全 文 ：黄土高原塬区旱地长期施肥对小麦产量的影响*
郝明德* * 来 璐 王改玲 党廷辉
(中国科学院水利部水土保持研究所, 西北农林科技大学水土保持研究所, 杨凌 712100)
=摘要> 以 18 年长期肥料定位试验为背景,研究了长期施肥条件下小麦的增产效应. 18 年单施氮肥平均
增产 418. 1 kg# hm- 2 ,增产率达 28. 4% , 其中干旱年减产率为 13. 9% , 常态年、丰水年增产率达 30. 3%、
58. 9% ;单施磷肥平均减产率为 9. 3% ,干旱年增产率达 6. 5% , 常态年、丰水年减产率为 15. 4%、10. 0% ;
有机肥平均增产率达 82. 8% ; NP、PM、NM、NPM 平均增产率分别达 127. 8%、118. 9%、144. 4% ,
169. 3% . 不同降水年型施肥对小麦的产量结构影响不同, 普遍表现为干旱年成穗数、穗粒数、千粒重减少,
丰水年增加, 不同降水年型穗粒数、成穗数、千粒重的变化是不同施肥处理对小麦产量结构的调控措施。
关键词 旱地小麦 长期施肥 产量效应
文章编号 1001- 9332(2003) 11- 1893- 04 中图分类号 S158. 3 文献标识码 A
Effects of long2term fer tilization on wheat yield on Loess Plateau. HAO Mingde, LAI Lu, WANG Gailing,
DANG Tinghui( I nstitute of Soil and Water Conserva tion, Nor thwestern Sci2Tech. Univer sity of Agr icculture
and Forestry, Yangling 712100, China ) . 2Chin . J . Appl . Ecol . , 2003, 14( 11) : 1893~ 1896.
The effect of long2term fert ilization on the yield of winter wheat was studied on the basis of 182year located ex2
periment on the Loess Plateau. The results showed that the winter wheat yield increased 418. 1 kg# hm- 2 under
N fertilization, and the average incr easing rate was differ ent with precipitation. In average and rain rich year ,
the average increasing rate were 30. 3% and 58. 9% , respectively, but in drought year, the yield decreased, and
its aver age decreasing rate was 13. 9% . The winter wheat yield under P fertilizer increased in drought year, and
decreased in average and rain rich year . The average increasing rate was 6. 5% in drought year , and t he average
decreasing rate was 15. 4% and 10. 0% , respectively. T he average increasing rate in M, NP , PM, NM and
NPM was 82. 8% , 127. 8% , 18. 9% , 144. 4% , and 169. 3% , respectively. In addition, precipitation affected
the amount of spike, grains per spike , and weight of thousand2grains.
Key words Dryland wheat , Long2term fertilization, Yields effect.
* 中国科学院知识创新方向性项目( KZCX22413)和国家/ 十五0科技
攻关项目( 2001BA508B18) .
* * 通讯联系人.
2003- 01- 27收稿, 2003- 04- 12接受.
1 引 言
在黄土高原传统农业时期,施用有机肥是作物
营养元素供应的主要途径之一, 以人畜粪尿为作物
主要肥源,维持土地生产力长久不衰,这种营养元素
平衡与传统农业的生产方式相适应. 20世纪 80 年
代以来,通过大量施用化肥提高粮食产量,但大量使
用肥料造成肥料资源浪费并对土壤环境质量带来影
响[1~ 4, 18, 19] .在许多情况下, 各种因素之间的相互
作用只能在数十年之后才能被正确认识. 长期定位
试验具有准确可靠的数据积累,提供信息量大,是全
面了解影响农田生态系统的各种因子及相互作用的
重要场所[ 13, 14] . 我们在长期施肥试验基础上, 研究
了黄土高原旱地长期施肥条件下小麦的增产效应,
为农田生产力与生态环境协调发展提供科学依据.
2 研究地区与研究方法
211 自然概况
试验位于黄土高原中南部的陕西省长武县,属暖温带半
湿润大陆性季风气候, 农业生产全部依赖天然降水, 属典型
的旱作农业区, 多年平均降水 578. 5mm, 年均气温 9. 1 e , 无
霜期 171d[ 5, 6, 15] . 1984~ 2002 年试验期间年平均降水548. 4
mm,是历史上少有干旱频发期, 特大干旱年数次出现, 以
1992 年、1995 年干旱最为最严重, 1995 年降水仅 296mm, 占
多年平均降水的 50. 7% , 与历史上旱灾最严重的 1929 年降
水量持平,造成粮田大面积绝收. 旱作农业的特点是冬小麦
生长期处于旱季, 农谚有/ 麦收隔年墒0之说, 小麦产量与形
成底墒的休闲期降水之间有较高的相关性, 而与生育期降水
没有明显的关系[ 7~ 12] , 为了便于分析,我们采用/生育期+
休闲期0概念,即从上季小麦收获后的休闲期( 7~ 9 月)和生
育期( 10 月至翌年 6 月)的降水量划分不同降水年型, 以/ 生
育期+ 休闲期0降水量增减在 10% 以内为常态年, 以降水量
减少在 10%以上为干旱年, 以降水量增加 10%以上为丰水
年. 在试验进行的 18 年中常态年有 9 年,占 50% , 干旱年有
5 年,占 27. 8% , 丰水年有 4 年 ,占 22. 2% , 农业生产上依据
休闲期降水量确定肥料用量及管理措施 .
