不同降水年型和施磷水平對小麥產(chǎn)量的效應(yīng)

胡雨彤，郝明德，付威，趙晶，王哲

（1中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100；2中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌 712100；4西北農(nóng)林科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100）

不同降水年型和施磷水平對小麥產(chǎn)量的效應(yīng)

胡雨彤1,2，郝明德1,3，付威4，趙晶1,2，王哲3

（1中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100；2中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西楊凌 712100；4西北農(nóng)林科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100）

【目的】水肥是黃土旱塬小麥產(chǎn)量提高的兩大限制因子。探討長期定位施肥下不同降水年型和施磷水平對黃土高原旱作小麥產(chǎn)量效應(yīng)，可為不同降水年型下合理施用磷肥和提高旱塬小麥產(chǎn)量提供理論依據(jù)。【方法】以黃土高原30年長期磷肥定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，并將冬小麥生育年降水劃分為干旱年型、平水年型和豐水年型，深入分析不同降水年型和施磷水平對小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及磷肥貢獻(xiàn)率的影響?！窘Y(jié)果】干旱年型下各處理的小麥產(chǎn)量、千粒重、穗粒數(shù)、公頃有效穗數(shù)與平水年型相比呈降低趨勢，豐水年型下則呈增加趨勢；與平水年型相比，干旱年型的肥料貢獻(xiàn)率呈增加趨勢，豐水年型的肥料貢獻(xiàn)率呈降低趨勢；干旱年型、平水年型、豐水年型以及30年均值中，隨施磷水平的提高，小麥產(chǎn)量、千粒重、穗粒數(shù)呈現(xiàn)出先增后降的趨勢；公頃有效穗數(shù)在干旱年型呈現(xiàn)先增后降的趨勢，平水年型、豐水年型和30年均值中呈直線上升變化；磷肥貢獻(xiàn)率在干旱年型呈現(xiàn)先增后降的趨勢，平水年型呈現(xiàn)直線上升變化，豐水年型呈現(xiàn)直線下降變化。進(jìn)一步對各處理的產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)分析可知，不同降水年型和施磷水平處理主要通過調(diào)控公頃有效穗數(shù)進(jìn)而影響小麥產(chǎn)量，公頃有效穗數(shù)與干旱年型、平水年型、豐水年型和連續(xù)種植30年產(chǎn)量的偏回歸系數(shù)分別為0.713、0.294、0.692和0.643?！窘Y(jié)論】不同降水年型和施磷水平對小麥產(chǎn)量具有顯著調(diào)控效應(yīng)，不同降水年型下施磷水平在125—137 kg·hm-2時(shí)小麥增產(chǎn)效果較好，且以連續(xù)種植30年施磷131 kg·hm-2處理的增產(chǎn)效果最佳；降水年型和施磷水平主要通過調(diào)控小麥產(chǎn)量構(gòu)成三因素中的公頃有效穗數(shù)而影響小麥產(chǎn)量。

