基肥和播種密度對(duì)冬小麥干物質(zhì)積累及光合特性和產(chǎn)量的影響

陳 宏，張保軍，海江波，董永利，劉天煜，趙凱男

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，全球種植廣泛，在糧食生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的地位[1-2]。近年來(lái)人口逐年增加，小麥種植面積下降，引起的糧食生產(chǎn)安全問(wèn)題日益凸顯，要實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量的提高，需要在肥料和播種密度合理調(diào)控等方面有實(shí)質(zhì)性的 進(jìn)展。

肥料對(duì)農(nóng)作物有穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的作用，世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷程證明肥料是最快、最有效、最重要的增產(chǎn)措施[3]?；试诓デ笆┯茫瑢?duì)小麥早期生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，小麥苗期對(duì)肥料十分敏感，如果缺乏會(huì)造成苗黃、苗弱等不良后果[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)小麥基肥采用有機(jī)肥和氮、磷、鉀按比例混施比單獨(dú)施用有機(jī)肥或化肥效益好[6]。播種密度影響小麥群體結(jié)構(gòu)的建成，合理播種密度的小麥花后生理活性及光合性能提高，旗葉衰老延緩，同化物合成加快，小麥粒質(zhì)量提高[7-8]。不同播種密度形成的群體結(jié)構(gòu)溫光環(huán)境存在差異，小麥群體對(duì)光能的利用、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)能力也會(huì)受到影響[9]。較小播種密度的小麥在灌漿后期仍有較高的光合水平，隨著播種密度的增大，旗葉光合速率在早期發(fā)育過(guò)程中上升速度較快，且于開(kāi)花期前達(dá)到最大，但在灌漿期時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì)[10-11]。播種密度直接影響產(chǎn)量構(gòu)成要素高低，在一定范圍內(nèi)，小麥產(chǎn)量會(huì)隨著種植密度增加而增加，但超過(guò)一定范圍之后，產(chǎn)量會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)[12-14]。

目前，對(duì)小麥肥料和播種密度方面的研究多集中于后期追施氮肥和不同播種密度對(duì)小麥的影響[15-18]，而對(duì)不同基肥和播種密度相結(jié)合研究作物干物質(zhì)積累及光合特性和產(chǎn)量影響規(guī)律的報(bào)道較少。為此，本研究以陜西關(guān)中地區(qū)涇陽(yáng)縣西北農(nóng)林科技大學(xué)斗口小麥玉米試驗(yàn)示范站為平臺(tái)，以冬小麥‘西農(nóng)805’為試驗(yàn)材料，探索不同基肥和播種密度對(duì)其干物質(zhì)積累及光合特性和產(chǎn)量的影響，以期為確定冬小麥‘西農(nóng)805’在陜西關(guān)中地區(qū)的合理基肥和播種密度提供相應(yīng)的參考 依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與材料

試驗(yàn)于2017年10月—2018年6月在陜西省咸陽(yáng)市涇陽(yáng)縣西北農(nóng)林科技大學(xué)斗口小麥玉米試驗(yàn)示范站進(jìn)行。試驗(yàn)所在地屬于溫帶大陸性季風(fēng)半干旱氣候區(qū)，試驗(yàn)所在地土壤pH為 7.87， 0～20 cm土層基礎(chǔ)養(yǎng)分：有機(jī)質(zhì)17.30 g/kg，全氮1.22 g/kg，速效磷29.40 mg/kg，速效鉀 228.33 mg/kg。試驗(yàn)地前茬休閑，播種前經(jīng)過(guò)兩次旋耕整地，采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為基肥，設(shè)2個(gè)肥料處理，小麥緩釋肥(P1)：(控氮，灰白色顆粒狀，搖錢樹牌，陜西阿康農(nóng)化有限公司， N∶P2O5∶K2O=24∶15∶5) 750 kg/hm2；常規(guī)氮磷鉀肥配施(P2)：尿素[w(N)= 46.4%] 390 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣[w(P2O5)= 12%] 937.5 kg/hm2，硫酸鉀鈣 [w(K2O)= 24%] 156.25 kg/hm2。施用的兩種基肥氮磷鉀元素含量一樣，純氮180 kg/hm2，P2O5112.5 kg/hm2，K2O 37.5 kg/hm2；副區(qū)為播種密度，設(shè) 112.5 kg/hm2(D1)、150 kg/hm2(D2)、187.5 kg/hm2(D3)、225 kg/hm2(D4) 4個(gè)水平。試驗(yàn)共8個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為7 m2(3.5 m×2 m)，播種方式為穴播，行距0.25 m，穴距 0.135 m。供試品種為西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供的半冬性中早熟小麥品種‘西農(nóng)805’，該品種籽粒千粒質(zhì)量52 g，4個(gè)播種密度每穴分別播種7、10、12、15粒。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