应 用 生 态 学 报 2003年 11 月 第 14 卷 第 11 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Nov. 2003, 14( 11)B1893~ 1896
212 研究方法
长期施肥定位试验 1984 年开始进行, 试验地土壤属黄
盖粘黑垆土 ,母质是深厚的中壤质马兰黄土, 全剖面土质均
匀疏松,通透性好, 肥力中等,耕层土壤( 1984 年秋季布置试
验时土样分析值)有机质含量 10. 5 g# kg - 1, 全氮 0. 57 g#
kg- 1 ,速效磷 3mg# kg- 1 , 速效钾 129 mg# kg - 1, 地下水埋深
60m.
213 试验设计
小麦长期连作施肥试验处理包括: 1) CK; 2)单施氮肥 N
( N120 kg# hm- 2) , 3)单施磷肥 P ( P26. 4 kg# hm- 2 ) , 4)氮、磷
肥配施 NP(N120 kg# hm- 2 , P26. 4 kg# hm- 2) , 5)单施有机肥
M (有机肥 75 t# hm- 2) , 6)氮肥、有机肥配施 NM ( N120 kg#
hm- 2 ,有机肥 75 t# hm- 2) , 7)磷肥、有机肥配施 PM ( P26. 4
kg#hm- 2, 有机肥 75 t# hm- 2 ) , 8)氮、磷、有机肥配施 NPM
( N120 kg#hm- 2, P26. 4 kg#hm- 2, 有机肥 75 t# hm- 2) , 小区
面积66. 7 m2 , 3 次重复.氮素化肥为尿素, 磷肥为过磷酸钙,
有机肥为厩肥,有机质含量 106 g# kg- 1, 全氮 2. 65 g# kg- 1 ,
速效磷 0. 11 g#kg- 1 ,速效钾 3. 65 g# kg- 1, 肥料于作物播种
前撒施地表 ,翻入土中. 供试小麦品种 1984 年、1985 年用秦
麦 4号, 1986~ 1995 年用长武 131, 1996 年以后用长武 134,
播种期为 9 月中、下旬, 收获期为 6 月中、下旬.田间管理同
大田.
3 结果与分析
311 不同降水年型施肥的增产机率
长期定位施用不同肥料在不同降水年型的增产
机率大小不同(表 1) . 单施氮肥的增产机率随降水
量的减少而下降, 丰水年增产机率达 100%, 常态年
达 88. 9% , 干旱年达 25%;单施磷肥干旱年增产机
率达 80% ,常态年增产机率达 22. 2%, 丰水年不增
产,磷肥的增产机率随降水量的减少而增加;单施有
机肥在不同降水年型增产机率达 100%, NM 在干
旱年增产机率达 94. 4%, 其余年份增产机率达
100%; NP、PM、NPM 在不同降水年型增产机率均
为 100%.