冬小麥；降水年型；施磷水平；磷肥貢獻(xiàn)率；產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

0 引言

【研究意義】黃土旱塬屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，但水土流失嚴(yán)重，土壤肥力低下，水肥是限制黃土旱塬作物生長的主要因素[1-2]。磷是植物生長必需的三大營養(yǎng)元素之一，但磷肥的利用率低，通過水分和磷素狀況有效互作，可達(dá)到“以水促磷”和“以磷促水”目的[3]。研究水、磷對作物生長發(fā)育的調(diào)控效應(yīng)，對實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】已有研究表明，低磷土壤中，施磷可以有效提高小麥瞬時(shí)水分利用效率和葉水勢而增加產(chǎn)量，且在同一灌水條件下，施磷可實(shí)現(xiàn)小麥水分利用效率和產(chǎn)量的同步提高[4-6]。同時(shí)適度施磷范圍內(nèi)，適水處理能顯著提高植株體磷素吸收積累總量，但對植株磷含量影響不大；在水分脅迫下，降低作物對磷素吸收積累[7]。適水處理下，過量施磷會導(dǎo)致植株對磷素奢侈吸收，土壤中被固定的磷素越多，磷肥利用率降低，可導(dǎo)致小麥后期出現(xiàn)貪青晚熟，限制磷素養(yǎng)分向子粒中充分分配，降低成穗數(shù)和千粒重，從而抑制經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的提高[8-9]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】適宜的水分與磷素配合可提高小麥生物產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率；而缺水高磷或高水低磷組合中產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率較低[3]。前人研究多是基于不同灌水定額和施磷下對產(chǎn)量的影響對二者進(jìn)行調(diào)控[10-13]，而針對不同降水年型下冬小麥磷肥增產(chǎn)效應(yīng)的研究報(bào)道較少。因此，如何在黃土高原旱作小麥區(qū)根據(jù)不同降水年型，合理施用磷肥，提高籽粒產(chǎn)量和磷肥效應(yīng)成為諸多學(xué)者一直關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)問題?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究借助長期肥料定位試驗(yàn)，研究分析了不同降水年型下施磷水平對冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和磷肥貢獻(xiàn)率的影響，并探討不同降水年型下施磷水平、產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量之間的內(nèi)在關(guān)系，旨在為黃土旱塬區(qū)冬小麥不同降水年型下科學(xué)施肥提供理論技術(shù)和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究開始于 1984年黃土高原中南部的陜西省長武縣十里鋪村的長期肥料定位試驗(yàn)（北緯35°12′, 東經(jīng)107°40′，海拔1 200 m），整理分析數(shù)據(jù)截至2014年。該地區(qū)為典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全部依賴天然降水。本研究30年試驗(yàn)期間，年平均降水量574.6 mm，季節(jié)性分布不均，7—9月降水量占全年降水量的55%，年均氣溫9.1℃。試驗(yàn)區(qū)土壤為黃蓋黑壚土，中壤質(zhì)馬蘭黃土，全剖面土均勻疏松，通透性好，肥力中等；試驗(yàn)地養(yǎng)分含量、地貌特征在黃土高原溝壑區(qū)具有一定代表性。試驗(yàn)開始時(shí)，0—20 cm土壤養(yǎng)分含量為：全氮 0.8 g·kg-1，堿解氮37.0 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)10.5 g·kg-1，全磷0.7 g·kg-1，有效磷3.0 mg·kg-1，速效鉀129.3 mg·kg-1，pH(H2O)為8.3。

長期肥料定位試驗(yàn)以磷肥為基本供試因子，設(shè)P0、P45、P90、P135和P1805個(gè)處理，施磷量（按P2O5計(jì)）分別為0 、45、90、135 和180 kg·hm-2；氮肥基施，氮用量為90 kg·hm-2。試驗(yàn)小區(qū)面積22.2 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。試驗(yàn)從1984年開始連續(xù)種植冬小麥（品種：1984、1985年用秦麥4號，1986—1995年用長武131，1996年后用長武134），播種期9月中、下旬，次年6月下旬收獲，一年一熟。氮肥用尿素，磷肥用過磷酸鈣，肥料在播種前一次性施入土中；試驗(yàn)區(qū)無灌溉，但是每年小麥?zhǔn)斋@后翻耕20 cm，田間管理同大田。

1.2 土壤樣品采集與分析

本實(shí)驗(yàn)于2013年播種前采集各處理0—20 cm土壤樣品，自然風(fēng)干，分別過1 mm和0.25 mm的篩。

全氮采用凱氏定氮法；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法；全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法；速效磷采用 0.5mol.L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用1mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法[14]。