地上部單莖干物質(zhì)積累量：于孕穗期、開(kāi)花期、灌漿期、成熟期隨機(jī)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻、發(fā)育正常20個(gè)小麥單莖取樣，置于烘箱中，105 ℃下殺青30 min，在80 ℃下烘干至恒量，稱取干質(zhì)量，取平均值。

旗葉SPAD值：于孕穗期、開(kāi)花期、開(kāi)花期后10 d、開(kāi)花期后20 d，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)挑選10個(gè)頂部完全展開(kāi)的旗葉，用SPAD502Plus葉綠素儀分別在每個(gè)旗葉測(cè)定3次，取平均值。

光合特性：于開(kāi)花期后第10天測(cè)定一次，每小區(qū)隨機(jī)選取5片小麥的旗葉，用美國(guó)COR公司生產(chǎn)的Li-6400型便攜式光合儀于 9:00— 11:00對(duì)旗葉凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)進(jìn)行同步測(cè)定。

產(chǎn)量指標(biāo)：成熟期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)生長(zhǎng)均勻一致的1 m2面積，統(tǒng)計(jì)穗數(shù)，取平均值；每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20個(gè)穗，脫粒去雜后統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)，取平均值；每個(gè)小區(qū)選取生長(zhǎng)均勻一致的3行 3 m長(zhǎng)共2.25 m2進(jìn)行收獲脫粒，曬干去雜后稱量，折算成單位面積籽粒產(chǎn)量；籽粒曬干去雜后每個(gè)小區(qū)樣品數(shù)3次1 000粒小麥稱量測(cè)定千粒質(zhì)量(3次誤差在0.5 g之內(nèi))，求平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理，用SPSS 20.0進(jìn)行單因素分析，采用Duncan’s進(jìn)行多重比較及顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基肥和播種密度對(duì)小麥單莖干物質(zhì)積累量的影響

由圖1可以看出，隨著小麥生長(zhǎng)發(fā)育的推進(jìn)，小麥單莖干物質(zhì)積累量均呈現(xiàn)出“S”型曲線變化。小麥單莖干物質(zhì)積累量的速度，在開(kāi)花期以前緩慢，開(kāi)花期至灌漿期，急劇加快，灌漿期后放緩。在各生育時(shí)期，2種基肥條件下的干物質(zhì)積累量差異均不顯著，表明基肥對(duì)小麥單莖干物質(zhì)積累量影響較小，開(kāi)花期后，各個(gè)播種密度處理間差異逐漸顯著，灌漿期和成熟期小麥的單莖干物質(zhì)積累量均呈現(xiàn)出D1>D2>D3>D4，成熟期時(shí)，D1播種密度處理的小麥單莖干物質(zhì)積累量較D2、D3、D4播種密度處理分別提高5.56%、 11.76%、19.10%，表明在低密度有利于小麥單莖干物質(zhì)積累量的增加。

由圖2可以看出，隨著小麥生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同基肥和播種密度組合處理的小麥單莖干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)出漸增-快增-緩增的趨勢(shì)，在開(kāi)花期之前，小麥單莖干物質(zhì)積累量的速度緩慢，不同肥密組合處理間差異不顯著，開(kāi)花期到灌漿期是小麥單莖干物質(zhì)積累量的快增期，開(kāi)花期后的各處理間差異逐漸顯著。在同一種基肥的條件下，灌漿期和成熟期小麥的單莖干物質(zhì)積累量都呈現(xiàn)出D1播種密度條件下最大，P1和P2處理?xiàng)l件下成熟期單莖干物質(zhì)積累量最大值和最小值分別相差14.54%、17.94%。

