施磷與休閑期耕作對旱地小麥幼苗生長的影響

賀立恒，賈小云，高志強

（1.山西農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山西 太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學 生命科學學院，山西 太谷030801）

水分短缺和土壤肥力低下是限制干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兩大主要因素［1］，黃土高原旱作麥區(qū)，土壤貧瘠，水資源嚴重缺乏，土壤對小麥生長的有效供水來自于自然降雨，養(yǎng)分和水分是限制旱地小麥產(chǎn)量的兩大主要因素。旱地麥區(qū)向來十年九旱，且60%的降雨集中在休閑期（7～9月）［2～4］，此期土壤存儲的水量，決定著旱地小麥底墑的豐欠。李洪文等［5～7］研究表明，麥田播前早耕能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，提高其蓄水能力，并促進小麥根系對深層土壤水分的吸收，提高產(chǎn)量和水分利用率。許國鈞等［8～10］研究表明，麥田有效的耕作措施可以改善耕層的有效厚度、耕層緊實度，從而提高小麥根系對水肥的充分吸收，實現(xiàn)旱地小麥的增產(chǎn)。

實踐證明，土壤中水分不足不僅影響小麥對水分的吸收和利用，而且也影響土壤中養(yǎng)分的有效性和小麥對養(yǎng)分的吸收利用［11］。黃土高原旱作麥區(qū)土壤大多數(shù)缺磷，梁銀麗［12］研究表明，磷除了作為一種營養(yǎng)物質(zhì)促進作物根系生長發(fā)育外，在水分脅迫條件下，磷營養(yǎng)可明顯改善植株體內(nèi)的水分關(guān)系，增強對干旱缺水環(huán)境的適應能力，提高作物抗旱性。促進根系生長，提高水分利用的有效方法是根據(jù)土壤水分狀況調(diào)節(jié)磷的用量。因此，研究磷素營養(yǎng)對小麥抗旱性影響有重要意義，施用磷肥能提高小麥的水分利用效率和緩解干旱脅迫［13］。

通過耕作措施不但可以使土壤蓄水保水，而且能提高磷肥利用率。張李蒙［14］研究指出，通過土壤耕作，創(chuàng)造適宜的土壤通氣度和緊實度，可以提高磷肥的利用率。土壤過于緊實，通氣性差，致使氧氣供應不足，影響根系正常代謝活動，從而制約了對磷的吸收。土壤緊實亦可導致土粒表面的水膜變薄，限制磷向根表移動，從而影響根系對磷的吸收。

耕作蓄水與合理施磷關(guān)系密切，二者的協(xié)調(diào)互作可以實現(xiàn)在旱地小麥有限的水分條件下獲得增產(chǎn)，因此，研究自然降水條件下旱地水肥效應對提高旱地冬小麥產(chǎn)量有重要意義［15］。前人的研究主要集中在小麥生育期的不同措施對水肥利用的綜合效益方面，而旱地小麥休閑期的蓄水保墑以及與磷肥的互作效應的研究少見報道。為此，本試驗研究了休閑期進行不同耕作結(jié)合磷調(diào)控對旱地冬小麥幼苗冬前生長特性的影響，以期為旱地培育冬前壯苗并實現(xiàn)來年增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2011～2012在山西農(nóng)業(yè)大學現(xiàn)代小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系——小麥冬春混播區(qū)實驗基地進行，采用大田試驗。試驗區(qū)為典型的黃土高原旱作麥區(qū)，降水50%～60%集中于夏秋季（7～9月）。試驗地為夏閑地，處理前土壤0～100cm土層含水量為169.19mm。土壤肥力：有機質(zhì)8.35g·kg－1，全氮0.84g·kg－1，堿解氮33.31mg·kg－1，速效磷2.12mg·kg－1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗立足旱地小麥休閑期的耕作措施，在小麥收獲后2周，提前進行休閑期深耕（25～30cm）、深松（30～35cm）或免耕的技術(shù)措施，采用二因素裂區(qū)設(shè)計，以休閑期不同耕作方式為主區(qū)，設(shè)深耕（DP）、深松（DT）、免耕（CK）3個水平；以基施不同施磷（重過磷酸鈣）量為副區(qū)，設(shè)低磷P2O575kg·hm－2（LP）、中磷150kg·hm－2（MP）、高磷225kg·hm－2（HP）3個水平，共9個處理，每個處理重復3次，小區(qū)面積25m×2m＝50m2，每個處理間設(shè)作業(yè)道與保護隔離帶。6月26日實施休閑期不同耕作處理。不同種類肥料均作為基肥一次施入，基施氮（尿素，含N 46%）、純氮150kg·hm－2，鉀肥（硫酸鉀，含 K2O 50%），K2O 150kg·hm－2，9月26日播種，供試品種為臨旱536?；久?09×104株·hm－2，行距20cm，機械條播。

