氮鉀固定配施下施磷量對小麥光合、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運及產(chǎn)量形成的影響

岳俊芹,李向東,邵運輝,方保停,王漢芳,張素瑜,張德奇,秦 峰,時艷華,楊 程,杜思夢

(河南省農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所，小麥國家工程實驗室，農(nóng)業(yè)部黃淮中部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室，農(nóng)業(yè)部中原地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站，河南省小麥生物學重點實驗室，河南鄭州 450002)

氮磷鉀是作物生長、產(chǎn)量形成最重要的三大營養(yǎng)元素，其合理配施對作物高產(chǎn)高效具有重要的作用[1-5]。前人研究表明，適量施氮能促進作物生長發(fā)育和增加產(chǎn)量[6-9]，而氮肥過量施用會增加生產(chǎn)成本，降低經(jīng)濟效益，同時對生態(tài)環(huán)境造成一定的影響[10-11]。磷是小麥生長發(fā)育中僅次于氮的必不可少的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，近年來磷肥施用量也日益受到諸多學者的關(guān)注[12-15]。施磷可促進小麥葉綠素的合成，顯著提高葉片凈光合速率[16]。隨施磷量的增加，小麥花后干物質(zhì)積累量及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻率均顯著增加[17]。有學者指出，合理施用磷肥可提高小麥產(chǎn)量，但過量施用不僅會降低產(chǎn)量和磷肥利用效率，而且浪費肥料資源，造成環(huán)境污染[18]。因此，確定適宜的施磷量是小麥高產(chǎn)高效栽培研究的熱點問題。前人關(guān)于施磷效應的研究也很多，但基本上將磷肥作為單因子進行分析，而針對不同氮鉀固定配施下磷肥施用量對小麥生理及產(chǎn)量影響的研究未見報道。本研究比較分析了低氮低鉀、低氮高鉀、高氮低鉀、高氮高鉀條件下施磷量對小麥光合、干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運及產(chǎn)量形成的影響，探討不同 氮鉀營養(yǎng)條件下小麥的適宜磷肥量，以期為小 麥高產(chǎn)高效栽培的肥料管理提供理論參考和 依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2014-2017年在河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開發(fā)基地(新鄉(xiāng)市平原新區(qū)，35°00′ N，113°40′ E)進行。供試品種為國審鄭麥7698。前茬為玉米，秸稈全部還田。試驗地土壤為壤土，耕層(0～20 cm)土壤有機質(zhì)含量11.58 g·kg-1，全氮含量1.18 g·kg-1，速效氮含量78.4 mg·kg-1，速效磷含量9.0 mg·kg-1，速效鉀含量98.8 mg·kg-1； 3個年度小麥播期均為10月10-12日，收獲期均為6月8-9日，3年播量均為150 kg·hm-2，行距均為20 cm，3年田間管理基本一致，同一般大田。

試驗采取裂區(qū)設計，氮鉀肥為主區(qū)，磷肥為副區(qū)。氮鉀肥設4種不同配施方式[低氮低鉀(N1K1,N 225 kg·hm-2+K2O 150 kg·hm-2)、低氮高鉀(N1K2,N 225 kg·hm-2+K2O 225 kg·hm-2)、高氮低鉀(N2K1,N 300 kg·hm-2+K2O 150 kg·hm-2)、高氮高鉀(N2K2,N 300 kg·hm-2+K2O 225 kg·hm-2)]，每種氮鉀配施方式下設0、150、225、300和375 kg·hm-25個施磷(P2O5)水平(分別用P0～P4表示)，共20個處理(表1)，每個處理3次重復，共60個小區(qū)，每個小區(qū)面積 15 m2(3 m×5 m)。磷肥和鉀肥全部基施，氮肥基追比為 1∶1，追肥時期為拔節(jié)期。其他管理措施同一般大田生產(chǎn)。氮磷肥為尿素(N≥46.4%)和磷酸二銨(P2O5∶44%,N∶16%)，鉀肥為KCl(K2O≥57%)。

表1 試驗處理

1.2 測定項目與方法

1.2.1 干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運測定

分別于開花期、成熟期每個小區(qū)取10個代表性單莖，按葉、莖鞘、穗軸(含穎殼)、籽粒等器官分樣，于烘箱中105 ℃殺青30 min后，80 ℃烘至恒重，稱干重，并計算轉(zhuǎn)運參數(shù)。

營養(yǎng)器官花前貯藏同化物轉(zhuǎn)運量=開花期地上部干物質(zhì)積累量-成熟期地上部營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量

營養(yǎng)器官花前貯藏同化物轉(zhuǎn)運效率= 營養(yǎng)器官花前貯藏同化物轉(zhuǎn)運量/開花期地上部干物質(zhì)積累量×100%

營養(yǎng)器官花前貯藏同化物對籽粒產(chǎn)量的貢獻率=營養(yǎng)器官花前貯藏同化物轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干重×100%

