半干旱區溝壟集雨種植谷子的肥料效應及其增產貢獻

陳雪嬌 張旭東 韓治中 張 鵬 賈志寬 連延浩韓清芳,*

1 農業部西北黃土高原作物生理生態與耕作重點實驗室 / 西北農林科技大學農學院, 陜西楊凌 712100; 2西北農林科技大學旱區農業水土工程教育部重點實驗室 / 中國旱區節水農業研究院, 陜西楊凌 712100

我國干旱半干旱地區遍及北方 16個省(市), 土地面積占國土總面積的 52.5%, 旱作耕地面積占全國耕地總面積51.9%, 在我國農業中占有重要地位。這些地區擁有豐富的光熱資源, 具有作物高產的能量基礎, 但其年平均降水量僅為250～550 mm, 水資源匱乏伴隨的養分利用不足, 嚴重制約了農業生產發展[1]。

溝壟集雨結合覆膜種植作為主要的一種旱作農業技術能有效改善土壤供水能力及生育期集水保水效果, 緩解旱區作物水分供需錯位矛盾并提高水分利用效率[2], 且作物生長前期覆膜的增溫作用使生育期提前, 較傳統露地顯著提高了產量[3-6]。實踐證明, 旱作農業中充分利用水分和養分的耦合效應才能獲得最大的增產效果[7-10]。合理的氮磷鉀配施, 可以增加葉面積并提高光合效率[11]; 促進作物根系生長, 擴大作物對水分和養分的吸收空間, 提高蒸騰耗水量減少無效蒸發從而提高作物的水分利用效率,最終達到增產增效[12-14]。肥料的增產作用不僅在于肥料本身為作物生長提供養分, 其與旱地土壤水分的互作效應也不容忽視。研究表明, 旱地施肥的“以肥調水”作用, 可使欠水年谷子產量達到平水年水平,削弱水分供應不足對產量的限制[15]。因此在溝壟集雨種植模式改善農田土壤水分的條件下, 進行合理施肥對進一步挖掘旱區谷子增產潛力與提高水分生產效率十分重要。

谷子是旱地的主要作物之一, 適應性較強, 在我國種植歷史悠久, 以傳統栽培技術種植為主, 單產水平較低。鑒于旱地溝壟集雨種植技術的顯著增產效應, 而其水分調控下的養分管理研究還較少,本研究在寧夏南部典型旱作區設置了溝壟半覆蓋集雨種植條件下谷子的不同施肥水平試驗, 分析半干旱地區集雨種植模式下養分供應水平對谷子個體生長特征的影響, 明確水肥因子的增產貢獻率, 為建立半干旱地區谷子的科學管理模式、挖掘產量潛力和完善集雨種植技術體系提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

在寧夏回族自治區彭陽縣旱作農業試驗站(35°79' N, 106°45' E, 海拔約 1800 m)地區屬典型黃土高原丘陵地貌, 年均氣溫 6.1℃, 日照時數 2518.2 h, 無霜期約 150 d, 年均降雨量約 410 mm, 其中60%以上降雨集中在 7月至 9月。供試土壤為黃綿土, 前茬作物為玉米。為避免連作, 2年試驗分別在2塊土地進行。試驗地0～60 cm土壤基礎養分狀況如表1。

表1 試驗地0～60 cm土層土壤養分狀況Table 1 Nutrient status of 0–60 cm soil layer

1.2 試驗設計

采用二因素隨機區組設計。設2種種植模式, 分別為溝壟半覆膜集雨種植(ridge and furrow rainfall harvesting system, 以下簡稱集雨模式或R)和傳統裸地平作種植(traditional flat planting model, 以下簡稱平作模式或T); 并設高量(N 270 kg hm–2+P2O5180 kg hm–2; H); 中量(N 180 kg hm–2+P2O5120 kg hm–2;M); 低量(N 90 kg hm–2+P2O560 kg hm–2; L)和不施(N 0 kg hm–2+P2O50 kg hm–2; CK) 4個施肥水平, 共8個處理(RH、RM、RL、RCK和 TH、TM、TL、TCK), 如表2所示, 每處理3次重復, 隨機區組排列,小區面積32.4 m2(6.0 m×5.4 m), 小區間留0.6 m寬隔離帶。集雨模式溝和壟寬度均為 60 cm, 壟高 15 cm, 壟上覆膜, 每條溝內種植 3行谷子, 行株距分別為30.0 cm和7.5 cm; 平作模式不進行覆膜和溝壟處理, 行株距分別為30.0 cm和10.0 cm。 2種模式種植密度一致, 均為 333 000株 hm–2, 按設定行距播種, 四至六葉期分別按設定株距定苗。

