壟覆溝播及施肥位置優(yōu)化對旱地小麥氮磷鉀吸收利用的影響

黃 明，王朝輝，羅來超，王 森，曹寒冰，何 剛，刁超朋

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室, 陜西楊凌 712100；2 河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院,河南洛陽 471023；3 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點實驗室, 陜西楊凌 712100）

小麥是我國三大糧食作物之一，其中有三分之一種植在旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)[1]。由于我國旱地降水少、缺乏補灌，且土壤貧瘠、追肥困難，加上現(xiàn)實生產(chǎn)中農(nóng)民不科學(xué)的耕作栽培以及過量施肥、人工撒施等施肥習慣，造成旱地小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)、種植效益和水肥利用效率低下[2–3]、肥料資源浪費、環(huán)境污染加重等問題[4–5]。此外，近年來小麥比較效益下降[6]，農(nóng)戶種植小麥的積極性大幅降低，嚴重影響了小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展[7]。因此，探索能協(xié)同提升產(chǎn)量、水肥利用效率和種植效益的保水栽培與養(yǎng)分管理措施，對小麥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障國家糧食安全至關(guān)重要。壟覆溝播具有促進降雨入滲、抑制水分蒸發(fā)、增加作物蒸騰耗水、調(diào)節(jié)土壤溫度、活化土壤養(yǎng)分、提高水肥利用效率和產(chǎn)量等作用，已成為旱地小麥增產(chǎn)的主要措施[8–10]。然而，小麥壟覆溝播栽培改善了干物質(zhì)生產(chǎn)能力，養(yǎng)分生理效率和產(chǎn)量形成的養(yǎng)分需求量也隨之改變[11]，繼續(xù)采用常規(guī)的施肥技術(shù)，會導(dǎo)致生育后期脫肥，影響產(chǎn)量潛力的發(fā)揮[10]。西北旱地的試驗表明，麥季增施氮肥[12]或增施磷肥[13]可解決壟覆溝播小麥生育后期養(yǎng)分供應(yīng)不足的問題，進一步提高籽粒產(chǎn)量，但肥料利用效率明顯降低。因此，在小麥壟覆溝播生產(chǎn)中，還應(yīng)優(yōu)化施肥技術(shù)以協(xié)同提高籽粒產(chǎn)量和養(yǎng)分效率。定位施肥是科學(xué)施肥的重要組成部分，其將肥料精準定位施于種子或根系附近，通過施肥位點調(diào)節(jié)作物根系形態(tài)和分布特征[14]，有效改善了作物養(yǎng)分吸收和物質(zhì)生產(chǎn)能力[15]。定位施用氮磷鉀肥，在歐美[16–17]、南亞[18]和中國的黃淮海平原[19–20]、長江中下游[21]、西南旱地[7]和西北旱地[22–23]的糧食作物生產(chǎn)中均有很好的增產(chǎn)增收增效作用?；诖耍覀儾捎酶材な┓什シN一體機一次性完成施肥起壟覆膜播種，在現(xiàn)有壟覆溝播栽培技術(shù)的基礎(chǔ)上將氮磷鉀肥定位條施于播種行側(cè)、膜下、種側(cè)下 5 cm處，建立了小麥膜側(cè)施肥栽培技術(shù)。前期的研究發(fā)現(xiàn)這種栽培模式改善了土壤氮供應(yīng)，促進了小麥干物質(zhì)生產(chǎn)和籽粒蛋白質(zhì)的形成，籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和水分利用效率分別提高10.9%、8.2%和7.5%[2]，但其種植效益、肥料偏生產(chǎn)力、養(yǎng)分吸收分配和利用效率以及產(chǎn)量形成的養(yǎng)分需求量如何變化，尚不明確。因此，本文在前期研究的基礎(chǔ)上，進一步分析膜側(cè)施肥對小麥種植效益和氮磷鉀吸收利用的影響，為在旱地小麥保水栽培的基礎(chǔ)上科學(xué)施肥提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省永壽縣御駕宮村 (東經(jīng)108°10′、北緯 34°43′、海拔 992 m)，冬小麥/夏休閑是主要種植制度，小麥生長完全依靠自然降水，屬于典型的旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年均氣溫10.8℃，多年平均降雨量為534 mm，主要集中在7—9月份。試驗開始前0—20 cm土層土壤基本理化性狀和試驗期間的降水量同已發(fā)表文獻[2]。根據(jù)國內(nèi)常用的降水年型劃分標準[24]及當?shù)亻L期的降水資料 (1992—2016年)，年降水量 ＞ 570 mm為豐水年，年降水量 ＜487 mm為欠水年，介于二者之間為平水年，2013—2014、2014—2015和2015—2016年度的年降水量分別為538、630和477 mm，其中，生育期降水量分別為267、250和185 mm，依次為平水年、豐水年和欠水年。

