不同降水年型和施磷水平对小麦产量的效应

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胡雨彤, 郝明德, 付威, 赵晶, 王哲. 不同降水年型和施磷水平对小麦产量的效应[J]. , 2017, 50(2): 299-309 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.009
HU YuTong, HAO MingDe, FU Wei, ZHAO Jing, WANG Zhe. Effect of Precipitation Patterns and Different Phosphorus Nutrition Levels on Winter Wheat Yield[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2017, 50(2): 299-309 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2017.02.009

0 引言

【研究意义】黄土旱塬属于雨养农业区,但水土流失严重,土壤肥力低下,水肥是限制黄土旱塬作物生长的主要因素^[1-2]。磷是植物生长必需的三大营养元素之一,但磷肥的利用率低,通过水分和磷素状况有效互作,可达到“以水促磷”和“以磷促水”目的^[3]。研究水、磷对作物生长发育的调控效应,对实现作物增产具有重要意义。【前人研究进展】已有研究表明,低磷土壤中,施磷可以有效提高小麦瞬时水分利用效率和叶水势而增加产量,且在同一灌水条件下,施磷可实现小麦水分利用效率和产量的同步提高^[4-6]。同时适度施磷范围内,适水处理能显著提高植株体磷素吸收积累总量,但对植株磷含量影响不大;在水分胁迫下,降低作物对磷素吸收积累^[7]。适水处理下,过量施磷会导致植株对磷素奢侈吸收,土壤中被固定的磷素越多,磷肥利用率降低,可导致小麦后期出现贪青晚熟,限制磷素养分向子粒中充分分配,降低成穗数和千粒重,从而抑制经济产量的提高^[8-9]。【本研究切入点】适宜的水分与磷素配合可提高小麦生物产量和水分生产效率;而缺水高磷或高水低磷组合中产量和水分生产效率较低^[3]。前人研究多是基于不同灌水定额和施磷下对产量的影响对二者进行调控^[10-13],而针对不同降水年型下冬小麦磷肥增产效应的研究报道较少。因此,如何在黄土高原旱作小麦区根据不同降水年型,合理施用磷肥,提高籽粒产量和磷肥效应成为诸多****一直关注的焦点和热点问题。【拟解决的关键问题】本研究借助长期肥料定位试验,研究分析了不同降水年型下施磷水平对冬小麦产量、产量构成因素和磷肥贡献率的影响,并探讨不同降水年型下施磷水平、产量构成因素与产量之间的内在关系,旨在为黄土旱塬区冬小麦不同降水年型下科学施肥提供理论技术和数据参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本研究开始于1984年黄土高原中南部的陕西省长武县十里铺村的长期肥料定位试验（北纬35º12′, 东经107º40′,海拔1 200 m）,整理分析数据截至2014年。该地区为典型的旱作农业区,属暖温带半湿润大陆性季风气候,农业生产全部依赖天然降水。本研究30年试验期间,年平均降水量574.6 mm,季节性分布不均,7—9月降水量占全年降水量的55%,年均气温9.1℃。试验区土壤为黄盖黑垆土,中壤质马兰黄土,全剖面土均匀疏松,通透性好,肥力中等;试验地养分含量、地貌特征在黄土高原沟壑区具有一定代表性。试验开始时,0—20 cm土壤养分含量为：全氮0.8 g·kg^-1,碱解氮37.0 mg·kg^-1,有机质10.5 g·kg^-1,全磷0.7 g·kg^-1,有效磷3.0 mg·kg^-1,速效钾129.3 mg·kg^-1,pH(H₂O)为8.3。
长期肥料定位试验以磷肥为基本供试因子,设P₀、P₄₅、P₉₀、P₁₃₅和P₁₈₀5个处理,施磷量（按P₂O₅计）分别为0 、45、90、135 和180 kg·hm^-2;氮肥基施,氮用量为90 kg·hm^-2。试验小区面积22.2 m²,3次重复,随机排列。试验从1984年开始连续种植冬小麦（品种：1984、1985年用秦麦4号,1986—1995年用长武131,1996年后用长武134）,播种期9月中、下旬,次年6月下旬收获,一年一熟。氮肥用尿素,磷肥用过磷酸钙,肥料在播种前一次性施入土中;试验区无灌溉,但是每年小麦收获后翻耕20 cm,田间管理同大田。

