• ISSN 1008-505X
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不同降水年型下小麦产量、品质及水分利用效率对有机无机肥配施的响应

张晶 党建友 张定一 裴雪霞 王姣爱 程麦凤 闫翠萍

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不同降水年型下小麦产量、品质及水分利用效率对有机无机肥配施的响应

    作者简介: 张晶 E-mail:zhangjing3298@163.com;
    通讯作者: 党建友, E-mail:dangjyou8605@sina.com
  • 基金项目: 国家现代农业产业技术体系 (CARS-03-2-07);国家重点研发计划项目 (2018YFD0200404-07)。

Response of yield, quality and water use efficiency of wheat to different combinations of organic manures and chemical fertilizers under different yearly precipitations

    Corresponding author: DANG Jian-you, E-mail:dangjyou8605@sina.com ;
  • 摘要:   【目的】  研究不同有机肥与不同量氮、磷化肥配施对旱地小麦产量、品质及水分利用效率的影响,以确定适用于山西南部丘陵雨养旱地小麦不同降水年型的有机肥和化肥配施方案。  【方法】  2013—2016年在山西临汾开展田间试验,共设5个处理:羊粪 22.5 t/hm2 + N 150 kg/hm2 + P2O5 105 kg/hm2 (MsN150P105)、猪粪 22.5 t/hm2 + N 150 kg/hm2 + P2O5 105 kg/hm2 (MPN150P105)、羊粪 22.5 t/hm2 + N 105 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2(MsN105P75)、猪粪22.5 t/hm2 + N105 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2 (MPN105P75),以不施肥为对照 (CK),采用随机区组设计。其中,2013—2014年、2014—2015年为丰水年份,2015—2016年为干旱年份。以强筋小麦‘晋麦92号’为供试品种。在收获后,测定各处理小麦产量、湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间和形成时间。并根据播种前和收获后土壤200 cm土层蓄水量和年降水量,计算水分利用效率(WUE)。  【结果】  降水年型、有机肥与氮磷配施及二者交互作用均对小麦产量及水分利用效率具有极显著的影响。丰水年羊粪、猪粪与氮磷配施增产显著,增产幅度为6.14%~18.45%,其中MsN150P105、MpN105P75处理增产幅度较大;干旱年猪粪与氮磷配施增产效果显著,增产幅度达14.18%~19.15%,羊粪与氮磷配施增产效果不明显;猪粪与氮磷配施增产效应表现为干旱年大于丰水年。干旱年水分利用效率低于丰水年,猪粪与氮磷配施在丰水年、干旱年的水分利用效率较对照提高7.68%~15.76%。与对照相比,两种降水年型下猪粪、羊粪与氮磷配施处理小麦的湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间和形成时间均提高或延长。  【结论】  山西南部丘陵雨养旱地小麦,丰水年施用羊粪 22.5 t/hm2,配施N 150 kg/hm2 和 P2O5 105 kg/hm2 增产提质效应最好;丰水年或干旱年施用猪粪 22.5 t/hm2,配施 N 105 kg/hm2和P2O5 75 kg/hm2 均表现出显著的增产提质效果,且干旱年效果更好。因此,从增产提质与化肥减施综合分析,山西南部丘陵雨养旱地小麦施用猪粪22.5 t/hm2,配施 N 105 kg/hm2和 P2O5 75 kg/hm2是高产稳产提质增效的最佳有机无机肥配施模式。
  • 图 1  不同降水年型在小麦收获期有机肥与氮磷化肥配施处理的土壤含水量 (0—200 cm)

    Figure 1.  Soil water content at harvest stage of wheat applied with organic manure and chemical fertilizers underdifferent precipitation years (0–200 cm)

    表 1  2013—2016年试验区降雨情况 (mm)

    Table 1.  Rainfall in experiment area from 2013 to 2016

    年份Year月份Month年降雨量
    Annual rainfall
    休闲期
    Fallow period
    生育期
    Growth period
    678910111212345
    2013—2014 29.5 285.9 43.3 39.3 23.8 4.3 0 0 23.2 11.2 65.3 71.0 596.8 398.0 198.8
    2014—2015 32.8 62.4 140.4 182.4 8.9 7.1 0 7.7 15.4 4.8 39.2 23.6 524.7 418.0 106.7
    2015—2016 34.0 41.2 25.4 43.1 61.3 58.3 0.5 0 2.2 3.5 37.7 52.5 359.7 143.7 216.0
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    表 2  2013—2016年试验区土壤基础肥力

    Table 2.  Soil basic fertility in experimental area from 2013 to 2016

    年份
    Year
    有机质 (g/kg)
    Organic matter
    碱解氮 (mg/kg)
    Available N
    有效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/kg)
    Available K
    2013—20149.0848.3312.44128
    2014—20159.1048.5612.59131
    2015—20169.1148.4912.63130
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    表 3  供试有机肥养分含量 (g/kg)