花后同化物輸入籽粒量=成熟期籽粒干重-營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運量

花后同化物對籽粒產(chǎn)量的貢獻率=花后同化物輸入量/收獲期單莖籽粒重×100%

1.2.2 葉綠素相對含量(SPAD)的測定

采用日產(chǎn)SPAD-502型葉綠素計，每個小區(qū)測定10片旗葉，每個葉片測定3次SPAD讀數(shù)，取平均值。

1.2.3 旗葉凈光合速率的測定

用美國LI-COR公司生產(chǎn)的便攜式LI-6400光合作用測定儀，從開花期開始在田間測定小麥旗葉凈光合速率(Pn)，每7 d測定1次，每個小區(qū)選取生長一致的10片旗葉。選擇為晴天上午 9:00-11:00，在紅藍外加光源下測定。

1.2.4 產(chǎn)量的測定

收獲時以小區(qū)為單位實收，折算出公頃產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)整理，用DPS進行統(tǒng)計分析，用Sigmaplot10.0 作圖。由于3年試驗結(jié)果趨勢基本一致，因此下文采用3年數(shù)據(jù)的平均值進行結(jié)果分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮鉀配施下施磷對小麥旗葉葉綠素含量(SPAD值)的影響

不同處理的小麥旗葉SPAD值從孕穗期至開花期緩慢上升，開花期至開花20 d保持相對穩(wěn)定，開花后20 d迅速下降(圖1)。在相同氮鉀營養(yǎng)條件下，施磷處理的旗葉SPAD值均高于不施磷處理(P0)，且均以P2處理最高，施磷水平超過P2處理時旗葉SPAD值則呈下降趨勢。開花后30 d，在N1K1、N1K2、N2K1和N2K2四種氮鉀配施條件下各處理SPAD值較開花期均下降，且均以P2處理的降幅最小，分別為33.5%、39.6%、34.9%和 38.4%。綜合來看，N1K1P2配施組合能保持小麥旗葉較高的綠色持續(xù)期。

圖柱上不同字母表示處理間差異顯著。BS：AA0、AA10、AA20和AA30分別代表孕穗期、花后0 d、花后10 d、花后20 d和花后 30 d。下圖同。

2.2 不同氮鉀配施下施磷對小麥旗葉凈光合速率的影響

氮鉀固定配施下不同施磷處理光合速率變化趨勢基本一致，開花后隨著生育進程的推進，各處理的小麥旗葉凈光合速率總體上均呈逐漸下降的趨勢，其中在開花期至開花后14 d變化較小，花后14 d之后大幅下降(圖2)。在同一氮鉀營養(yǎng)條件下不同施磷處理的Pn在花后不同生育階段均呈先增后降趨勢，以P2處理最高。開花后28 dPn值較開花期均不同程度下降，且N1K1、N1K2、N2K1和N2K2四種氮鉀配施條件下，均以P2處理的Pn下降幅度最小，分別為 37.2%、47.4%、51.4%和65.3%。綜合來看，N1K1P2配施組合下降幅度最小。

圖2 不同氮鉀固定配施下施磷對小麥旗葉光合速率(Pn)的影響

2.3 施磷對小麥花前貯藏同化物轉(zhuǎn)運和花后同化物貢獻率的影響

由表2 可以看出，4種氮鉀營養(yǎng)條件下，施磷量對花前營養(yǎng)器官貯存同化質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運效率的影響規(guī)律不明顯，但與不施磷處理相比，施磷后花后同化物量及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻率均不同程度提高。氮鉀固定配施下，在花后同化物量及其貢獻率隨著施磷量的增加呈先增后降趨勢，其中P2處理均最大，與其他處理差異均達到顯著或極顯著水平(P<0.05)。

表2 不同氮鉀固定配施下施磷對小麥花前貯藏同化物再轉(zhuǎn)運和花后同化物積累的影響

2.4 不同氮鉀配施下施磷對小麥產(chǎn)量的影響

在相同氮鉀營養(yǎng)條件下，施磷對小麥穗數(shù)影響規(guī)律不明顯，但隨施磷量的增加，產(chǎn)量、穗粒數(shù)和千粒重均呈先增后減趨勢，且以P2處理最大(表3)。其中，在相同氮鉀營養(yǎng)條件下，與P0處理相比，P2處理的增產(chǎn)率為14.91%～ 18.55%，尤以N1K1下增產(chǎn)率最高。這說明施磷對小麥的增產(chǎn)作用是主要因為增加了穗粒數(shù)和千粒重。