1.2 土壤样品采集与分析

本实验于2013年播种前采集各处理0—20 cm土壤样品,自然风干,分别过1 mm和0.25 mm的筛。全氮采用凯氏定氮法;有机质采用重铬酸钾外加热法;全磷采用酸溶-钼锑抗比色法;速效磷采用0.5mol.L^-1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾采用1mol·L^-1NH₄OAc浸提-火焰光度法^[14]。

1.3 计产与考种

每年收获期测定小麦产量以及每株穗粒数、单位面积有效穗数、千粒重。产量为收获时晒干的籽粒重。
气象数据来自距离试验田2 km左右的长武县气象站。

1.4 数据分析

黄土旱塬区作物产量受施肥影响较大,但是不同施肥量和部分年份间产量变异性较大,这与不平衡施肥以及该区域降水变异性大有关^[15-16]。为了便于分析,我们采用小麦生育年（即休闲期（7—9月）+生育期（10月至次年6月））概念。1984—2014年30年间,生育年降水量最高值在2014年达到890.5 mm,1995年最低,为318.4 mm。将生育年降水量划分为干旱年型、平水年型和丰水年型3种类型。用DI表示干旱指数,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标准差。
DI = (AnP- M₁)/σ
当DI>0.35为丰水年型,-0.35≤DI≤0.35为平水年型,DI<-0.35为干旱年型^[17]。
30年间,丰水、平水、干旱三者年型出现频率很近。干旱年型11年,分别是1986、1987、1992、1995、1996、2001、2003、2005、2007、2009、2013年;平水年型9年,分别是1988、1990、1994、1997、1998、1999、2000、2006、2010年;丰水年型10年,分别是1985、1989、1991、1993、2002、2004、2008、2011、2012、2014年^[18]。
磷肥贡献率（kg·kg^-1）=（施磷区产量-不施磷区产量）/施磷区产量^[19]
1984—2014年,不同降水年型下,小麦产量变化趋势用y=b₀+b₁x+b₂x²表示,其中,y为小麦产量（kg·hm^-2）,x为施磷量（P₂O₅）,b₀为不施肥时小麦产量,b₁为主效应系数,即低施肥量时作物增产趋势,b₂表示抛物线曲率大小和方向,即小麦产量随施肥量的增加而达到的最高前后的变化趋势^[20]。
试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS18.0统计软件进行数据整理和分析。

2 结果

2.1 不同施磷水平下30年后土壤养分状况

连续种植小麦30年后土壤养分,见表1。由表1可知,不同磷素水平连续施用30年后,土壤中全氮在不同处理之间差异不显著;土壤中有机质在施磷（P₂O₅）90和135 kg·hm^-2时,显著高于不施磷处理,分别高出8.03%和8.60%;土壤中全磷在施磷（P₂O₅）90、135和180kg·hm^-2时,显著高于不施磷处理,分别高出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时,分别比不施磷处理高出1.84、4.21、9.79和11.22倍;土壤速效钾在不同施磷水平下呈现趋势不一致,整体来说,随着施磷水平的提高,其含量分别比不施磷处理中降低了6.08%、13.78%、10.76%和9.11%。
Table 1
表1
表1不同施磷水平30年后土壤肥力差异
Table 1Effect of long-term different phosphate fertilizer levels on soil fertility

处理 Treatment	全氮 Total Nitrogen (g·kg^-1)	有机质 Organic matter (g·kg^-1)	全磷 Total phosphorus (g·kg^-1)	有效磷 Available phosphorus (mg·kg^-1)	速效钾 Available potassium (mg·kg^-1)
P₀	0.92±0.02a	12.21±0.40b	0.74±0.00c	4.14±0.42e	142.86±6.42a
P₄₅	0.96±0.03a	13.01±0.67ab	0.85±0.01c	11.77±1.27d	134.17±6.55ab
P₉₀	0.95±0.01a	13.19±0.17a	1.01±0.01b	21.59±1.65c	123.17±5.81b
P₁₃₅	0.93±0.01a	13.26±0.01a	1.12±0.04b	44.69±2.01b	127.49±3.23ab
P₁₈₀	0.92±0.02a	12.71±0.48ab	1.31±0.10a	50.59±0.67a	129.85±5.98ab

