減氮結(jié)合寬窄行種植對小麥光合特性及產(chǎn)量的影響

朱倩 朱偉 閆向泉 孟自力 倪雪峰

摘要：試驗于2018—2019、2019—2020年度連續(xù)兩個小麥生長季，以商麥167為材料，設(shè)置N0（不施氮肥）、N165（減氮45%）、N210（減氮30%）、N255（減氮15%）和N300（常規(guī)施氮）5個施氮水平，研究寬窄行種植條件下減施氮肥對小麥光合特性及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，兩年度小麥葉面積指數(shù)（LAI）均在開花期達(dá)最大值，且隨施氮量降低花前呈降低趨勢，花后呈先升后降趨勢。葉片SPAD值均在N300處理下達(dá)到最大值。隨著施氮量降低，小麥葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）均在開花期達(dá)最大值，且趨勢均為先增后降，減氮15%處理下值最大，顯著高于常規(guī)施氮處理;胞間CO2濃度（Ci）變化趨勢為先減后增，與Pn、Gs、Tr相反。隨施氮量減少，單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)呈下降趨勢，千粒重呈上升趨勢，產(chǎn)量呈先增后減趨勢，N255處理產(chǎn)量最高，且除N300外差異均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。因此，小麥寬窄行種植模式下，在常規(guī)施氮量基礎(chǔ)上減氮15%處理最有利于商麥167實現(xiàn)高產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：減氮;寬窄行種植;小麥;光合特性;產(chǎn)量

中圖分類號：S512.101：S147.22 文獻標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2021）12-0096-06

黃淮南片麥區(qū)是我國第一大麥區(qū)，面積和產(chǎn)量均占全國的40%以上[1]，對保障國家糧食安全具有重要意義。氮素是小麥生長的必需營養(yǎng)元素，適量增施氮肥可以促進小麥增產(chǎn)[2]。但自2000年以來，我國化肥施用量以年均3%的速度遞增，2015年達(dá)到6022.6萬t[3]，因此國家提出在保證糧食安全的前提下推廣節(jié)肥技術(shù)、提高肥料利用率，以實現(xiàn)2020年化肥零增長的目標(biāo)。黃淮海麥區(qū)農(nóng)戶化肥施用量的調(diào)查表明，該區(qū)灌溉區(qū)和雨養(yǎng)區(qū)麥田均存在過量施肥問題，特別是雨養(yǎng)區(qū)氮肥用量較推薦用量高67.54%[4]，雖能在一定程度上獲得高產(chǎn)，但也造成氮肥利用率低、水體污染及環(huán)境惡化等問題[5]。因此，探索黃淮麥區(qū)氮肥減施水平，研究減量施氮對該區(qū)小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，對提高該區(qū)小麥產(chǎn)量和氮肥利用率具有重要意義。

前人關(guān)于氮肥減施對小麥光合特性、熒光參數(shù)、品質(zhì)等方面的影響做了一些研究，但均是在等行距種植模式下進行，且試驗結(jié)果不盡一致：聶勝委等[6]研究表明，在旋耕方式及300kg/hm2氮肥基準(zhǔn)下，氮肥減施10%和20%不會造成小麥減產(chǎn)和品質(zhì)下降;茍志文等[7] 研究指出，在180kg/hm2氮肥基準(zhǔn)下減氮15%不會影響小麥產(chǎn)量和收獲指數(shù);馬靜麗等[8]研究表明，在常規(guī)施氮量330kg/hm2基礎(chǔ)上減施氮肥能增加花后冠層下部葉片受光比率，改善下部葉片的受光狀況，提高冠層下部葉片的光合速率。寬窄行種植能有效協(xié)調(diào)植株個體的通風(fēng)受光條件、減少株間競爭，有利于提高光能利用率、增加光合產(chǎn)物積累[9]。本研究結(jié)合黃淮麥區(qū)55個市141個縣的調(diào)研數(shù)據(jù)，以該區(qū)麥田氮素施用水平300kg/hm2為基準(zhǔn)，研究寬窄行種植模式下氮肥減施對小麥光合特性及產(chǎn)量的影響，以期為該區(qū)小麥高產(chǎn)高效栽培中氮肥合理運籌提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地與供試材料

