深松蓄水和施磷对旱地小麦产量和水分利用效率的影响

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任爱霞, 孙敏, 王培如, 薛玲珠, 雷妙妙, 薛建福, 高志强. 深松蓄水和施磷对旱地小麦产量和水分利用效率的影响[J]. , 2017, 50(19): 3678-3689 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2017.19.005
REN AiXia, SUN Min, WANG PeiRU, XUE LingZhu, LEI MiaoMiao, XUE JianFu, GAO ZhiQiang. Effects of Sub-Soiling in Fallow Period and Phosphorus Fertilizer on Yield and Water Use Efficiency in Dry-Land Wheat[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2017, 50(19): 3678-3689 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2017.19.005

0 引言

【研究意义】近年来,在农业生产上过量施用氮肥,出现粮食作物不增产、甚至减产及环境问题^[1],因此人们对合理施氮的研究较多^[2],而旱地施磷肥由于当季利用率很低,残留在土壤中的肥料磷既不能挥发又不易淋失^[3],磷素又是作物生长所必需的营养元素,对增强作物抗旱性非常重要^[4],但前人对合理磷肥的研究较少。磷肥作为实现旱地小麦稳产高产的重要措施,在中国土壤速效磷含量较低的北方旱作麦区尤为重要^[5]。【前人研究进展】RODRIGUEZ等^[6]研究表明,施磷可调节小麦的生长;LI等^[7]研究表明,在水分胁迫下施磷肥可明显提高小麦水分利用效率;康利允等^[8]在陕西杨陵大棚种植小麦的研究表明,磷肥可促进小麦根系生长,增加对深层土壤水分的吸收;姜宗庆等^[9]在江苏泰兴对水地小麦的研究表明,在低磷土壤条件下,施磷肥0—108 kg·hm^-2范围时,小麦籽粒产量随施磷量增加而增加,但继续增加施磷量,籽粒产量下降。可见,磷肥能促进小麦产量和水分利用效率提高。而磷肥与水分之间有明显的交互作用,土壤水分影响磷素吸收、利用,磷素能促进根系深扎吸水,可在一定程度上弥补因水分不足造成的损失,增强抗旱性^[10],因此不论是灌溉区还是雨养区,合理的施肥技术必须与水分管理相结合。许卫霞等^[11]在山东省泰安市对水地小麦的研究表明,灌水量相同时,施磷加大了土壤供水量所占比例,提高了小麦产量和水分利用效率;施磷量相同时（105 kg·hm^-2）,产量随灌溉量增加而增加,且每次灌水90 mm与60 mm差异不显著,但水分利用效率呈先增后减趋势。曾广伟等^[12]在山东青岛通过防雨旱棚池栽方法种植小麦的研究表明,土壤含水量为田间持水量的55%、施磷 150 kg·hm^-2时,籽粒产量和水分利用效率较高。山西省地处黄土高原半干旱地区东塬,小麦面积66.7万hm²左右,其中旱地小麦面积约占50%,该区生产可保证山西省乃至全国的粮食安全。自然降水是该区旱地麦田唯一的水分来源,但雨量少,分布不均,且集中于旱地小麦休闲期（7—9月）,因此最大限度地蓄积此期降水,改善底墒对旱地小麦生产非常重要,有研究表明产量的47%来自于播前底墒^[13]。近年来前人采用耕作研究其蓄水保墒效果,已取得较大进展。LIPIEC等^[14]研究表明,耕作可改善土壤结构,使土壤孔隙系统具有较高的低活性孔隙度,提高了土壤的吸收和储水能力;褚鹏飞等^[15]研究表明,休闲期深松可降低土壤容重,打破犁底层,增强土壤对降水的蓄纳能力;李友军等^[16]研究表明,休闲期深松较传统耕作提高播前土壤蓄水量31 mm,提高产量23%,提高水分利用效率16%;秦红灵等^[17]、刘爽等^[18]研究表明,休闲期深松提高了播前含水量1个百分点,提高产量11%,提高水分利用效率5%。【本研究切入点】前人研究旱作麦区休闲期耕作蓄水已有很大成果,但在该区耕作蓄水结合合理施磷如何影响土壤水分、产量和水分利用效率的研究较少。【拟解决的关键问题】本研究在山西农业大学闻喜旱地小麦试验基地进行了连续4年的磷肥定位试验。在休闲期深松蓄水改善底墒基础上,施用磷肥,分析休闲期深松蓄水效果、定位施磷肥对土壤水分的影响以及深松和磷肥对旱地小麦产量贡献的影响,探索旱地小麦深松蓄水和磷肥施用的最佳技术途径,为旱作麦区高效生产提供新的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验基地情况

