土壤肥力對(duì)高產(chǎn)小麥品種煙農(nóng)1212旗葉葉綠素?zé)晒馓匦院彤a(chǎn)量的影響

于豐鑫，石 玉，趙俊曄，王西芝，于振文

(1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東泰安 271018; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所,北京 100081；3.濟(jì)寧市兗州區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，山東濟(jì)寧 272100)

黃淮海冬麥區(qū)是我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)，小麥產(chǎn)量占全國(guó)小麥總產(chǎn)量的61.6%[1]。土壤肥力是影響小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一，對(duì)小麥產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為51.4%[2]。土壤肥力直接或間接影響小麥的耗水特性和光合特性。研究表明，在0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量9.11g·kg-1、堿解氮含量36.47 mg·kg-1的土壤肥力條件下，小麥全生育期0～200 cm土層土壤貯水消耗總量為223.6 mm[3]。在產(chǎn)量為8 020 kg·hm-2的高土壤肥力條件下，小麥開(kāi)花期旗葉葉綠素相對(duì)含量為58.90，最大潛在光化學(xué)效率(Fv/Fm)為0.858，相對(duì)電子傳遞速率(ETR)可達(dá)34.27[4]。亦有研究發(fā)現(xiàn)，在0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)為22.29 g·kg-1、全氮為1.13 g·kg-1的高土壤肥力條件下，小麥平均籽粒灌漿速率達(dá)到1.3 mg·d-1[5]。

在中國(guó)北方小麥種植區(qū)，在0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量10～14.9 g·kg-1、全氮含量1～1.5 g·kg-1、速效磷含量10～19.8 mg·kg-1和速效鉀含量100～200 mg·kg-1條件下，小麥產(chǎn)量可達(dá)8 000～10 000 kg·hm-2[6]。Moharana等[7]研究認(rèn)為，在高土壤肥力條件下，小麥籽粒產(chǎn)量比低土壤肥力高43.24%?？梢?jiàn)高土壤肥力能顯著提高小麥產(chǎn)量。但前人對(duì)于小麥旗葉葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯慷嗉性谕煌寥婪柿l件下進(jìn)行。本試驗(yàn)選擇兩種不同水平的土壤肥力地塊，研究了土壤肥力對(duì)小麥品種煙農(nóng)1212旗葉葉綠素?zé)晒馓匦院彤a(chǎn)量的影響，以期為小麥高產(chǎn)栽培中的土壤培肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于 2016-2017年小麥生長(zhǎng)季，在山東省濟(jì)寧市兗州區(qū)小孟鎮(zhèn)史家王子村進(jìn)行，小麥全生育期降水量為280.7 mm，其中播種至拔節(jié)為115.3 mm，拔節(jié)至開(kāi)花60.1 mm，開(kāi)花至成熟51.1 mm。土壤質(zhì)地為壤土。試驗(yàn)田前茬作物為玉米。

供試小麥品種為煙農(nóng)1212。選擇高低兩種土壤肥力地塊，兩地塊常年小麥產(chǎn)量水平分別為12 000和9 000 kg·hm-2。兩試驗(yàn)地為相鄰的兩農(nóng)戶麥田，高土壤肥力地塊由養(yǎng)殖戶種植，施有機(jī)肥多，因而基礎(chǔ)地力高。每小區(qū)面積80 m2(長(zhǎng)40 m×寬2 m)，3次重復(fù)。兩地塊0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量見(jiàn)表1。

小麥播前每公頃施有機(jī)肥3 750 kg(含N 0.65%、P2O50.23%、K2O 0.78%)。底施純氮105 kg·hm-2、P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2，拔節(jié)期追施純氮135 kg·hm-2。肥料為尿素、磷酸二銨和氯化鉀。冬前、拔節(jié)期和開(kāi)花期各灌水一次，灌水方式為畦灌，灌水60 mm。2016年10月13日播種，三葉一心期定苗，留苗密度180株·m-2，其他管理措施同一般超高產(chǎn)田。

