肥-沙混施對鹽堿地冬小麥群體庫源關系的影響*

李曉爽, 黨紅凱, 宋 妮, 申孝軍, 孫景生**

肥-沙混施對鹽堿地冬小麥群體庫源關系的影響*

李曉爽1,2, 黨紅凱2, 宋 妮1, 申孝軍1, 孫景生1**

(1. 中國農業(yè)科學院農田灌溉研究所 新鄉(xiāng) 453003; 2. 河北省農林科學院旱作農業(yè)研究所 衡水 053000)

為明確摻黃河泥沙同時配施生物有機肥(肥-沙混施)條件下鹽堿地冬小麥群體庫、源的特征及變化規(guī)律, 探討肥-沙混施條件下作物庫源動態(tài)變化特征, 探求鹽堿地冬小麥產量的限制因子, 為鹽堿地改良和開發(fā)利用提供理論依據(jù), 采用大田定位跟蹤調查方法, 于2015—2018年連續(xù)3個冬小麥生長季在河北省南皮縣開展試驗。設置摻黃河泥沙(SS)、配施生物有機肥(FF)、肥-沙混施(SF)和空白對照(CK)4個處理。結果表明, 所有處理小麥旗葉花后凈光合速率呈逐漸下降趨勢, 開花—花后20 d的平均值表現(xiàn)為SF>FF>SS>CK, SF、FF和SS分別比CK高12%、10%和4%以上, 尤其在花后20 d, SF、FF和SS仍能維持較高的光合性能, 分別比CK高55.08%、27.32%和1.88%。隨生育進程光合勢呈單峰曲線變化, 孕穗—開花期達到最大, 開花30 d后群體光合勢快速下降, 表現(xiàn)為SF>FF>SS>CK, SF、FF和SS在孕穗—開花期的3年平均光合勢依次分別比CK提高29.02%、18.79%和10.62%; 其花后總光合勢分別比CK高41.66%、24.72%和13.94%。在表征源庫關系的指標上, SF的全生育期、開花前和開花后源生產能力均為最高, 分別比CK高34.06%、40.52%和28.15%; SF的穗數(shù)、總粒數(shù)、最大潛在庫容和有效庫容量均為最高, 3年平均分別比CK高25.69%、30.00%、42.06%和38.84%。SF的產量、開花后源生產能力的轉化率、粒葉比和經(jīng)濟系數(shù)均為最高, 3年平均比CK提高41.08%、9.53%、8.50%和4.01%。本研究條件下, 小麥的有效庫容量與總穗數(shù)和穗粒數(shù)呈極顯著正相關。總穗數(shù)和總粒數(shù)是影響鹽堿地冬小麥產量的關鍵因子。摻黃河泥沙或配施生物有機肥均能夠提高小麥光合性能, 提高源生產能力, 促進源庫轉化。摻黃河泥沙同時配施生物有機肥處理綜合了摻黃河泥沙和配施生物有機肥的優(yōu)點, 效果最佳, 更有利于濱海鹽堿土壤的改良和可持續(xù)開發(fā)利用。

鹽堿地; 生物有機肥; 黃河泥沙; 冬小麥; 庫源關系

河北省鹽堿耕地面積占總耕地面積的10%以上, 主要分布在河北東部的低平原區(qū)和濱海平原區(qū)[1], 是河北省中低產田的主要組成部分[2]。由于該地區(qū)耕地資源有限, 鹽堿化土地改良已成為破解糧食生產能力低、增加糧食總產量的重要途徑[3]。河北省低平原區(qū)鹽堿地小麥()種植面積占有較大比重, 對全省產量影響較大[4]。目前利用生物有機肥在鹽堿地改良方面做了很多工作, 已有研究認為生物有機肥配施能有效改善土壤結構, 增加土壤供水能力[5], 提高氮肥利用效率[6], 減輕鹽堿脅迫對種子發(fā)芽和苗期生長的抑制[7], 提高作物的抗鹽堿能力, 進而提高作物產量[8]。耕層摻沙改良鹽堿地在我國有悠久的歷史, 能明顯改善土壤結構[9], 顯著提高摻沙層以下土壤含水率[10], 降低土壤全鹽量, 快速提升土壤肥力[11-12], 改善作物生長環(huán)境, 提高作物產量[13-14]。但是, 在該類地區(qū)采用生物有機肥-摻沙結合方法改良鹽堿地的過程中, 關于小麥源庫物質生產量、源庫間同化物的轉化量及源生產能力對籽粒產量的貢獻率, 尚缺乏定量分析研究。

