肥密互作對旱地冬小麥商麥1619旗葉光合特性、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的影響

吳秀寧， 張 軍， 王鳳娟， 王新軍， 高寶云， 趙 麟， 敬 樊

(1.商洛學院，陜西 商洛 726000； 2.洛南縣四皓街道辦農(nóng)業(yè)綜合服務站， 陜西 商洛 726000； 3.商洛市農(nóng)業(yè)科學研究所，陜西 商洛 726000)

小麥是世界范圍內(nèi)主要的糧食作物，其產(chǎn)量是品種本身遺傳特性和栽培措施共同作用的結(jié)果[1]。在栽培措施中，施肥量和種植密度對小麥產(chǎn)量的影響尤為突出[2]。光合作用是植物重要的生命特征，小麥產(chǎn)量的90%～95%來自花后的光合產(chǎn)物[3]。施肥量和播種密度是影響作物光合特性的重要栽培因素，間接影響干物質(zhì)、氮素積累，最終影響產(chǎn)量的形成[4]。在一定范圍內(nèi)，施肥量的增加會增加冬小麥分蘗，提高旗葉光合速率，促進莖葉生長，增加綠色面積，延緩功能葉的衰老進程，進而提高產(chǎn)量[5]。同樣，在一定范圍內(nèi)增加種植密度有利于增大光合面積，促進群體增長，提高干物質(zhì)積累量，進而提高小麥籽粒產(chǎn)量，但種植密度過大，會增加倒伏的概率，產(chǎn)量反而下降[6-7]。施肥水平和播種密度對小麥產(chǎn)量存在互作效應，低氮低密條件下穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量增大，但有效穗數(shù)降低，造成減產(chǎn)；高氮高密條件下有效穂數(shù)較高，但穗粒數(shù)降低，產(chǎn)量降低[8]。因此，研究種植密度和施肥量對小麥光合特性、干物質(zhì)積累、氮素積累、產(chǎn)量的影響，對集成配套栽培技術(shù)以及充分發(fā)揮優(yōu)良品種的高產(chǎn)潛力具有重要意義。

中國約2/3的小麥種植在雨養(yǎng)旱作區(qū)，且主要是旱地小麥，其產(chǎn)量水平對保障中國小麥整體高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)意義重大[9]。因特殊的地理位置，西北地區(qū)是中國優(yōu)質(zhì)小麥種植區(qū)[10]。劉璐[11]的研究結(jié)果表明，2001年陜西省的受旱面積高達91.9%。何斌等[12]基于主成分分析和層次分析，發(fā)現(xiàn)受氣候條件影響，區(qū)域性干旱的發(fā)生面積和發(fā)生程度均呈增加趨勢。受灌溉條件和對土地依賴性降低等因素的影響，農(nóng)戶多采用“一炮轟”的施肥方法[13]。商麥1619(陜審麥2014013號)是商洛學院培育的旱地小麥新品種，在渭北旱塬及同類型生態(tài)區(qū)表現(xiàn)出較好的抗旱豐產(chǎn)性，但有關(guān)該品種的配套栽培技術(shù)亟待完善。本研究擬通過研究不同施肥量和種植密度條件下旱地小麥品種商麥1619旗葉光合特性、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運及產(chǎn)量的變化，明確商麥1619在雨養(yǎng)旱作區(qū)的適宜密度、施肥量，以期為旱地小麥的豐產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

供試材料為小麥新品種商麥1619，種子由商洛市農(nóng)業(yè)科學研究所提供。試驗于2017-2019年在商洛學院張村校區(qū)秦嶺植物良種繁育中心試驗田進行，前茬為玉米。試驗地肥力均勻，可代表商洛坡塬地的肥力狀況。播前五點取樣，測定0～20 cm耕層土壤肥力。2017年土壤理化性質(zhì)為：有機質(zhì)17.91 g/kg，全氮1.03 g/kg，速效氮60.12 mg/kg，速效磷16.71 mg/kg，速效鉀104.72 mg/kg；2018年土壤理化性質(zhì)為：有機質(zhì)19.33 g/kg，全氮1.09 g/kg，速效氮74.83 mg/kg，速效磷17.83 mg/kg，速效鉀113.73 mg/kg。

試驗采用裂區(qū)設計，主區(qū)為施肥量，設置4個施肥水平，依次為75 kg/hm2(F75)、150 kg/hm2(F150)、225 kg/hm2(F225)和300 kg/hm2(F300)，參考張趙星等[14]按N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.67∶0.76的比例確定氮、磷、鉀肥用量；種植密度為裂區(qū)，設1 hm21.35×106株(D135)、1 hm21.80×106株(D180)和1 hm22.25×106株(D225)3個密度水平。試驗用肥依次為：尿素(N46%)、磷酸二銨(N18%，P2O546%)、硫酸鉀(K2O 50%)。以底肥形式，播種前結(jié)合整地一次性施入。小區(qū)面積6.5 m2(1.3 m×5.0 m)，3次重復。2017年10月23日播種，2018年為10月21日播種，人工開溝、點播，均為次年6月17日收獲，其他管理措施參照一般生產(chǎn)田。