表2 試驗各處理Table 2 Treatments of experiment

播種前10 d整地、起壟、壟上覆膜, 全部肥料作為基肥一次性施入。集雨模式肥料集中施入種植溝內, 平作模式均勻撒施。施肥后深翻20 cm, 使肥料與土壤混勻。試驗用地膜(聚乙烯)厚0.008 mm, 肥料為尿素(N≥46.0%)和磷酸二銨(P2O5≥46.0%, N≥18.0%)。供試谷子品種為張雜谷3號, 播種期為2013年4月20日、2014年4月30日, 收獲期為2013年9月14日左右、2014年9月25日左右。2年谷子生育期降雨量分別為533.5 mm和294.6 mm (圖1)。依據降水年型劃分標準[16], 2013年為豐水年型,2014年為欠水年型。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 谷子生育進程 以小區內75%以上的植株表現某生育時期的特征作為進入該生育時期的標準。

1.3.2 谷子生長指標測定 從苗期各處理小區選取有代表性的9株植株掛牌標記(集雨模式分邊行和中行各9株, 平作模式小區內選9株), 分別在谷子苗期、拔節期、抽穗期和灌漿期測量其株高、頂三葉[17]葉面積(葉片長×寬×0.75)。

圖1 2013–2014年試驗地(彭陽縣)月降雨量和多年平均月降雨量Fig. 1 Monthly rainfall in 2013–2014 and mean monthly rainfall in the past 40 years

1.3.3 谷子光合指標的測定 在谷子灌漿期, 從集雨模式邊行和中行分別選取有代表性 3片旗葉,從平作模式小區內選取有代表性 3片旗葉, 選擇晴天于9:00—11:00用Li-6400光合測定系統測定旗葉凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導度(Gs)。

1.3.4 干物質積累量的測定 分別在以上各生育時期, 從集雨模式邊行和中行分別取 3株, 平作模式小區內取3株將地上部于烘箱120℃殺青30 min,80℃烘干至恒重, 測定其重量。

1.3.5 產量 從各小區收割2.4 m2測定產量。選取集雨模式溝中2 m長2邊行和1中行(0.6 m×2.0 m),平作模式, 行長2 m, 種植4行(1.2 m×2.0 m), 重復3次。

1.3.6 水分利用效率 于谷子播種和成熟收獲時,采用烘干法分別測定 0～200 cm土壤含水量, 每 20 cm分層土鉆取樣。集雨模式取樣點分別為壟中間、膜側和溝內種植行間, 以三者平均值計為該土層含水量; 平作模式取樣點為種植行間。根據土壤含水量計算土壤貯水量(WS)、耗水量(ET)和水分利用效率(WUE)。

WUE = Y/ET

式中, WUE為水分利用效率(water use efficiency, kg mm–1hm–2); Y 為谷子籽粒產量(kg hm–2)。

ET=ΔWS+P

式中, ET為作物耗水量(mm), P為谷子生育期降水量(mm); ΔWS=播期 WS–成熟期 WS[18-19]。

WS =C×ρ×H×10

式中, WS為0～200 cm土層貯水量(mm); ρ為土壤容重(g cm–3); H為土層深度(cm); C為土壤含水量(%)。1.3.7 集雨種植各因素的增產量和產量貢獻率[20]

基礎地力產量= TCK處理籽粒產量; 種植模式增產量= RCK-TCK; 施肥增產量 = RH-RCK (高肥)、RM-RCK (中肥)、RL-RCK (低肥); 種植模式與施肥綜合增產量= RH-TCK (高肥)、RM-TCK (中肥)和 RL-TCK (低肥)。

基礎地力產量貢獻率 = TCK籽粒產量/RH籽粒產量(高肥水平), TCK籽粒產量/RM籽粒產量(中肥水平), TCK籽粒產量/RL籽粒產量(低肥水平);

施肥產量貢獻率 = (RH籽粒產量-RCK籽粒產量)/RH籽粒產量(高肥水平), (RM籽粒產量-RCK籽粒產量)/RM 籽粒產量(中肥水平), (RL籽粒產量-RCK籽粒產量)/RL籽粒產量(低肥水平);

種植模式產量貢獻率 = (RCK籽粒產量-TCK籽粒產量)/RH籽粒產量(高肥水平), (RCK籽粒產量-TCK籽粒產量)/RM籽粒產量(中肥水平), (RCK籽粒產量-TCK籽粒產量)/RL籽粒產量(低肥水平);

