杜昊辉　王旭东

摘要2018年在调查渭北高原黑垆土土壤性状（养分和团聚体）和小麦产量的基础上，选取了高、中、低产量的18个田块为研究对象，分层采集0～50cm土壤样品，研究了土壤全量和速效氮磷钾养分、有机质、>0.25mm水稳性团聚体的变异规律及其与小麦产量之间的关系。结果表明，不同田块间土壤有机质、碱解氮、有效磷的变异较大，在0～50cm各土层均达到中等变异;高产田块0～20cm土层有机质、碱解氮、有效磷含量分别较低产田块高出36.76%、47.46%、121.55%相关分析显示，小麦产量与土壤各层性状间的相关系数均达显著或极显著水平（除35～50cm土层有效磷外）;进一步逐步回归分析表明，渭北旱塬小麦产量不仅仅取决于土壤有机质和磷钾养分，土壤结构性状（>0.25mm水稳性团聚体）也是关键因素。

关键词 土壤养分;小麦产量;逐步回归分析;渭北高原;黑垆土

中图分类号 S512.1

文献标识码 A

文章编号 1007-5739（2019）07-0003-05

渭北高原位于黄土高原南缘，属于半湿润易旱气候;黑垆土分布于台塬上侵蚀相对较低的塬面上，土壤发育较好，保肥、保水性较强，是我国北方旱作小麦的重要产区之一，产量差异大"。受自然形成条件和人为施肥耕作等影响，在黑垆：土地区，土壤肥力和生产力差异很大，高产田冬小麦产量可达到7200kg/hm2左右，而低产田产量仅有1500kg/hm2左右2。造成这种现象的一个主要原因就是土地承包制以来，各家各户在施肥和耕作方面都存在较大差异。有的农户在施用化肥的同时，配施一定量的有机肥，土壤肥力得到提升，产量逐渐提高;而有的农民重化肥轻有机肥，且用量不合理，土壤肥力甚至出现了下降趋势，但目前对典型黑垆土区土壤养分及产量的变异情况还缺乏定量、系统的研究。

土壤有机碳和氮素含量是反映土壤肥力水平的重要指标，碳和氮之间呈显著正相关。一些研究表明，合理施用化肥、尤其是配合施用有机肥是提高土壤有机碳的重要措施。在渭北高原地区，土壤有机碳含量是决定作物产量和肥料生产效率的主要因素，土壤有机碳不仅影响着土壤养分供应和生物活性"，而且影响着土壤结构8，进而影响水分利用效率1。渭北高原土壤属于石灰性土壤，因碳酸钙含量高而导致磷的有效性低，在该地区施用磷肥能提高作物的抗旱性和作物产量。自从20世纪70年代开始施用磷肥以来，由于农户施用量方面的差异也导致目前土壤磷素存在差异，不仅表现在速效磷方面，甚至引起土壤全磷含量的变化[34。黄土高原地区属于富钾地区，但农作物种植过程中因长期不施用或少量施用钾肥，也出现了钾素亏缺的现象。有研究表明，在小麦和玉米上施用钾肥表现出明显的增产效应。土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，是土壤肥力和土壤质量的基础，在土壤中主要发挥着“三大作用”，即保证和协调土壤中的水、肥、气热及影响土壤酶的种类和活性、维持和稳定土壤疏松熟化层叨。其中，水稳性团聚体对保持土壤结构的稳定性尤为重要，是土壤肥力的基础和评价土壤质量的重要指标。

为此，本文以渭北高原典型黑垆士为研究对象，在广泛调查的基础上，排除地形和土层厚度等干扰因素，选取自然条件一致，土壤生产力差异较大的18个小麦田块，对0～10、10～20、20～35、35～50cm土层的土壤养分及水稳性团聚体进行研究，分析不同肥力田块的养分变异特征及其与小麦产量的关系，以期为黑垆土区建立适宜作物生长的耕层养分指标提供科学依据。

1材料与方法

1.1调查区概况

采样调查地点位于陕西省咸阳市彬县，属于渭北旱塬沟壑的暖温带半湿润偏旱气候区，海拔高度1108m，年平均温度9.7C，年日照时数1981～2700h，无霜期180d，年均降水量约为580mm，夏季温暖多雨，冬季寒冷少雪。调查区域土壤为典型的黑垆土（质地为黏壤土），種植制度为冬小麦一年一熟制，小麦品种为长6359，耕作模式多为深松+翻耕或者旋耕+翻耕。

1.2调查与取样方法

于2018年对彬县底店乡新民镇2个乡镇的小麦种植农户进行调查，依据产量水平得到了18个农户的数据，调查内容包括小麦品种、肥料用量、栽培管理措施、耕作模式、产量等指标，并于冬小麦成熟期分层采集0～10、10～20、20～35、35-50cm土样，每块地选择4个点，两两分层混合均匀，作为2个分析样品，迅速装入做好标记的塑料袋中带回实验室，待风干后分别过0.20mm和0.15mm筛子，装袋备用。

