旱地小麥休閑期不同耕作方式配施磷肥的土壤培肥效應(yīng)

陸梅，高志強，孫敏，鄧妍，溫斐斐，房鵬霞，邢軍，張萌

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

旱地小麥在山西小麥生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，而土壤貧瘠、水分缺乏是其生產(chǎn)受限制的主要因素［1，2］。磷是冬小麥生長發(fā)育中必不可少的營養(yǎng)元素，也是北方麥區(qū)土壤普遍缺乏的元素［3］。旱地土壤中的全磷量很高，但是有效磷含量較低，不能滿足作物生長需要，如何充分有效地利用土壤中的難溶性磷肥資源是作物栽培中亟需解決的實際問題［4］。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，提高水分利用效率，進而提高產(chǎn)量［5］。甘肅張掖的試驗表明，農(nóng)田速效磷含量低于10 mg·kg－1時，90%的農(nóng)田施用磷肥后作物能增產(chǎn)15.0%～26.0%。在0～20 c m土層土壤速效磷含量為4.10 mg·kg－1的地力條件下，施磷0～108 kg·h m－2時，小麥籽粒產(chǎn)量隨著施磷量的增加而增加，繼續(xù)增施磷肥，籽粒產(chǎn)量呈下降趨勢［6，7］。磷酸酶能促進有機磷化合物分解，對土壤磷素的轉(zhuǎn)化利用起作用，國外研究者認為施用磷肥可以降低根際土壤磷酸酶活性［8～10］。土壤有機磷與土壤磷酸酶活性和有機質(zhì)之間，存在顯著的正線性關(guān)系。隨著土壤有機磷含量的增加，土壤有機質(zhì)含量顯著增加，土壤磷酸酶活性顯著提高［11，12］。前人研究大多是在播種前耕作或施肥或休閑期經(jīng)過多次作業(yè)對旱地麥田土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量的影響，而休閑期一次性作業(yè)配套生育期施肥處理的報道較少。本試驗于休閑期采用深翻＋深施有機肥＋秸稈還田、深松＋深施有機肥＋秸稈覆蓋兩套技術(shù)模式，配套生育期施肥，探討山西聞喜縣旱地小麥的適宜施磷量以及對土壤養(yǎng)分、土壤酶活性和產(chǎn)量的影響，以期探索出高產(chǎn)低耗高效的磷肥施用技術(shù)，為提高小麥的肥料利用率，最終獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供科學理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗于2011－2012年在山西農(nóng)業(yè)大學聞喜試驗基地進行。試驗地為夏閑地，20 c m土層內(nèi)含土壤肥力：堿解氮38.62 mg·kg－1、速效磷14.61 mg·kg－1、有機質(zhì)11.88 g·kg－1。試驗區(qū)十年九旱，降水60%～70%集中于夏秋季7、8、9月，表1為試驗田2005－2012年降雨情況，數(shù)據(jù)由聞喜縣農(nóng)業(yè)局提供。

表1 聞喜試驗點的降雨量／mmTable 1 Precipitation at the experimental site in Wenxi／mm

1.1 試驗設(shè)計

試品種為運旱20410，由聞喜縣農(nóng)業(yè)局提供。采用二因素裂區(qū)設(shè)計，以前茬小麥收獲后耕作方式為主區(qū)，設(shè)深翻模式（DPM）、深松模式（SSM）2個水平；①深翻模式：麥收時留高茬20～30 c m，麥收以后15～20 d于7月初等雨后實施，休閑期施有機肥后同時進行深翻處理，深翻深度為35 c m；②深松模式：麥收時留高茬20～30 c m，麥收后15～20 d于7月初等雨后用深松施肥機施有機肥并深松土壤進行一次性作業(yè)，深松深度為40 c m。

以播種前施磷量為副區(qū)，設(shè)75（LP）、112.5（MP）、150 kg·h m－2（HP）3個水平，共2×3＝6個處理，重復(fù)3次。小區(qū)面積30 m×3 m＝90 m2，休閑期施有機肥1500 kg·h m－2，播種前基施氮、磷、鉀肥，純氮（尿素的含氮量為46%）150 kg·h m－2，K2O 150 kg·h m－2，8月25日耙耱收墑，10月1日播種，基本苗2.25×106株·h m－2，行距30 c m，地膜播種。

