斷根分層施肥對冬小麥生長及生理生化與產(chǎn)量的影響

殷登科，王艷平，修玉峰，肖春紅，于秀麗，王玉美*

(1.青島西海岸省級農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管委會，山東 青島 266400；2.青島西海岸新區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 青島266400；3.青島理工大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，山東 青島266000；4.濰坊市濰城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 濰坊 261000)

0 引言

【研究意義】小麥是我國三大糧食作物之一，其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是糧食安全的重要保證[1]。小麥機械斷根施肥，能解決根系冗余，代替人工劃鋤和追肥。因此，開展以減少小麥化肥施用量、降低人工成本為目標，基于新型農(nóng)機配套的斷根分層施肥技術(shù)[2]研究，對小麥產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】余松烈等[3]對小麥斷根研究發(fā)現(xiàn)，在冬前、返青或起身期于麥田間深耘，可疏松土壤、降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，形成疏松的表層，保墑較好；侯凱旋等[4]對花生斷根培土研究表明，花生在斷根初期抑制果針形成、入土和莢果發(fā)育，降低花生主莖高度和側(cè)枝長度，增加莖、葉干物質(zhì)重，從而增加結(jié)果數(shù)和莢果干物重，顯著提高花生莢果產(chǎn)量；有研究顯示，施用化學(xué)肥料對作物產(chǎn)量的貢獻率在30%～50%[5-6]，1970-2018年我國化肥用量增長率是糧食產(chǎn)量增長率的8.7倍[7]，即糧食產(chǎn)量與施肥量沒有同步增長。當前，小麥生產(chǎn)中仍存在化肥施用時期不合理、利用率不高、施肥方式單一和工作效率低下等問題，與我國資源、環(huán)境與成本效益等方面的需求矛盾對立[8]。【研究切入點】目前，對小麥生產(chǎn)技術(shù)的研究多集中于各單因子對其增產(chǎn)效果的影響，而有關(guān)施肥時期、施肥量、斷根深度與機械化作業(yè)，多因子同步交互作用對冬小麥增產(chǎn)增效的影響研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為降低冬小麥春季鋤地、斷根、施肥的生產(chǎn)成本，結(jié)合冬小麥生產(chǎn)實際，開展小麥分層斷根和不同施肥量效果對比試驗，以期為小麥增產(chǎn)增效及開發(fā)推廣小麥斷根分層施肥智能精密控制技術(shù)與裝備提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在黃島區(qū)六汪鎮(zhèn)東澇村冬小麥大田進行，占地0.75 hm2，地勢平坦，排灌條件較好，砂壤土，前茬玉米，產(chǎn)量7 500 kg/hm2。土壤堿解氮90.6 mg/kg、速效磷42.9 mg/kg、速效鉀93.8 mg/kg、全氮1.4%、有機質(zhì)1.2%、pH 6.76。

1.2 試驗材料

1.2.1 小麥 供試材料為濟麥22。

1.2.2 肥料 配方肥(N-P-K=16-14-12)，購自青島瑞民資源綜合利用有限公司；包膜尿素(含N≥46.0%)，購自河南農(nóng)心肥業(yè)有限公司。

1.2.3 儀器設(shè)備 小麥斷根分層施肥智能精密控制裝備(CN210168442U)，青島市樅森農(nóng)業(yè)機械研究所研發(fā)；葉綠素儀(YK-YL02)，山東云科智能科技有限公司；光合測定儀(LI-6400XT)，北京力高泰科技有限公司。

1.3 試驗設(shè)計

采用雙因素試驗設(shè)計，施肥深度(A)：斷根10 cm(A1)、斷根15 cm(A2)、斷根20cm(A3)；包膜尿素施用量(B)：75 kg/hm2(B1)、112.5 kg/hm2(B2)、150 kg/hm2(B3)。共設(shè)10個處理：A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3，以不分層斷根追肥為對照(CK)，3次重復(fù)，隨機排列，小區(qū)面積120 m2。

