不同新型肥料對小麥光合特性、冠層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的影響

于國宜 孔令聰 張 亮 韋 志 王永玖 王 智 杜祥備

（1安徽皖墾種業(yè)股份有限公司，230061，安徽合肥；2安徽省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，230031，安徽合肥）

小麥是世界第一大糧食作物，也是中國三大糧食作物之一[1-2]。黃淮海地區(qū)是我國小麥主產(chǎn)區(qū)，目前小麥生產(chǎn)中普遍存在肥料用量過高、施用方式不合理、養(yǎng)分損失嚴重等問題[3-4]，已成為制約小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)的主要因素之一。傳統(tǒng)無機化肥流失快，利用率低，易造成環(huán)境污染[4]。因此，高效的新型肥料及合理的施肥技術(shù)成為當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究的熱點[5]。

新型肥料是在常規(guī)有機肥和化肥的基礎(chǔ)上，通過物理、化學或生物方法制作的肥料，包括微生物肥料、調(diào)節(jié)劑類、腐植酸肥料、添加劑類和氨基酸肥料等各種類型。目前市場上新型肥料種類繁多、原料多元化，制作工藝和增效機制各不相同，不同產(chǎn)品使用效果差異較大。針對不同類型的新型肥料在小麥生產(chǎn)上的應(yīng)用效果，不同學者開展了大量研究，有研究[6]發(fā)現(xiàn)施用生物炭增加了華北平原冬小麥土壤水分含量，提高了籽粒產(chǎn)量和水分利用效率；在砂姜黑土中使用緩釋肥提高了各生育期小麥次生根數(shù)、分蘗數(shù)、株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)重和養(yǎng)分積累量，小麥產(chǎn)量顯著提高[7-9]。面對市場上種類繁多的新型肥料，如何選擇適宜的肥料成為難題。目前有關(guān)新型肥料的研究多是針對單一肥料種類和常規(guī)肥料間對比[5-9]，缺乏不同類型新型肥料施用效果的對比。

為明確不同新型肥料在小麥上的應(yīng)用效果及增產(chǎn)機理，在安徽省懷遠縣龍亢農(nóng)場開展大田試驗，研究不同肥料類型（普通肥、保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥、土壤改良劑+習慣施肥和習慣施肥）對小麥葉片光合特性、冠層結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的影響，為當?shù)匦←渻?yōu)質(zhì)高效栽培選擇適合的肥料種類及推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018-2020年在安徽省懷遠縣龍亢農(nóng)場（116°70′E，32°60′N）進行。前茬作物為玉米。供試土壤類型為砂姜黑土，土壤肥力均勻，播前0～20cm土層土壤速效氮143.6mg/kg，速效磷17.9mg/kg，速效鉀159.3mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

共設(shè)置7個處理，分別為普通化肥（尿素、磷肥和氯化鉀單質(zhì)肥料）、保持肥（N:P2O5:K2O=25:14:9）、活性增效肥（N:P2O5:K2O=25:14:9）、活性炭肥（N:P2O5:K2O=25:14:9）、活性素肥（N:P2O5:K2O=25:14:9）、土壤改良劑+習慣施肥（復(fù)合肥、磷酸二銨和尿素）和習慣施肥（復(fù)合肥、磷酸二銨和尿素）。所有施肥處理的氮磷鉀投入量相同，均為 N 225kg/hm2、P2O5126kg/hm2和 K2O 81kg/hm2。普通化肥、保持肥、活性增效肥、活性炭肥和活性素肥處理的所有肥料均一次性基施，土壤改良劑+習慣施肥和習慣施肥處理的磷、鉀肥全部基施，氮肥為60%基施+40%拔節(jié)期追施。采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積30m2。試驗所用肥料均由安徽帝元生物科技有限公司提供。供試小麥品種為煙農(nóng)19，播種量為180kg/hm2。田間管理均按當?shù)馗弋a(chǎn)栽培要求進行。于2018年10月15日播種，2019年6月3日收獲，2019年10月18日播種，2020年6月2日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉綠素含量 分別于小麥孕穗期、開花期和灌漿期，每小區(qū)選取20片長勢一致的旗葉用葉綠素計（Minolta SPAD 502）測定旗葉葉綠素含量相對值（SPAD值），取平均值。

1.3.2 冠層光能截獲率 于小麥起身期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期和花后20d，選擇天氣晴朗的白天正午（11:00-13:00）使用SunScan冠層分析儀分別測定綠葉底部和冠層頂部10cm處的光合有效輻射量，每小區(qū)重復(fù)10次。