1.3 計(jì)產(chǎn)與考種

每年收獲期測定小麥產(chǎn)量以及每株穗粒數(shù)、單位面積有效穗數(shù)、千粒重。產(chǎn)量為收獲時(shí)曬干的籽粒重。

氣象數(shù)據(jù)來自距離試驗(yàn)田2 km左右的長武縣氣象站。

1.4 數(shù)據(jù)分析

黃土旱塬區(qū)作物產(chǎn)量受施肥影響較大，但是不同施肥量和部分年份間產(chǎn)量變異性較大，這與不平衡施肥以及該區(qū)域降水變異性大有關(guān)[15-16]。為了便于分析，我們采用小麥生育年（即休閑期（7—9月）+生育期（10月至次年6月））概念。1984—2014年30年間，生育年降水量最高值在2014年達(dá)到890.5 mm，1995年最低，為318.4 mm。將生育年降水量劃分為干旱年型、平水年型和豐水年型3種類型。用DI表示干旱指數(shù)，AnP表示生育年降水量，M1表示 1984—2014年生育年平均降水量，σ表示多年生育年降水量的標(biāo)準(zhǔn)差。

DI = (AnP- M1)/σ

當(dāng)DI＞0.35為豐水年型，-0.35≤DI≤0.35為平水年型，DI＜-0.35為干旱年型[17]。

30年間，豐水、平水、干旱三者年型出現(xiàn)頻率很近。干旱年型11年，分別是1986、1987、1992、1995、1996、2001、2003、2005、2007、2009、2013年；平水年型9年，分別是1988、1990、1994、1997、1998、1999、2000、2006、2010年；豐水年型10年，分別是1985、1989、1991、1993、2002、2004、2008、2011、2012、2014年[18]。

磷肥貢獻(xiàn)率（kg·kg-1）=（施磷區(qū)產(chǎn)量-不施磷區(qū)產(chǎn)量）/施磷區(qū)產(chǎn)量[19]

1984—2014年，不同降水年型下，小麥產(chǎn)量變化趨勢用 y=b0+b1x+b2x2表示，其中，y為小麥產(chǎn)量（kg·hm-2），x為施磷量（P2O5），b0為不施肥時(shí)小麥產(chǎn)量，b1為主效應(yīng)系數(shù)，即低施肥量時(shí)作物增產(chǎn)趨勢，b2表示拋物線曲率大小和方向，即小麥產(chǎn)量隨施肥量的增加而達(dá)到的最高前后的變化趨勢[20]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

2 結(jié)果

2.1 不同施磷水平下30年后土壤養(yǎng)分狀況

連續(xù)種植小麥30年后土壤養(yǎng)分，見表1。由表1可知，不同磷素水平連續(xù)施用30年后，土壤中全氮在不同處理之間差異不顯著；土壤中有機(jī)質(zhì)在施磷（P2O5）90和135 kg·hm-2時(shí)，顯著高于不施磷處理，分別高出8.03%和8.60%；土壤中全磷在施磷（P2O5）90、135和180kg·hm-2時(shí)，顯著高于不施磷處理，分別高出36.49%、51.35%和77.03%；土壤中速效磷在施磷（P2O5）45、90、135和180 kg·hm-2時(shí)，分別比不施磷處理高出1.84、4.21、9.79和11.22倍；土壤速效鉀在不同施磷水平下呈現(xiàn)趨勢不一致，整體來說，隨著施磷水平的提高，其含量分別比不施磷處理中降低了6.08%、13.78%、10.76%和9.11%。

表1 不同施磷水平30年后土壤肥力差異Table 1 Effect of long-term different phosphate fertilizer levels on soil fertility

2.2 不同降水年型和施磷水平對小麥產(chǎn)量的影響

由表2和圖1可知，降水年型和施磷水平對小麥產(chǎn)量具有顯著的調(diào)控作用，但是二者的交互作用對產(chǎn)量影響不明顯。不同降水年型相比，冬小麥平均產(chǎn)量以豐水年型最高，在2 676.73—3 941.13kg·hm-2波動(dòng)，顯著高于干旱年型和平水年型。不同施磷水平下，豐水年型的冬小麥平均產(chǎn)量比干旱年型增加 516.63—709.65 kg·hm-2，增產(chǎn)率達(dá)21.09%—29.50%；而豐水年型比平水年型增加473.51—787.87 kg·hm-2，增產(chǎn)率達(dá)13.67%—27.66%。且施磷（P2O5）水平超過 90 kg·hm-2，小麥增產(chǎn)幅度減小，豐水年型與干旱年型相比，增幅穩(wěn)定在 21%左右；豐水年型與平水年型相比，增幅穩(wěn)定在 14%。小麥產(chǎn)量在不同降水年型和施磷水平處理間的變異系數(shù)波動(dòng)范圍較大，如在干旱年型、平水年型和豐水年型分別達(dá)到33.39%—51.18%、21.44%—26.09%和 38.59%—43.04%，整體來說，變異系數(shù)平水年型＜干旱年型＜豐水年型。

