水肥條件對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

肥料和水是干旱農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兩個(gè)限制因素。如何合理施肥，通過(guò)肥料和水分的合理施肥，促進(jìn)作物根苗的生長(zhǎng)和養(yǎng)分的吸收，提高作物產(chǎn)量。然而，由于試驗(yàn)方法的不同，結(jié)論是不一致的。本試驗(yàn)在人為控制條件下研究了不同水肥處理對(duì)冬小麥生長(zhǎng)的影響,旨在探討不同土壤水分含量和N、P營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)小麥不同部位養(yǎng)分吸收狀況及籽粒產(chǎn)量的影響,為促進(jìn)作物根苗養(yǎng)分的協(xié)調(diào)吸收和生產(chǎn)潛力開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1堿解n/ng/l供試土壤采自楊陵紅油土耕層,其基本理化性狀為:pH值8.02,堿解N60.7mg/kg,速效P6.8mg/kg,速效K152.1mg/kg,有機(jī)質(zhì)11.95g/kg。試驗(yàn)采用中型米氏盆,每盆裝干土7.3kg。供試作物為“小偃6號(hào)”冬小麥。1.2土壤持水量和土壤保水性試驗(yàn)設(shè)水分和肥力兩個(gè)因素。其中,水分設(shè)3個(gè)水平,按土壤相對(duì)含水量(SRWC)分為:70%(Ⅰ,適宜供水)、55%(Ⅱ,中度虧缺)、40%(Ⅲ,重度虧缺)(用最大毛管持水量代替田間持水量,其值為30%,即各水分處理土壤自然含水量分別為21.0%,16.5%,12.0%)。肥力設(shè)高、低2個(gè)水平,分別用H(每公斤干土施純N0.20g和P2O50.15g)和L(每公斤干土施純N0.10g和P2O50.075g)表示。共6個(gè)處理,每處理重復(fù)3次。為洗根方便,減少根系損失,將小麥種于120目雙層尼龍網(wǎng)袋中。每盆3袋,每袋留苗3株。水分控制采用稱(chēng)重法,灌水時(shí)為防止表層加入引起的土壤板結(jié),并減少土表蒸發(fā),在每個(gè)盆缽中插一根內(nèi)徑1.5cm,長(zhǎng)25cm的PVC管,從管口灌水,使其從管底端滲入土壤。1.3地上、地下生物量及籽粒產(chǎn)量測(cè)定在小麥拔節(jié)期和灌漿期分別調(diào)查了分蘗數(shù)和有效穗數(shù),在成熟期分別測(cè)定地上、地下生物量及籽粒產(chǎn)量等。干樣粉碎后,用H2SO4-H2O2法進(jìn)行消解,然后分別測(cè)定全氮(半微量開(kāi)氏法)、全磷(釩鉬黃比色法)和全鉀(火焰光度計(jì)法)。2結(jié)果與分析2.1小麥根系生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)元素吸收關(guān)系不同處理小麥植株地上部和根系生物量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出,隨著水肥條件的改善,小麥地上部生物量呈增加趨勢(shì)。方差分析結(jié)果表明:不同水分處理間差異達(dá)極顯著水平;不同肥力處理間差異達(dá)5%顯著水平,其中,在適宜水分條件下,不同肥力間差異達(dá)極顯著水平,而中度和重度缺水條件下,高低肥力間差異不顯著,說(shuō)明水分的虧缺限制了肥效的發(fā)揮。關(guān)于水肥條件對(duì)小麥根系生長(zhǎng)的影響較為復(fù)雜,目前已有的研究結(jié)論并不一致。梁銀麗等認(rèn)為:在SRWC為40%~70%時(shí),隨著水分條件提高,增施N、P肥可引起根系生物量顯著增加。王晨陽(yáng)等認(rèn)為:SRWC在30%~80%范圍時(shí),隨著SRWC降低,根系生物量減少。本研究表明:在水分重度虧缺條件下,小麥根系生物量顯著降低;中度水分虧缺和適宜水分條件可極顯著地促進(jìn)根系生長(zhǎng),但在適宜水分高肥力條件下,根系生物量較中度水分虧缺有所減少。不同水分和肥力對(duì)根系生長(zhǎng)影響的差異均達(dá)極顯著水平,且二者的交互作用亦極顯著。