窦 露，谢英荷，李廷亮，李 超，黄 涛，柳玉凤，纪美娟

（山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801）

我国小麦种植区有1/3 分布在旱地雨养农田。晋南麦区是典型的黄土高原雨养农田区，降雨稀少且季节分配不均，水分和养分是限制旱地冬小麦产量效益的主要因素[1]。垄膜沟播是旱地麦田常见的覆盖方式[2]，其能够改善土壤水热状况，进而影响养分的转化速率，具有稳产增产的效果[3-4]。不同肥料类型对土壤养分转化情况及作物产量效益也不同。大量研究表明，有机肥或生物菌肥有助于提高旱地作物产量和土壤可持续生产能力[5-6]。前人在褐潮土、红壤[7]、南方赤红壤[8]、黑土[9]、褐土区[10]、黄土高原黑垆土[11]等不同土壤类型上试验表明，有机无机肥长期配施的小麦产量以及土壤生产力均显著高于单施化肥，并且能够促进土壤水肥协调供应，保持土壤肥力可持续性。生物有机肥是有机肥与生物菌剂混合而成的一种肥料，既有有机肥丰富的碳源，还可以调节根际微生物区系组成、矿化土壤难溶养分、提高肥料利用率，最终可实现产、质双增的效果[12-13]。

本研究运用优化施肥技术在黄土高原旱地冬麦区进行试验，为明确垄膜沟播条件下不同施肥方式对小麦产量效益和水肥运移状况的影响，旨在为当地小麦的高产高效环境友好施肥提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

研究区位于山西省临汾市洪洞县冬小麦试验地，年平均气温在12.4 ℃左右，有效积温3 326 ℃，年降雨量469.7 mm，其中，3/4 的降雨集中在7—9月。供试土壤质地为石灰性褐土，2017年播前土壤耕层速效磷含量为12.8 mg/kg，速效钾含量为176.8 mg/kg。

1.2 试验材料

供试冬小麦品种为晋麦47。

1.3 试验设计

试验设4 个处理，4 次重复。处理1 是农户施肥，施肥量为当地农户经验施肥；处理2 是测控施肥，即采用“1 m 土层硝态氮监控施肥，0～40 cm 土层磷、钾衡量施肥”技术；处理3 是无机肥+ 有机肥，即在测控施肥基础上进行有机无机配施；处理4 是无机肥+生物有机肥，即在测控施肥基础上进行生物有机肥无机肥配施。有机肥养分含量：N 1.36%，P2O52.71%，K2O 1.63%；生物有机肥所含菌液为山西农业大学资源环境学院课题组自制，菌种包括：固氮菌、溶磷菌、解钾菌。处理2，3，4 遵循N，P2O5，K2O 等养分量施肥，其中处理 3 和 4 除使用一定量的有机肥和生物有机肥外，其余不足养分用无机化肥补齐。具体养分用量列于表1。

4 个处理的种植方式均为垄膜沟播，所有肥料均作为基肥在小麦播种前一次性施入各小区内。试验区小麦播种时间为2017年9月30日，播种量为150 kg/hm2。小麦整个生育期除自然降雨外无灌溉，无追肥。

表1 养分用量kg/hm2

1.4 样品采集与测定方法

分别于冬小麦播前（2017年9月） 和收获（2018年6月）后，在各小区采集 0～200 cm 各土层的样品，每20 cm 为一个土样，带回实验室去除杂质并过筛，新鲜土样用于测定土壤含水量，风干后的土样用于测定土壤速效磷、土壤速效钾含量。在小麦收获期（6月10日）选取3 m×20 m 样方进行收获，脱粒计产。

土壤水分含量采用烘干法测定；土壤速效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3法测定；土壤速效钾含量采用1 mol/L NH4OAc 浸提，火焰光度计法测定。

1.5 数据分析

采用Excel 2010 和SPSS 对试验数据进行处理和统计分析。

其中，0～20，20～40，40～60，60～80 cm 土壤容重分别为 1.21，1.35，1.35，1.30 g/cm3，80～200 cm土层容重按1.36 g/cm3计算。

2 结果与分析

2.1 3种优化施肥方式对旱地冬小麦产量的影响

3 种优化施肥方式对旱地冬小麦产量的影响结果如图1所示，无机肥+生物有机肥和无机肥＋有机肥较农户施肥分别提高籽粒产量22.5%，17.5%，且差异均达显著水平（P＜0.05）；分别提高地上部生物产量12.6%，13.2%，但差异不显著（P＞0.05）；优化施肥各处理收获指数均略高于农户施肥，但差异不显著（P＞0.05）。

2.2 3种优化施肥方式对旱地冬小麦0～200cm土层土壤蓄水量的影响

3 种优化施肥方式下冬小麦播前、收获0～200 cm 土层土壤蓄水量如图2所示，经过冬小麦整个生育期消耗，收获期各处理0～200 cm 土层土壤蓄水量均有所降低，相比农户施肥，0～200 cm 土层土壤蓄水量无机肥+有机肥和无机肥＋生物有机肥分别增加5.0%，13.0%，这与ZHANG 等[13]的研究结果一致，说明有机肥和生物有机肥均可以提高旱地土壤贮水量，提升水分利用效率。从整个土层蓄水量来看，播前到收获各土层蓄水减少量主要集中在0～100 cm 土层，这是因为小麦根系活动主要在0～100 cm 土层，吸取深层水分能力较弱。