1.3 取樣及測定方法

分別于休閑期及生育期用土鉆取土，采用烘干法計算土壤含水量，取土深度為100cm，每20cm為一土層，取土后立即裝入鋁盒，稱鮮重，110℃烘干至恒重，稱干重。越冬期測定0～100cm土壤水分含量，土壤蓄水量／mm＝［（濕土重－烘干土重）／烘干土重×100］×土層厚度／mm×土層容重。越冬期每小區(qū)取20株測定株高、分蘗數(shù)、葉面積，干物質(zhì)量。根冠比＝地下部干重／地上部干重。取倒二葉采用硫代巴比妥酸法［16］測定丙二醛含量；采用酸性茚三酮法［17］測定脯氨酸的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

試驗數(shù)據(jù)采用Excel、DPS進行數(shù)據(jù)計算、繪圖與統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 休閑期耕作對旱地小麥播前0～100 cm土壤蓄水量的影響

由表1可看出，休閑期不同耕作措施對旱地小麥播前0～100cm土壤蓄水量的影響顯著，與對照免耕相比，深耕與深松均提高了0～100cm各土層的蓄水量，且各土層均以深耕處理的土壤蓄水量為最高。特別是深耕處理下顯著提高了播前80～100cm土層蓄水量，比同層免耕蓄水量增加31.49%，蓄水增量達到最高，且深耕蓄水增量顯示出隨土層加深而增大的趨勢；而深松措施下0～100cm的蓄水增量隨土層加深則顯示出了低－高－低的單峰曲線變化趨勢，其中40～60cm土層比對照免耕蓄水增加13.63%，達到最高。0～100 cm總的蓄水增量為深耕比免耕增加18.93%，深松比免耕增加5.80%。

表1 不同耕作方式對播前0～100cm不同土層土壤蓄水量的影響（mm）Table 1 Effect of different ploughing during leisure period on soil water storage in each soil layers at depth of 0～100cm before sowing

2.2 休閑期耕作與施磷互作對旱地小麥越冬期0～100 cm土壤蓄水量的影響

由表2可看出，休閑期不同耕作措施結(jié)合施磷調(diào)控對旱地小麥越冬期0～100cm土壤蓄水量的影響產(chǎn)生了兩種趨勢：對于不同的施磷處理無論是深耕、深松還是免耕，對于0～20cm、20～40cm、40～60cm 3個土層的蓄水量均出現(xiàn)了隨施磷量的增加而降低的趨勢；而60～80cm、80～100cm兩個土層的蓄水量則顯示出隨施磷量的增加而先升高后降低的趨勢，各土層蓄水量以中磷為最高。對于不同的耕作處理，越冬期0～100cm各土層以及總的土壤蓄水量依然顯示出了深耕＞深松＞免耕的效應，且各土層以及總的蓄水量對于播前蓄水量均相應有了不同程度的增加。在越冬期0～100 cm土壤總的蓄水量以中磷深耕為最高，達到175.74cm。

表2 不同耕作方式與施磷水平對越冬期0～100cm不同土層土壤蓄水量的影響（mm）Table 2 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on soil water storage in each soil layers at depth of 0～100cm in overwintering

2.3 休閑期耕作與施磷對越冬期旱地小麥單株農(nóng)藝性狀的影響

由表3可看出，休閑期不同耕作措施結(jié)合磷調(diào)控可影響旱地小麥越冬期株高、分蘗數(shù)、葉面積、單株干重。無論深耕、深松還是免耕，株高、葉面積指數(shù)、單株干重均隨著施磷水平的提高呈先增大后減小的單峰曲線變化；而分蘗數(shù)卻是隨著施磷水平的提高呈單向增高的趨勢。在同一施磷水平下，各項生長指標表現(xiàn)為深耕最大，深松次之，免耕最低。

表3 休閑期耕作及施磷水平對越冬期旱地小麥單株農(nóng)藝性狀的影響Table 3 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on growth parameters of wheat seedings before winter stage in dryland

2.4 休閑期耕作與施磷對旱地小麥越冬期根冠比的影響

由圖1可看出，休閑期不同耕作、施磷均可影響旱地小麥越冬期的根冠比。無論深耕、深松還是免耕根冠比均以高磷處理為最高；在同一施磷水平下，又以深耕處理對越冬期根冠比影響最大。即隨著施磷水平的提高，越冬期旱地小麥根冠比呈加大的趨勢；不同耕作對根冠比影響差異明顯，按根冠比值由大到小依次為深耕＞深松＞免耕。在所有處理中，以深耕高磷處理根冠比最大，比值達1.35；以免耕低磷處理根冠比最小，比值為0.50。

