干旱灌區(qū)麥后復(fù)種綠肥與施氮水平對小麥光合性能與產(chǎn)量的影響

麻碧嬌，茍志文，殷文，于愛忠，樊志龍，胡發(fā)龍，趙財，柴強(qiáng)

省部共建干旱生境作物學(xué)國家重點實驗室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，蘭州 730070

0 引言

【研究意義】小麥作為中國三大主要糧食作物之一，其生產(chǎn)關(guān)乎我國糧食安全及其產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收，是維持社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根基，研究小麥產(chǎn)量性能指標(biāo)特征及其形成機(jī)制，對提高作物生產(chǎn)效率和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大。【前人研究進(jìn)展】在影響小麥生長以及產(chǎn)量性能參數(shù)的眾多農(nóng)藝栽培措施中，灌溉制度、種植模式、覆蓋方式、播種密度以及施肥方式等備受重視。已有研究表明，合理的水肥管理制度并搭配適宜的作物秸稈覆蓋措施和播種密度可以改善土壤水、肥、氣、熱等生態(tài)因子，對保持土壤水分、調(diào)節(jié)地溫以及增強(qiáng)作物對土壤養(yǎng)分的吸收利用具有重要的作用，亦可調(diào)控作物碳氮營養(yǎng)平衡和群體生長結(jié)構(gòu)、改善作物生長狀況，對提高作物綜合生產(chǎn)能力和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)意義重大。另有研究表明，合理的種植模式可通過改善作物對水、肥利用程度而影響作物碳、氮代謝進(jìn)程，調(diào)控干物質(zhì)累積動態(tài)、優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成因素，保持較高的產(chǎn)量及其穩(wěn)定性。然而，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐過程中，栽培技術(shù)陳舊、種植模式單一、過量施用氮肥等問題日趨突出，不僅加速土壤退化、降低氮肥利用率，而且造成植株旺長、群體郁閉，不利于產(chǎn)量的形成和提高，從而嚴(yán)重制約了作物生產(chǎn)的可持續(xù)性。因此，在保證作物穩(wěn)產(chǎn)的前提下尋求綠色高效種植模式是作物高產(chǎn)栽培技術(shù)的主要目標(biāo)和必然要求。復(fù)種翻壓綠肥作為一種新型種植模式，能夠在有限的土地資源及生長季中為下季作物增加肥源，在改善土壤質(zhì)量的同時顯著提高了作物產(chǎn)量，并且在不同作物類型復(fù)種翻壓中，豆科作物和禾本科作物搭配種植效益更加明顯，例如在夏季休閑期復(fù)種豇豆和綠豆可提升土壤肥力，可為后茬主栽作物小麥根系生長提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)，提高作物整個生育階段對養(yǎng)分的吸收能力，從而增強(qiáng)小麥光合性能進(jìn)而提高產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c】農(nóng)業(yè)生產(chǎn)表現(xiàn)出地域差異性，同一綠肥在不同地區(qū)產(chǎn)生的綜合效益有所差異，西北地區(qū)復(fù)種綠肥替代部分化學(xué)氮肥對后茬主栽作物產(chǎn)量形成機(jī)制研究相對薄弱，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上缺乏進(jìn)一步優(yōu)化栽培技術(shù)、挖掘其穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)潛力的理論依據(jù)。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究在河西綠洲灌區(qū)單作小麥以及傳統(tǒng)施氮水平基礎(chǔ)上，增設(shè)麥后復(fù)種毛葉苕子和不同減氮水平，明確復(fù)種綠肥對減量施氮下小麥產(chǎn)量及其形成過程的調(diào)控效應(yīng)及機(jī)制，優(yōu)化小麥種植模式和施肥制度，以期為構(gòu)建基于麥后復(fù)種綠肥的氮肥減量小麥生產(chǎn)技術(shù)體系提供合理的理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗于 2018—2020年在甘肅省武威市黃羊鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)綠洲農(nóng)業(yè)科研教學(xué)基地進(jìn)行，該基地位于河西走廊東端，屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，平均海拔高度1 506 m，多年平均氣溫7.3℃，年日照時數(shù)2 945 h，年太陽輻射量約5 990 MJ·m，多年平均降水量低于 200 mm，即光資源豐富、熱資源一熟有余、兩熟不足，適合發(fā)展短生育期作物組成的復(fù)種模式。春小麥為該地區(qū)主栽作物，收獲后大量土地閑置，光、熱資源有待開發(fā)利用，為實行麥后復(fù)種綠肥模式提供了有利條件。試驗地土壤類型為灌漠土，土壤 pH 8.2、有機(jī)質(zhì) 12.5 g·kg、全氮 0.68 g·kg、全磷（PO）1.41 g·kg，容重 1.57 g·cm。2019 和 2020年度3到 10月底試驗站平均氣溫及降水情況如圖1所示。