1.2 測定指標和測定方法

1.2.1 旗葉凈光合速率和葉綠素含量 小麥進入始花期后，每個小區(qū)隨機選取中間3行100個長勢基本一致的單莖進行標記。選擇晴朗無風的上午(9∶00-11∶00)，在小麥的開花期、灌漿中期(花后10 d)和灌漿后期(花后20 d)隨機選取標記的5株小麥，用Li-6400便攜式光合儀(LI-COR公司產(chǎn)品)測定旗葉凈光合速率(Pn)。葉綠素含量測定參考蔣進等[4]的方法。

1.2.2 干物質(zhì) 在開花期和成熟期，每個處理選取中間2行1 m植株，沿根莖結(jié)合處剪去根系帶回室內(nèi)。105 ℃殺青20 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量。按面積折合，確定地上部分的生物學產(chǎn)量。

1.2.3 產(chǎn)量 在成熟期，選取小區(qū)中間3行1 m植株用于考察穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量；選每個小區(qū)中間3行中間部位2 m2計算產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2003進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS18.0進行統(tǒng)計分析。2年試驗結(jié)果趨勢基本一致。方差分析結(jié)果表明，各指標及年份間的互作不顯著，故全文采用2年數(shù)據(jù)的平均值進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 肥密互作對商麥1619旗葉凈光合速率和SPAD值的影響

表1、表2顯示，商麥1619的Pn和SPAD值均表現(xiàn)為開花期最大，之后隨著灌漿進程推進而整體呈下降趨勢。施肥量為75 kg/hm2時，商麥1619旗葉Pn和SPAD值隨著種植密度的增加而降低。施肥量為150～300 kg/hm2時，Pn和SPAD值在開花期、灌漿中期和灌漿后期隨著種植密度的增加而增加。在D135、D180和D225條件下，Pn和SPAD值隨著施肥量的增加而增大。綜合來看，F(xiàn)75×D135、F150×D225、F225×D225和F300×D225條件下商麥1619具有較高的Pn和SPAD值，F(xiàn)300×D225條件下商麥1619的Pn和SPAD值均最高。

表1 不同處理對商麥1619旗葉凈光合速率的影響

表2 不同處理對商麥1619旗葉SPAD值的影響

2.2 肥密互作對商麥1619地上部干物質(zhì)積累的影響

表3顯示，商麥1619地上部干物質(zhì)積累量在不同生育階段存在差異。在開花期，相同施肥量條件下，商麥1619的地上部干物質(zhì)積累量均隨著種植密度的增加而顯著降低。以F75處理為例，D180、D225處理下地上部干物質(zhì)積累量分別較D135處理下降8.11%和12.68%。在成熟期，除施肥量為300 kg/hm2處理外，其他施肥量處理下的商麥1619地上部干物質(zhì)積累量則隨著種植密度的增加整體呈上升的趨勢。相同播種密度下，商麥1619的地上部干物質(zhì)積累量隨著施肥量的增加總體呈增加的趨勢。以成熟期D135處理為例，F(xiàn)150、F225、F300處理下地上部干物質(zhì)積累量較F75處理增加13.60%、26.35%和32.12%?；ê蟮厣喜扛晌镔|(zhì)積累量隨著施肥量和種植密度的增加總體呈增加的趨勢。綜合開花期和成熟期的數(shù)據(jù)來看，F(xiàn)300×D135此肥密組合有利于商麥1619地上部干物質(zhì)的積累。

表3 不同處理對商麥1619地上部干物質(zhì)積累的影響

2.3 肥密互作對商麥1619產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

方差分析結(jié)果(表4)表明，施肥量和種植密度對商麥1619產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響均達到顯著水平。表5顯示，商麥1619籽粒產(chǎn)量隨著施肥量、種植密度的增大整體呈先增后減的變化趨勢。相同施肥量條件下，除施肥量為225 kg/hm2處理外，其余3個施肥水平均以D180處理下的商麥1619籽粒產(chǎn)量最高。相同種植密度下，施肥量為75～225 kg/hm2時，商麥1619籽粒產(chǎn)量隨著施肥量的增加而顯著增加，當施肥量增至300 kg/hm2時，除D135處理下的籽粒產(chǎn)量繼續(xù)增加外，另外2個種植密度處理下的籽粒產(chǎn)量則顯著降低。

表4 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的方差分析

表5 不同處理對商麥1619產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

就產(chǎn)量構(gòu)成要素來看，施肥量和種植密度對商麥1619有著不同程度的影響。穗數(shù)隨著施肥量和種植密度的增加呈上升趨勢，以F300×D225條件下最大，為1 hm24.208 3×106穗。穗粒數(shù)隨著施肥量(75～225 kg/hm2)的增加而增加，總體隨種植密度的增加而下降。以D135處理為例，與F75處理相比，F(xiàn)150、F225、F300處理下穂粒數(shù)分別增加3.98%、5.73%和5.79%；F75處理下，D180、D225處理的穗粒數(shù)則較D135處理分別下降2.97%和7.23%。千粒質(zhì)量則隨著施肥量、種植密度的增加整體呈下降趨勢，其中F75×D180處理下千粒質(zhì)量最大，為47.18 g，F(xiàn)300×D225處理下千粒質(zhì)量最小，為40.36 g。