    Table 3.  Nutrient content of tested organic manures

    年份Year有机肥Manure有机质Organic matter全氮Total N全磷Total P全钾Total K
    2013—2014 羊粪Sheep manure 188.79 26.67 28.11 13.69
    猪粪Pig manure 179.62 23.93 22.47 11.80
    2014—2015 羊粪Sheep manure 189.15 27.13 24.25 13.08
    猪粪Pig manure 175.46 24.39 25.18 11.96
    2015—2016 羊粪Sheep manure 186.35 26.63 24.18 13.12
    猪粪Pig manure 173.81 24.51 25.81 12.15
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    表 4  不同降水年型有机肥与氮磷化肥配施小麦产量及其构成

    Table 4.  Yield and its components of wheat applied with organic manure and nitrogen and phosphorus chemical fertilizers under different precipitation years

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    成穗数 (× 104/hm2)
    Spike No.
    穗粒数
    Grains per ear
    千粒重 (g)
    1000-grain weight
    产量 (kg/hm2)
    Yield
    2013—2014 MsN150P105 520.03 a 41.0 a 44.15 a 6860.80 a
    MpN150P105 448.36 bc 43.6 a 43.52 ab 6389.90 a
    MsN105P75 475.86 ab 38.2 ab 43.12 b 6432.17 a
    MpN105P75 515.03 a 34.8 b 44.36 a 6708.89 a
    CK 410.86 c 40.2 ab 41.93 c 6020.37 b
    2014—2015 MsN150P105 513.36 ab 37.4 a 36.32 ab 5179.75 a
    MpN150P105 565.03 ab 37.2 a 37.48 a 5039.05 b
    MsN105P75 486.69 b 35.6 ab 36.18 b 4854.65 b
    MpN105P75 593.37 a 32.6 b 35.74 b 5200.06 a
    CK 479.19 b 35.4 ab 36.58 ab 4390.15 c
    2015—2016 MsN150P105 434.19 a 30.4 a 37.15 c 4396.58 b
    MpN150P105 483.36 a 29.6 a 40.97 a 5267.17 a
    MsN105P75 479.19 a 29.8 a 38.64 bc 4707.50 b
    MpN105P75 515.03 a 29.8 a 39.23 b 5496.13 a
    CK 416.69 a 29.4 a 38.80 bc 4612.97 b
    FF values
    年度Year (Y) 6.93* 22.33** 382.32** 342.46**
    处理Treatment (T) 3.50 2.81 8.92** 15.82**
    Y × T 1.97 0.92 7.15** 24.61**
    注(Note):数值后不同字母表示同一年不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05);*—P < 0.05;**—P < 0.01.
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    表 5  不同降水年型有机肥与氮磷化肥配施小麦的加工品质

    Table 5.  Processing quality of wheat with organic manures and nitrogen and phosphorus chemical fertilizersunder different precipitation years

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    湿面筋(%)
    Wet gluten
    沉降值(mL)
    Sediment value
    面团稳定时间(min)
    Dough stability time
    面团形成时间(min)
    Dough development time
    2013—2014 MsN150P105 26.39 ab 35.65 a 6.50 a 4.40 a
    MpN150P105 27.68 a 35.00 a 6.35 ab 4.55 a
    MsN105P75 27.30 ab 35.75 a 6.40 ab 4.40 a
    MpN105P75 26.88 ab 35.05 a 6.55 a 4.60 a
    CK 25.97 b 32.00 b 6.10 b 3.95 b
    2014—2015 MsN150P105 28.55 a 36.80 a 6.85 a 4.60 ab
    MpN150P105 29.87 a 35.90 a 6.60 ab 4.60 ab
    MsN105P75 29.40 a 37.25 a 6.70 ab 4.65 a
    MpN105P75 28.65 a 36.05 a 6.90 a 4.65 a
    CK 26.90 b 32.65 b 6.45 b 4.25 b
    2015—2016 MsN150P105 26.27 b 33.62 a 6.30 a 4.10 ab
    MpN150P105 26.89 a 33.01 b 6.15 ab 4.15 ab
    MsN105P75 26.21 b 32.81 b 6.30 a 4.25 ab
    MpN105P75 26.36 b 33.05 b 6.35 a 4.35 a
    CK 25.40 c 30.58 c 5.80 b 3.80 b
    FF values
    年度Year (Y) 181.11** 131.40** 53.01** 37.57**
    处理Treatment (T) 15.01** 4.57** 6.81** 3.02
    Y × T 1.62 1.47 0.38 1.02
    注(Note):数值后不同字母表示同一年不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05);**—P < 0.01.
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    表 6  不同降水年型有机肥与氮磷化肥配施小麦的水分利用效率

    Table 6.  Water use efficiency of wheat applied with organic manures and nitrogen and phosphorus chemical fertilizersunder different precipitation years

