施肥對(duì)不同時(shí)期遮陰小麥光合、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

關(guān)鍵詞：遮陰；施復(fù)合肥；施硅肥；冬小麥；光合作用；產(chǎn)量；品質(zhì)

據(jù)報(bào)道，我國(guó)地表太陽(yáng)總輻射量以每10年1.06W·m-2的速度降低，80%以上的城市日照時(shí)數(shù)平均下降16.7%。冬小麥?zhǔn)侵饕Z食作物之一，其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成與光照條件密切相關(guān)，光照不足已成為小麥生產(chǎn)面臨的主要脅迫之一。大多研究表明，光照不足降低小麥旗葉凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr），抑制籽粒灌漿速率，減少干物質(zhì)積累量、結(jié)實(shí)率和千粒質(zhì)量，導(dǎo)致小麥減產(chǎn)。不同遮陰處理對(duì)小麥植株生理特性和產(chǎn)量的影響存在差異，可能與不同遮陰時(shí)期、遮陰強(qiáng)度和供試品種等有關(guān)。據(jù)報(bào)道，遮陰35%和75%條件下，冬小麥灌漿期旗葉Pn和Tr降低；但開(kāi)花一成熟期遮陰60%則降低Pn，而提高Tr、氣孔導(dǎo)度和胞間C02濃度（Ci）；花后遮陰50%條件下，小麥灌漿期和成熟期干物質(zhì)積累量降低，千粒質(zhì)量和產(chǎn)量也顯著降低。不同遮陰對(duì)小麥籽粒品質(zhì)也有一定影響。遮陰50%可增加籽粒蛋白質(zhì)含量，提高面團(tuán)形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和延伸度；抽穗一蠟熟期遮陰25%和50%條件下，也有相似結(jié)論，有關(guān)遮陰對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響報(bào)道較少，還需進(jìn)一步研究。

施用氮、磷、鉀肥可有效增強(qiáng)小麥旗葉光合速率，提高小麥產(chǎn)量，改善籽粒品質(zhì)。施用氮或鉀肥可提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，但對(duì)淀粉含量的影響報(bào)道較少。小麥?zhǔn)堑湫偷南补枳魑?，施硅可?yōu)化小麥植株形態(tài)，增強(qiáng)莖稈抗倒伏能力，提高對(duì)病蟲(chóng)害、干旱、高溫等生物和非生物脅迫的抗性。施硅可增大小麥葉片光合面積，提高Pn，增加產(chǎn)量。施硅量對(duì)小麥生產(chǎn)有一定影響。據(jù)報(bào)道，隨施硅量增加，小麥籽粒千粒質(zhì)量、每穗實(shí)粒數(shù)呈先上升后下降趨勢(shì)，過(guò)量施硅或造成小麥減產(chǎn)。施硅對(duì)小麥籽粒品質(zhì)也有不同影響。研究發(fā)現(xiàn)，鋅、硅肥施用量超過(guò)75kg·hm-2不利于籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)；基施硅肥可增加小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，改善面筋質(zhì)量。有關(guān)施硅對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)和淀粉含量的影響報(bào)道較少，還需開(kāi)展深入研究。