同一降水年型下冬小麥平均產(chǎn)量隨施磷水平的增加均呈先升后降的拋物線變化曲線，從不同降水年型下施磷水平與產(chǎn)量趨勢擬合方程可以看出，在不同降水年間，施肥量和產(chǎn)量之間存在極其顯著的回歸關(guān)系。在干旱年型，y= 2229.8+16.675x-0.0633x2（R2=0.9488），當(dāng)施肥量為131.71 kg·hm-2，產(chǎn)量達(dá)到最高為3 327.97 kg·hm-2；在平水年型y=2178.7+19.786x-0.0719x2（R2= 0.9544），當(dāng)施肥量為137.59 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最高為3 539.92 kg·hm-2；在豐水年型y=2819.6+20.27x-0.081x2（R2=0.8502），當(dāng)施肥量為125.12 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最高為4 087.73 kg·hm-2；30年整體分析，y=2411.1+ 18.807x-0.0717x2（R2=0.9216），當(dāng)施肥量為 131.15 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最高為3 644.38kg·hm-2。

表2 磷肥水平和降水年型對產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of phosphate fertilizer and precipitation patterns on yield and yield component

圖1 不同降水年型下各施肥處理中的小麥產(chǎn)量Fig. 1 Wheat yield of different phosphate fertilizer treatments in different precipitation patterns

2.3 不同降水年型和施磷水平對小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

圖2 不同降水年型下各施肥處理中的產(chǎn)量構(gòu)成因素Fig. 2 Wheat yield compositions of different phosphate fertilizer treatments in different precipitation patterns

由表2可知，千粒重、穗粒數(shù)、公頃有效穗數(shù)受降水年型的極顯著影響（P＜0.01），而受磷肥水平和降水年型的交互作用不明顯。由圖2可知，平水年型和豐水年型的小麥千粒重顯著高于干旱年型，與干旱年型相比，平水年型和豐水年型的小麥平均千粒重分別提高2.03—3.46 g和2.57—3.33 g。3種降水年型下冬小麥千粒重與平均產(chǎn)量的變化趨勢相似，亦均隨施磷水平的提高呈先上升后下降的變化趨勢，且施磷水平達(dá)135 kg·hm-2時(shí)千粒重達(dá)最大值，顯著高于對照不施磷處理，增幅分別是3.51%、6.55%和2.33%。連續(xù)種植30年中，施磷45、90、135 和180 kg·hm-2下小麥千粒重分別比對照高出了2.43%、2.66%、4.01%和2.77%。千粒重在干旱年型、平水年型和豐水年型變異系數(shù)分別在 8.51%—10.83%、5.33%—11.04%和7.00%—11.35%波動(dòng)，其中在干旱年型和豐水年型中均在不施磷處理中變異系數(shù)最小，分別是 8.51%和7.00%，平水年型在施磷90 kg·hm-2時(shí)最小，為5.33%。

穗粒數(shù)在不同降水年型間變化不明顯。干旱年型和平水年型中，同一降水年型下，施磷水平對穗粒數(shù)影響不顯著；在豐水年型，施磷45、90、135和180 kg·hm-2下穗粒數(shù)分別比對照高出了9.30%、17.13%、6.64%和7.12%。連續(xù)種植30年中，施磷45、90、135和 180 kg·hm-2下穗粒數(shù)分別比對照高出了 3.45%、8.08%、4.39%和2.61%。穗粒數(shù)在干旱年型、平水年型和豐水年型變異系數(shù)分別在 20.09%—30.94%、16.54%—21.25%和 16.80%—24.30%波動(dòng)，其中干旱年型施磷180 kg·hm-2時(shí)變異系數(shù)最小，為20.09%，平水年型在施磷45 kg·hm-2時(shí)最小，為16.54%，豐水年型在不施磷處理中變異系數(shù)最小，為16.80%。