Different letters in the same column show significant difference (P<0.05), average±standard error同列不同字母表示差异显著（P<0.05）,平均值±标准误

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2.2 不同降水年型和施磷水平对小麦产量的影响

由表2和图1可知,降水年型和施磷水平对小麦产量具有显著的调控作用,但是二者的交互作用对产量影响不明显。不同降水年型相比,冬小麦平均产量以丰水年型最高,在2 676.73—3 941.13kg·hm^-2波动,显著高于干旱年型和平水年型。不同施磷水平下,丰水年型的冬小麦平均产量比干旱年型增加516.63— 709.65 kg·hm^-2,增产率达21.09%—29.50%;而丰水年型比平水年型增加473.51—787.87 kg·hm^-2,增产率达13.67%—27.66%。且施磷（P₂O₅）水平超过90 kg·hm^-2,小麦增产幅度减小,丰水年型与干旱年型相比,增幅稳定在21%左右;丰水年型与平水年型相比,增幅稳定在14%。小麦产量在不同降水年型和施磷水平处理间的变异系数波动范围较大,如在干旱年型、平水年型和丰水年型分别达到33.39%—51.18%、21.44%—26.09%和38.59%— 43.04%,整体来说,变异系数平水年型<干旱年型<丰水年型。
同一降水年型下冬小麦平均产量随施磷水平的增加均呈先升后降的抛物线变化曲线,从不同降水年型下施磷水平与产量趋势拟合方程可以看出,在不同降水年间,施肥量和产量之间存在极其显著的回归关系。在干旱年型,y= 2229.8+16.675x-0.0633x²（R²=0.9488）,当施肥量为131.71 kg·hm^-2,产量达到最高为3 327.97 kg·hm^-2;在平水年型y=2178.7+19.786x-0.0719x²（R²= 0.9544）,当施肥量为137.59 kg·hm^-2时,产量最高为3 539.92 kg·hm^-2;在丰水年型y=2819.6+20.27x-0.081x² （R²=0.8502）,当施肥量为125.12 kg·hm^-2时,产量最高为4 087.73 kg·hm^-2;30年整体分析,y=2411.1+ 18.807x-0.0717x²（R²=0.9216）,当施肥量为131.15 kg·hm^-2时,产量最高为3 644.38kg·hm^-2。
Table 2
表2
表2磷肥水平和降水年型对产量、产量构成因素的影响
Table 2Effects of phosphate fertilizer and precipitation patterns on yield and yield component

因变量Dependent variable	自变量 Independent variable	自由度df	F	P
产量 Yield	磷肥 Phosphorus fertilization	4	25.806	0.000
	降水年型 Precipitation patterns	2	17.499	0.000
	磷肥×降水年型Phosphorus fertilization×Precipitation patterns	8	0.249	0.981
千粒重1000-grain weight	磷肥 Phosphorus fertilization	4	2.601	0.036
	降水年型 Precipitation patterns	2	24.903	0.000
	磷肥×降水年型 Phosphorus fertilization×Precipitation patterns	8	0.281	0.972
穗粒数Grains per spike	磷肥 Phosphorus fertilization	4	2.376	0.051
	降水年型 Precipitation patterns	2	18.523	0.000
	磷肥×降水年型Phosphorus fertilization×Precipitation patterns	8	1.714	0.093
公顷有效穗数Spike numbers	磷肥 Phosphorus fertilization	4	19.400	0.000
	降水年型 Precipitation patterns	2	22.326	0.000
	磷肥×降水年型 Phosphorus fertilization×Precipitation patterns	8	0.209	0.989

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图1不同降水年型下各施肥处理中的小麦产量
-->Fig. 1Wheat yield of different phosphate fertilizer treatments in different precipitation patterns
-->