2.5 休閑期耕作施磷對旱地小麥越冬期倒二葉丙二醛和脯氨酸含量的影響

由圖2、圖3可看出，休閑期耕作施磷對旱地小麥越冬期倒二葉丙二醛和脯氨酸含量的積累產(chǎn)生了不同程度的影響。深耕中磷顯示出了較低的丙二醛和脯氨酸的積累量，而免耕低磷則顯示出了較高的丙二醛和脯氨酸的積累量。隨著施磷水平的提高，丙二醛和脯氨酸的積累量呈先減少后升高的趨勢，而對于不同的耕作措施，丙二醛和脯氨酸的積累量以深耕最少，免耕最多，深松居中，且各處理間差異顯著。

圖1 休閑期耕作與施磷對越冬期旱地小麥根冠比的影響Fig.1 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on the ratio of root and shoot of wheat seedings in dryland

圖2 休閑期耕作與施磷對越冬期旱地小麥脯氨酸積累的影響Fig.2 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on proline content of wheat seedings in dryland

圖3 休閑期耕作與施磷對越冬期旱地小麥丙二醛積累的影響Fig.3 Effect of different ploughing during leisure period and application of P level in combination on MDA content of wheat seedings in dryland

3 結(jié)論與討論

大量研究［5～8］表明，耕作是促進土壤蓄水、調(diào)節(jié)土壤供水的重要措施。旱地有效的耕作措施，可以提高土壤滲水速度，有利于最大限度地接納雨水，增加土壤蓄水容量。本研究表明，通過對旱地小麥土壤水分特征的兩個典型時期（播前與越冬期）的土壤蓄水量測定分析得出：與免耕相比，休閑期深耕、深松均增加了播前與越冬期0～100cm土壤含水量，隨著小麥不同生育期與不同土層深度的變化土壤含水量的增加差異明顯。由播前與越冬期各土層蓄水量數(shù)據(jù)顯示，休閑期深耕的蓄水效果均為最好，深耕更有利于冬前深層蓄水，表現(xiàn)出了對深層土壤的蓄水優(yōu)勢；其次為深松處理，0～100 cm總蓄水量表現(xiàn)為深耕＞深松＞免耕；同時，隨著旱地小麥冬前生育進程的推移，在不同的耕作措施下，隨著施磷水平的提高增加了冬前上層土（0～60 cm）耗水量，而增加了60～100cm土層的蓄水量，0～100cm總蓄水量以中磷處理最高。由此可見，休閑期提前耕作在提高播前土壤蓄水量、增加底墑的基礎(chǔ)上，為適期播種創(chuàng)造了有利條件，有效解決了旱地小麥趁雨過早播種造成冬前旺苗和等雨播種導致冬前弱苗的問題，而冬前蓄水量的提高又為培育冬前壯苗，降低旱災、凍災造成的損失，為提高旱地小麥產(chǎn)量打下堅實的基礎(chǔ)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，休閑期有效的耕作措施結(jié)合磷調(diào)控不但提高了土壤蓄水量，而且增強了旱地小麥冬前水肥耦合的互作，促進了越冬期小麥的生長。無論深耕、深松還是免耕，株高、葉面積指數(shù)、單株干重均以中磷處理為最高；而分蘗數(shù)卻以高磷處理為最高；在同一施磷水平下，又以深耕處理對越冬期旱地小麥單株幼苗的農(nóng)藝性狀的綜合生長指標影響最大。且在各處理下，單株農(nóng)藝性狀的各項指標均達到了差異顯著性水平。王旭東［18］研究指出，小麥是對磷反應敏感的作物，小麥缺磷根系發(fā)育不良，分蘗少，干物質(zhì)積累少，產(chǎn)量低。隨著施磷量的增加，小麥單株分蘗增多，并呈極顯著正相關(guān)。姜宗慶［19］研究也指出，小麥一生對磷的吸收存在兩個高峰，出苗至越冬始期為第一個吸收高峰。增施磷肥能顯著提高小麥的分蘗數(shù)，缺磷直接影響了小麥葉面積的擴展和分蘗的生長，說明施磷可以調(diào)節(jié)小麥的生長。岳壽松［20］研究進一步指出，磷對小麥生長發(fā)育的作用貫穿于整個生育時期，其中以對前期的促進作用最為明顯，磷對小麥幼苗次生根和分蘗的發(fā)生起十分重要作用，表現(xiàn)出明顯的底施和數(shù)量效應，磷通過促壯苗而奠定了豐產(chǎn)的基礎(chǔ)。所以，磷肥有明顯的底施效應，追施不如底施，且隨追肥時間延遲，增產(chǎn)作用逐漸降低［21］。