種植模式和施肥綜合效應產量貢獻率 = (RH籽粒產量-TCK籽粒產量)/RH籽粒產量(高肥水平),(RM 籽粒產量-TCK籽粒產量)/RM 籽粒產量(中肥水平), (RL籽粒產量-TCK籽粒產量)/RL籽粒產量(低肥水平)。

1.3.8 肥料利用效率[21]肥料農學效率(agronomic efficiency, AE, kg kg–1) = (施肥區谷子產量-無肥區谷子產量)/施肥量; 肥料偏生產力(partial factor productivity efficiency, PPE, kg kg–1) = 施肥區谷子產量/施肥量。

1.4 統計分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 18.0統計軟件處理和分析數據, 并用 Duncan’s法進行多重比較(P≤0.05)。

2 結果與分析

2.1 集雨模式下施肥水平對谷子不同個體株高的影響

由圖 2可知, 集雨模式下谷子株高明顯高于平作模式, 2013年邊中行分別較平作模式提高9.9%～13.4%和 2.1%～6.2%; 2014年則分別提高7.1%～23.5%和3.9%～19.0%。集雨模式下隨施肥量增加, 谷子株高顯著增加, 2013年RH、RM和RL分別較RCK提高了17.9%、12.9%和9.8%, 且RH顯著大于RM和RL; 2014年RH、RM和RL分別較RCK提高13.9% (P＜0.05)、6.4%和6.5%, RH、RM與 RL沒有顯著差異。平作模式下, 谷子株高在2013年表現為 TH＞TM＞TL＞TCK, 施肥處理均顯著高于不施肥處理, 施肥處理間TH與TM、TM與TL差異均不顯著, TH顯著大于TL; 在2014年不同施肥處理間差異均不顯著。說明集雨種植模式對谷子關鍵生育時期的株高有顯著促進作用, 在欠水年尤為明顯,且對邊行提高幅度大于中行; 在集雨模式下通過施肥可以進一步影響株高, 相比于豐水年, 欠水年各施肥處理之間株高差異不顯著。

2.2 集雨模式下增加施肥對谷子植株功能葉面積的影響

由圖 3可知, 集雨模式和施肥均有效提高了谷子頂三葉葉面積。在灌漿期, 集雨模式不同施肥處理的邊行谷子頂三葉總葉面積較平作模式在 2013年和2014年分別提高1.7%～9.5%和3.5%～22.7%; 中行較平作模式有所下降, 兩年分別降低8.7% (2013)和1.3% (2014)。隨施肥量增加, 集雨模式谷子頂三葉葉面積明顯提高, 以 RH處理最高, 邊行較 RCK兩年分別提高(P＜0.05) 26.6%和18.8%; 中行較RCK分別提高6.4%和37.0% (P＜0.05)。平作模式下, 隨著施肥量增加, 頂三葉葉面積在 2013年和 2014年分別呈升高趨勢和先升高后降低趨勢, 兩年內各施肥水平之間差異均不顯著。

圖2 集雨種植谷子的邊、中行植株株高變化Fig. 2 Plant height in side and middle rows at various growth stages of foxtail millet in rainfall harvesting planting model

圖3 集雨種植不同施肥處理谷子的邊、中行植株頂三葉葉面積動態Fig. 3 Top three leaves area in side and middle rows at various growth stages of foxtail millet with different fertilizer treatments under rainfall harvesting planting model

以上說明, 集雨模式和施肥措施均顯著促進邊行谷子頂三葉生長, 由于集雨模式各處理中邊行植株占 2/3群體, 即使中行谷子葉片生長弱于平作模式, 也可通過邊際效應使灌漿期群體維持較大的綠葉面積, 增大有效光合作用面積。

2.3 集雨模式不同施肥水平的谷子灌漿期光合參數分析

灌漿期是作物光合作用積累有機物質的關鍵時期,對產量起決定性作用。由表 3可知, 邊、中行谷子光合參數在種植模式和施肥量間差異極顯著(P＜0.01),且種植模式對Pn和Gs在不同年份間影響不同。

集雨模式邊中行谷子旗葉Pn和Tr均高于平作模式(表 4)。2013年, 集雨模式邊行和中行谷子旗葉Pn差異不明顯, 較平作模式平均提高 15.2%～52.9%;Tr平均提高6.5%～52.0%; 2014年, 集雨模式邊行和中行谷子旗葉光合特性差異加大, 邊行Pn和Tr較平作模式分別提高10.4%～20.3%和8.0%～55.9%, 中行Pn和Tr較平作略有降低趨勢, 但差異均不顯著。