試驗于2018—2019、2019—2020年度連續(xù)兩個小麥生長季在商丘市農(nóng)林科學(xué)院雙八試驗基地（34.31°N，115.42°E）進行。其土質(zhì)為兩合土，有機質(zhì)含量1.32%、速效氮45.36mg/kg、速效磷25.21mg/kg和速效鉀106mg/kg。生育期各月份降水量見圖1。前茬種植玉米。

供試小麥品種商麥167，于2018年通過國家農(nóng)作物品種委員會審定。

1.2 試驗設(shè)計與田間管理

試驗氮肥投入基準(zhǔn)為300kg/hm2，在此基準(zhǔn)上設(shè)N0（不施氮肥）、N165（減氮45%）、N210（減氮30%）、N225（減氮15%）和N300（常規(guī)施氮）5個施氮水平。隨機區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積10m×4.5m=45m2。

采用寬窄行種植，大行距20cm，小行距13cm，基本苗為270萬/hm2。氮肥分基肥、追肥兩次施入，基追比為5∶5，拔節(jié)期追肥（表1）;磷鉀肥一次性基施，磷肥用量為過磷酸鈣750kg/hm2，鉀肥用量為硫酸鉀180kg/hm2。2018—2019年度小麥播種和收獲日期分別為10月16日和6月11日，2019—2020年度小麥播種和收獲日期分別為10月18日和6月5日。其它田間管理措施保持一致。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉面積指數(shù)（LAI） 分別于返青期、拔節(jié)期、開花期、乳熟期選取長勢均勻一致的小麥植株，用CY—G10葉面積儀測定葉面積指數(shù)。

1.3.2 葉綠素含量（SPAD） 分別于返青期、拔節(jié)期、開花期、乳熟期選取10株長勢均勻一致的小麥，用便攜式SPAD—502葉綠素儀測定，返青期、拔節(jié)期測倒2葉，開花期、乳熟期測旗葉，以SPAD值表示葉綠素相對含量。

1.3.3 光合特性參數(shù) 采用LI—6400便攜式光合測定儀（美國LI-COR公司）測定拔節(jié)期（倒2葉）、開花期（旗葉）、灌漿中期（旗葉）、灌漿后期（旗葉）小麥葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。選晴朗天氣，于9∶00—11∶00在紅藍(lán)外加光源下進行測定。每小區(qū)選取長勢均勻一致的10片葉進行測定。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量三因素 成熟期每小區(qū)選擇20株有代表性小麥進行考種，測量穗粒數(shù)、千粒重。選取1m雙行樣段測量并折算出公頃穗數(shù)。各小區(qū)均全部收獲計產(chǎn)，折算出公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用MicrosoftExcel2003進行數(shù)據(jù)整理和作圖，用DPS7.5軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量對小麥葉面積指數(shù)的影響

由表2看出，整個生育期小麥葉面積指數(shù)（LAI）表現(xiàn)為先升后降的倒“V”形趨勢，即開花期LAI值達(dá)到最大，之后逐漸降低，施氮量對LAI值有顯著影響。開花前小麥LAI值隨著施氮量的降低而減小，表現(xiàn)為：N300>N255>N210>N165>N0，花后N300處理下LAI值大幅下降，乳熟期表現(xiàn)為：N255>N210 >N300 >N165 >N0，兩年度N255較N210、N300、N165、N0分別高12.21%、2.72%，18.55%、23.36%，67.05%、41.18%和68.97%、60.00%，且除N210外差異均達(dá)到顯著水平。說明適當(dāng)減施氮肥，有利于小麥群體的構(gòu)建，過量施氮使花前LAI值保持在較高狀態(tài)，但后期會造成群體營養(yǎng)生長旺盛，群體中下層光照不足，導(dǎo)致葉片早衰，LAI下降較快，不利于光合產(chǎn)物的形成。

