腐殖酸與氮肥配施對豫北潮土冬小麥光合特性的影響

閆軍營 孫笑梅 程傳凱 張水清 袁天佑

摘要：為了評價減氮配施腐殖酸對冬小麥光合特性的影響，為科學(xué)利用氮肥提供有效依據(jù)，2017—2019年在豫北潮土區(qū)開展田間定位試驗(yàn)，研究腐殖酸與不同氮肥水平配施對冬小麥光合特性的影響。試驗(yàn)設(shè)置單施磷鉀肥、常規(guī)施肥、單施腐殖酸3 000 kg/hm2、腐殖酸3 000 kg/hm2+常規(guī)施肥、腐殖酸3 000 kg/hm2+常規(guī)施肥減氮15%、腐殖酸 3 000 kg/hm2+常規(guī)施肥減氮30%等6個處理。結(jié)果表明，腐殖酸與氮肥配施可以有效改善冬小麥的光合特性，其中，以常規(guī)施肥減氮15%配施腐殖酸（T5處理）的效果最佳。冬小麥葉片的SPAD值、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）隨著生育時期的推移呈先升后降的趨勢，而胞間 CO2濃度（Ci）卻與之完全相反。T5處理的冬小麥葉片的SPAD值、Pn、Gs和Tr最高，而Ci最低，在整個生育期與常規(guī)施肥T2處理相比，SPAD值增加5.77%～32.19%，Pn增加12.08%～21.66%，Gs增加8.78%～14.97%，Tr增加10.53%～26.98%，而Ci降低8.32%～24.02%。因此，腐殖酸3 000 kg/hm2+常規(guī)施肥減氮15%是本研究區(qū)域最佳的施肥模式，對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量生產(chǎn)具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：腐殖酸;氮肥;潮土;冬小麥;光合特性

中圖分類號：S512.1+10.6?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?文章編號：1002-1302（2020）21-0104-06

肥料作為糧食的“糧食”，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展中起著非常重要的作用。研究顯示，全球約48%的人口靠肥料投入生產(chǎn)的糧食來養(yǎng)活，其中，氮肥對生產(chǎn)糧食的貢獻(xiàn)最大，高達(dá)30%～50%[1-2]，而我國有近56%的人口主要依靠氮肥投入生產(chǎn)的糧食來養(yǎng)活[3]。近年來，由于我國氮肥的不合理利用引起了一系列生態(tài)環(huán)境問題，對農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展造成了一定的威脅。適度減少氮肥用量，通過科學(xué)合理配施氮肥的措施，提高氮肥利用率、減少氮素?fù)p失，有效及時防控農(nóng)業(yè)面源污染已成為當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的迫切需要。腐殖酸含有多種活性官能團(tuán)，具有生化活性，在化肥增效方面有較好效果[4-7]。有許多研究結(jié)果顯示，腐殖酸與氮肥配施不僅能顯著提高氮肥利用效率、提高作物產(chǎn)量、減少氮肥使用，還能進(jìn)一步培肥改良土壤[4，8-10]。

