自Ａｒｎｏｎ（１９７５）提出在旱地农业中，植物营养的基本问题是如何在水分受限制的条件下， 合理施用肥料，提高水分利用效率［１］，旱地农田水肥耦合效应及提高水分利用效率研究就一直 为国内外许多研究者所关注。旱地农田中水分不足通常是农业生产的限制因素，但国内近年来不少 学者对不同生态区农田水肥关系研究中，提出在有限量水分供应条件下，养分胁迫则是限制旱地作 物生产的主要矛盾方面［２～６］，从而把研究重点转向土壤瘠薄，使人们对旱地水肥关系中主导 限制因素有了新的认识。然而，对于地处高寒半干旱冀西北高原栗钙土旱作农田水肥耦合关系及提 高水肥利用率研究尚属少见。冀西北高原年降水在２５０～４５０ｍｍ之间（ＣＶ为１６８ ５％），土壤缺氮贫磷，全氮含量０１８～１５ｇ／ｋｇ，７８９％的土壤有效磷（Ｐ）低 于４５ｍｇ／ｋｇ。该区是旱薄相随且以薄为主。如何使水肥合理耦合，充分提高水肥利用率， 这将对指导该区旱作农田量水高效施肥及充分挖掘旱地生产潜力提供科学依据。１ 材料与方法１ １ 供试材料供试土壤为冀西北坝上坡梁地栗钙土，耕层土壤有机质含量１１７％，全氮０ ０８％，全磷（Ｐ）００１７８％，碱解氮７２５ｍｇ／ｋｇ，速效磷（Ｐ）２５ｍｇ／ｋ ｇ，速效钾（Ｋ）６０ｍｇ／ｋｇ，ｐＨ７４。１ｍ土体物理性质如表１。供试作物为莜麦“品 ６”，５月中旬播种，播量１５０ｋｇ／ｈｍ２，行距２５ｃｍ，９月中旬收获。供试肥料为尿素 、三料磷肥和磷酸二铵分别做氮磷肥基施。１２ 试验设计试验设４个水分梯度：干旱年（１５ ０ｍｍ）、贫水年（２５０ｍｍ）、平水年（３５０ｍｍ）和丰水年（４５０ｍｍ）。降水年型的 确定是依据该区１９５６～１９９２年莜麦生育期内降水资料而得，并根据生育期内旬降水量占生 育期总降水量的比例确定不同降水年型的莜麦生育期内旬供水量。肥料设Ｎ０Ｐ０、Ｎ６０Ｐ０、 Ｎ０Ｐ４５、Ｎ６０Ｐ４５、Ｎ６０Ｐ９０、表１ 供试土壤物理性质Ｔａｂｌｅ１ Ｐｈｙｓｉ ｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｅｓｔｅｄｓｏｉｌ土 壤Ｓｏｉｌ土层深度Ｄｅｐｔｈｏｆ ｓｏｉｌ（ｃｍ）容 重Ｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ（ｇ／ｃｍ３）总孔隙度Ｔｏｌ．ｐｏｒｏｓｉ ｔｙ％田间持水量ＦｉｅｌｄｃａｐａｃｉｔｙθＶ％ ｍｍ凋萎湿度Ｗｉｌｔｉｎｇｍｏｉｓ ｔｕｒｅθＶ％ ｍｍ土壤有效水Ａｖａｉ．ｗａｔｅｒθＶ％ ｍｍ砂质栗钙土０～２０ ２０～４０４０～６０６０～８０８０～１００ ０～１００１５４１５７１７８１６５ １６２ ４１８９４０７５３２８３３７７４３８８７ １９７２１０２７９ ６５１３６６２０６１ ３９４４２０５４１９３０２７３２４１２２１４７８ ２４０７３１１３５２３２７３２１ ８１４６２２７０４６５４８４２３ ４３６１５６５７１６６１３１０３９１７４０ ３１３０１４３２１２２６ ２０７８３４８０１１３４６Ｎ１２０Ｐ４５和Ｎ１２０Ｐ９０（ｋｇ／ｈｍ２）７个水平 。采用三因素不完全随机区组设计，３次重复，小区面积１ｍ×２ｍ。每一处理小区中部埋设一根 中子管，埋深１ｍ，在未破坏原土体构型状况下，每小区间用油毡和两层塑料布相隔，埋深１５ ｍ。试验在长×宽为３０ｍ×１０ｍ，顶高４ｍ，边高１５ｍ的可控旱棚内进行。１３ 分析 方法土壤水分测定采用ＬＮＷ－５０Ｃ智能型中子计法，其标定方程为：０～２０ｃｍ２０～８０ ｃｍ８０～１００ｃｍ θＶ＝４０．５００８Ｒｎ－４．４８４０（ｒ＝０．９１９３） θＶ＝１０４．１６９０Ｒｎ－２３．１８４７（ｒ＝０．９１８６）θＶ＝５０．９４１７ Ｒｎ－１１．３３６７（ｒ＝０．