2.2 不同施氮量對小麥葉片葉綠素含量的影響

不同處理小麥整個生育期葉片SPAD值均呈先升后降的趨勢，花前緩慢上升，花后迅速下降（表3）。各生育期隨施氮量增加SPAD值均呈上升趨勢，相對于N0，2018—2019、2019—2020年度返青期、拔節(jié)期、開花期4個施氮處理（N165、N210、N255和N300）葉片SPAD值分別提高15.46% ～36.14%、21.24% ～40.20%和10.03% ～31.61%，且與N0差異均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。乳熟期，各處理葉片SPAD值較開花期均大幅下降，兩年度平均降幅分別為33.53%、33.33%、33.42%、33.13%和27.84%。說明增施氮肥能夠保持葉片的綠色持續(xù)期，減緩葉片衰老，延長生育期。

2.3 不同施氮量對小麥光合特性的影響

2.3.1 對葉片凈光合速率（Pn）的影響 隨著生育進程，小麥葉片Pn呈先升后降的變化趨勢，花前平穩(wěn)增長，花后迅速下降，不同處理對葉片Pn的影響差異顯著（圖2）。隨著施氮量降低，小麥葉片Pn呈先增后減的變化規(guī)律，表現(xiàn)為N255 >N210>N300>N165>N0。N255（減氮15%）處理均高于其它處理，開花期達(dá)到最大值，2018—2019、2019—2020年度分別為23.05μmol/（m2·s）和22.54μmol/（m2· s），分別較同期N210、N300、N165、N0提高10.04%、17.20%、24.59%、30.88%和5.50%、8.97%、17.28%、30.99%。灌漿后期N255處理葉片Pn仍保持較高水平，且與N300、N165、N0差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。說明在常規(guī)施氮量基礎(chǔ)上適當(dāng)減氮能提高葉片Pn，延長光合作用時間，利于籽粒灌漿和光合產(chǎn)物積累。

2.3.2 對小麥旗葉氣孔導(dǎo)度（Gs）的影響 由圖3可知，隨著生育進程，小麥葉片Gs表現(xiàn)出先增后減的變化趨勢，灌漿后期葉片Gs大幅下降。兩年度不同施氮量處理葉片Gs均在開花期達(dá)最大值，且均以N255（減氮15%）處理的值最大，2018—2019、2019—2020年度分別為0.64mol/（m2·s）和0.65mol/（m2·s），與其它處理（除N210外）差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。灌漿后期葉片Gs迅速下降，兩年度降幅分別為63.42% ～66.85%和41.51% ～52.47%，N255處理葉片Gs灌漿后期仍然保持較高水平。由此可見，在常規(guī)施氮量基礎(chǔ)上適當(dāng)減氮對小麥葉片氣孔導(dǎo)度有一定的提升作用。

2.3.3 對小麥旗葉蒸騰速率（Tr）的影響 由圖4可知，小麥葉片Tr變化規(guī)律與Pn、Gs基本一致，即隨著生育進程均表現(xiàn)出先增后減的規(guī)律，開花期達(dá)到最大值，隨后逐漸下降。不同施氮量處理中，各生育期葉片Tr值均以N255（減氮15%）處理最大，開花期兩年度最大值分別為7.24mmol/（m2·s）和6.90mmol/（m2·s），比同期N210、N300、N165、N0分別提高6.79%、25.22%、32.81%、52.12%和2.47%、4.76%、5.73%、12.38%，且差異均顯著（P<0.05）。說明在常規(guī)施氮量基礎(chǔ)上適當(dāng)減氮能夠促進葉片水氣交換，提高作物的蒸騰作用。

2.3.4 對小麥旗葉胞間CO2濃度（Ci）的影響 小麥葉片Ci值隨著生育進程和施氮量增加均呈先降后增的變化趨勢，與Pn、Gs、Tr的變化趨勢相反（圖5）。各施氮量水平下，不同生育期葉片Ci值均表現(xiàn)為：N0 >N165 >N300 >N210 >N255，開花期降到最低，兩年度N255處理葉片Ci值分別為225.73μmol/mol和225.78μmol/mol，比同期N210、N300、N165、N0分別降低5.73%、7.80%、8.73%、10.80% 和2.70%、7.11%、9.80%、9.88%，差異顯著（P<0.05）。說明在常規(guī)施氮量基礎(chǔ)上適當(dāng)減氮能夠促進植株光合作用，提高葉片利用CO2的能力。