1.2 試驗設(shè)計與田間管理

試驗設(shè)置傳統(tǒng)平作、壟覆溝播和膜側(cè)施肥3個處理，分別用CP、RF和RFF表示。傳統(tǒng)平作是在播種前1周人工將肥料撒于地表，并立即旋耕使肥料混入0—15 cm土壤，采用常規(guī)條播機播種、行距20 cm，翌年小麥收獲時留茬15 cm，收獲后立即將秸稈清出原小區(qū)，2～3周后翻耕40 cm，夏休閑季地表裸露無覆蓋。壟覆溝播的施肥管理同傳統(tǒng)平作，但采用旱地小麥覆膜播種機一次完成起壟覆膜播種，壟寬30 cm、高8 cm，壟上覆膜，溝寬30 cm，溝內(nèi)播種2行小麥、行距20 cm，翌年小麥收獲時留茬25 cm，人工將原小區(qū)的全量秸稈均勻撒覆于溝內(nèi)，夏休閑季不進行任何耕作，保持殘膜覆蓋壟面、秸稈覆于溝內(nèi)，集雨保墑。膜側(cè)施肥是在壟覆溝播的基礎(chǔ)上定位施肥，即旋耕前不施肥，播種時采用旱地小麥施肥覆膜播種一體機一次完成施肥起壟覆膜播種，將肥料定位條施于播種行側(cè)、膜下、種側(cè)下5 cm處，其他管理同壟覆溝播。采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，4次重復(fù)，不同處理的田間管理同已發(fā)表文獻[2]。

1.3 樣品采集和測定方法

樣品采集、前處理和產(chǎn)量的測定方法同已發(fā)表文獻[2]。樣品粉碎后，采用H2SO4–H2O2法消解，連續(xù)流動分析儀 (AA3，SEAL，德國) 測定消解液中的氮磷濃度，火焰光度計 (M410，SHERWOOD，英國) 測定鉀濃度[25]。氮磷鉀含量均以干重表示，某一器官的氮 (磷、鉀) 吸收量為該器官干重與其養(yǎng)分含量的乘積；某一時期地上部氮 (磷、鉀) 吸收量為該時期不同器官氮 (磷、鉀) 吸收量總和；某一時段氮(磷、鉀) 吸收量為該時段末地上部氮 (磷、鉀) 吸收量與該時段初地上部氮 (磷、鉀) 吸收量的差值[26]。

1.4 參數(shù)計算方法

經(jīng)濟效益是小麥產(chǎn)量收入與總消耗 (機械、農(nóng)業(yè)材料、勞動力) 的差值[9]。根據(jù)3年平均小麥價格2.2 yuan/kg計算產(chǎn)出，以當?shù)貦C械翻耕 (600 yuan/hm2)、旋耕 (525 yuan/hm2)、播種 (225 yuan/hm2)、病蟲草害防除 (450 yuan/hm2)、收獲 (525 yuan/hm2)、人工施肥(300 yuan/hm2)、揭膜 (525 yuan/hm2) 和其他農(nóng)資 (種子、化肥、農(nóng)藥、地膜) 消耗計算投入。

