全 文 ：第 29卷第2期
2011年 3月 干 旱 地 区 农 业 研 究Agricultural Research in the Arid Areas Vol.29No.2Mar.2011
　
收稿日期:2010-09-30
基金项目:国家自然科学基金项目(30871596);农业公益性行业科研专项(200803029);现代农业产业技术体系建设专项资金
作者简介:李可懿(1986—),女 ,甘肃平凉人 ,硕士生 ,主要从事施肥与环境研究工作。
通讯作者:王朝辉 ,博士 ,教授 ,博士生导师。 E-mai l:w-zhaohui@263.net 。
黄土高原旱地小麦与豆科绿肥轮作及施氮
对小麦产量和籽粒养分的影响
李可懿1 ,王朝辉1 ,赵护兵1 ,赵　娜1 ,高亚军1 ,Graham Lyons2
(1.西北农林科技大学资源环境学院 , 陕西杨凌 712100;
2.Waite Analytical Services School of Agriculture , Food and Wine University of Adelaide ,South Aust ralia 5064)
　　摘　要:小麦与豆科绿肥轮作和合理施用氮肥对黄土高原旱地缺素地区具有特别重要意义。 本试验以夏休
闲为对照 ,比较了小麦与绿豆 、大豆 、秋豆轮作和氮肥水平(0 、108 、135、162 kg/ hm2)对小麦产量和籽粒养分的影响。
结果表明 ,小麦与豆科绿肥轮作 , 在黄土高原旱地受水分限制影响 , 小麦产量降低 9.7%～ 26.6%;同时 ,与休闲处
理相较 ,小麦籽粒养分携出量显著降低或表现出降低的趋势 ,其中 , 与绿豆轮作 ,小麦籽粒养分携出量降低最多 ,为
10.5%～ 29.3%,大豆次之 ,为 3.1%～ 12.8%,与当地大豆品种秋豆轮作 , 小麦籽粒养分携出量降低最少 , 为 0.98%
～ 11.7%。然而 , 小麦籽粒营养元素锌 、磷 、钾 、钙 、镁的含量与休闲处理相比 , 分别增加 22.0%、18.5%、8.8%、
7.9%、7.8%。小麦与绿肥轮作后 , 108 kg N/hm2(当地常规施氮量的 80%)获得了较高小麦生物量和产量。同时 ,随
施氮量的增加 ,小麦籽粒氮 、硫 、钙 、铁 、铜 、锌的含量和养分携出量均表现出增加趋势;小麦籽粒含磷量和养分携出
量有下降趋势;小麦籽粒锰含量呈现降低趋势但养分携出量增加;钾 、镁的含量和养分携出量随施氮量无显著变
化。
关键词:轮作;豆科绿肥;小麦;产量;营养元素;养分携出量
中图分类号:S344.1　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7601(2011)02-0110-07
　　植物必需的大量营养元素氮 、磷 、钾 ,中量元素
硫 、钙 、镁 ,微量元素铁 、锰 、铜 、锌等是作物多种酶和
细胞的组成成分或触发因子 ,对促进人体新陈代谢 ,
增强人体免疫 ,协调人体机能 、延缓衰老 、维持健康
起着十分重要的作用[ 1] 。然而 ,全球有 60%的耕地
土壤矿质营养元素缺乏 ,50%的人口受到微量元素
缺乏的影响 ,一些以谷物为蛋白质和能量主要来源
的发展中国家 ,微量元素缺乏的问题更加普遍[ 2] ;其
中 ,占世界人口 1/6的营养不良人群中大约有 70%
分布在印度和中国[ 3 , 4] 。小麦是我国仅次于水稻的
第二大粮食作物 ,是北方的主要粮食作物。因此 ,提
高小麦的矿质营养对提高我国人民健康水平具有重
要意义。
在我国 ,豆科绿肥栽培利用历史悠久 ,几十年
前 ,中国基本没有化肥工业 ,主要依靠绿肥和农家
肥。据测算 ,0.15亿 hm2绿肥每年养分生产能力相
当于 500万 t尿素 、410万 t硫酸钾。种植豆科绿肥
对改良土壤肥力 、减少化肥施用和提高水分利用率
具有重要作用[ 5～ 7] ,也为我国农民带来了切实效益 ,
在西藏[ 8] 、新疆[ 9] 、贵州[ 10]与豆科绿肥轮作 ,小麦产
量比单作平均分别增加 18.0%、16.1%和 38.0%。
研究也证实种植豆科绿肥可提升小麦品质 , Galan-
tinia等[ 11]在阿根廷证明 ,与豆科作物轮作 ,不仅小
麦产量提高 ,蛋白质含量和产量各要素都优于与其
他作物轮作 。樊虎玲等[ 12]在黄土高原地区的小麦
-苜蓿-马铃薯轮作试验也表明 ,小麦面团筋力和
强度增强 ,延展性降低 ,总氨基酸含量提高 。然而 ,
与豆科绿肥轮作后 ,小麦矿质营养元素含量如何变
化 ,还未见报道 。在黄土高原旱地 ,虽然除锌外 ,土
壤铁 、锰全量均较高 , 但因受土壤类型 、酸碱度
(pH)、氧化还原电位(Eh)等因素影响 ,这些微量元
素的有效性含量均很低[ 13] 。同时 ,干旱环境下 ,作
物对养分的吸收受到限制 ,导致作物可食部位氮 、
铁 、锰等元素含量降低[ 14 ,15] 。2009年对全国主要麦
区小麦的测定(资料另文发表)表明 ,黄土高原旱地
小麦籽粒铁 、锰 、铜 、锌含量分别比全国平均水平低