庫源關系是量化分析作物生產力的重要理論工具。受遺傳和環(huán)境影響, 庫源特性對小麥產量形成的作用不同[15]。在栽培環(huán)境對小麥庫源關系的影響方面, 有研究認為, 提高單位面積產量可以通過增加密度從而擴大源面積和庫容量來實現(xiàn)[16], 而在高密度種植條件下, 產量提高的主要限制因子是群體源活性不足, 適當降低群體密度, 進而改善冠層環(huán)境, 增強源活力, 反而能實現(xiàn)高產[17]。因此, 小麥獲得高產是通過栽培措施使源庫關系在高水平上獲得動態(tài)平衡的結果[18]。改善源庫關系方面, 也有大量的研究報道。減源或縮庫處理均能促進莖葉同化產物運輸?shù)綆? 使小麥粒重顯著增加[19]。因此, 在作物產量和品質形成過程中, 只有在保證適宜庫/源比的基礎上, 構成庫容大、積累量高的源庫平衡關系, 才可能實現(xiàn)農作物高產優(yōu)質[20]。此外, 郭偉等[21]研究發(fā)現(xiàn), 花后碳氮調控對春小麥源庫關系與籽粒品質均造成影響。許育彬等[22]研究發(fā)現(xiàn), CO2濃度升高可通過提高單位葉面積的庫承載力和物質調運能力, 改善源庫關系; 增加氮素供應可增進CO2對庫源改善的調控作用。劉孟雨[23]發(fā)現(xiàn), 增大小麥庫容及源的供應能力有利于水分利用效率的提高。為此, 本研究選用小麥品種‘小偃60’作為供試材料, 在生物有機肥配合黃河泥沙施入(肥-沙混施)鹽堿地改變土壤結構的前提下, 開展對冬小麥群體源庫關系的研究, 旨在探討各處理對群體庫源關系內在轉化的影響, 為提高中低產區(qū)鹽堿地冬小麥產量和肥-沙混施技術提供理論依據(jù)和技術參考。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

大田試驗于2015—2018年連續(xù)3個小麥生長季, 在河北省南皮縣穆三撥農場(38.06°N, 116.77°E, 海拔9.5 m)進行。該區(qū)位于河北省東南部近濱海低平原, 屬于半濕潤大陸季風氣候區(qū), 年平均氣溫12.3 ℃, 降水量550 mm, 無霜期180 d。3個生長季小麥的前茬均為夏玉米()。土壤母質為黃河和海河的沖積物, 土壤類型為鹽化潮土。于2015年10月3日冬小麥播種前取耕作層土壤, 對其鹽分和養(yǎng)分狀況進行分析化驗, 土壤鹽分含量為1.2~2.8 g?kg-1, 0~20 cm土層有機質含量為1.19~1.30 g?kg-1、全氮含量為0.079~ 0.086 g?kg-1、速效氮含量為49~53 mg?kg-1、速效磷含量為6.2~6.9 mg?kg-1、速效鉀含量為125~130 mg?kg-1。

試驗設置配施生物有機肥處理(簡稱配肥處理)、摻黃河泥沙處理(簡稱摻沙處理)、配施生物有機肥+摻黃河泥沙處理(簡稱肥-沙混施處理)和空白對照共4個處理, 分別用FF、SS、SF和CK表示。小區(qū)面積11 m×6.6 m, 每個處理3次重復。所有處理整地前施底肥為: 尿素210 kg?hm-2(N≥46.2%), 磷酸二銨(含N 18%, P2O546%)300 kg?hm-2, 氯化鉀(含K2O 60%)150 kg?hm-2。配施生物有機肥處理整地前施生物有機肥3 600 kg?hm-2[所用生物有機肥含有機質≥45%, 氮磷鉀總含量≥6%, 有效活菌數(shù)(cfu)≥2′108?g-1, 水分≤10%, pH 5.5~8.0]。摻黃河泥沙處理在人工鋪黃河泥沙7 cm厚后, 耕層旋耕摻混。肥-沙混施處理在人工攤鋪黃河泥沙7 cm后, 施生物有機肥3 600 kg?hm-2, 耕層旋耕摻混。所有處理在澆拔節(jié)水時追施尿素300 kg?hm-2(N≥46.2%)。冬小麥品種選用‘小偃60’, 2015年、2016年和2017年分別于10月19日、10月14日和11月8日足墑播種, 采用15 cm等行距。播量采用品種審定時推薦的基本數(shù)。翌年春季分別于4月3日、4月5日和4月2日澆拔節(jié)水并追肥, 6月10日、6月13日和6月12日收獲。