隨施肥水平提高, 谷子旗葉Pn、Tr和Gs均顯著升高。2013年RH、RM和RL處理旗葉Pn分別較RCK顯著提高53.9%、35.7%和24.1% (邊行、中行平均提高, 下同), 其中 RH顯著高于 RM 和 RL(P＜0.05), RM和RL無顯著差異; RH、RM和RL旗葉Tr無顯著差異。2014年RH、RM和RL處理旗葉Pn和Tr無顯著差異, 較 RCK有顯著提高。Gs變化趨勢Pn和Tr表現相似。

表3 不同年份下種植模式、施肥量對谷子灌漿期光合特性影響的顯著性檢驗P值Table 3 P-value of ANOVA on effects of plant model, fertilization and years on photosynthetic parameters of foxtail millet

表4 不同處理谷子灌漿期旗葉光合特性Table 4 Photosynthetic characteristics of flag leaf at filling stage of millet in different treatments

2.4 集雨模式下不同施肥水平的谷子植株地上部生物量

如圖 4所示, 集雨模式促進了邊行谷子生物量積累, 在灌漿期較平作模式兩年分別提高 17.6%和12.4%; 中行單株生物量較平作模式明顯下降, 兩年降低幅度分別為22.3%和17.8%。隨著施肥水平的提高, 集雨模式谷子單株生物量呈升高趨勢。2013年灌漿期RH、RM和RL邊行單株生物量分別較RCK提高 57.46% (P＜0.05)、42.47% (P＜0.05)和 15.95%,其中RH和RM顯著大于RL, RH與RM差異不顯著;中行較RCK提高70.58% (P＜0.05)、33.1%和18.34%,其中RH與RM、RM與RL差異均不顯著, RH顯著大于RL。2014年邊行單株生物量分別較RCK提高31.2% (P＜0.05)、14.0% (P＜0.05)和 9.8%, 其中 RH與 RM 差異不顯著; 中行較 RCK提高 33.6%(P＜0.05)、15.6% (P＜0.05)和11.5%, 其中RH與RM、RL差異均顯著(P＜0.05), RM與RL差異不顯著。平作模式下谷子單株生物量 2年均表現為 TH＞TM＞TL＞TCK, TH和TM沒有顯著差異。

以上說明, 集雨模式有效促進邊行谷子生物量積累, 且隨著施肥量的增加, 生物量積累呈增加趨勢, 但隨降水情況變化增加幅度不同, 豐水年較欠水年增加幅度大, 且施肥處理間差異顯著。

2.5 集雨模式施肥水平對谷子產量和水肥利用效率的影響

由表 5可知, 種植模式和施肥量均可極顯著(P＜0.01)影響谷子的籽粒產量、水分利用效率(WUE)和肥料利用率, 且在不同年際間影響有所不同。and partial factor productivity efficiency of foxtail millet

圖4 集雨種植不同施肥處理谷子生育期的邊、中行單株生物量Fig. 4 Dry matter per plant in side and middle rows at various growth stages of foxtail millet with different fertilizer treatments under rainfall harvesting planting model

表5 不同年份、種植模式與施肥量對谷子產量、水分利用效率和肥料利用效率影響的顯著性檢驗P值Table 5 P-value of ANOVA on effects of plant model, fertilization and years on grain yield, water use efficiency, agronomic efficiency

在寧南半干旱地區, 施肥因素對谷子產量和水分利用效率的影響明顯高于種植模式因素(表6)。與傳統種植比較, 集雨種植谷子籽粒產量和水分利用效率均明顯提高。2013年(豐水年), 集雨模式谷子籽粒產量在不施肥水平下較平作模式降低 6.6%, 隨施肥量增加增產效果逐漸明顯, 達到高肥水平后較平作模式籽粒產量顯著提高, 提高 5.4%, WUE提高4.2%, 肥料農學效率(AE)和肥料偏生產力(PPE)分別提高23.3%和5.4%。2014年(欠水年)不施肥水平下集雨模式較平作模式籽粒產量增加 7.9%, 隨施肥量增加, 低、中、高肥水平增產顯著(P＜0.05), 分別增產12.0%、4.1%和3.9%, WUE分別提高(P＜0.05)111.2%、7.0%和5.0%。肥料農學效率和肥料偏生產力在低肥水平下顯著高于平作模式。