有關(guān)遮陰或施肥（氮、磷、鉀和硅）對(duì)小麥植株光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響已有報(bào)道，但多集中于單一或兩因素，如不同施肥量、遮陰強(qiáng)度等，而大田試驗(yàn)受多因素影響，有關(guān)多因素對(duì)小麥生產(chǎn)的影響，如不同復(fù)合肥配施硅肥、不同生育期遮陰等，鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究通過(guò)大田模擬試驗(yàn)，研究了氮、磷、鉀肥配施硅肥對(duì)不同生育期遮陰小麥植株光合生理特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在探討通過(guò)合理施肥能否調(diào)控小麥生產(chǎn)以應(yīng)對(duì)太陽(yáng)輻射減弱，為保障小麥可持續(xù)生產(chǎn)提供試驗(yàn)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)于2020年11月至2021年6月在南京市江北新區(qū)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站（32.0°N，118.8°E）進(jìn)行。該站位于北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，年均氣溫15.6℃，年均降水量1100mm。供試土壤為潴育型水稻土，灰馬肝土屬。土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)碳含量19.4g·kg-1，全氮含量1.5g·kg-1，有效磷含量16.2mg·kg-1，速效鉀含量112.6mg·kg-1，pH值6.2（1：1土水比），質(zhì)地為壤質(zhì)黏土，黏粒含量26.1g·kg-1。供試氮、磷、鉀肥為高濃度復(fù)合肥（15-15-15），供試硅肥為鋼渣硅肥，有效硅含量（Si02）14.2%。供試冬小麥品種為“機(jī)麥211”。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用3因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素A為遮陰，設(shè)3水平，即SO（對(duì)照不遮陰，遮陰率0%）、S1（開(kāi)花一成熟期遮陰，平均遮陰率68%）和S2（分蘗一成熟期遮陰，平均遮陰率68%）；因素B為復(fù)合肥施用量，設(shè)3水平，即F1、F2和F3，施用量分別為100、200kg·hm-2和300kg·hm-2；因素C為鋼渣硅肥施用量，設(shè)3水平，即R0、R1和R2，施硅量分別為0、200kg·hm-2和400kg·hm-2。采用黑色遮陽(yáng)網(wǎng)覆蓋植株冠層，根據(jù)植株生長(zhǎng)進(jìn)程及時(shí)調(diào)整遮陽(yáng)網(wǎng)高度，使其和植株冠層間距保持30cm。試驗(yàn)根據(jù)L9（3）正交設(shè)計(jì)表布置處理，共計(jì)9個(gè)處理，小區(qū)面積為2m2m=4m2。

冬小麥于2020年11月5號(hào)播種，播種前1d施肥，按照各小區(qū)處理將復(fù)合肥與鋼渣硅肥以基肥方式施入土壤。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)于冬小麥分蘗期和開(kāi)花期分別進(jìn)行遮陰處理。除草和病蟲(chóng)害防治等田間管理，依照實(shí)際情況實(shí)施。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1光合參數(shù)

冬小麥生育期內(nèi)，分別于分蘗一成熟期和開(kāi)花一成熟期遮陰處理后，每隔5～7d選擇晴朗天氣測(cè)定光合參數(shù)，測(cè)定時(shí)間為上午9：00-11： 00。采用Li-6400便攜式光合作用儀，每小區(qū)選取3株代表性植株，測(cè)定旗葉Pn、Gs、Ci和Tr，計(jì)算平均值。

1.3.2產(chǎn)量和品質(zhì)

冬小麥成熟后，每小區(qū)選取小區(qū)中心0.25m2作為考種樣區(qū)，剪下該樣區(qū)內(nèi)所有麥穗，隨機(jī)選20個(gè)麥穗記錄空粒數(shù)、秕粒數(shù)和飽粒數(shù)，計(jì)算結(jié)實(shí)率。樣區(qū)內(nèi)麥穗經(jīng)3d晾曬，用脫谷機(jī)脫粒并稱(chēng)質(zhì)量，記錄千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.5-2016和GB/T15683-2008分別測(cè)定籽粒蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量和總淀粉含量。

1.3.3遮陰率計(jì)算

冬小麥生育期內(nèi)選擇晴朗天氣，采用AccuPAR植物冠層分析儀（DECAGOB LP-80）測(cè)定光合有效輻射（PAR）。測(cè)定前對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)校正，測(cè)定時(shí)間為11：00-14：00，在覆蓋遮陽(yáng)網(wǎng)的試驗(yàn)小區(qū)冠層處測(cè)定網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)外PAR，遮陰率計(jì)算公式如下：

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總整理和極差計(jì)算分析，使用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析（one-way ANOVA），采用Origin軟件作圖。

2結(jié)果與分析

2.1冬小麥生長(zhǎng)季氣溫和降水變化

冬小麥生長(zhǎng)季平均氣溫為11.39℃，累積降水量385.4mm（圖1）。2020年12月底至1月初，降溫幅度較大，最低氣溫-5.63℃，0℃以下低溫日數(shù)達(dá)7日；1月中旬氣溫逐步回升，2月下旬，氣溫維持偏高趨勢(shì)，最高溫度達(dá)19.17℃，熱量條件較充足，有利于冬小麥前期生長(zhǎng)。降水趨勢(shì)表明（圖1），2020年11月中下旬出現(xiàn)連續(xù)降水過(guò)程，緩解了前期旱情。2月下旬后期至3月上中旬降水日數(shù)達(dá)10日，持續(xù)的陰雨寡照天氣使田間土壤濕度過(guò)高、光照不足。4月下旬至5月中上旬，冬小麥處于抽穗開(kāi)花一灌漿期，灌漿后期有明顯降水過(guò)程，局部植株出現(xiàn)赤霉病，影響籽粒灌漿結(jié)實(shí)，5月下旬，氣象條件轉(zhuǎn)好，利于小麥成熟收獲。