本研究正是在休閑期蓄水與基施磷肥的基礎(chǔ)上，提高了旱地小麥越冬期株高、分蘗數(shù)、葉面積指數(shù)與單株干重等各項生長指標，其結(jié)論與以上前人研究結(jié)果可謂殊途同歸，可互相佐證。

任書杰［22］指出，小麥的根冠比是反映根系與地上部生長和干物質(zhì)積累協(xié)調(diào)狀況的重要指標，其變化受到作物本身遺傳特性和環(huán)境因素，如水分狀況、肥力因素、土壤質(zhì)地等的共同作用和調(diào)控。根冠比過小，表明根系生長不良，難以為地上部輸送充分的養(yǎng)分和水分，而根冠比過大，出現(xiàn)根系冗余，使光合產(chǎn)物向生殖器官的投入減少，影響地上部生物學產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量的形成，導致水分和養(yǎng)分的利用效率降低。而相對于小麥地上部生長來說，磷對于根系生長的較大促進作用方面的研究已很多［12，23，24］。梁銀麗［12］指出，磷營養(yǎng)對根系的生長具有明顯的促進作用，增施磷肥可顯著地加速根系生長，提高根干重。磷肥促進根系生長發(fā)育的作用不僅有利于作物對養(yǎng)分的吸收利用，而且有利于對水分的吸收利用。旱地施用磷肥具有以肥促根、以根調(diào)水的積極作用。黃土旱塬土層深厚，深層貯水穩(wěn)定，增施磷肥有利于對深層水分的利用，增強作物抗旱能力，是提高水分利用效率的重要措施之一［24］。在本研究中，通過休閑期耕作，在提高土壤蓄水量的基礎(chǔ)上，改善了小麥生長的土壤環(huán)境，可促進根系下扎，吸收深層養(yǎng)分，提高養(yǎng)分利用效率，隨著施磷水平的提高，極大促進了冬前旱地小麥根系的生長，根冠比呈增加的趨勢，深耕高磷處理根冠比高達1.35，表現(xiàn)出了冬前根系的生長而抑制了地上部分蘗的發(fā)育；而深耕中磷的根冠比為1.06，在保證冬前有效分蘗形成的同時，充分促進了根系生長，形成了旱地小麥冬前的合適的根冠比。

脯氨酸是一種滲透調(diào)節(jié)產(chǎn)物，當植物受到逆境條件的危害時，產(chǎn)生溶質(zhì)累積以降低水勢，維持體內(nèi)的水分平衡，保證植物的正常生長［25］。丙二醛作為膜脂過氧化的重要產(chǎn)物，其含量與質(zhì)膜相對透性具有相關(guān)性，是植物受傷害程度的指標之一。一般來說，MDA含量越高，表示植株受傷害程度越大［26］。

通過對旱地小麥越冬期葉片組織脯氨酸和丙二醛含量的測定可知，在同一施磷水平下，深耕表現(xiàn)出比深松與免耕較低的脯氨酸和丙二醛積累量，這可能與通過深耕更有利于保持土壤的一種相對的疏松狀態(tài)，從而使根系充分生長并促進了根系對莖葉的養(yǎng)分與水分的高效供給有關(guān)。劉爽［26］在對不同土壤緊實度對不同樹種的脯氨酸和丙二醛含量的研究分析中也指出，隨著土壤壓實強度增強，各樹種脯氨酸含量及丙二醛含量均呈上升趨勢。本研究也得到了類似結(jié)果。

張殿忠［27］在對小麥不同品種葉片游離脯氨酸含量對土壤水分響應的研究中指出，當土壤相對含水量降至40%以下時，各品種的葉片游離脯氨酸含量急劇增加。本研究表明，隨著施磷水平的提高，葉片脯氨酸和丙二醛含量呈先降低后升高的趨勢，說明偏高或偏低的磷供給都會產(chǎn)生一種類似脅迫機制，對旱地小麥幼苗的冬前生長造成影響。這可能與在過高過低的施磷水平上均不利于旱地小麥水肥的協(xié)調(diào)高效利用以及對土壤有效供水層的蓄水總量提高有關(guān)，其詳細機理有待進一步研究。

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