豫北潮土區(qū)是河南省的主要糧食生產(chǎn)區(qū)，也是我國重要的優(yōu)質(zhì)糧食生產(chǎn)基地，冬小麥?zhǔn)窃搮^(qū)域最主要的糧食作物。近年來，有關(guān)腐殖酸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的研究越來越多，但鮮有腐殖酸與氮肥直接配施對冬小麥光合特性的影響研究。本研究運(yùn)用減氮配施腐殖酸的肥料運(yùn)籌技術(shù)模式，在保證冬小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和農(nóng)民增收的前提下，探求提高氮肥利用率、減少氮肥使用量、降低農(nóng)田面源污染的合理施氮技術(shù)模式，以期為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于河南省焦作市博愛縣塢莊村，土壤為潮土，屬豫北平原區(qū)，平均海拔100 m左右，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年均氣溫14～15 ℃，年均降水量550～700 mm，無霜期210 d。作物種植模式為冬小麥—夏玉米輪作。試驗(yàn)點(diǎn)地勢平坦，試前土壤（0～20 cm）有機(jī)質(zhì)含量為18.08 g/kg，堿解氮含量126.81 mg/kg，速效磷含量32.56 mg/kg，速效鉀含量164.63 mg/kg，pH值8.2（1 ∶ 5水提）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)田設(shè)在永久性耕地上，采取田間定位，試驗(yàn)時間為2017 年10月至2019 年6 月，供試冬小麥品種為周麥16，由河南天存種業(yè)有限公司提供。供試肥料：N肥為尿素（46%），P肥為過磷酸鈣（12%），K肥為氯化鉀（60%）。試驗(yàn)中所使用的腐殖酸（全氮、全磷和全鉀分別為0.76%、0.38%和0.23%，有機(jī)質(zhì)含量80.92%，pH值4.74）由南陽市沃泰肥業(yè)有限公司提供。冬小麥大約于每年10月12日左右播種，播量為225～300 kg/hm2，次年6月10日左右收獲。試驗(yàn)設(shè)6個處理（表1），隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積為48 m2（6 m×8 m），同時設(shè)置保護(hù)行和觀察道。試驗(yàn)中所有處理除了T3處理（單施腐殖酸）外，其他所有處理（T1、T2、T4、T5、T6）全生育期磷鉀肥均用做基肥一次性施入。其中T2、T4、T5、T6處理的氮肥均采用基追配合的模式即50%氮肥做基肥，剩余50%氮肥于冬小麥拔節(jié)期追施。腐殖酸用做基肥一次性施入。所有施肥處理的種植密度及其他水肥管理措施均按照當(dāng)?shù)囟←溕a(chǎn)技術(shù)進(jìn)行。

1.3 主要測定項(xiàng)目及方法

冬小麥各生育期以50%達(dá)到各個時期技術(shù)指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，記載試驗(yàn)各生育期節(jié)點(diǎn)。

在冬小麥的關(guān)鍵生育時期同時測定冬小麥旗葉的葉綠素相對含量（用SPAD值表示）、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci）等參數(shù)。其中，葉綠素相對含量用便攜式葉綠素測定儀測定（日產(chǎn)SPAD-502PLUS）;光合特性參數(shù)采用Li-6400XT便攜式光合測定儀測定（美國LI-COR）。測定時間一般為晴朗天氣的 09：00—11：00，測定條件采用紅藍(lán)光源[光合有效輻射1 000 μmol/（m2·s）]和 CO2注入系統(tǒng)（400 μmol/L）。在冬小麥的孕穗期和揚(yáng)花期測定冬小麥第1張新完全展開葉，在灌漿期則測量冬小麥的旗葉，測定部位均選擇距離葉節(jié)1 cm處。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2003和SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐殖酸與氮肥配施對冬小麥葉片SPAD值的影響

由圖1可以看出，不同處理冬小麥葉片的SPAD值總體呈現(xiàn)出隨著其生育期的推移先緩慢升高而后又下降的趨勢，并在冬小麥的開花期達(dá)到最高點(diǎn)，在成熟期下降到最低。其中，不施氮肥處理即T1處理（單施磷鉀肥）和T3處理（單施腐殖酸）的冬小麥葉片的SPAD值顯著低于其他各施氮處理。

由圖1-A可以看出，2018年在冬小麥生長的整個生育期內(nèi)，葉片的SPAD值總體上呈現(xiàn)T5處理>T4處理>T6處理>T2處理>T1處理>T3處理。其中，T2處理的冬小麥葉片的SPAD值顯著高于不施氮肥的T1處理和T3處理，在5個生育期分別高出32.14%～59.15%和33.62%～52.72%。腐殖酸與氮肥配施的T5處理、T4處理和T6處理的冬小麥葉片的SPAD值明顯高于T2處理，在冬小麥的灌漿和成熟期的差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。但是，T3處理與T1處理的SPAD值均處于較低水平。腐殖酸只有與氮肥配施才能更好地發(fā)揮肥效，提高冬小麥葉片的SPAD值，其中以T5處理的SPAD值最高。T4處理的SPAD值較T2處理高0.79%～15.94%;而T5處理的SPAD值較T2處理高1.90%～22.63%，在拔節(jié)期、灌漿期和成熟期的差異均達(dá)顯著水平（P<0.05），較T4處理高0.26%～5.77%，T6處理SPAD值較T5處理低1.60%～11.63%。