7.7%、9.2%、42.9%和 6.3%。因此 ,提高黄土高原
旱地土壤养分有效性和作物营养元素含量 ,显得十
分迫切。本研究比较了与不同豆科绿肥轮作对小麦
产量和籽粒营养元素含量的影响 ,以期为提高黄土
高原旱地小麦籽粒营养元素含量 ,改善当地人们营
养状况提供理论依据和可行的轮作栽培措施。
1　材料与方法
1.1　试验地点
试验于 2008 ～ 2009年在黄土高原中南部的陕
西省长武县十里铺村(107°40′30″E 和 35°12′00″N)进
行。该地区半干旱气候 ,平均海拔 1 220 m ,年均温
度9.1℃、降水 568 mm ,且降水主要集中在 6月到 9
月(图 1)。全年无霜期 194 d , 太阳辐射 5 266
MJ/m2 ,潜在蒸发量 967 mm 。试验地基本理化性状
为有机质 11.8 g/kg ,全氮 0.79 g/kg ,硝态氮 13.9
mg/kg ,铵态氮 10.4 mg/kg ,速效磷 24.6 mg/kg ,速效
钾 143.4 mg/kg , 有效硫 29.7 mg/kg , 交换性钙
14 082.9 mg/kg ,交换性镁 240.6 mg/kg ,有效铁 3.3
mg/kg ,有效锰 1.3 mg/kg ,有效铜 0.72 mg/kg ,有效
锌0.33 mg/kg ,阳离子交换量 17.6 cmol/kg ,pH8.1。
1.2　试验设计
试验共16个处理 ,主处理为 4种轮作方式:夏
休闲-小麦 ,绿豆-小麦 ,大豆(秦豆 8号)-小麦 ,
秋豆(当地大豆品种)-小麦;副处理为 4个施氮水
平:不施氮肥 ,施氮(N)108 kg/hm2(当地农户常用施
氮量的80%),135 kg/hm2(当地农户常用施氮量)和
162 kg/hm2(当地农户常用施氮量的 120%)。试验
为裂区设计 ,主区面积 6 m×60 m=360 m2 ,副区面
积5 m ×6 m =30 m2 ,小区间距 30 cm ,重复 3次 。
2008年 6月 29日播种豆科绿肥前不施氮肥 ,仅施磷
肥(P2O5)40 kg/hm2;9月 2日收获豆科绿肥并将其
翻压入土 ,10月 2日播种冬小麦前一次施入不同水
平氮肥和磷肥(P2O5)120 kg/hm2。2009年 6月 17日
收获小麦 。
1.3　样品采集与测定
1.3.1　植物样品的采集与测定　小麦收获采用全
区收获法计产。同时采集分析样品 ,用不锈钢剪刀
沿土表将小麦地上部分剪下 ,分为茎叶和穗两部分 。
脱粒麦穗 ,分别称量颖壳 、茎叶 、籽粒鲜重 ,然后在
90℃杀青 30 min , 65℃烘至恒重。烘干样采用旋风
磨粉碎 , H2SO4 -H2O2 湿法消解 , 凯氏定氮法测定
籽粒氮含量 ,磷 、钾 、硫 、钙 、镁以及铁 、锰 、铜 、锌的含
量由澳大利亚阿德莱德大学农业与葡萄酒学院维特
分析中心(Waite Analytical Services , School of Agricul-
ture and Wine ,University of Adelaide)采用电感耦合等
离子体发射光谱仪(ICP -AES)测定。数据分析采
用 Excel 2003程序和 SAS 9.0统计分析软件。
1.3.2　土壤样品的采集与测定　在绿肥播前(2008
年6月 22日)采集0 ～ 20 cm表层土壤。土样风干 、
研磨过1 mm 和 0.15 mm 筛后用于其它项目测定土
壤有机质 、pH(H2O)、阳离子交换量(CEC)和土壤养
分含量。
其中 ,土壤水分用烘干法进行测定 ,有机质用
TOC仪测定 ,pH用电位法 , CEC用乙酸钠-火焰光
度法 ,全氮用凯氏法 ,矿质氮用 1 M KCl浸提-连续
流动分析法测定 ,速效磷用碳酸氢钠-钼锑抗比色
法 ,速效钾用醋酸铵-火焰光度法 ,土壤交换性钙镁
用乙酸铵交换原子吸收分光光度法 ,土壤有效铜 、
锌 、铁 、锰用 DTPA-TEA浸提-原子吸收法测定 。
2　结果分析
2.1　小麦与豆科绿肥轮作对土壤水分含量的影响
在黄土高原旱地 ,降水分布不均 ,在 2008 ～ 2009
年陕西长武地区降雨主要集中在 6 ～ 9月 ,而小麦生
长季节的降水仅占到全年降水的 30.2%。2008 年
绿肥收获后(即翻压前)和翻压 4周后(即小麦播前)
0 ～ 200 cm土壤剖面含水量结果表明 ,夏闲期种植豆
科绿肥显著降低了土壤水分 。与夏季休闲相比 ,种
植绿豆 、大豆 、秋豆后 ,小麦播前 0 ～ 200 cm 土壤平
均水分含量分别降低 11.0%、12.3%和 14.1%。绿
肥翻压后 ,虽然在 0 ～ 40 cm 土壤表层水分有所补
给 ,但种植绿肥处理的土壤贮水量仍低于休闲处理 ,
长武怀豆 、大豆和绿豆处理的贮水量分别为 227.8 、
222.5和 219.8 mm ,而休闲处理为 241.1 mm。
图 1　2008 年 6 月～ 2009年 6 月陕西长武地区的降雨量
Fig.1　The rainfall of Changwu in Shaanxi Province