技術(shù)經(jīng)濟效益率按湯永祿等[7]描述的方法計算：

成本收益率 (yuan/yuan) = 總收入/總成本；

新增純收益率 (yuan/yuan) = (新技術(shù)純收益 – 對照純收益)/對照純收益；

邊際成本收益率 (yuan/yuan) = (新技術(shù)產(chǎn)值 – 對照產(chǎn)值)/(新技術(shù)成本 – 對照成本)。

根據(jù)何剛等[25]和李鴻偉等[26]描述的方法計算氮(磷、鉀) 收獲指數(shù)、吸收效率、肥料偏生產(chǎn)力以及氮磷鉀生理效率和百公斤籽粒氮磷鉀需求量：

氮 (磷、鉀) 收獲指數(shù) (%) = 成熟期籽粒氮 (磷、鉀) 吸收量/成熟期地上部氮 (磷、鉀) 吸收量；

氮 (磷、鉀) 吸收效率 (kg/kg) = 成熟期地上部氮(磷、鉀) 吸收量/肥料中純氮 (磷、鉀) 量；

氮 (磷、鉀) 偏生產(chǎn)力 (kg/kg) = 籽粒產(chǎn)量/氮(磷、鉀) 肥施用量；

氮 (磷、鉀) 生理效率 (kg/kg) = 籽粒產(chǎn)量/成熟期地上部氮 (磷、鉀) 吸收量；

百公斤籽粒氮 (磷、鉀) 需求量 (kg/100 kg) = 地上部氮 (磷、鉀) 吸收量/產(chǎn)量 × 100。

1.5 統(tǒng)計分析

采用SAS (Version 8.0) 軟件進行方差分析和顯著性檢驗，多重比較采用LSD法。用Sigmaplot 10.0制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對旱地小麥種植效益的影響

栽培模式對小麥種植效益的影響因降雨年型而異，在平水年和欠水年，調(diào)節(jié)效應(yīng)達到顯著水平，在豐水年，由于降水充足，壟覆溝播和膜側(cè)施肥的增產(chǎn)作用減小，不同栽培模式間差異不顯著 (表1)。與傳統(tǒng)平作相比，在平水年和欠水年，壟覆溝播產(chǎn)出分別提高9.5%和6.3%，經(jīng)濟效益未顯著增加，成本收益率略有降低；膜側(cè)施肥的產(chǎn)出分別提高18.8%和22.8%，經(jīng)濟效益提高32.3%和33.1%，成本收益率提高11.9%和15.7%。3年總體來看，膜側(cè)施肥與壟覆溝播相比，產(chǎn)出、經(jīng)濟效益、成本收益率分別提高15.9%、21.5%、14.6%，其中，平水年分別提高8.4%、24.0%、14.5%，欠水年提高15.5%、30.1%、22.6%，豐水年兩處理間無顯著差異。進一步分析發(fā)現(xiàn)，膜側(cè)施肥的3年平均新增純收益率較壟覆溝播提高4.0倍，邊際成本收益率提高3.5倍?？梢姡瑝鸥矞喜サ姆N植效益較低，膜側(cè)施肥在降低生產(chǎn)成本的情況下顯著增加了產(chǎn)出，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和技術(shù)效益率的大幅提高。

