全 文 ：收稿日期：!""#$%%$!& 接受日期：!""’$"&$!(
基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（)*+,!$-./(!($%）；国家”十一五”科技支撑计划课题（!""0123"41"4）资助。
作者简介：王兵（%4#4—），女，河北邢台人，博士研究生，主要研究农田生态系统水碳氮耦合及生态环境效应。
567："!4$’#"%%0’&，8/9:;7：.:<=/>;<=%440?%0&@ +A9。!通讯作者 8/9:;7：.*7;B?9CD ;C.+D :+D +<
黄土塬区旱作农田长期定位施肥对
冬小麦水分利用的影响
王 兵%，!，刘文兆%!，党廷辉%，高长青&，陈 杰%，甘卓亭%，!，(
（%中国科学院，水利部水土保持研究所，西北农林科技大学，陕西杨凌 #%!%""；! 中国科学院研究生院，北京 %"""’4；
&长武县农业技术推广中心，陕西长武 #%&0""；( 宝鸡文理学院，陕西宝鸡 #%""""）
摘要：对长期定位施肥试验第 !!年度的测定数据进行了分析，探讨了旱地施肥对冬小麦水分利用的影响。试验结
果表明，测定年份冬小麦的耗水深度受播种前雨季降雨入渗深度的影响位于地下 !"" +9左右。长期单施磷肥处
理，播种期土壤有效贮水量与不施肥的对照接近，而单施氮肥，氮磷配施和氮磷钾配施均显著低于对照；在施 E!FG
4" )= H I9!配施氮肥或施 J 4" )= H I9!配施磷肥，随着施氮量或施磷量从 "增加到 %’" )= H I9!，播种期土壤有效贮水
量均逐渐降低，但前者作物的土壤水分消耗表现出降低趋势，而后者表现出增加趋势。与对照相比，各施肥处理均
提高了土壤有效底墒的利用率。氮磷配施比单施磷肥降低了土壤供水占作物耗水的比例，使得作物生长和产量的
形成对当季降水的依赖性增加。与对照相比，氮磷配施及氮磷钾配施显著提高了冬小麦收获指数、产量和水分利
用效率，而单施磷肥和氮肥使收获指数、产量和水分利用效率显著降低。施 E!FG 4" )= H I9! 的条件下，不同施氮量
之间收获指数差异较小，而产量和水分利用效率均高于单施磷肥；施 J 4" )= H I9! 的条件下，不同施磷量作物的收
获指数、产量和水分利用效率均得到提高。
关键词：黄土高原；长期定位施肥；土壤水分；水分利用；冬小麦
中图分类号：KG%!@% L %；K%(#@!% 文献标识码：2 文章编号：%""’$G"GM（!""’）"G$"’!4$"0
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我国北方地区水资源亏缺是限制农业生产力提
高的主要因素，水分不足带来了一系列的环境问题。
因此，作物水分关系的研究一直是农业生态系统研
究的重要问题［E］。
水肥之间存在着耦合效应，尤其在旱地农业研
究中。如何在水分限制的条件下，通过合理施肥提
高作物产量和水分利用效率一直是国内外研究的热
点。土壤水分是旱地农田作物生长重要的水分来
源。C*)$($认为，在土壤干旱状况下施用氮肥可以促
进作物对深层土壤水分的利用从而提高产量；而
F’//等 和 F)*%等认为在土壤水分有限条件下增施
氮肥会使作物水分胁迫加重，对产量造成不利影
响［G］。长期定位试验研究中关于土壤肥力、产量效
应方面的报道较多［HIJ］，本研究以黄土塬区旱作农
田的长期定位试验为基础，研究了长期施肥后的农
田土壤水分状况及对当季冬小麦水分利用的影响，
以期为旱地农业有效地利用有限的水资源提供科学
依据。
) 材料与方法
试验地位于黄土高原南部的长武塬区中国科学
院长武农业生态试验站十里铺轮作与肥料长期定位
试验场（E7KLMMNK7HOP，HQLEGNKRKOS）。塬面地势平
坦，属暖温带半湿润大陆性季风气候，农业生产主要
依赖生育期的天然降水和前期土壤蓄水，属于典型