1.2 測定項目與方法

每小區(qū)標記有代表性的植株。于返青期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期、開花后10 d、開花后20 d、開花后30 d和成熟期取樣, 苗期每次取樣30株, 成株后取樣10株, 進行下列參數(shù)測定。

群體葉面積指數(shù)(LAI)[24]=樣葉面積(cm2)/樣葉重(g)×樣株綠葉總重(g)/樣株數(shù)(株)×基本苗(株?hm-2)× 1.5×10-4(1)

群體光合勢(LAD): 單位土地面積上葉面積持續(xù)時間, 單位是m2?d-1?hm-2。按下式計算:

LAD=(LA2+LA1)×(2-1)/2 (2)

式中: LA1、1分別表示前一次的葉面積(m2)、取樣時間, LA2、2分別表示后一次的葉面積(m2)、取樣時間。小麥開花后總光合勢等于開花后0~10 d、10~20 d、花后20 d到成熟期群體光合勢之和。全生育期的總群體光合勢等于各生育階段的群體光合勢之和。

光合速率: 采用美國CID公司生產的CI-340便攜式光合測定系統(tǒng)測定小麥凈光合速率(n)。開花期開始每隔10 d測定冠層葉片的光合速率, 每個處理選取6株受光方向和生長狀況較一致的葉片, 使用CI-340光合儀閉路測定。

源、庫生產能力指標和計算公式參考文獻[25]。主要有下列指標:

源生產能力: 即干物質積累量, 在考察單株性狀后, 植株地下部分剪掉, 將植株105 ℃殺青30 min后, 置80 ℃烘干至恒重后稱重, 計算源生產能力。

最大潛在庫容量=單位面積穗數(shù)(穗?hm-2)×潛在粒數(shù)(粒?穗-1)×潛在粒重(g?粒-1) (3)

有效庫容量=單位面積總粒數(shù)(粒?hm-2)×粒重(g?粒-1) (4)

產量: 成熟前在小區(qū)中計數(shù)各樣點上的穗數(shù), 求算每公頃穗數(shù)。然后在樣點中選取代表性麥穗20個, 計數(shù)各穗上的籽?？倲?shù), 并求取每穗粒數(shù)。每個處理3個小區(qū), 每個小區(qū)收獲1個3 m2的樣點, 計算每平方米產量。各樣點取得的籽粒測定千粒重, 重復3次。整個小區(qū)采用聯(lián)合收割機收獲計算產量。

經(jīng)濟系數(shù)=經(jīng)濟產量(籽粒烘干質量)(kg?hm-2)/生物產量(地上部烘干質量)(kg?hm-2) (5)

以葉面積(孕穗期最大葉面積)大小代表源, 以具有經(jīng)濟價值的籽粒數(shù)量和粒重代表庫。按下式計算葉粒比:

粒葉比=群體收獲總粒數(shù)(粒)/群體最大葉面積(cm2) (6)

開花后源生產能力轉化率=烘干籽粒質量(kg?hm-2)/開花后源生產能力(kg?hm-2)×100% (7)

莖鞘物質輸出率=[開花期莖鞘干質量(kg?hm-2)-成熟時莖鞘干物質量(kg?hm-2)]/開花期莖鞘干物質量(kg?hm-2)×100% (8)

1.3 數(shù)據(jù)分析

分別采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理鹽堿地冬小麥的源特征

2.1.1 冬小麥群體的光合性能

由表1可以看出, 所有處理的凈光合速率(n)峰值均出現(xiàn)在開花期, 變幅為20.19~25.66 μmol?m-2?s-1。除2018年FF處理峰值最大以外, 2016年和2017年均以SF的峰值最大, 其變動范圍為22.42~25.66 μmol?m-2?s-1; FF和SS的變動規(guī)律相似, 變動范圍分別為21.80~27.14 μmol?m-2?s-1和22.14~24.93 μmol?m-2?s-1。隨著測定時期(開花期、花后10 d和花后20 d)不同, SF比CK高出比例也不同, 分別為13.86%、28.54%和55.08%; FF比CK高7.55%、10.94%和27.32%; SS比CK高11.10%、12.66%和1.88%。在花后20 d, SF、FF和SS均維持了較高的光合速率, 特別是SF。

表1 不同處理鹽堿地冬小麥旗葉凈光合速率變化動態(tài)