2.3 不同降水年型和施磷水平对小麦产量构成因素的影响

由表2可知,千粒重、穗粒数、公顷有效穗数受降水年型的极显著影响（P<0.01）,而受磷肥水平和降水年型的交互作用不明显。由图2可知,平水年型和丰水年型的小麦千粒重显著高于干旱年型,与干旱年型相比,平水年型和丰水年型的小麦平均千粒重分别提高2.03—3.46 g和2.57—3.33 g。3种降水年型下冬小麦千粒重与平均产量的变化趋势相似,亦均随施磷水平的提高呈先上升后下降的变化趋势,且施磷水平达135 kg·hm^-2时千粒重达最大值,显著高于对照不施磷处理,增幅分别是3.51%、6.55%和2.33%。连续种植30年中,施磷45、90、135 和180 kg·hm^-2下小麦千粒重分别比对照高出了2.43%、2.66%、4.01%和2.77%。千粒重在干旱年型、平水年型和丰水年型变异系数分别在8.51%—10.83%、5.33%—11.04%和7.00%—11.35%波动,其中在干旱年型和丰水年型中均在不施磷处理中变异系数最小,分别是8.51%和7.00%,平水年型在施磷90 kg·hm^-2时最小,为5.33%。

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图2不同降水年型下各施肥处理中的产量构成因素
-->Fig. 2Wheat yield compositions of different phosphate fertilizer treatments in different precipitation patterns
-->

穗粒数在不同降水年型间变化不明显。干旱年型和平水年型中,同一降水年型下,施磷水平对穗粒数影响不显著;在丰水年型,施磷45、90、135和180 kg·hm^-2下穗粒数分别比对照高出了9.30%、17.13%、6.64%和7.12%。连续种植30年中,施磷45、90、135和180 kg·hm^-2下穗粒数分别比对照高出了3.45%、8.08%、4.39%和2.61%。穗粒数在干旱年型、平水年型和丰水年型变异系数分别在20.09%—30.94%、16.54%—21.25%和16.80%—24.30%波动,其中干旱年型施磷180 kg·hm^-2时变异系数最小,为20.09%,平水年型在施磷45 kg·hm^-2时最小,为16.54%,丰水年型在不施磷处理中变异系数最小,为16.80%。
同时,平水年型和丰水年型的小麦公顷有效穗数显著高于干旱年型,平水年和丰水年相比干旱年分别增加9.42%—16.71%和18.90%—24.46%。同一降水年型下施磷处理的小麦公顷有效穗数显著高于对照不施磷处理。随施磷水平的提高,干旱年型的小麦公顷有效穗数呈先升高后降低的变化趋势,而平水年型和丰水年型则呈直线上升变化趋势。干旱年型、平水年型和丰水年型的小麦公顷有效穗数增幅分别达17.50%— 34.20%、18.18%—37.39%和12.24%—32.33%。连续种植30年中,施磷45、90、135和180 kg·hm^-2下小麦公顷有效穗数分别比对照高出了15.76%、26.81%、31.81%和34.40%。小麦公顷有效穗数在干旱年型、平水年型和丰水年型变异系数分别在21.85%—30.72%、17.11%—25.60%和28.11%—34.94%波动,其中干旱年型不施磷中变异系数最小,为21.85%,平水年型在施磷45 kg·hm^-2时最小,为17.11%,丰水年型在施磷180 kg·hm^-2时变异系数最小,为28.11%。整体来说,千粒重、穗粒数和小麦公顷有效穗数在平水年型中变异系数相对较小。

