李夏瑛 ，郭天文 ，2*，張平良 ，劉曉偉，曾 駿

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅蘭州730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州730070）

水資源匱乏是限制中國半干旱區(qū)旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要問題[1]，甘肅隴中旱作區(qū)自然降水少且分布不均，全年降水的百分之六七十集中在小麥?zhǔn)斋@后的季節(jié)。自然降水和小麥需水期錯(cuò)位[2]、春季低溫脅迫、土壤干旱瘠薄是直接影響春小麥高效生產(chǎn)的三大主要障礙和制約其生長的因素，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量長期低而不穩(wěn)[3，4]。全膜覆土穴播技術(shù)能有效改善土壤水熱小環(huán)境[5]，活化了土壤的養(yǎng)分，提高作物產(chǎn)量[6]，全膜覆土穴播種植有利于小麥碳水化合物的合成、增加干物質(zhì)積累量[7]。良好的春季土壤水分和小麥養(yǎng)分的供應(yīng)環(huán)境是有效保證小麥作物高產(chǎn)的基本條件，也是直接影響甘肅隴中旱作區(qū)農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素，水肥之間相互耦合，同步提高利用率[8-10]。施用化肥可以達(dá)到調(diào)節(jié)水分循環(huán)和增產(chǎn)的效果，肥料的調(diào)水作用使小麥的產(chǎn)量和生物量都增加[11]；增施有機(jī)肥能夠提高全膜覆土穴播小麥生育期供水能力，施有機(jī)肥還能有效幫助改善土壤物理性質(zhì)[12]，提高了土壤的肥力和小麥作物蓄水保墑的能力以及有效協(xié)調(diào)小麥作物的需水與土壤肥力和供水之間的矛盾[13，14]；有機(jī)無機(jī)肥配施在培肥土壤和提高作物產(chǎn)量方面均優(yōu)于有機(jī)肥和化肥單施的效果[15]，是進(jìn)一步保證小麥作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和有效推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)高效可持續(xù)發(fā)展的重要手段和措施，也是化肥減施增效的重要手段。目前，全膜覆土穴播技術(shù)對(duì)土壤水熱效應(yīng)和增產(chǎn)效應(yīng)方面有很多研究[5-7，16]，也有增施有機(jī)肥的研究[17]，但不同肥料對(duì)小麥水分利用效率影響的報(bào)道較少。本試驗(yàn)采用定位試驗(yàn)方法，研究不同肥料對(duì)全膜覆土穴播小麥貯水量，耗水量的變化規(guī)律，揭示不同施肥條件對(duì)春小麥干物質(zhì)累積、土壤水分利用效率及產(chǎn)量的影響，以期為旱作區(qū)農(nóng)業(yè)高效可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2017～2019 年在甘肅中部旱作區(qū)進(jìn)行，是從2013 年開始布置的定位試驗(yàn)。該試驗(yàn)研究區(qū)土壤類型為黃綿土，0～200cm 土壤平均容重為1.25g/cm3，土壤肥力中等，農(nóng)業(yè)類型為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，但該區(qū)年均降雨量少，大多集中在7、8、9 三個(gè)月。2017 年全年降雨量419.9mm，屬于平水年，在小麥生育前期（營養(yǎng)生長階段）降雨量為92mm，在小麥生育后期（生殖生長階段）降雨量為50.6mm；2018 年總降雨量529.3mm，小麥生育前期（營養(yǎng)生長階段）降雨量為115.4mm，生育后期降雨量為169mm；2019 年總降雨量509.55mm，小麥生育前期降雨量為176.2mm，生育后期降雨量為77.85mm，2018、2019 年屬于濕潤年（降雨年型的劃分依據(jù)為全年降雨量 250～350mm 為枯水年，360～450mm 為平水年，450～600mm 為濕潤年，＞600mm 為豐水年），見圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試小麥品種為“定峰11 號(hào)”，進(jìn)行連續(xù)3年的定位試驗(yàn)，在全膜覆土穴播種植基礎(chǔ)上，設(shè)置單一變量即施肥條件：有機(jī)肥+ 化肥（OF+NPK）、單施化肥（NPK）、單施有機(jī)肥（OF）和一個(gè)無肥對(duì)照（不施肥（CK）），3 次重復(fù)。小區(qū)面積 28m2，種植密度為 4.1 萬穴 /畝。在播前統(tǒng)一施入氮磷鉀肥，風(fēng)干并且發(fā)酵腐熟完全的羊糞作為有機(jī)肥施入，含全氮0.5%、P2O50.35%、K2O 0.4%，播前作基肥一次性施入（施用量見表1）。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 土壤貯水量、耗水量和水分利用效率的測定。在小麥播前—成熟期各生育期測定土壤0～200cm 含水量，計(jì)算水分利用效率、貯水量和耗水量。