８３７０）式中θＶ为土壤容积含水量，Ｒｎ为计数率比。 其它项目采用常规分析方法。２ 结果与讨论２１ 水肥二因子影响下的地上部生物学特性试验 表明，供水量为１５０ｍｍ的干旱年型，由于水分亏缺，地上部株高与产量性状发育不良，随施肥 量增大，虽逐渐改善，但当施肥量高于Ｎ６０Ｐ９０时，该性状又受抑制。供水量为２５０～４５ ０ｍｍ时，随水分条件改善与施肥量增加，莜麦株高增高，穗数、穗粒数与千粒重增大，且以供水 量３５０ｍｍＮ１２０Ｐ９０高肥处理最佳，从而为产量的提高奠定了重要的基础（图１）。２ ２ 水肥二因子影响下的地下部根系分布特性由图２可知，供水量为１５０ｍｍ时，０～４０ｃｍ 土层根重密度仅００９７～０４５ｍｇ／ｃｍ３，根系发育受阻；供水量为２５０～４５０ｍ ｍ时，随施肥量增加根重密度呈增加趋势，其中以供水量３５０ｍｍＮ１２０Ｐ９０施肥处理最高 ，达１３１７ｍｇ／ｃｍ３；此外，当供水量为２５０～４５０ｍｍ时，Ｎ０Ｐ４５处理较Ｎ６ ０Ｐ０处理０～４０ｃｍ土层根重密度增加００６７～０３７５ｍｇ／ｃｍ３，表明施用磷肥 较氮肥更能促进根系发育。２３ 水肥产量效应与模型肥料与水分二因子对莜麦产量的影响可看 出（表２），同一降水年型下，不同施肥处理较Ｎ０Ｐ０增产幅度为２２８％～１６１２％； 而在同一施肥水平下，与干旱年型（１５０ｍｍ）相比，水分的增产幅度为３７２％～１６１ ６％，若与贫水年型（２５０ｍｍ）相比，水分增产幅度则为１２４％～３２８％。可见，高 寒半干旱区农田，干旱年型（生育期降水１５０ｍｍ）水分是限制莜麦生产力图１ 水肥因子对莜 麦地上部生物学特性的影响Ｆｉｇ１ Ｅｆｆｅｃｔｏｆｗａｔｅｒｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｃｏ ｕｐｌｉｎｇｏｎｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｅｒｉａｌｐａ ｒｔｏｆｎａｋｅｄｏａｔ的主导因素，而在贫水年（２５０ｍｍ）、平水年（３５０ｍｍ）及丰 水年（４５０ｍｍ）型下，水分的增产效果远小于施肥的增产效果。由于莜麦生育期１５０ｍｍ的 干旱降水年型发生概率极小，因此高寒半干旱区农田作物生产力的主要限制因素是土壤营养不足。 此外，在供水量为１５０ｍｍ时，施肥量由Ｎ６０Ｐ４５增至Ｎ１２０Ｐ４５，其产量反而下降， 说明供水不足影响了肥效的发挥；供水量为２５０ｍｍ时，施肥量由Ｎ６０Ｐ４５增至Ｎ１２０Ｐ ４５，产量增加，但氮素平均边际产量为２７ｋｇ，经济效益低；而供水量３５０ｍｍ，氮素平 均边际产量为８５ｋｇ，经济效益明显增加。从磷肥效果看，即使供水量为１５０ｍｍ时，施肥 量由Ｎ６０Ｐ４５增至Ｎ６０Ｐ９０仍有增产效果，但磷平均边际产量仅０４ｋｇ，经济效益低 下；在供水量为２５０～４５０ｍｍ时，平均边际产量为２～４ｋｇ，经济效益仍较低，在配施氮 肥至１２０ｋｇ／ｈｍ２，施肥量由Ｎ１２０Ｐ４５增至Ｎ１２０Ｐ９０，磷素平均边际产量增至 ４～６ｋｇ，经济效益随之增加。由此表明，氮磷配合增加土壤营养是提高作物生产力的重要因素 。以４个供水量与７个ＮＰ肥施用量配合配置的莜麦水肥耦合模型为： Ｙ＝６３２．９３＋６ ．０６Ｎ＋６．２２Ｐ＋１０．４８Ｗ＋０．０１２ＮＰ＋０．０２８ＮＷ＋０．００４ＰＷ－０ ．０６６Ｎ２－０．０４Ｐ２－０．０１５Ｗ２（Ｆ＝７０．５８，ｒ＝０．９８６９） 若预知该区降水年型，即可由以上水肥产量效应方程确定目标产量，从而达到“以水定产，以产定 肥”目的。