between June 2008 and June 2009
2.2　小麦与豆科绿肥轮作对小麦产量和生物量的
影响
　　夏季休闲时 ,小麦生物量和产量随施氮量增加
有增加趋势;小麦与豆科绿肥轮作 ,小麦生物量和产
量均在施氮108 kg/hm2 时较高。可见 ,与豆科作物
轮作后 ,小麦对氮肥的需求减少。但与休闲相比 ,与
豆科绿肥轮作后 ,小麦生物量和产量显著降低。与
绿豆轮作 ,小麦生物量和产量下降较多 ,分别降低
29.5%和 26.6%;与大豆轮作次之 , 为 16.8%和
12.3%;与秋豆轮作下降较少 ,为 15.8%和 9.7%。
111第 2期　 　李可懿等:黄土高原旱地小麦与豆科绿肥轮作及施氮对小麦产量和籽粒养分的影响
图 2　2008 年绿肥收获后土壤水分含量(%)
Fig.2　Soil moisture content after green manure harvested
图 3　2008年绿肥翻压 4 周后土壤水分含量(%)
Fig.3　Soil moisture content after 4 weeks
incorporation of green manures
2.3　小麦与豆科绿肥轮作对小麦籽粒大量营养元
素含量的影响
　　小麦与豆科绿肥轮作 ,小麦籽粒营养元素磷 、钾
含量比休闲处理均显著提高 , 其中磷含量提高
10.1%～ 22.0%;钾含量提高 5.8%～ 10.2%。小麦
籽粒氮含量在与秋豆轮作后显著提高 ,但与绿豆 、大
豆轮作小麦氮含量无明显变化。可见 ,小麦与豆科
绿肥轮作 ,提高小麦籽粒大量营养元素含量的作用
与豆科作物种类有关 ,与当地大豆品种秋豆轮作 ,
氮 、磷 、钾含量均显著提高 ,与绿豆轮作不利于提高
小麦籽粒氮含量 ,与大豆轮作提高了磷 、钾含量。
小麦与豆科绿肥轮作 ,小麦籽粒养分氮 、磷 、钾
的携出量变化显著 。小麦与绿豆 、大豆轮作后 ,小麦
籽粒氮 、磷和钾的携出量分别显著降低 28.4%和
12.8%,10.4%和 3.1%及 21.0%和 7.3%;而与秋
豆轮作 ,小麦籽粒的氮 、磷和钾携出量与休闲处理无
显著差异 。
随氮肥用量增加 ,小麦籽粒氮含量和养分携出
量都表现出增加趋势;磷含量却呈现降低趋势;钾含
量增减趋势不明显 。
表 1　小麦与豆科绿肥轮作对小麦产量和生物量的影响
Table 1　The effect of legume-wheat rotation
on biomass and yield of wheat
轮作方式
Rotat ion type
施氮水平
(kg/ hm2)
N level
生物量
(kg/ hm2)
Biomass
产量
(kg/ hm2)
Yield
休闲-小麦
Fallow-wheat
绿豆-小麦
Mung bean-wheat
大豆-小麦
Soybean-wheat
秋豆-小麦
Qiubean-wheat
0 10401abA 5789aA
108 10040bA 5651aA
135 11349aA 6231aA
162 11317aA 6280aA
平均 Average 10777A 5988A
0 6964aC 4073aC
108 7993aB 4565aB
135 7982aB 4587aC
162 7453aC 4357aC
平均 Average 7598C 4396C
0 8501aB 5012aB
108 9181aAB 5329aA
135 9069aB 5216aBC
162 9108aB 5443aB
平均 Average 8965B 5250B
0 8820aB 5249aAB
108 9611aA 5709aA
135 8886aB 5305aB
162 8973aB 5356aB
平均 Average 9073B 5405B
　　注:小写字母代表每种轮作方式中不同氮水平间的差异 ,大写
字母代表相同氮水平不同轮作方式间的差异。平均值是同一轮作
方式不同氮水平的平均值 ,后面的大写字母表示不同轮作方式的平
均差异显著性。 P>0.05 , 下同。
Note:Lowercase letters stand for differences of N levels within each rota-
tion type , while capital letters mean differences of rotation type with the same
amount of N input.The average is the mean of different N levels wi thin one
rotation type , and the capital letters followed denote diff erences among differ-
ent rotation types.P>0.05 , and they are the same in the follows.