同時(shí)，平水年型和豐水年型的小麥公頃有效穗數(shù)顯著高于干旱年型，平水年和豐水年相比干旱年分別增加9.42%—16.71%和18.90%—24.46%。同一降水年型下施磷處理的小麥公頃有效穗數(shù)顯著高于對照不施磷處理。隨施磷水平的提高，干旱年型的小麥公頃有效穗數(shù)呈先升高后降低的變化趨勢，而平水年型和豐水年型則呈直線上升變化趨勢。干旱年型、平水年型和豐水年型的小麥公頃有效穗數(shù)增幅分別達(dá) 17.50%—34.20%、18.18%—37.39%和 12.24%—32.33%。連續(xù)種植30年中，施磷45、90、135和180 kg·hm-2下小麥公頃有效穗數(shù)分別比對照高出了15.76%、26.81%、31.81%和34.40%。小麥公頃有效穗數(shù)在干旱年型、平水年型和豐水年型變異系數(shù)分別在21.85%—30.72%、17.11%—25.60%和 28.11%—34.94%波動(dòng)，其中干旱年型不施磷中變異系數(shù)最小，為21.85%，平水年型在施磷45 kg·hm-2時(shí)最小，為17.11%，豐水年型在施磷180 kg·hm-2時(shí)變異系數(shù)最小，為28.11%。整體來說，千粒重、穗粒數(shù)和小麥公頃有效穗數(shù)在平水年型中變異系數(shù)相對較小。

2.4 不同降水年型和施磷水平對小麥磷肥貢獻(xiàn)率的影響

由圖3可知，不同降水年型下各施磷水平處理的磷肥貢獻(xiàn)率變化趨勢表現(xiàn)不盡一致。不同年型相比，小麥磷肥貢獻(xiàn)率總體表現(xiàn)為干旱年型＞平水年型＞豐水年型。在同一降水年型下，干旱年型中隨施磷水平提高，磷肥貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)先增后降的趨勢，在施磷水平為 135 kg·hm-2的磷肥貢獻(xiàn)率達(dá)最大值，為 37.02 kg·kg-1；平水年型中隨施磷水平提高，磷肥貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)直線上升變化，在施磷水平為180 kg·hm-2的磷肥貢獻(xiàn)率達(dá)到最大值，其數(shù)值為 35.69 kg·kg-1；豐水年型中隨施磷水平提高，磷肥貢獻(xiàn)率呈直線下降變化，在施磷水平為45 kg·hm-2的磷肥貢獻(xiàn)率達(dá)到最大值，為28.48 kg·kg-1。小麥磷肥貢獻(xiàn)率在不同降水年型和施磷水平處理間的變異系數(shù)波動(dòng)范圍較大，如在干旱年型、平水年型和豐水年型分別達(dá)到 48.58%—53.70%、72.91%—83.65%和70.54%—218.33%，整體來說，變異系數(shù)干旱年型＜平水年型＜豐水年型。

圖3 不同降水年型下各施肥處理中的磷肥貢獻(xiàn)率Fig. 3 Phosphorus contribution rate of different phosphate fertilizer treatments in different precipitation patterns

2.5 不同降水年型與施磷水平下小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的相關(guān)分析

從表3可以看出，不同施磷水平處理的小麥公頃有效穗數(shù)和產(chǎn)量在干旱年型、豐水年型和連續(xù)種植30年下均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）。干旱年型