图２ 水肥因子对莜麦地下部根系分布特性的影响Ｆｉｇ２ Ｅｆｆｅｃｔｏｆｗａ ｔｅｒｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇｏｎｒｏｏｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒ ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｕｂｓｕｒｆａｃｅｐａｒｔｏｆｎａｋｅｄｏａｔ表２ 不同水 肥处理莜麦的产量Ｔａｂｌｅ２ Ｙｉｅｌｄｉｎｎａｋｅｄｏａｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎ ｔｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇ处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ产量Ｙｉ ｅｌｄ（ｋｇ／ｈｍ２）肥料增产Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｙｉｅｌｄｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ（ ％）水分增产（％）Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｙｉｅｌｄｏｆｗａｔｅｒ以１５０ｍｍ为基础Ｂａｓ ｅｄｏｎ１５０ｍｍ以２５０ｍｍ为基础Ｂａｓｅｄｏｎ２５０ｍｍ总增产Ｔｏｌ．ｉｎｃｒｅａ ｓｉｎｇｙｉｅｌｄ（％）１５０ｍｍＮ０Ｐ０６３４．４ａ Ａ———Ｎ６０Ｐ０１０８４４ ｂｃＡＢＣ７０．９—７０９Ｎ０Ｐ４５９１０５ａｂＡＢ４３．５—４３５Ｎ６０Ｐ４５ １２９７５ｃｄＢＣ１０４．５—１０４５Ｎ６０Ｐ９０１３１７８ｃｄＢＣ１０７．６— １０７６Ｎ１２０Ｐ４５１０１８５ｂｃＡＢ６０．５—６０．５Ｎ１２０Ｐ９０１１７６ ０ｂｃｄＢＣ８５．４—８５续表处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ产量Ｙｉｅｌｄ（ｋｇ／ｈｍ２） 肥料增产Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｙｉｅｌｄｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ（％）水分增产（％）Ｉｎ ｃｒｅａｓｉｎｇｙｉｅｌｄｏｆｗａｔｅｒ以１５０ｍｍ为基础Ｂａｓｅｄｏｎ１５０ｍｍ以２ ５０ｍｍ为基础Ｂａｓｅｄｏｎ２５０ｍｍ总增产Ｔｏｌ．ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｙｉｅｌｄ（％ ）２５０ｍｍＮ０Ｐ０９７０．５ａｂｃＡＢ— ５３０—５３０Ｎ６０Ｐ０１５４７．０ｄ ｅＣＤＥ５９．４４２６—１４３８Ｎ０Ｐ４５１２４８９ｂｃｄＢＣ２８．９３７．２— ９６８Ｎ６０Ｐ４５１８４２０ｅｆＤＥＦ８９．８４２．０—１９８．４Ｎ６０Ｐ９０２０ ２２．２ｆｇＥＦＧ１０８．４５３．５—２１８．８Ｎ１２０Ｐ４５２００６．３ｆｇＥＦＧ１ ０６．７９７．０—２１６．３Ｎ１２０Ｐ９０２１８９．０ｆｇｈＦＧＨ１２５．６８６．１— ２４５．１３５０ｍｍＮ０Ｐ０１０９１．０ｂｃＡＢＣ— ７２．０１２．４７２．０Ｎ６０Ｐ０１８４１．０ｅｆＤＥＦ６８．７６９．８１９．０１９０．２Ｎ０Ｐ４５１３４０．０ｃｄＢＣ２２．８４７．２７．３１１１．２Ｎ６０Ｐ４５２１５７．０ｆｇｈＦＧ９７．７６６．２１７．１２４０．０Ｎ６０Ｐ９０２２７２．５ｇｈＦＧＨ１０８．３７２．６１２．４２５８．２
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