分析認(rèn)為:在土壤水分重度虧缺條件下,根系生長(zhǎng)及養(yǎng)分吸收嚴(yán)重受阻,根系生物量減少;隨著土壤水分條件的改善,作物根系及地上部生長(zhǎng)加快,對(duì)水肥需求量大大增加,此時(shí),根系生物量便迅速增大。這是植物借以擴(kuò)大水分和養(yǎng)分吸收面積的適應(yīng)性機(jī)制。隨著土壤水分達(dá)到適宜以上條件時(shí),在土壤肥力較高情況下,根系可以連續(xù)不斷地吸收到大量水分和養(yǎng)分,較少的根系吸收的水分養(yǎng)分便可滿足整個(gè)植株生長(zhǎng)發(fā)育的需要,因而根系生物量又有所減少。而低肥土壤中根系則需進(jìn)一步伸展擴(kuò)大才能保證高水條件下植株生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)分。因此,本試驗(yàn)觀察到:在水分中度虧缺和適宜時(shí)的低肥力條件下根系生物量較大,且以適宜水分低肥力條件時(shí)達(dá)最大值。小麥地上部與根系生物量隨水肥條件的變化雖不盡一致,但由于地上部生物量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),因此整體植株生物量的變化基本與地上部一致,即隨水肥條件改善,小麥整體植株生物量增加。根/冠比以中度水分虧缺低肥處理時(shí)最大。之后,隨水肥條件的提高或降低,根/冠均有減小的趨勢(shì),并以適水高肥時(shí)最小。證明了高營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)地上部生長(zhǎng)的促進(jìn)作用大于對(duì)根系的促進(jìn)作用。這還體現(xiàn)了,當(dāng)存在水分或養(yǎng)分等外界因素脅迫時(shí),因小麥地上部與根系之間產(chǎn)生對(duì)光合產(chǎn)物的競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致根/冠的變化。但并非人們通常認(rèn)為的土壤越干,根/冠比越大。2.2關(guān)于籽粒產(chǎn)量測(cè)定通過(guò)對(duì)各處理小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的測(cè)定(表2)可看出,不同水肥條件對(duì)小麥分蘗數(shù)影響不顯著。但在水分虧缺及低肥條件下均顯著或極顯著地減少了植株的穗數(shù)和成穗率,從而使籽粒產(chǎn)量降低。適宜水分和中度水分虧缺條件下的各處理,其穗粒數(shù)之間沒(méi)有顯著差異,說(shuō)明在這種情況下,穗數(shù)的減少已相對(duì)補(bǔ)償了水分和養(yǎng)分供應(yīng)的不足。但嚴(yán)重水分虧缺條件下,水分養(yǎng)分尚未得到補(bǔ)償,從而進(jìn)一步影響了小麥小花分化,性細(xì)胞形成及受粉過(guò)程,使得穗粒數(shù)顯著減少,產(chǎn)量也明顯降低。各處理千粒重?zé)o顯著差異,說(shuō)明穗數(shù)和穗粒數(shù)的減少均相對(duì)地補(bǔ)償了單位籽粒對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求,籽粒飽滿度并沒(méi)降低。適宜水分高肥處理的籽粒產(chǎn)量最高,隨著水分養(yǎng)分的虧缺程度加強(qiáng),產(chǎn)量降低。這說(shuō)明良好的水肥條件是農(nóng)作物高產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)。2.3水分條件對(duì)小麥地上部磷功能的影響表3為不同處理小麥植株不同部位養(yǎng)分含量,結(jié)果表明:在相同水分條件下,高肥處理的小麥植株,其地上部N、P、K含量均大于低肥處理,說(shuō)明較高的肥力不僅促進(jìn)了小麥籽粒產(chǎn)量的增加,而且也是植株生物量的重要組成成分。嚴(yán)重水分虧缺條件下,小麥地上部及根系N的含量較其它各處理的明顯增大,這可能是因?yàn)橥寥浪值膰?yán)重虧缺影響了植株篩管中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向穗粒部位運(yùn)輸所致。這也是該水分條件下小麥減產(chǎn)的重要原因。