深松分層施肥播種對小麥旗葉特征及干物質(zhì)積累的影響

張璐鑫，辛秀竹，王益，王志杰，未祎，代一斐，尹寶重

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院，河北 保定 071000）

小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物之一，生產(chǎn)上常采用施肥的方式促進小麥增產(chǎn)，但施肥方法影響著肥料養(yǎng)分的吸收。氮肥施用形式會影響根系的生長和分布，對氮素利用效率也有直接影響[1，2]。施肥方式不當(dāng)不僅會導(dǎo)致氣態(tài)氮素?fù)p失，如氨揮發(fā)、氧化亞氮排放等，還會導(dǎo)致土壤中硝態(tài)氮損失、磷素在表層大量累積等。研究表明，影響小麥產(chǎn)量的主要因素是深層土壤養(yǎng)分不足[3]，肥料深施較表施更有利于作物對肥料的吸收和利用[4]。深層施肥可以促進小麥各生長發(fā)育時期地上部干物質(zhì)的積累，對花后干物質(zhì)積累也有明顯的促進作用[5]；能使小麥初期生長旺盛，中期和后期生長穩(wěn)定，單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)增加，明顯提高對養(yǎng)分的吸收[6]。沈玉芳等[7]在嚴(yán)控土壤水分條件下深施肥料，發(fā)現(xiàn)冬小麥有效葉面積、株高和地上生物量均顯著增加。李華偉等[8]通過優(yōu)化栽培技術(shù)發(fā)現(xiàn)，分層施肥不僅促進了小麥根系的生長發(fā)育，更在后期提高了小麥的千粒重及群體穗數(shù)，進而提高了小麥產(chǎn)量。王錫久等[9]指出，深松與分層施肥耦合不僅可以提高肥料利用率，還可以促進冬小麥增產(chǎn)。通過深松與分層施肥耦合技術(shù)研究小麥子粒產(chǎn)量形成與分層施肥的關(guān)系，確定適宜的化肥施用量，以期為小麥高產(chǎn)提供經(jīng)濟有效的施肥技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗冬小麥品種為冀麥585，由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所選育。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)辛集試驗站（東經(jīng)115°22′，北緯37°92′）進行。冬小麥播種前試驗地0～20 cm 耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機質(zhì)13.7 g/kg、全氮1.3 g/kg、堿解氮68.0 mg/kg、速效磷24.4 mg/kg、速效鉀125.7 mg/kg。

2017 年小麥播種前整地施肥，試驗底肥施用方式設(shè)深松分層施肥和常規(guī)施肥（CK）2 種方法，其中深松分層施肥方法又根據(jù)上下層土壤各養(yǎng)分施用量的不同分為4 個處理（表1）。深松分層施肥處理的深松深度為30 cm，其中0～15 cm 為上層、15～30 cm 為下層。所有處理的底肥N、P2O5、K2O 施用量均為120 kg/hm2。小區(qū)面積148 m×9 m，隨機區(qū)組設(shè)計，每小區(qū)進行1個施肥重復(fù)，每處理均3 次重復(fù)。小麥播種前造墑，灌水量525 m3/hm2；10 月13 日采用15 cm 等行距方式播種，播種量180 kg/hm2，播深3 cm。2018 年分別在小麥拔節(jié)期和開花期各灌水1 次，每次灌水量均為50 m3/hm2，隨第一水追施氮肥（N）120 kg/hm2；6 月10日收獲。小麥其他管理措施同大田常規(guī)。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 小麥農(nóng)藝性狀。小麥開花期，每小區(qū)隨機取植株樣品15 株，采用常規(guī)方法測定株高、莖粗、旗葉面積和次生根數(shù)量。

表1 試驗設(shè)計的底肥分層施用方式及其各養(yǎng)分施用量Table 1 Treatments of layered fertilization and application amount （kg/hm2）

1.2.2.2 各器官干物質(zhì)積累。小麥成熟期，每小區(qū)隨機取植株樣品10 株，將莖（含葉鞘）、葉、穗分離，分別置烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，再80 ℃烘干至恒重，用電子天平秤量各器官的干物質(zhì)重。根據(jù)公式，計算不同器官的干物質(zhì)分配比例：