2.4　小麦与豆科绿肥轮作对小麦籽粒中量营养元
素含量的影响
　　小麦与豆科绿肥轮作 ,小麦籽粒营养元素钙 、镁
含量比休闲处理均显著提高 ,其中钙含量提高6.6%
112　　　　　　　　　　　　　　　　　　　干旱地区农业研究　　 　　　　　　　　　　　　　第 29卷
～ 12.5%;镁含量提高1.7%～ 6.4%。与绿豆轮作 ,
小麦籽粒硫含量比夏季休闲降低 4.0%,与秋豆 、大
豆轮作 ,小麦硫含量无明显变化。与不同豆科绿肥
轮作 ,小麦籽粒营养元素变化不同 ,与当地大豆品种
秋豆轮作 ,小麦籽粒钙 、镁含量显著提高 ,与绿豆轮
作降低了小麦籽粒硫含量 ,与大豆轮作可提高钙含
量。
小麦与豆科绿肥轮作 ,小麦籽粒养分硫 、钙 、镁
携出量显著降低。与绿豆轮作小麦籽硫 、钙 、镁携出
量降低最多 ,分别降低 29.3%、21.7%和 21.1%;与
大豆轮作次之 ,分别降低 10.1%、8.7%和 9.9%,与
秋豆轮作降低最少 ,为 7.1%、0.8%和 4.2%。
随氮肥用量增加 ,小麦籽粒硫 、钙含量表现出增
加趋势 ,而镁含量却呈现降低趋势 。小麦籽粒硫 、钙
的携出量随施氮量的增加显著增加 ,而小麦籽粒镁
的携出量随氮肥变化趋势不明显 。
表 2　与豆科绿肥轮作对小麦籽粒大量营养元素含量和养分携出量的影响
Table 2　The effect of legume-wheat rotation on content and absorbed amount of large elements of wheat grains
轮作方式
Rotation type
施氮量
N level
(N kg/ hm2)
小麦籽粒
N含量
N content of
wheat grains
(g/kg)
小麦籽粒
N携出量
N-absorbed
amount
(kg/ hm2)
小麦籽粒
P含量
P content of
wheat grains
(g/ kg)
小麦籽粒
P携出量
P-absorbed
amount
(kg/ hm2)
小麦籽粒
K含量
K content of
wheat grains
(g/ kg)
小麦籽粒
K携出量
K-absorbed
amount
(kg/hm2)
休闲-小麦
Fallow-wheat
绿豆-小麦
Mungbean-wheat
大豆-小麦
Soybean-wheat
秋豆-小麦
Qiubean-wheat
0 23aA 133bA 2.8aC 16.0abB 3.4abC 19.9cA
108 23aA 147aA 2.7aB 16.6aAB 3.3bB 21.2bA
135 24aA 130bA 2.7aC 15.4bB 3.4abB 18.8dB
162 25aB 153aA 2.7aC 16.7aAB 3.6aB 22.2aA
平均 Average 24B 141A 2.7C 16.2B 3.4C 20.5A
0 23aA 92bC 3.7aA 14.9aC 3.9aA 15.7bC
108 23aA 104abC 3.2bA 14.5aC 3.7bA 16.4abC
135 23aA 107aB 3.2bA 14.8aB 3.6bA 16.7aC
162 24aB 103abC 3.2bA 13.9aC 3.7bB 16.0abD
平均 Average 23B 101C 3.3A 14.5C 3.7AB 16.2C
0 22bA 110bB 3.2aB 15.9aBC 3.7aB 18.4bB
108 24aA 118bB 2.9bA 15.6aB 3.6aA 19.0abB
135 23abA 131aA 3.0abBC 15.6aB 3.6aA 19.4aB
162 25aB 132aB 2.9bB 15.8aB 3.6aB 19.4aC
平均 Average 24B 123B 3.0B 15.7B 3.6BC 19.0B
0 23bA 122cAB 3.3aB 17.5aA 3.8abAB 19.8bcA
108 25bA 129bcB 3.1aA 17.0aA 3.8abA 19.5cB
135 24bA 141abA 3.1aAB 17.9aA 3.7bA 21.5aA
162 28aA 148aA 3.3aA 17.5aA 3.8aA 20.5bB
平均 Average 25A 135A 3.2A 17.5A 3.8A 20.3A
2.5　小麦与豆科绿肥轮作对小麦籽粒微量元素含
量的影响
　　与小麦播前进行夏季休闲相比 ,小麦与不同豆
科作物轮作 ,小麦籽粒锌含量均显著提高。与绿豆 、
大豆和秋豆轮作 ,锌含量分别提高 30.4%、8.9%和
26.8%。与大豆轮作 ,小麦籽粒铁含量有明显增加
趋势。与秋豆轮作 ,铜含量为 5.3 mg/kg ,显著高于
夏季休闲的 5.0 mg/kg;与绿豆轮作 , 铝含量提高
33.0%。小麦与不同豆科绿肥轮作 ,对小麦籽粒锰
含量无显著影响 。可见 ,小麦与大豆类豆科作物轮
作后 ,可提高对人体健康有益的营养元素铜或锌含
量;小麦与绿豆轮作虽可显著提高小麦籽粒锌的含
量 ,但同时也使有毒元素铝的含量提高 。
小麦与豆科绿肥轮作 ,小麦籽粒养分铁 、锰 、铜
携出量显著降低 。其中 ,与绿豆轮作小麦籽铁 、锰 、
铜携出量降低最多 , 分别降低 26.8%、25.5%和
26.7%;与大豆和秋豆轮作降低较少 ,分别为7.9%、
11.5%、10.0%和 11.7%、11.1%、3.3%。小麦籽粒
锌携出量在与当地大豆品种秋豆轮作后显著提高了
13.9%,而铝的携出量并无显著影响。
随施氮量增加 ,小麦籽粒锌 、铝含量无显著差
异;铁 、铜含量随施氮量的增加有升高的趋势;锰含
