尿素類型與施肥深度對(duì)冬小麥花后旗葉光合特性與產(chǎn)量的影響

曲曉蓮 李耕 仲錦維 王升臣 張雅芹

摘要：為探究尿素類型與施肥深度對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，試驗(yàn)于2015—2016年和2016—2017年冬小麥生長(zhǎng)季進(jìn)行。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，尿素類型為主區(qū)，施肥深度為副區(qū)，主副區(qū)各設(shè)兩個(gè)水平，通過(guò)對(duì)不同處理下冬小麥花后旗葉光合特性及不同指標(biāo)的關(guān)系研究，從生理學(xué)角度揭示產(chǎn)量差異的原因。結(jié)果表明，相較于普通尿素處理，普-控釋尿素處理可顯著提高單位面積穗數(shù)和千粒重，進(jìn)而獲得高產(chǎn);相較于淺施（5cm），尿素深施（10cm）可顯著提高冬小麥產(chǎn)量。普-控釋尿素處理顯著提高花后旗葉面積和凈光合速率（Pn），有效延緩葉片衰老，旗葉面積、凈光合速率與千粒重存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，因而，小麥千粒重提高;干物質(zhì)量的增長(zhǎng)小于旗葉面積的增長(zhǎng)，比葉重較普通尿素處理降低。同時(shí)，由于葉面積的增加，普-控釋尿素處理的旗葉氮含量及單位葉面積氮含量（Narea）均有下降趨勢(shì)，但光合氮素利用效率（PNUE）顯著提高。花后旗葉面積、干重及光合氮素利用效率隨尿素施用深度的增加顯著提高。普-控釋尿素深施處理可顯著提高ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm，有效改善光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）對(duì)光能的吸收和利用性能。

關(guān)鍵詞：冬小麥;尿素類型;施肥深度;光合特性;光合氮素利用效率;產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S512.1+10.1：S143 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2021）12-0088-08

隨著農(nóng)業(yè)科技水平的不斷提高，小麥生產(chǎn)水平逐步提高，產(chǎn)量較以往也有了大幅提升。但就目前施肥方式來(lái)看，大部分小麥生產(chǎn)區(qū)仍采用傳統(tǒng)的分次施肥方式，基肥大多于翻地前撒施，肥料可隨翻動(dòng)的深淺分布于不同土層，但追肥則是表面撒施，揮發(fā)損耗較大，灌漿期往往出現(xiàn)氮素供應(yīng)不足、光合能力下降的現(xiàn)象，增產(chǎn)效果并不顯著，這明顯與高產(chǎn)、高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式不相符。控釋尿素是一類具膜尿素，可以按照特定模式釋放氮素，有效降低氮素?fù)p失，研究表明，一次性基施控釋尿素可顯著提高氮素利用效率，并在生育后期仍可持續(xù)供氮，有效延緩葉片衰老，進(jìn)而提高產(chǎn)量[1]。薛欣欣等[2]對(duì)普通尿素與控釋尿素混施的研究表明，合理的普、控尿素比更利于作物對(duì)氮素的吸收和利用，產(chǎn)量也顯著提高?？蒯屇蛩嘏c農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)合使用可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化施肥過(guò)程的同時(shí)節(jié)省勞動(dòng)力[3]。尿素施用深度與氮素的揮發(fā)和植物根系對(duì)氮素的利用相關(guān)，合理的施用深度對(duì)產(chǎn)量提高有顯著的促進(jìn)作用[4，5]。

關(guān)于控釋尿素混合肥在小麥生產(chǎn)上的應(yīng)用研究已經(jīng)很充分了，對(duì)于施肥深度也有研究，但將尿素類型與施用深度結(jié)合的試驗(yàn)尚缺乏。光合氮素利用效率（PNUE）作為衡量氮素利用的另一重要指標(biāo)多被用于植被生態(tài)學(xué)研究[6]，近年來(lái)被逐漸應(yīng)用于水稻的研究[7]，但關(guān)于小麥花后光合氮素利用效率的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以濟(jì)麥22為材料，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)置兩種尿素類型（普通尿素和普-控釋尿素），副區(qū)設(shè)兩個(gè)施肥深度（5cm和10cm），通過(guò)分析不同處理下冬小麥花后旗葉光合特性的變化，揭示小麥的氮素生理利用特性，為在簡(jiǎn)化施肥方式的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2015年10月—2016年6月和2016年10月—2017年6月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站（36°9′N，117°9′E）進(jìn)行。該區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)氣候，冬小麥生長(zhǎng)季太陽(yáng)輻射總量為3619.5MJ/m2，日照時(shí)數(shù)1480.8h，5、6月份最多;降水量448.1mm;平均氣溫10.2℃。試驗(yàn)地播前0～20cm土層土壤基本化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，尿素類型（T）為主區(qū)，設(shè)普通尿素處理（T1，100%普通尿素，40%基肥+60%追肥）和普-控釋尿素處理（T2，40%普通尿素+30%硫包膜尿素+30%樹(shù)脂包膜尿素，一次性基施）;施肥深度（D）為裂區(qū)，設(shè)5cm（D1）、10cm（D2）兩個(gè)水平。普通尿素和普-控釋尿素施純氮量均為240kg/hm2，普通尿素含氮量為46.6%，硫包膜尿素與樹(shù)脂包膜尿素含氮量均為43.5%。