圖1 2019—2020年試驗區(qū)降水量和氣溫變化Fig. 1 Dynamic of precipitation and average air temperature in the study area from 2019 to 2020

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，共設(shè)10個處理，3次重復(fù)，即30個小區(qū)，小區(qū)面積 44 m（8 m×5.5 m），設(shè)1.5 m保護(hù)行。主區(qū)處理是2種種植模式，分別為單作小麥（W）、麥后復(fù)種毛葉苕子（W-G）；副區(qū)處理設(shè)5個施氮水平，分別為不施氮肥（N）、55%氮肥（N）、70%氮肥（N）、85%氮肥（N）、100%氮肥（N），其中 100%氮肥為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶春小麥?zhǔn)┑?80 kg·hm；小麥播種密度為675萬粒/hm，條播，行距15 cm；毛葉苕子播種量為25 kg·hm，條播，行距15 cm。

本研究于2018年開始布置預(yù)試驗，探究種植綠肥和減施氮肥對春小麥產(chǎn)量性能指標(biāo)的調(diào)控效應(yīng)，本文采用2019與2020年的試驗數(shù)據(jù)。3年內(nèi)春小麥播種及收獲、綠肥播種及翻壓時間如表1所示。供試春小麥（L.）品種為寧春4號，毛葉苕子（Roth）作為綠肥作物，品種為土庫曼苕子。小麥?zhǔn)崭詈髾C(jī)播綠肥，并在毛葉苕子盛花期時用秸稈還田機(jī)粉碎進(jìn)行全量翻壓。

表1 不同年份小麥和綠肥播種、收獲及翻壓日期Table 1 Wheat and green manure sowing, harvesting and pressing dates in different years

施磷肥和灌水制度與地方高產(chǎn)田保持一致，即小麥生育期施 90 kg PO·hm，全作基肥；采用統(tǒng)一灌水水平，灌水方式為滴灌，冬儲灌1 200 m·hm，春小麥在苗期、孕穗期、灌漿期分別灌水 750、900、750 m·hm，麥后復(fù)種毛葉苕子苗期、分枝期、現(xiàn)蕾前期分別灌水500、500、600 m·hm，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

1.3 測定指標(biāo)和計算方法

1.3.1 葉面積指數(shù)與凈同化率 采用長寬法測定，小麥從出苗后20 d開始，各小區(qū)每隔15 d隨機(jī)取20株小麥，用卷尺逐一測定單株葉片的葉長和最大葉寬，由以下公式計算葉面積指數(shù)（LAI）：

