休闲期耕作配施肥料对旱地麦田土壤水分和产量形成的影响

邢 军，孙 敏，高志强，雷妙妙，薛玲珠，任爱霞

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

干旱缺水且主要降雨季节与小麦生长需水时期发生错位是旱地小麦产量提高的限定因素。合理的耕作措施有利于创造良好的耕层结构，改善土壤质量条件，促进土壤养分的转化与循环，土壤蓄水渗透性能增强，产量提高[1-3]。褚鹏飞等[4-7]研究表明，深松后利于土质变松，耕层增厚，土壤接纳雨水能力提高，产量增加。WANG等[8]、侯贤清等[9]研究表明，休闲期深翻较传统耕作地表径流减少，土壤渗水速度加快，有利于积蓄更多的自然降水，实现增产增效。刘爽等[10]研究表明，休闲期深松和免耕土壤含水量增加，保水效果较好。秦红灵等[11]研究表明，与免耕相比，深松有利于土壤水分增多，增产18%，增加水分利用效率10%。俄胜哲等[12]对黄土高原绵土区长期定位施肥试验结果表明，施肥处理较不施肥处理小麦产量提高33%～90%。前人对施肥或不同耕作措施的蓄水增产效果进行了较多研究，但研究施肥条件下进行休闲期耕作对黄土高原旱作麦区土壤水分、干物质及产量形成的影响较少。

本试验研究施肥条件下，休闲期深松、深翻、免耕对土壤水分、植株干物质积累及分配和产量形成的影响，旨在探求实现黄土高原旱作麦区小麦高产栽培的最佳休闲期耕作方式。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

2014—2016年在山西农业大学小麦试验基地——闻喜县开展大田试验研究。试验地为旱地，丘陵地形，7—9月麦地处于休闲，6月中旬测定表层土壤基础肥力（表1）。2014—2015年降水量为516.70 mm，较2005—2016年平均降水量高15%，其中，休闲期降水量为365.60 mm，占全年降雨量的71%；2015—2016年全年降雨量为386.80 mm，较2005—2016年平均降水量低16%，其中，休闲期降雨量为94.70 mm，占全年降雨量的24%（图1）。

表1 试验地基础肥力

1.2 试验材料

供试小麦品种为晋麦92，由山西省农业科学院小麦研究所提供。

1.3 试验设计

试验采用二因素裂区设计，主区设施肥（AF）、不施肥（NF）2个水平，副区设休闲期深松（深度30～40 cm，SS）、深翻（深度 25～30 cm，DT）、休闲期免耕（CK）3个水平，共12个处理，小区面积300 m2（5m×60m），3次重复。2014—2015，2015—2016年前茬小麦收获时均留20～30cm茬，分别于2014年7月15日和2015年7月8日施1 500 kg/hm2有机肥，进行耕作，2014，2015年8月25日旋地、整地，耙耱收墒，分别于2014年10月4日和2015年10月2日播种，施肥处理播前基施纯氮、P2O5和K2O各150 kg/hm2，膜际条播，常规管理。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 土壤水分的测定 小麦收获后，挖一个3m剖面坑，采用环刀法测定土壤容重。分别于前茬小麦收获后30 d、播种期、越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期，用土钻取0～300 cm土层的土样（每20 cm为一土层），烘干称质量，计算土壤水分，方法参照文献[13]进行。

1.4.2 植株干物质量的测定 于各生育时期在各试验小区选择长势均匀的20株样本，将越冬期至成熟期分离各器官，剪根后分器官装入牛皮纸袋中，杀青后烘干称质量并记录单株干物质量。干物质分配的计算公式参照文献[14]进行。

1.4.3 产量的测定 于小麦收获时调查各试验处理0.667 m2面积的穗数、每穗平均粒数及千粒质量，测定产量。

1.5 数据处理

统计分析采用SAS9.0软件，处理数据和作图用Microsoft Excel 2003软件，差异显著性检验采用LSD法（α＝0.05）进行。

2 结果与分析

2.1 休闲期耕作的水分效应

2.1.1 休闲期土壤水分的蓄保效果 休闲期深松、深翻、免耕（对照）的休闲末期较初期0～300 cm土壤蓄水量增加（表2）。与对照相比，休闲期深松、深翻提高了休闲末期土壤蓄水量，2014—2015年度分别增加58.11，32.42 mm，2015—2016年度分别增加28.32，10.95 mm，休闲期土壤蓄水效率显著提高，2014—2015年度分别提高72%，35%，2015—2016年度分别提高192%，79%。可见，休闲期深松、深翻有利于保蓄休闲期降水，提高底墒，且深松效果较好，尤其在降水较少的年份。

2.1.2 各生育时期土壤水分的蓄保效果 施肥处理较不施肥处理开花前土壤蓄水量提高（表3）。无论施肥与否，休闲期深松、深翻较对照开花前土壤蓄水量显著提高。其中，施肥条件下，2014—2015年度越冬期分别提高56.14，42.75 mm，拔节期分别提高47.67，31.15 mm，孕穗期分别提高 40.86，27.57 mm；2015—2016年度越冬期分别提高57.16，38.34 mm，拔节期分别提高40.15，20.12 mm，孕穗期分别提高27.84，12.25 mm。不施肥条件下，2014—2015年度越冬期分别提高52.35，32.45 mm，拔节期分别提高43.89，24.85 mm，孕穗期分别提高 39.21，23.39 mm；2015—2016年度越冬期分别提高50.09，24.90 mm，拔节期分别提高42.76，24.30 mm，孕穗期分别提高35.63，21.34 mm。开花后土壤蓄水量降低。可见，施肥条件下，休闲期深松、深翻有利于开花前土壤水分的蓄保，且深松效果较好。