下施磷水平為0、45和180 kg·hm-23個(gè)處理的穗粒數(shù)和產(chǎn)量之間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01）；不施磷處理中穗粒數(shù)與小麥公頃有效穗數(shù)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），施磷45 kg·hm-2處理的穗粒數(shù)與小麥公頃有效穗數(shù)之間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），達(dá)到0.446；不同施磷水平處理的公頃有效穗數(shù)與千粒重之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)性在施磷45、90、135、180 kg·hm-2均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。平水年型下僅有施磷180 kg·hm-2處理的小麥穗粒數(shù)和產(chǎn)量之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），且相關(guān)系數(shù)達(dá)0.627外，其他各施磷水平處理的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素間的相關(guān)性均未達(dá)顯著水平。而豐水年型下施磷45 kg·hm-2和 180 kg·hm-2處理的穗粒數(shù)和產(chǎn)量之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），且相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.591和0.599，對照未施磷處理的穗粒數(shù)和產(chǎn)量之間亦呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）。連續(xù)種植30年中，施磷水平為45、135和180 kg·hm-23個(gè)處理的穗粒數(shù)和產(chǎn)量之間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），施磷水平為0和90 kg·hm-22個(gè)處理的穗粒數(shù)和產(chǎn)量之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05）；施磷90 kg·hm-2時(shí)，穗粒數(shù)與小麥公頃有效穗數(shù)之間呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），達(dá)到0.439。

表3 小麥產(chǎn)量構(gòu)成三要素與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)Table 3 The correlationcoefficient of the three elements of yield components and wheat yield

對同一降水年型和 30年均值下不同施磷水平處理的產(chǎn)量構(gòu)成因素對產(chǎn)量的回歸分析結(jié)果可知，干旱年型、平水年型、豐水年型和30年均值中的回歸方程分別為：產(chǎn)量=-2412.015+26.089×千粒重+67.993×穗粒數(shù)+8.812×公頃有效穗數(shù)（R2=0.60，F(xiàn)=83.322，P＜0.01）、產(chǎn)量=-249.058+31.067×千粒重+38.626×穗粒數(shù)+2.858×公頃有效穗數(shù)（R2=0.151，F(xiàn)=7.749，P＜0.01）、產(chǎn)量=-4191.173+55.457×千粒重+100.015×穗粒數(shù)+7.803×公頃有效穗數(shù)（R2=0.599，F(xiàn)=72.712，P＜0.01）、產(chǎn)量=-1915.727+22.646×千粒重+72.505×穗粒數(shù)+7.150×公頃有效穗數(shù)（R2=0.506，F(xiàn)=152.530，P＜0.01），且4種類型下小麥穗粒數(shù)和公頃有效穗數(shù)與產(chǎn)量之間的偏相關(guān)系數(shù)均呈顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）正相關(guān)，其偏相關(guān)系數(shù)分別為 0.441和0.713、0.195和0.294、0.396和0.692、0.355和0.643。由此說明降水年型和施磷水平主要通過調(diào)控公頃有效穗數(shù)的多少進(jìn)而影響小麥產(chǎn)量。

3 討論

3.1 降水年型和施磷水平下小麥產(chǎn)量

小麥產(chǎn)量的高低受多種因素的綜合影響，在黃土旱塬地區(qū)主要是水和肥。研究表明，不同降水年型下產(chǎn)量豐水年型＞平水年型＞干旱年型[18]；無論施磷與否，隨水分條件的改善，小麥產(chǎn)量明顯增加[21]。本研究中，同樣顯示在不同施磷水平下小麥產(chǎn)量豐水年型＞平水年型＞干旱年型，這可能是在干旱區(qū)，降水增多提高了土壤水分含量，促進(jìn)了土壤中養(yǎng)分元素的溶解，有利于作物吸收，促進(jìn)根系伸展和作物生長，從而提高產(chǎn)量[22]。