式中，0.83為校正系數(shù)，為小麥單位面積總莖數(shù)，a和 b分別為小麥葉片的長和最大葉寬，i為葉片個數(shù)。

然后由下式求得光合勢（LAD）：

式中，LAI為第i個生育階段的平均葉面積，D為第i個生育階段所持續(xù)的時間。

凈同化率（NAR，g·m·d）表示單位葉面積在單位時間內(nèi)的干物質(zhì)增長量，由下式求得：

式中，LAI、LAI分別為 t、t時間的葉面積指數(shù)，W為時間t時的干重，W為時間t時的干重。

根據(jù)張賓等的方法計算平均葉面積指數(shù)（MLAI），即：

式中，LAI為第i次取樣時的平均葉面積指數(shù)，N為總的取樣次數(shù)。

根據(jù)侯玉虹等的方法計算平均凈同化率（MNAR），即：

式中，NAR為第i次取樣時的平均凈同化速率，N為總的取樣次數(shù)。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 小麥成熟期每小區(qū)隨機(jī)選取30株進(jìn)行考種，分別測定穗粒數(shù)（KNS）、千粒重（TKW）；取4 m×1.5 m樣方統(tǒng)計穗數(shù)，計算單位面積穗數(shù)（KN），并進(jìn)行脫粒稱重，按14%籽粒含水量折合計算單位面積籽粒產(chǎn)量。

1.4 小麥籽粒產(chǎn)量與其性能指標(biāo)間關(guān)聯(lián)度的確定

根據(jù)茍志文等的計算方法，通過灰色關(guān)聯(lián)分析確定產(chǎn)量性能指標(biāo)對小麥籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)程度。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)采用 Microsoft Office Excel 2019進(jìn)行整理匯總、圖表繪制以及籽粒產(chǎn)量與各因素間的灰色關(guān)聯(lián)分析，采用Linear correlation方法進(jìn)行相關(guān)分析并用Origin 2017作圖，用SPSS26.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗（Duncan法，= 0.05）。

2 結(jié)果

2.1 不同種植模式及施氮水平下小麥光合性能特征

2.1.1 小麥全生育期平均葉面積指數(shù)(LAI)及葉面積指數(shù)動態(tài) 主效應(yīng)分析表明，種植模式及施氮水平對小麥平均葉面積指數(shù)（MLAI）有極顯著影響，但二因素交互作用對MLAI影響不顯著（表2）。麥后復(fù)種毛葉苕子（W-G）較單作小麥（W）顯著提高了平均葉面積指數(shù)，2019與 2020年分別提高 9.5%和19.7%；適量減施氮肥有利于提高小麥 MLAI，以施85%氮肥（N）最突出，較施55%氮肥（N）和施70%氮肥（N）分別提高24.8%—32.1%和19.5%— 23.5%，傳統(tǒng)施氮（N）與N比較，MLAI無顯著差異。麥后復(fù)種毛葉苕子且施85%氮肥（W-G-N）處理的MLAI與單作小麥?zhǔn)?5%氮肥（W-N）和單作小麥傳統(tǒng)施氮（W-N）處理相比，分別提高了 4.1%—15.4%和8.8%—17.5%。這說明復(fù)種毛葉苕子以及搭配適宜的施氮水平能夠顯著提高后茬小麥葉面積指數(shù)，保證了小麥生育期內(nèi)有效截獲光輻射，保持較長的光合和作用時間，為作物高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

表2 不同種植模式及施氮水平下小麥全生育期平均葉面積指數(shù)、總光合勢及凈同化率差異Table 2 The mean leaf area index, total leaf area duration and mean net assimilation rate of wheat under different cropping patterns and N fertilizer levels during the whole of growth period of wheat

兩個試驗?zāi)攴葜?，麥后?fù)種毛葉苕子和施氮水平對小麥全生育期葉面積指數(shù)影響顯著（圖2）。不同種植模式及施氮水平下小麥全生育期葉面積指數(shù)變化趨勢基本保持一致，最大葉面積指數(shù)均出現(xiàn)在小麥孕穗—開花期（5月25日至6月9日）。不同種植模式中，在拔節(jié)期之前、拔節(jié)至孕穗期，隨著生育階段逐漸推進(jìn)，小麥葉面積指數(shù)呈逐漸呈上升趨勢，在孕穗至開花期出現(xiàn)了最大值，且該生育時期麥后復(fù)種毛葉苕子較單作小麥LAI提高9.8%—22.8%，之后呈逐漸下降趨勢；不同施氮處理中，N在小麥全生育期較N和 N顯著提高了 LAI，孕穗至開花期分別提高15.1%—24.1%和16.0%—16.1%，較N無顯著差異。