试验于2012—2016年度在山西农业大学闻喜县邱家岭村旱地小麦试验基地进行,试验点海拔1 100 m,年均降水量437.5 mm,年日照平均时数2 461 h,年平均蒸发量1 838.9 mm,年平均气温为8—14℃。试验田为丘陵旱地,无灌溉条件,一年种植一茬,夏季休闲。小麦收获后,分别于2012年6月10日、2013年6月8日、2014年6月10日、2015年6月7日测定0—20 cm土层土壤肥力（表1）。
Table 1
表1
表1闻喜试验点土壤基础肥力
Table 1Soil foundation fertility in experimental location

年份 Year	有机质 Organic matter content (g·kg^-1)	全氮 Total nitrogen content (g·kg^-1)	碱解氮 Alkaline hydrolysis nitrogen (mg·kg^-1)	速效磷 Available phosphorus (mg·kg^-1)
2012—2013	8.88	0.61	38.62	14.61
2013—2014	10.88	0.85	39.32	13.10
2014—2015	10.10	1.00	75.20	11.00
2015—2016	9.27	0.95	61.31	10.43

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表2为试验点降水情况,2012—2013年度总降水量为356 mm,其中休闲期降水量为188 mm,占全年53%;2013—2014年度总降水量为490 mm,其中休闲期降水量为288 mm,占全年59%;2014—2015年度总降水量为517 mm,其中休闲期降水量为366 mm,占全年71%;2015—2016年度总降水量为387 mm,其中休闲期降水量为95 mm,仅占全年24%。此外,休闲期有效降水量占休闲期总降水量的73%—82%,生育期有效降水量占生育期总降水量的64%—84%,但越冬—拔节有效降水较少,仅占此阶段总降水量的22%—34%。
Table 2
表2
表2闻喜试验点年降水量及其分布
Table 2Rainfall and its distribution in experimental location (mm)

年份 Year	休闲期 FP			播种—越冬 SS-WS			越冬—拔节 WS-ES
	总降水量 TP	有效降水量 EP		总降水量 TP	有效降水量 EP		总降水量 TP	有效降水量 EP
	总降水量 TP	数量 Amount	比例 Ratio	总降水量 TP	数量 Amount	比例 Ratio	总降水量 TP	数量 Amount	比例 Ratio
2012—2013	188.4	137.2	72.8	32.8	17.1	52.1	22.4	4.9	21.9
2013—2014	288.2	236.7	82.1	43.7	31.6	72.3	23.1	7.8	33.8
2014—2015	365.6	289.7	79.2	21.5	15.6	72.6	50.8	17.2	33.9
2015—2016	94.7	69.0	72.9	101.2	91.3	90.2	11.0	2.5	22.7
	拔节—开花 ES-AS			开花—成熟 AS-MS			整个生育期 TGS
	总降水量 TP	有效降水量 EP		总降水量 TP	有效降水量 EP		总降水量 TP	有效降水量 EP
	总降水量 TP	数量 Amount	比例 Ratio	总降水量 TP	数量 Amount	比例 Ratio	总降水量 TP	数量 Amount	比例 Ratio
2012—2013	12.0	10.0	83.3	100.1	88.4	88.3	167.3	120.4	72.0
2013—2014	104.0	94.1	90.5	30.7	15.8	51.5	201.5	149.3	74.1
2014—2015	61.2	53.8	87.9	17.6	9.8	55.7	151.1	96.4	63.8
2015—2016	57.1	48.1	84.2	122.8	103.1	84.0	292.1	245.0	83.9

FP：休闲期Fallow period;SS：播种期Sowing stage;WS：越冬期Wintering stage;ES：拔节期Elongation stage;AS：开花期Anthesis stage;MS：成熟期Maturity stage;TP：总降水量 Total Precipitation;EP：有效降水量 Effective precipitation;TGS：整个生育期 Total growth stage

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1.2 试验设计

试验品种为运旱20410（闻喜县农业局提供）。采用二因素裂区设计,主区为休闲期耕作方式,设深松（深度30—40 cm,SS）、对照（休闲期不进行任何耕作处理,CK）2个水平;副区为施磷量,设纯磷（P₂O₅）0（P₀）、75（P₇₅）、150（P₁₅₀）、225（P₂₂₅）、300（P₃₀₀）、375 kg·hm^-2（P₃₇₅）6个水平,共12个处理,重复3次,小区面积60 m²（3 m×20 m）。前茬小麦收获时留高茬（茬高20—30 cm）,7月上旬施生物有机肥（山西大学研制,品牌为“沃丰”,有效活菌数≥2×108/g,有机质≥25%,N+P₂O₅+K₂O≥6%）1 500 kg·hm^-2,用深松施肥一体机实施,对照处理在播前施入生物有机肥1 500 kg·hm^-2。2012—2016年度深松处理时间分别为2012年7月15日、2013年7月15日、2014年7月15日、2015年7月8日。8月底（2012年8月25日、2013年8月25日、2014年8月25日、2015年8月25日）对各处理进行旋耕、耙耱,9月底或10月初播种（2012年10月1日、2013年9月29日、2014年10月4日、2015年10月2日）,播前将不同磷肥用量按试验设计均匀撒入相应小区,同时每小区撒入纯氮（尿素,46%N）、钾肥（氯化钾,52%K₂O）各150 kg·hm^-2,旋耕后膜际条播,行距30 cm,基本苗225×10⁴株/hm²。