的旱作农业区；海拔 EGG7 ;，多年平均降水 QKRNQ
;;，且季节性分布不均，年均气温 6NET，无霜期
EKE -。土壤属黄盖粘黑垆土，母质为中壤质马兰黄
土，土层深厚，土质疏松，肥力中等，田间持水量为
GGNMU，凋萎湿度 6U。
长期定位试验始于 E6RM年秋，试验时耕层土壤
有机质含量 E7NQ / 9 8/，全氮 7NR / 9 8/，速效磷 MNQR
;/ 9 8/，速效钾 EG6NH ;/ 9 8/，地下水埋深 J7 ;。本研
究选取了长期肥料试验中的 EE 个处理，即：=V、
D67、SMQD67、S67D67、SEHQD67、SER7D67、S67、
S67DMQ、S67DEHQ、S67DER7 及 S67D67V67；其中 =V
表示不施肥的对照，S67、D67、V67 分别表示是施用
S、DGWQ和 VGW 67 8/ 9 );G。每个处理 H个重复，小区
面积为 GG ;G。试验作物为冬小麦，小麦品种 E6RM、
E6RQ年用秦麦 M 号，E6RJ!E66Q 年用长武 EHE 号，
E66J年以后用长武 EHM号，播种期为 6月 EG日至 6
月 G6日，小麦收获期为 J月下旬，试验管理措施同
大田。试验年份的 G77Q 年冬小麦收获后 K 月初到
G77J年冬小麦收获期的 J 月下旬的降水量仅为
MKKN6 ;;，比同期的多年平均值低 E77NJ ;;。
试验测定年份为 G77Q!G77J年，生物量和产量
为每个小区中间 R行计产折算而来。
土壤含水量测定采用中子仪法，测定深度为
J77 0;；7—E77 0;每 E7 0;为 E层，E77 0;以下每
G7 0;为 E层。G77Q年 6月冬小麦播种期 7—H77 0;
土层的土壤储水量按下式计算：
BX ) Y * Y!Y E7
式中，B—土壤储水量（;;）；)—土层深度（0;）；
*—土壤容重（/ 9 0;H）；!—土壤重量含水量（U）。
土壤水分消耗 X播种期土壤贮水量 I收获期土
壤贮水量；
7HR 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 EM卷
土壤有效贮水量 !播种期土壤贮水量 "萎蔫湿
度土壤储水量；
作物耗水量 !土壤水分消耗 #生育期降水；
水分利用效率 !产量 $耗水量。
数据采用 %&% 软件进行回归分析和单因素方
差分析（’%(进行多重比较）。
! 结果与讨论
!"# 不同施肥条件下土壤有效贮水量
根据 )**+年 , 月冬小麦播种期的土壤水分测
定结果来说明长期施肥不同施肥处理土壤有效贮水
量的情况。结果（图 -）显示，不同施肥条件对作物
生长有不同的影响，因此对播种期土壤有效贮水量
的影响也有差别。与不施肥的对照处理相比，单施
磷肥没有显著影响播种期土壤有效贮水量；而氮肥
单施或与磷钾肥配施均降低了播种期土壤有效贮水
量；与氮磷配施相比，氮磷钾配施对播种期土壤有
效贮水量基本没有影响。从图 -还可以看出，与氮
磷肥单施相比，氮磷配施显著降低了播种期的土壤
有效底墒。
对施 .)/+ ,* 01 $ 23)条件下的氮肥用量和施 4
,* 01 $ 23)的条件下的磷肥用量分别与播种期的土
壤有效底墒进行回归分析，得到二次多项式方程，分
别为：
56 ! 78-9+88: # *9**::6) "-9,7):6，;)6 ! *9,87<，
=>1? ! *9*-::；
5@ ! 7*+9-7-< # *9**<-@)"-97**:@，;)@ ! *9,:7A，
=>1? ! *9*7:7；
式中 6、@分别表示氮肥和磷肥的用量，5表示播种
期土壤有效贮水量。
由以上方程可知，在施肥量为 *!-7+ 01 $ 23)之
间，播种期土壤有效底墒均随氮磷用量增加而降低，
变化趋势分别是，施氮量在 *!,* 01 $ 23) 之间播种
期土壤有效贮水量降低较快，而在 ,*!-7+ 01 $ 23)