基肥采用行間開(kāi)溝覆土方式施用，追肥于拔節(jié)期撒施。小區(qū)面積3m×50m=150m2。隨機(jī)分組排列，重復(fù)3次。以濟(jì)麥22為供試材料，分別于2015年10月12日和2016年10月10日播種，2016年6月6日和2017年6月5日收獲。兩年播種量均為105kg/hm2。播前一次性施入P2O5120kg/hm2、K2O120kg/hm2。其它管理同一般高產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 花后旗葉面積、干重、比葉重 于花后0、7、14、21、28d取20片主莖旗葉測(cè)量葉面積（葉面積=長(zhǎng)×寬×0.83[8]），后于105℃殺青30min，75℃烘干至恒重，稱干重。比葉重（LMA）=干重/葉面積。

1.3.2 花后旗葉氮含量 將烘干后的樣品用磨樣機(jī)粉碎，全自動(dòng)凱氏定氮儀（海能K9860）測(cè)定旗葉氮含量[9]。單位葉面積氮含量（Narea）=葉片氮含量/葉面積。

1.3.3 花后旗葉光合性能 于花后0、7、14、21、28d，使用CIRAS-2便攜式光合儀（PPSystems，美國(guó)）于晴天上午9—12時(shí)測(cè)定主莖旗葉光合速率（Pn）等參數(shù)，每處理重復(fù)10次。CO2 由環(huán)境供應(yīng)。計(jì)算光合氮素利用效率（PNUE），PNUE=Pn/Narea。

1.3.4 快速熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線 于開(kāi)花后0、7、14、21、28d，使用Handy-PEA（Hansatech，英國(guó)）測(cè)定主莖旗葉快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線（OJIP）。測(cè)定前預(yù)先將葉片暗適應(yīng)15min，每處理重復(fù)10次。通過(guò)分析OJIP曲線及計(jì)算獲得相關(guān)參數(shù)，計(jì)算公式及含義[10]（表2）如下：

ABS/CSm≈Fm;

TRo/CSm≈Fm[1-（Fo/Fm）];

ETo/CSm≈Fm[1-（Fo/Fm）]（1-Vj）。

1.3.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 于收獲期取1m×2m區(qū)域，收獲麥穗，測(cè)有效穗數(shù)，3個(gè)重復(fù);從中隨機(jī)選取具有代表性的30個(gè)穗測(cè)穗粒數(shù);自然風(fēng)干至籽粒含水率為13.5%時(shí)測(cè)千粒重及產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2016系統(tǒng)進(jìn)行處理，DPS7.05軟件統(tǒng)計(jì)分析，Duncan’s法進(jìn)行多重比較，Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析。SigmaPlot10.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 尿素類型和施肥深度對(duì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，冬小麥產(chǎn)量（圖1A）與尿素類型和施肥深度相關(guān)，2年產(chǎn)量均表現(xiàn)為普-控釋尿素配施（T2）極顯著高于普通尿素（T1），平均增產(chǎn)943.8kg/hm2;深施（D2）顯著高于淺施（D1），平均增產(chǎn)248.8kg/hm2;普-控釋尿素配合深施處理（T2D2）產(chǎn)量最高。尿素類型對(duì)有效穗數(shù)（圖1B）及千粒重（圖1C）有顯著影響，2016—2017、2015—2016年度普-控釋尿素配施處理較普通尿素處理有效穗數(shù)分別提高31.8萬(wàn)、25.1萬(wàn)穗/hm2，千粒重分別提高1.9、1.8g。不同處理下，穗粒數(shù)（圖1D）無(wú)顯著差異。