2.4 不同施氮量對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量三因素的影響

由表4看出，兩年度試驗中，不同施氮量對商麥167產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均有顯著影響。不同施氮量處理均以N255處理產(chǎn)量最高，兩年度產(chǎn)量分別達(dá)到8334.15kg/hm2和8667.03kg/hm2，較N300、N210、N165、N0分別增產(chǎn)1.29%、6.63%、25.79%、41.26% 和3.38%、14.26%、16.74%、46.87%，與N300差異不顯著，與N210、N165、N0差異極顯著（P<0.01）。

單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)隨施氮量降低而減少，施氮處理極顯著高于不施氮處理。千粒重隨施氮量降低而升高，表現(xiàn)為N0>N165>N210>N255>N300，且N0顯著高于其它施氮處理。

3 討論與結(jié)論

氮素是影響小麥光合作用和產(chǎn)量形成的必需營養(yǎng)元素之一。施氮能夠增加葉片葉綠素含量和葉面積指數(shù)，延緩葉片衰老，延長功能葉的持續(xù)時間，提高光合速率[10，11]。研究表明，隨外源供氮水平的提高，小麥葉面積指數(shù)、葉綠素含量表現(xiàn)出升高趨勢[12，13]。楊鯉糠等[14]認(rèn)為，小麥葉面積指數(shù)和葉綠素含量隨施氮量的升高均表現(xiàn)為先增后減的趨勢。本研究表明，在0～300kg/hm2范圍內(nèi)，隨外源供氮水平的提高，SPAD值表現(xiàn)出增加趨勢。小麥LAI在花前、花后變化規(guī)律不一致：隨施氮量增加，花前LAI呈上升趨勢，花后LAI呈先升后降趨勢，且在減氮15%（255kg/hm2）時達(dá)到最大值。其原因可能是，生育前期常規(guī)施氮（N300）會造成葉片過度生長，下部葉LAI值增大，形成郁閉現(xiàn)象，從而導(dǎo)致中下部葉片光照不足，光合性能降低，后期LAI下降。小麥功能葉的光合能力對籽粒產(chǎn)量的形成具有重大影響，成熟時籽粒中的干物質(zhì)約25%來自旗葉的光合作用[15]，因此維持功能葉特別是旗葉的光合功能對增加粒重具有重要作用。本研究結(jié)果表明，小麥葉片Pn、Gs、Tr值隨著施氮量的增加呈拋物線變化，N255處理達(dá)到最大值，Ci值與Pn、Gs、Tr變化規(guī)律相反。這與張文靜[16]、張緒成[17]等的研究結(jié)果一致，說明在一定范圍內(nèi)增施氮肥能改善小麥旗葉光合性能，進而促進小麥增產(chǎn)。

氮肥對小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重三因素有顯著的調(diào)控效應(yīng)，三因素中任一因素的變化均會對小麥產(chǎn)量造成直接影響，因此氮素是影響小麥產(chǎn)量的重要營養(yǎng)元素[15]。李廷亮等[12]認(rèn)為，合理施氮能增加有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，從而提高產(chǎn)量。雷鈞杰等[18]認(rèn)為，施氮量對有效穗數(shù)的影響不大，但穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，施氮量過大產(chǎn)量不增反降。本試驗結(jié)果顯示，施氮量對單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)有正效應(yīng)，千粒重則隨施氮量的增加呈下降趨勢。大多數(shù)研究認(rèn)為施氮量與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，在一定范圍內(nèi)施氮量與產(chǎn)量呈正相關(guān)，當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平后增施氮肥則會造成產(chǎn)量下降[19，20]。本研究結(jié)果表明，隨施氮量增加，小麥籽粒產(chǎn)量呈先增后減的變化趨勢，減氮15%（N255）處理產(chǎn)量最高，與N300處理差異不顯著。因此，綜合考慮節(jié)肥、增效等因素，本試驗條件下，當(dāng)?shù)刂髟孕←溒贩N商麥167的最佳施氮量為255kg/hm2。