1.2 取樣及測定方法

1.2.1 土壤養(yǎng)分及土壤酶活性的測定

各生育期用土鉆在各試驗小區(qū)采集土層深度分別為0～20、20～40 c m的土壤作為供試土樣。各試驗小區(qū)隨機采5個樣點，同層混合，作為1次重復(fù)，每個處理取3次重復(fù)，樣品經(jīng)剔除石塊和動植物殘體等雜質(zhì)后風干、磨細，過1 mm和0.25 mm篩，用于土壤養(yǎng)分及酶活性的測定。

土壤養(yǎng)分的測定：堿解氮采用堿解擴散法，速效磷采用鉬銻抗比色法，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測定［13］。土壤酶活性的測定：堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，以1 g土37℃培養(yǎng)24 h后所消耗酚的毫克數(shù)表示［13］。

1.2.2 土壤水分及小麥產(chǎn)量測定

試驗?zāi)攴輿]有發(fā)生強的、持續(xù)性的大降水，因此沒有通過地面徑流或向下滲漏出3 m土層而引起的水分損失。試驗地的地下水埋深多在200 m以下，因此可以不考慮地下水補給的影響。試驗田較平，小區(qū)之間沒有發(fā)生側(cè)向水分交換。冬小麥主要生育期每處理小區(qū)分層（20 c m為一層）取樣，采用烘干法測定0～300 c m土層的土壤蓄水量。土壤蓄水量／mm＝［（濕土重－烘干土重）／烘干土重×100］×土層厚度（mm）×各土層容重。成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)、每穗平均粒數(shù)及千粒重，每小區(qū)取50株測定生物產(chǎn)量，收割2 m2計算經(jīng)濟產(chǎn)量。

1.2.3 水分計算公式

作物耗水量：ETa＝R1－ΔW 式中：ETa為作物生育期內(nèi)耗水量／mm；R1為生育期內(nèi)降雨量／mm；ΔW為收獲期與播種期0～100 c m土壤蓄水量之差／mm。

總耗水量／mm＝處理前土壤蓄水量＋休閑期降雨量＋生育期降雨量－收獲期土壤蓄水量

水分利用率／kg·h m－2·mm－1＝ 單位面積小麥產(chǎn)量／總耗水量

氮肥偏生產(chǎn)力＝施氮小區(qū)作物產(chǎn)量／施氮量，指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量，其大小反映施用氮肥對經(jīng)濟產(chǎn)量產(chǎn)生的效應(yīng)。

磷肥偏生產(chǎn)力＝施磷小區(qū)作物產(chǎn)量／施磷量，指單位投入的肥料磷所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量，其大小反映施用磷肥對經(jīng)濟產(chǎn)量產(chǎn)生的效應(yīng)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel和SAS9.0軟件計算、繪圖與統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式配施磷肥對土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 堿解氮

隨著生育進程的推移，各生育期0～20 c m土壤堿解氮含量表現(xiàn)為越冬期較高，此后隨著小麥生長發(fā)育土壤堿解氮含量逐漸降低，到開花期，小麥達到吸氮高峰期，土壤堿解氮含量降到最低水平，成熟期又有所回升（圖1－a）。20～40 cm土壤堿解氮含量呈“W”型變化趨勢，即先下降，再上升，然后又下降，最后再略有回升（圖1－b）。

由圖1－a和圖1－b還可看出，休閑期深松處理越冬到成熟期0～20 c m、20～40 cm土壤堿解氮含量較深翻降低。在休閑期耕作條件下，增施磷肥均可提高兩土層越冬到拔節(jié)期土壤堿解氮含量，均以HP最高，MP次之，LP最低，降低了兩土層開花到成熟期土壤堿解氮含量，以HP最低，LP最高。

圖1 耕作方式配施磷肥對0～20cm、20～40cm土壤堿解氮的影響Fig.1 Effect of different tillage and Papply in fallow period on soilalkal Ncontent at depth of 0～20cm and 20～40cm

2.1.2 速效磷

旱地小麥0～20cm土壤速效磷含量越冬到拔節(jié)期變化不明顯，拔節(jié)到孕穗期隨溫度的升高，速效磷含量也明顯升高，孕穗到開花期急速下降，到成熟期又有所回升（圖2－a）。20～40cm土壤速效磷含量表現(xiàn)為先緩慢上升，在孕穗期達到高峰后快速下降的單峰曲線，到成熟期土壤速效磷含量降到最低（圖2－b）。