2.2 尿素類型和施肥深度對(duì)冬小麥花后旗葉干重、葉面積、比葉重的影響

由圖2可以看出，花后7d內(nèi)旗葉干重、葉面積無(wú)顯著變化或略有升高，7d后隨生育期推進(jìn)降幅加大，至花后28d旗葉干重、葉面積降至最低，較始花時(shí)（0d）分別平均降低66.6%、63.3%。除2016—2017年度普-控釋尿素處理（T2）花后0、7d旗葉干重在不同施肥深度間無(wú)顯著差異，其余各時(shí)期尿素類型和施肥深度對(duì)兩年旗葉干重和葉面積的影響差異均達(dá)顯著或極顯著水平。從主區(qū)因素來(lái)看，普-控釋尿素處理較普通尿素處理花后0、7、14、21、28d旗葉干重兩年平均分別顯著提高17.1%、20.0%、26.0%、33.9%、39.2%，葉面積分別顯著提高22.1%、27.2%、34.2%、42.0%、52.4%，尿素類型對(duì)葉面積的影響大于對(duì)旗葉干重的影響。從副區(qū)因素來(lái)看，尿素深施較淺施旗葉干重顯著提高5.3%、5.8%、9.3%、12.2%、17.1%，旗葉面積顯著提高6.3%、7.7%、10.4%、13.6%、20.2%。尿素類型與施肥深度二者交互作用對(duì)2015—2016年度花后14、21d旗葉干重影響達(dá)顯著水平。

兩年花后旗葉比葉重（圖2E、F）呈先升后降趨勢(shì)，但變幅較小。尿素類型對(duì)比葉重的影響表現(xiàn)為普通尿素>普-控釋尿素（T1>T2），尿素施用深度對(duì)比葉重影響無(wú)顯著差異。

2.3 尿素類型和施肥深度對(duì)冬小麥花后旗葉及單位葉面積氮含量的影響

由圖3可知，尿素類型對(duì)冬小麥旗葉氮含量及單位葉面積氮含量的影響差異達(dá)顯著水平（P<0.01）;相同尿素類型下，施肥深度對(duì)旗葉及單位葉面積氮含量影響趨勢(shì)一致，但差異水平隨生育時(shí)期而變化。從主區(qū)因素看，兩年試驗(yàn)結(jié)果表明，普通尿素（T1）處理的旗葉氮含量及單位葉面積氮含量較普-控釋尿素（T2）平均分別顯著提高9.7%、16.9%。從副區(qū)因素看，在普通尿素處理下，2015—2016年度花后21、28d尿素深施旗葉氮含量和單位葉面積氮含量較淺施平均顯著提高5.8%和8.4%，2016—2017年度花后14、21、28d二者分別平均顯著提高5.6%和8.8%;普-控釋尿素配施處理下，尿素深施處理較淺施同樣可提高旗葉氮含量和單位葉面積氮含量，除2016—2017年度花后28d外，差異未達(dá)顯著水平。

2.4 尿素類型和施肥深度對(duì)冬小麥花后旗葉凈光合速率、光合氮素利用效率的影響

由圖4A、B可以看出，尿素類型對(duì)冬小麥旗葉凈光合速率（Pn）的影響在花后14d達(dá)顯著水平，普-控釋尿素較普通尿素兩年平均提高5.4%（14d）、6.6%（21d）、18.2%（28d）。相同尿素類型下，施肥深度對(duì)凈光合速率的影響在花后28d達(dá)極顯著水平。T2D2較T1D1花后5個(gè)時(shí)期的凈光合速率兩年平均分別提高4.8%、6.7%、9.2%、9.8%、35.9%。

尿素類型及施肥深度對(duì)冬小麥旗葉光合氮素利用效率（PNUE）有顯著（P<0.01）或極顯著（P<0.001）影響（圖4C、D）。相較于普通尿素、淺施處理，普-控釋尿素、深施處理顯著提高花后旗葉光合氮素利用效率，兩年結(jié)果均呈現(xiàn)T2D2>T2D1>T1D2>T1D1趨勢(shì)，且隨生育期推進(jìn)，處理間差異有增加趨勢(shì)，花后7d，T2D2較T2D1、T1D2、T1D1處理分別顯著提高5.4%、19.5%、29.9%，至花后28d，差異分別達(dá)13.5%、39.6%、72.0%。

2.5 尿素類型和施肥深度對(duì)冬小麥花后旗葉光系統(tǒng)Ⅱ光能吸收和利用的影響

由圖5看出，隨生育期推進(jìn)，旗葉衰老進(jìn)程加快，開(kāi)花7d后旗葉光系統(tǒng)Ⅱ （PSⅡ）吸收（ABS/CSm）和捕獲光能（TRo/CSm）的能力顯著下降，電子傳遞能力（ETo/CSm）也呈下降趨勢(shì)。

尿素類型與施肥深度對(duì)旗葉光能利用影響顯著，相較于普通尿素，普-控釋尿素可顯著延緩這種降低趨勢(shì)，ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm分別顯著提高12.1%、14.2%、19.0%;同時(shí)，相較于淺施，尿素深施處理開(kāi)花7d后旗葉光能利用分別顯著提高5.5%、6.4%、8.4%。PSⅡ?qū)饽艿奈蘸屠镁蔜2D2>T2D1>T1D2>T1D1趨勢(shì)。