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    播前贮水量
    SWS before sowing
    (mm)
    降雨量
    Rainfall
    (mm)
    收获期贮水量
    SWS at maturity
    (mm)
    生育期耗水量
    Total water consumption
    (mm)
    水分利用效率
    Water use efficiency
    [kg/(hm2·mm)]
    2013—2014 MsN150P105 238.86 a 198.8 109.62 a 328.04 a 20.91 a
    MpN150P105 211.03 c 198.8 97.44 b 312.39 c 20.46 ab
    MsN105P75 221.12 b 198.8 99.77 b 320.15 abc 20.09 ab
    MpN105P75 222.41 b 198.8 97.86 b 323.35 ab 20.75 a
    CK 221.88 b 198.8 103.74 ab 316.94 bc 19.00 b
    2014—2015 MsN150P105 250.23 ab 106.7 106.39 b 250.54 a 20.67 b
    MpN150P105 247.18 b 106.7 113.33 ab 240.55 ab 20.95 ab
    MsN105P75 249.26 ab 106.7 112.46 ab 243.50 ab 19.94 c
    MpN105P75 255.30 a 106.7 119.58 a 242.42 ab 21.45 a
    CK 249.53 ab 106.7 119.31 a 236.92 b 18.53 d
    2015—2016 MsN150P105 209.32 b 216.0 108.61 bc 316.71 bc 13.88 c
    MpN150P105 210.18 b 216.0 112.20 b 313.98 c 16.78 a
    MsN105P75 210.11 b 216.0 103.40 c 322.71 ab 14.59 bc
    MpN105P75 209.41 b 216.0 97.12 d 328.29 a 16.74 ab
    CK 222.29 a 216.0 127.35 a 310.94 c 14.84 abc
    FF values
    年度 Year (Y) 51.89** 475.71** 447.84**
    处理 Treatment (T) 3.15** 10.83** 18.28**
    Y × T 17.55** 4.35** 8.12**
    注(Note):SWS—土壤贮水量 Soil water storage;数值后不同字母表示同一年不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05);**—P < 0.01.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-31
  • 网络出版日期:  2020-10-19
  • 刊出日期:  2020-09-25

不同降水年型下小麦产量、品质及水分利用效率对有机无机肥配施的响应

  • 基金项目: 国家现代农业产业技术体系 (CARS-03-2-07);国家重点研发计划项目 (2018YFD0200404-07)。
  • 摘要:   【目的】  研究不同有机肥与不同量氮、磷化肥配施对旱地小麦产量、品质及水分利用效率的影响,以确定适用于山西南部丘陵雨养旱地小麦不同降水年型的有机肥和化肥配施方案。  【方法】  2013—2016年在山西临汾开展田间试验,共设5个处理:羊粪 22.5 t/hm2 + N 150 kg/hm2 + P2O5 105 kg/hm2 (MsN150P105)、猪粪 22.5 t/hm2 + N 150 kg/hm2 + P2O5 105 kg/hm2 (MPN150P105)、羊粪 22.5 t/hm2 + N 105 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2(MsN105P75)、猪粪22.5 t/hm2 + N105 kg/hm2 + P2O5 75 kg/hm2 (MPN105P75),以不施肥为对照 (CK),采用随机区组设计。其中,2013—2014年、2014—2015年为丰水年份,2015—2016年为干旱年份。以强筋小麦‘晋麦92号’为供试品种。在收获后,测定各处理小麦产量、湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间和形成时间。并根据播种前和收获后土壤200 cm土层蓄水量和年降水量,计算水分利用效率(WUE)。  【结果】  降水年型、有机肥与氮磷配施及二者交互作用均对小麦产量及水分利用效率具有极显著的影响。丰水年羊粪、猪粪与氮磷配施增产显著,增产幅度为6.14%~18.45%,其中MsN150P105、MpN105P75处理增产幅度较大;干旱年猪粪与氮磷配施增产效果显著,增产幅度达14.18%~19.15%,羊粪与氮磷配施增产效果不明显;猪粪与氮磷配施增产效应表现为干旱年大于丰水年。干旱年水分利用效率低于丰水年,猪粪与氮磷配施在丰水年、干旱年的水分利用效率较对照提高7.68%~15.76%。与对照相比,两种降水年型下猪粪、羊粪与氮磷配施处理小麦的湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间和形成时间均提高或延长。  【结论】  山西南部丘陵雨养旱地小麦,丰水年施用羊粪 22.5 t/hm2,配施N 150 kg/hm2 和 P2O5 105 kg/hm2 增产提质效应最好;丰水年或干旱年施用猪粪 22.5 t/hm2,配施 N 105 kg/hm2和P2O5 75 kg/hm2 均表现出显著的增产提质效果,且干旱年效果更好。因此,从增产提质与化肥减施综合分析,山西南部丘陵雨养旱地小麦施用猪粪22.5 t/hm2,配施 N 105 kg/hm2和 P2O5 75 kg/hm2是高产稳产提质增效的最佳有机无机肥配施模式。