2.2開(kāi)花期葉片光合生理參數(shù)

3因素對(duì)冬小麥開(kāi)花期葉片Pn、Gs、Ci和Tr的影響大小為：遮陰gt;施復(fù)合肥gt;施硅。遮陰對(duì)開(kāi)花期Pn、Gs、Ci和Tr的影響未達(dá)顯著水平（Pgt;0.05），施復(fù)合肥、施硅肥對(duì)上述光合參數(shù)均無(wú)顯著影響（表1、表2）?？梢?jiàn)，遮陰是影響冬小麥開(kāi)花期Pn、Gs、Ci和Tr的主要因素。

S1和S2提高了開(kāi)花期葉片Pn、Gs、Ci和Tr，S1處理下Pn、Gs、Ci和Tr較SO分別增加1.22%、8.16%、14.67%和43.73%，增幅較大，但S2降低Pn和Gs，Tr也較S1下降11.98%。F1處理下Pn、Gs和Tr值最大。R1處理提高Ci，但施硅對(duì)Pn、Gs和Tr的增幅并不明顯。因此，開(kāi)花一成熟期遮陰和施復(fù)合肥可促進(jìn)開(kāi)花期小麥葉片光合和蒸騰作用，最佳處理組為S1F1RO。

2.3灌漿期光合生理參數(shù)

3因素對(duì)冬小麥灌漿期葉片Pn、Gs和Tr的影響大小為：遮陰gt;施復(fù)合肥gt;施硅，對(duì)Ci的影響主次為：遮陰gt;施硅gt;施復(fù)合肥，遮陰對(duì)灌漿期Pn有極顯著影響（Plt;0.01），對(duì)Gs、Ci和Tr的影響達(dá)顯著水平（Plt;0.05），施硅僅對(duì)Ci有顯著影響（Plt;0.01），施復(fù)合肥則對(duì)上述光合參數(shù)均無(wú)顯著影響（表2、表3）。因此，遮陰是影響冬小麥灌漿期葉片Pn、Gs、Ci和Tr的主要因素。

與S0相比，S1處理下Pn、Ci分別增加28.70%和11.20%，S2處理下Pn較S1降低了14.24%，S1處理更有利于提高灌漿期葉片Pn，S1、S2處理下Gs和Tr較SO分別降低37.50%、36.36%和10.32%、16.24%，Gs和Tr均隨遮陰時(shí)間延長(zhǎng)而降低，葉片蒸騰作用受到抑制。F2處理下Pn、Gs、Ci和Tr值最大，與RO相比，R1和R2處理下Pn分別增加5.46%和12.03%，有利于提高灌漿期葉片Pn的最優(yōu)處理組合為SIF2R2。

2.4籽粒產(chǎn)量

3因素對(duì)冬小麥產(chǎn)量和千粒質(zhì)量的影響大小為：遮陰gt;施復(fù)合肥gt;施硅，對(duì)結(jié)實(shí)率的影響大小為：遮陰gt;施硅gt;施復(fù)合肥（表4）。遮陰對(duì)結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量的影響達(dá)顯著水平（Plt;0.05），施復(fù)合肥和施硅對(duì)千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量的影響均未達(dá)顯著水平（表5）。可見(jiàn)，遮陰是影響冬小麥產(chǎn)量的主要因素。

與S0相比，S1和S2均降低千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量，其中S1處理下產(chǎn)量和千粒質(zhì)量降幅較大，S2處理下結(jié)實(shí)率降幅最大，與遮陰持續(xù)時(shí)間成正比。與F1相比，施復(fù)合肥F3處理下千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量最高，分別增加8.58%、5.83%和6.68%，上述指標(biāo)均隨復(fù)合肥施用量的增加而增加。R1處理較RO提高結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，遮陰抑制冬小麥產(chǎn)量形成，降低產(chǎn)量，施復(fù)合肥300kg·hm-2和硅肥200kg·hm-2增產(chǎn)效果明顯，最優(yōu)處理組合為SOF3R1。