圖2 不同種植模式及施氮水平下小麥全生育期葉面積指數(shù)動態(tài)變化Fig. 2 Dynamic changes of leaf area index of wheat under different cropping patterns and N fertilizer levels

2.1.2 小麥全生育期總光合勢（LAD）及其動態(tài) 種植模式和施氮水平對小麥總光合勢具有極顯著影響，二因素交互作用無顯著差異（表2）。麥后翻壓毛葉苕子較單作小麥提高了總光合勢，2019與2020年平均提高幅度分別9.7%和21.0%；不同施氮梯度內(nèi)，N較 N和 N分別提高總光合勢23.6%—31.3%和19.4%—23.0%，均達(dá)到顯著水平（＜0.05），N與N之間無顯著差異。綜合種植模式與施氮水平，W-G-N處理較 W-N和 W-N處理總光合勢分別提高 4.6%—9.2%和 16.8%—18.8%，差異顯著。

不同種植模式及施氮水平處理中，小麥全生育階段光合勢呈現(xiàn)單峰曲線的變化趨勢（圖3），即隨著生育階段的推進(jìn)，群體光合勢逐漸增大，并且在孕穗至開花期達(dá)到峰值，之后各處理的光合勢開始呈下降的趨勢。2019與2020年度，麥后復(fù)種毛葉苕子較單作小麥在拔節(jié)—孕穗期、孕穗—開花期以及開花至灌漿期提高光合勢，分別為 10.8%—22.0%、9.4%—23.5%、8.8%— 27.1%。不同施氮水平下，N較N和N在小麥孕穗至開花期提高的總光合勢比例最大，分別提高了 21.1%—23.7%和 22.1%—31.1%，但 N與N之間差異不顯著。

圖3 不同種植模式及施氮水平下小麥各生育階段光合勢差異Fig. 3 Leaf area duration of wheat in each growth stage under different cropping patterns and N fertilizer levels

總體來說，麥后復(fù)種毛葉苕子以及施用氮肥能夠提高小麥全生育期光合勢，且以施85%氮肥（N）提高效果最明顯，為小麥高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

2.1.3 小麥凈同化率（NAR）的動態(tài)特征 小麥平均凈同化率（MNAR）受種植模式、施氮水平影響極顯著，二者交互作用顯著影響小麥 MNAR（表2）。2019—2020年，麥后復(fù)種毛葉苕子較單作小麥顯著降低了MNAR，降低幅度為17.8%和17.7%；不同施氮處理中，施氮較不施氮肥顯著降低了小麥凈同化率，尤其以N降低幅度最大，較N、N、N分別降低了17.7%—23.2%、17.9%—19.8%、15.5%—20.1%。通過分析種植模式與施氮水平的集成效應(yīng)，W-G-N處理較 W-N和 W-N處理分別降低 MNAR值，達(dá)到16.4%—17.5%和26.5%—40.1%。

與葉面積指數(shù)、光合勢動態(tài)變化特征相似，在不同種植模式及施氮水平處理中，小麥凈同化率隨生育階段的推移，在孕穗至開花期以前呈上升趨勢，孕穗至開花期之后開始逐漸下降（圖4），說明在孕穗—開花階段小麥營養(yǎng)器官光合作用所同化的物質(zhì)開始向穗部轉(zhuǎn)運供其生殖生長，從而提高葉片同化能力。兩個試驗?zāi)甓戎?，麥后?fù)種毛葉苕子較單作小麥在孕穗至開花期、開花至灌漿期以及灌漿至成熟期凈同化率分別降低 6.6%—9.7%、24.5%—30.7%、43.2%—44.6%，降低幅度顯著；不同施氮水平中，N在小麥全生育期顯著降低了NAR。由此說明，小麥凈同化率并不隨著外源施肥量的增加而呈線性增長的變化趨勢，反而可能由于作物葉面積指數(shù)增加，群體葉片相互遮蔽，導(dǎo)致其光合效率降低。

