過磷酸鈣及有機(jī)肥混施對鹽堿地小麥光合特性及產(chǎn)量的影響

薛遠(yuǎn)賽，師長海，王源溪，吳 震，張守福，劉義國

（1巨野縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東巨野 274900；2青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東青島 266000；3青島海力源生物科技有限公司，山東青島 266000）

0 引言

土壤鹽漬化作為世界上最主要的非生物脅迫之一，很大程度上影響了作物的生長、產(chǎn)量及品質(zhì)高。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界約有9.5×108hm2鹽漬化土地，約占可利用耕地的15%，中國約有9913 萬hm2鹽漬化土地，占全國土地紅線的5%[1-4]。伴隨著人口增長、工業(yè)發(fā)展，可耕地面積急劇降低，而不合理的農(nóng)業(yè)措施及工業(yè)的開發(fā)，鹽漬化土地的面積大幅度增加，因此鹽漬化土地的高效利用及合理改良成為中國乃至世界亟待解決的農(nóng)業(yè)問題之一[5-6]。

小麥在世界范圍內(nèi)作為主要糧食作物之一，如何合理改良鹽堿地進(jìn)而提高鹽堿地小麥產(chǎn)量對農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。有研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥在一定的程度上可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及肥料利用效率[7-8]。溫云杰等[9]、王勝亭[10]認(rèn)為過磷酸鈣一方面可以為土壤帶來磷素營養(yǎng)，提高磷肥利用率，另一方面，過磷酸鈣中的鈣離子可以與鹽堿地中的鈉離子發(fā)生交換，有效減少鹽堿地的鹽分含量，可有效的改善鹽堿地。杜白等[11]、馮克云等[12]認(rèn)為有機(jī)肥和過磷酸鈣均可顯著改善鹽堿地的土壤環(huán)境，促進(jìn)作物的生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)。前人在改良、利用鹽堿地方面做了充分的驗證，但在山東渤海灣鹽堿地的驗證較少，也無較為合適的肥料配方，本試驗通過研究東營鹽堿地小麥的SPAD、LAI、Pn、Gs、Tr等，進(jìn)而揭示不同肥料對鹽堿地小麥光合特性及產(chǎn)量的影響。進(jìn)而確定山東渤海灣合理的肥料類型，為鹽堿地的開發(fā)和持續(xù)利用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

實驗小麥品種為‘青麥6 號’，小麥品種由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院育種試驗室提供。試驗在東營市黃河農(nóng)場進(jìn)行。氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，年降水量約480～580 mm，年均氣溫約11～15℃。土壤養(yǎng)分含量：全氮1.58 g/kg，速效磷20.63 mg/g，速效氮61.62 mg/g，速效鉀111.56 mg/g，有機(jī)質(zhì)9.67 mg/g，含鹽量0.35%，pH 8.5。

本試驗設(shè)復(fù)合肥(N:P:K 為18:18:18)1500 kg/hm2(CK)、海藻酸有機(jī)肥料（海藻酸≥500 mg/kg，有機(jī)質(zhì)≥45%,氮磷鉀≥5%)1500 kg/hm2(T1)、過磷酸鈣（有效成分≥12%）1500 kg/hm2(T2)、過磷酸鈣與海藻酸有機(jī)肥各50kg/畝混施(T3)4 種處理，肥料由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院海藻酸肥料轉(zhuǎn)化基地提供。每個處理設(shè)置3 次重復(fù)，隨機(jī)分布，每個小區(qū)面積為124 m2(20 m×6.2 m)。播種日為2018年10月15日。

1.2 取樣與測定方法

1.2.1 小麥旗葉光合特性的測定 冬小麥開花期進(jìn)行，在小麥開花期各處理選取生長基本一致植株的旗葉掛牌標(biāo)記，從開花期始間隔7 天測定，于無風(fēng)晴天上午9:00—11:00 采用SPAD-502 型葉綠素計，在距離葉尖1/3 處測定葉綠素含量，隨機(jī)取10 片旗葉測定葉綠素含量，取平均數(shù)；用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400型光合儀，測定標(biāo)記葉片旗葉的Pn、Ci、Gs、Tr等光合指標(biāo)，每個重復(fù)測定5片葉。從開花期開始，從各處理小區(qū)取10株，剪下各處理的所有葉片，采用LI-3100葉面積儀測定植株葉面積，計算出LAI，每次測定間隔7天。1.2.2 小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素 在小麥?zhǔn)肇浧谠谔镩g測各小區(qū)的畝穗數(shù)，穗粒數(shù)及千粒重，每小區(qū)選取4 m2，經(jīng)自然風(fēng)干后脫粒，稱取千粒重后折算成理論產(chǎn)量。