CK為對照處理; FF為配施生物有機肥處理; SS為摻黃河泥沙處理; SF為配施生物有機肥+摻黃河泥沙處理。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.1.2 冬小麥群體光合勢的變化動態(tài)

光合勢是葉面積與其持續(xù)時間的乘積, 反映不同小麥群體在某一個時間段內截獲太陽光能的潛勢。2015—2018年冬小麥光合勢隨生育進程呈單峰曲線變化(圖1a)。在2015—2018年小麥生長季, 所有處理光合勢最大的階段均出現(xiàn)在孕穗—開花期, 光合勢均在6.41′104m2?d-1?hm-2以上; 其次是開花后0~10 d和拔節(jié)—孕穗期, 每個階段積累的光合勢均在3.08′104m2?d-1?hm-2以上; 花后10~20 d和起身—拔節(jié)期的光合勢累積量相當, 均在1.74′104m2?d-1?hm-2以上, 花后20~30 d積累量最少, 與后期葉片衰亡、葉面積明顯下降有關。

在所有處理中, SF在孕穗—開花期光合勢較高, 變幅為7.14′104~9.95′104m2?d-1?hm-2, 按年度依次比CK高28.21%、33.34%和25.50%。其次是FF, 峰值變化范圍在6.87′104~8.97′104m2?d-1?hm-2, 按年度依次比CK高9.96%、28.29%和18.09%。SS峰值變幅為5.62′104~7.84′104m2?d-1?hm-2。SS表現(xiàn)出比CK略高的光合勢, 全生育期按年度依次平均比CK高7.96%、11.28%和12.63%。

由圖1可見, 2015—2018年所有處理平均累積總光合勢為1.717′105~2.567′105m2?d-1?hm-2。SF的累積總光合勢最高, 3年均值2.494′105m2?d-1?hm-2, 比CK高31.65%~38.10%; 其次是FF, 累積總光合勢為2.062′105~2.362′105m2?d-1?hm-2, 比CK高16.77%~ 24.23%; SS的累積總光合勢為1.895′105~2.097′105m2?d-1?hm-2, 比CK高2.01%~10.33%。各處理花后總光合勢占累積總光合勢的比例有所不同, CK、FF、SS和SF分別為29.95%、31.51%、31.79%和32.26%, FF、SS和SF花后總光合勢分別比CK提高24.72%、13.94%和41.66%(圖1b)。

2.1.3 冬小麥的群體源生產特性

由表2可見, 各處理源生產能力差異顯著。不同處理的全生育期、開花前和開花后源生產能力的表現(xiàn)規(guī)律一致: SF>SS>FF>CK。CK的全生育期、開花前和開花后源生產能力均為最小; SF的全生育期、開花前和開花后源生產能力均為最高, 分別平均比CK高34.06%、40.52%和28.15%; 其次是FF的全生育期、開花前和開花后源生產能力, 分別平均比CK高22.95%、33.54%和30.63%; SS的全生育期、開花前和開花后平均源生產能力分別比CK高10.00%、11.66%和8.48%。各處理的開花后源生產能力/全生育期源生產能力差距不大, 變動范圍為49.63%~52.76%, 表現(xiàn)為CK>FF>SS>SF。年際間比較, 各處理的全生育期、開花前和開花后源生產能力3個指標在2015—2016年最高, 2017—2018年最低。

圖1 2015—2018年不同處理鹽堿地冬小麥平均光合勢的動態(tài)變化(a)和平均累積光合勢(b)

CK為對照處理, FF為配施生物有機肥處理, SS為摻黃河泥沙處理, SF為配施生物有機肥+摻黃河泥沙處理。柱形圖上不同字母表示差異顯著(<0.05)。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Different lowercase letters above the column mean significant difference among treatments at 0.05 level.