113第 2期　 　李可懿等:黄土高原旱地小麦与豆科绿肥轮作及施氮对小麦产量和籽粒养分的影响
量却随施氮量增加表现出降低的趋势。小麦籽粒铜
携出量随施氮量的增加显著增加 ,而小麦籽粒铁 、
锰 、锌 、铝的携出量随施氮量的增加均表现出增加的
趋势 。
表 3　与豆科绿肥轮作对小麦籽粒中量营养元素含量和养分携出量的影响
Table 3　The effect of legume-wheat rotation on content and absorbed amount of medium elements of wheat grains
轮作方式
Rotation type
施氮量
N level
(N kg/ hm2)
小麦籽粒
S含量
S content of
wheat grains
(g/kg)
小麦籽粒
S 携出量
S-absorbed
amount
(kg/ hm2)
小麦籽粒
Ca 含量
Ca content of
wheat grains
(g/ kg)
小麦籽粒
Ca携出量
Ca-absorbed
amount
(kg/ hm2)
小麦籽粒
Mg 含量
Mg content of
wheat grains
(g/ kg)
小麦籽粒
Mg携出量
Mg-absorbed
amount
(kg/hm2)
休闲-小麦
Fallow-wheat
绿豆-小麦
Mungbean-wheat
大豆-小麦
Soybean-wheat
秋豆-小麦
Qiubean-wheat
0 1.6bA 9.2cA 0.37aA 2.1aA 1.2aC 7.1bA
108 1.7aAB 10.5aA 0.37aB 2.3aA 1.2abA 7.5aA
135 1.7abA 9.8bA 0.37aA 2.3aAB 1.2abA 6.7cB
162 1.6abB 10.3abA 0.37aC 2.3aB 1.2bB 7.3abA
平均 Average 1.7A 9.9A 0.38C 2.3A 1.2B 7.1A
0 1.5bA 6.2bC 0.38bA 1.5bC 1.3aA 5.4bD
108 1.6aB 7.3aC 0.41abA 1.9aB 1.3bA 5.7aC
135 1.6abA 7.5aC 0.41abA 1.9aC 1.2bA 5.6abD
162 1.6aB 7.1aC 0.43aB 1.9aC 1.3bA 5.4bD
平均 Average 1.6B 7.0D 0.41B 1.8C 1.3A 5.6D
0 1.6bA 7.9bB 0.36cA 1.8cB 1.3aBC 6.3aC
108 1.7aAB 8.9aB 0.39bcAB 2.1bA 1.2bA 6.3aB
135 1.7aA 9.1aB 0.41abA 2.1bB 1.2abA 6.3aC
162 1.7aB 9.1aB 0.45aAB 2.4aAB 1.2bB 6.4aC
平均 Average 1.7A 8.7C 0.40AB 2.1B 1.2B 6.4C
0 1.6cA 8.2cB 0.39cA 2.0cA 1.3aAB 6.8abB
108 1.8bA 9.0bB 0.41bcA 2.3bA 1.2bA 6.6bB
135 1.7bA 9.8aA 0.43bA 2.3bA 1.2abA 7.0aA
162 1.9aA 9.9aA 0.47aA 2.5aA 1.3abA 6.7abB
平均 Average 1.7A 9.2B 0.42A 2.3A 1.3A 6.8B
3　讨　论
不少研究表明 ,小麦与豆科绿肥轮作 ,提高了小
麦产量[ 5 , 8 ,10] ,但本试验中夏季种植绿肥 ,后茬小麦
产量明显降低。黄土高原旱地 ,土壤水分是提高作
物产量的关键限制因素 ,小麦总有效水利用的 68%
来自生长季节降雨[ 5] ,而当地小麦生长季节的降水
仅占到全年降水的 30.2%(图 1),因此播前来源于
夏季降水的土壤贮水成了小麦产量的决定因素[ 5] 。
试验中小麦产量降低的原因是夏季种植豆科绿肥会
消耗土壤水分 ,降低了后茬作物小麦的可用水量。
与夏季休闲相比 ,种植绿豆 、大豆 、秋豆后 ,小麦播前0
～ 200 cm土壤平均水分含量分别降低 11.0%、12.3%
和14.1%(图 3),影响了小麦生长季节水分的供应。
目前 ,小麦与豆科绿肥轮作对小麦营养元素含
量影响的报道还未见到 。其他长期试验证明 ,玉米
-燕麦-苜蓿-苜蓿轮作提高了玉米籽粒中的磷 、
钾含量 ,降低了镁 、铁 、锌含量[ 16] 。小麦与豆科间作
的盆栽试验表明 ,小麦根系磷 、钾 、铁 、锌 、锰含量增
加 ,小麦籽粒氮 、磷 、钾和铁含量增加[ 15] 。本研究发
现 ,小麦与豆科绿肥轮作 ,小麦籽粒磷和锌含量显著
增加 18.5%和 22.0%;钾增加8.8%;钙增加7.9%;
镁增加 7.8%;且与不同豆科绿肥轮作 ,小麦籽粒营
养元素变化不同 ,小麦与当地大豆品种秋豆轮作 ,提
高了小麦籽粒营养元素氮 、磷 、钾 、钙 、镁 、铜 、锌含
量;与大豆轮作 ,磷 、钾 、钙 、锌含量明显提高;与绿豆
轮作 ,降低了小麦籽粒硫含量 ,却提高了磷 、钾 、钙 、
镁 、锌和铝的含量 。
小麦与豆科绿肥轮作 ,小麦籽粒营养元素含量
提高的原因较复杂 ,原因之一是豆科绿肥根系伸长
生长产生的分泌物以对土壤深层养分的活化吸收 ,
因此翻压后的豆科作物残体腐解产生的有机酸性物
质活化或提高了表层土壤中有效养分含量或供应能
力[ 17] ;同时 ,绿肥翻压改善了土壤理化性状 ,利于土
114　　　　　　　　　　　　　　　　　　　干旱地区农业研究　　 　　　　　　　　　　　　　第 29卷
表 4　与豆科绿肥轮作对小麦籽粒微量营养元素含量和养分携出量的影响