2.2 不同處理對旱地小麥氮磷鉀吸收和分配的影響

2.2.1 不同生育時期地上部氮磷鉀吸收量 旱地小麥地上部氮磷吸收量隨生育進程的推進逐漸增加，鉀吸收量在開花期達到峰值后降低。栽培模式對氮磷鉀吸收量的調(diào)節(jié)效應(yīng)不同降雨年型基本一致，但不同生育時期表現(xiàn)不同 (圖1)。與傳統(tǒng)平作相比，在越冬期和拔節(jié)期，壟覆溝播和膜側(cè)施肥的氮磷鉀吸收量均顯著提高；在開花期和成熟期，壟覆溝播的氮磷鉀吸收量不再提高，而膜側(cè)施肥均顯著提高 (除開花期的鉀吸收量在欠水年增幅不顯著外)，3年平均氮磷鉀吸收量開花期分別提高23.8%、18.9%和15.6%，成熟期分別提高18.8%、21.9%和17.1%。與壟覆溝播相比，膜側(cè)施肥的氮磷鉀吸收量在越冬期無顯著變化，除平水年拔節(jié)期鉀吸收量和成熟期磷吸收量以及欠水年拔節(jié)期鉀吸收量和成熟期磷鉀吸收量的增幅不顯著外，拔節(jié)期、開花期、成熟期的小麥氮磷鉀吸收量在不同降水年型均顯著提高。3年總體來看，在拔節(jié)期、開花期和成熟期，膜側(cè)施肥的氮吸收量較壟覆溝播分別提高11.7%、19.0%和21.6%，磷吸收量提高41.2%、10.9%和11.7%，鉀吸收量提高31.2%、14.2%和21.0%。進一步分析小麥不同生育時段的氮磷鉀吸收量 (表2) 發(fā)現(xiàn)，壟覆溝播與傳統(tǒng)平作相比，拔節(jié)期至開花期的3年平均氮磷鉀吸收量分別降低26.0%、18.0%和30.1%，開花期至成熟期的氮吸收量也降低32.6%，從而使拔節(jié)期至成熟期的氮磷吸收量分別降低30.1%和14.3%，說明壟覆溝播不利于拔節(jié)后小麥對氮磷鉀的吸收。膜側(cè)施肥較傳統(tǒng)平作，拔節(jié)期至開花期的氮磷鉀吸收量維持穩(wěn)定，開花期至成熟期的氮吸收量無顯著變化，磷吸收量提高76.5%，鉀吸收量減少20.6%。與壟覆溝播相比，膜側(cè)施肥提高了拔節(jié)期至成熟期的氮磷吸收量，其中拔節(jié)期至開花期的3年平均氮吸收量提高47.6%，開花期至成熟期的磷吸收量增加1.0倍?？梢姡?cè)施肥促進了小麥氮磷鉀吸收，從而使氮磷鉀吸收量在各個生育時期均最高。

表1 不同處理對小麥種植效益的影響Table 1 Effects of different treatments on economic return of wheat

2.2.2 成熟期秸稈和籽粒氮磷鉀分配量和養(yǎng)分收獲指數(shù) 由表3可知，與傳統(tǒng)平作相比，除在豐水年秸稈氮分配量降低14.5%、氮收獲指數(shù)提高9.6%外，壟覆溝播秸稈和籽粒中的氮磷鉀分配量以及養(yǎng)分收獲指數(shù)均無顯著變化，而膜側(cè)施肥秸稈中的各年度氮分配量、豐水年磷鉀分配量以及平水年鉀分配量均顯著提高，籽粒中各年度氮分配量、欠水年磷分配量和平水年鉀分配量也顯著提高，但欠水年氮收獲指數(shù)和豐水年磷收獲指數(shù)顯著降低。膜側(cè)施肥較壟覆溝播，秸稈中各年度氮分配量、豐水年磷鉀分配量以及平水年鉀分配量顯著提高，籽粒中各年度氮分配量、平水年和欠水年磷鉀分配量也顯著提高，但豐水年氮磷收獲指數(shù)以及欠水年氮收獲指數(shù)顯著降低。3年總體來看，膜側(cè)施肥的秸稈氮磷鉀分配量較傳統(tǒng)平作分別提高20.1%、35.8%和17.3%，較壟覆溝播提高31.2%、39.0%和12.9%；籽粒氮磷鉀分配量較傳統(tǒng)平作提高18.1%、17.7%和16.0%，較壟覆溝播提高17.1%、12.5%和8.0%；膜側(cè)施肥的氮磷鉀收獲指數(shù)與傳統(tǒng)平作相比無顯著差異，而氮磷收獲指數(shù)較壟覆溝播分別降低3.9%和4.2%?？梢姡?cè)施肥可同時提高小麥秸稈和籽粒中氮磷鉀分配量，但秸稈中的氮磷分配量增幅較大，從而降低了氮磷收獲指數(shù)，特別是較壟覆溝播顯著降低。