BS.孕穗期 Booting stage; AS.開(kāi)花期 Anthesis stage;FS.灌漿期 Filling stage; MS.成熟期 Maturity stage,下同 The same below

圖1 不同基肥和播種密度條件下小麥單莖干物質(zhì)積累量的變化
Fig.1 Changes of single stem dry matter mass of wheat under different base fertilizers and sowing densities

圖2 不同基肥和播種密度互作對(duì)小麥單莖干物質(zhì)積累量的影響Fig.2 Effects of single stem dry matter mass of wheat under interaction between different base fertilizers and sowing densities

2.2 不同基肥和播種密度對(duì)小麥旗葉SPAD值的影響

由圖3可知，基肥和播種密度對(duì)孕穗期到花后20 d的旗葉SPAD值的影響均未達(dá)顯著。隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，2種基肥處理的旗葉SPAD值均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在開(kāi)花期達(dá)到最大值。P2基肥處理的旗葉SPAD值在孕穗期到開(kāi)花后10 d均高于P1基肥處理，但差異不顯著，表明不同基肥對(duì)小麥旗葉SPAD值的影響較小。對(duì)播種密度進(jìn)行分析可知，在開(kāi)花期各播種密度處理間旗葉SPAD值達(dá)到峰值，在孕穗期到花后20 d中的同一時(shí)期，隨著播種密度的增加，旗葉SPAD值呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，均在D1播種密度處理達(dá)到最大值，表現(xiàn)為D1>D2>D3>D4，但差異不顯著，表明播種密度對(duì)小麥旗葉SPAD值的影響較小。

由圖4可知，在孕穗期到花后20 d的時(shí)間內(nèi)，在不同基肥和播種密度條件下各組合處理間小麥旗葉SPAD值變化均無(wú)顯著性差異。隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，同一基肥處理?xiàng)l件下的不同播種密度處理的小麥旗葉SPAD值呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，4個(gè)播種密度處理?xiàng)l件下的小麥旗葉SPAD值在開(kāi)花期達(dá)到峰值，同一生育時(shí)期的不同肥密組合處理的小麥旗葉SPAD值之間，P1基肥條件下的D1播種密度組合處理的旗葉SPAD值達(dá)最大，但是與其他肥密組合處理間的差異不顯著，表明不同基肥和不同播種密度組合處理對(duì)小麥孕穗期到花后20 d的旗葉SPAD值影響較小。

2.3 不同基肥和播種密度對(duì)小麥旗葉光合特性的影響

由表1可知，播種密度對(duì)小麥旗葉的凈光合速率、胞間CO2濃度有極顯著性影響。基肥P1條件下的小麥旗葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度大于P2基肥處理，而基肥P2條件下的小麥旗葉胞間CO2濃度、蒸騰速率大于P1基肥處理，但處理之間差異不顯著，表明不同基肥處理對(duì)小麥旗葉光合特性影響不大。隨著播種密度的增大，小麥旗葉光合特性的4個(gè)指標(biāo)均表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。D3播種密度條件下的小麥旗葉凈光合速率最大，較D1、D2、D4播種密度處理分別增加29.86%、4.64%、32.60%，且明顯高于其他播種密度處理，表明D3播種密度處理有利于小麥凈光合速率的發(fā)育。

A10.花后10 d 10 days after anthesis stage；A20.花后20 d 20 days after anthesis stag；圖中同一生育時(shí)期不同小寫字母表示不同處理間0.05水平上差異顯著 Letters in the same growth stage in the chart mean significant difference among different treatments at 0.05 level；下同 the same below

圖3 不同基肥和播種密度條件下小麥旗葉SPAD值變化
Fig.3 Changes of wheat flag leaf SPAD value under different base fertilizers and sowing densities

圖4 不同基肥和播種密度互作對(duì)小麥旗葉SPAD值的影響Fig.4 Effects of wheat flag leaf SPAD value under interaction between different base fertilizers and sowing densities