由圖1-B可以看出，隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜脑黾樱?019年T1處理和T3處理的冬小麥由于長期缺失氮肥，二者SPAD值均分別比2018年對應(yīng)的各時期有所下降，而其他處理的SPAD值均保持較高的優(yōu)勢，各處理SPAD值總體上呈現(xiàn)T5處理>T4處理>T6處理>T2處理>T3處理>T1處理，施用氮肥的優(yōu)勢更加明顯，尤其是腐殖酸與氮肥配施的處理優(yōu)勢更加突出，其中，仍以T5處理的SPAD值最高。T4處理的SPAD值較T2處理高3.65%～19.69%，而T5處理較T2處理和T4處理分別高5.77%～32.19%和0.72%～10.44%，在冬小麥生長的整體生育期均顯著高于T2處理，在開花期和成熟期顯著高于T4處理。當(dāng)常規(guī)施肥減氮30%配施腐殖酸（T6處理）時SPAD值較T5處理低 2.94%～20.57%，且除了拔節(jié)期外的其余4個時期的差異均達(dá)顯著水平（P<0.05）。

2.2 腐殖酸與氮肥配施對冬小麥主要光合特性的影響

2.2.1 腐殖酸與氮肥配施對冬小麥凈光合速率（Pn）的影響 由圖2可以看出，各處理冬小麥葉片Pn隨其生育期的推移均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在冬小麥的開花期上升到最高，在成熟期下降到最低，特別是在冬小麥的成熟期，其Pn下降較為劇烈，冬小麥不同時期的Pn總體呈現(xiàn)開花期>孕穗期>拔節(jié)期>灌漿期>成熟期。在冬小麥的整個生育時期，T1處理和T3處理冬小麥葉片的Pn明顯低于其他處理，且二者Pn比較接近。冬小麥的Pn大小總體上表現(xiàn)為不施氮肥處理的冬小麥葉片Pn最低，腐殖酸配施氮肥處理高于常規(guī)施肥處理，其中T5處理的Pn最高。

由圖2-A可以看出，2018年T2處理的冬小麥葉片的Pn明顯高于T1處理和T3處理。腐殖酸與氮肥配施的T5處理、T4處理和T6處理的冬小麥葉片Pn高于單施氮磷鉀化肥的T2處理，特別是在冬小麥的成熟期差異明顯。其中，T5處理的Pn最高，在整個生育期較T2處理高4.45%～35.55%，較T4處理高0.058%～0.25%;T4處理的Pn在整個生育期較T2處理高2.01%～31.65%。當(dāng)常規(guī)施肥減氮30%配施腐殖酸（T6處理）時，冬小麥葉片的Pn卻明顯降低，在整個生育期較T5處理降低了 3.87%～18.25%，且在生長后期即開花期后的差異明顯。但是，單施腐殖酸的T3處理效果并不好，其Pn明顯低于T2處理、T6處理、T4處理和T5處理，甚至有時低于單施磷鉀肥的T1對照處理。

由圖2-B可以看出，隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜脑黾樱?019年T1處理和T3處理的Pn均有所下降，而其他施肥處理的冬小麥的Pn均高于2018年對應(yīng)的各時期。施用氮肥的優(yōu)勢更加明顯，尤其是腐殖酸與氮肥配施處理的優(yōu)勢更加突出。腐殖酸與氮肥配施的T4處理、T5處理和T6處理的冬小麥的Pn在整個生育期較T2處理分別高1.33%～40.71%、2.21%～51.02%、0.36%～13.93%;常規(guī)施肥配施腐殖酸或減氮配施腐殖酸處理對冬小麥的Pn影響有差異，以T5處理的效果最佳，在整個生育期分別較T4處理和T6處理高0.87%～10.14%、0.28%～32.55%。

2.2.2 腐殖酸與氮肥配施對冬小麥葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）的影響 由圖3可見，各處理冬小麥葉片的Gs隨著冬小麥生育期的推移均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在冬小麥的開花期上升到最高，在成熟期達(dá)到最低，尤其是在冬小麥的生長后期，其Gs下降的更為劇烈，冬小麥葉片的Gs總體呈現(xiàn)T5處理>T4處理>T6處理>T2處理>T1處理>T3處理，T3處理的始終處于最低水平，除T1處理外（兩者相近），明顯低于其他各施肥處理。