表 1 18年连作小麦施肥的增产机率
Table 1 Increasing rate of winter wheat yield after 182year continuously
fert ili zation( kg#hm- 2)
处理
Treat2
ments
年数
Years
增产机率
Increasing
rate( % )
干旱年Arid year
年数
Years
增产机率
Increas2
ing rat e( % )
常态年Average year
年数
Years
增产机率
Increas2
ing rate(% )
丰水年Abundant
precipitat ion year
年数
Years
增产机率
Increas2
ing rat e( % )
CK 18 5 9 4
N 13 72. 2 1 25 8 88. 9 4 100
P 6 33. 3 4 80 2 22. 2 0 0
M 18 100 5 100 9 100 4 100
NP 18 100 5 100 9 100 4 100
PM 18 100 5 100 9 100 4 100
NM 17 94. 4 4 80 9 100 4 100
NPM 18 100 5 100 9 100 4 100
312 不同降水年型施肥的增产作用
作物生产力的提高受多种因素的影响,不同肥
料在不同降水年型的增产作用相差甚大[ 16, 17, 20] .由
表 2可见 , 1 8年单施氮肥平均增产4 1 8 . 1 kg #
表 2 18年连作小麦施肥的增产效果
Table 2 Yield incr easing effect after 182year continuously fer til ization( kg#hm- 2)
处理
T reat2
ments
18年平均 182year average
产量
Yield
增产量
In creasing
yield
%
干旱年 Arid year
产量
Yield
增产量
Increasing
yield
%
常态年 Average year
产量
Yield
增产量
Increasing
yield
%
丰水年Abundant
precipitat ion year
产量
Yield
增产量
Increasing
yield
%
CK 1472. 9 1140. 2 1530. 2 1759. 9
N 1891. 0 418. 1 28. 4 981. 3 - 158. 9 - 13. 9 1994. 3 464. 1 30. 3 2795. 6 1035. 7 58. 9
P 1336. 2 - 136. 7 - 9. 3 1214. 1 73. 9 6. 5 1294. 2 - 236. 0 - 15. 4 1583. 4 - 176. 5 - 10. 0
M 2692. 7 1219. 8 82. 8 2105. 3 965. 1 84. 6 2944. 3 1414. 1 92. 4 2860. 8 1100. 9 62. 6
NP 3350. 6 1877. 7 127. 8 2169. 8 1029. 6 90. 3 3742. 0 2211. 8 144. 5 3945. 9 2186. 0 124. 4
PM 3224. 5 1751. 6 118. 9 2168. 9 1028. 7 90. 2 3561. 8 2031. 6 132. 8 3785. 2 2025. 3 115. 1
NM 3600. 2 2127. 3 144. 4 2291. 0 1150. 8 100. 9 4146. 7 2616. 5 171. 0 4007. 1 2247. 2 127. 7
NPM 3967. 1 2494. 2 169. 3 2571. 6 1431. 4 125. 5 4467. 5 2937. 3 192. 0 4585. 7 2825. 8 160. 6
注:经方差分析,降水年型及施肥类型 F值分别为 26. 358、17. 557, P为 0. 000,按 0. 05检验水准,可以认为两因素对产量有显著影响.
hm- 2,增产率达 28. 4%, 随降水增加而上升; 单施
磷肥 18 年平均减产 9. 3%, 仅在干旱年表现为增
产,增产率6. 5%;单施有机肥在不同降水年型增产
965. 1 ~ 1414. 1 kg# hm- 2, 平均增产 1219. 8 kg#
hm- 2,平均增产率达 82. 8%;其余处理的增产效果
见表 2,其中以化肥 NP与有机肥配合施用的增产效
果最好, 18 年平均增产 2494 kg# hm- 2, 增产率达
169. 3%.
313 不同降水年型施肥的交互作用
由表 3可见, 小麦施肥的 N @P 交互作用最大,
N @P 连应值达 1596. 3 kg# hm- 2;其次为 N @P @
M,连应值为 993 kg#hm - 2; NM @P 和 PM @N 的交
互作用较小. 不同降水年型施肥的交互作用相差甚
大,例如 N @P 交互作用在干旱年、常态年、丰水年
的连应值分别为 1114. 6、1983. 7 和 1326. 8 kg#
hm- 2.
314 不同肥料的肥效
肥效以施用 1kg化肥( N、P)增产的小麦产量数
1894 应 用 生 态 学 报 14卷
表示,有机肥以施每吨有机肥的小麦增产量表示. 不
同降水年型有机肥肥效相差甚大,单施有机肥肥效
表 3 18年连作小麦施肥的交互作用
Table 3 Inter action between different fer tili zer s after 182year cont inu2
ously fer til ization( kg#hm- 2)
处理
T reatments
干旱年
Arid
year
常态年
Average
year
丰水年
Abundant
precipitat ion
year
多年平均
Average
with in
several years
N@P 1114. 6 1983. 7 1326. 8 1596. 3
N@M 344. 6 738. 3 110. 6 489. 4
P @M - 10. 3 853. 5 1100. 9 668. 5
N@P @M 551. 3 1295. 1 865. 7 993. 0
NP @M - 563. 3 - 688. 6 - 461. 1 - 603. 3
PM@N 561. 6 441. 6 - 300. 4 324. 5
NM@P 206. 7 556. 8 755. 1 503. 6
平均为 16. 3 kg, 以常态年最高, 为18. 9kg(表 4) ;有
机肥与化肥配合施用 (MNP2NP、PM2P、NM2N) 肥
效变化较大, 以常态年最好. 氮肥肥效平均为 8. 5
kg, 随降水增加肥效提高.磷肥在不同降水年型肥效
差异较大, 氮磷配合后的磷肥肥效( NP2N)最大, 为
55. 3kg,而氮磷配合后的氮肥效( NP2P)为 16. 8 kg,
氮磷配合施用是提高氮磷肥料利用率的有效途径.