隨施肥量增加, 集雨模式谷子籽粒產量、生物產量、WUE和收獲指數均顯著增加(P＜0.05)。2013年RH處理最高, 各指標較RCK分別提高97.4%、71.8%、79.5%和 14.4%, 且顯著高于 RM (中肥);2014年 RM 處理最高, 各指標較 RCK分別提高29.8%、25.1%、15.6%和 4.6%, 與高肥差異不顯著,但顯著高于低肥。隨施肥量增加, 2年谷子的肥料偏生產力和農學效率均呈下降趨勢。整體而言, 豐水年采用集雨模式種植增產不明顯, 但施肥增產增效顯著; 欠水年集雨種植增產增效明顯, 但過量施肥會降低產量及水分利用效率的提高幅度, 在豐水年和欠水年分別以施高肥和中肥較為合適。

表6 不同處理的谷子籽粒產量與水分利用效率Table 6 Grain yield and water use efficiency in different treatments

2.6 集雨種植谷子的增產貢獻分析

谷子籽粒產量由基礎地力及種植模式和施肥的綜合作用兩大部分貢獻構成[22], 其中后者對產量貢獻主要包括種植模式貢獻和施肥貢獻。

表 7表明, 基礎地力在各處理中的產量貢獻率為 54.3%～77.3%, 施肥水平間在豐水年差異顯著,并隨施肥水平的增加而降低, 欠水年差異不明顯。種植模式與施肥綜合作用的產量貢獻率為22.8%～45.8%, 隨著施肥量的提高在2013年(豐水年)顯著增加(22.8%～45.8%), 2014年(欠水年)差異不顯著(25.1%～29.3%)。種植模式對產量的貢獻在2年分別表現為減產(-5.1%～ -3.5%), 和增產(5.6%～5.9%),不同施肥水平間差異均不顯著; 施肥對籽粒產量的貢獻率為 19.2%～49.3%, 在 2013年(豐水年)隨著施肥量的提高顯著增加(27.8%～49.3%); 2014年(欠水年)各施肥量之間差異不顯著(19.2%～23.7%), 也充分說明了旱地谷子生產的水肥耦合對增產作用顯著。

表7 集雨模式谷子籽粒產量貢獻率Table 7 Contribution rate to foxtail millet yield in rainfall harvesting planting model

3 討論

3.1 溝壟覆蓋集雨種植的施肥水平對谷子生長的影響

研究表明, 地膜覆蓋栽培技術有較好的保水抗旱效果, 可促進谷子生長發育[23-25], 在半干旱地區采用壟溝半覆蓋集雨種植大幅提高了谷子生物量和株高[4]。本研究中壟溝集雨使群體中谷子邊行株高、頂三葉葉面積和生物量顯著提高, 通過促進邊際效應提高和維持灌漿期群體光合作用效率和面積, 增強“源”的供應能力從而獲得高產。并且在集雨模式下, 基于“以水調肥”顯著促進了高量施肥處理的頂三葉葉面積, 緩解了由于水分虧缺引起的高肥抑制現象。溝壟集雨種植下邊中行單株生產力差異大,有研究表明, 谷子的邊際效應可達66.4%～85.2%[26]。本研究集雨模式在2013年和2014年邊際效應分別達26.2%和109.7%, 在欠水年邊際效應表現更明顯。已有研究證明, 壟溝集雨種植隨著帶型的窄化降水在溝內水平分布不均勻程度降低, 向壟內的側滲作用增強從而減弱邊際效應[27], 在生育期降雨量小于250 mm的半干旱地區, 45 cm為溝壟最佳寬度[28]。本試驗區域年均降雨量410 mm, 試驗設置的壟溝寬均為 60 cm未表現增產, 因此隨著降雨量的增加,壟溝寬是否需要增加, 不同降雨量區集雨模式種植谷子的最佳溝壟寬度等尚需進一步研究。在山西壽陽的研究表明, 嚴重干旱年份施氮在＜180 kg hm–2范圍內時明顯促進谷子生長發育[29]。本研究中采用集雨種植模式在施氮＜270 kg hm–2范圍內, 隨著施肥水平的提高, 谷子株高, 頂三葉葉面積和生物量在欠水年仍呈增加趨勢, 說明在半干旱地區, 采用集雨種植模式改善種植區水分條件后, 相應增加施肥量可進一步促進谷子生長。