2.2 不同處理鹽堿地冬小麥的庫特征

不同處理冬小麥群體庫的指標見表3。處理間比較, 冬小麥群體穗數(shù)和總粒數(shù)表現(xiàn)為: SF>FF>SS> CK, 均以SF最高, 變幅分別為4.29′105~4.65′106穗?hm-2和9.98′107~11.78′107粒?hm-2, 分別比其他處理高3.76%~29.70%和2.87%~28.12%。SF、FF和SS的穗數(shù)比CK分別提高22.74%~29.69%、14.01%~21.99%和4.00%~12.59%, 總粒數(shù)分別提高22.16%~34.47%、10.68%~26.79%和5.96%~13.83%。千粒重表現(xiàn)為: SS>SF>FF>CK, 依次比CK高8.97%、6.71%和1.84%。千粒重以SS的最大, 平均為46.59 g, 比CK高8.97%; 其次是SF, 平均比CK高6.71%; FF的千粒重比CK略高1.84%。最大潛在庫容表現(xiàn)為: SF>SS>FF>CK, 均以SF最高, 依次比其他處理高9.03%~15.54%、13.42%~15.77%和27.17%~32.18%。SS比SF穗數(shù)減少的幅度遠大于千粒重下降的幅度, 最終使得SS最大潛在庫容量顯著減少9.92%~ 17.77%。2015—2016年和2016—2017年處理間有效庫容量表現(xiàn)為: SF>FF>SS>CK, 2017—2018年表現(xiàn)為: SF>SS>FF>CK, 3個小麥季均以SF最高, 以CK最低, SF的有效庫容比FF、SS和CK分別高11.87%~17.38%、12.50%~21.90%和24.27%~31.70%。年際間比較, 各處理穗數(shù)、總粒數(shù)、千粒重、最大潛在庫容和有效庫容量均以2015—2016年最高, CK各項指標隨年份增加呈減少趨勢, SS和FF除了穗數(shù)外, 其他各項指標均表現(xiàn)為2017—2018年略大于2016—2017年。

表2 不同處理鹽堿地冬小麥的不同時期群體源生產能力

CK為對照處理, FF為配施生物有機肥處理, SS為摻黃河泥沙處理, SF為配施生物有機肥+摻黃河泥沙處理。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

表3 不同處理鹽堿地冬小麥的群體庫指標

CK為對照處理, FF為配施生物有機肥處理, SS為摻黃河泥沙處理, SF為配施生物有機肥+摻黃河泥沙處理。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.3 不同處理鹽堿地冬小麥群體的庫源關系

2.3.1 冬小麥群體的源庫關系

由表4可見, 各處理產量變幅為3 317.77~5 449.52 kg?hm-2。處理間比較, 摻沙或配肥不同程度提高了鹽堿地冬小麥產量, 以SF產量最高, 比其他處理高5.91%~33.98%, 其中和CK相比產量提高26.00%~ 33.98%。2015—2016年和2016—2017年各處理莖鞘物質輸出率均表現(xiàn)為: SS>SF>CK>FF, 2017—2018年各處理間莖鞘物質輸出率表現(xiàn)為: SS>SF>FF>CK, 均以SS最高, 其莖鞘物質輸出率分別比SF、FF和CK高0.77%~0.96%、2.76%~11.76%和6.47%~10.76%。說明摻沙處理可以提高莖鞘物質輸出率。此外, FF隨生物有機肥施用年份的增加, 莖鞘物質輸出率增大。各處理開花后源生產能力的轉化率表現(xiàn)為: SF>SS>FF>CK, SF的花后源生產能力轉化率最大, 分別比CK、FF和SS高1.67%~2.32%、5.73%~7.74%和5.88%~8.28%。各處理的粒葉比年際間表現(xiàn)不同, 2015—2016年和2016—2017年表現(xiàn)為: SF>FF>SS>CK, 2017—2018年SF最大, 其次是CK, SS與FF相當。其中SF的3年平均粒葉比高達0.37, 表明單位面積綠葉所承載的籽粒數(shù)比其他處理多, 和CK相比增加2.86%~10.53%。各處理的經(jīng)濟系數(shù)(EC)比較, 以SF最大, 平均比CK高2%以上。

表4 不同處理下鹽堿地冬小麥的源庫關系

CK為對照處理, FF為配施生物有機肥處理, SS為摻黃河泥沙處理, SF為配施生物有機肥+摻黃河泥沙處理。同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.3.2 冬小麥源與庫的相關性

表5表明, 在不同肥-沙混施條件下, 全生育期源生產能力與有效庫容量、總穗數(shù)和穗粒數(shù)之間存在著顯著正相關(<0.05)。全生育期光合勢與有效庫容量、總穗數(shù)、穗粒數(shù)之間存在顯著正相關(<0.05), 其中開花前及全生育期光合勢均與總穗數(shù)達極顯著水平(<0.01)。有效庫容量與總穗數(shù)和穗粒數(shù)達到極顯著正相關(0.01)。有效庫容量與庫構成因素之間的相關系數(shù)表明總穗數(shù)和穗粒數(shù)對有效庫容量影響較明顯, 均達極顯著水平(<0.01)。