1.3 取样及测定方法

1.3.1 土壤蓄水量于前茬小麦收后40 d（耕作处理）、60 d、80 d、播种期、越冬期、拔节期、开花期和收获期用土钻钻取0—300 cm土层土样,每20 cm为一土层,采用烘干法测定土壤含水量。其中土壤容重于前茬小麦收获后,在地块内挖一个0—300 cm深的剖面坑,将剖面削齐铲平,分层取土,每20 cm为一土层,采用环刀法测定土壤容重^[19]。
1.3.2 产量及其构成成熟期调查单位面积穗数、每穗平均粒数及千粒重,每小区收割20 m²实测产量。

1.4 计算方法与统计方法

采用Excel 2003软件处理数据,用SAS 9.0软件进行统计分析,采用LSD法检验处理间差异显著性,显著性水平设定为α=0.05。
W_i^[20]=h_i×ρ_i×ω_i×10,式中,W_i为土壤蓄水量（mm）;h为土层深度（cm）;ρ为土壤容重（g·cm^-3）,ω为土壤含水量（%）,i为土层,10为换算系数。
休闲期土壤蓄水效率（%）=（W₁-W₀）/R_F,W₁为播种期0—300 cm土壤蓄水量（mm）,W₀为休闲初期0—300 cm土壤蓄水量（mm）,R_F为休闲期有效降水量（mm）。
ET=R_G+(W₁-W₂),式中,ET为生育期小麦耗水量（mm）,R_G为生育期有效降水量（mm）,W₂为收获期0—300 cm土壤蓄水量（mm）。
WUE (kg·hm^-2·mm^-1)= Y/ET,式中,WUE为水分利用效率,Y为籽粒产量。
ΔY_SS-CK=(Y_SS-Y_CK)/(W_SS-W_CK),ΔY_SS-CK为休闲期深松播前每多蓄1 mm水分的增产量（kg·hm^-2·mm^-1）,Y_SS为不同施磷量条件下休闲期深松的产量（kg·hm^-2）,Y_CK为不同施磷量条件下休闲期对照的产量（kg·hm^-2）,W_SS为不同施磷量条件下休闲期深松的播种期0—300 cm土壤蓄水量（mm）,W_CK为不同施磷量条件下休闲期对照的播种期0—300 cm土壤蓄水量（mm）;
ΔY_P-0^[21]=(Y_P-Y₀)/(F_P-F₀),ΔY_P-0为每多施用1 kg·hm^-2磷肥的增产量（kg·hm^-2）,Y_P为休闲期深松或对照条件下施磷肥的产量（kg·hm^-2）,Y₀为休闲期深松或对照条件下未施磷肥的产量（kg·hm^-2）,F_P为施磷量（kg·hm^-2）、F₀为未施磷量（kg·hm^-2）。

2 结果

2.1 休闲期耕作蓄水和施磷肥对旱地小麦产量及其构成、水分利用效率的影响

休闲期深松较对照提高穗数,2012—2016年分别达1%—5%、8%—18%、10%—13%、2%—5%;千粒重提高;穗粒数变化不明显;提高产量,分别达8%—24%、17%—25%、13%—15%、3%—10%;提高2012—2013年水分利用效率4%—20%,提高2013—2014年施磷量75 kg·hm^-2条件下水分利用效率6%,而2014—2015年、2015—2016年水分利用效率变化不明显（表3）。
Table 3
表3
表3休闲期耕作蓄水和磷肥对旱地小麦产量及其构成、水分利用效率的影响
Table 3Effects of tillage and phosphorus fertilizer on yield and its components and WUE of dry-land wheat