圖4 不同種植模式及施氮水平下小麥凈同化率變化Fig. 4 Dynamic changes of net assimilation rate of wheat under different cropping patterns and N fertilizer levels

2.2 不同種植模式及施氮水平下小麥產(chǎn)量表現(xiàn)及其構(gòu)成因素

主效應(yīng)分析表明，不同種植模式和施氮梯度對小麥籽粒產(chǎn)量均有顯著影響，二因素交互作用對小麥籽粒產(chǎn)量影響不顯著（表3）。兩個年份試驗中，麥后復(fù)種毛葉苕子模式（W-G）較單作小麥（W）籽粒產(chǎn)量分別提高10.8%和12.4%；施85%氮肥（N）較施70%氮肥（N）和施55%氮肥（N）增產(chǎn)15.8%—16.5%和22.4%—25.4%，相比傳統(tǒng)施氮處理水平（N）籽粒產(chǎn)量無顯著提高，W-G-N處理較W-N及W-N處理分別增產(chǎn)6.9%—16.7%和7.9%—13.6%。2019年度，麥后種植翻壓綠肥較單作小麥?zhǔn)斋@指數(shù)平均提高19.6%，2020年度小麥?zhǔn)斋@指數(shù)提高不顯著；兩年內(nèi)，N較N和N的收獲指數(shù)提高了5%—11.9%和7.7%—17.2%，但 N與 N間差異不顯著。W-G-N處理較W-N和W-N處理收獲指分別提高了4.9%—27.3%和7.5%—16.7%。

表3 不同種植模式及施氮水平下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 3 Grain yield and yield components of wheat under different cropping patterns and N fertilizer levels

種植模式、施氮水平顯著影響小麥的單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，但二者交互作用只對小麥單位面積穗數(shù)和千粒重有顯著影響，對穗粒數(shù)影響不顯著（表3）。2019—2020年，麥后復(fù)種綠肥較單作小麥單位面積穗數(shù)分別提高3.4%和3.1%；N較N分別提高了11.0%和12.4%，而N、N、N間無顯著差異；W-G-N處理較W-N及W-N處理單位面積穗數(shù)差異不顯著。2020年度，麥后復(fù)種綠肥較單作小麥穗粒數(shù)提高 10.8%，2019年度無顯著差異，兩年之間，N較N、N、N提高了14.8%—21.9%、11.9%—16.6%、6.8%— 10.7%，W-G-N處理較W-N和W-N處理提高穗粒數(shù)，分別為4.4%—9.7%和13.9%—15.7%。麥后復(fù)種綠肥較單作小麥提高了千粒重，2019—2020年分別平均增加了4.2%和6.4%，施85%氮肥（N）較施70%氮肥（N）和施55%氮肥（N）千粒重提高了6.4%—8.1%和6.2%— 8.3%，與傳統(tǒng)施氮無顯著差異，W-G-N處理較W-N處理千粒重提高幅度為10.0%—13.5%，較W-N處理差異不顯著。

綜上，麥后復(fù)種毛葉苕子以及適宜的施氮水平有利于后茬小麥光合產(chǎn)物向穗部轉(zhuǎn)運，從而提高其收獲指數(shù)，使小麥在穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步高產(chǎn)，其中以麥后復(fù)種綠肥且施85%氮肥（W-G-N）獲得高產(chǎn)最為顯著。