休閑期深松各生育期土壤速效磷含量均低于深翻。由圖2－a和圖2－b還可看出，在休閑期耕作條件下，隨施磷量的增加，各生育期0～20 c m、20～40 c m土壤速效磷含量均表現(xiàn)為HP最高，LP最低。

圖2 耕作方式配施磷肥對0～20cm、20～40cm土壤速效磷的影響Fig.2 Effect of different tillage and Papply in fallow period on soil available Pcontentat depth of 0～20cm and 20～40cm

2.2 不同耕作方式配施磷肥對土壤有機質(zhì)含量的影響

由圖3－a和圖3－b可看出，隨生育進程的推移，休閑期深翻0～20 c m和20～40 c m土壤有機質(zhì)含量均表現(xiàn)為先上升后下降的單峰曲線，孕穗期出現(xiàn)峰值。休閑期深松0～20cm和20～40cm土壤有機質(zhì)含量均表現(xiàn)為越冬到開花期平穩(wěn)上升，在開花期出現(xiàn)峰值后急速下降，在開花期達到最大。

休閑期采用深松較深翻降低了越冬到孕穗期及成熟期0～20cm、20～40cm土壤有機質(zhì)含量，由于深松處理峰值的出現(xiàn)，所以在開花期，深翻有機質(zhì)含量均低于深松。

由圖3－a和圖3－b還可看出，休閑期耕作，各生育期0～20cm、20～40cm土壤有機質(zhì)含量均表現(xiàn)為HP最高，LP最低。深翻條件下，越冬到拔節(jié)期和成熟期HP高于LP；深松條件下，各生育期0～20cm土壤有機質(zhì)含量表現(xiàn)為HP處理高于LP處理。

2.3 不同耕作方式配施磷肥對土壤磷酸酶的影響

隨生育進程的推移，0～20 c m、20～40 c m土壤磷酸酶活性變化趨勢基本一致，即磷酸酶活性從越冬到孕穗期平穩(wěn)上升，并且在孕穗期出現(xiàn)峰值，從孕穗到成熟期磷酸酶活性下降，成熟期最?。▓D4－a、圖4－b）。

休閑期采用深松模式較深翻降低了各生育期0～20 c m、20～40 c m土壤磷酸酶活性。20～40 c m，越冬期HP和MP處理深松低于深翻，LP處理深松高于深翻。由圖4－a和圖4－b還可看出，休閑期耕作，隨著施磷量增大，土壤磷酸酶活性升高，整個生育期均表現(xiàn)為HP最高，LP最低。

圖3 耕作方式配施磷肥對0～20 c m、20～40 c m土壤有機質(zhì)的影響Fig.3 Effect of different tillage and P apply in fallow period on soil or ganicmatter content at depth of 0～20 c m and 20～40 c m

圖4 耕作方式配施磷肥對0～20 c m、20～40 c m土壤磷酸酶活性的影響Fig.4 Effect of different tillage and P apply in fallow period on soil alkaline phosphatase activity at depth of 0～20c m and 20～40 c m

2.4 不同耕作方式配施磷肥對旱地麥田產(chǎn)量及水肥利用效率的影響

由表2可看出，休閑期深松較深翻可提高理論產(chǎn)量、實際產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成，且穗數(shù)、千粒重、理論產(chǎn)量及實際產(chǎn)量均達到顯著水平，MP處理穗粒數(shù)差異顯著。休閑期深翻條件下，理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量不同處理間差異顯著，穗粒數(shù)和千粒重HP與LP處理間差異顯著。休閑期深松條件下，穗粒數(shù)、千粒重、理論產(chǎn)量和實際產(chǎn)量處理間差異顯著，穗數(shù)HP與LP處理間差異顯著。

表2 不同耕作方式配施磷肥對產(chǎn)量及水分利用效率的影響Table 2 Effect of different tillage and P apply in fallow period on wheat yield and the WUE of rainfall

由表3可看出，休閑期深松較深翻可顯著提高作物耗水量、自然利用降水效率、氮肥偏生產(chǎn)力和磷肥偏生產(chǎn)力。休閑期耕作，隨施磷量的增加可顯著提高自然降水利用率和氮肥偏生產(chǎn)力，可提高作物耗水量，且HP與LP處理差異顯著，顯著降低了磷肥偏生產(chǎn)力。