2.5籽粒品質(zhì)

3因素對(duì)籽粒直鏈淀粉含量和總淀粉含量的影響大小為：遮陰gt;施復(fù)合肥gt;施硅，對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響大小為：施復(fù)合肥gt;施硅gt;遮陰（表6）。方差分析表明（表7），3因素對(duì)上述營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的影響均未達(dá)顯著水平。

與S0相比，S1和S2處理下籽粒直鏈淀粉含量和總淀粉含量降低，但S2處理下蛋白質(zhì)含量較S0小幅增加；施復(fù)合肥可增加直鏈淀粉含量和總淀粉含量，淀粉含量隨施肥量增加而增加，但蛋白質(zhì)含量隨施肥量的增加而降低；施硅降低籽粒直鏈淀粉含量、總淀粉含量和蛋白質(zhì)含量，隨施硅量增加降幅越大?？梢?jiàn)，遮陰影響籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，施復(fù)合肥300kg·hm-2可改善籽粒品質(zhì)，施硅則無(wú)明顯改善作用，有利于籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的最優(yōu)處理組合為SOF3RO。

3討論

光合作用是作物最重要的光化學(xué)反應(yīng)之一，對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用。據(jù)報(bào)道，花后60%弱光處理，35%和75%遮陰處理均降低小麥葉片Pn。本研究中，開(kāi)花一成熟期遮陰和分蘗一成熟期遮陰68%，均提高開(kāi)花期一灌漿期葉片Pn，與前人研究結(jié)果不同。原因在于，不同小麥品種對(duì)弱光反應(yīng)存在差異；此外，由于開(kāi)花期氣溫較高，熱量充足，遮陰可緩解高溫強(qiáng)光對(duì)功能葉片的不利影響，前人研究也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)一成熟期遮陰50%可提高小麥灌漿后期Pn，遮陰可通過(guò)延緩葉片衰老，提高葉綠素含量，彌補(bǔ)冠層光能捕獲的減少。氮、磷、鉀是植物必需三大營(yíng)養(yǎng)元素，施氮量150～200kg·hm-2可提高小麥葉片灌漿期Pn和籽粒灌漿速率，施氮量210～270kg·hm-2可提高小麥花后0～14d和21～28d葉片Pn；磷、鉀通過(guò)促進(jìn)小麥對(duì)氮素吸收，提高葉綠素含量和光合速率，促進(jìn)光合暗反應(yīng)C02固定效率，影響碳代謝和同化物的產(chǎn)生及運(yùn)輸。本研究中，氮磷鉀施用量為100kg·hm-2時(shí)，冬小麥開(kāi)花一灌漿期Pn值最高，施肥量達(dá)到200kg·hm-2時(shí)灌漿期Gs、Ci和Tr進(jìn)一步提升，因此，施肥量在100～200kg·hm－2時(shí)更有利于小麥光合作用和蒸騰作用。據(jù)報(bào)道，弱光脅迫下增加施硅量，小麥開(kāi)花期、灌漿期Pn、Tr和Gs值呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，施硅量225kg·hm-2時(shí)，小麥Pn、Tr和Gs值最高。本研究中，施硅對(duì)開(kāi)花期葉片Pn、Gs和Tr無(wú)明顯的促進(jìn)作用，但施硅量200～400kg·hm-2提高灌漿期葉片Pn和Tr。弱光環(huán)境下通過(guò)合理施硅，更有利于增強(qiáng)小麥灌漿期光合能力。

據(jù)報(bào)道，遮陰影響冬小麥產(chǎn)量形成。本研究中，分蘗一成熟期遮陰和開(kāi)花一成熟期遮陰均降低冬小麥千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量，遮陰時(shí)間越長(zhǎng)降幅越大（表4、表5），與前人報(bào)道基本一致。盡管遮陰提高小麥開(kāi)花一灌漿期Pn，但抑制開(kāi)花一灌漿期Gs和灌漿期Tr，影響植株灌漿期蒸騰作用和光合同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)和分配，從而影響籽粒灌漿結(jié)實(shí)，造成小麥減產(chǎn)。施用氮、磷、鉀可增強(qiáng)小麥光合生產(chǎn)力和抗逆性，調(diào)節(jié)氮代謝水平，促進(jìn)花后干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)與分配，提高產(chǎn)量。施硅促進(jìn)小麥對(duì)氮磷鉀吸收，增強(qiáng)抗逆性，提高生物量、有效穗數(shù)、穗粒質(zhì)量、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，增加產(chǎn)量。本研究中，復(fù)合肥施用量200～300kg·hm-2配施硅肥200～400kg·hm-2可提高冬小麥千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量（表4、表5），有效緩解遮陰對(duì)產(chǎn)量的抑制作用。