之间处理间差异很小；在施 4 ,* 01 $ 23)的情况下，
施磷量从 *增加到 <+ 01 $ 23)，播种期土壤有效贮水
量降低较快，而当施磷量继续增加土壤有效贮水量
的变化不大。
图 # 不同施肥条件下土壤有效贮水量
$%&’# ()*%+*,+- ./%+ 0*1-2 3/41-41 546-2 6%77-2-41 7-21%+%8*1%/4
!"! 不同施肥条件下的冬小麦耗水特征
作物对土壤水分的利用受到土壤底墒和作物生
长状况的共同影响。施肥在促进作物生长和提高产
量的同时，导致土壤供水能力的下降，下层土壤的干
燥化程度增加，也降低了降水的入渗深度。已有研
究表明，冬小麦的耗水深度可达到 7 3［A",］。在降雨
量不足的条件下土壤水分入渗深度变浅，由于 )**<
!)**+年度冬小麦收获后雨季土壤水分的入渗深度
在 )** B3左右，使得 )**+!)**:年度冬小麦耗水深
度变浅，CD、.,*、4<+.,*、4,*、4,*.,*和 4,*.,*D,*
处理的分别为 )**、))*、)**、-:*、-:* 和 -:* B3（图
)）。因此，长期种植小麦后不同施肥条件下土壤水
分和作物耗水达到了一种相对平衡状态。受雨季土
壤水分恢复程度的影响，作物的耗水深度变浅，当季
的冬小麦耗水深度均在 )** B3左右。单施磷肥作
物耗水深度比对照深 )* B3，而单施氮肥则比对照浅
<* B3。与单施磷肥相比，在施用磷肥的基础上施用
氮肥，作物的耗水深度变浅，且施 4 ,* 01 $ 23) 处理
耗水深度较施 4 <+ 01 $ 23)处理浅。与单施氮肥比，
在施氮的基础上施 .)/+ ,* 01 $ 23)，没有影响冬小麦
的耗水深度；相同氮磷用量条件下，施用钾肥对作
物耗水深度没有影响。
-78+期 王兵，等：黄土塬区旱作农田长期定位施肥对冬小麦水分利用的影响
图 ! 不同施肥条件下的冬小麦耗水深度
"#$%! &’()* +,-./01(#,- 2)1(3 /-2)* 2#44)*)-( 4)*(#5#6’(#,-
与不施肥的对照相比，只有单施磷肥显著提高
了当季作物对土壤贮水的消耗，单施氮肥处理土壤
贮水消耗显著低于单施磷肥的处理。从图 !的播种
期土壤有效贮水量情况看，应当是较低的土壤底墒
限制了作物对土壤水分的利用；氮磷配施基础上施
用钾肥（"#$%#$&#$）对作物当季土壤贮水的消耗没
有显著影响。不同施氮量处理中，结合图 !从长期
试验的结果看，在施 %’() #$ *+ , -.’ 的条件下施 "
/)!!0$ *+ , -.’，作物消耗土壤水分均高于单施磷
肥的处理。而从长期施肥后的本试验年份看（表
!），在施 " /) *+ , -.’ 时，当季作物消耗的土壤水分
与单施磷肥处理差异不显著；当在施氮量增加到 "
#$ *+ , -.’后，土壤贮水的消耗量显著低于单施磷肥
的处理。结合图 ! 的土壤有效底墒的供应情况分
析，可能是由于施 %’() #$ *+ , -.’ 的基础上施 " /)
! !0$ *+ , -.’使得播种期土壤有效贮水量降低，从
而降低了土壤有效底墒的供应，限制了作物对土壤
贮水的利用。在施 " #$ *+ , -.’ 的基础上施 %’() $
!#$ *+ , -.’，随着施磷量的增加尽管土壤有效底墒
供应降低，作物对土壤贮水的利用仍然逐渐增加（表
!）。这主要是由于在这个土壤水分范围内，随着施
磷量的增加仍然可以促进作物生长从而使其需水量
增加引起的。当在施 %’() #$!!0$ *+ , -.’ 范围内
逐渐增加时，各处理的土壤水分消耗之间没有显著
差异，可能是由于较低的土壤有效贮水量限制了土
壤对作物的供水能力。总的来说，所有处理土壤供
水占作物总耗水量的百分比在 1$2/到 /$2$个百分
点范围内，相应的生育期降雨所占的百分比为 3$2$