冠層光能截獲率（%）=（頂部截獲光合有效輻射量-底部截獲光合有效輻射量）/頂部截獲光合有效輻射量×100。

1.3.3 旗葉凈光合速率（Pn） 分別于小麥開花期和花后20d，每小區(qū)選取5片長勢均勻的旗葉，利用Li-6400光合儀測定旗葉Pn，設(shè)定葉室光照強度1200μmol/(m2·s)，CO2濃度 400μmol/(m2·s)，溫度25℃。

1.3.4 小麥葉面積指數(shù)（LAI）和生物量 于小麥起身期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、花后20d和成熟期每小區(qū)選取0.5m2，從莖基部貼地面處割下，按照不同器官（葉、莖、穗和籽粒）分樣，采用比葉面積法測量綠葉面積，計算LAI。所有樣品在105℃下殺青30min，然后于80℃烘干至恒重，稱重并計算生物量。

1.3.5 產(chǎn)量 于小麥成熟期每小區(qū)取1m長雙行，測定穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。每小區(qū)另選取5m2從莖基部貼地面處割下，脫粒后測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016處理數(shù)據(jù)，用SPSS 16.0進行顯著性及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對小麥產(chǎn)量的影響

由表1可知，不同施肥處理間小麥千粒重均未達到顯著水平，而部分處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)則差異顯著。2年結(jié)果均以活性增效肥處理穗數(shù)和穗粒數(shù)最高，其次為保持肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理，普通化肥處理的穗數(shù)和穗粒數(shù)多數(shù)顯著低于其他施肥處理。部分處理間產(chǎn)量差異顯著，取2年試驗結(jié)果平均值，普通化肥較習慣施肥處理降低7.2%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理產(chǎn)量分別較習慣施肥處理提高6.7%、10.2%、6.0%、4.4%和4.7%。分析變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量差異的主要原因是穗粒數(shù)差異，其次是穗數(shù)。

表1 不同施肥處理對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和生物量的影響Table 1 Effects of different fertilizer treatments on grain yield and its components and biomass of wheat

部分處理間小麥的生物量差異顯著，2年結(jié)果均以活性增效肥處理最高，普通化肥處理最低。與習慣施肥處理相比，普通化肥下降7.9%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理生物量分別提高6.2%、9.9%、4.0%、6.5%和4.3%。

2.2 不同施肥處理對小麥LAI的影響

由表2可知，各處理小麥群體LAI隨著生育期的推進呈先增加后降低的趨勢，開花期達到最大值。不同新型肥料處理小麥拔節(jié)期LAI與習慣施肥處理間無顯著差異，但花后20d活性增效肥處理的LAI顯著高于習慣施肥處理。2年試驗中，普通化肥處理較習慣施肥平均降低4.2%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理全生育期平均LAI分別較習慣施肥處理提高2.4%、5.4%、3.3%、2.0%和5.9%。

表2 不同施肥處理對小麥LAI的影響Table 2 Effects of different fertilizer treatments on LAI of wheat

2.3 不同施肥處理對小麥冠層光能截獲率的影響

由表3可知，不同施肥處理小麥冠層光能截獲率均呈先增加后降低的趨勢，拔節(jié)期的光能截獲率最高。新型肥料處理小麥冠層光能截獲率高于習慣施肥處理，尤其是增加了花后冠層的光能截獲率。2年試驗中，與習慣施肥處理相比，普通化肥處理光能截獲率平均降低4.7%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理生育期平均光能截獲率分別提高1.9%、6.4%、3.0%、4.0%和2.2%。

表3 不同施肥處理對小麥冠層光能截獲率的影響Table 3 Effects of different fertilizer treatments on canopy light interception rates of wheat %

2.4 不同施肥處理對小麥旗葉光合特性的影響

2.4.1 旗葉SPAD值 由表4可知，不同施肥處理的小麥旗葉SPAD值均隨生育進程呈先增后降的變化趨勢，新型肥料處理在各生育期間旗葉SPAD值都處于較高水平，其中活性增效肥料處理高于其他大部分處理。2年試驗中，與習慣施肥處理相比，普通化肥處理SPAD降低2.1%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理在全生育期平均SPAD分別提高9.9%、11.7%、9.7%、8.8%和9.6%。

表4 不同施肥處理對小麥旗葉SPAD值的影響Table 4 Effects of different fertilizer treatments on flag leaf SPAD of wheat

2.4.2 旗葉Pn由表5可知，不同新型肥料處理下，小麥旗葉Pn均高于習慣施肥處理，在花后20d差異達顯著水平。2年試驗中，與習慣施肥處理相比，普通化肥平均Pn降低0.4%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理在全生育期平均Pn分別提高12.2%、12.3%、11.8%、11.3%和14.4%。