P在小麥地上部莖稈中的含量隨水肥條件的改善呈遞增趨勢(shì),說(shuō)明水肥條件好時(shí),有利于P素在作物體內(nèi)運(yùn)輸。地下部根系含P量在水分嚴(yán)重虧缺高肥處理的條件下最大,這說(shuō)明土壤水分虧缺條件下提高N、P施肥水平有利于根系對(duì)P營(yíng)養(yǎng)的吸收,但其向地上部的輸送卻依然受到水分虧缺的限制。故良好的水肥條件有利于小麥地上部P含量的增加。在施肥處理過(guò)程中并未施用K肥,但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知,植株體內(nèi)依然含有大量K素。對(duì)于小麥地上部莖稈,其K的含量表現(xiàn)為:同水分條件下高肥處理的大于低肥處理,而在高肥力水平下,隨水分條件的改善,K含量相應(yīng)增加;但同為低肥時(shí),水分條件改善,其K含量變化卻不大。根系K的含量表現(xiàn)為:在水分適宜和中度虧缺時(shí),低肥處理根系K含量均大于高肥處理,與地上部K含量正好相反。這是由于植物吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)不同養(yǎng)分都有一定比例,對(duì)于N、P高肥處理,由于N、P營(yíng)養(yǎng)狀況的改善,植物體也需要相應(yīng)比例的K素,因此根系的K素也隨之向地上部運(yùn)輸,因而根系里的K含量為高肥處理小于低肥處理。而水分嚴(yán)重虧缺時(shí),根系K含量高肥和低肥處理差異不大,與地上部K含量規(guī)律相一致,主要由于水分嚴(yán)重虧缺限制了養(yǎng)分的吸收和運(yùn)輸。在同一肥力水平下根系里的K含量均以中度水分虧缺處理值最大。2.4不同水分富裕處理對(duì)秸稈養(yǎng)分?jǐn)y帶出量的影響不同水肥條件對(duì)小麥植株養(yǎng)分?jǐn)y出量的影響是植株養(yǎng)分含量及生物量受水肥條件影響共同表現(xiàn)出的結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果(表4)顯示:在同一水分條件下,高肥處理的小麥植株,其N(xiāo)攜出量均大于低肥處理,且差異達(dá)極顯著水平。土壤水分在未達(dá)到嚴(yán)重虧缺程度以前,隨著水肥條件的改善,N攜出量顯著增加;當(dāng)土壤水分嚴(yán)重虧缺時(shí),地上部莖稈N攜出量出現(xiàn)增加的現(xiàn)象,特別是在此水分條件下高肥處理的小麥,其莖稈N攜出量?jī)H次于ⅠH處理。這是由于水分嚴(yán)重虧缺時(shí),植株穗數(shù)、穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量均顯著降低,養(yǎng)分相對(duì)累積在莖稈中的結(jié)果。小麥莖稈P、K的攜出量隨水肥條件改善而增加。同水分不同肥力處理間及同肥力不同水分處理之間,莖稈N、P攜出量各自均表現(xiàn)出極顯著差異,且水肥交互作用亦達(dá)極顯著水平。這表明,提高肥力和改善水分條件均有利于養(yǎng)分向作物地上部運(yùn)輸。從根系養(yǎng)分?jǐn)y出量的總趨勢(shì)看:N、P、K養(yǎng)分的攜出量均以中度虧缺水分條件下較大,而在適宜水肥條件下相對(duì)較小。說(shuō)明中度水分虧缺時(shí),根系生長(zhǎng)加快,成為光合產(chǎn)物的優(yōu)勢(shì)庫(kù),其養(yǎng)分?jǐn)y出量隨之增加。而適宜水分下,地上部是生長(zhǎng)的中心,養(yǎng)分大都轉(zhuǎn)移至地上部,故在根系中含量較低。3基肥重及根系/冠隨著水肥條件的改善,小麥地上部及整體植株生物量均明顯增加;地下部根系在水肥條件適宜時(shí)較小,中度虧缺時(shí)較大,這是植物借以擴(kuò)大養(yǎng)分和水分吸收面積的適應(yīng)性機(jī)制;當(dāng)水分進(jìn)一步虧缺時(shí),根系生長(zhǎng)受到限制,其生物量下降。不同水肥條件對(duì)小麥成穗率、穗粒數(shù)均造成不同程度的影響,從而導(dǎo)致了籽粒產(chǎn)量在各處理間的差異。籽粒重受水肥條件影響不大,這是植物在受外界因素脅迫時(shí),逐漸使部分組織退化,而將其水分養(yǎng)分補(bǔ)償給其余組織的