各器官的干物質(zhì)分配比例=各器官的干物質(zhì)積累量/植株地上部的干物質(zhì)積累量×100%

1.2.2.3 旗葉光合色素含量和含水量。灌漿后期，旗葉尖端開始出現(xiàn)黃化起，每隔1～2 d，每小區(qū)選擇長勢基本一致的旗葉10 片，用葉綠素儀分別測定每個旗葉上部、中部和基部的SPAD 值，取3 個部位的平均值代表該旗葉的SPAD 值。同時，將測定完SPAD值后的葉片取下稱量鮮重，烘干后稱量干重，計算葉片含水量〔（旗葉鮮重-旗葉干重）/旗葉鮮重×100%〕。

1.2.2.4 產(chǎn)量構(gòu)成。小麥成熟期，每小區(qū)取1 m 雙行的小麥樣點，統(tǒng)計樣點內(nèi)的有效穗數(shù)（穗粒數(shù)多于5粒）[10]。在每樣點中隨機選擇20 個麥穗，測定穗粒數(shù)和千粒重。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 利用Microsoft Excel 2019 和SPSS 23 軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，利用Excel 2019和Origin 2020 軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同深松分層施肥處理對小麥農(nóng)藝性狀的影響

深松分層施肥處理的株高均顯著＞CK，增幅均為7 cm 左右，但不同深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值差異均不顯著；莖粗均＞CK，除T2處理外，其他3 個處理與CK 差異均達到了顯著水平，但不同深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值差異均不顯著；旗葉面積均顯著＞CK，且不同深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值差異也達到了顯著水平，其中T1處理指標(biāo)值最大、T2處理指標(biāo)值最小，二者差異顯著，但均與其他2 個深松分層施肥處理差異不顯著；根系數(shù)量均＞CK，且不同深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值差異也達到了顯著水平，其中T1處理指標(biāo)值最大且顯著＞除T3處理之外的其他2 個深松分層施肥處理，而T3處理與其他3 個深松分層施肥處理差異均不顯著（表2）。表明不同的深松分層施肥處理均可顯著促進小麥株高生長和旗葉面積增大，有利于莖稈粗度增大和根系數(shù)量增多，其中T1處理效果最好，該處理下莖粗、旗葉面積和根系數(shù)量均為最大，株高與其他3 個深松分層施肥方式處理基本相當(dāng)。

表2 不同施肥處理下冬小麥的農(nóng)藝性狀Table 2 Agronomic characters of winter wheat under different fertilization treatments

2.2 不同深松分層施肥處理對小麥中后期旗葉SPAD值和含水量的影響

2.2.1 旗葉SPAD 值 一般葉片SPAD 值與葉綠素含量呈正相關(guān)，因此可通過測定葉片SPAD 值來監(jiān)測小麥生長中后期葉片葉綠素含量的變化。小麥生長中后期，葉片開始衰老，其中CK 的旗葉SPAD 值隨生育進程一直呈逐漸降低趨勢；但不同深松分層施肥方式下，小麥旗葉SPAD 值的變化出現(xiàn)一定差異（圖1）。

圖1 不同施肥方式下冬小麥中后期旗葉SPAD 值的變化Fig.1 Changes of SPAD value of flag leaf at the middle and later stages of winter wheat under different fertilization methods

5 月30 日～6 月1 日，除T4處理的旗葉SPAD 值呈先升高后降低變化外，其他處理的旗葉SPAD 值均逐漸降低。5 月30 日CK 的旗葉SPAD 值＞各深松施肥處理。5 月31 日T4處理的旗葉SPAD 值較前一天升高了0.3，指標(biāo)值達到最大，且為所有處理最高；其他處理的指標(biāo)值均較前一天降低，其中CK 指標(biāo)值降低了1.8，T1、T2、T3處理指標(biāo)值分別降低了1.2、3.8和1.7。6 月1 日所有處理的旗葉SPAD 值均較前一天降低，其中T4處理降低緩慢，指標(biāo)值仍為所有處理最高。表明5 月30 日～6 月1 日T4處理對控制葉片衰老效果較好。