    English Abstract

    • 山西南部丘陵旱地小麦属雨养旱作农业区,年降水量400~600 mm,受大陆性季风气候影响,降水时空分布不均,其中60%左右集中在麦田休闲期 (7—9月),冬春少雨雪、多风,土壤蒸发量大[1-4]。山西省旱地小麦种植面积占全省总面积的60%,生育期干旱缺水和土壤肥力低严重制约小麦水分利用效率和产量的提高,同时冬小麦生育期需水与降雨不同步导致产量年际间波动大。合理施肥可提高降水利用率,提高旱地小麦产量[5-8]。有机肥含有作物需要的大量元素和多种微量元素,且富含大量有机物质及活性物质,在提高土壤肥力和增强作物抗逆稳产等方面有着重要作用[9]。有机无机肥配施不仅能实现独特有机无机肥平衡,还可培肥地力,改善土壤结构,提升土壤持水能力[10-13],同时有机无机肥适量配施可持续供应小麦养分,促进发育和养分吸收,对产量增加效果显著[14]。此外,前人在甘肃陇东旱塬和陕西渭河平原不同降水年型下小麦产量的水肥效应方面的研究取得了较大的进展。王婷等[15]在甘肃平凉连续38年的定位试验结果表明,陇东旱塬不论年降水量多寡,氮磷与秸秆或有机肥配施均可显著提高作物产量、产量稳定性和可持续性,并提高肥料对产量的贡献率及降水利用率。樊廷录等[16]通过研究甘肃陇东旱塬连续24年的玉米小麦轮作系统长期定位施肥效应,发现有机肥或秸秆配施化肥处理的产量受降水影响较小。胡雨彤等[17]在陕西长武30年长期肥料定位试验结果表明,不同降水年型下,丰水年小麦产量、肥料贡献率和降水利用率相对较高。小麦品质除与品种密切相关外,同时受土壤因素、生态条件和栽培措施的影响。合理施肥可调节养分供应速率,使小麦品质得以保持或改善[18]。研究表明,氮磷钾配施有机肥对中筋和强筋小麦品质特性,包括营养品质和加工品质及产量具有协同提高的作用[19-20]。目前,在旱地小麦产量得到提高的同时,其品质也日益受到重视,如何根据不同降水年型合理施肥实现旱地小麦高产稳产提质一直是该区农业可持续发展迫切需要解决的问题。因此,本研究以山西省南部丘陵雨养旱地小麦为研究对象,通过连续三年田间试验,探讨了两种降水年型下有机肥与氮磷配施对小麦产量、品质及水分利用效率的影响,以期为该地区合理利用畜禽粪污、减少化肥用量、提高自然降水利用效率及实现旱地小麦高产稳产提质提供理论依据。

      • 试验于2013—2016年在山西省临汾市尧都区大阳镇岳壁村丘陵旱地进行,试验地位于北纬36°06′,东经111°46′,海拔693.5 m,年均气温12.6℃,年降水量430~550 mm,无灌溉条件,试验区降雨情况及土壤基础肥力分别见表1表2

        表 1  2013—2016年试验区降雨情况 (mm)

        Table 1.  Rainfall in experiment area from 2013 to 2016

        年份Year月份Month年降雨量
        Annual rainfall
        休闲期
        Fallow period
        生育期
        Growth period
        678910111212345
        2013—2014 29.5 285.9 43.3 39.3 23.8 4.3 0 0 23.2 11.2 65.3 71.0 596.8 398.0 198.8
        2014—2015 32.8 62.4 140.4 182.4 8.9 7.1 0 7.7 15.4 4.8 39.2 23.6 524.7 418.0 106.7
        2015—2016 34.0 41.2 25.4 43.1 61.3 58.3 0.5 0 2.2 3.5 37.7 52.5 359.7 143.7 216.0

        表 2  2013—2016年试验区土壤基础肥力

        Table 2.  Soil basic fertility in experimental area from 2013 to 2016

        年份
        Year
        有机质 (g/kg)
        Organic matter
        碱解氮 (mg/kg)
        Available N
        有效磷 (mg/kg)
        Available P
        速效钾 (mg/kg)
        Available K
        2013—20149.0848.3312.44128
        2014—20159.1048.5612.59131
        2015—20169.1148.4912.63130

        本研究以小麦生育年即休闲期 (6月1日至9月30日)+生育期 (10月1日至次年5月31日) 划分降水年型。山西省临汾市 (1962—2014年) 年均降雨量478.2 mm,均方差105.3 mm。其中,丰水年降水量 > 512.9 mm,干旱年降水量 < 443.5 mm。2013—2104、2014—2015年为丰水年,2015—2016年为干旱年。

        采用国内较常用的降水年型划分标准[21]划分试验年份降水年型:丰水年,$pi$ > $\overline p + 0.33\delta $;干旱年,$pi$ < $\overline p - 0.33\delta $。式中:$pi$为当年降水量 (mm);$\overline p $为多年平均降水量 (mm);$\delta $为多年降水量的均方差 (mm)。

      • 试验采用随机区组设计,小区面积42 m2 (7 m × 6 m),3次重复。设施两种有机肥,羊粪22.5 t/hm2 (MS) 和猪粪22.5 t/hm2 (MP),供试有机肥养分含量见表3;N、P配施量设N 150 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2(N150P105),N 105 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2 (N105P75),以不施肥为对照 (CK),共5个处理。供试品种为‘晋麦92号’,2013—2014、2014—2015、2015—2016年播期分别是9月28日、9月30日、9月30日,收获期分别为6月5日、6月2日、6月5日,播种量150 kg/hm2