1.3.2 各生育期干物質(zhì)積累量的測定。在小麥苗期—成熟期各生育期，在各小區(qū)隨機(jī)選取20 株小麥（長勢均勻），烘干測定植株干質(zhì)量。

1.3.3 產(chǎn)量及小麥農(nóng)藝性狀的測定。待小麥成熟，在各小區(qū)隨機(jī)選取20 株，測定影響小麥產(chǎn)量的各構(gòu)成因子，然后各小區(qū)單獨(dú)割麥單獨(dú)脫粒并稱重，測定實(shí)際產(chǎn)量，折合成公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010、Spss 21.0 來進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料處理全膜覆土穴播春小麥0～200cm 土壤貯水量的影響

研究旱地春小麥0～200cm 土壤貯水量與不同肥料關(guān)系發(fā)現(xiàn)，土壤貯水量與施肥、生育期降雨量以及小麥耗水量都有必然聯(lián)系。如圖2，有機(jī)肥+化肥對(duì)全膜覆土穴播小麥0～200cm 土壤貯水量有明顯的提高作用。在小麥營養(yǎng)生長階段各處理土壤貯水量呈下降的趨勢，而且孕穗期是春小麥生長旺盛階段，大量消耗土壤水分，土壤貯水量明顯減少；中后期生殖生長階段小麥耗水量減少，土壤貯水量隨著降雨量的增加又稍有上升，其中有機(jī)肥+化肥處理土壤貯水量增幅明顯高于單施化肥、單施有機(jī)肥和無肥對(duì)照，但是整體各處理土壤貯水量均呈下降的趨勢[17]。3 年小麥生育期間，有機(jī)肥+化肥處理較其他3 個(gè)處理全生育期0～200cm 土壤貯水量總值分別增加 7.8%、6.24%和3.84%，差異均達(dá)到顯著水平。

圖1 試驗(yàn)區(qū)2017～2019 年降雨分布

表1 試驗(yàn)各處理施肥量

2.2 不同肥料對(duì)春小麥階段性耗水量的影響

2.2.1 不同肥料對(duì)春小麥生長前期（營養(yǎng)生長階段）耗水量的影響。由表2 可以看出2017～2019 年單施化肥3 年小麥營養(yǎng)生長時(shí)期總耗水量較其他3 個(gè)處理明顯升高，差異顯著（P＜0.05），而其他3 個(gè)處理相互之間差異不明顯。小麥關(guān)鍵的兩個(gè)需水期是拔節(jié)期和孕穗期，3 個(gè)施肥處理因?yàn)樾←滈L勢好耗水量均高于無肥對(duì)照，單施化肥耗水量高于有機(jī)肥+化肥和單施有機(jī)肥2 個(gè)處理，其原因可能是施有機(jī)肥改善了土壤水分環(huán)境，提高了土壤貯水量，減少了耗水量，這與尹嘉德[17]等的結(jié)果一致。2017、2018、2019 三個(gè)年度之間小麥營養(yǎng)生長階段總耗水量差異顯著（P＜0.05）。2017 年是平水年，2018、2019 是濕潤年，所以 2018、2019 年耗水量明顯高于2017 年，主要原因之一是2017 年土壤有效貯水量較低，有限的土壤貯水量限制了土壤對(duì)作物水分的供應(yīng)。而2018、2019 年都是濕潤年，但2018 年小麥生長前期（營養(yǎng)生長階段）降雨量僅為115.4mm，較2019年176.2mm 的降雨量減少60.8mm，因此造成耗水量差異的原因是降雨量與小麥需水期錯(cuò)位。