2.3 不同處理對旱地小麥氮磷鉀吸收效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

圖1 不同處理對小麥不同生育期氮、磷、鉀吸收量的影響Fig. 1 Effects of different treatments on N, P and K uptake in wheat at various growing stages

表2 不同處理對小麥不同生育時段氮磷鉀吸收的影響 (kg/hm2)Table 2 Effects of different treatments on N, P and K uptake during different growth stages of wheat

表3 不同處理對小麥成熟期氮磷鉀分配和養(yǎng)分收獲指數(shù)的影響Table 3 Effects of different treatments on N, P and K distribution in different organs at maturity and nutrient harvest index of wheat

栽培模式對小麥氮磷鉀吸收效率和肥料偏生產(chǎn)力具有顯著的調(diào)節(jié)作用 (表4)。與傳統(tǒng)平作相比，壟覆溝播的3年平均氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力分別提高7.1%、8.1%、6.7%，但兩處理的氮磷鉀吸收效率差異不顯著。膜側(cè)施肥較傳統(tǒng)平作，3年平均氮磷鉀吸收效率分別提高18.4%、22.1%和16.4%，氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力提高16.0%、16.8%和15.6%，其中，3年的氮吸收效率分別提高22.9%、13.0%和21.8%，磷吸收效率提高15.5%、22.9%和27.3%，平水年和欠水年的鉀吸收效率分別提高19.9%和20.3%，氮肥偏生產(chǎn)力提高19.9%和20.3%，磷肥偏生產(chǎn)力提高17.4%和25.3%，鉀肥偏生產(chǎn)力提高18.4%和23.4%。膜側(cè)施肥與壟覆溝播相比，顯著提高了各年度的氮吸收效率，豐水年和欠水年的磷吸收效率，以及欠水年的鉀吸收效率和各年度的氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力，3年平均氮磷鉀吸收效率分別提高20.8%、18.0%和12.1%，氮磷鉀偏生產(chǎn)力提高8.3%、8.1%和8.4%。

2.4 不同處理對旱地小麥氮磷鉀生理效率和百公斤籽粒氮磷鉀需求量的影響

栽培模式對小麥氮磷生理效率和百公斤籽粒氮磷需求量具有顯著調(diào)節(jié)作用，但對鉀生理效率和百公斤籽粒需鉀量無顯著影響 (表5)。與傳統(tǒng)平作相比，壟覆溝播的3年平均氮生理效率提高8.3%，100公斤籽粒的氮需求量降低8.7%，其中，前后3年的氮生理效率分別提高7.7%、9.7%和7.8%，100公斤籽粒氮需求量分別降低7.1%、11.8%和9.3%，但兩處理的磷鉀生理效率和百公斤籽粒磷鉀需求量差異不顯著；膜側(cè)施肥不影響氮磷鉀生理效率和百公斤籽粒氮磷鉀需求量 (除豐水年的磷生理效率降低13.2%、百公斤籽粒需磷量提高15.6%外)。與壟覆溝播相比，膜側(cè)施肥的3年平均氮磷生理效率分別降低9.5%和8.1%，百公斤籽粒氮磷需求量提高12.8%和10.0%，其中，兩處理的氮生理效率和百公斤籽粒需氮量在不同降雨年型的差異均顯著，磷生理效率和百公斤籽粒需磷量在豐水年和欠水年的差異也達到顯著水平?？梢姡?cè)施肥的氮磷鉀生理效率和百公斤籽粒氮磷鉀需求量與傳統(tǒng)平作保持穩(wěn)定，兩者無顯著差異，但其氮磷生理效率較壟覆溝播降低，從而使百公斤籽粒的氮磷需求量顯著提高。

