氮肥追施比例对匀播冬小麦光合特性及产量的影响

李 鹏,贾永红,张金汕,罗四维,王 凯,石书兵

(1 .新疆农业大学农学院,新疆乌鲁木齐 830052；2.新疆农业科学院奇台麦类试验站,新疆奇台 831800)

小麦是我国重要的商品粮和战略性粮食储备品种，其产量的丰欠直接关系到我国的粮食安全[1]。增加种植面积和单产是小麦持续增产的两个主要途径[2]。但近年来，小麦种植面积减少，提高单产成为增加总产的主要方式。通过立体匀播，小麦种子均匀合理地分布在土壤中的立体空间内，使单株营养均衡和良好发育，有助于建立合理小麦群体，促进小麦充分利用农田土地资源和光、热资源，提高个体和群体光合作用，有利于优势蘖的形成和发育，增加穗数和产量[3]。氮素影响小麦群体叶面积指数和光能转化效率，可调节干物质生产和提高产量[4-5]。合理的氮肥运筹可以提高小麦叶片叶绿素含量，改善叶片光合性能，并延长绿叶功能期，促进光合产物的积累，提高籽粒产量[6]。研究表明，拔节期和孕穗期施肥有利于减缓小麦生育后期叶面积、旗叶叶绿素含量和光合速率的下降速率，并协调群体与个体矛盾，形成合理的群体结构和产量构成[7-8]。但前人在氮肥运筹对获得最优的小麦光合性能和产量的追施比例不同。崔秀珍等[9]认为，相同施氮量下，基追比为5∶5时，分期追施氮肥以拔节期追40%、孕穗期追10%的效果最好，能有效增加小麦穗数、穗粒数和产量。另有研究发现，同一施氮量下，基追比为4∶6及2次追肥有利于延缓小麦叶面积和叶绿素的衰减，在拔节(占40%)至孕穗期(占20%)追施最佳[5]。吴安昌等[10]认为，氮肥施用以基肥∶拔节肥∶孕穗肥=5∶3∶2，能延缓生育后期旗叶叶绿素含量、光合速率和有效面积的下降，获得较高产量。当前关于小麦氮肥运筹效应的研究多在常规条播进行，对匀播小麦的研究鲜有报道。因此，本试验立足新疆小麦生产实际，根据小麦需肥规律和新疆昌吉地区追肥习惯，在一定施氮量条件下，结合匀播方式设置四个拔节肥和孕穗肥追施比例，以常规条播作对照，分析了追施比例对匀播小麦叶面积指数、SPAD值、旗叶光合速率日变化、成熟期干物质积累和分配及产量的影响，进而确定匀播小麦的适宜氮肥追施比例，以期为新疆匀播小麦高产栽培中氮肥合理运筹提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

本试验于2018年9月—2019月8月年在新疆农业科学院奇台麦类试验站(东经89°13′～ 91°22′，北纬42°45′～45°29′)进行，属温带大陆性气候，全年平均气温5.5 ℃，无霜期153 d。试验地前茬作物为玉米，土壤为沙壤土，pH 8.25。供试土壤中全氮含量2.24 g·kg-1，全磷含量1.28 g·kg-1，全钾含量18.08 g·kg-1，有机质含量42.88 g·kg-1，碱解氮含量128.70 mg·kg-1，有效磷含量11.40 mg·kg-1，速效钾含量 417.00 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验采用双因素裂区设计：主区为播种方式，分别为匀播(U)和常规条播(D)；副区氮肥追施比例，全生育期施纯氮225 kg·hm-2，其中50%作为基肥，其余作拔节肥(4月25日)和孕穗肥(5月16日)进行两次追施，两次追施比例设40%∶60%(N1)、50%∶50%(N2)、60%∶40%(N3)、70%∶30%(N4)4个水平。供试品种为新冬22号(北疆地区推广品种)，2018年9月30日播种，基本苗为225万株·hm-2，2019年7月9日收获。常规条播行距20 cm，匀播株间距6.67 cm，小区面积10 m2(2 m×5 m)，3次重复。小区四周设置保护行，小区间距0.6 m。全生育期灌水总量为4 950 m3·hm-2，灌水方式为滴灌，追肥为随水滴施，氮肥为尿素(含N≥46%)；基施纯磷(P2O5)120 kg·hm-2，磷肥为过磷酸钙(P2O5≥12%)。其他管理措施与当地大田栽培一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积指数(LAI)测定

于冬小麦拔节期(4月22日)、孕穗期(5月12日)、开花期(5月24日)、灌浆期(6月15日)，各小区选取长势一致小麦5株，采用系数法[11]测定绿叶面积，系数为0.83，并计算LAI。

1.3.2 旗叶SPAD值测定

各小区选取开花基本一致的植株50株，挂牌标记。于小麦花后0、7、14、21、28 d，在各小区选朝向和长势基本一致、无病虫害、无生理病斑、无机械损伤的10片冬小麦旗叶标记，使用SPAD-502型叶绿素仪测定旗叶SPAD值，每片叶重复测定三次，取平均值。