2.2.2 不同肥料對(duì)春小麥生長后期（生殖生長階段）耗水量的影響。由表3 可知有機(jī)肥+化肥、單施有機(jī)肥和單施化肥處理小麥生育后期（生殖生長階段）0～200cm土壤耗水量均高于無肥對(duì)照，差異顯著。盡管有機(jī)肥+化肥和單施有機(jī)肥處理小麥耗水量差異不明顯，單施有機(jī)肥比單施化肥耗水量高，小麥生長對(duì)土壤水分缺乏比較敏感的階段是孕穗期前后，施有機(jī)肥能有效利用雨水提高土壤水分供應(yīng)能力。2017、2018、2019 三個(gè)年度之間小麥生殖生長階段總耗水量差異顯著（P＜0.05），隨降雨量增加，農(nóng)田總耗水量增加，所以濕潤年小麥耗水量高于平水年，2018、2019 年小麥生殖生長階段耗水量差異來源于2018 年小麥生長前期降雨較少小麥出苗不齊，影響小麥后期冠部發(fā)育，作物蒸騰面積小，田間郁閉度較低，再加上高溫天氣，大量水分無效蒸發(fā)，造成2018 年后期（生殖生長階段）耗水量增加。

2.3 不同肥料對(duì)全膜覆土穴播春小麥干質(zhì)量積累量的影響

2017～2019 年全膜覆土穴播春小麥在不同肥料條

圖2 2017～2019 年不同生育期春小麥田0～200cm 土壤平均貯水量的變化

表2 春小麥0～200cm 營養(yǎng)生長階段耗水量

注：不同字母表示不同處理之間或不同年度之間差異顯著（P＜0.05）。下同。件下干物質(zhì)積累如圖3 所示，不同施肥處理對(duì)小麥各生育期全株干物質(zhì)積累均表現(xiàn)為“S”型（慢—快—慢）變化規(guī)律，全株干物質(zhì)在拔節(jié)期—灌漿期積累最快，灌漿期—成熟期速度變緩[18]。圖3 中，不同施肥處理小麥干物質(zhì)積累量在2017～2019 年均要高于無肥對(duì)照，說明施肥能有效提高小麥生物量，這與王邦錫等[11]研究結(jié)論一致，其中干物質(zhì)積累量最高的是有機(jī)肥+化肥處理，說明肥料配施對(duì)小麥干物質(zhì)積累效果最顯著。由于年度間和小麥生育期內(nèi)降雨的差異，2017、2018、2019 年不同年份之間小麥干物質(zhì)積累差異顯著。

表3 春小麥0～200cm 生殖生長階段耗水量

2.4 不同肥料對(duì)小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

2.4.1 不同肥料對(duì)小麥3 年產(chǎn)量和水分利用效率的影響。由表4 結(jié)果顯示，任何施肥條件下小麥產(chǎn)量、水分利用效率均高于無肥對(duì)照，單施有機(jī)肥、單施化肥、有機(jī)肥+化肥3 個(gè)處理春小麥較對(duì)照3 年平均產(chǎn)量分別提高14.87%、30.34%和34.17%，3 年平均水分利用效率分別提高10.22%、16.1%和26.32%。春小麥?zhǔn)斋@后與播種前相比，平均土壤貯水量有不同程度的下降，土壤貯水量3 年平均下降最大的是單施有機(jī)肥為92.14mm，同時(shí)土壤耗水量也最大為336.27mm，但是單施化肥的產(chǎn)量卻不是最高的，產(chǎn)量最高的是有機(jī)肥+化肥處理，這是因?yàn)槭┗孰m然可以達(dá)到調(diào)節(jié)水分循環(huán)和增產(chǎn)的效果，使小麥的產(chǎn)量和生物量都增長；單施有機(jī)肥能顯著提高小麥0～200cm 土壤貯水量，并且能調(diào)節(jié)土壤保水能力，調(diào)節(jié)小麥作物不同階段的耗水量；而有機(jī)無機(jī)肥配施在培肥土壤和提高作物產(chǎn)量方面均優(yōu)于單施化肥和單施有機(jī)肥處理[15]，因此有機(jī)肥+化肥處理對(duì)提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率的效果達(dá)到了最優(yōu)。