2.3 產(chǎn)量與其性能指標(biāo)的關(guān)系

2.3.1 小麥產(chǎn)量性能指標(biāo)與籽粒產(chǎn)量灰色關(guān)聯(lián)分析通過灰色關(guān)聯(lián)分析以及相關(guān)性分析探究小麥各產(chǎn)量性能指標(biāo)與籽粒產(chǎn)量影響程度的大小。灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果（表4）表明，平均葉面積指數(shù)是影響小麥籽粒產(chǎn)量大小的主要因素，其次是總光合勢，再次是穗粒數(shù)、千粒重和單位面積穗數(shù)，收獲指數(shù)和平均凈同化率對小麥籽粒產(chǎn)量的影響程度最小。說明麥后復(fù)種短季綠肥以及搭配施用適量氮肥不但可以通過提高葉面積指數(shù)和合勢來提高小麥物質(zhì)生長的穩(wěn)定性，保證前期充分的營養(yǎng)生長，而且還可保持小麥生育后期較高的LAI和 LAD，有利于營養(yǎng)物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)運，促進(jìn)籽粒灌漿而提高千粒重，進(jìn)而提高產(chǎn)量。然而，小麥籽粒產(chǎn)量與收獲指數(shù)和平均凈同化率沒有明顯的關(guān)聯(lián)作用。

表4 不同種植模式及施氮水平下小麥籽粒產(chǎn)量與其性能指標(biāo)的相關(guān)性、關(guān)聯(lián)矩陣及排序Table 4 The incidence matrix and ranking among grain yield and yield components of wheat under different cropping patterns and N fertilizer levels

2.3.2 小麥產(chǎn)量性能指標(biāo)與籽粒產(chǎn)量相關(guān)性分析 由不同產(chǎn)量性能指標(biāo)與其籽粒產(chǎn)量的相關(guān)性分析（圖5）可知，不同種植模式及施氮水平下小麥籽粒產(chǎn)量與其平均葉面積指數(shù)、總光合勢、穗粒數(shù)、千粒重、單位面積穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.936、0.915、0.860、0.821、0.818；與收獲指數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.461；與平均凈同化率則呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明麥后復(fù)種毛葉苕子搭配適宜的施氮水平可協(xié)調(diào)同步提高平均葉面積指數(shù)、總光合勢的正效應(yīng)來提高穗粒數(shù)、千粒重以及單位面積穗數(shù)，進(jìn)而在穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高產(chǎn)。

圖5 不同種植模式及施氮水平下小麥籽粒產(chǎn)量與其性能指標(biāo)的相關(guān)性分析Fig. 5 The correlation analysis among grain yield and yield components of wheat under different cropping patterns and N fertilizer levels