1.3.3 叶片净光合速率测定

冬小麦灌浆期选择两个晴天(6月15日和6月16日)，于8:00-18:00选取挂牌标记的植株，测定旗叶净光合速率，待数值稳定1 min后记录，每2 h测定一次，各处理测定6片旗叶，对两天测定结果取平均值。自然光源，测定时避开叶脉，缓冲瓶置于测试点2 m以外。测试仪器为英国PPSystems公司产TPS-2光合测定仪。参照张庆琛等[12]方法计算日光合总量。公式如下：

其中，PN为日光合总量值(μmol·m-2)；Pi为i次测光合速率；Pi+1为i+1次测定光合速率；ti为Pi次测定与Pi+1次测定的间隔时间(s)；n为测定次数。

1.3.4 干物质累积与分配测定

于成熟期，每小区连续挖取30株生长均匀具有代表性的样株(距隔离带0.4 m内边行不取)，将每株地上部各器官(叶片、茎鞘、穗)分别装入纸袋，置于烘箱中80 ℃烘干至恒重，冷却后称其干物质量。同时，计算干物质分配比例。

1.3.5 产量及其构成测定

收获前，每小区选有代表性的1 m2样区测定有效穗数，另取30株小麦进行室内考种，测定穗粒数、千粒重；每小区实收测产2 m2。

1.4 数据分析

用Excel 2013进行数据处理，SPSS 19.0进行统计分析，

2 结果与分析

2.1 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦叶面积指数(LAI)的影响

由图1可知，播种方式和氮肥追施比例对冬小麦LAI均有显著影响。随生育进程的推进，LAI呈先升后降趋势，在孕穗期达最大。在拔节期和孕穗期，相同氮肥追施比例下，匀播小麦LAI较条播高17.67%～20.15%，差异均显著；同一播种方式下，LAI表现为N4>N3>N2>N1。孕穗期后，匀播小麦LAI均表现为N3>N4>N2>N1，条播小麦LAI表现为N4>N3>N2>N1；与条播相比，匀播小麦的LAI提高了13.80%～ 18.30%，N1、N2和N3条件下差异均显著；但与孕穗期相比，匀播小麦灌浆期LAI为1.82～ 2.47，条播下降1.40～1.77，匀播降幅较条播更大，变化更明显。这表明匀播和适宜的拔节肥追施比例能提高小麦LAI，匀播条件下N3、N4处理的LAI较大。

2.2 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦旗叶SPAD值的影响

相同播种方式和氮肥追施比例下，冬小麦旗叶花后SPAD值随生育进程的推进，均呈现先增后降趋势(图2)，花后7 d达到最大值。在相同播种方式下，随拔节肥比例的增加，小麦旗叶SPAD值呈现先增后降趋势，表现为N2>N1>N3>N4或N2>N3>N1>N4；相同氮肥追施比例下，匀播小麦的SPAD值高于条播小麦，但二者差异较小。这表明，匀播小麦叶片在适宜氮肥追施比例下能在花后保持较高的叶绿素含量，但播种方式的影响不显著。

图2 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦SPAD值影响

2.3 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦净光合速率(PN)日变化和日光合积累量(Pn)的影响

相同播种方式和氮肥追施比例下冬小麦灌浆期旗叶Pn日变化呈现“双峰曲线”变化(图3)。相同播种方式下，不同氮肥追施比例间Pn差异不明显；相同氮肥追施比例下，匀播小麦的Pn高于条播小麦，差异也不显著。计算PN(表1)后发现，在相同播种方式下，随拔节肥比例的增加，PN表现为N2>N3>N1>N4，N2处理在匀播下较其他处理高3.14%～12.46%，与N1、N4处理差异显著，而在条播下高1.37%～10.53%，与N4处理差异显著；相同氮肥追施比例下，匀播小麦的PN较条播小麦高5.24%～8.37%，其中在N2条件下差异显著；方差分析表明，播种方式和氮肥追施比例对冬小麦旗叶PN的影响达显著水平，但二者交互作用不显著，说明匀播和适宜氮肥追施比例能促进小麦灌浆期旗叶光合作用和物质积累，以N2、N3处理较优。

表1 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦旗叶单位日光合总量(PN)的效应分析

图3 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦旗叶光合速率日变化的影响

2.4 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦成熟期干物质积累和分配比例的影响

相同播种方式和氮肥追施比例对成熟期小麦干物质积累量影响均显著，但二者互作效应不明显(表2)。相同播种方式下，随拔节肥比例的增加，植株及各器官干物质量均逐渐增加或先增后略降，干物质分配比例在籽粒和穗轴+颖壳中呈先增后减的趋势，在其他营养器官中呈先降后升趋势；相同氮肥追施比例下，匀播小麦干物质积累量及其在籽粒中的分配比例较条播分别高 2.53%～8.89%、0.35%～1.06%。其中匀播下干物质积累量以N3处理最大，显著高于N1、N2处理；条播下以N4处理最大，显著高于其他处理，但籽粒分配比例最小。这表明匀播和适宜的氮肥追施比例有利于小麦干物质向籽粒分配。