圖3 2017～2019 年3 年期間各生育期小麥干物質(zhì)積累

表4 不同肥料處理3 年小麥產(chǎn)量和水分利用效率

2.4.2 年際降水對(duì)小麥水分利用效率和產(chǎn)量的影響。不同降雨量、播前土壤貯水量對(duì)小麥產(chǎn)量有顯著影響（表5）。2019 年小麥產(chǎn)量顯著高于 2017 和2018 年，2017 年偏干旱，并且播前土壤貯水量在3 年中也最低，所以產(chǎn)量低于2018 和2019 年兩個(gè)濕潤年，2018年雖然降雨最充足，但由于降雨與小麥需水期錯(cuò)位，并且由于2018 年充足的雨水，使得2019 年播前貯水量高出2018 年71.47mm，所以2019 年產(chǎn)量和水分利用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2018 年，2019 年產(chǎn)量和水分利用效率分別比2018 年增加了36.5%和37.2%。

2.5 不同肥料對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

作物產(chǎn)量的高低是由諸多與產(chǎn)量密切相關(guān)的因子共同影響形成的[19]。表6 是不同肥料條件下小麥各構(gòu)成因子3 年的平均值，如表所示，將3 種施肥試驗(yàn)與無肥對(duì)照相比較，發(fā)現(xiàn)施肥會(huì)嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量各構(gòu)成因子，這歸因于施肥對(duì)小麥產(chǎn)量各構(gòu)成因子具有明顯的調(diào)解效應(yīng)[20]，且有機(jī)肥+化肥影響作用巨甚，與無肥對(duì)照相比小穗數(shù)平均增加了4.6 個(gè)，穗粒數(shù)增加了14.23 粒，整株重、穗粒重和千粒重等分別增加了0.97g、0.36g 和8.78g；與單施化肥和單施有機(jī)肥處理相比產(chǎn)量構(gòu)成各因子也稍有增加。因此，有機(jī)肥+化肥配施不但能提高小麥產(chǎn)量各構(gòu)成因子，并且能使各構(gòu)成因子之間更加協(xié)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[19]。

3 討論

本試驗(yàn)研究了不同肥料對(duì)全膜覆土穴播土壤水分狀況、產(chǎn)量和水分利用效率，結(jié)果顯示，小麥從幼苗期生長至孕穗期速度逐漸加快，蒸騰蒸發(fā)總耗水量亦逐漸增加，相對(duì)應(yīng)此階段各處理0～200cm 土壤貯水量開始迅速下降，而當(dāng)小麥生長進(jìn)入最旺盛的時(shí)期—孕穗期，此時(shí)土壤貯水量將下降至最低點(diǎn)，灌漿后小麥生長進(jìn)入生殖生長速度逐漸緩慢，加上6、7 月份降雨的增加，0～200cm 土壤貯水量開始恢復(fù)。4 個(gè)處理之間相互比較，有機(jī)肥+ 化肥土壤的貯水量最高，可能是因?yàn)檫B續(xù)施用有機(jī)肥改善了土壤水分環(huán)境，而肥料配施的效果優(yōu)于單施有機(jī)肥的效果[15]，因此，有機(jī)肥+化肥處理土壤貯水量較化肥和有機(jī)肥單施高，有機(jī)肥和化肥配施對(duì)全膜覆土穴播小麥0～200cm 土壤貯水量有明顯的提高作用，這與羅照霞等[21]研究結(jié)果一致。