2.4 不同降水年型和施磷水平对小麦磷肥贡献率的影响

由图3可知,不同降水年型下各施磷水平处理的磷肥贡献率变化趋势表现不尽一致。不同年型相比,小麦磷肥贡献率总体表现为干旱年型>平水年型>丰水年型。在同一降水年型下,干旱年型中随施磷水平提高,磷肥贡献率呈现先增后降的趋势,在施磷水平为135 kg·hm^-2的磷肥贡献率达最大值,为 37.02 kg·kg^-1;平水年型中随施磷水平提高,磷肥贡献率呈现直线上升变化,在施磷水平为180 kg·hm^-2的磷肥贡献率达到最大值,其数值为35.69 kg·kg^-1;丰水年型中随施磷水平提高,磷肥贡献率呈直线下降变化,在施磷水平为45 kg·hm^-2的磷肥贡献率达到最大值,为28.48 kg·kg^-1。小麦磷肥贡献率在不同降水年型和施磷水平处理间的变异系数波动范围较大,如在干旱年型、平水年型和丰水年型分别达到48.58%—53.70%、72.91%—83.65%和70.54%—218.33%,整体来说,变异系数干旱年型<平水年型<丰水年型。

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图3不同降水年型下各施肥处理中的磷肥贡献率
-->Fig. 3Phosphorus contribution rate of different phosphate fertilizer treatments in different precipitation patterns
-->

2.5 不同降水年型与施磷水平下小麦产量和产量构成因素之间的相关分析

从表3可以看出,不同施磷水平处理的小麦公顷有效穗数和产量在干旱年型、丰水年型和连续种植30年下均呈极显著的正相关关系（P<0.01）。干旱年型下施磷水平为0、45和180 kg·hm^-23个处理的穗粒数和产量之间呈极显著的正相关关系（P<0.01）;不施磷处理中穗粒数与小麦公顷有效穗数呈现显著正相关关系（P<0.05）,施磷45 kg·hm^-2处理的穗粒数与小麦公顷有效穗数之间呈极显著的正相关关系（P<0.01）,达到0.446;不同施磷水平处理的公顷有效穗数与千粒重之间呈负相关关系,且相关性在施磷45、90、135、180 kg·hm^-2均达显著水平（P<0.05）。平水年型下仅有施磷180 kg·hm^-2处理的小麦穗粒数和产量之间呈极显著正相关关系（P<0.01）,且相关系数达0.627外,其他各施磷水平处理的产量及其构成因素间的相关性均未达显著水平。而丰水年型下施磷45 kg·hm^-2和180 kg·hm^-2处理的穗粒数和产量之间呈极显著正相关关系（P<0.01）,且相关系数分别达0.591和0.599,对照未施磷处理的穗粒数和产量之间亦呈显著的正相关关系（P<0.05）。连续种植30年中,施磷水平为45、135和180 kg·hm^-23个处理的穗粒数和产量之间呈极显著的正相关关系（P<0.01）,施磷水平为0和90 kg·hm^-2 2个处理的穗粒数和产量之间呈显著的正相关关系（P<0.05）;施磷90 kg·hm^-2时,穗粒数与小麦公顷有效穗数之间呈极显著的正相关关系（P<0.01）,达到0.439。
对同一降水年型和30年均值下不同施磷水平处理的产量构成因素对产量的回归分析结果可知,干旱年型、平水年型、丰水年型和30年均值中的回归方程分别为：产量=-2412.015+26.089×千粒重+67.993×穗粒数+8.812×公顷有效穗数（R²=0.60,F=83.322,P<0.01）、产量=-249.058+31.067×千粒重+38.626×穗粒数+2.858×公顷有效穗数（R²=0.151,F=7.749,P<0.01）、产量=-4191.173+55.457×千粒重+100.015×穗粒数+7.803×公顷有效穗数（R²=0.599,F=72.712,P<0.01）、产量=-1915.727+22.646×千粒重+72.505×穗粒数+7.150×公顷有效穗数（R²=0.506,F=152.530,P<0.01）,且4种类型下小麦穗粒数和公顷有效穗数与产量之间的偏相关系数均呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关,其偏相关系数分别为0.441和0.713、0.195和0.294、0.396和0.692、0.355和0.643。由此说明降水年型和施磷水平主要通过调控公顷有效穗数的多少进而影响小麦产量。
Table 3
表3
表3小麦产量构成三要素与产量的相关系数
Table 3The correlation coefficient of the three elements of yield components and wheat yield