表1 播種前0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量Table 1 Soil nutrient content in the 0-20 cm soil layer before sowing

1.2 測(cè)定指標(biāo)和方法

1.2.1 土壤含水量的測(cè)定

用土鉆取0～200 cm土層的土壤，每20 cm為一層，將土壤混勻立即裝入鋁盒，105 ℃烘干至恒重，計(jì)算土層土壤質(zhì)量含水量和土壤貯水消耗量。

土壤質(zhì)量含水量=(土壤鮮重-土壤干重)/土壤干重×100%。

式中，Si為土壤貯水消耗量；i為土層編號(hào)；n為總土層數(shù)；γi為第i層土壤容重；Нi為第i層土壤厚度；θi1和θi2分別為第i層土壤時(shí)段初和時(shí)段末的質(zhì)量含水量。

1.2.2 旗葉葉綠素相對(duì)含量的測(cè)定

采用美國(guó)產(chǎn)CCM-200PLUS葉綠素儀分別于開(kāi)花后0 d、7 d、14 d、21 d、28 d和35 d測(cè)定各小區(qū)小麥旗葉SPAD值，5次重復(fù)。

1.2.3 旗葉葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

在各區(qū)取樣點(diǎn)標(biāo)記同一天開(kāi)花的小麥單莖，采用英國(guó)Hansatech公司產(chǎn)FmS-2型熒光儀分別于開(kāi)花后0 d、7 d、14 d、21 d、28 d和35 d的上午9:00-10:00測(cè)定小麥旗葉自然光照下相對(duì)電子傳遞速率(ETR)，暗處理30 min后，測(cè)定旗葉初始熒光值(Fo)和最大熒光值(Fm)。重復(fù)測(cè)定5次。PSⅡ潛在最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)通過(guò)以下公式[9]計(jì)算得出：Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm

1.2.4 葉面積指數(shù)的測(cè)定

于小麥拔節(jié)期、孕穗期、開(kāi)花期及開(kāi)花后7 d、14 d、21 d、28 d和35 d，用英國(guó)產(chǎn)Sunscan冠層分析儀測(cè)定葉面積指數(shù)，測(cè)定時(shí)將作物冠層分析儀探桿與小麥種植行向平行置于相鄰小麥行間，外置探頭距地面1.5 m處進(jìn)行測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)。

1.2.5 小麥籽粒灌漿速率的測(cè)定

標(biāo)記同一天開(kāi)花的小麥穗，在開(kāi)花后7 d、14 d、21 d、28 d和35 d取樣。每小區(qū)取20個(gè)麥穗，在105 ℃下殺青30 min，然后70 ℃下烘干至恒重。測(cè)定籽粒干重，折算千粒重，計(jì)算灌漿速率。

1.2.6 小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測(cè)定

于小麥成熟期每小區(qū)調(diào)查穗數(shù)，計(jì)算單位面積穗數(shù)。每處理取30穗，調(diào)查穗粒數(shù)。在小麥?zhǔn)斋@后取籽粒樣品，數(shù)1 000粒稱重。于小麥成熟期按小區(qū)收獲，脫粒、自然風(fēng)干后測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。籽粒水分含量為12.5%。所有測(cè)定項(xiàng)目每處理3次重復(fù)。計(jì)算水分利用效率(籽粒產(chǎn)量/全生育期耗水量)和氮肥偏生產(chǎn)力(籽粒產(chǎn)量/施氮量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤肥力對(duì)小麥全生育期0～200 cm土層土壤貯水消耗量的影響

由圖1看出，與低肥力麥田相比，高肥力條件下小麥全生育期對(duì)0～60 cm土層土壤貯水消耗量略低，但顯著提高了60～100 cm土層土壤貯水消耗量，而兩種肥力間120～200 cm土層土壤貯水消耗量無(wú)顯著差異。

