磷生育期前后變化總貯量如圖4所示，無(wú)機(jī)肥＋生物有機(jī)肥顯著增加了0～40 cm 土層速效磷貯量，其占總量的65%；0～200 cm 土壤速效磷總量無(wú)機(jī)肥＋生物有機(jī)肥較農(nóng)戶施肥、測(cè)控施肥、無(wú)機(jī)肥＋有機(jī)肥分別提高68%，68%，78%，且差異均達(dá)顯著水平。說(shuō)明生物有機(jī)肥施加到土壤中可以活化土壤難溶性磷，有利于增加植物可利用有效磷含量。

2.4 3種優(yōu)化施肥方式對(duì)旱地冬小麥0～200cm土層土壤速效鉀貯量的影響

由圖5可知，經(jīng)過(guò)冬小麥生育期耗竭，不同施肥處理0～200 cm 各土層土壤速效鉀貯量呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)，無(wú)機(jī)肥＋有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥＋生物有機(jī)肥處理的各土層總體變化表現(xiàn)為增加，平均增加幅度分別為5%和14%，而農(nóng)戶施肥和測(cè)控施肥各土層總體變化呈降低趨勢(shì)；各處理隨土層深度加深土壤速效鉀變化量逐漸趨于穩(wěn)定，且主要集中在0～100 cm 土層。

圖6結(jié)果顯示，0～200 cm 土層土壤速效鉀貯量總增加量依次為無(wú)機(jī)肥＋生物有機(jī)肥＞無(wú)機(jī)肥＋有機(jī)肥＞測(cè)控施肥＞農(nóng)戶施肥，說(shuō)明在不施鉀肥條件下，土壤鉀庫(kù)經(jīng)作物吸收有明顯耗竭作用；而無(wú)機(jī)肥＋有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥＋生物有機(jī)肥這2 種優(yōu)化施肥方式能夠在補(bǔ)充作物生育期所消耗鉀素的同時(shí)，提高土壤速效鉀貯量。

3 結(jié)論與討論

作物生產(chǎn)的主要目標(biāo)是提高產(chǎn)量[15]，而施肥又是旱地冬小麥產(chǎn)量提高的關(guān)鍵因素[16]。曹寒冰等[17]通過(guò)運(yùn)用“旱地小麥監(jiān)控施氮技術(shù)”在旱地試驗(yàn)中結(jié)果表明，優(yōu)化施化肥可以穩(wěn)定小麥產(chǎn)量。陳歡等[17]研究表明，長(zhǎng)期有機(jī)肥和化肥配施有利于小麥穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。本研究通過(guò)優(yōu)化施肥技術(shù)在減氮63%的基礎(chǔ)與較傳統(tǒng)農(nóng)戶施肥相比，冬小麥籽粒增產(chǎn)6.0%～22.5%，其中，無(wú)機(jī)肥＋有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥＋生物有機(jī)肥增產(chǎn)效果較優(yōu)。前人研究表明[19-21]，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施能夠在減少12.9%～21.3%氮肥用量的情況下增產(chǎn)2.0%～18.3%，并且在極端氣候年份增產(chǎn)作用更明著。邢鵬飛等[22]連續(xù)4 a 在棕壤上定位試驗(yàn)表明，有機(jī)肥替代化肥30%時(shí)，小麥總產(chǎn)量可提高5.95%。本研究在黃土旱塬麥田試驗(yàn)中結(jié)果表明，有機(jī)肥或生物有機(jī)肥替代43%的化肥時(shí)，較等養(yǎng)分量的測(cè)控施肥提高11%～16%。大量試驗(yàn)表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施比單施化肥或單施有機(jī)肥增產(chǎn)效果更優(yōu)，因?yàn)榛史市Э?，可以滿足當(dāng)季小麥產(chǎn)量形成所需養(yǎng)分，有機(jī)肥可以供給土壤大量有機(jī)物質(zhì)但肥效釋放緩慢，而二者結(jié)合施用既能提高土壤肥料當(dāng)季利用率，又可以提高土壤可持續(xù)生產(chǎn)力。

降水豐缺和土壤蓄水能力強(qiáng)弱會(huì)引起黃土高原旱地冬小麥產(chǎn)量的差異，合理的水分養(yǎng)分管理是提高旱地小麥生產(chǎn)力的重要措施。王浩等[23]在渭北旱作區(qū)研究表明，平衡施肥可以提高作物生育期土壤貯水量。張玉革等[24]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥對(duì)土壤貯水量的影響優(yōu)于化肥。本研究也顯示，優(yōu)化施肥條件下，有機(jī)肥或生物有機(jī)肥配施化肥降低了小麥全生育水分損失量，提高了旱地麥田水分貯量，因?yàn)楹侠淼酿B(yǎng)分配比能夠增加小麥根系數(shù)量和活力，促進(jìn)對(duì)水分的吸收利用，減少土壤無(wú)效水分蒸發(fā)，配施有機(jī)肥或生物有機(jī)肥能夠更進(jìn)一步影響作物生理生化過(guò)程，抑制作物因蒸騰作用所消耗的土壤水分[25]。

土壤中磷的貯量是決定土壤磷供應(yīng)能力的根本因素，土壤磷庫(kù)的擴(kuò)大和土壤磷供應(yīng)能力的增強(qiáng)是提高農(nóng)田肥力的重要目標(biāo)[26]。大量研究表明，長(zhǎng)期施用磷肥，尤其是有機(jī)肥化肥配施會(huì)顯著提高土壤速效磷含量[27]。周建斌等[28]研究表明，化肥配施有機(jī)肥處理能顯著提高0～40 cm 土層土壤速效磷的含量，因?yàn)榱自谕寥乐幸苿?dòng)性很差，主要對(duì)表層有影響。本研究表明，不同施肥方式主要影響0～40 cm土層土壤速效磷，3 種優(yōu)化施肥處理中，生物有機(jī)肥處理顯著提高了0～200 cm 土層土壤速效磷貯量，說(shuō)明生物有機(jī)肥與化肥結(jié)合可以增加磷的生物有效性，因?yàn)楸驹囼?yàn)所用菌液含溶磷菌，有助于土壤中難溶性磷鹽分解釋放。

鉀素是植物所必需的大量元素，已有研究顯示，全國(guó)土壤鉀平衡狀況為虧缺[29]，徐明剛等[30]研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田速效鉀含量在不施肥時(shí)耗竭嚴(yán)重，施用鉀肥可以保持平衡，而有機(jī)肥結(jié)合化肥則有助于速效鉀累積。王宏庭等[31]在山西石灰性褐土16 a 定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只施NP 肥使土壤鉀素每年減少104.3 kg/hm2，李娜[32]研究也得出了類似的結(jié)論。本研究也發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶施肥處理在不施鉀肥的條件下收獲期較播前0～200 cm 土層速效鉀總貯量減少189.4 kg/hm2，而生物有機(jī)肥與化肥配施土壤速效鉀貯量有顯著增加，因?yàn)樯镉袡C(jī)肥中含有解鉀菌，在有機(jī)肥的綜合作用下有助于土壤速效鉀貯量的增加。