由圖3-A可見，T4處理的冬小麥葉片Gs在2018年整個生育期較T2處理高5.73%～7.02%，而T5處理的Gs最高，在整個生育期較T2處理高6.83%～13.72%，較T4處理高2.88%～6.18%。當(dāng)常規(guī)施肥減氮30%配施腐殖酸（T6處理）時，Gs卻明顯降低，在整個生育期較T5處理降低5.97%～9.98%。

由圖3-B可見，T4處理的冬小麥葉片Gs在2019年整個生育期較T2處理高2.78%～6.73%，而T5處理的Gs最高，在整個生育期較T2處理高8.78%～14.97%，較T4處理高2.92%～6.34%。當(dāng)常規(guī)施肥減氮30%配施腐殖酸（T6處理）時，Gs卻明顯降低，在整個生育期較T5處理降低6.65%～10.02%。

2.2.3 腐殖酸與氮肥配施對冬小麥葉片蒸騰速率（Tr）的影響 由圖4可知，各處理冬小麥葉片的Tr隨著冬小麥生育期的推移均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，總體上呈現(xiàn)T5處理>T4處理>T6處理>T2處理>T1處理和T3處理，可以看出腐殖酸與氮肥配施優(yōu)于常規(guī)施肥，常規(guī)施肥優(yōu)于不施氮肥，說明氮肥有利于提升冬小麥葉片的蒸騰速率，腐殖酸與氮肥配施能激發(fā)冬小麥葉片產(chǎn)生更高的蒸騰速率，這與冬小麥葉片的光合速率的變化趨勢保持一致。

由圖4-A可知，在2018年各施肥處理的冬小麥葉片的Tr均在冬小麥開花期上升到最大值，開花期后開始緩慢下降，灌漿期后開始劇烈下降，在成熟期下降到最低值。冬小麥葉片的Tr以腐殖酸+化肥減氮15%（T5處理）最高，明顯高于其他各施肥處理。其中，T4處理的Tr在這個生育期較常規(guī)施肥的T2處理高6.11%～8.83%，而T5處理較T2處理高10.53%～26.98%，較T4處理高3.12%～16.67%。

由圖4-B可知，隨著種植年限的增加，在2019年各處理冬小麥葉片的Tr均發(fā)生了較大變化。不施氮肥即T1處理和T3處理的冬小麥葉片的Tr在孕穗期達(dá)到最大值，然后開始下降，在成熟期達(dá)到了最低值;而施氮肥即T2處理、T4處理、T5處理和T6處理的Tr仍然在開花期上升到最高，花期后開始下降，直至降到成熟期的最低值。冬小麥葉片的Tr仍以腐殖酸+常規(guī)施肥減氮15%（T5處理）最高，明顯高于其他各施肥處理。其中，T4處理的Tr在整個生育期較T2處理高6.22%～8.94%，而T5處理較T4處理高3.14%～16.72%。

2.2.4 腐殖酸與氮肥配施對冬小麥胞間 CO2濃度（Ci）的影響 由圖5可知，各處理冬小麥Ci呈先緩慢下降而后急劇上升的趨勢，均在冬小麥的開花期下降到最低，在成熟期上升到最高，這剛好與冬小麥葉片的Pn、Gs和Ci的變化趨勢相反，總體上呈現(xiàn)T3處理>T1處理>T2處理>T6處理>T4處理>T5處理，T3處理和T1處理明顯高于其他各施肥處理。在冬小麥開花期之后，冬小麥葉片Ci隨著Pn、Gs和Tr的下降而迅速增加，這充分說明此時冬小麥葉片細(xì)胞光合活性下降和CO2同化能力減弱限制冬小麥葉片的光合作用強(qiáng)度，同時也表明了冬小麥開花后其旗葉衰老加劇。在冬小麥開花期之后，T3處理和T1處理的Ci比其他施肥處理上升較為劇烈，說明二者冬小麥旗葉衰老得較為嚴(yán)重，不利于冬小麥后期的光合作用。

由圖5-A可見，在2018年以腐殖酸+常規(guī)施肥減氮15%（T5處理）的冬小麥的Ci最低，明顯低于其他處理。其中，T4處理的Ci在整個生育期較T2處理低11.12%～19.47%，而T5處理的Ci較T4處理低5.65%～7.20%。