由表2可知，基肥和播種密度互作對(duì)小麥旗葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度影響達(dá)到極顯著性。同一種基肥條件下，隨著播種密度的增加，4個(gè)光合特性指標(biāo)呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在基肥P1條件下的D2播種密度處理的小麥旗葉光合特性的4個(gè)指標(biāo)達(dá)到最大值，而在基肥P2條件下的D3播種密度處理的小麥旗葉光合特性的4個(gè)指標(biāo)達(dá)到最大。P1D2肥密組合處理的凈光合速率較P2D3肥密組合處理大，增幅為2.76%，但是處理間差異不顯著，表明在兩種肥密處理組合條件下都利于小麥的凈光合速率發(fā)育。

2.4 不同基肥和播種密度對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

由表3可知，基肥對(duì)小麥單位面積穗數(shù)、千粒質(zhì)量有顯著性影響，播種密度對(duì)小麥千粒質(zhì)量有顯著性影響，而對(duì)產(chǎn)量有極顯著性影響。基肥P1條件下的千粒質(zhì)量高于基肥P2處理，且處理間差異顯著，表明基肥P1更利于千粒質(zhì)量的提高?；蔖2條件下的單位面積穗數(shù)高于基肥P1處理且處理間差異顯著，表明基肥P2更利于單位面積穗數(shù)的增加。隨著播種密度的增加，小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)，單位面積穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量均是在D3播種密度條件下達(dá)到最大值。千粒質(zhì)量隨著播種密度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表現(xiàn)為D1>D2> D3>D4，D1、D2播種密度處理的千粒質(zhì)量較D3、D4播種密度處理分別增加 3.14%、3.72%和 1.58%、2.15%，且處理間差異顯著，表明低播種密度可以提高千粒質(zhì)量。

表1 不同基肥和播種密度條件下小麥旗葉光合特性變化Table 1 Changes of photosynthetic characteristics of wheat flag leaves under different base fertilizers and sowing densities

注:同一列的不同字母表示在0.05水平上差異顯著。*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著，下同。

Note:Different letters in the same column mean significant difference at 0.05.* and ** refer to significantly different at levels of 0.05 and 0.01 level,the same below．

表2 不同基肥和播種密度互作對(duì)小麥旗葉光合特性的影響Table 2 Effects of photosynthetic characteristics of wheat flag leaves under interaction between different base fertilizers and sowing densities

表3 不同基肥和播種密度條件下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化Table 3 Changes of wheat yield and its components under different base fertilizers and sowing densities

由表4可知，基肥和播種密度的交互作用在小麥籽粒產(chǎn)量上達(dá)顯著性影響。不同處理組合的產(chǎn)量及構(gòu)成因素差異不同，P2D3處理的小麥籽粒產(chǎn)量要素協(xié)調(diào)的最好，籽粒產(chǎn)量達(dá)到最大為 5 775.07 kg/hm2，較P1D2處理?xiàng)l件下產(chǎn)量 5 451.18 kg/hm2增幅為5.94%，且者之間存在顯著性差異。同一基肥條件下，小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)隨著播種密度的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，基肥P1條件下的D2播種密度處理的單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)達(dá)到最大，基肥P2條件下的D3播種密度處理的單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)達(dá)到最大，不同處理組合的穗粒數(shù)之間差異不顯著。2種基肥條件下的千粒質(zhì)量均隨著播種密度呈持續(xù)下降趨勢(shì)，分別于P1D1和P2D1處理?xiàng)l件下到達(dá)最大值。

表4 不同基肥和播種密度互作對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of wheat yield and its components under interaction between different base fertilizers and sowing densities