表2 休闲期耕作对土壤蓄水效率的影响

表3 休闲期耕作对各生育时期0～300 cm土壤蓄水量的影响 mm

2.2 休闲期耕作的增产效应

2.2.1 对干物质量积累的影响 与不施肥相比，施肥后越冬期—成熟期植株干物质量显著提高（表4）。与对照相比，休闲期深松、深翻越冬期—成熟期干物质量显著提高，且深松较高。可见，施肥条件下，休闲期深松、深翻有利于增加植株干物质量，且深松效果较好。

表4 耕作对植株干物质量积累的影响（2015—2016年） kg/hm2

2.2.2 对干物质分配的影响 施肥处理较不施肥处理开花后累积的干物质量及对籽粒的贡献率显著提高，而开花前干物质的转运率及对籽粒的贡献率降低（表5）。休闲期深松、深翻较对照开花前干物质转运量、转运率及对籽粒的贡献率降低，开花后累积的干物质量及对籽粒的贡献率均显著提高，且深松较高。可见，施肥条件下，休闲期深松、深翻有利于开花后干物质的积累，促进开花后干物质向籽粒的运转，且深松效果较好。

2.2.3 增产效果 与不施肥处理相比，施肥后穗数显著提高，2 a试验分别提高4%～9%和6%～9%，穗粒数、千粒质量提高，产量分别提高9%～18%，19%～23%，水分利用效率分别提高6%～14%，14%～19%（表6）。休闲期深松、深翻处理与对照相比，施肥条件下2014—2015年度分别增加穗数17%，11%，产量分别提高32%，20%，水分利用效率分别增加10%，8%；2015—2016年度穗数分别增加18%，8%，产量分别提高32%，16%，水分利用效率分别增加20%，11%。不施肥条件下，休闲期深松、深翻处理2014—2015年度穗数分别增加19%，8%，产量分别提高37%，15%，水分利用效率分别增加13%，4%；2015—2016年度穗数分别增加16%，9%，产量分别提高32%，20%，水分利用效率分别增加18%，15%。可见，施肥条件下，休闲期深松、深翻主要通过穗数增加来实现增产增效，且深松效果较好。

表5 休闲期耕作对干物质分配的影响（2015—2016年）

表6 休闲期耕作的增产增效

2.3 水分与产量的相关性分析

施肥条件下休闲期深松、深翻处理，越冬至孕穗期土壤水分与产量及其构成因素呈显著或极显著正相关关系，其中，与产量、穗数、穗粒数相关性呈极显著（表7）。开花后土壤水分与产量、穗数、千粒质量呈显著或极显著负相关关系，其中与产量、千粒质量相关性呈极显著。可见，底墒充足可促进穗数、穗粒数的增加，开花后土壤水分消耗可促进穗数和千粒质量的增加，实现增产。

表7 水分与产量及其构成因素的相关系数（2015—2016年）

3 结论与讨论

廖允成等[15]研究表明，深松后，7—9月的降雨更多的在深层土壤中蓄积，蓄墒率在55%以上。侯贤清等[16]研究表明，休闲期深松和深翻有利于7—9月降雨的蓄积，提高旱地麦田播前水分，深松较免耕、深翻的播前水分分别增加8，2 mm，土壤蓄墒率分别提高13%，1%，收获前土壤蓄水量也提高。本研究结果表明，休闲期深松、深翻较对照可提高播种期土壤水分，休闲期土壤蓄水效率显著提高，2014—2015年蓄水效率分别提高72%，35%，2015—2016年分别提高192%，79%，且降水少的年份效果较好。这可能是由于降水较少的年份更利于根系下扎，接纳休闲期降雨于深层。另外，休闲期深松、深翻较对照提高开花前土壤蓄水量，施肥条件下，2014—2015年度越冬期分别提高56.14，42.75 mm，拔节期分别提高47.67，31.15 mm，孕穗期分别提高40.86，27.57 mm；2015—2016年度越冬期分别提高57.16，38.34 mm，拔节期分别提高 40.15，20.12 mm，孕穗期分别提高27.84，12.25 mm，且深松效果较好。

合理的耕作制度有利于改善土壤物理性状，提高土壤贮水量，为小麦提供良好的土壤环境，促进干物质的积累和分配，实现增产增效。孙敏等[17]研究表明，休闲期深松、深翻后有利于积蓄休闲期降雨，促进小麦对深层土壤水分吸收，增产24%～45%，水分利用效率提高22%～33%。王红光等[18]对黄淮海旱作麦区研究表明，深松+条旋耕生育后期干物质积累量增加，产量提高。本研究表明，与对照相比，休闲期深松、深翻可促进开花后积累的干物质向籽粒运转，实现增产，其中，开花后积累的干物质对籽粒的贡献率为42%～65%，且深松效果较好。这可能是由于休闲期深松、深翻促进根系对土壤水分和养分的吸收，增加穗数，小麦开花后植株干物质积累增多，籽粒产量提高。

张丽华等[19-20]研究表明，均衡施肥条件下，深松处理有利于实现增产。刘芬等[21]对陕西渭北旱塬麦区研究表明，旱地小麦平衡施肥较不施肥处理增产达73%。本研究表明，施肥较不施肥开花后积累的干物质及对籽粒转运量显著提高，转运率达51%～65%，2 a试验分别增产9%～18%，19%～23%。

此外，施肥条件下休闲期深松、深翻处理，开花前水分充足可促进小麦穗数、穗粒数的增加，开花后消耗较多土壤水分来促进穗数、千粒质量的增加，实现增产。