        表 3  供试有机肥养分含量 (g/kg)

        Table 3.  Nutrient content of tested organic manures

        年份Year有机肥Manure有机质Organic matter全氮Total N全磷Total P全钾Total K
        2013—2014 羊粪Sheep manure 188.79 26.67 28.11 13.69
        猪粪Pig manure 179.62 23.93 22.47 11.80
        2014—2015 羊粪Sheep manure 189.15 27.13 24.25 13.08
        猪粪Pig manure 175.46 24.39 25.18 11.96
        2015—2016 羊粪Sheep manure 186.35 26.63 24.18 13.12
        猪粪Pig manure 173.81 24.51 25.81 12.15
      • 播种和收获当天,取0—200 cm土层样品,每20 cm一层,用烘干法测定土壤含水量。土层贮水量计算公式[22]

        ${{W = w}} \times {\rm{\rho s}} \times {{h}} \times 0.1$

        式中:W为土层贮水量 (mm);w为土层含水量 (%);ρs为土壤容重 (g/cm3);h为土层厚度 (cm);0.1为单位换算系数。

      • 田间总耗水量 (mm) = 播种时土壤贮水量 + 有效降水量 – 收获期土壤贮水量;水分利用效率[kg/(hm2·mm)] = 籽粒产量/田间总耗水量。

      • 收获当天在各小区2个调查样方中选择其中的1个,随机拔取行长20 cm全部植株,随机取5株,去除穗粒数小于5粒的穗数后,准确计数有效成穗数,并调查每穗粒数,求平均值为穗粒数;各处理收获2个未取样调查样方外,再随机收取3个1.0 m2小麦,脱粒,风干后称重;数取500粒称重,换算成千粒重,2次重复 (重复间相差 ≤ 0.5 g),80℃下烘至恒重,计算籽粒风干含水率,按13%含水率计算千粒重和产量。

      • 用瑞士波通DA7200型近红外分析仪测定小麦籽粒湿面筋、沉降值、稳定时间和形成时间。

      • 用Microsoft Excel 2003软件计算、处理试验数据和作图。采用DPS 15.10软件Duncan新复极差法进行处理间多重比较,P < 0.05为显著。采用二因素方差分析比较降水年型、有机肥与氮磷配施及二者的交互作用对各指标的影响。

      • 表4知,降水年型对产量、穗粒数和千粒重影响达到极显著水平,对成穗数影响显著;施肥处理及年型和施肥交互作用对产量和千粒重影响达极显著水平,对成穗数和穗粒数无显著影响。因此,降水年型对产量及其构成影响最大,而施肥及其与年型交互作用主要通过影响千粒重而影响产量。相同处理下,2013—2014年穗粒数、千粒重及产量高于2014—2015、2015—2016年,这与2013—2014年小麦播期和春季生长关键期降雨较多有关。2013—2014年MsN150P105处理成穗数、穗粒数、千粒重协同提高,产量增加,MpN105P75处理增产主要与成穗数、千粒重提高有关;有机肥与氮磷配施产量显著高于对照,增产幅度为6.14%~13.96%,配施处理间差异不显著。2014—2015年MpN105P75、MsN150P105处理产量与其余处理差异显著,MpN105P75处理增产主要与成穗数较高有关;有机肥与氮磷配施产量显著高于对照,增产幅度为10.58%~18.45%。2015—2016年成穗数和穗粒数各处理间差异不显著,有机肥与氮磷配施对千粒重影响较大,产量以猪粪与氮磷配施较高且与其余处理差异显著,其增产幅度为14.18%~19.15%。总体来看,丰水年羊粪、猪粪与氮磷配施均能提高小麦产量,其中羊粪与N150P105、猪粪与N105P75配施增产幅度较大,而干旱年猪粪与氮磷配施增产效果较好。

        表 4  不同降水年型有机肥与氮磷化肥配施小麦产量及其构成

        Table 4.  Yield and its components of wheat applied with organic manure and nitrogen and phosphorus chemical fertilizers under different precipitation years