表3 休閑期不同耕作方式配施磷肥對水分利用效率及肥料利用效率的影響Table 3 Effect of different tillage and P apply in fallow period on the WUE of rainfall and N、P partial factor productivity

3 討論與結(jié)論

有研究表明，在一定氮水平下增施磷肥促進了小麥對土壤氮素的吸收利用，土壤速效氮含量逐漸降低，而過量施磷條件下，土壤速效氮含量反而增加［14］。周陳等［15］研究認為，施肥能提高土壤中的微生物含量，而土壤微生物能促進土壤中有機質(zhì)的分解，產(chǎn)生大量的有機酸，促進土壤中的磷素變?yōu)樗傩缘哪鼙恢仓曛苯游盏牧姿?，速效磷含量顯著增加。本研究結(jié)果表明，旱地麥田在一定施氮量情況下，隨著磷肥施用量增加，土壤中堿解氮的含量在小麥生育前期增加，到孕穗期小麥進入快速生長階段后顯著降低，速效磷在整個生育期顯著增加，這是由于在幼苗階段，冬小麥吸氮較少，施磷量高土壤堿解氮含量也高。隨著小麥進入快速生長階段，吸氮量明顯增多，施磷量高而土壤堿解氮含量最低，說明施磷可促進小麥后期對土壤氮素的吸收利用，有利于小麥生長發(fā)育。這與前人研究結(jié)果基本一致。

土壤有機質(zhì)含量的變化直接反映了土壤肥力的高低。張建軍等［16］認為，耕作配施氮磷肥可以不同程度地提高有機質(zhì)，不僅改善了土壤結(jié)構(gòu)、孔隙、水分和熱狀況，同時具有培肥土壤的效果。土壤有機磷與土壤磷酸酶活性和有機質(zhì)之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。本研究認為，隨施磷量的增加，土壤有機質(zhì)含量在小麥的各生育期始終維持在較高水平，這是由于磷肥中含有有機磷，能夠提高土壤有機質(zhì)含量，改善土壤理化性狀，活化被土壤固定的營養(yǎng)元素，加快有機質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，活化土壤中被固定養(yǎng)分及礦物質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量，這與前人結(jié)果較為一致。

磷酸酶對土壤磷素的有效性具有重要作用，在磷酸酶的參與下，可加速有機磷的脫磷速度［17］。李志勇等［18］研究認為，旱地褐土施用P2O5150～900 kg·h m－2磷肥后，土壤酶活性發(fā)生了變化，隨著磷肥施用量的增加，磷酸酶活性大幅下降。國外研究者認為施用磷肥可以降低根際土壤磷酸酶活性［19，20］，本研究結(jié)果表明休閑期深翻較深松可提高0～20 c m和20～40 c m土壤磷酸酶活性，且施磷量為 HP（150 kg·h m－2）時效果最好。

姜宗慶等［21］的試驗證明，適當增施磷肥，能提高粒重、每穗粒數(shù)和穗數(shù)，施磷對產(chǎn)量構(gòu)成因子均有影響。喬旭等［22］研究表明適宜的水肥條件有利于作物對養(yǎng)分的吸收和運輸，有效地協(xié)調(diào)土壤水分和養(yǎng)分，可有效提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。本研究結(jié)果表明，休閑期深松較深翻可提高產(chǎn)量及其構(gòu)成和作物耗水量，可顯著提高WUE，生育期配合增施磷肥尤其是施磷量為150 kg·h m－2時效果顯著。無論深翻還是深松，施磷均可提高產(chǎn)量及其構(gòu)成，水分利用效率，且處理間產(chǎn)量和水分利用效率差異顯著。

總之，旱地小麥休閑期采用深翻或深松耕作基礎(chǔ)上，增加施磷量影響了0～40 c m土層土壤養(yǎng)分含量及磷酸酶活性，可有效增加土壤速效磷、有機質(zhì)含量及土壤磷酸酶活性，優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成，增加產(chǎn)量水平，同時提高氮素偏生產(chǎn)力和水分利用效率，以休閑期深松產(chǎn)量水平及水分利用效率較高。

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