表3 不同氮鉀固定配施下施磷對小麥籽粒產(chǎn)量的影響

進一步通過回歸分析，小麥籽粒產(chǎn)量與磷肥施用量的關(guān)系為拋物線型(圖3)。從回歸方程看，在N1K1、N1K2、N2K1和N2K2條件下，理論最高產(chǎn)量分別為8 437.88、8 290.15、8 282.47和8 131.24 kg·hm-2，對應的施磷量分別為 224.66、219.36、222.64和223.05 kg·hm-2。由此可以看出，不同氮鉀營養(yǎng)條件下小麥高產(chǎn)的最佳施磷量不同。

A、B、C和D分別表示低氮低鉀、低氮高鉀、高氮低鉀、高氮高鉀配施條件。

3 討 論

小麥是對磷反應敏感的作物，缺磷會導致小麥分蘗數(shù)和干物質(zhì)積累量減少，降低產(chǎn)量[19]，因而科學施用磷肥是小麥增產(chǎn)的一項重要措施。適量施磷可促進小麥植株干物質(zhì)積累[20]，特別是花后干物質(zhì)積累。有研究指出，施磷量(P2O5)在0～180 kg·hm-2范圍內(nèi)，植株干物質(zhì)積累量隨施磷量增加而提高，施磷量達到180 kg·hm-2時干物質(zhì)積累量最高，當施磷量超過108 kg·hm-2時植株花后干物質(zhì)積累呈下降趨勢[21]。磷肥對小麥旗葉光合速率也有一定的影響，合理施用磷肥可有效提高小麥旗葉的凈光合速率[22-23]，磷肥缺乏或過量會使旗葉的凈光合速率下降[24]，缺磷時間越早、越長，光合速率下降幅度越大，光合功能期越短。有學者認為，合理的氮磷鉀肥配施能使小麥葉片SPAD 值提高3～17個單位[25]。本研究結(jié)果表明，施磷量(P2O5)在 0～225 kg·hm-2時，隨施磷量的增加，小麥干物質(zhì)積累量、SPAD值、光合速率均呈增加的趨勢，當施磷量超過225 kg·hm-2時，各指標又呈下降的趨勢，與前人研究規(guī)律類似[26-28]，說明磷肥的施用有一定的閾值，并非越多越好，過量施用會產(chǎn)生負 效應。

有研究認為，施用磷肥使小麥顯著增產(chǎn)，且土壤速效磷含量越低，施磷肥增產(chǎn)效果越顯著，同時產(chǎn)量亦隨施磷量的增加而增加[29-30]。對冬小麥磷肥總量控制試驗的結(jié)果表明，磷肥的施用量與冬小麥產(chǎn)量呈二次曲線關(guān)系(y=-0.572 6x2+ 3.168x+340.4)，最高產(chǎn)量的磷肥施用量為 172.5 kg·hm-2[31]。本試驗結(jié)果表明，4個氮鉀配施條件下小麥籽粒產(chǎn)量與磷肥施用量的關(guān)系均為拋物線型，最高產(chǎn)量的磷肥施用量為219.36～224.66 kg·hm-2，與前人的研究結(jié)果一致。本研究中，同一氮鉀營養(yǎng)條件下，施P2O5225 kg·hm-2(P2)處理產(chǎn)量及增產(chǎn)幅度均最大，且在N1K1(N 225 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2)下產(chǎn)量最高，這與前人得到的最佳施磷量有所不同[21,32]，這可能與品種、土壤條件，地理位置等因素有關(guān)，需進一步深入探討。本研究中，相同的磷鉀水平下，高氮處理與低氮處理相比產(chǎn)量有所下降，且在氮磷水平一定時，高鉀處理的產(chǎn)量也低于低鉀處理，說明氮磷鉀需要合適的配比才能使小麥獲得更高的產(chǎn)量，并非越多越好，這與邢丹等[33]研究的規(guī)律一致。

在不同的研究中，由于供試品種、生態(tài)條件、土壤肥力及施磷水平等因素的不同，冬小麥適宜的施磷量也不盡相同。有研究認為，施P2O590～180 kg·hm-2即可獲得高產(chǎn)[15]，在豫西旱區(qū)，施P2O5100 kg·hm-2時產(chǎn)量最高[34]，獲得最佳經(jīng)濟效益的施磷量為128.3～139.1 kg·hm-2[35]。在本試驗條件下，施磷量為219～225 kg·hm-2左右時為小麥適宜的施磷量，小麥產(chǎn)量最高。

本試驗只設常規(guī)施磷量和過量施磷量，因此具有一定的局限性，下一步會通過縮小磷肥梯度來揭示磷素與產(chǎn)量的關(guān)系。進一步深入探討不同養(yǎng)分配施對小麥生長發(fā)育內(nèi)在機理的影響和小麥生長發(fā)育對養(yǎng)分供給的響應機制。