3 討論

3.1 綠肥還田及施氮水平對小麥葉面積指數(shù)、光合勢的影響

葉面積指數(shù)和光合勢是量化群體結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，能夠反映作物長勢和預(yù)測作物產(chǎn)量，可采用適宜的種植模式和施肥制度來調(diào)節(jié)群體結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)種或套種綠肥作物在提高小麥葉面積的同時還可延長其光合時間、增加小麥光合勢，進(jìn)而增強(qiáng)光合特性。施用氮肥有助于進(jìn)一步提高作物群體平均葉面積指數(shù)和增強(qiáng)光合勢等產(chǎn)量性能參數(shù)等實現(xiàn)小麥增產(chǎn)。本試驗中，2019與2020年度，麥后復(fù)種綠肥較單作小麥平均葉面積指數(shù)和總光合勢分別提高9.5%—19.7%和9.7%—21.0%；并且在麥后復(fù)種綠肥條件下施85%氮肥（W-G-N）處理較單作小麥傳統(tǒng)施氮量（W-N）處理小麥平均葉面積指數(shù)和總光合勢分別提高 8.8%—17.5%和 16.8%—18.8%，提高作用顯著。產(chǎn)生這一結(jié)果的可能原因：一是在不同種植模式及施氮水平下，小麥群體葉面積指數(shù)和光合勢隨著生育階段的推進(jìn)逐漸增大，并且在孕穗至開花期達(dá)到峰值，最終影響了平均葉面積指數(shù)和總光合勢的變化；二是麥后復(fù)種毛葉苕子及適宜的氮肥減量措施提高了小麥葉片中葉綠素含量，增強(qiáng)了PSI和PSII對于電子傳遞能力，在保證延緩植物葉片衰老的同時還增強(qiáng)了對于光破壞的防御機(jī)制，有效調(diào)節(jié)了光合性能，使作物增產(chǎn)；三是種植毛葉苕子及適量施用氮肥對小麥根系活力具有顯著提高作用，能夠促進(jìn)植株對土壤養(yǎng)分的吸收利用，為植株地上部分生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，提高小麥光合葉面積指數(shù)，維持后期較高的光截獲率，為籽粒灌漿提供更多的光合產(chǎn)物，提高產(chǎn)量。本試驗在復(fù)種綠肥條件下施 85%氮肥小麥葉面積指數(shù)以及光合勢最高，并沒有因為化學(xué)氮肥減量使作物生長受到影響。傳統(tǒng)施氮處理反而沒有明顯提高作物葉面積指數(shù)和光合勢，這可能是因為氮肥施用量過多不但造成植株冠層下部透光率下降，造成冠層下部葉片的加速衰老，而且可能推遲植株成熟的時期，造成非結(jié)構(gòu)性碳水化合物貯存在莖稈中無法向生殖器官轉(zhuǎn)運，從而造成作物減產(chǎn)。因此，在化肥適宜減量情況下種植豆科綠肥可為作物生長提供有效的營養(yǎng)元素，葉面積指數(shù)和光合勢的提高為庫的建成、擴(kuò)大和充實提供足夠的源，是作物獲得高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 小麥凈同化速率對綠肥還田及施氮水平的響應(yīng)

凈同化率是衡量作物光合效率的一個重要尺度。本研究中，2019與2020年度麥后復(fù)種毛葉苕子較單作模式降低了小麥平均凈同化率，分別降低 17.8%和17.7%；不同施氮水平中，小麥凈同化率不隨施氮量增加呈線性增大的變化趨勢，N較 N、N、N分別降 低 了 17.7%—23.2%、 17.9%— 19.8%、15.5%—20.1%。產(chǎn)生這種差異可能原因是在群體條件下，作物凈同化率大小受到葉面積消長規(guī)律和干物質(zhì)累積速率的共同影響，復(fù)種綠肥和施用化學(xué)氮肥又對作物葉面積大小和光合作用強(qiáng)度產(chǎn)生影響，試驗中種植翻壓綠肥可能使得前期過多的氮素釋放導(dǎo)致小麥拔節(jié)期莖蘗數(shù)過多群體生長過旺，易引起葉面積指數(shù)增加，葉片相互遮蔽，增強(qiáng)作物呼吸作用，降低了光合效率，同時也會相應(yīng)減少作物光合產(chǎn)物的積累量，很大程度上限制了凈同化率進(jìn)一步提高。