年份 Year	耕作方式 Tillage Method	底墒 Sowing soil storage (mm)	施磷处理 Phosphorus treatment	穗数 Spike number (10⁴/hm²)			穗粒数 Grain number of per spike	千粒重 1000-grain Weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)				水分利用效率 WUE (kg·hm^-2 ·mm^-1)
年份 Year	耕作方式 Tillage Method	底墒 Sowing soil storage (mm)	施磷处理 Phosphorus treatment	数量 Amount	增加比例 Ratio (%)		穗粒数 Grain number of per spike	千粒重 1000-grain Weight (g)	数量 Amount		增加比例 Ratio (%)		数量 Amount	增加比例 Ratio (%)
2012— 2013	深松 SS	505	P₀	234.00c	5.23	—	31.19ab	37.85b	2040.18c		23.73	—	11.14b	19.61	—
			P₇₅	254.50b	5.49	8.76	31.24a	39.25a	2476.27b		14.39	21.38	12.93a	17.85	16.02
			P₁₅₀	275.75a	2.65	17.804	32.60a	40.24a	2866.80a		13.89	40.52	13.23a	7.83	18.72
			P₂₂₅	262.00ab	0.91	11.97	30.47b	39.68a	2547.03b		7.75	24.84	12.51a	4.07	12.24
	对照 CK	414	P₀	222.38c	—	—	31.58ab	37.45b	1648.87c		—	—	9.32c	—	—
			P₇₅	241.25b	—	8.49	29.42b	37.55b	2164.78b		—	31.29	10.97ab	—	17.75
			P₁₅₀	268.63a	—	20.80	32.63a	39.50a	2517.12a		—	52.66	12.27a	—	31.69
			P₂₂₅	259.63ab	—	16.75	31.73ab	37.23b	2363.78ab		—	43.36	12.02a	—	28.99
2013— 2014	深松 SS	607	P₀	402.27c	7.53	—	32.58ab	40.27c	4833.75c		16.60	—	13.01b	-0.96	—
			P₇₅	480.13ab	18.30	19.36	34.12a	43.69b	5814.75a		25.28	20.29	15.34a	5.88	17.90
			P₁₅₀	492.21a	16.03	22.36	34.22a	45.11a	5998.75a		17.73	24.10	15.89a	0.51	22.13
			P₂₂₅	459.58b	10.64	14.25	31.49b	43.54b	5739.26b		19.02	18.73	15.27a	-1.40	17.32
	对照 CK	546	P₀	374.09c	—	—	31.30ab	41.12b	4145.69c		—	—	13.14c	—	—
			P₇₅	405.85b	—	8.49	32.58a	41.67b	4641.36b		—	11.96	14.49b	—	10.29
			P₁₅₀	424.21a	—	13.40	32.66a	43.21a	5095.36a		—	22.91	15.81a	—	20.34
			P₂₂₅	415.38a	—	11.04	30.67b	40.77c	4822.11ab		—	16.32	15.48a	—	17.85
2014— 2015	深松 SS	580	P₀	479.00c	9.86	—	32.01b	39.25b	4599.45c		15.02	—	16.00b	-0.57
			P₇₅	546.86a	12.73	14.17	33.21ab	40.23ab	5171.48ab		14.19	12.44	17.78ab	1.91	11.11
			P₁₅₀	552.25a	11.43	15.29	33.87a	41.27a	5364.18a		13.04	16.63	18.28a	0.21	14.22
			P₂₂₅	510.85b	11.23	6.65	31.93b	40.72ab	5075.13b		15.43	10.34	16.59ab	-1.53	3.65
	对照 CK	556	P₀	436.01c	—	—	30.88b	39.07b	3998.96 c		—	—	16.09b	—	—
			P₇₅	485.10a	—	11.26	33.81a	39.90 b	4528.69 ab		—	13.25	17.4 ab	—	8.41
			P₁₅₀	495.59a	—	13.66	33.86a	41.01a	4745.20 a		—	18.66	18.24a	—	13.34
			P₂₂₅	459.29b	—	5.34	31.73b	35.99c	4396.57 b		—	9.94	16.84b	—	4.66
2015— 2016	深松 SS	462	P₀	465.50d	2.87	—	28.98c	37.25b	4241.71d		9.73	—	11.40c	-5.11	—
			P₇₅	497.35c	4.53	6.84	30.09b	39.11a	4935.55c		5.87	16.36	13.62b	-2.18	19.44
			P₁₅₀	552.25a	4.08	18.64	33.23a	39.73a	5617.37a		5.09	32.43	15.35a	-1.35	34.65
			P₂₂₅	523.36b	2.30	12.43	30.35b	39.55a	5249.79b		3.01	23.77	14.11ab	-3.95	23.78
	对照 CK	418	P₀	452.51d	—	—	29.43b	37.41b	3865.63d		—	—	12.02c	—	—
			P₇₅	475.79c	—	5.14	31.90ab	38.23ab	4662.02c		—	20.60	13.92b	—	15.86
			P₁₅₀	530.59a	—	17.25	32.67a	39.17a	5345.20a		—	38.27	15.56a	—	29.52
			P₂₂₅	511.60b	—	13.06	30.37b	38.49ab	5096.57b		—	31.84	14.69ab	—	22.29
F值 F values
年份 Y				7049.15**			38.34**	48.94**		2248.48**			337.57**
耕作 T				1017.41**			1.87	22.85**		627.88**			12.15*
施磷量 P amount				1686.28**			42.06**	23.95**		316.43**			75.22**
年份×耕作 Y×T				130.50**			3.37	0.67		51.58**			13.63**
年份×施磷量 Y×P				99.02**			6.00**	1.90		9.81**			2.16
耕作×施磷量 T×P				44.57**			0.64	8.05**		1.05			2.58
年份×耕作×施磷量 Y×T×P				12.25**			2.53*	1.44		1.67			0.95

Values followed by different small letters within a column mean significant difference at 0.05 level. * and * * represent significant difference at 5% and 1% levels. The same as below同列不同小写字母表示0.05水平差异显著。*和**表示达5%和 1%显著水平。下同