1.4 試驗方法

2019年10月進行小麥田間試驗，播種時統(tǒng)一基施小麥配方肥750 kg/hm2。處理間和重復(fù)間分別設(shè)0.5 m和0.2 m的觀察道，試驗地周圍設(shè)保護區(qū)。對照區(qū)采用冬小麥常規(guī)栽培管理方法。各處理冬小麥在返青期進行斷根施肥，小麥斷根分層施肥智能精密控制裝備通過行走架與作業(yè)架連接，快速調(diào)節(jié)斷根刀深度，通過中間軸用地輪驅(qū)動施肥器，保持地輪與施肥器的同步性，高精度傳動，單位長度內(nèi)均勻施肥，均由專人當天完成，其他栽培管理措施同常規(guī)大田。

1.4.1 地上部干重 選晴好天氣，各小區(qū)隨機選取10株冬小麥采集拔節(jié)期、抽穗期、開花期和灌漿期的地上部鮮樣，殺青，l05°C烘干至恒重，稱量地上部干重，取平均值。

1.4.2 葉綠素含量 從冬小麥開花開始，每隔7 d各小區(qū)隨機選取10株小麥，每株選取3片主莖葉用葉綠素儀測定葉綠素含量，取平均值。

1.4.3 凈光合速率 從冬小麥開花開始，選晴好天氣，每隔7 d各小區(qū)隨機選取10株小麥，每株選取1片健康小麥旗葉，在9：00—11：00用光合測定儀測定凈光合速率，取平均值。

1.4.4 產(chǎn)量 成熟前在各小區(qū)隨機選取完整的1 m2冬小麥，統(tǒng)計小麥成穗數(shù)；成熟期各小區(qū)隨機選取1 m(雙行)的小麥測穗實粒數(shù)，待小麥完全風干脫粒后測定千粒重，并計算理論產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2007和SPSS 22.0對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理冬小麥的地上部干重

從圖1看出，不同處理拔節(jié)期至灌漿期冬小麥的地上部干重均依次為A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1>CK，隨延長生育期呈遞增趨勢，均以A1B2最高，分別為3.5 g、14.4 g、28.0 g和47.4 g；以CK最低，分別為3.3 g、9.8 g、21.5 g和39.8 g。在灌漿期，A1B2、A1B3、A2B3、A1B1、A2B2、A3B2、A2B1、A3B3和A3B1的地上部干重分別是CK的1.19倍、1.18倍、1.13倍、1.13倍、1.1倍、1.09倍、1.07倍、1.06倍和1.04倍。

圖1 不同處理拔節(jié)期至灌漿期冬小麥的地上部干重

2.2 不同處理冬小麥的葉綠素含量

由圖2可知，不同處理冬小麥的葉綠素含量變化存在明顯差異，葉綠素含量依次為A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1>CK，隨時間呈先升后降趨勢，均在開花后14 d達最大值，分別為43.3 mg/g DW、39.1 mg/g DW、37.5 mg/g DW、36.2 mg/g DW、33.8 mg/g DW、32.0 mg/g DW、31.5 mg/g DW、31.4 mg/g DW、31.0 mg/g DW、30.9 mg/g DW，較CK分別高12.4 mg/g DW、8.2 mg/g DW、6.6 mg/g DW、5.3 mg/g DW、2.9 mg/g DW、1.1 mg/g DW、0.6 mg/g DW、0.5 mg/g DW、0.1 mg/g DW。

圖2 不同處理冬小麥的葉綠素含量

2.3 不同處理冬小麥的凈光合速率

從圖3看出，不同施肥方式對冬小麥凈光合速率的影響較大，凈光合速率大致為A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1>CK，隨花期呈逐漸降低趨勢，各處理間的降低程度有所不同。小麥開花后，平均凈光合速率以A1B2最高，達25.44 μmol/(m2·s)；A1B3次之，為23.64 μmol/(m2·s)；CK最低，為20.35 μmol/(m2·s)。