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        成穗数 (× 104/hm2)
        Spike No.
        穗粒数
        Grains per ear
        千粒重 (g)
        1000-grain weight
        产量 (kg/hm2)
        Yield
        2013—2014 MsN150P105 520.03 a 41.0 a 44.15 a 6860.80 a
        MpN150P105 448.36 bc 43.6 a 43.52 ab 6389.90 a
        MsN105P75 475.86 ab 38.2 ab 43.12 b 6432.17 a
        MpN105P75 515.03 a 34.8 b 44.36 a 6708.89 a
        CK 410.86 c 40.2 ab 41.93 c 6020.37 b
        2014—2015 MsN150P105 513.36 ab 37.4 a 36.32 ab 5179.75 a
        MpN150P105 565.03 ab 37.2 a 37.48 a 5039.05 b
        MsN105P75 486.69 b 35.6 ab 36.18 b 4854.65 b
        MpN105P75 593.37 a 32.6 b 35.74 b 5200.06 a
        CK 479.19 b 35.4 ab 36.58 ab 4390.15 c
        2015—2016 MsN150P105 434.19 a 30.4 a 37.15 c 4396.58 b
        MpN150P105 483.36 a 29.6 a 40.97 a 5267.17 a
        MsN105P75 479.19 a 29.8 a 38.64 bc 4707.50 b
        MpN105P75 515.03 a 29.8 a 39.23 b 5496.13 a
        CK 416.69 a 29.4 a 38.80 bc 4612.97 b
        FF values
        年度Year (Y) 6.93* 22.33** 382.32** 342.46**
        处理Treatment (T) 3.50 2.81 8.92** 15.82**
        Y × T 1.97 0.92 7.15** 24.61**
        注(Note):数值后不同字母表示同一年不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05);*—P < 0.05;**—P < 0.01.
      • 表5知,降水年型对小麦湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间和形成时间有极显著影响,施肥处理极显著影响湿面筋含量、沉降值及面团稳定时间,但年型和施肥交互对小麦品质指标无显著影响,说明水分是影响小麦品质的重要环境因素。丰水年各项品质指标优于干旱年;不同降水年型有机肥与氮磷配施小麦品质指标均高于对照。2013—2014、2014—2015年有机肥与氮磷配施各处理湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间及形成时间差异不显著。2015—2016年MpN150P105处理湿面筋含量与其余处理差异显著,沉降值以MsN150P105处理较高,且与其余处理差异显著,有机肥与氮磷配施各处理面团稳定时间和形成时间差异不显著。总体来看,猪粪、羊粪与氮磷配施均有利于提高小麦湿面筋含量、沉降值,增加面团稳定时间及形成时间,不同降水年型均表现为MpN105P75处理面团的稳定时间和形成时间最长。

        表 5  不同降水年型有机肥与氮磷化肥配施小麦的加工品质

        Table 5.  Processing quality of wheat with organic manures and nitrogen and phosphorus chemical fertilizersunder different precipitation years

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        湿面筋(%)
        Wet gluten
        沉降值(mL)
        Sediment value
        面团稳定时间(min)
        Dough stability time
        面团形成时间(min)
        Dough development time
        2013—2014 MsN150P105 26.39 ab 35.65 a 6.50 a 4.40 a
        MpN150P105 27.68 a 35.00 a 6.35 ab 4.55 a
        MsN105P75 27.30 ab 35.75 a 6.40 ab 4.40 a
        MpN105P75 26.88 ab 35.05 a 6.55 a 4.60 a
        CK 25.97 b 32.00 b 6.10 b 3.95 b
        2014—2015 MsN150P105 28.55 a 36.80 a 6.85 a 4.60 ab
        MpN150P105 29.87 a 35.90 a 6.60 ab 4.60 ab
        MsN105P75 29.40 a 37.25 a 6.70 ab 4.65 a
        MpN105P75 28.65 a 36.05 a 6.90 a 4.65 a
        CK 26.90 b 32.65 b 6.45 b 4.25 b
        2015—2016 MsN150P105 26.27 b 33.62 a 6.30 a 4.10 ab
        MpN150P105 26.89 a 33.01 b 6.15 ab 4.15 ab
        MsN105P75 26.21 b 32.81 b 6.30 a 4.25 ab
        MpN105P75 26.36 b 33.05 b 6.35 a 4.35 a
        CK 25.40 c 30.58 c 5.80 b 3.80 b
        FF values
        年度Year (Y) 181.11** 131.40** 53.01** 37.57**
        处理Treatment (T) 15.01** 4.57** 6.81** 3.02
        Y × T 1.62 1.47 0.38 1.02
        注(Note):数值后不同字母表示同一年不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05);**—P < 0.01.
      • 表6知,降水年型、施肥处理及二者交互作用均对水分利用效率具有极显著的调控作用。干旱年水分利用效率低于丰水年。丰水年羊粪与氮磷配施处理水分利用效率为N150P105 > N105P75;猪粪与氮磷配施处理水分利用效率为N105P75 > N150P105;干旱年水分利用效率为猪粪与氮磷配施 > 羊粪与氮磷配施。2013—2104年MsN150P105、MpN105P75处理水分利用效率与CK差异显著;2014—2015年MpN105P75处理水分利用效率与MsN150P105、MsN105P75和CK处理差异显著;2015—2016年MpN150P105处理水分利用效率与MsN150P105、MsN105P75处理差异显著。2014—2015年各处理生育期耗水量低于2013—2014、2015—2016年,主要是因为本年度生育期降雨量少,降雨集中在播前导致耗水主要来自土壤蓄水。2015—2016年生育期降雨量大,但集中在冬前和小麦收获前期,冬前蒸发量大,而小麦收获前期降雨为低效降雨,导致生育期耗水量大、水分利用效率低。综合来看,丰水年、干旱年猪粪与氮磷配施均保持较高的水分利用效率,较对照提高7.68%~15.76%。