3 討 論

李娜等[19]研究發(fā)現(xiàn)施肥可提高旗葉葉綠素含量和光合速率。馬迎輝等[20]研究表明，基肥用量過(guò)大會(huì)使小麥生育前期干物質(zhì)積累速度較快，但是生育后期速度減慢，不利于后期干物質(zhì)向小麥籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。適宜的小麥群體花后光合功能持續(xù)期更長(zhǎng)，葉綠素含量高，花后干物質(zhì)的積累量增加[21]。播種密度較大時(shí)，灌漿中期之后群體內(nèi)部矛盾激化，中下部光照嚴(yán)重不足，葉片逐漸變黃甚至枯萎，最終導(dǎo)致成熟期干物質(zhì)積累量不高[22]。有研究認(rèn)為播種密度對(duì)旗葉SPAD值影響不顯著，花后的小麥旗葉葉綠素含量和籽粒的質(zhì)量關(guān)系密切[23-24]。有研究證實(shí)可以通過(guò)提高小麥單葉凈光合速率來(lái)增加小麥產(chǎn)量[25-26]。本研究中兩種基肥條件下低播種密度112.5 kg/km2的群體單莖干物質(zhì)積累量和旗葉SPAD值都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，但小麥群體較小，單位面積光合面積也較小，兩種基肥條件下高播種密度225 kg/km2的群體前期光合面積較大，但隨著小麥發(fā)育的進(jìn)行，群體內(nèi)矛盾激化，加速葉片衰老，單莖干物質(zhì)積累量和旗葉SPAD值都較小，最終兩種基肥條件下過(guò)低和過(guò)高播種密度都表現(xiàn)為成熟期單位面積小麥干物質(zhì)積累量小。在小麥緩釋肥條件下150 kg/hm2播種密度處理和常規(guī)氮磷鉀肥配施條件下187.5 kg/hm2播種密度處理的小麥群體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)，葉片光合功能期延長(zhǎng)，凈光合速率均高于施用同一基肥條件下其他密度處理，生育后期仍保留較大的群體數(shù)量，成熟期單位面積干物質(zhì)積累量較大。由此表明，不同基肥條件下適宜的播種密度的小麥群體光合功能期較長(zhǎng)且具有優(yōu)良的溫光環(huán)境，提高小麥群體光能利用效率和干物質(zhì)積累量。

在大田生產(chǎn)條件下，肥料投入對(duì)于培肥地力、改善經(jīng)濟(jì)性狀和提高作物產(chǎn)量方面起著不可替代的關(guān)鍵性作用[27]。劉萬(wàn)代等[28]和曹倩等[29]認(rèn)為密度適宜有利于調(diào)解個(gè)體與群體之間的沖突，對(duì)產(chǎn)量三要素的協(xié)調(diào)發(fā)展也有重要影響，適當(dāng)增加播種密度有利于小麥產(chǎn)量的提高，但繼續(xù)增加播種密度小麥產(chǎn)量反而會(huì)下降。本研究中基肥對(duì)小麥單位面積穗數(shù)、千粒質(zhì)量有顯著性影響，播種密度對(duì)小麥千粒質(zhì)量、產(chǎn)量有極顯著性影響，基肥和播種密度的交互作用在小麥產(chǎn)量上達(dá)到極顯著水平，隨著播種密度的增加，小麥產(chǎn)量呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，在施用同一基肥的情況下，隨著播種密度的增加，小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)呈現(xiàn)出和小麥產(chǎn)量相同的趨勢(shì)，旗葉葉綠素含量與小麥籽粒質(zhì)量都隨著播種密度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，低播種密度和小麥緩釋肥均能提高小麥的千粒質(zhì)量，產(chǎn)量的表現(xiàn)和花期的葉片光合特性相關(guān)，小麥產(chǎn)量和凈光合速率都是在小麥緩釋肥條件下150 kg/hm2播種密度處理和常規(guī)氮磷鉀肥配施條件下187.5 kg/hm2播種密度處理時(shí)達(dá)到最大，在常規(guī)氮磷鉀肥配施條件下187.5kg/hm2播種密度處理的產(chǎn)量三要素協(xié)調(diào)的最好，小麥產(chǎn)量達(dá)到最高。綜上所述，冬小麥‘西農(nóng)805’最合理的基肥和種植密度組合為常規(guī)氮磷鉀肥配施：尿素[w(N)=46.4%]390 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣 [w(P2O5)=12%] 937.5 kg/hm2，硫酸鉀鈣 [w(K2O)=24%]156.25 kg/hm2和播種密度 187.5 kg/hm2。