大量研究表明，隨著施氮量的增加，小麥產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增后減的拋物線趨勢[23-24]；本研究中證實(shí)了在同一施氮下，磷肥用量與產(chǎn)量之間存在先升后降的拋物線關(guān)系，由拋物線最高點(diǎn)可知，在干旱年型，當(dāng)施肥量為131.71kg·hm-2，產(chǎn)量最高為3 327.97 kg·hm-2；在平水年型，當(dāng)施肥量為137.59 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最高為3 539.92 kg·hm-2；在豐水年型，當(dāng)施肥量為125.12 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最高為4 087.73 kg·hm-2；連續(xù)種植30年中，當(dāng)施肥量為131.15 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最高為3 644.38 kg·hm-2。在保持一定施氮水平下，起初隨著施磷量的增加，土壤養(yǎng)分狀況會改善，同時(shí)肥料具有“以肥促水”的作用，改善土壤水分狀況，小麥產(chǎn)量會提高，到一定施肥量之后，隨著磷肥用量的增加，土壤和植物中磷素累積，其他元素含量較低，磷和其他元素間比例失衡，作物不能有效利用，小麥產(chǎn)量會降低[25-26]；長武地區(qū)30年后在施磷（P2O5）90 kg·hm-2以后，土壤全氮開始下降，施磷（P2O5）45 kg·hm-2以后，土壤速效鉀含量呈現(xiàn)降低趨勢，磷素呈增加趨勢，這可能由于氮磷鉀養(yǎng)分的失衡，小麥產(chǎn)量在 135kg·hm-2后呈現(xiàn)降低趨勢（表1）。同時(shí)研究表明，當(dāng)土壤中有效磷含量高出 30 mg·kg-1時(shí)[27]，小麥增產(chǎn)效果不明顯，長武地區(qū)長期連續(xù)30年施磷135 kg·hm-2后，土壤有效磷含量達(dá)到 44.69 mg·kg-1（表 1），因此，一般該區(qū)域施磷135 kg·hm-2后，小麥產(chǎn)量有降低趨勢。最佳施肥量的提出，為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)不同降水年型下合理施肥，提供了一個(gè)數(shù)據(jù)參考。

3.2 降水年型和施磷水平下小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素

王旭東[28]在研究中表明，增施磷肥顯著提高千粒重、穗粒數(shù)、公頃有效穗數(shù)；楊勝利等[29]研究表明，增施磷肥能夠增加成穗數(shù)，千粒重，而對穗粒數(shù)沒有影響；郝明德等[30]研究表明，連續(xù) 18年種植小麥期間，豐水年型下千粒重、穗粒數(shù)、公頃有效穗數(shù)高于其他降水年型。本研究中表明降水年型和施磷水平對穗粒數(shù)影響不明顯，而對千粒重和公頃有效穗數(shù)影響較大，其中對公頃有效穗數(shù)影響最大，這是由于3種降水年型下公頃有效穗數(shù)與產(chǎn)量之間偏回歸系數(shù)均最高，而偏回歸系數(shù)的大小表明對因變量影響的相對大小[31]。公頃有效穗數(shù)可以作為評價(jià)小麥產(chǎn)量高低的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在不同降水年型下公頃有效穗數(shù)越高，小麥產(chǎn)量越高。

3.3 降水年型和施磷水平下磷肥貢獻(xiàn)率

MATAR等[32]研究表明，磷肥對小麥的效應(yīng)受降雨分布影響較大，一般在水分脅迫存在時(shí)磷肥利用效率較高。本研究中，磷肥貢獻(xiàn)率在干旱年型高于平水年型，而豐水年型低于平水年型，這可能與磷肥在嚴(yán)重缺水時(shí)可以降低小麥耗水量，提高水分利用效率，相對提高小麥產(chǎn)量，提高磷肥貢獻(xiàn)率[33]，同時(shí)磷素營養(yǎng)對干旱下有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累有重要調(diào)控作用有關(guān)[34]；水分較多時(shí)，不施磷產(chǎn)量相對干旱年較高，磷肥貢獻(xiàn)率增加梯度降低，顯示豐水年磷肥貢獻(xiàn)率較低。