到 3#23个百分点范围内，处理之间差异较小。
从表 !还可看出，与对照相比，单施磷肥、氮磷
肥配施和氮磷钾配施均显著提高了土壤有效底墒利
用率，分别提高了 )2)、!423和 !#2’个百分点；单施
氮肥对土壤有效底墒利用率没有显著影响。与单施
磷肥相比，在施 %’() #$ *+ , -.’ 的基础上施氮，显著
提高了土壤有效底墒的利用率，当施 " /) *+ , -.’后
再提高施氮量各处理间差异不显著。结合图 ! 来
看，与单施 %’() #$ *+ , -.’ 相比，施氮虽然降低了播
种期的土壤有效底墒但却提高了土壤底墒利用效
率。与单施氮肥相比，在施 " #$ *+ , -.’的条件下，
不同施磷量均显著提高了土壤底墒利用率，当施
%’() #$ *+ , -.’后再提高施磷量，各处理之间的有效
底墒利用率没有显著差异。与施 " #$ *+ , -.’相比，
’10 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !/卷
表 ! 不同施肥条件下土壤水分消耗及有效底墒利用情况
"#$%& ! ’()% *#+&, -(./012+)(. #.3 0+)%)4#+)(. (5 #6#)%#$%& /()% *#+&, 0.3&, 3)55&,&.+ 5&,+
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施肥方式
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土壤贮水
消耗
./0
（++）
有效底墒
利用率
/12
（3）
施氮处理
4 #($"
土壤贮水
消耗
./0
（++）
有效底墒
利用率
/12
（3）
施磷处理
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土壤贮水
消耗
./0
（++）
有效底墒
利用率
/12
（3
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4@>5@>6@> 7CA9? (; 8@9: ( 5@>47A> 77:9= ; 8:9C ( 4@>57A> 7C@9: ( ?79? (
注（4)$"）：./0—.)%& D($"# <)*-E+F$%)*；/12—GH(%&(;&" -)%& D($"# E-" #($"I 同列数据后不同字母表示处理间差异达 ?3显著水平，下同 J(&E"-
K)&&)D", ;L ,%KK"#"*$ &"$$"#- +"(* -%M*%K%<(*$ (+)*M $N" $#"($+"*$- ($ ?3 &"H"& I ON" -(+" ;"&)DI
长期施磷降低了播种期的土壤底墒，但却提高了土
壤底墒的利用率。
789 不同施肥条件下的产量效应和水分利用效率
在本试验年份，与对照相比，单施氮肥、磷肥和
氮磷配施均显著降低了冬小麦的收获指数（表 C）。
导致收获指数降低主要是氮磷配施对子粒产量增加
的作用小于对生物产量的提高作用；单施磷肥和单
施氮肥主要是由于产量较对照低；而单施氮肥收获
指数低于单施磷肥处理是因生物产量较高而子粒产
量较低所致。氮磷钾配施与对照之间没有显著差
异，其中施 4 @> PM Q N+C收获指数最低；在施 5CR? @>
PM Q N+C的基础上施 4 8?、@>、7=?、7A> PM Q N+C 均比不
施氮的处理显著提高了小麦的收获指数；在施 4 @>
PM Q N+C的基础上配施磷均显著提高了收获指数，施
5CR? 8?!7A> PM Q N+C各处理差异不显著。
表 7 不同施肥条件下的收获指数、产量与水分利用效率
"#$%& 7 :#,6&/+ ).3&;，<)&%3 #.3 *#+&, 0/& &55)-)&.-< 0.3&, 3)55&,&.