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底墒为414—505 mm（2012—2013年）、546 mm（2013—2014年）、418—462 mm（2015—2016年）,穗数、产量、水分利用效率均以施磷量150 kg·hm^-2最高,其中穗数提高5%—21%、产量提高12%—53%、
水分利用效率提高11%—35%。底墒为556—580 mm（2014—2015年）、607 mm（2013—2014年）,穗数、产量、水分利用效率均以施磷量75 kg·hm^-2较高,其中穗数提高5%—22%,产量提高10%— 24%,水分利用效率提高4%—22%。可见,底墒414—546 mm配施磷肥150 kg·hm^-2,底墒556— 607 mm配施磷肥75 kg·hm^-2可实现产量、水分利用效率同步提高。
F测验表明,年份、耕作、施磷量、年份×耕作、年份×施磷量对产量均有极显著影响,其中,年份的影响最大,其次是耕作,再次是施磷量;而且年份对穗数和千粒重有极显著影响,施磷量对穗粒数有极显著影响。年份、耕作、施磷量、年份×耕作对水分利用效率均有显著或极显著影响,其中,年份的影响最大,其次是施磷量,再次是年份×耕作（表3）。
4年平均产量、水分利用效率的变异系数分别为27%—31%、12%—18%,不同施磷量处理的平均产量、水分利用效率的变异系数分别为8.15%、6.43%。可见,年份对旱地小麦产量和水分利用效率的影响明显大于磷肥。随施磷量增加,旱地小麦产量和水分利用效率均先升高后降低,以施磷量150 kg·hm^-2最高,且各施磷量处理间的产量差异显著。4年平均结果表明该区施磷量为150 kg·hm^-2可获得较高的产量和水分利用效率（表4）。
Table 4
表4
表4磷肥对旱地小麦产量和水分利用效率的影响
Table 4Effect of phosphorus fertilizer on yield and WUE of dry-land wheat

施磷处理 Phosphorus treatment	产量 Yield		水分利用效率 WUE
施磷处理 Phosphorus treatment	均值 Mean (kg·hm^-2)	变异系数 CV (%)	均值 Mean (kg·hm^-2)	变异系数 CV (%)
P₀	3671.78d	31.06	12.68b	18.24
P₇₅	4299.36b	28.72	14.38ab	15.22
P₁₅₀	4693.75a	26.68	15.28a	12.34
P₂₂₅	4411.28b	27.83	15.01a	13.64
P₃₀₀	4164.27bc	30.36	14.27ab	16.00
P₃₇₅	4075.74c	30.49	13.97ab	17.28
CV (%)	8.15	—	6.43	—

The data are average of SS and CK for the four years of 2012-2016数据为2012—2016年4年深松与对照二者数据的平均值

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2.2 休闲期深松的蓄水效率

夏季休闲可提高土壤蓄水效率20%—86%,休闲期深松较对照显著提高播种期3 m内土壤蓄水量24—90 mm,2012—2013、2013—2014和2015—2016 3个试验年度土壤蓄水效率也显著提高。休闲期降水少年份的休闲期深松蓄水效果更明显（表5）。
Table 5
表5
表5休闲期深松的土壤蓄水效率
Table 5Soil storage efficiency of sub-soiling during fallow period

年份 Year	耕作方式 Tillage method	休闲初期土壤蓄水量 SSBSFP (mm)	休闲期降雨量 PFP (mm)	播种期土壤蓄水量SSESFP (mm)									休闲期土壤蓄水效率 WSE (%)
				施磷量 Phosphorus amount (kg·hm^-2)						平均值 Mean	CV (%)	增加量 Increasing amount (mm)
				0	75	150	225	300	375	平均值 Mean	CV (%)	增加量 Increasing amount (mm)
2012— 2013	深松 SS	387.5	188.4	508.7	501.0	505.3	504.2	503.7	506.2	504.85 d	0.51	90.25	85.51a
2012— 2013	对照 CK	387.0	188.4	416.5	415.4	413.9	411.4	415.6	414.9	414.61 f	0.44	—	20.11e
2013— 2014	深松 SS	453.0	288.2	612.8	612.4	610.5	602.4	606.4	606.3	608.47 a	0.68	63.29	65.67c
2013— 2014	对照 CK	428.3	288.2	550.4	546.9	544.5	542.1	543.9	543.2	545.18 c	0.55	—	49.38d
2014— 2015	深松 SS	405.6	365.6	587.9	583.4	581.3	571.4	578.2	579.0	580.18 b	0.96	23.88	60.25c
2014— 2015	对照 CK	402.0	365.6	563.8	558.3	556.4	549.7	553.9	555.8	556.29 c	0.84	—	53.25cd
2015— 2016	深松 SS	409.9	94.7	472.1	467.1	465.9	457.1	455.2	463.7	463.50 e	1.37	42.96	77.61b
2015— 2016	对照 CK	401.9	94.7	428.3	426.7	424.4	415.5	410.2	418.3	420.54 f	1.68	—	26.96e