3 討論

3.1 壟覆溝播對小麥氮磷鉀吸收利用的影響

旱地小麥試驗表明，壟覆溝播改善了土壤水分狀況，提高了籽粒產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力[27]，但對成熟期地上部氮吸收量、氮生理效率和產(chǎn)量形成需氮量的影響尚無定論[11,25]。本試驗的前期結(jié)果表明，壟覆溝播能夠提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率，雖然花前氮轉(zhuǎn)運量和氮轉(zhuǎn)運率高，但花后氮吸收量低，成熟期籽粒氮吸收量并未增加，最終因增產(chǎn)引起的稀釋效應(yīng)使籽粒蛋白質(zhì)含量顯著降低[2]。進一步分析發(fā)現(xiàn)，壟覆溝播對小麥氮吸收的促進作用僅表現(xiàn)在拔節(jié)前，拔節(jié)后的氮吸收量降低或顯著降低，成熟期地上部氮吸收量與傳統(tǒng)平作持平，這可能是因為被壟分開的兩行小麥間隔40 cm，是平作的2倍，壟中間的氮不能被根系充分吸收利用，造成近根區(qū)的氮供應(yīng)不足，限制了小麥生育后期的干物質(zhì)積累和氮吸收。此外，壟覆溝播提高了氮肥偏生產(chǎn)力，氮吸收效率維持穩(wěn)定，卻在一定程度上降低了秸稈中的氮分配量，氮收獲指數(shù)較高，從而顯著提高了氮生理效率，最終使形成產(chǎn)量的需氮量降低，何剛等[25]也得到了類似的結(jié)果。這與養(yǎng)分脅迫條件下氮素生理效率提高有關(guān)[28]，也與壟覆溝播改善了土壤水分，提高了小麥產(chǎn)量，從而提高地上部吸收每單位氮的生產(chǎn)力有關(guān)[2]。屈會峰等[11]卻發(fā)現(xiàn)，壟覆溝播后小麥百公斤籽粒需氮量增加，其原因主要是該試驗中壟覆溝播不增產(chǎn)，卻顯著提高地上部氮吸收量。因此，在推薦壟覆溝播小麥施氮量時，應(yīng)結(jié)合實際情況考慮產(chǎn)量形成的需氮量變化。

表4 不同處理對小麥氮磷鉀吸收效率和氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力的影響 (kg/kg)Table 4 Effects of different treatments on wheat N, P and K uptake efficiency and fertilizer partial factor productivity

以往關(guān)于壟覆溝播影響小麥磷鉀吸收利用的報道較少，且研究結(jié)果也存在分歧。本試驗發(fā)現(xiàn)，壟覆溝播有利于提高磷鉀肥偏生產(chǎn)力，小麥拔節(jié)前的地上部磷鉀吸收量也顯著增加，但磷鉀吸收效率、成熟期地上部磷鉀吸收量及其在莖稈和籽粒中的分配量無顯著變化，從而使磷鉀收獲指數(shù)、磷鉀生理效率和百公斤籽粒磷鉀需求量維持穩(wěn)定。屈會峰等[11]也報道了壟覆溝播對小麥磷鉀吸收量、磷鉀生理效率和百公斤籽粒磷鉀需求量無顯著影響的結(jié)果。但是，同在渭北旱塬地區(qū)，肥力偏低麥田施磷100 kg/hm2[25]，肥力中等麥田施磷150 kg/hm2[13]，均能使壟覆溝播小麥的磷吸收量顯著提高，與本研究結(jié)果不一致，原因可能是施磷量較高時，小麥生育期磷供應(yīng)充足，地上部磷吸收量隨生物量的增加而增加，而本試驗的施磷量較低，僅為30～74 kg/hm2，在一定程度上限制了壟覆溝播小麥植株對磷的吸收。因此，在為壟覆溝播小麥推薦施磷量時，需要考慮因水分條件改善所增加的那一部分產(chǎn)量的需磷量，即應(yīng)適當增加磷肥用量。