小麥籽粒淀粉和蛋白質(zhì)含量是影響品質(zhì)的重要組分。據(jù)前人報(bào)道，小麥拔節(jié)一開(kāi)花期遮陰和拔節(jié)一成熟期遮陰77.6%，降低籽粒直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量，遮陰時(shí)間越長(zhǎng)，降幅越大；而小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，則隨遮陰強(qiáng)度增加而增加。本研究也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)，冬小麥分蘗一成熟期遮陰68%，明顯提高籽粒蛋白質(zhì)含量，兩種遮陰處理均降低籽粒直鏈淀粉和總淀粉含量（表6、表7）。原因在于，長(zhǎng)時(shí)間遮陰處理導(dǎo)致小麥籽粒灌漿過(guò)程中干物質(zhì)和胚乳淀粉積累不足，籽粒疵瘦，蛋白質(zhì)含量相應(yīng)提高，但遮陰改變了籽粒a-淀粉酶的活性，進(jìn)而影響淀粉品質(zhì)；不同小麥品種對(duì)籽粒淀粉品質(zhì)的影響，也存在差異。據(jù)報(bào)道，遮光60%條件下，增施氮肥顯著增加小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，籽粒蛋白質(zhì)含量與施氮量呈正相關(guān)。本研究也發(fā)現(xiàn)，氮、磷、鉀施用量為300kg·hm-2時(shí)，可提高籽粒蛋白質(zhì)、直鏈淀粉和總淀粉含量。原因在于，增施氮、磷、鉀肥可促進(jìn)小麥植株氮代謝過(guò)程，有利于籽粒氨基酸轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。據(jù)前人報(bào)道，施硅對(duì)小麥籽粒品質(zhì)無(wú)明顯影響。本研究也發(fā)現(xiàn)，施硅對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響也未達(dá)顯著水平，但可降低籽粒蛋白質(zhì)、直鏈淀粉和總淀粉含量?？梢?jiàn)，施硅可提高小麥灌漿期光合能力和產(chǎn)量，但對(duì)籽粒品質(zhì)無(wú)明顯的改善作用。硅是作物有益元素，不參與作物碳氮代謝過(guò)程，目前有關(guān)施硅對(duì)小麥籽粒品質(zhì)影響的研究報(bào)道較少，影響機(jī)理尚不清晰，還需開(kāi)展進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

（1）遮陰是影響冬小麥光合作用、產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素，其次是施復(fù)合肥、施硅肥。開(kāi)花一成熟期遮陰（SI）提高冬小麥開(kāi)花一灌漿期凈光合速率（Pn），但降低開(kāi)花一灌漿期葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）和灌漿期葉片蒸騰速率（Tr）；分蘗一成熟期遮陰（S2）則降低開(kāi)花期Pn、Gs和灌漿期Gs、Tr；盡管遮陰提高冬小麥開(kāi)花期一灌漿期Pn，但抑制葉片氣孔開(kāi)度，影響蒸騰作用，不利于籽粒灌漿結(jié)實(shí)，因此兩種遮陰處理均降低小麥千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量，降低籽粒直鏈淀粉和總淀粉含量。

（2）施復(fù)合肥200kg·hm-2，配施硅肥400kg·hm-2提高冬小麥灌漿期Pn效果最佳；施復(fù)合肥300kg．hm-2可改善籽粒品質(zhì)，復(fù)合肥300kg·hm-2配施硅肥200kg·hm-2增產(chǎn)效果最佳。因此，通過(guò)施用復(fù)合肥200～300kg·hm-2和硅肥200～400kg·hm-2可提高小麥光合能力，進(jìn)而提高籽粒千粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量，改善籽粒品質(zhì)，可緩解遮陰帶來(lái)的不利影響。