SSBSFP: Soil storage of 0-300 mm beginning stage during fallow period; PFP: Precipitation during fallow period; SSESFP: Soil storage of 0-300 mm at sowing stage; CV: Variable coefficient; WSE: Water storage efficiency during fallow period. Values followed by different small letters within a column are significant difference at 0.05 level. The same as belowSSBSFP：休闲初期土壤蓄水量;PFP：休闲期降雨量;SSESFP：播种期土壤蓄水量;CV：变异系数;WSE：休闲期土壤蓄水效率。同列不同小写字母表示0.05水平差异显著。下同

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磷肥增加了播前底墒的变异幅度,主要是来自于上季施磷肥引起作物耗水不同的影响。本试验开始于2012年7月,2012—2013年度播种期3 m内土壤水分未受上季作物施磷量的影响,而2013—2016年,施磷与未施磷肥相比,可能由于上茬作物耗水,均降低了播种期3 m土壤蓄水量,且2013—2014和2014—2015年施磷量225 kg·hm^-2时最低,分别较不施磷肥降低了8—11 mm和14—17 mm,2015—2016年施磷量300 kg·hm^-2时最低,较不施磷肥降低了17—18 mm。可见,过量施用磷肥促进小麦生长的同时,导致生育期内对土壤水分的消耗较多,降低土壤水分。

2.3 磷肥对旱地小麦周年土壤蓄水量的影响

随时间推移,周年0—300 cm土壤蓄水量表现为先升后降而后有所回升（2012—2013年、2015—2016年）、先升后降（2013—2014年、2015—2016年）的变化趋势,后期趋势不同主要由于2012—2013年和2015—2016年开花至成熟阶段有效降水较多所致,但均在播种期达峰值（图1）。随施磷年限增加,旱地小麦各生育时期各施磷量处理间的0—300 cm土壤水分差异越来越大。施磷量在0—225 kg·hm^-2范围时,2012—2013年,开花期和成熟期0—300 cm土壤水分以施磷量150 kg·hm^-2时最低,但播种至拔节期土壤水分受施磷量影响不明显;2013—2014年,休闲期土壤水分以施磷量150 kg·hm^-2时显著最低,可能由于上季成熟期土壤水分差异所致,而播种—成熟期土壤水分受施磷量影响不明显;2014—2015年和2015—2016年,越冬—成熟期土壤水分以施磷量150 kg·hm^-2时显著最低。说明,长期施磷肥由于作物耗水,会导致土壤水分降低。

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图1磷肥对旱地小麦周年0—300 cm土壤蓄水量的影响
数据为2012—2016年4年数据深松和对照二者平均值。PH：收获后;SS：播种期;PS：越冬期;JS：拔节期;AS：开花期;MS：成熟期
-->Fig. 1Effect of phosphorus fertilizer on 0—300 cm soil water storage of dry-land wheat(mm)
The data is average of SS and CK for the four years of 2012-2016. PH: Post harvest; SS: Sowing stage; PS: Pre-wintering stage; JS: Jointing stage; AS: Anthesis; MS: Maturity
-->

2.4 磷肥对旱地小麦周年耗水的影响

2012—2013年,施磷对休闲期农田耗水几乎无影响,增加了生育期作物耗水量,其中施磷量150 kg·hm^-2时最高,差异显著,周年耗水与生育期作物耗水表现一致;2013—2014年,施磷增加了休闲期农田耗水,以施磷量150 kg·hm^-2时最高,且与其他处理间差异显著,而生育期作物耗水变化不明显,最终周年耗水增加,且施磷量150 kg·hm^-2与未施磷肥处理差异显著;2014—2015年和2015—2016年,施磷对休闲期农田耗水的影响较小,但增加了生育期作物耗水,最终周年耗水也增加,且施磷量150 kg·hm^-2与未施磷肥处理差异显著。可见,长期施磷肥,不利于周年土壤水分的平衡,主要由于作物耗水的增加（表6）。
Table 6
表6
表6磷肥对旱地小麦耗水量的影响
Table 6Effect of phosphorus fertilizer on soil water consumption of dry-land wheat (mm)

施磷处理 Phosphorus treatment	2012—2013			2013—2014			2014—2015			2015—2016
施磷处理 Phosphorus treatment	休闲期农田耗水量 FWCFP	生育期作物耗水量 CWCGP	周年耗水量 AWC	休闲期农田耗水量 FWCFP	生育期作物耗水量 CWCGP	周年耗水量 AWC	休闲期农田耗水量 FWCFP	生育期作物耗水量 CWCGP	周年耗水量 AWC	休闲期农田耗水量 FWCFP	生育期作物耗水量 CWCGP	周年耗水量 AWC
P₀	213a	184bc	396b	366b	344ab	710b	452ab	270b	722b	105a	347b	452b
P₇₅	208a	194b	403ab	377b	353a	729ab	464a	280a	744ab	103a	359ab	463ab
P₁₅₀	210a	210a	420a	393a	354a	747a	467a	285a	753a	108a	367a	475a
P₂₂₅	208a	198b	406ab	369ab	340ab	710b	450ab	271b	721b	90b	355ab	445b