6 月1 日之后至成熟，所有處理的旗葉SPAD 值均大幅度降低，但不同處理的指標(biāo)值降幅有所不同；至6 月7 日所有處理的旗葉SPAD 值趨于一致。6 月2～7 日CK、T1、T2、T3、T4處理的旗葉SPAD 值分別下降了11.0、8.4、10.2、9.8 和10.0，該階段CK 的旗葉SPAD 值始終高于各深松施肥處理。深松分層施肥方式下，T2處理的旗葉SPAD 值降幅最小，其中6 月7 日指標(biāo)值與6 月5 日相比僅下降了0.4。表明6 月1日以后至成熟T2處理在一定程度上能夠減緩葉片衰老，延長子粒灌漿時間。

3) 對比模型B、C和模型D、E，可知增設(shè)的抗震墻在結(jié)構(gòu)中不參與承受豎向荷載時較參與承受豎向荷載抗震能力有所提高.

僅從施肥方式對小麥中后期葉片葉綠素含量的影響看，CK 對控制葉片衰老更為有利；深松分層施肥方式下，T2處理的旗葉SPAD 值降幅相對較小，在一定程度上能夠減緩葉片衰老，延長子粒灌漿時間。

2.2.2 旗葉含水量 小麥生長中后期，旗葉含水量隨生育進程而降低；但不同深松分層施肥方式下，小麥旗葉含水量的變化出現(xiàn)一定差異（圖2）。

圖2 不同施肥方式下冬小麥中后期旗葉含水量的變化Fig.2 Changes of water content of flag leaf at the middle and later stages of winter wheat under different fertilization methods

5 月26 日～6 月3 日，所有處理的旗葉含水量均降低相對緩慢，其中CK 的降幅＜各深松分層施肥處理。6 月3 日CK 的旗葉含水量最高，與5 月26 日指標(biāo)值相比僅降低了2.51%；T1、T2、T3、T4處理的旗葉含水量較5 月26 日分別降低了23.15%、23.78%、17.62%、20.50%，降幅相對較大。

6 月3～7 日，所有處理的旗葉含水量均迅速下降，其中CK 的降幅＜各深松分層施肥處理，指標(biāo)值一直居于最高。6 月7 日CK 的旗葉含水量最高，與6 月3日指標(biāo)值相比下降了29.57%；T1、T2、T3、T4處理的旗葉含水量較6 月3 日分別降低了41.26%、42.09%、41.09%、50.09%，其中T4處理降幅最大。

在小麥生長中后期，各深松分層施肥處理的旗葉含水量降幅均明顯＞CK，6 月2 日后指標(biāo)值均＜CK。可以看出，與CK 相比，試驗的各深松分層施肥方式均不利于延緩小麥后期衰老。

2.3 不同深松分層施肥處理對小麥干物質(zhì)積累量的影響

深松分層施肥處理的葉、莖稈（含葉鞘）和穗干物質(zhì)積累量均＞CK，但不同深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值差異均不顯著（表3）。其中，T1處理的葉片干物質(zhì)積累量最大且顯著＞CK，其他深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值與CK 差異均不顯著；T1和T3處理的莖稈（含葉鞘）干物質(zhì)積累量顯著＞CK，其他2 個深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值與CK 差異均不顯著；穗干物質(zhì)積累量為24.68～27.39 g，均顯著＞CK，且除T3處理外其他3 個分層施肥方式處理的指標(biāo)值均達到了27 g 左右，其中T2處理指標(biāo)值最大。

進一步對各器官的干物質(zhì)分配比例進行分析發(fā)現(xiàn)，葉部干物質(zhì)分配比例除T2處理外，其他深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值均＞CK，其中T1處理指標(biāo)值最大，為7.73%；莖稈（含葉鞘）干物質(zhì)分配比例均＜CK，分別較CK 減少了4.16%、5.36%、2.30%和4.19%，其中T2處理的指標(biāo)值最低；穗部分配比例為58.51%～62.36%，均＞CK，其中T2處理指標(biāo)值最大、T4處理次之，二者指標(biāo)值均超過了60%。