1.3测定内容与方法

有机质用重铬酸钾一外加热法测定;全氮用浓硫酸+混合加速剂（K2SO：CuSO：Se=100：10：1）消煮至灰白，凯氏定氮仪测定;全磷用HClO4-H2SO4消煮，钼锑抗比色法测定;全钾用NaOH熔融，火焰光度法测定;碱解氮用碱解扩散法测定;速效磷用0.5mol/LNaHCO3浸提，土、水比为1：20，震荡30min后过滤，钼锑抗比色法测定;速效钾用1mol/LNH40Ac浸提，土、水比为1：10，震荡30min后过滤，火焰光度计测定;土壤水稳性团聚体分布用湿筛法（Ellito法）测定9。

1.4数据分析

用MicrosoftExcel2010整理数据，用SPSS19.0进行统计分析逐步回归分析，用SAS进行方差分析。

2结果与分析

2.1不同田块小麦产量差异

18个田块的产量如图1所示，其中高中、低产田各6块，高产田的产量变化为6312.18～7402.91kg/hm2，平均产量为6746.76kg/hm2;中产田的产量变化为5296.81～5730.97kg/hm2，平均为5545.33kg/hm2;低产田产量变化为3914.74～4936.45kg/hm2，平均产量为4386.92kg/hm2。高产田较中、低产田产量分别增产21.67%和53.79%，中产田较低产田增产26.41%。

2.2不同田块和土层深度土壤肥力性质差异

土壤有机质测定结果（表1）显示，在0～10cm土层平均值为14.58g/kg，随着土层加深土壤有机质含量降低，在10～20、20～35.35～50cm土层土壤有机质平均值分别为12.93、11.619.08g/kg。根据变异系数CV的划分等级"5（CV>100%为强变异、10%≤CV≤100%为中等变异、CV<10%为弱变异），在各土层均表现为中等变异，在20～50em各土层随土层加深变异系数减小。

土壤全氮在0～10、10～20、20～35、35～50cm土层平均值分别为0.97、0.75、0.66、0.54g/kg，0～10cm土层土壤全氮变异系数为11.89%，为中等变异;其余各土层均表现为弱变异水平，碱解氮作为土壤有效氮素供应指标，0～10cm平均值为54.58mg/kg，异系数为23.65%，10～20、20～35、35～50cm土壤碱解氮变异系数分别为21.11%、20.94%、22.57%，均属于中等程度变异。

18个田块土壤全磷含量在0～10em土层变化范围为0.72～0.99g/kg、平均值为0.86g/kg，变异系数7.67%，属弱变异水平;10～20、20～35cm含量均值分别为0.700.60g/kg，变异系数分别为13.18%和12.57%，为中等变异;而35～50cm变异系数为9.39%，属于弱变异性。在0～10、10～20、20～35、35～50cm土层土壤有效磷平均值分别为25.44、17.648.69、5.22mg/kg，0～10cem变异系数为43.83%，随着土层加深，变异系数递减，但均表现为中等程度变异。

土壤全钾含量在0～10、10～20、20～35、35～50cm土层分别为9.90、8.74、7.98、6.83g/kg，变异系数分别为8.09%、8.10%、、7.43%和3.04%，均属于弱变异水平。0～10cm土壤速效钾含量为144.96mg/kg，变异系数为11.87%，为中等变异;10～20、20～35、35～50cm土层速效钾平均含量分别为122.86、103.05.95.97mg/kg，变异系数分别为8.62%、5.04%、2.55%，均表现为弱变异，且随土层加深变异系数减小。

土壤>0.25mm水稳性团聚体随着土层的加深表现出逐渐减小的变化趋势，其中0～10cm土层的平均含量最大，为17.75%，变异系数为13.58%，为中等变异;10～20、20～35、35～50cm土层的平均值分别为14.86%、13.11%和13.00%，变异系数均小于10%，属于弱变异水平。

高、中、低产田块不同土层深度养分含量见图2。

2.3小麦产量与土壤各性状间的关系模型

土壤0～10、10～20cm土层有机质与产量用一次方程拟合，10～20、20～35cm土壤全氮及0～10cm土层全磷、20～35cm碱解氮与产量间关系用幂函数拟合，土壤0～10、10～20、20～35、35～50cm土层全钾有效磷、速效钾.>0.25mm水稳性团聚体与产量之间的关系用一元二次方程拟合;除35～50cm有效磷与产量间相关性不显著外，其余决定系数R2均达到显著或极显著水平。通过小麦产量与土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾和水稳性团聚体的拟合方程，得到渭北高原区适宜条件下的小麦产量为6233kg/hm2，以该产量为目标，计算对应各土层土壤性状，初步制定出了合理的耕层指标（表2）。进一步进行逐步回归分析，方程表达式见表3。方程式中系数绝对值的大小表明各性状对产量的显著性大小，系数的正负则表明了对产量的影响。在0～10cm土层提取了土壤全氮和全钾2个因子，且全氮起主要作用;在10～20em土层，系数绝对值全钾>水稳性团聚体>有机质，全钾在该层对产量影响较大;在20～35cm土层全磷系数显著大于有机质，故在该土层全磷对产量影响显著;在35～50cm土層产量与有机质、水稳性团聚体和全氮有关，全氮的系数绝对值最大，说明在该层对产量的影响最大，有机质次之，水稳性团聚体最小。