The data is average of SS and CK for the four years of 2012-2016. FWCFP: Field water consumption during fallow period; CWCGP: Crop water consumption; AWC: Annual water consumption数据为2012—2016年4年深松和对照二者数据的平均值。FWCFP：休闲期农田耗水量;CWCGP：生育期作物耗水量;AWC：周年耗水量

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2.5 休闲期耕作和磷肥对旱地小麦产量的贡献

休闲期深松较对照可实现增产,雨水较多年份（2014—2015年）增产明显,雨水较少年份（2012— 2013年、2015—2016年）略有增产（表7）。2012—2013年、2015—2016年在不施磷肥条件下休闲期深松对产量的贡献最大,而2013—2014年在施磷量75 kg·hm^-2条件下休闲期深松对产量的贡献最大,2014—2015年在施磷量225 kg·hm^-2条件下休闲期深松对产量的贡献最大。休闲期采用深松,播前每多蓄1 mm水分可增产2—31 kg·hm^-2。
Table 7
表7
表7休闲期耕作和磷肥对旱地小麦产量的贡献
Table 7Contribution of tillage during fallow period and phosphorus fertilizer on yield of dry-land wheat

耕作方式 Tillage method	施磷处理 Phosphorus treatment	2012-2013		2013-2014		2014-2015		2015-2016
耕作方式 Tillage method	施磷处理 Phosphorus treatment	每多蓄1 mm 水分的增产量 Increased yield per increased 1 mm water storage	每多施1 kg 磷肥的增产量 Increased yield per increased 1 kg phosphorus amount	每多蓄1 mm 水分的增产量 Increased yield per increased 1 mm water storage	每多施1 kg 磷肥的增产量 Increased yield per increased 1 kg phosphorus amount	每多蓄1 mm 水分的增产量 Increased yield per increased 1 mm water storage	每多施1 kg 磷肥的增产量 Increased yield per increased 1 kg phosphorus amount	每多蓄1 mm 水分的增产量 Increased yield per increased 1 mm water storage	每多施1 kg 磷肥的增产量 Increased yield per increased 1 kg phosphorus amount
深松 SS	P₀	4.24a	—	11.01c	—	24.95b	—	8.58a	—
	P₇₅	3.64ab	5.81a	17.93a	13.08a	25.61b	7.63a	6.76b	9.25a
	P₁₅₀	3.83ab	5.51a	13.70b	7.77b	24.80b	5.10b	6.55b	9.17a
	P₂₂₅	1.97b	2.25b	15.22b	4.02c	31.31a	2.11c	3.68c	4.48b
对照 CK	P₀	—	—	—	—	—	—	—	—
	P₇₅	—	6.88a	—	6.61 a	—	7.06 a	—	10.62a
	P₁₅₀	—	5.79a	—	6.33 a	—	4.97 b	—	9.86a
	P₂₂₅	—	3.18b	—	3.01 b	—	1.77 c	—	5.47b

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施磷肥可实现增产,增加施磷量,磷肥对产量的贡献降低,且施磷量225 kg·hm^-2与其他两处理间差异显著,2013—2014年休闲期深松和2014—2015年休闲期深松和对照条件下,施磷量75 kg·hm^-2与150 kg·hm^-2处理间差异显著（表7）。总之,在施磷量0—150 kg·hm^-2范围内,每多施1 kg·hm^-2磷肥可增产2—13 kg·hm^-2,并且休闲期深松的增产效果高于磷肥的增产效果。

3 讨论

3.1 休闲期耕作的土壤蓄水效率

黄土高原旱作麦区夏季休闲期7—9月降水较多,占全年降水量的50%以上,此期降水是土壤水分恢复的关键时期,决定着播前底墒的高低,因此前人通过休闲期耕作将降水蓄保于土壤中。侯贤清等^[22]在宁夏半干旱地区研究表明,休闲期深松能有效蓄雨保墒,提高旱地麦田播前0—200 cm土壤蓄水量,提高蓄水效率13%;付增光等^[23]在渭北旱塬研究表明,休闲期留茬覆盖、深松可蓄积旱地麦田50%的休闲期降水,提高0—200 cm播前底墒76.2 mm。毛红玲等^[24]在渭北旱塬研究表明,休闲期深松较翻耕可提高旱作麦田0—300 cm土壤蓄水量21 mm。本研究结果表明,夏季休闲土壤水分在一定程度上得到恢复,土壤蓄水效率达20%—86%;休闲期深松较对照可提高土壤蓄水效率,提高0—300 cm播前底墒24—90 mm,且休闲期降水较少的年份深松蓄水效果更明显。本研究团队多年围绕旱地麦田休闲期深松蓄水效果进行研究,均表明休闲期深松有利于改善播前底墒,实现旱地小麦适时播种^[25-28]。