2.6 冬小麥花后旗葉性能參數(shù)相關(guān)性分析

由表3可知，PSⅡ光能吸收和利用與凈光合速率和光合氮素利用效率之間呈極顯著正相關(guān)，凈光合速率、光合氮素利用效率、葉面積與千粒重和產(chǎn)量亦呈極顯著正相關(guān)。可見(jiàn)，PSⅡ?qū)饽芾眯实奶岣呖娠@著提高花后旗葉凈光合速率和光合氮素利用效率，同時(shí)，凈光合速率和光合氮素利用效率的提高對(duì)產(chǎn)量的提高也有積極影響。

3 討論

研究表明，氮素供應(yīng)水平對(duì)小麥群體建成有顯著影響，前期氮素過(guò)量易造成分蘗大量發(fā)生，無(wú)效分蘗比例增加[11]，而花后供氮不足則影響光合產(chǎn)物的形成[12]。因此，氮素的供應(yīng)只有滿足作物的需求規(guī)律才可獲得高產(chǎn)。本研究中，普-控釋尿素配施在提高單位面積穗數(shù)的同時(shí)還提高了千粒重，群體結(jié)構(gòu)顯著優(yōu)于普通尿素處理，實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)?？梢?jiàn)，相較于習(xí)慣分次施肥方式，一次性基施普-控釋尿素處理養(yǎng)分的釋放規(guī)律更符合小麥不同生育期的要求[13]。本研究中，尿素深施處理增產(chǎn)顯著，這與氮肥深施可減少氮素的揮發(fā)和徑流損失、提高作物對(duì)氮素的吸收利用有關(guān)[14]。

小麥籽粒產(chǎn)量30%左右來(lái)源于花后旗葉光合產(chǎn)物，因此，提高花后旗葉光合特性、延長(zhǎng)光合作用期對(duì)作物增產(chǎn)有重要意義[15]。研究發(fā)現(xiàn)，花后旗葉光合特性與千粒重呈正相關(guān)，灌漿期葉片保持一定的氮素水平可延長(zhǎng)光合作用時(shí)間，從而增加粒重[16]。Richards等[17]認(rèn)為，單位面積凈光合速率的提高并不能增加作物產(chǎn)量，還要考慮到光合作用持續(xù)期和葉面積系數(shù)等因素。本研究中，千粒重與花后旗葉凈光合速率、旗葉面積存在極顯著正相關(guān)，普-控釋尿素深施處理顯著提高了花后旗葉凈光合速率，同時(shí)光合面積顯著提高，并延長(zhǎng)了光合有效期，從而促進(jìn)灌漿期光合產(chǎn)物的形成，在穗粒數(shù)無(wú)顯著差異的情況下，粒重顯著提高，進(jìn)而產(chǎn)量提高[18]。

光合氮素利用效率（PNUE）為葉片單位氮的CO2同化率，即單位面積氮素含量對(duì)應(yīng)的光合速率[19]，可以此表征作物葉片氮素生理利用率。光合氮素利用效率的提高表示單位面積氮素具有更高的最大光合速率。本研究結(jié)果表明，普通尿素處理單位葉面積氮含量顯著高于普-控釋尿素配施，但光合氮素利用效率卻顯著下降，這可能與普通尿素處理的比葉重提高、葉片加厚導(dǎo)致CO2在葉肉細(xì)胞間傳輸能力下降有關(guān)[20]。同時(shí)，葉片細(xì)胞壁變厚意味著細(xì)胞壁氮素占比增加，而光合系統(tǒng)中氮素的分配比例下降，光系統(tǒng)中捕光組分的捕光性能及Rubisco活性勢(shì)必下降，進(jìn)而表現(xiàn)為較高的單位氮含量下光合氮素利用效率的降低[21]。本研究中，普通尿素處理的PSⅡ?qū)饽芪蘸屠媚芰^普-控釋尿素處理顯著降低，與上述結(jié)論一致。

4 結(jié)論

尿素類型與施肥深度對(duì)花后旗葉光合特性影響顯著，普-控釋尿素深施可顯著提高旗葉面積和葉片干重，并顯著提高PSⅡ?qū)饽芪?、捕獲和電子傳遞能力，延長(zhǎng)光合功能期，進(jìn)而顯著提高葉片凈光合速率。同時(shí)，普-控釋尿素深施可以降低比葉重，使葉片保持適當(dāng)厚度，并提高單位葉面積氮素含量，具有較高的光合氮素利用效率，提高小麥粒重。本試驗(yàn)中，普-控釋尿素一次性基施的氮素釋放速率更符合冬小麥的養(yǎng)分需求規(guī)律，生育前期促成更多有效穗，生育后期提高旗葉光合能力并有效延長(zhǎng)光合作用期，粒重增加，促成高產(chǎn)。因此普-控釋尿素深施處理為本試驗(yàn)的最優(yōu)組合。