Table 4　The effect of legume-wheat rotation on content and absorbed amount of micro elements of wheat grains
轮作方式
Rotation
type
施氮量
N level
(N kg
/hm2)
小麦籽粒
Fe 含量
Fe content
of wheat
grains
(mg/ kg)
小麦籽粒
Fe 携出量
Fe-
absorbed
amount
(g/ hm2)
小麦籽粒
Mn含量
Mn content
of wheat
grains
(mg/ kg)
小麦籽粒
Mn携出量
Mn-
absorbed
amount
(g/ hm2)
小麦籽粒
Cu含量
Cu content
of wheat
grains
(mg/ kg)
小麦籽粒
Cu携出量
Cu-
absorbed
amount
(g/ hm2)
小麦籽粒
Zn含量
Zn content
of wheat
grains
(mg/ kg)
小麦籽粒
Zn携出量
Zn-
absorbed
amount
(g/ hm2)
小麦籽粒
Al含量
Al content
of wheat
grains
(mg/ kg)
小麦籽粒
Al携出量
Al-
absorbed
amount
(g/ hm2)
休闲-
小麦
Fallow-
wheat
绿豆-
小麦
Mungbean-
wheat
大豆-
小麦
Soybean-
wheat
秋豆-
小麦
Qiubean-
wheat
0 43aA 249bA 49aA 286aA 4.9aA 28bA 14aC 79bBC 4.3aB 25bA
108 43aA 293aA 47abA 287aA 5.2aA 31aA 14aB 89aAB 5.4aA 43aA
135 47aA 243bA 46bcBC 267bA 5.0aA 29abAB 14aC 79bB 6.8aA 30abA
162 44aB 276abA 44cB 276abA 5.0aB 31aA 14aC 88abB 5.0aB 31abA
平均
Average
44A 265A 47AB 279A 5.0B 30A 14C 84B 5.4B 32A
0 44aA 176aC 48aA 196bC 4.9aA 20bC 21aA 88aAB 7.7aA 31abA
108 45aA 191aC 47aA 220aD 5.0aA 23aC 18bA 78bC 7.6abA 22bB
135 42aA 205aB 48aAB 216aC 5.0aA 23aC 17bAB 82abB 4.7bA 35abA
162 47aB 205aB 46aAB 200bC 5.1aB 22abC 17bAB 76bC 8.6aA 37aA
平均
Average
45A 194C 47A 208C 5.0B 22D 18A 81B 7.2A 31A
0 42bA 212bB 49aA 244aB 5.0aA 25bB 15aBC 77aC 5.1aAB 26aA
108 43bA 233bB 46bAB 252aB 5.0aA 27abB 15aB 80aBC 5.2aA 30aAB
135 45bA 231bAB 48aA 245aB 5.1aA 27abB 15aBC 78aB 5.7aA 28aA
162 55aA 299aA 45bAB 245aB 5.1aB 28aB 16aBC 85aB 6.0aB 28aA
平均
Average
46A 244B 47AB 247B 5.1AB 27C 15B 80B 5.5B 28A
0 42aA 220aAB 48aA 250abB 4.8bA 25cB 17aB 89bA 5.1aAB 27aA
108 44aA 233aB 44cB 239bC 5.2bA 28bcB 17aA 95abA 5.6aA 31aAB
135 44aA 251aA 45acC 253aB 5.2bA 30abA 18aA 97abA 5.9aA 32aA
162 43aB 230aB 47abA 252bB 5.8aA 31aA 19aA 100aA 4.4aB 24aA
平均
Average
43A 234B 46B 248B 5.3A 29B 18A 95A 5.3B 29A
壤水稳团粒结构的形成[ 18] ,促进小麦根系生长发
育 ,从而增加了后茬小麦对土壤养分的吸收 。本研
究中 ,绿豆 、大豆和秋豆单株根瘤数分别为 0.1 ,9.3
和22.4个 ,秋豆翻压还田氮素量为 64.5 kg/hm2 ,而
大豆和绿豆仅为 33.3和 17.2 kg/hm2(资料另文引
用),还入土壤的氮素较多 ,可能是种植秋豆后小麦
籽粒氮含量增加的一个重要原因。当地绿肥品种秋
豆在当地生长旺盛 ,根系分泌或翻压还田后腐解产
生的较多有机酸性物质使土壤 pH 下降 , 从而使被
黏土矿物吸附的锌解吸 ,或不溶态氢氧化锌转化释
放Zn2+ ,显著提高了小麦籽粒锌含量和携出量 。已
有研究证实 ,小麦与豆科绿肥间作[ 15] ,显著增加了
小麦对磷素的吸收 ,我们的结果也表明 ,小麦与豆科
绿肥轮作 ,小麦籽粒磷含量从 2.7 g/kg 增加到 3.0
～ 3.3 g/kg ,其原因应与锌相似 。铝在植物中以豆
科作物含量最高 ,禾谷类作物次之[ 19] 。目前在豆科
作物中发现了与铝吸收密切相关的植物根边缘细
胞[ 20 ,21] ,但是不同豆科作物品种根边缘细胞的差异
对铝吸收的影响 ,目前尚无深入研究 。在黄土高原
旱地 ,夏闲期与豆科绿肥轮作后 ,小麦籽粒的养分携
出量降低趋势较明显 ,小麦籽粒产量的降低 ,是导致
小麦籽粒养分携出量显著降低的直接和根本原因 ,