处理 Treatment	相关系数 Correlation coefficient(r)	干旱年型Dry year			平水年型Normal year			丰水年型 Wet year			平均值 Average
处理 Treatment	相关系数 Correlation coefficient(r)	千粒重 1000-grain weight	穗粒数 Grains per spike	公顷有效穗数 Spike numbers	千粒重 1000-grain weight	穗粒数 Grains per spike	公顷有效穗数 Spike numbers	千粒重 1000-grain weight	穗粒数 Grains per spike	公顷有效穗数 Spike numbers	千粒重 1000-grain weight	穗粒数 Grains per spike	公顷有效穗数Spike numbers
P₀	产量 Yield	-0.039	0.598**	0.813**	0.002	-0.205	-0.109	0.001	0.368*	0.715**	0.056	0.335*	0.610**
	穗粒数 Grains per spike	0.329	1	0.381*	-0.168	1	0.106	-0.164	1	0.063	0.058	1	0.183
	公顷有效穗数 Spike numbers	-0.069	0.381*	1	0.239	0.106	1	-0.029	0.063	1	0.164	0.183	1
P₄₅	产量 Yield	-0.169	0.663**	0.888**	0.216	0.045	0.227	-0.107	0.591**	0.757**	-0.003	0.519**	0.735**
	穗粒数 Grains per spike	0.136	1	0.446**	0.031	1	0.088	-0.452*	1	0.502**	-0.024	1	0.439**
	公顷有效穗数 Spike numbers	-0.358*	0.446**	1	0.329	0.088	1	-0.138	0.502**	1	-0.044	0.439**	1
P₉₀	产量 Yield	-0.307	0.159	0.645**	-0.078	0.251	0.027	0.146	0.178	0.600**	0.004	0.212*	0.558**
	穗粒数 Grains per spike	-0.079	1	0.081	-0.228	1	0.042	-0.243	1	0.228	-0.117	1	0.166
	公顷有效穗数 Spike numbers	-0.429*	0.081	1	0.253	0.042	1	0.047	0.228	1	-0.025	0.166	1
P₁₃₅	产量 Yield	-0.056	0.327	0.522**	0.221	0.347	0.137	0.115	0.346	0.777**	0.117	0.321**	0.607**
	穗粒数 Grains per spike	0.049	1	-0.126	0.117	1	-0.087	-0.307	1	0.240	-0.007	1	0.034
	公顷有效穗数 Spike numbers	-0.428*	-0.126	1	0.119	-0.087	1	0.010	0.240	1	-0.012	0.034	1
P₁₈₀	产量 Yield	-0.061	0.607**	0.605**	-0.120	0.627**	0.163	0.280	0.599**	0.702**	0.153	0.594**	0.601**
	穗粒数 Grains per spike	0.144	1	0.184	-0.148	1	-0.076	0.244	1	0.156	0.160	1	0.143
	公顷有效穗数 Spike numbers	-0.426*	0.184	1	-0.065	-0.076	1	0.095	0.156	1	-0.018	0.143	1

*和**表示在0.05和0.01水平差异显著 * and ** represent significant difference at the 0.05 and 0.01 levels