綜上分析可以看出，不同的深松分層施肥處理均可以促進冬小麥各器官干物質(zhì)積累，降低干物質(zhì)向莖稈（含葉鞘） 中的轉(zhuǎn)移比例，提高向穗部干物質(zhì)的分配比例，其中T2處理效果最高，該處理下穗部干物質(zhì)積累量和分配比例均為最大，且其他器官的積累量也較高。通過深松耕作方式+適當(dāng)?shù)姆謱邮┓逝浔瓤梢哉{(diào)控土壤的養(yǎng)分供應(yīng)狀況，提高氮肥利用率，更能促進小麥高產(chǎn)。

表3 不同施肥方式下冬小麥各器官的干物質(zhì)積累量與分配比例Table 3 Dry matter accumulation and proportion of different parts of winter wheat under different fertilization methods

2.5 不同深松分層施肥處理對小麥產(chǎn)量的影響

深松分層施肥處理的小穗數(shù)除T3處理顯著＞CK、T1處理顯著＜CK 外，其他2 個處理與CK 差異均不顯著。表明不同深松分層施肥方式處理對小麥小穗數(shù)的影響不同，除T1處理對小麥小穗數(shù)有明顯的抑制作用外，其他處理效果均較好，其中T3處理對促進小穗數(shù)增多效果明顯。

深松分層施肥處理的不孕小穗比例均≤CK，其中T2處理的指標(biāo)值最低且與CK 差異達到了顯著水平，其他3 個處理與CK 差異均不顯著。表明深松分層施肥處理不會增大小麥不孕小穗的比例，其中T2處理可以明顯降低小麥的不孕小穗比例。

深松分層施肥處理的穗長均＞CK，且不同深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值差異也達到了顯著水平，其中T3處理指標(biāo)值最大、T1處理次之，二者差異不顯著，但均顯著＞CK；其他2 個深松分層施肥方式處理與CK 差異均不顯著。表明不同的深松分層施肥處理均可以促進小麥穗長增大，其中T3和T1處理效果顯著。

深松分層施肥處理的穗粒數(shù)均顯著＞CK，增幅為15.73%～25.38%；但不同深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值差異均不顯著，其中T2處理穗粒數(shù)最多。表明深松分層施肥處理可以明顯促進小麥穗粒數(shù)增多，但不同深松分層施肥方式處理之間效果基本相當(dāng)。

深松分層施肥處理的千粒重均＜CK，且不同深松分層施肥方式處理的指標(biāo)值差異也達到了顯著水平，其中T3處理、T4處理和CK 三者差異均不顯著，但均顯著＞其他2 個深松分層施肥方式處理。表明深松分層施肥處理對提高小麥千粒重有所抑制，其中T3和T4處理的抑制作用不明顯。

深松分層施肥處理的產(chǎn)量為7 571.7～8 808.6 kg/hm2，均顯著＞CK，增產(chǎn)率為19.3%～38.8%；且不同深松分層施肥方式處理的產(chǎn)量差異也達到了顯著水平，其中T4處理指標(biāo)值最高、T2處理次之，二者差異不顯著，但均顯著＞其他2 個深松分層施肥方式處理。表明不同的深松分層施肥處理均可以明顯提高小麥產(chǎn)量，其中T4和T2處理效果更好。

小麥產(chǎn)量是單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重綜合作用的結(jié)果。深松分層施肥處理可以明顯提高單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)，但不利于粒重的增大。T4處理下單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著增多，千粒重降低不明顯，產(chǎn)量構(gòu)成三因素協(xié)調(diào)，最終產(chǎn)量最高。

表4 不同施肥方式下冬小麥的穗部發(fā)育特征及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)Table 4 Characteristics of ear development and yield composition of winter wheat under different fertilization treatments