3.3 綠肥還田及不同施氮水平下小麥產(chǎn)量與其性能指標(biāo)的關(guān)系

作物高產(chǎn)是由平均葉面積指數(shù)、平均凈同化率、總光合勢、單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒重等各指標(biāo)間協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果，氮素是小麥生長發(fā)育和器官建成的重要生物因子，施用氮肥可通過調(diào)控植物光合、蒸騰、呼吸作用以及抗氧化系統(tǒng)等影響小麥產(chǎn)量性能指標(biāo)，進(jìn)而影響籽粒產(chǎn)量的形成。本試驗結(jié)果表明，麥后復(fù)種綠肥及適量減施氮肥分別提高了小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重以及收獲指數(shù)，2019—2020年，麥后復(fù)種綠肥模式較單作小麥籽粒產(chǎn)量分別平均提高 10.8%和 12.4%。這可能是因為減量施氮與豆科綠肥配施能夠提升土壤碳氮庫容，促進(jìn)土壤磷素活化，從而提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，在地上部分則表現(xiàn)為作物單位面積穗數(shù)增多和千粒重增大，收獲指數(shù)提高，其次，氮肥與綠肥配施能夠提高土壤堿解氮、全氮及氨態(tài)氮含量，增強(qiáng)土壤肥力，為減量施氮和作物高產(chǎn)提供了可能性。不同施氮處理中，施85%氮肥（N）較施 70%氮肥（N）和施 55%氮肥（N）分別增產(chǎn)15.8%—16.5%和 22.4%—25.4%；麥后復(fù)種綠肥且施85%氮肥（W-G-N，153kg·hm）處理較 W-N及 W-N處理分別增產(chǎn)6.9%—16.7%和7.9%—13.6%，增產(chǎn)顯著。小麥增產(chǎn)可能原因是：第一，麥后復(fù)種綠肥時，豆科綠肥與根瘤菌共生固氮，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中減少了化學(xué)氮肥的投入量，顯著增加了土壤中有機(jī)質(zhì)含量，有機(jī)氮肥中的各種微生物以及生物酶對土壤養(yǎng)分的分解、釋放起到促進(jìn)和調(diào)節(jié)作用，使土壤有效養(yǎng)分不斷增多，作物能夠利用的土壤養(yǎng)分持續(xù)增加，使得作物全生育階段內(nèi)對養(yǎng)分的需求得到滿足；第二，無機(jī)氮肥和有機(jī)氮肥搭配使用，既利用了無機(jī)氮肥能夠快速釋放養(yǎng)分的特點，滿足氮肥既高效又快速利用，又兼顧了有機(jī)綠肥保肥緩釋的優(yōu)點，在改良土壤理化性質(zhì)的同時提升土壤肥力，起到作物生長前期氮肥供應(yīng)充足，后期不脫肥的良好作用。但是過量施用氮肥會導(dǎo)致植株營養(yǎng)生長過盛，不利于前期積累的營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒庫轉(zhuǎn)運，導(dǎo)致成熟期推遲，擾亂作物“源庫關(guān)系”的協(xié)調(diào)性，進(jìn)而影響產(chǎn)量；然而，當(dāng)農(nóng)田土壤中減量施用氮肥超過一定程度時，綠肥并不能夠為土壤提供充足的養(yǎng)分，在作物生長所需的養(yǎng)分到不到滿足的情況下也會導(dǎo)致減產(chǎn)。由此可見，麥后復(fù)種翻壓豆科綠肥結(jié)合適宜的化學(xué)氮肥減量措施才能為后茬主栽小麥的生長提供充足的養(yǎng)分，發(fā)揮作物增產(chǎn)潛力。通過籽粒產(chǎn)量與其性能指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)分析和相關(guān)性分析表明，種植翻壓綠肥且適量減氮提高小麥產(chǎn)量主要是因為平均葉面積指數(shù)、總光合勢及產(chǎn)量構(gòu)成因素的協(xié)同提高。麥后復(fù)種豆科綠肥結(jié)合減氮 15% 的生產(chǎn)模式能夠使小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素之間協(xié)調(diào)發(fā)展，能夠維持甚至提高小麥產(chǎn)量，該模式可作為區(qū)域高產(chǎn)的栽培技術(shù)。

4 結(jié)論

麥后復(fù)種綠肥和適宜減氮措施提高了小麥籽粒產(chǎn)量，其高產(chǎn)主要是由于平均葉面積指數(shù)與總光合勢的提高及作物生育后期保持了較大的葉面積指數(shù)和光合勢，有效延緩了葉片衰老，有利于營養(yǎng)器官光合同化物向穗部轉(zhuǎn)運，提高了單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，其中以麥后復(fù)種綠肥結(jié)合施85%氮肥處理（施氮153 kg·hm）最為突出，較單作小麥模式下傳統(tǒng)施氮處理增產(chǎn)7.9%—13.6%。因此，復(fù)種豆科綠肥結(jié)合85%施氮量是綠洲灌區(qū)優(yōu)化小麥產(chǎn)量性能指標(biāo)而獲得高產(chǎn)的理想種植模式及施氮水平。