3 討論

3.1 肥-沙混施處理對鹽堿地冬小麥源庫特性的影響

維持高光合能力和持續(xù)時間對產量形成極為重要[15,25]。本研究條件下, 各處理冬小麥開花后的凈光合速率(n)峰值均出現(xiàn)在開花期(20.19~25.66 μmol?m-2?s-1)。此結論不同于趙紫平等[26]峰值出現(xiàn)在灌漿初期的結果, 原因可能與本研究土壤含鹽量高有關。本研究肥-沙混施處理在開花期—花后20 d的n平均為17.39 μmol?m-2?s-1, 高于其他處理12.25%~29.90%以上, 說明肥-沙混施處理可以促進冬小麥光合作用, 從而提高作物干物質積累量[27]。灌漿后期的n表現(xiàn)和中期一致, 這表明SF處理能夠保證持續(xù)較高的光合速率, 從而改善后期光合性能, 延緩葉片衰老[28]。對照處理的花后源生產能力轉化率為79.48%, 顯著低于其他處理, 其全生育期源生產能力主要來自于開花后的源生產能力, 而前期的物質積累欠缺影響了全生育期源的生產能力[18,23]。其他處理, 特別是SS和SF, 開花后源生產能力轉化率高, 分別為84.23%和85.91%, 比對照處理高5.98%和8.09%, 其產量也比對照高16.72%和41.01%, 說明本研究條件下?lián)缴程幚硗ㄟ^提高開花后的源生產能力而提高產量。所有處理的冬小麥群體光合勢隨生育階段的增加而增加, 在孕穗—開花期達最大, 隨后隨生育階段的增加逐漸降低?；ê?0 d群體光合勢下降的速度較快, 對產量的形成極為不利[15,18], 整個生育期肥-沙混施處理比對照處理高25%以上, 尤其在花后20 d比對照處理高35%以上。因此, 冬小麥在花后20 d維持較高的光合性能是產量提高的關鍵因子。本研究條件下, 摻黃河泥沙或配施生物有機肥有利于提高小麥旗葉的光合速率和花后20 d的群體光合勢, 減緩葉片早衰和死亡, 延長葉片光合時間, 提高源供應能力, 尤以肥-沙混施處理最佳。

表5 鹽堿地冬小麥源庫各特征因素間的相關系數(shù)(2016年)

**和*分別表示極顯著(<0.01)和顯著(<0.05)相關。**and * indicate significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively.

通過改善小麥生長的生態(tài)環(huán)境, 促進小麥生長發(fā)育, 優(yōu)化群體結構, 是實現(xiàn)高產的基礎[24]。本研究表明, 摻黃河泥沙或配施生物有機肥提高了鹽堿地冬小麥的穗數(shù)、粒數(shù)、千粒重、最大潛在庫容量。其中摻沙處理使千粒重提高4.76%以上, 但總穗數(shù)和單株結實粒數(shù)偏低, 因此摻沙處理通過提高總穗數(shù)和單株結實粒數(shù)是獲得高產的關鍵。如何提高群體穗數(shù), 還需在設置不同密度的前提下進行更深入的研究。有效庫容量與最大潛在庫容量的相關系數(shù)表明, 增加總穗數(shù)和穗粒數(shù)是增加庫容的有效措施[15], 是獲得較大庫容的關鍵措施[18]。鹽堿地冬小麥群體庫容不足是造成產量低的主要原因, 而肥-沙混施處理使鹽堿地冬小麥單位面積綠葉所承載的籽粒數(shù)平均提高2.86%~10.53%, 說明肥-沙混施處理有利于鹽堿地冬小麥產量的提高。

3.2 肥-沙混施處理與鹽堿地冬小麥源庫轉化互作效應

作物產量的形成是源庫互作的過程[29]。在作物產量形成過程中, 源為庫的建成和充實提供物質保證, 庫的大小又可調節(jié)源的活性[30]。而在庫或源水平均較低時, 增源或增庫都能明顯促進產量提高[31]。本研究條件下, 所有處理小麥平均有效穗數(shù)為3.98′106穗?hm-2, 平均穗粒數(shù)為24.12粒, 均低于超高產條件下有效穗數(shù)在4.53′106穗?hm-2以上, 穗粒數(shù)為35.02粒以上[32]的結果。說明本研究條件下, 源和庫均是鹽堿地冬小麥產量的限制因素。