3.2 磷肥对土壤蓄水量、耗水、产量和水分效率的影响

不合理的施肥会引起作物对土壤水分的过度消耗,从而形成干土层^[29]。危峰等^[30]在黄土高原地区连续22年的研究结果表明,单施磷肥降低了多年平均产量、降低了水分的消耗和利用,使播前0—300 cm土壤储水量高于对照。而氮磷肥与有机肥配合的增产效果最好,对水分的消耗和利用最大,播前0—300 cm土壤储水量最低。本研究结果表明,在有机肥1 500 kg·hm^-2、施氮量150 kg·hm^-2配施不同磷肥条件下,由于施磷肥后作物耗水加大,降低了0—300 cm土壤蓄水量,且年限越长各处理间的土壤水分差异越大,这与前人研究结果一致。本研究结果还表明,夏季休闲虽可在一定程度上使土壤水分恢复,但长期施磷加大了作物消耗和利用水分而不利于周年土壤水分的平衡。本研究团队多年研究表明,休闲期深翻覆盖可通过大幅降低休闲期农田耗水来维持周年水分平衡^[31],而对于休闲期耕作改善底墒后配施肥料对周
年水分平衡研究还较少。
施用适宜磷肥有明显的增产效果^[32]。张少民等^[33]在陕西旱作麦区研究表明,施磷有利于提高成穗率,进而提高小麦产量,但过量施磷对产量并没显著影响。李慧成等^[34]在陕西长武县研究表明,在土壤耕层有效磷3 mg·kg^-1、施氮量90 kg·hm^-2基础上,长期施磷（定位试验20年）提高旱地小麦产量48.41%—73.67%。李廷亮等^[35]在晋南旱作麦区研究表明,在施磷量0—120 kg·hm^-2范围内,随施磷量增加,小麦籽粒产量增加,但施磷量180 kg·hm^-2出现轻度减产。孟晓瑜等^[36]在渭北旱塬5年定位试验研究表明,在土壤耕层速效磷15 mg·kg^-1条件下,施磷量0—100 kg·hm^-2时,显著提高冬小麦产量和水分利用效率,超过100 kg·hm^-2时提高不明显。本研究结果表明,在土壤耕层有效磷14.61 mg·kg^-1、施氮量150 kg·hm^-2基础上,全年降水量400—600 mm时,长期施磷可提高产量11%—26%,4年平均结果表明该区施磷量为150 kg·hm^-2时,可获得较高的产量、水分利用效率,超过150 kg·hm^-2时反而有所下降。这与前人研究的“适宜施磷量有利于增产”结果一致,而不同地区因土壤肥力和降水量的差异,导致适宜施磷量不同。

3.3 休闲期耕作蓄水和磷肥对产量和水分效率的影响

适宜的水分和磷素配合可满足小麦物质生产过程中对水分和营养元素的需求,达到以水促磷和以磷调水的目的,增加冬小麦穗数和籽粒产量,而缺水高磷组合或高水低磷组合均不利于小麦生长发育,其产量与水分利用效率也较低^[37]。沈玉芳等^[38]研究表明,磷素能改善植株水分状况,降低对干旱的敏感性、提高耐旱能力。张岁岐等^[39]研究表明,磷素有利于提高小麦底墒利用率和增加对土壤深层水的利用能力,最终提高水分利用效率和产量。梁银丽等^[40]研究表明,随水分胁迫的加重,施磷肥的效果越好。本研究结果表明,播前0—300 cm土壤底墒414—546 mm配施磷肥150 kg·hm^-2,底墒556—607 mm配施磷肥75 kg·hm^-2可实现产量、水分利用效率同步提高。说明,底墒较差时应适量增加施磷量,底墒较好时应适量减少施磷量。这与前人研究结果相似。
作物年际间的变异远大于不同处理间的变异^[41],亦有研究表明,连续5年定位试验磷肥对产量的影响大于底墒的影响,对水肥利用效率的影响小于底墒的影响^[36]。本研究F测验显示,年份对产量和水分利用效率影响最大,耕作和磷肥对产量、水分利用效率也有一定影响,耕作对产量的影响大于磷肥,磷肥对水分利用效率的影响大于耕作。此外,增产效果与F测验规律一致,深松蓄水的增产效果大于磷肥。这与孟晓瑜等^[36]研究结果不一致,还需进一步总结验证。

4 结论

夏季降水有利于旱地麦田水分恢复,在休闲期采用深松可蓄积休闲期降水,改善底墒;播前施磷增加了小麦耗水,降低了土壤水分,从而影响下季旱地麦田底墒;但休闲期深松和磷肥对产量均有一定的贡献,且休闲期深松的增产效果大于磷肥。最终,播前0—300 cm底墒550 mm以下配施磷肥150 kg·hm^-2,底墒550 mm以上配施磷肥75 kg·hm^-2时可实现产量、水分利用效率同步提高。
The authors have declared that no competing interests exist.