3.2 溝壟覆膜種植和施肥對谷子增產貢獻的影響

我國糧食產量在2004—2015年實現了12年連增[30]。糧食增產主要歸功于品種改良, 增施肥料,耕作栽培措施等因素, 其中增施肥料的貢獻達40%～50%[31], 栽培技術占11.58%[32]。本研究通過差值法分析表明, 寧南半干旱區集雨模式下基礎地力對谷子籽粒產量貢獻率占 54.35%～77.30%, 施肥因素當季貢獻率為 19.2%～49.3%, 且在豐水年隨著施肥量的提高顯著增加。種植模式因素(集雨種植)在豐水年(生育期降雨533.5 mm)表現負效應, 欠水年(生育期降雨294.6 mm)表現正效應。綜合作用產量貢獻率為22.8%～45.8%, 豐水年施肥水平間差異顯著。

在半干旱地區, 溝壟半覆膜種植技術的增產差異較大[27,33-34]。在河北武安研究發現, 采用40 cm∶40 cm溝壟寬溝內種植2行谷子的籽粒產量較對照露地平作顯著提高16.3%[33]。在寧夏海原半干旱偏旱區的研究表明, 谷子籽粒產量較露地平作分別提高95.1%和120.2%[28]。本研究中集雨種植谷子的籽粒產量較平作豐水年和欠水年分別減產2.5%和增產7.0%, 差異并不顯著。這說明, 采用溝壟集雨覆膜種植對產量貢獻效果在不同地區、不同年型間變化較大, 與氣候特征、溝壟結構和群體配置有很大關系。本研究中集雨模式增產幅度低于其他研究結果, 可能有: (1)土壤基礎肥力和氣候條件原因, 2013年為罕見的豐水年, 降雨達常年 161%, 集雨作用種植溝內過多的水分可能會引起根系呼吸抑制, 光合作用減弱等負效應[35]; (2)本研究采用的溝壟結構為 60 cm∶60 cm, 通過損失壟上種植面積獲得集雨保墑和增溫效果, 但此效果對增產的貢獻是否能彌補群體配置的不足還需進一步研究。

有報道認為, 化肥對當季作物的增產率約為35%, 考慮養分后效后認為大約為 50%, 且隨施肥量的不同, 其增產貢獻發生變化[36]。李正鵬等[37]和張璐等[20]研究證明, 作物在欠水年主要受水分限制,在豐水年則主要受到肥料限制, 水分的供給改善可大幅提高施肥對產量的貢獻。本研究中隨著施肥水平的提高, 施肥因素對產量的貢獻率在 2013年(豐水年)顯著增加, 在高肥處最高達49.3%; 2014年(欠水年)各施肥水平下差異不顯著, 貢獻率平均為22.0%。

在遼寧沈陽下遼河平原的長期定位試驗研究表明, 平水年在高肥力田塊水肥交互作用對增產貢獻最大, 達 44.9%, 澇年在中肥力田塊水肥交互作用為負效應, 對產量貢獻表現為減產[22]。本研究中的綜合作用增產貢獻率在豐水年隨著施肥量的增加呈升高趨勢, 在高肥水平最高(45.8%); 欠水年由于水分虧缺, 不同施肥水平間差異不明顯, 增加施肥量較難發揮“以肥調水”的效果。結合嚴昌榮等[29]和何繼紅等[38]對旱地施肥影響作物產量的研究結果, 過量施肥并不能使作物產量持續增加, 反而會出現一定程度的下降, 說明在半干旱地區作物生產應結合降雨量, 通過適宜的種植模式并合理施肥, 才能在不同生態區和不同降水年型, 充分發揮水肥的耦合的正協同效應, 提高水肥綜合作用的增產貢獻率。

4 結論

溝壟半覆蓋集雨種植在豐水年和欠水年都明顯促進了谷子生長和光合作用, 在豐水年可大幅提高施肥效應。隨著施肥量的增加, 籽粒產量在豐水年顯著增加并在高肥水平達到最大; 在欠水年超過中肥后增幅不顯著。施肥對產量貢獻遠大于種植模式,產量貢獻率在豐水年隨施肥量的增加而增加, 高、中、低施肥處理間差異顯著, 欠水年各施肥處理間差異不顯著。

在寧南半干旱區, 采用溝壟集雨半覆膜種植谷子豐水年可以適當提高施肥水平(N 270 kg hm–2+P2O5180 kg hm–2), 以增加水肥互作對產量的貢獻率, 在欠水年則施肥不宜高于中肥水平(N 180 kg hm–2+P2O5120 kg hm–2)。