        表 6  不同降水年型有机肥与氮磷化肥配施小麦的水分利用效率

        Table 6.  Water use efficiency of wheat applied with organic manures and nitrogen and phosphorus chemical fertilizersunder different precipitation years

        年份
        Year
        处理
        Treatment
        播前贮水量
        SWS before sowing
        (mm)
        降雨量
        Rainfall
        (mm)
        收获期贮水量
        SWS at maturity
        (mm)
        生育期耗水量
        Total water consumption
        (mm)
        水分利用效率
        Water use efficiency
        [kg/(hm2·mm)]
        2013—2014 MsN150P105 238.86 a 198.8 109.62 a 328.04 a 20.91 a
        MpN150P105 211.03 c 198.8 97.44 b 312.39 c 20.46 ab
        MsN105P75 221.12 b 198.8 99.77 b 320.15 abc 20.09 ab
        MpN105P75 222.41 b 198.8 97.86 b 323.35 ab 20.75 a
        CK 221.88 b 198.8 103.74 ab 316.94 bc 19.00 b
        2014—2015 MsN150P105 250.23 ab 106.7 106.39 b 250.54 a 20.67 b
        MpN150P105 247.18 b 106.7 113.33 ab 240.55 ab 20.95 ab
        MsN105P75 249.26 ab 106.7 112.46 ab 243.50 ab 19.94 c
        MpN105P75 255.30 a 106.7 119.58 a 242.42 ab 21.45 a
        CK 249.53 ab 106.7 119.31 a 236.92 b 18.53 d
        2015—2016 MsN150P105 209.32 b 216.0 108.61 bc 316.71 bc 13.88 c
        MpN150P105 210.18 b 216.0 112.20 b 313.98 c 16.78 a
        MsN105P75 210.11 b 216.0 103.40 c 322.71 ab 14.59 bc
        MpN105P75 209.41 b 216.0 97.12 d 328.29 a 16.74 ab
        CK 222.29 a 216.0 127.35 a 310.94 c 14.84 abc
        FF values
        年度 Year (Y) 51.89** 475.71** 447.84**
        处理 Treatment (T) 3.15** 10.83** 18.28**
        Y × T 17.55** 4.35** 8.12**
        注(Note):SWS—土壤贮水量 Soil water storage;数值后不同字母表示同一年不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters indicate significant difference among treatments in the same year (P < 0.05);**—P < 0.01.
      • 图1知,0—20 cm土壤含水量因受降雨、蒸发和季节变化影响强烈,年份间变化较大;20—100 cm土层保水性能差;100—200 cm土壤水分蓄积,各个处理的水分集中在1 m土层以下。2013—2014年MsN150P105处理土壤0—100 cm含水量较高,MpN105P75 处理100—180 cm土壤含水量较高且与除MsN105P75外其余处理差异显著;2014—2015年MsN105P75处理20—100 cm土壤含水量较高,MpN105P75处理120—160 cm土壤含水量较高且与其余处理差异显著;2015—2016年MpN105P75处理160—200 cm土壤含水量最高且与其余处理差异显著。

        图  1  不同降水年型在小麦收获期有机肥与氮磷化肥配施处理的土壤含水量 (0—200 cm)

        Figure 1.  Soil water content at harvest stage of wheat applied with organic manure and chemical fertilizers underdifferent precipitation years (0–200 cm)

      • 干旱是山西南部丘陵雨养旱地冬小麦产量的主要限制因素[23-24]。本研究表明,降水年型显著或极显著影响旱地小麦产量构成而极显著影响产量,3年试验中,2013—2014年产量远高于2014—2015年和2015—2016年,而2014—2015年和2015—2016年产量相近,但总体呈丰水年产量高于干旱年,这与前人[25-26]研究结果一致。雨养旱地小麦生育期降水分布同样是影响产量的重要因素[27-28]。本研究表明,2013—2014年和2014—2015年虽都是丰水年,但因降雨分布不同导致2013—2014年产量水平远高于2014—2015年,这与2013—2014年休闲期、生育期降雨均衡,且播期和春季灌浆期降水较多有关,2014—2015年休闲期降雨较多底墒好,但关键生育期干旱少雨,产量较低。2015—2016年虽为干旱年但冬小麦生育期降雨较多,产量水平与2014—2015年相近。因此雨养旱地小麦生育期降水尤其是关键生育期降水对产量影响大,而休闲期降雨仅对产量起补偿作用。

        前人[29-31]研究表明,有机无机肥配施可显著提高小麦产量。在本研究中,有机肥种类及有机肥与氮磷配合的比例对小麦产量影响不同。有机无机肥配施比例不当会导致小麦产量降低,这与前人[32-33]研究结果相似。本研究结果表明,丰水年羊粪、猪粪与氮磷配施水分利用效率提高了5.74%~15.76%,产量显著提高,增产幅度为6.14%~18.45%,干旱年猪粪与氮磷配施产量和水分利用效率均提高,且主要通过提高千粒重实现增产,增产幅度达14.18%~19.15%。可见,猪粪与氮磷配施能增加旱地小麦的稳产性和丰产性。干旱年猪粪与氮磷配施产量显著高于羊粪与氮磷配施,究其可能的原因,一是猪粪碳氮比例相对小,分解较快,养分易释放[34];二是猪粪属温性肥料,富含腐植酸肥,养分释放较氮素含量高的羊粪相对柔和,且后劲足,有利于小麦后期生长发育和抵御生育期干旱[28, 35]