2.3 3种优化施肥对旱地冬小麦0～200cm土层土壤速效磷贮量的影响

经过冬小麦整个生育期，3 种优化施肥方式下0～200 cm 各土层土壤速效磷贮量变化趋势如图3所示，0～200 cm 各土层速效磷贮量变化为正值（20～40 cm 土层除外），说明0～200 cm 各土层土壤速效磷贮量整体为增加趋势；且平均40%的增加量集中在0～40 cm 土层，这是由于土壤速效磷移动性差，所以不容易随降水向深层土体移动。

土壤速效磷生育期前后变化总贮量如图4所示，无机肥＋生物有机肥显著增加了0～40 cm 土层速效磷贮量，其占总量的65%；0～200 cm 土壤速效磷总量无机肥＋生物有机肥较农户施肥、测控施肥、无机肥＋有机肥分别提高68%，68%，78%，且差异均达显著水平。说明生物有机肥施加到土壤中可以活化土壤难溶性磷，有利于增加植物可利用有效磷含量。

2.4 3种优化施肥方式对旱地冬小麦0～200cm土层土壤速效钾贮量的影响

由图5可知，经过冬小麦生育期耗竭，不同施肥处理0～200 cm 各土层土壤速效钾贮量呈现不同变化趋势，无机肥＋有机肥和无机肥＋生物有机肥处理的各土层总体变化表现为增加，平均增加幅度分别为5%和14%，而农户施肥和测控施肥各土层总体变化呈降低趋势；各处理随土层深度加深土壤速效钾变化量逐渐趋于稳定，且主要集中在0～100 cm 土层。

图6结果显示，0～200 cm 土层土壤速效钾贮量总增加量依次为无机肥＋生物有机肥＞无机肥＋有机肥＞测控施肥＞农户施肥，说明在不施钾肥条件下，土壤钾库经作物吸收有明显耗竭作用；而无机肥＋有机肥和无机肥＋生物有机肥这2 种优化施肥方式能够在补充作物生育期所消耗钾素的同时，提高土壤速效钾贮量。

3 结论与讨论

作物生产的主要目标是提高产量[15]，而施肥又是旱地冬小麦产量提高的关键因素[16]。曹寒冰等[17]通过运用“旱地小麦监控施氮技术”在旱地试验中结果表明，优化施化肥可以稳定小麦产量。陈欢等[17]研究表明，长期有机肥和化肥配施有利于小麦稳产增产。本研究通过优化施肥技术在减氮63%的基础与较传统农户施肥相比，冬小麦籽粒增产6.0%～22.5%，其中，无机肥＋有机肥和无机肥＋生物有机肥增产效果较优。前人研究表明[19-21]，有机无机肥配施能够在减少12.9%～21.3%氮肥用量的情况下增产2.0%～18.3%，并且在极端气候年份增产作用更明著。邢鹏飞等[22]连续4 a 在棕壤上定位试验表明，有机肥替代化肥30%时，小麦总产量可提高5.95%。本研究在黄土旱塬麦田试验中结果表明，有机肥或生物有机肥替代43%的化肥时，较等养分量的测控施肥提高11%～16%。大量试验表明，有机无机肥配施比单施化肥或单施有机肥增产效果更优，因为化肥肥效快，可以满足当季小麦产量形成所需养分，有机肥可以供给土壤大量有机物质但肥效释放缓慢，而二者结合施用既能提高土壤肥料当季利用率，又可以提高土壤可持续生产力。

降水丰缺和土壤蓄水能力强弱会引起黄土高原旱地冬小麦产量的差异，合理的水分养分管理是提高旱地小麦生产力的重要措施。王浩等[23]在渭北旱作区研究表明，平衡施肥可以提高作物生育期土壤贮水量。张玉革等[24]研究发现，施用有机肥对土壤贮水量的影响优于化肥。本研究也显示，优化施肥条件下，有机肥或生物有机肥配施化肥降低了小麦全生育水分损失量，提高了旱地麦田水分贮量，因为合理的养分配比能够增加小麦根系数量和活力，促进对水分的吸收利用，减少土壤无效水分蒸发，配施有机肥或生物有机肥能够更进一步影响作物生理生化过程，抑制作物因蒸腾作用所消耗的土壤水分[25]。

土壤中磷的贮量是决定土壤磷供应能力的根本因素，土壤磷库的扩大和土壤磷供应能力的增强是提高农田肥力的重要目标[26]。大量研究表明，长期施用磷肥，尤其是有机肥化肥配施会显著提高土壤速效磷含量[27]。周建斌等[28]研究表明，化肥配施有机肥处理能显著提高0～40 cm 土层土壤速效磷的含量，因为磷在土壤中移动性很差，主要对表层有影响。本研究表明，不同施肥方式主要影响0～40 cm土层土壤速效磷，3 种优化施肥处理中，生物有机肥处理显著提高了0～200 cm 土层土壤速效磷贮量，说明生物有机肥与化肥结合可以增加磷的生物有效性，因为本试验所用菌液含溶磷菌，有助于土壤中难溶性磷盐分解释放。

钾素是植物所必需的大量元素，已有研究显示，全国土壤钾平衡状况为亏缺[29]，徐明刚等[30]研究发现，农田速效钾含量在不施肥时耗竭严重，施用钾肥可以保持平衡，而有机肥结合化肥则有助于速效钾累积。王宏庭等[31]在山西石灰性褐土16 a 定位试验发现，只施NP 肥使土壤钾素每年减少104.3 kg/hm2，李娜[32]研究也得出了类似的结论。本研究也发现，农户施肥处理在不施钾肥的条件下收获期较播前0～200 cm 土层速效钾总贮量减少189.4 kg/hm2，而生物有机肥与化肥配施土壤速效钾贮量有显著增加，因为生物有机肥中含有解钾菌，在有机肥的综合作用下有助于土壤速效钾贮量的增加。