圖1 不同土壤肥力下全生育期0～200 cm 土層土壤貯水消耗量Fig.1 Soil water consumption amount in 0-200 cm soil layers in the whole growth stages of Yannong 1212 under different soil fertilities

2.2 土壤肥力對(duì)小麥旗葉葉綠素含量的影響

由圖2看出，在開(kāi)花后0～14 d，兩種肥力下小麥旗葉葉綠素相對(duì)含量(SPAD)無(wú)顯著差異；在開(kāi)花后21～35 d，高肥力條件下小麥旗葉SPAD值分別比低肥力高11.79%、92.89%和58.89%。這說(shuō)明高土壤肥力有利于小麥灌漿中后期旗葉保持較高的葉綠素含量，延緩了旗葉衰老，促進(jìn)籽粒灌漿和增加粒重。

2.3 土壤肥力對(duì)小麥旗葉熒光參數(shù)的影響

兩種土壤肥力間小麥開(kāi)花后0～14 d的旗葉實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)、開(kāi)花后0～21 d的最大潛在光化學(xué)效率(Fv/Fm)、開(kāi)花后0～7 d的旗葉相對(duì)電子傳遞速率(ETR) 以及開(kāi)花后0～21 d的光化學(xué)猝滅系數(shù)(qp)均無(wú)顯著差異，灌漿后期的旗葉各熒光參數(shù)均表現(xiàn)為高土壤肥力顯著高于低土壤肥力(圖3)，說(shuō)明提高土壤肥力有利于改善小麥灌漿中后期功能葉片的熒光特性。

2.4 土壤肥力對(duì)小麥葉面積指數(shù)的影響

自拔節(jié)期后，高土壤肥力條件下小麥葉面積指數(shù)不同程度地高于低土壤肥力(圖4)，其中在孕穗期、開(kāi)花期、開(kāi)花21～35 d兩種土壤肥力間差異顯著，說(shuō)明高土壤肥力可使小麥在灌漿期保持較高的光合面積，有利于小麥光合物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量形成。

圖柱上的不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著水平。圖3和圖4同。

Different small letters above the columns mean significant difference among the different treatments at 0.05 level. The same in figure 3 and figure 4.

圖2土壤肥力對(duì)小麥開(kāi)花后旗葉葉綠素相對(duì)含量(SPAD)的影響

Fig.2Effectofsoilfertilityonchlorophyllcontent(SPAD)ofwheatflagleavesafteranthesis

圖3 土壤肥力對(duì)小麥開(kāi)花后實(shí)際光化學(xué)效率、最大光化學(xué)效率、 旗葉相對(duì)電子傳遞速率和光化學(xué)猝滅系數(shù)的影響Fig.3 Effect of soil fertility on ΦPSⅡ,Fv/Fm,ETR and qp of wheat flag leaves after anthesis

JS:拔節(jié)期;BS:孕穗期;AS:開(kāi)花期;7dAA:花后7 d;14dAA:花后14 d;21dAA:花后21 d;28dAA:花后28 d;35dAA:花后35 d。

JS:Jointing stage;BS:Booting stage;AS:Anthesis stage;7dAA:7 d after anthesis;14dAA:14 d after anthesis;21dAA:21 d after anthesis;28dAA:28 d after anthesis;35dAA:35 d after anthesis.

圖4 不同土壤肥力下小麥各生育時(shí)期葉面積指數(shù)

同列數(shù)值后的不同小寫字母表示處理間差異達(dá)0.05顯著性水平。表3同。

Different small letters following the values in same column mean significant differences among the different treatments at 0.05 level. The same in table 3.