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施肥方式
!"#$%&%’($%)*
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ST
产量
U%"&,
（PM Q N+C）
/1V
施氮处理
4 #($"- ST
产量
U%"&,
（PM Q N+C）
/1V
施磷处理
5 #($"- ST
产量
U%"&,
（PM Q N+C）
!! !!
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注（4)$"）：ST—收获指数 S(#H"-$ %*,"W；/1V—水分利用效率 /($"# E-" "KK%<%"*
低于不施肥处理，而氮磷配施和氮磷钾配施均显著
高于对照；单施磷肥或氮肥产量无显著差异，在氮
磷配施的基础上施钾产量比氮磷配施明显提高。在
施 5CR? @> PM Q N+C 基础上配施 4 8?、@>、7=? 和 7A>
PM Q N+C，各处理产量均有显著提高。配施 4 8?
PM Q N+C，显著提高了小麦的产量；而当施氮量大于 4
8? PM Q N+C后，随着施氮量的增加各处理间的产量差
异减小。与单施氮肥相比，在施 4 @> PM Q N+C的基础
上施磷，产量均显著提高，施 5CR? 8? PM Q N+C 时，产
量提高幅度最大，当施 5CR? 7A> PM Q N+C 时，产量较
施 5CR?7=? PM Q N+C时略有降低（表 C）。
提高单位耗水量的生产效率也是旱作农业追求
的目标之一［7>］。长期施肥后，不同施肥方式处理
中，单施磷肥由于作物产量降低而当季作物对土壤
水分的消耗增加，使得水分利用效率低于对照处理；
单施氮肥虽然土壤水分消耗比对照降低，而产量降
低，使得水分利用效率也低于对照。氮磷配施及氮
磷钾配施提高了作物产量，而由于受到土壤水分的
限制，作物消耗土壤水分较少，因此水分利用效率均
==A?期 王兵，等：黄土塬区旱作农田长期定位施肥对冬小麦水分利用的影响
显著高于对照；在氮磷配施的基础上施钾由于提高
了产量而使水分利用效率比不施钾处理显著提高。
不同施氮量的处理中，在施 !"#$ %& ’( ) *+" 的基础
上配施氮，各处理的水分利用效率均显著高于单施
磷肥的处理。其中配施 , -$ ’( ) *+"，由于显著提高
了作物产量而土壤水分消耗降低，因此水分利用效
率显著提高；大于 , -$ ’( ) *+"处理，随着施氮量增
加产量和作物耗水量的增加幅度均较小，因此水分
利用效率相互间差异也较小。不同施磷量处理中，
在施 , %& ’( ) *+"的基础上施磷，随施磷量的增加水
分利用效率也随之增加。
! 结论
与对照相比，氮磷配施及氮磷钾配施在土壤底
墒较低的情况下仍然能显著提高冬小麦的产量，这
与多年长期试验的结果是一致的［..］，同时也能提高
收获指数和水分利用效率；而单施磷肥和氮肥均显
著降低了收获指数、产量和水分利用效率。
从长期施肥处理间的差异看，冬小麦耗水深度
超过 /&& 0+，而本试验年份由于降水量较低，冬小麦
的耗水深度受到降水入渗深度较浅的的影响仅在
"&& 0+左右，深层的土壤水分很难被利用。长期定
位试验的结果表明，.$ 年连续种植冬小麦，&—-&&
0+土壤剩余贮水量与平均产量之间存在极显著的
负相关关系［."］，即平均产量与土壤水分消耗之间呈
正相关关系。从本试验结果看，长期施肥后在氮磷
肥配施与氮磷单施相比仍能大幅提高作物产量，而
土壤水分消耗则与其没有显著的差异或者差异较
小，说明产量和土壤水分消耗之间没有这种显著的
相关关系。这主要是由于长期氮磷配施提高产量的
同时降低了土壤的供水能力，限制了作物对土壤水
分的利用，从而提高了作物产量对当季降水的依赖
性，使得高产田由于土壤供水能力受到限制，而发生
产量随降雨量的波动性［-］，达不到高产、稳产的目
标。同时由于较高的施肥量使得土壤中硝态氮累
积，不仅降低了肥料的利用效率，对环境造成潜在的
威胁［1］，也不利于旱作条件下农业的健康可持续发
展。
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