由圖5-B可見，在2019年以腐殖酸+常規(guī)施肥減氮15%（T5處理）的冬小麥的Ci最低，明顯低于其他處理。其中，T4處理的Ci在整個生育期較T2處理降低1.18%～22.34%，而T5處理的Ci較T4處理低0.65%～7.12%。

3 結(jié)論與討論

一般地，作物生長發(fā)育受生態(tài)環(huán)境因素（水、肥、氣、熱）和人為環(huán)境（栽培管理）的影響，在二者相對一致的情況下，施肥是影響作物生長發(fā)育的關(guān)鍵因素[11]。其中施氮對作物葉綠素和光合速率等主要酶和光呼吸都有明顯的影響，并直接或間接對光合作用產(chǎn)生影響。氮素是葉綠素的重要成分，同時也是作物組織形成的重要物質(zhì)，因此，合理施用氮肥對作物葉片葉綠素合成、光合特性和作物組織的建成具有重要作用[12-15]。本研究結(jié)果表明，施氮有利于冬小麥對氮素的吸收，提高冬小麥葉片的SPAD值，不施氮的處理不能提升冬小麥的SPAD值。冬小麥葉片的SPAD值隨著生育期的推移呈先上升后下降的趨勢，在其開花期達(dá)到最大值，這主要是由于土壤供氮能力在開花期達(dá)到最大。腐殖酸與氮肥配施才能發(fā)揮更高的肥效，提高冬小麥葉片的SPAD值，但是，與腐殖酸配施的氮肥用量要適宜，其中以腐殖酸+化肥減氮15%處理的效果最好，明顯高于其他處理，說明減氮配施腐殖酸能有效提升冬小麥的SPAD值，有效延緩冬小麥葉片的衰老，有利于持續(xù)保持冬小麥較高的光合作用，促進(jìn)冬小麥生長。但是，不施氮肥、過量施氮以及較低氮肥的施用均不利于冬小麥葉片SPAD值的提升，尤其在冬小麥生長后期下降的幅度非常大，呈急劇下降趨勢，脫肥比較嚴(yán)重，容易出現(xiàn)早衰現(xiàn)象，這與前人的研究結(jié)果[16-17]一致。

光合作用是作物物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，光合能力的大小是作物光合作用強(qiáng)弱的主要標(biāo)志，與其產(chǎn)量的高低呈正相關(guān)關(guān)系[15]。冬小麥葉片凈光合速率的大小是其光合能力強(qiáng)弱的主要指標(biāo)，它的高低能直接反映出光合作用的強(qiáng)弱[18]。本研究顯示，腐殖酸與氮肥配施更有利于冬小麥葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的提升，并明顯降低胞間CO2濃度。其中以腐殖酸+化肥減氮15%處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率最高，明顯高于其他處理，而胞間CO2濃度卻最低，說明合理施用氮肥并配施一定量的腐殖酸能有效提升冬小麥的光合速率，有利于持續(xù)保持冬小麥較高的光合作用，且此效果較為明顯，尤其是在冬小麥生長后期，明顯高于單施化肥氮磷鉀的處理。這與前人的研究結(jié)果[19]一致。卓武燕等通過對陜西和黃淮海類型的冬小麥光合特性的比較指出，黃淮海類型冬小麥的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均隨著生育期的推進(jìn)呈先上升后下降的趨勢，在開花期達(dá)到最大值，在成熟期達(dá)到最低值[20]。本研究顯示，在冬小麥的整個生育期內(nèi)，其葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率變化趨勢一致，均隨著生育期的推進(jìn)呈先上升后下降的趨勢，在開花期達(dá)到最大值，隨后緩慢下降，并在成熟期達(dá)到最低值。這也與張成軍等的研究結(jié)果[21-22]一致，即在開花期后，作物各類光合參數(shù)都出現(xiàn)降低的趨勢。本研究還顯示，冬小麥葉片胞間CO2濃度的變化趨勢恰好與其凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率變化趨勢相反，即隨著生育期的推進(jìn)呈先下降后上升的趨勢，在開花期達(dá)到最小值，隨后開始迅速上升，并在成熟期達(dá)到最大值，這與卓武燕等的研究結(jié)果[20]一致。

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