2.5 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦产量及其构成的影响

由表2可知，在相同播种方式下，随拔节肥追施比例的增加，小麦穗数呈增加趋势，千粒重和穗粒数呈现先升后降趋势。匀播下产量以N3处理最高，达9 360.23 kg·hm-2，较其他处理高 2.23%～10.47%；条播下产量以N4处理最高，达8 912.13 kg·hm-2，较其他处理高4.74%～ 14.40%。相同氮肥追施比例下，匀播小麦产量较条播小麦高2.74%～10.00%，在N1、N3条件下差异显著。匀播小麦产量高于条播主要是由于穗数显著增加的结果。匀播小麦的穗数较条播高 4.17%～9.54%，在N2、N3和N4条件下均差异显著；匀播小麦的千粒重和穗粒数与条播差异均不显著。方差分析表明，穗数、穗粒数、千粒重和产量受播种方式和氮肥追施比例的影响均显著，但二者互作效应不明显。由此可见，匀播小麦通过增加穗数来提高产量，适宜的氮肥追施比例有利于其穗数、穗粒数、千粒重的增加。

表2 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦成熟期干物质积累与分配的影响

表3 播种方式和氮肥追施比例对冬小麦产量及产量构成的影响

3 讨 论

3.1 氮肥追施比例对匀播小麦光合特性的影响

播种方式改变了小麦群体均匀度，改善了小麦群体透光情况，促进小麦叶片的光合能力，进而提高小麦生物产量[13]。有研究表明，拔节期和孕穗期适量追施氮肥可明显提高花后植株的光合能力和延长花后叶片功能期，促进籽粒形成与灌浆[7,14]。本试验结果表明，施氮量一定时，相同氮肥追施比例下，与条播相比，匀播提高了小麦LAI、旗叶SPAD值、灌浆期旗叶光合速率和日光合积累量，与前人结果相似[15]，但匀播下各处理LAI在孕穗期后下降幅度较条播大，下降趋势更明显，可能是匀播小麦群体数量较条播增加，下部叶片郁闭严重[16-17]，叶片出现早衰，使LAI下降幅度增大。相同播种方式下，随拔节肥追施比例的增加，小麦LAI、旗叶SPAD值、日光合积累量呈先增后减趋势，但适宜追施比例不同；LAI在N3、N4处理较优，可能是因为拔节肥比例增加促进了总茎数增加[18]，进而提高LAI；旗叶SPAD值和日光合积累量在N2、N3处理较优，表明适宜的孕穗肥用量能增加小麦叶绿素含量，而超过一定的追施量(本试验在N1处理下)，土壤中氮素增加，抑制了根系对其他矿质元素的吸收，使叶绿素合成受到抑制[19-20]，降低了旗叶的光合性能。本研究还表明，旗叶光合日积累量不受播种方式和追氮比例互作影响，受氮肥追施比例影响显著，适量增加小麦孕穗肥比例可以保持小麦全天较高的光合能力，与前人[21-22]研究结果基本一致。

3.2 氮肥追施比例对匀播小麦物质积累和分配及产量影响

干物质是光合产物的最终形态，其积累和分配与产量形成密切相关[23-24]。立体匀播通过单株分蘖调节实现群体均匀，促进小麦个体和群体光合作用，提高光合物质生产能力，并显著增加小麦成穗数，增加小麦产量[25]。还有研究表明，拔节期和孕穗期追氮能改善植株光合功能，增强光合物质生产，并提高向籽粒的运转效率，促进籽粒干物质的合成与积累，且千粒重和穗粒数随着追氮时期的后移而增加[26]。本研究表明，播种方式和氮肥追施比例对干物质积累和物质分配比例影响显著，但互作效应不显著。随拔节肥比例的增加，干物质在籽粒中分配比例和籽粒产量呈先增后减趋势。小麦籽粒产量是花前和花后光合产物共同作用的结果[27]。孕穗肥追施比例较大时，小麦籽粒产量的下降可能因为花后叶片光合速率因C/N比下降而降低，叶片氮代谢旺盛，光合产物输出量减少[28]；也可能是因为拔节期氮肥追施比例较大导致花前物质积累集中于营养器官，花后氮素供应不足，光合色素合成降低，光合物质积累减少，花前物质再分配在籽粒中分配比例降低，具体原因有待进一步研究。本研究还表明，播种方式和氮肥追施比例对小麦穗数、穗粒数、千粒重和产量影响显著，但其交互作用不显著；与条播相比，匀播小麦的穗数、千粒重和产量高了4.16%～ 9.54%、0.19%～1.28%和2.74%～10.00%，穗数和产量变化均达显著水平，且在N3条件下产量最大。方差分析表明，匀播小麦产量提升是穗数显著增加和保持较高千粒重的缘故；且增加拔节肥比例，小麦单位面积穗数增加，穗粒数、千粒重和产量呈现先增后减趋势。这表明增大拔节肥追施比例可提高小麦穗数，而适量追施孕穗肥能提高小麦千粒重，增加产量，与前人[25,29]研究结果基本一致。本试验中匀播下N3(拔节肥∶孕穗肥=60%∶40%)处理产量较高，为最佳氮肥追施比例。