同时 ,也是小麦籽粒养分含量增加的可能原因。
长期施用大量元素肥料可以提高作物对一些营
养元素的吸收[ 22] 。研究证明在作物微量元素积累
过程中起重要作用的酶和螯合物均受土壤和作物体
内有效氮水平的影响[ 23] 。随着施氮量增加 ,土壤酸
化程度加重 ,矿质元素的有效性也会增强[ 24] 。Syltie
研究表明[ 25] ,单施氮肥增加了红粒小麦籽粒蛋白
质 、磷 、钙 、锌 、锰 和铁含量。李峰等[ 26] 、姜丽娜
等[ 24]的试验表明 ,施用氮肥改善了小麦籽粒锌和铜
含量 ,降低了对小麦铁的吸收 ,锰不受影响或降低。
115第 2期　 　李可懿等:黄土高原旱地小麦与豆科绿肥轮作及施氮对小麦产量和籽粒养分的影响
本文研究表明 ,随氮肥用量增加 ,小麦籽粒氮含量表
现出增加趋势 ,与秋豆轮作后 ,这一趋势更加明显 。
小麦籽粒的硫 、钙含量随着施氮量增加表现出增加
趋势 ,磷 、镁含量却呈现降低趋势 ,钾含量增减趋势
不明显。微量营养元素中 ,锌 、铝含量不受施氮量影
响 ,铁 、铜含量随施氮量的增加有升高的趋势;锰含
量表现出降低趋势 。同时 ,小麦籽粒养分携出量随
氮肥的施入增加亦表现出一定的规律。小麦籽粒
氮 、硫 、钙 、铜的养分携出量随施氮水平的增加而显
著增加;铁 、锰 、锌 、铝的携出量随施氮量的增加均表
现出增加的趋势;磷的携出量有降低的趋势;钾 、镁
的携出量随施氮量变化不明显 。施用氮肥对小麦籽
粒营养元素含量影响因不同地区 、不同氮肥用量 、不
同作物和品种结论不一 ,原因何在还应深入研究。
目前 ,通过转基因技术等生物强化措施提高作
物养分含量仍然存在争议 ,施肥虽然可以暂时缓解
土壤和作物的缺素问题 ,但由于一些微量营养元素 ,
同时也是重金属元素 ,因此存在一定风险 。充分发
挥豆科绿肥对土壤的影响和后茬效应 ,改善传统农
艺措施 ,提高土壤中元素的有效利用率 ,调动对人体
有益元素更多参与生物循环 ,是缺素地区克服小麦
营养元素缺乏问题的重要措施 。
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(英文摘要下转第 123页)
116　　　　　　　　　　　　　　　　　　　干旱地区农业研究　　 　　　　　　　　　　　　　第 29卷
Effect of macroelement deficiency on wheat yield and grain
nutrient content in the dryland of the Loess Plateau
XUE Jia , MAO Hui , WANG Zhao-hui , ZHAO Hu-bing , ZAN Ya-ling , LI Xiao-han
(College of Resources and Environment , Northwest A &F University , Yangling , Shaanxi 712100 , China)
　　Abstract:It is of great significance to study the effect of N , P and K on the nutrient contents in wheat grain and
yield of winter wheat in the Loess Plateau.So pot trials was carried out in Northwest A&F University to study the effects
of N , P and K deficiency on biomass , yield , 3 yield components and mineral element content in grain of winter wheat
grown in soils with high , middle and low fertility soils which were collected from Changwu County , Shaanxi Province.
The obtained results showed that N deficiency decresed significantly spike number and grain number per spike , and
therefore decreased the biomass and grain yield.Further more , content S , Ca , Fe , Mn , Cu and Zn in wheat grain were
also deceased due to N deficiency.Deficiency of phosphorus decresed biomass , tillers and 1000-grain weight as well as
Mg content in grain.Deficiency of potasium showed no significant effects on yield and nutrient content in the grain of
winter wheat.Negative effects of N deficiency were the most serious , and then was P , while the last one was K.
Keywords:the Loess Plateau;dryland;wheat;yield;nutrient content
(上接第 116页)