表5 不同施肥處理對小麥旗葉Pn的影響Table 5 Effects of different fertilizer treatments on flag leaf Pnof wheat μmol CO2/(m2·s)

2.5 小麥冠層光合特征與產(chǎn)量及其構(gòu)成因子相關(guān)性分析

相關(guān)性分析（表6）表明，小麥生物量和產(chǎn)量均與平均光能截獲率、平均LAI、旗葉平均SPAD值和Pn存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。此外，穗粒數(shù)與平均光能截獲率、平均LAI和Pn呈顯著正相關(guān)，與旗葉SPAD值呈極顯著正相關(guān)。

表6 小麥冠層光合特征與產(chǎn)量構(gòu)成因子的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficients between canopy photosynthetic characteristics and wheat yield components

3 討論

本研究明確了不同新型肥料對小麥冠層結(jié)構(gòu)、光能截獲率、光合特性及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，在同等施肥量條件下，新型肥料處理的小麥產(chǎn)量均高于習慣施肥處理，增產(chǎn)范圍在4.4%～10.2%，以活性增效肥處理產(chǎn)量最高。普通化肥處理所有常規(guī)肥料一次性基施，產(chǎn)量則顯著降低。對產(chǎn)量構(gòu)成因素進行分析發(fā)現(xiàn)，新型肥料處理增產(chǎn)的主要原因是提高了穗粒數(shù)，其次是增加了穗數(shù)，這與吳子峰等[10]研究結(jié)果一致。因此，提高或保持足夠的穗粒數(shù)和穗數(shù)成為小麥增產(chǎn)的關(guān)鍵[11-12]。

充足的生物積累量是作物高產(chǎn)形成的基礎(chǔ)，較高的物質(zhì)生產(chǎn)為籽粒形成和灌漿提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，也為產(chǎn)量潛力的提高提供了可能[13]。新型肥料處理下小麥擁有較高的生物量，這是其增產(chǎn)的主要原因。作物的生物量由冠層截獲的光能和輻射利用效率決定，光能資源的有效利用是作物高產(chǎn)至關(guān)重要的前提[14]。新型肥料處理下小麥生育期擁有較高的冠層LAI和光能截獲率，這就保證了群體對光能的有效截獲和利用，為高產(chǎn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。同時，新型肥料處理下小麥各生育期間旗葉SPAD值和Pn均維持在一個較高的水平，尤其是花后。說明新型肥料處理能夠控制肥料釋放，滿足植株后期養(yǎng)分需求，延緩了植株早衰，后期維持較強的葉源物質(zhì)生產(chǎn)能力[15]，為籽粒形成奠定基礎(chǔ)，促進穗粒數(shù)形成，這與前人[16]研究的合理肥料運籌可以有效提高作物葉片的光合性能、降低葉片的衰老速度，進而提高作物產(chǎn)量的結(jié)果一致。

本研究中不同新型肥料處理中以活性增效肥增產(chǎn)效果最好，其他新型肥料處理增產(chǎn)效果略差。前人[17-18]研究發(fā)現(xiàn)，活性增效肥處理增產(chǎn)的主要原因是在肥料中添加了增加養(yǎng)分有效性的增效劑，促進了土壤中肥料的可利用性，提高了作物養(yǎng)分和水分吸收能力，促進了作物生長，最終提高產(chǎn)量。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，活性增效肥處理促進小麥生長，使其具有較強的葉源生產(chǎn)能力，穗大粒多，產(chǎn)量顯著增加。在多種作物上研究均發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)化肥相比，納米炭增效肥處理下，冬小麥增產(chǎn)12.3%～19.8%[19]、玉米增產(chǎn)10.9%～16.7%、水稻增產(chǎn)10.3%、大豆增產(chǎn)28.8%[20]。在篩選得到合適的肥料類型基礎(chǔ)上，如何進一步完善施肥技術(shù)、優(yōu)化肥料配方和提高施肥水平，仍需要進一步研究[21]。同時在生產(chǎn)實際中，應(yīng)結(jié)合土壤類型、基礎(chǔ)肥力狀況和作物種類等合理選擇新型肥料類型。

4 結(jié)論

與習慣施肥處理相比，新型肥料處理提高了小麥產(chǎn)量，其增產(chǎn)的主要原因是延緩了生育后期葉片衰老，提高了光合性能，冠層擁有較高的LAI和光能截獲率，具有較高的物質(zhì)生產(chǎn)能力。其中，活性增效肥處理表現(xiàn)最好，可作為當前生產(chǎn)條件下小麥科學施肥的優(yōu)選方案。