表5 不同處理對小麥氮磷鉀生理效率和百公斤籽粒氮磷鉀需求量的影響Table 5 Effects of different treatments on nutrient physiological efficiency and nutrient requirement for 100 kg grain

3.2 膜側(cè)施肥對小麥氮磷鉀吸收利用的影響

定位施肥是促進作物養(yǎng)分吸收、提高養(yǎng)分利用效率的有效途徑。我們前期的研究建立了將保水栽培與定位施肥相結(jié)合的膜側(cè)施肥技術(shù)，在壟覆溝播的基礎(chǔ)上將氮磷鉀肥定位條施于播種行側(cè)、膜下、種側(cè)下5 cm處，改善了土壤水分和氮供應(yīng)狀況，提高了開花期氮吸收量及其向籽粒的轉(zhuǎn)運量，并促進了花后氮吸收，從而協(xié)同提高了小麥籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和水分利用效率。本研究進一步分析發(fā)現(xiàn)，膜側(cè)施肥在小麥的各個生育時期均能提高地上部氮磷鉀吸收量，有利于提高氮磷鉀吸收效率。這主要歸因于定位施肥對養(yǎng)分吸收的促進作用，肥料呈條帶狀分布于種側(cè)膜下的土壤中，不僅能通過薄膜在地表形成的物理阻隔層切斷土壤與大氣間的交換通道，有效防止土壤中氮的揮發(fā)、淋溶損失，從而使小麥生育期特別是生育后期的氮供應(yīng)能力增加[2]，而且肥料施于根系附近，解決了土壤中磷移動性差、不易被作物根系吸收的問題[16,21]。本研究中，膜側(cè)施肥的3年平均氮磷鉀吸收效率分別為1.16、1.05和3.33 kg/kg，這意味著地上部氮磷鉀吸收量較氮磷鉀肥施用量分別高16%、5%和233%，但該栽培模式采用秸稈全量還田，地上部吸收的氮磷鉀分別有33.0%、12.0%和78.9%會隨秸稈歸還土壤，而經(jīng)由籽粒收獲攜出田間的氮磷鉀養(yǎng)分分別占其施肥量的77.7%、78.8%和70.3%，因此，不僅不會引起土壤氮磷鉀耗竭的問題，還可在一定程度上培肥土壤。華北平原的旱地小麥研究也表明，在秸稈還田的條件下兼顧小麥高產(chǎn)和低硝態(tài)氮殘留的處理，氮吸收效率為1.15～1.25 kg/kg也可基本維持土壤氮素平衡[18]。本研究還發(fā)現(xiàn)，膜側(cè)施肥能夠提高小麥氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力，有利于在施肥量相同的情況下獲得更高的籽粒產(chǎn)量。以往通過定位施肥提高小麥養(yǎng)分利用效率的研究也表明，氮磷鉀肥深側(cè)施[7]、深施較淺施[20]以及播種行側(cè)3cm、深5 cm處基施包膜尿素較習慣多次施用尿素[29]都可提高小麥氮吸收量和氮吸收效率；壟作結(jié)合施氮位置優(yōu)化使小麥氮回收率從表土撒施的14.5%提高到壟作底施的20.6%[30]。磷肥深施較淺施、條施較撒施[23]也有利于提高小麥地上部磷吸收量和磷肥利用率。