2.4 相關(guān)性分析

表6顯示，產(chǎn)量與旗葉凈光合速率(開花期、灌漿中期、灌漿后期)、SPAD值(開花期、灌漿中期、灌漿后期)、地上部干物質(zhì)積累量(開花期、成熟期、花后)均在0.01水平呈正相關(guān)。

表6 產(chǎn)量與凈光合速率、SPAD值、地上部干物質(zhì)積累量的相關(guān)性分析

3 討 論

大量研究結(jié)果表明，開花至成熟是籽粒產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，改善此時期的旗葉性狀可以提高小麥的單株產(chǎn)量和穂粒質(zhì)量等產(chǎn)量性狀[15-17]。合理的施肥量和種植密度有助于提高旗葉的光合性能，發(fā)揮品種高產(chǎn)潛力，進而獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[3]。張趙星等[14]對普冰151開展肥密試驗，其研究結(jié)果表明，旗葉凈光合速率和SPAD值均隨著施肥量的增加先升后降，隨著種植密度的增加而下降。在本研究中，商麥1619的旗葉凈光合速率和SPAD值整體隨著施肥量(150～300 kg/hm2)和種植密度的增加呈上升趨勢，這可能與商麥1619旗葉寬大以及灌漿中后期較長的持綠性有關(guān)，亦可能是由品種、施肥量、種植密度以及環(huán)境差異引起的。此外，本試驗中旗葉凈光合速率和SPAD值隨著花后生育進程的推進呈下降趨勢，這與彭芹等[18]的研究結(jié)果一致。

源、庫是作物產(chǎn)量形成的2個方面，“源”的生產(chǎn)與干物質(zhì)積累密切相關(guān)，尤以開花期干物質(zhì)積累最為重要[19]。焦峰等[20]在龍麥26上的研究結(jié)果表明，一定范圍內(nèi)高施肥量和低種植密度有利于小麥地上部干物質(zhì)的積累。本研究也得出類似結(jié)果，相同施肥量下商麥1619在開花期的地上部干物質(zhì)積累量隨著種植密度的增加而降低，這可能與作物群體質(zhì)量變差有關(guān)。在本試驗中，較高種植密度條件下的下部葉片枯萎程度明顯高于較低種植密度條件。較大的群體使得相對養(yǎng)分占有量降低，導致對養(yǎng)分的競爭加劇，從而使干物質(zhì)積累量降低，而隨著施肥量的增加，養(yǎng)分供應充足，表現(xiàn)為干物質(zhì)積累進一步增加。

施肥量和種植密度是影響作物產(chǎn)量的重要栽培因素[21-24]，適宜的施肥量、種植密度可以有效改善產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[25]。蔣進等[4]在四川省東北部丘陵地區(qū)的研究結(jié)果表明，隨著施肥量的增加，南麥618的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)呈上升趨勢。丁位華等[26]研究發(fā)現(xiàn)，BNS雜交小麥穗數(shù)隨著種植密度的增加而增加，而穗粒數(shù)則呈下降趨勢。本研究也得到類似的結(jié)果，商麥1619的穗粒數(shù)整體隨著施肥量的增加而增加，隨種植密度的增加而下降。千粒質(zhì)量則整體隨著施肥量和種植密度的增加而下降?？梢姡梢酝ㄟ^調(diào)整施肥量和種植密度等農(nóng)藝措施來調(diào)控小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素。

在中國，約60%的小麥種在雨養(yǎng)旱作區(qū)[10]，且降雨與小麥需水關(guān)鍵期錯位[27]，導致旱作區(qū)小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)。加之小麥種植效益偏低，為旱地小麥生產(chǎn)管理尤其是施肥帶來巨大挑戰(zhàn)[28]。一次性施肥因具有生產(chǎn)輕便、節(jié)本增效和保護環(huán)境等優(yōu)點，在中國三大糧食作物上已有應用[29-30]。彭正萍等[31]的研究結(jié)果表明，一次性基施控釋氮肥處理較按農(nóng)戶施肥習慣施肥處理增產(chǎn)5.7%，氮肥利用率增加53.7%。張英鵬等[32]在棕壤土區(qū)的試驗結(jié)果表明，一次性施用緩控釋肥降低了37.0%的氮肥用量，但仍能獲得小麥的最高產(chǎn)量。在本研究中，結(jié)合區(qū)域小麥生產(chǎn)現(xiàn)狀，通過一次性施肥和適宜的種植密度來實現(xiàn)小麥增產(chǎn)，這對于旱地小麥豐產(chǎn)、高效生產(chǎn)具有借鑒意義。

在本研究條件下，2年大田試驗結(jié)果表明，施肥量225 kg/hm2、密度1 hm22.25×106株為商麥1619高產(chǎn)的最佳組合。本研究結(jié)果可為商麥1619的進一步示范推廣提供指導。