Effect of rotation with legumes and N fertilization on yield and
grain nutrient contents of wheat in dryland of the Loess Plateau
LI Ke-yi1 , WANG Zhao-hui1 , ZHAO Hu-bin1 , ZHAO Na1 , GAO Ya-jun1 , Graham Lyons2
(1.College of Resources and Environment , Northwest A &F University , Yangling 712100 , China;
2.Waite Analytical Services School of Agriculture , Food and Wine University of Adelaide , South Australia 5064)
　　Abstract:It is of profound importance to study effects of rotation with legumes and N input levels on yield and
grains nutrient contents of wheat in dryland of the Loess Plateau , where people are in trouble of malnutrition and soils are
condemned to be deficient in available nutritional elements.A field experiment was carried out to study the effects of ro-
tation with legumes on wheat yield and nutrient contents of wheat grains with four rotation types (fallow-wheat , mung
bean-wheat , soybean-wheat , and qiubean(local bean)-wheat)at four N input levels of 0 , 108 , 135 and 162 kg/hm2 on
dryland of the Loess Plateau.Obtained results showed that wheat yield was significantly decreased by 9.7%～ 26.6%
due to water deficiency after rotation with legumes.By comparison with fallow treatment , the amount of nutrients-ab-
sorbed of wheat grains decreased significantly or slightly.Specifically , the decreased amount of nutrients-absorbed of
wheat grains was from10.5%to 29.3%after rotation with mungbean , which decreased the most of three rotation types ,
and the second was rotation with soybean , the decreased amount of nutrients-absorbed was from 3.1% to 12.8%,
whereas after rotation with qiubean(local bean), the decrease was merely from 0.98% to 11.7%, which was the least
among three rotation types.However , by rotation with legumes , the average contents of Zn , P , K , Ca and Mg of wheat
grains were increased by 22.0%, 18.5%, 8.8%, 7.9% and 7.8%, respectively.Among three N input levels , 108
kg N/hm2(80%of local routine N rates)showed higher wheat yields.With the increasing of N input , the contents and
the amount of absorbed N , S , Ca , Fe , Cu and Zn of wheat grains tended to be increased , on the contrary , P contents
and P-absorbed amount were decreased , andMn contents decreased but Mn-absorbed amount was increased , whereas K
andMg were not significantly influenced.
Keywords:rotation;legume green manure;wheat;yield;nutritional element;nutrients-absorbed amount
123第 2期　　 　薛　佳等:黄土高原旱地大量营养元素缺乏对小麦产量和营养元素含量的影响