粒葉比是衡量群體條件下源庫流是否協(xié)調的綜合指標。粒葉比越高, 葉片的光合產物輸向穗部的越多, 越利于產量的提高[18]。在本研究生產條件下, 肥-沙混施處理比對照處理的粒葉比增加2.86%~ 10.53%, 說明與對照處理相比, 肥-沙混施處理能夠促進光合產物從源到庫的運轉更加流暢, 促使更多的源物質轉化成庫物質。另外, 本研究肥-沙混施處理的有效庫容量(4 485.70~5 503.10 kg?hm-2)比對照處理高32%以上, 結合陳紅明等[33]關于光合源相近, 粒葉比高的群體的生物量均高于低粒葉比群體的研究結果, 說明肥-沙混施處理提高了冬小麥的最大潛在庫容量。

本研究中鹽堿地冬小麥群體光合性能和源生產能力與產量和總穗數(shù)之間的相關系數(shù)表明, 增加總穗數(shù)能有效增加光合性能及源生產能力, 較高的光合性能和源生產能力為高產提供了物質保證?？梢妼τ邴}堿地冬小麥而言, 要想獲得較大的源, 增加總穗數(shù)是關鍵措施之一。本研究與溫櫻等[34]的研究結果一致。

肥-沙混施處理的花后總光合勢高于配施生物有機肥處理, 其產量也高于配施有機肥處理, 說明肥-沙混施處理有利于鹽堿地冬小麥群體生長, 更有利于維持花后的葉面積, 防止葉片早衰, 這也體現(xiàn)在產量上的提高。本研究條件下肥-沙混施分別比單獨摻沙和配施生物有機肥提高產量6%和14%以上。

3.3 降雨年型對鹽堿地冬小麥庫源關系的影響

足墑播種是小麥苗全苗壯的基礎, 也是小麥安全越冬的保障因素[35]。本研究連續(xù)3年小麥播種前后均有50 mm以上的降雨, 特別是2017年10月7—22日降雨量累計達80.4 mm。而本研究小麥群體成穗數(shù)以2015—2016年最高, 以播種前供水最充足的2017—2018年最低, 僅從水分上不能發(fā)現(xiàn)其中原因; 而從播期上看, 2015年10月19日播種, 2016年10月14日播種, 播期相近, 群體成穗數(shù)相近, 唯有2017年連續(xù)降雨延誤播期(11月8日播種), 冬前積溫明顯不足, 造成冬前苗弱分蘗少, 成穗數(shù)低[24,36]。

從整個生育期降雨量來看, 3年的降雨量以2015—2016年最高(297.4 mm), 其次為2016—2017年(187.0 mm), 以2017—2018年(115.9 mm)最低。小麥產量同處理年際間比較以2015—2016年最高, 以2017—2018年最低。產量是庫源協(xié)調的最終體現(xiàn), 在本研究限水灌溉條件下, 水分短缺是制約庫源協(xié)調的因子, 也是限制產量進一步提高的限制因子。

從小麥生育中后期降雨分布來看, 2016年5月2日和14日降雨平均超過20 mm, 且多發(fā)生在夜間, 此時正值揚花灌漿期, 充足水分供應保證了同化物的運轉, 促進了從源到庫的轉化, 也是本年度同處理年際間千粒重最高的原因。2017年灌漿期持續(xù)干旱, 不利于源庫轉化[37], 致使本年度千粒重不及2016年高。相比之下, 2018年5月份累計降雨35.7 mm。發(fā)生降雨天數(shù)共計8 d, 其中7次單次降雨量不足5 mm, 本月蒸發(fā)量大, 連續(xù)交叉的小雨加重了鹽堿地返鹽, 加速冬小麥的衰老, 制約了千粒重的提高, 致使本年度千粒重在3年中最低。

進一步比較分析各處理與對照處理發(fā)現(xiàn), 穗數(shù)、粒重和產量處理間的差異比年型差異大, 而各年型不同處理差異程度各有不同, 增肥、摻沙與肥-沙混施均可提高本研究條件下的鹽堿地源庫生產能力, 進而提高小麥產量, 而不同的降雨年型又會對各處理的增產效果起到制約或促進的作用。

4 結論

摻黃河泥沙或配施生物有機肥均可以提高鹽堿地冬小麥旗葉凈光合速率和光合勢, 以肥-沙混施處理效果最佳, 提高開花期—花后20 d的凈光合速率和整個生育期總光合勢12%和25%以上。

肥-沙混施處理顯著提高花前、花后源生產能力、穗數(shù)、總粒數(shù)、最大潛在庫容、有效庫容量和開花后源生產能力的轉化率, 分別比對照處理提高40%、28%、22%、22%、27%、24%和5%以上。