拔節(jié)期和孕穗期是小麥生長發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，生產(chǎn)上非常重視小麥拔節(jié)水和孕穗水[22]，這兩個(gè)時(shí)期大量消耗土壤貯存水分，無論是在小麥營養(yǎng)生長階段還是生殖生長階段，施肥處理小麥耗水量均高于對(duì)照，這是由于小麥因施肥長勢好，消耗土壤水分多造成的。在小麥營養(yǎng)生長階段，兩個(gè)施有機(jī)肥處理耗水量稍低于單施化肥處理的原因可能是施用有機(jī)肥直接改善了土壤水分環(huán)境，提高了土壤貯水量，減少了耗水量，在一定程度上說明施有機(jī)肥可長效保持土壤水分。孕穗期是小麥生長發(fā)育對(duì)土壤水分缺乏的敏感時(shí)期，有機(jī)肥和化肥配施對(duì)此階段小麥耗水影響顯著，施有機(jī)肥能有效利用并儲(chǔ)存雨水，有較好的土壤水分供應(yīng)能力[17]，能有效供給小麥灌漿期對(duì)水分的需求，為小麥豐產(chǎn)豐收奠定基礎(chǔ)。2017 年降雨量較少，偏干旱，由于水分脅迫作用2017 年小麥整個(gè)生育期耗水量都低于2018 和2019 年，同樣2017 年產(chǎn)量也低于2018和2019 年，HUYT 等[23]研究認(rèn)為不同降水年型下小麥產(chǎn)量規(guī)律為濕潤年＞平水年＞干旱年，本研究中，同樣顯示在不同肥料條件下小麥產(chǎn)量濕潤年＞平水年，可能的原因是降水增多提高了干旱區(qū)土壤含水量，促進(jìn)了作物水分蒸騰與養(yǎng)分的綜合吸收利用，進(jìn)而促進(jìn)根系伸展和作物生長，從而大幅度地提高產(chǎn)量[24，25]。有研究指出，盡管全生育期的耗水量相同，由于各生長階段的分配方式不同，產(chǎn)量也不相同[26]，兩個(gè)濕潤年小麥全生育總期耗水量幾乎無差異，產(chǎn)量差異顯著的原因是2018 年降雨與小麥需水期錯(cuò)位，2018 年從3 月底小麥播種到4 月11 日總共降雨3.6mm，嚴(yán)重影響了春小麥苗期生長，而在7 月份小麥?zhǔn)斋@前降雨量高達(dá)106.7mm，降雨太集中影響小麥灌漿減少產(chǎn)量，所以2018 年小麥產(chǎn)量低于2019 年，同樣，水分利用效率也比2019 年低，2017 年水分利用效率高于2018 年是因?yàn)樵谝欢ǖ乃置{迫下，小麥卻有較高的水分利用率，這與Panda 等[27]研究結(jié)果一致。

表5 年際降水對(duì)小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響

表6 不同肥料對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

單位公頃穗數(shù)和千粒重是小麥產(chǎn)量形成的主要因素，有機(jī)肥化肥配施可顯著改善春小麥的群體結(jié)構(gòu)，提高公頃穗數(shù)和千粒重，促進(jìn)干物質(zhì)積累，3 年結(jié)果顯示小麥干物質(zhì)從拔節(jié)期—成熟期呈遞增的趨勢，特別在孕穗至灌漿期尤為顯著，同時(shí)化肥+有機(jī)肥處理小麥穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子均最高。高會(huì)議等[28]認(rèn)為施肥能有效提高黃土高原土壤生產(chǎn)力和SOC 的積累，且有機(jī)肥和無機(jī)肥配施效果最佳。3 年試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同降水變化情況下，有機(jī)肥+ 化肥處理在改善作物對(duì)水分利用效率以及提高作物產(chǎn)量方面效果最佳，這是由于施肥即提高了蒸騰耗水量又減少了無效蒸發(fā)，能有效改善小麥生育中后期的土壤水分狀況，與已有研究結(jié)果高度一致[15，17]，有機(jī)肥+化肥可使土壤養(yǎng)分供應(yīng)緩急相濟(jì)，使小麥生長加速，產(chǎn)量提高，并且培肥效果優(yōu)于有機(jī)肥和化肥單施[15]，馬俊永等[29]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)—無機(jī)配施可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)、改善土壤理化性狀、具有明顯的增產(chǎn)優(yōu)勢。所以，為了保證高產(chǎn)的同時(shí)又能減少對(duì)土壤貯存水分的消耗，應(yīng)該考慮有機(jī)肥與化肥合理搭配的施肥措施，是以實(shí)現(xiàn)旱地農(nóng)業(yè)的高效可持續(xù)發(fā)展。