315 不同施肥对小麦产量性状的影响
由表 5可见, 不同降水年型对小麦的产量结构
影响不同,普遍表现为干旱年小麦成穗数减少, 丰水
年成穗数增加;干旱年穗粒数较常态年减少 2. 8粒,
较丰水年减少 1. 0粒;千粒重在丰水年平均 47. 1g,
表 4 18年连作小麦肥料肥效
Table 4 Fer til izer efficiency after 182year cont inuously ferti lizat ion
( kg)
处理
Treatments
常态年
Average
year
干旱年
Arid
year
丰水年
Abundant
precipitat ion
year
多年平均
Average
within
several years
NPM2NP 9. 7 5. 4 8. 5 8. 2
PM2P 30. 2 12. 7 29. 4 25. 2
NM2N 28. 7 17. 5 16. 2 22. 8
M 18. 9 12. 9 14. 7 16. 3
M平均 Mean 21. 9 12. 1 17. 2 18. 1
NPM2PM 7. 5 3. 4 6. 7 6. 2
NM2M 10. 0 1. 5 9. 6 7. 6
PN2P 20. 4 8. 0 19. 7 16. 8
N 3. 9 - 1. 3 8. 6 3. 5
N 平均 Mean 10. 5 2. 9 11. 1 8. 5
NPM2NM 12. 2 10. 6 21. 9 13. 9
NP2N 66. 2 45. 0 43. 6 55. 3
PM2M 23. 4 2. 4 35. 0 20. 1
P - 6. 7 2. 8 - 6. 7 - 5. 2
P 平均Mean 23. 8 15. 2 23. 5 21. 0
表 5 不同降水年型施肥小麦产量结构性状的变化
Table 5 Var iat ion of yield st ructural char acter of wheat in different precipitat ion year
处理
T reat2
ments
干旱年 Arid year
成穗数
Spike number
( ind#hm- 2)
穗粒数
Spike and
grains number
千粒重
1000
weight ( g)
常态年 Average year
成穗数
Spik e number
( ind#hm- 2)
穗粒数
Spike and
grains number
千粒重
1000
weight ( g)
丰水年 Abundant precipitat ion year
成穗数
Spike number
( in d#hm - 2)
穗粒数
Spike and
grains number
千粒重
1000
weight ( g)
CK 219. 3 18. 6 41. 2 240. 8 22. 1 45. 2 262. 8 22. 4 46. 1
N 163. 2 18. 1 40. 5 243. 1 22. 1 45. 6 306. 8 22. 5 47. 4
P 261. 3 17. 7 43. 1 231. 7 21. 0 44. 9 301. 9 21. 0 45. 7
M 340. 2 21. 0 45. 7 359. 7 21. 2 46. 1 412. 6 22. 7 48. 3
NP 303. 9 19. 5 43. 3 410. 1 24. 4 44. 9 459. 1 24. 8 46. 6
PM 372. 3 22. 2 41. 2 399. 9 23. 2 43. 0 468. 0 25. 5 49. 2
NM 307. 8 21. 3 42. 5 438. 2 23. 2 41. 9 445. 0 24. 4 47. 3
NPM 333. 9 20. 3 45. 4 524. 4 23. 8 45. 6 551. 6 24. 4 46. 4
注:经方差分析,降水年型及施肥类型对成穗数、穗粒数, F 值检验均达极显著水平, 降水年型对千粒重影响达极显著水平,施肥类型对千粒重
F 值检验未达显著水平.
常态年平均 44. 7g, 干旱年平均 42. 9g.不同施肥处
理间的穗粒数、成穗数、千粒重在不同降水年型间变
化及对产量的影响, 有待于进一步深入研究.
4 结 论
411 在黄土高原塬区,不同肥料在不同降水年型的
增产机率和作用大小不同. 氮肥的增产机率随降水
量的减少而下降,磷肥的增产机率随降水量的减少
而增加,有机肥在不同降水年型增产机率达 100% ,
平均增产 1219. 8 kg#hm- 2,增产率达 82. 8% .
412 18年连作小麦施肥的 N @P 交互作用最大, N
@P 连应值达 1596. 3 kg#hm- 2,不同降水年型施肥
的交互作用相差甚大, N @P 交互作用在干旱年、常
态年、丰水年的连应值分别为 1114. 6、1983. 7、
1326. 8 kg#hm- 2.
413 不同降水年型对小麦的产量结构影响不同,普
遍表现为干旱年小麦成穗数、穗粒数和千粒重减少
或下降.
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作者简介 郝明德, 1957 年生, 男, 研究员, 博士生导师, 从
事土壤肥力与黄土高原综合治理研究. 发表论文 60 余篇. E2
mail: haodong@public. xa. sn. cn
1896 应 用 生 态 学 报 14卷