3 結(jié)論與討論

3.1 不同深松分層施肥處理對小麥農(nóng)藝性狀的影響

小麥農(nóng)藝性狀是其生長發(fā)育時期綜合情況的反映。Law 等認(rèn)為小麥株高與子粒產(chǎn)量呈正相關(guān)，除此之外許多研究也表明，小麥倒三葉（旗葉、倒二葉、倒三葉）尤其是旗葉、莖粗、根系數(shù)量與小麥產(chǎn)量均呈正相關(guān)[11]。本研究結(jié)果表明，不同的深松分層施肥處理均可顯著促進小麥株高生長和旗葉面積增大，有利于莖稈增粗和根系數(shù)量增多。旗葉是小麥重要的光合器官，其組織結(jié)構(gòu)和生理功能對小麥產(chǎn)量有重要影響，花后同化產(chǎn)物有74%～98%會轉(zhuǎn)移到子粒[12]。小麥根系數(shù)量影響著小麥吸水和土壤中各種養(yǎng)分的吸收，其關(guān)系到小麥形態(tài)及子粒數(shù)量。耕作方式與施肥配比對小麥農(nóng)藝性狀有重要影響，本研究結(jié)果與楊曉曉等[13]試驗結(jié)果一致。

3.2 不同深松分層施肥處理對小麥中后期旗葉SPAD值和含水量的影響

葉片衰老過程中葉綠素不斷分解，最終失去光合能力。小麥生長中后期，所有處理的旗葉葉綠素含量均呈降低趨勢，但本研究條件下總體來看，CK 降速較慢，指標(biāo)值普遍高于深松分層施肥處理，即在0～15 cm土層氮、磷、鉀施用量均為120 kg/hm2時最為有利，葉綠素穩(wěn)定時間較長，小麥旗葉葉綠素控制能力較好。施用肥料可以延緩小麥早衰的研究結(jié)果與牛立元等[14]觀點一致；不同的深松分層施肥方式處理下，T2處理在一定程度上能夠減緩葉片衰老，延長子粒的灌漿時間。

植物組織相對含水量可以反映植物體內(nèi)水分的虧缺程度，旗葉相對含水量可以密切反映水分供應(yīng)與蒸騰之間的平衡關(guān)系[15]。本研究結(jié)果顯示，5 月30 日～6月7 日不同處理的小麥旗葉相對含水量均處于下降狀態(tài)，其中6 月3～7 日各深松分層施肥處理的旗葉含水量均明顯低于對照，說明深松+分層施用一定比例的氮磷鉀肥可延緩小麥葉片衰老，降低旗葉失水速率以減少水分散失，維持體內(nèi)水分代謝的相對穩(wěn)定，為小麥子粒灌漿提供更久的含水量和養(yǎng)分供給，這一研究結(jié)果與前人報道一致。

3.3 不同深松分層施肥處理對小麥干物質(zhì)積累量的影響

農(nóng)作物產(chǎn)量很大程度上取決于光合產(chǎn)物的積累與分配。史春余等[19]研究表明，莖葉生長旺盛，生殖器官光合產(chǎn)物積累量低，會導(dǎo)致干物質(zhì)在子粒中的分配比例降低，農(nóng)作物產(chǎn)量下降。本研究結(jié)果顯示，深松分層施肥處理可促進小麥各器官干物質(zhì)的積累，其中下層（15～30 cm）施氮處理的干物質(zhì)積累量與不施氮處理差別不大，但下層土壤氮含量高時有利于小麥干物質(zhì)量的積累。

3.5 不同深松分層施肥處理對小麥產(chǎn)量的影響

小麥產(chǎn)量是單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重綜合作用的結(jié)果，不同產(chǎn)量水平下各因素對子粒產(chǎn)量的貢獻不同[20]。小麥產(chǎn)量三要素之間存在著一定的制約關(guān)系，三者乘積最大時產(chǎn)量最高。在一定施肥量范圍內(nèi)，隨著施氮量的增大，單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)逐漸增多，千粒重逐漸降低，但子粒產(chǎn)量呈上升趨勢；進一步增施氮肥，單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)仍呈增多趨勢，但千粒重下降較多，致使產(chǎn)量也開始下降[21，22]。本研究中，各深松分層施肥處理均可以顯著增加單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)，明顯提高產(chǎn)量；下層（15～30 cm）磷肥和鉀肥施用量相同條件下，千粒重隨著氮肥施用量的增加呈先增加后下降趨勢，與前人研究結(jié)果一致。