栽培模式影響旱地小麥氮磷鉀生理效率和百公斤籽粒養(yǎng)分需求量，主要是通過改變秸稈和籽粒中的養(yǎng)分分配比例實現(xiàn)[31]。本試驗條件下，膜側(cè)施肥較壟覆溝播，在小麥成熟期，雖然秸稈和籽粒中的氮磷分配量都顯著增加，但秸稈的增加幅度大于籽粒，從而使小麥氮磷收獲指數(shù)和氮磷生理效率顯著降低，導(dǎo)致每吸收單位養(yǎng)分的生產(chǎn)能力降低，百公斤籽粒氮磷需求量顯著提高。因此，在小麥膜側(cè)施肥生產(chǎn)實踐中，不僅要考慮百公斤籽粒氮磷需求量增加的問題，還應(yīng)優(yōu)化其他農(nóng)藝措施，促進秸稈氮磷鉀養(yǎng)分更多地向籽粒轉(zhuǎn)移和分配，從而提高小麥每吸收單位氮磷鉀養(yǎng)分形成籽粒產(chǎn)量的能力。

3.3 膜側(cè)施肥對小麥種植效益的影響

種植效益直接影響生產(chǎn)者的種植積極性，進而影響小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展，因而不斷提高小麥種植效益至關(guān)重要，特別是在作物種植者由小農(nóng)戶逐漸向種植大戶轉(zhuǎn)變的當下，生產(chǎn)者不僅追求高經(jīng)濟效益，還會關(guān)注成本收益率等技術(shù)效益率[21]。由于效益取決于籽粒產(chǎn)量和生產(chǎn)成本兩個因素，高收益不僅要提高經(jīng)濟產(chǎn)量，還需要降低生產(chǎn)成本。當前，我國人口的城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)移已造成農(nóng)村勞動力緊缺，農(nóng)業(yè)勞動成本越來越高，機械化作業(yè)技術(shù)是降低勞動成本、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的根本途徑[32]。本研究中，在壟覆溝播的基礎(chǔ)上，采用機械一次性完成膜側(cè)施肥，不僅可簡化生產(chǎn)，減少作業(yè)次數(shù)，節(jié)約人工撒施肥料的成本，還優(yōu)化了施肥位置，有效地提高了籽粒產(chǎn)量，從而提高產(chǎn)出、經(jīng)濟效益、成本收益率，同時提高新增純收益率和邊際成本收益率，這十分利于提高小麥種植效益和資金使用效率。

膜側(cè)施肥技術(shù)實現(xiàn)了保水栽培與優(yōu)化施肥位置相結(jié)合，不僅能提高籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和水分利用效率[2]，還能提高種植效益、養(yǎng)分吸收效率和肥料偏生產(chǎn)力，實現(xiàn)增產(chǎn)增收增效提質(zhì)同步，將會得到很好的應(yīng)用。但是，目前涉及膜側(cè)施肥技術(shù)的研究很少，本研究也僅在渭北旱塬中部采用60 cm的壟溝寬、單一的施肥位點進行試驗，還需拓展性研究以明確不同的生態(tài)區(qū)域、土壤肥力、覆膜方式及時間、肥料用量及種類、施肥深度及位置等因素對膜側(cè)施肥的影響，以進一步完善旱地小麥膜側(cè)施肥技術(shù)和高效施肥理論。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)平作相比，壟覆溝播提高了旱地小麥氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力和氮生理效率，有利于降低百公斤籽粒需氮量。膜側(cè)施肥較傳統(tǒng)平作能夠維持氮磷鉀生理效率和百公斤籽粒氮磷鉀需求量穩(wěn)定，并提高種植效益、氮磷鉀吸收效率和氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力。與壟覆溝播相比，膜側(cè)施肥不僅有利于提高小麥拔節(jié)后氮磷鉀吸收量和成熟期籽粒氮磷鉀吸收量，還提高了經(jīng)濟效益、氮磷鉀吸收效率、氮磷鉀肥偏生產(chǎn)力，但降低了氮磷收獲指數(shù)和氮磷生理效率，使百公斤籽粒氮磷需求量增加。因此，膜側(cè)施肥能夠促進小麥對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，提高種植效益、養(yǎng)分吸收效率和肥料偏生產(chǎn)力，是實現(xiàn)旱地小麥增收增效的有效途徑，但需要注意其養(yǎng)分收獲指數(shù)和養(yǎng)分生理效率降低、產(chǎn)量形成養(yǎng)分需求量增加的問題。