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3 讨论

3.1 降水年型和施磷水平下小麦产量

小麦产量的高低受多种因素的综合影响,在黄土旱塬地区主要是水和肥。研究表明,不同降水年型下产量丰水年型>平水年型>干旱年型^[18];无论施磷与否,随水分条件的改善,小麦产量明显增加^[21]。本研究中,同样显示在不同施磷水平下小麦产量丰水年型>平水年型>干旱年型,这可能是在干旱区,降水增多提高了土壤水分含量,促进了土壤中养分元素的溶解,有利于作物吸收,促进根系伸展和作物生长,从而提高产量^[22]。
大量研究表明,随着施氮量的增加,小麦产量呈现出先增后减的抛物线趋势^[23-24];本研究中证实了在同一施氮下,磷肥用量与产量之间存在先升后降的抛物线关系,由抛物线最高点可知,在干旱年型,当施肥量为131.71kg·hm^-2,产量最高为3 327.97 kg·hm^-2;在平水年型,当施肥量为137.59 kg·hm^-2时,产量最高为3 539.92 kg·hm^-2;在丰水年型,当施肥量为125.12 kg·hm^-2时,产量最高为4 087.73 kg·hm^-2;连续种植30年中,当施肥量为131.15 kg·hm^-2时,产量最高为3 644.38 kg·hm^-2。在保持一定施氮水平下,起初随着施磷量的增加,土壤养分状况会改善,同时肥料具有“以肥促水”的作用,改善土壤水分状况,小麦产量会提高,到一定施肥量之后,随着磷肥用量的增加,土壤和植物中磷素累积,其他元素含量较低,磷和其他元素间比例失衡,作物不能有效利用,小麦产量会降低^[25-26];长武地区30年后在施磷（P₂O₅）90 kg·hm^-2以后,土壤全氮开始下降,施磷（P₂O₅）45 kg·hm^-2以后,土壤速效钾含量呈现降低趋势,磷素呈增加趋势,这可能由于氮磷钾养分的失衡,小麦产量在135kg·hm^-2后呈现降低趋势（表1）。同时研究表明,当土壤中有效磷含量高出30 mg·kg^-1时^[27],小麦增产效果不明显,长武地区长期连续30年施磷135 kg·hm^-2后,土壤有效磷含量达到44.69 mg·kg^-1（表1）,因此,一般该区域施磷135 kg·hm^-2后,小麦产量有降低趋势。最佳施肥量的提出,为雨养农业区不同降水年型下合理施肥,提供了一个数据参考。

3.2 降水年型和施磷水平下小麦产量构成因素

王旭东^[28]在研究中表明,增施磷肥显著提高千粒重、穗粒数、公顷有效穗数;杨胜利等^[29]研究表明,增施磷肥能够增加成穗数,千粒重,而对穗粒数没有影响;郝明德等^[30]研究表明,连续18年种植小麦期间,丰水年型下千粒重、穗粒数、公顷有效穗数高于其他降水年型。本研究中表明降水年型和施磷水平对穗粒数影响不明显,而对千粒重和公顷有效穗数影响较大,其中对公顷有效穗数影响最大,这是由于3种降水年型下公顷有效穗数与产量之间偏回归系数均最高,而偏回归系数的大小表明对因变量影响的相对大小^[31]。公顷有效穗数可以作为评价小麦产量高低的一个标准,在不同降水年型下公顷有效穗数越高,小麦产量越高。

3.3 降水年型和施磷水平下磷肥贡献率

MATAR等^[32]研究表明,磷肥对小麦的效应受降雨分布影响较大,一般在水分胁迫存在时磷肥利用效率较高。本研究中,磷肥贡献率在干旱年型高于平水年型,而丰水年型低于平水年型,这可能与磷肥在严重缺水时可以降低小麦耗水量,提高水分利用效率,相对提高小麦产量,提高磷肥贡献率^[33],同时磷素营养对干旱下有机渗透调节物质的积累有重要调控作用有关^[34];水分较多时,不施磷产量相对干旱年较高,磷肥贡献率增加梯度降低,显示丰水年磷肥贡献率较低。

4 结论

在施氮的基础上,长期施用不同用量的磷肥可以显著提高土壤中磷含量,提高小麦产量,且随着磷肥用量的增多,小麦产量呈现出先上升后下降的抛物线趋势。在不同降水年型下,磷肥施用量应该在125— 137 kg·hm^-2之间,从连续种植30年来看,施磷131 kg·hm^-2时,小麦产量较高。
干旱年型、平水年型和丰水年型下,公顷有效穗数与产量间均存在极显著的相关关系,且在回归分析中,偏相关系数达到最大,分别达到0.713、0.294和0.692。从连续种植30年来看,公顷有效穗数和产量的偏相关系数达到0.643。降水年型和磷肥用量主要通过影响公顷有效穗数来影响小麦产量。
干旱年型磷肥贡献率高出平水年型1.79%—8.09%,而丰水年型低于平水年型4.81%—41.02%,且降水年型和磷素用量对磷肥贡献率影响不显著。
The authors have declared that no competing interests exist.