表3 不同土壤肥力下小麥產(chǎn)量和水分利用效率及氮肥偏生產(chǎn)力Table 3 Wheat yield,water use efficiency and nitrogen partial productivity under different soil fertilities

2.5 土壤肥力對(duì)小麥籽粒灌漿速率的影響

由表2可以看出，開(kāi)花后7 d、14 d和21 d，兩種土壤肥力間小麥籽粒灌漿速率無(wú)顯著差異；開(kāi)花后28 d和35 d，高土壤肥力下小麥籽粒灌漿速率較低土壤肥力分別提高19.57%和19.23%。整個(gè)灌漿期高土壤肥力的平均灌漿速率為1.37 mg·grain-1·d-1，比低土壤肥力高5.38%。這說(shuō)明高土壤肥力可促進(jìn)灌漿后期的籽粒灌漿，有利于粒重和產(chǎn)量的提高。

2.6 土壤肥力對(duì)小麥產(chǎn)量及水肥利用效率的影響

由表3可以看出，高土壤肥力條件下小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量以及水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均顯著高于低土壤肥力，說(shuō)明高土壤肥力可促進(jìn)小麥高產(chǎn)和水肥高效利用。

3 討 論

土壤貯水是小麥生育期耗水的重要來(lái)源，增加土壤貯水消耗量可以有效降低灌水量[12]。研究表明，在有機(jī)質(zhì)含量15.06 g·kg-1、堿解氮含量63.61 mg·kg-1的土壤肥力條件下，小麥全生育期0～200 cm土壤貯水消耗總量為223.4 mm[13]。在產(chǎn)量為4 995.1 kg·hm-2和3 650.7 kg·hm-2的兩種土壤肥力條件下，高土壤肥力0～200 cm土壤貯水消耗量比低土壤肥力高20.09%，且以60～120 cm土壤貯水消耗差異最明顯[14]。本試驗(yàn)條件下，高土壤肥力下小麥全生育期60～100 cm土層土壤貯水消耗量也顯著高于低土壤肥力，說(shuō)明高土壤肥力促進(jìn)了小麥對(duì)土壤貯水的吸收利用。

土壤養(yǎng)分是土壤肥力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。在高、中、低土壤肥力條件下，0～20 cm 土層有機(jī)質(zhì)含量分別為16.3、12.93、7.57 g·kg-1，全氮含量分別為0.91、0.77、0.64 g·kg-1[15]。高土壤肥力下小麥開(kāi)花期旗葉葉綠素含量均高于中、低土壤肥力，是其促進(jìn)小麥高產(chǎn)的重要原因[16]。在本試驗(yàn)條件下，高土壤肥力顯著提高了小麥灌漿中后期的旗葉葉綠素含量、ΦPSⅡ、Fv/Fm、ETR、qp和葉面積指數(shù)，延緩了旗葉衰老。另外，高土壤肥力下小麥灌漿速率較高[17-18]。本驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。這進(jìn)一步說(shuō)明高土壤肥力可改善小麥灌漿期光合能力，有利于獲得更多的光合產(chǎn)物，促進(jìn)產(chǎn)量形成。

在黃淮海冬麥區(qū)，高土壤肥力處理的小麥籽粒產(chǎn)量比低土壤肥力處理提高40.63%[19]。土壤肥力通過(guò)影響小麥產(chǎn)量三要素來(lái)提高產(chǎn)量，但不同研究中產(chǎn)量三要素變化不同。有研究指出，在高肥力條件下，小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)比低土壤肥力分別高54.55%和12.13%，粒重?zé)o顯著差異，產(chǎn)量高77.83%[20]。還有研究表明，高土壤肥力的小麥穗數(shù)與低土壤肥力無(wú)顯著差異，但高土壤肥力下穗粒數(shù)和千粒重比低土壤肥力分別高78.51%和21.63%，增產(chǎn)48.85%[21]。本試驗(yàn)中，高土壤肥力顯著提高了小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，產(chǎn)量比低土壤肥力高19.8%。這些研究中小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的差異可能與小麥品種以及生態(tài)條件不同有關(guān)，因此未來(lái)的研究需要采用多個(gè)品種在不同生態(tài)區(qū)進(jìn)一步開(kāi)展試驗(yàn)。