摻沙處理提高莖鞘物質輸出率和千粒重, 分別比對照處理提高6%和8%以上。摻黃河泥沙或配施生物有機肥均可以提高鹽堿地冬小麥的產量11%以上, 以肥-沙混施處理提高最多, 高達26%以上。

肥-沙混施處理綜合了摻黃河泥沙和配施生物有機肥的效果, 能夠提高小麥光合性能, 延緩花后20~30 d的葉片衰老, 提高源生產能力, 促進從源到庫的轉化更加流暢, 促使更多的源物質轉化成庫物質, 是一種可以提高鹽堿地冬小麥產量的生態(tài)方法。

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Effects of mixed application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment on the sink-source relationship of winter wheat in saline-alkaline soil*

LI Xiaoshuang1,2, DANG Hongkai2, SONG Ni1, SHEN Xiaojun1, SUN Jingsheng1**

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453003, China; 2. Dryland Farming Institute, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Hengshui 053000, China)

To study the source and sink characteristics and the transformation of both source and sink of winter wheat in saline-alkali soil, we conducted an experiment in Nanpi County, China, during the winter wheat growing seasons from 2015 to 2018. The positioning monitoring test was employed in the study. The study involved four processes: biological organic fertilizer application (FF), mixing Yellow River sediment (SS), FF and SS combination (SF), and blank (CK) treatment as control. Wheat varietiy ‘Xiaoyan 60’ was used in the field as the experimental material, and the growth parameters and grain yield of the wheat were monitored during the growth period. The findings revealed that there was a gradual downward trend in the photosynthetic rate (n) of flag leaves after anthesis under different treatments. The order of flag leavesnwas SF > FF > SS > CK from anthesis to 20 d after anthesis. SF, FF, and SS were averagely 55.08%, 27.32%, and 1.88%higher, respectively, than CK. As for the growth process, the leaf area duration showed a single peak curve, with the peak appearing at the boot-anthesis stage. After 30 days of anthesis, there was a rapid decline in leaf area duration, and the photosynthetic potential of the treatments was SF > FF > SS > CK. At the boot-anthesis stage, the photosynthetic potentials of SF, FF, and SS were increased by 29.02%, 18.79%, and 10.62% respectively, compared with CK. Moreover, their total photosynthetic potentials after anthesis were 41.66%, 24.72%, and 13.94% higher, respectively, than that of CK. The source productivity capacity of SF was the highest during the whole growth period, before and after anthesis, at 34.06%, 40.52%, and 28.15% higher respectively, than that of CK. SF had the highest storage indexes, including panicle number, total grain number, maximum potential storage capacity and effective storage capacity; these were averagely 25.69%, 30.00%, 42.06%, and 38.84% higher, respectively, than in CK. The source-sink relationship indexes of SF were all the highest. They were yield, conversion rate of source production capacity after anthesis, grain/leaf ratio, and economic coefficient; these were 41.08%, 9.53%, 8.50%, and 4.01%, higher, respectively, than with CK. In this study, the effective storage capacity showed significantly positive correlation with the total number of spikes and the total number of grain, and these were the key factors affecting winter wheat yield in saline-alkali soil. The way of mixing Yellow River sediment or applying bio-organic fertilizer could improve the photosynthetic performance of wheat, improve the production capacity of the source, and promote the transformation of the source-sink. The best treatment was the SF treatment, which combined SS and FF application. This treatment combines the advantages of both, and was more conducive to the improvement and sustainable development and utilization of coastal saline and alkaline soil.

Saline-alkaline soil; Biological organic fertilizer; Yellow River sediment; Winter wheat; Sink-source relationship

李曉爽, 黨紅凱, 宋妮, 申孝軍, 孫景生. 肥-沙混施對鹽堿地冬小麥群體庫源關系的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報(中英文), 2019, 27(11): 1695-1705

LI X S, DANG H K, SONG N, SHEN X J, SUN J S. Effects of mixed application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment on the sink-source relationship of winter wheat in saline-alkaline soil[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(11): 1695-1705

* 國家自然科學基金重大項目(51790534)資助

孫景生, 主要研究方向為節(jié)水灌溉原理與農業(yè)水資源高效利用技術。E-mail: jshsun623@163.com

李曉爽, 主要研究方向為作物水分高效利用。E-mail: lxsh1980@126.com

2019-05-05

2019-06-24

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (51790534).

, E-mail: jshsun623@163.com

Jun. 24, 2019

May 5, 2019;

S512.1+1

2096-6237(2019)11-1695-11

10.13930/j.cnki.cjea.190333