圖3 不同處理冬小麥的凈光合速率

2.4 不同處理冬小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表1可知，不同處理冬小麥的單位穗數(shù)依次為CK>A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1；穗粒數(shù)以A1B2最高，為32.1粒/穗，CK最低，為29.9粒/穗；千粒重依次為A1B2>A1B3=A3B2>A2B1>A2B3>A1B1>A2B2>A3B3>A3B1>CK；A1B2的單位穗數(shù)較CK減少2.94%，但其穗粒數(shù)和千粒重分別比較CK高7.18%和5.24%。產(chǎn)量依次為A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1>CK，除A3B1、A3B2和A3B3外，各處理與CK間差異顯著，以A1B2最高，較CK高9.46%。表明，斷根施肥處理減少小麥的單位穗數(shù)，增加穗粒數(shù)和千粒重，從而提高小麥產(chǎn)量。

表1 不同處理冬小麥的產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量

3 討論

小麥地上部干物質(zhì)積累總量與根系吸收土壤養(yǎng)分總量呈正相關(guān)[9]。試驗結(jié)果表明，不同處理拔節(jié)期至灌漿期小麥的干物質(zhì)積累差異明顯，隨生育期呈遞增趨勢。地上部干物質(zhì)以在斷根10 cm處施包膜尿素112.5 kg/hm2最高，以不分層斷根追肥最低。表明斷根分層施肥處理能促進土壤養(yǎng)分吸收，增加小麥地上部干物質(zhì)積累，且在斷根10 cm處施包膜尿素112.5 kg/hm2土壤養(yǎng)分吸收最好，化肥利用率最高。

小麥旗葉的葉綠素含量可反映葉片的光合能力，光合能力越強，葉片積累的光合產(chǎn)物越多，從而提高產(chǎn)量[10]。冬小麥斷根分層施肥在開花后7 d、14 d、21 d和28 d的葉綠素含量均高于不分層斷根追肥，表明斷根施肥可提高小麥的葉綠素含量。其中，在斷根10 cm處施包膜尿素112.5 kg/hm2的小麥葉綠素含量最高。小麥凈光合速率與小麥光合產(chǎn)物呈正相關(guān)，適宜的光合速率是小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素之一。試驗結(jié)果表明，不同施肥方式對冬小麥凈光合速率的影響較大，隨時間呈逐漸降低趨勢，且不分層斷根追肥的凈光合速率均低于各施肥處理。表明，適宜的斷根深度和施肥量可促進小麥的光合作用，以在斷根10 cm處施包膜尿素112.5 kg/hm2最好。

孫坤雁等[11-12]研究表明，不同施肥模式和控釋肥不同施肥位置及深度對小麥產(chǎn)量及根區(qū)土壤養(yǎng)分的影響較大。周偉等[13]研究表明，濟麥22的穗數(shù)可高達675～825萬穗/hm2，穗粒數(shù)35.7粒，千粒重45 g。試驗結(jié)果表明，斷根施肥處理可減少冬小麥的單位穗數(shù)，增加穗實粒數(shù)和千粒重，顯著提高產(chǎn)量，與石巖等[14-16]的研究結(jié)果一致。綜合看，小麥斷根分層施肥智能精密控制裝備在實際生產(chǎn)中操作方便、省工省時、工作效率高，與人工斷根施肥操作比，工作效率可提高70%以上。

4 結(jié)論

斷根分層施肥對冬小麥的地上部干物質(zhì)積累、葉綠素含量、凈光合速率和產(chǎn)量均有影響。與不分層斷根追肥比，采用斷根分層施肥能顯著提高其產(chǎn)量。當斷根深度為10 cm、施用包膜尿素112.5 kg/hm2時，各指標均表現(xiàn)最優(yōu)，小麥產(chǎn)量增幅最大，比不分層斷根追肥增產(chǎn)9.46%。小麥分層斷根施肥智能精密控制裝備可實現(xiàn)大面積小麥早春機械施肥，適于當前實際生產(chǎn)，可進行大規(guī)模推廣。