        胡雨彤等[17]研究得出不同降水年型下冬小麦产量主要受氮磷肥施用量、休闲期降水和越冬期降水影响。王婷等[15]建立的不同降水年型下施肥、降水和产量多元一次回归方程表明,氮肥施用和生育年降水是干旱年、丰水年冬小麦产量的制约因素。本研究表明,降水年型、有机肥与氮磷配施及二者交互均对旱地小麦产量有极显著的影响。王淑英等[36]和王婷等[15]在甘肃黄土旱塬进行的长期定位试验的研究认为,有机无机肥配施处理在干旱年份对冬小麦的增产效果大于丰水年,本研究中猪粪与氮磷配施处理的结论与其较为一致。郝明德等[37]在陕西长武进行的长期定位试验得出了不同的结果,这可能与当地土壤肥力状况及有机肥种类不同有关。

      • 小麦籽粒品质形成不仅与基因型密切相关,更受生态条件的影响,降水量是影响小麦品质的重要因素之一[38]。本研究也证实,降水年型对小麦加工品质指标影响极显著。本研究中,丰水年小麦品质指标优于干旱年,这与前人研究的降雨量与小麦品质呈负相关[39]这一结论不同,可能与降水量及其在生育期分布不同有关。前人长期定位试验表明,在均衡施肥的情况下,配施一定量的有机肥可以明显改善小麦的各种品质指标[40]。姜东等[19]研究表明有机无机肥料配合施用有利于强筋小麦籽粒产量和品质的同步提高。伍晓轩等[20]研究表明有机无机肥配施有利于丘陵旱地中强筋小麦品质提升。本研究进一步证实,丰水年、干旱年有机肥与氮磷配施均提高丘陵雨养旱地强筋小麦的沉降值、湿面筋含量,延长面团形成时间和稳定时间。本研究中,丰水年不同施肥处理的各项品质指标无显著差异,干旱年对品质指标的影响强度为沉降值和湿面筋大于面团形成时间和稳定时间,这与李燕青等[41]研究结果相反,这可能与降水量及有机肥与化肥配施比例不同有关。

      • 小麦水分利用效率不仅受施肥的影响,还与降水量等因素有关[42]。本研究中,降水年型、施肥处理及年型和施肥交互均对水分利用效率有极显著影响。干旱年各处理水分利用效率低于丰水年,这是因为干旱年 2015—2016 年生育期降雨集中在冬前和小麦收获前期,底墒不足,冬前蒸发量大,收获前期降雨为低效降雨,对产量作用小。前人研究表明,有机无机肥配施能够提高水分利用效率[43-44]。张建军等[45]研究认为无论何种降水年型,增施有机肥均能提高冬小麦的水分利用效率,本研究结果与其不尽一致。本研究中,丰水年、干旱年猪粪与氮磷配施均保持较高的水分利用效率,较对照提高7.68%~15.76%,而在干旱年份羊粪与氮磷配施水分利用效率略有降低。Liu等[7]在黄土高原进行的定位试验表明,施入有机肥能显著增加土壤中大粒径团聚体含量,改善土壤团聚体结构,从而增强土壤蓄保水的能力。李絮花等[46]研究表明,配施有机肥能促进冬小麦的根系生长,增大吸水空间,提高吸水能力,加强对深层土壤水分的吸收利用。本研究通过测定小麦收获期0—200 cm土层土壤含水量,发现猪粪与 N 105 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2 配施,1 m以下土层土壤含水量相对较高,这可能是由于猪粪和化肥配施更有利于提升深层土壤保水蓄水能力,但该研究仅仅对收获期的土壤含水量进行了测定,还需进一步研究。

      • 两种降水年型有机肥与氮磷化肥配施试验表明,猪粪与氮磷配施对小麦产量和品质指标影响效应表现为干旱年大于丰水年,说明猪粪与氮磷配施具有明显的抗旱增产提质效应,可减轻年际间小麦产量波动。

        山西南部丘陵雨养旱地小麦,丰水年施用羊粪22.5 t/hm2,配施 N 150 kg/hm2和 P2O5 105 kg/hm2增产提质效应最好;丰水年或干旱年施用猪粪22.5 t/hm2,配施 N 105 kg/hm2和 P2O5 75 kg/hm2 均表现出显著的增产提质效果,且干旱年效果更好。

        从增产提质与化肥减施综合分析,山西南部丘陵雨养旱地小麦施用猪粪22.5 t/hm2,配施N 105 kg/hm2 和 P2O5 75 kg/hm2是实现高产稳产及提质增效的最佳有机无机肥配施模式。

    参考文献 (46)

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