3结论与讨论

渭北高原地区0～20cm土层有机质介于9.12～19.26g/kg之间，高、中、低产田平均值分别为15.70、14.10、11.48g/kg，依据陕西省第二次：土壤普查分级土壤养分含量分级指标（20（1～8级，数值越小代表养分含量越高），高产田有机质含量处于中等水平（第4级），中产田属于中等偏低水平（第5级），低产田属于第6级;0～20em高、中、低产田土壤全氮平均值分别为0.94、0.86、0.77g/kg，均属于第5级水平，含量较低;高、中、低产田碱解氛含量分别为58.82、47.01、39.89mg/kg，总体看来属于低等水平（5级或6级）;高、中、低产田土壤有效磷的平均值分别为29.71、21.51.13.41mg/kg，高、中产田处于第3级水平（中等），低产田处于第4级水平（偏低）;土壤速效钾高、中、低产田平均值分别为147.38、132.66、121.68mg/kg，均属于第3级，整体含量为中等水平。整体看来，高、低产田间有效磷差异较大，因磷肥长期不合理施用，黑垆土：土壤有效磷发生较大变化，合理施用磷肥并适当减量是农业生产中需要关注的问题，既要避免投入量大导致磷严重盈余，又要防止发生因水土流失、投入不足等原因导致的磷缺乏现象2。

土壤有机质在0～10、10～20cm土层产生了中等程度的变异，说明不同田块受耕作、施肥管理的影响较大。近几年，在黑垆土区开展的秸秆还田、免耕等技术以及有机肥替代化肥技术对农田有机质产生较大影响。随着不同田块间有机质产生变异，土壤碱解氮也产生了较大的变异，农田土壤秸秆还田和施用有机肥均会引起碱解氮的升高，且粪肥还田高于秸秆还田。土壤速效养分变异系数有效磷>速效钾，这主要是黑垆土长期大量施用磷肥所致。黑垆土属石灰性土壤，对磷素固定强，再加上该地区施用磷肥能够提高植物的抗旱性等，总体来看，施磷量较高，引起不同田块间有效磷变异大;钾肥虽然近几年有所施用，但施肥量相对较低，因此不同田块间变异相对较小。

将小麦产量与各土层土壤养分间的关系用曲线拟合，除35～50cm有效磷外，其余R2均达显著或极显著水平。进一步对产量与养分间进行逐步回归分析结果表明，在0～10cm土层，小麦产量主要与土壤全氮和全钾显著相关;在10～20cm全钾对产量影响最大，虽然渭北地区在土壤钾素水平较高21，但由于传统不施用钾肥和近年来粮食产量逐年提高均增加了土壤钾素的携出21，造成钾素的亏缺。渭北黑垆土属石灰性土壤，磷的有效性低，在20～35em土层，全磷对产量影响最大。汪红霞等9研究表明，磷肥与有机肥间有正交互作用，磷肥配施有机肥对土壤有机质含量的提高效果大于单施有机肥，应合理施用磷肥。在10～50cm土层，有机质均是影响产量的因素，因而提高有机质含量对土壤肥力提升有明显的促进作用;而有机质又决定土壤全氮的多少和氮素的供应，有研究表明，有机肥配施化肥能显著提高旱作农田土壤有机碳含量，而土壤有机质又会影响土壤团聚体的大小、形状和特性网。在10～20、35～50em土层，>0.25mm水稳性团聚体也是决定产量的关键因子，水稳性团聚体决定着土壤的水、气、热状况和养分供应状况，尤其是土壤下层，大团聚体的变化也会直接影响土壤有机碳的稳定性四。在35～50cm土层土壤全氮与产量间负相关，渭北旱塬是典型的雨养农业区，降雨会影响氮素的平衡状态，应有效控制氮肥的投入，保证作物产量。

本研究结果表明，渭北高原黑垆土不同田块间土壤全氮、全磷、全钾变异相对较小，受耕种施肥的影响，在0～20cm土层，土壤有机质、碱解氮、速效钾产生一定的变异;其中以有效磷变异最大。

小麦产量与土壤性状间通过逐步回归分析发现，小麦产量不仅仅取决于土壤有机质和土壤养分（全氮.全钾、全磷），>0.25mm水稳性团聚体含量也是影响产量的关键因素。因此，提高土壤有机质和水稳性团聚体含量，适当调节磷素和钾素水平，是提高渭北高原黑垆土区小麦产量的关键。

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