4 結(jié)論

在施氮的基礎(chǔ)上，長期施用不同用量的磷肥可以顯著提高土壤中磷含量，提高小麥產(chǎn)量，且隨著磷肥用量的增多，小麥產(chǎn)量呈現(xiàn)出先上升后下降的拋物線趨勢。在不同降水年型下，磷肥施用量應(yīng)該在 125—137 kg·hm-2之間，從連續(xù)種植 30年來看，施磷131 kg·hm-2時(shí)，小麥產(chǎn)量較高。

干旱年型、平水年型和豐水年型下，公頃有效穗數(shù)與產(chǎn)量間均存在極顯著的相關(guān)關(guān)系，且在回歸分析中，偏相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大，分別達(dá)到0.713、0.294和0.692。從連續(xù)種植30年來看，公頃有效穗數(shù)和產(chǎn)量的偏相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.643。降水年型和磷肥用量主要通過影響公頃有效穗數(shù)來影響小麥產(chǎn)量。

干旱年型磷肥貢獻(xiàn)率高出平水年型 1.79%—8.09%，而豐水年型低于平水年型4.81%—41.02%，且降水年型和磷素用量對磷肥貢獻(xiàn)率影響不顯著。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effect of Precipitation Patterns and Different Phosphorus Nutrition Levels on Winter Wheat Yield

HU YuTong1,2, HAO MingDe1,3, FU Wei4, ZHAO Jing1,2, WANG Zhe3
(1Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences, Yangling 712100, Shaanxi;2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049;3Institute of Soil and Water Conservation, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, Shaanxi;4College of Natural Resource and Environment, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, Shaanxi)

【Objective】Water and fertilisation are the main two factors limiting wheat production in arid and semiarid regions of the Loess Plateau. The effects of precipitation patterns and phosphorus nutrition levels on wheat yield under long-term fertilizer field experiment were studied. The result will provide a theoretical basis for improving wheat yield with a reasonable phosphorus level with different precipitation patterns in the semiarid regions.【Method】Growth years precipitation were divided into dry years, normal years and wet years based on 30 years long-term fertilizer field experiment on the semiarid Loess Plateau in China. Effects of precipitation patterns and phosphorus nutrition levels on the winter wheat yield, yield component and phosphorus contribution rate(PCR) were deeply studied on the semiarid Loess Plateau.【Result】Wheat yield, 1000-grain weight, grains per spike and spike numbers in the dry years were lower than the normal years, higher in the wet years than the normal years. PCR in the dry years was higher than the normal years, lower in the wet years than the normal years. Wheat yield, 1000-grain weight and grains per spike in the dry, normal, wet and 30 years planting showed a trend of increase first and fall later with the adding of phosphorus. Spike numbers were increased first and fall later in the dry years, presented a rise perpendicularly in the normal years, wet years and 30 years planting. PCR was increased first and fall later in the dry years, presented a rise perpendicularly in the normal years, linear decrease in the wet years. The correlation coefficient between the yield and yield components showed that different precipitation patterns mainly through affecting the spike numbers to influence the yield. The partial regression coefficient among spike numbers and dry, normal , wet years and 30 years planting was 0.713, 0.294, 0.692 and 0.643, respectively.【Conclusion】Phosphorus nutrition levels and precipitation patterns could significantly impact the wheat yield. The yield in the 125-137 kg·hm-2phosphorus treatment was the best in different precipitation patterns. The yield in the 131 kg·hm-2phosphorus treatment was the best with the 30 years continuous planting. Precipitation patterns and phosphorus nutrition levels mainly through regulating the spike numbers of wheat yield components to influence the yields.

winter wheat; precipitation patterns; phosphate fertilizer treatment; phosphorus contribution rate; yield and yield component

2016-07-19；接受日期：2016-09-12

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD22B01）、西北農(nóng)林科技大學(xué)科技成果推廣項(xiàng)目（TGZX2015-24）、寧夏農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)可以推廣項(xiàng)目（NTKJ-2013-03-1）

聯(lián)系方式：胡雨彤，E-mail：shihezidetian@126.com。通信作者郝明德，E-mail：mdhao@ms.iswc.ac.cn