1.2.3 灌漿數(shù)學(xué)模型的擬合

多項式回歸方程擬合見式(1)。

對方程求導(dǎo)得式(2)。

其中y代表小麥千粒重，t為小麥花后天數(shù)，b1、b2、b3為模擬方程的系數(shù)，對式(1)二次求導(dǎo)可得灌漿速率極大值出現(xiàn)的時間。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)、圖表利用Excel 2007處理，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和差異性顯著性選用SAS 9.3處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對小麥旗葉SPAD的影響

葉綠素含量對旗葉的光合作用具有顯著的影響，由表1 可以看出，各處理的旗葉葉綠素含量呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，但下降幅度存在差異性，其中CK處理的葉綠素下降的幅度最大，表明旗葉衰老速度較快。T3于T2、T1相比較，其旗葉葉綠素含量差異顯著，與CK相比，僅在花后14天及28天差異顯著，但T3旗葉的葉綠素含量始終高于其余處理，T3處理在花后28天時，旗葉的葉綠素含量為29.33，相較于其余處理分別提高了28.64%、13.37%、13.99%，說明了T3 處理可以有效減緩旗葉衰老速度，顯著提高旗葉的持綠期。

表1 不同處理對小麥旗葉SPAD的影響

2.2 不同處理對小麥LAI的影響

LAI是促進(jìn)小麥高產(chǎn)的重要因素，由表2可知，4個處理的LAI呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，但下降幅度存在一定的差異性，綜合比較而言，各處理間的LAI存在顯著的差異。T3 與其余處理相比較，其LAI顯著高于其他處理；T2 處理的各時期LAI均小于其余處理，但與CK及T1相比較差異不顯著。T3與CK相比較，花后各時期其LAI分別提高了8.88%、18.71%、26.89%、23.92%、15.36%。在開花后期良好的LAI可以有效促進(jìn)旗葉的光合作用，在開花21天時，相較于其他處理，T3的LAI提高了19.17%～34.66%；花后28 天時，相較于其他處理，T3 的LAI提高了12.54%～18.32%。表明了T3 處理在開花后期也存在良好的葉面積指數(shù)，有效促進(jìn)了旗葉的光合作用。

表2 不同處理對小麥LAI的影響

2.3 不同處理對旗葉Pn的影響

由表3 可以看出，各處理的Pn出現(xiàn)不同的變化，其中，CK、T2、T3的旗葉的Pn呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢；T1 處理的Pn為逐步降低的變化趨勢。T3 與其余處理相比，其旗葉的Pn顯著高于其余處理，且差異顯著；其余處理的Pn相比也有差異，總體而言差異不顯著，在開花7 天后，T2 處理的旗葉Pn最低，T3 處理的最高，相較于CK，T3旗葉的Pn顯著提高，不同時期分別提高了16.34%、29.56%、20.32%、20.91%、14.59%，平均提高了20.34%，表明了T3處理相較于CK顯著提高了而小麥旗葉的Pn，有效促進(jìn)了小麥的光合作用。T2 處理相較于CK，旗葉的Pn略有下降，但差異不顯著。

表3 不同處理對旗葉Pn的影響

2.4 不同處理對小麥旗葉Gs的影響

由表4可知，各處理的Gs均出現(xiàn)先增后降的趨勢，均在花后7 天達(dá)到最大值，T3 處理的Gs最高，達(dá)到了0.40 molH2O/(m2·s)。T3 處理與其余處理相比，其Gs均高于其余處理，且差異顯著；CK、T1、T2三者相比較差異不顯著，但在花后七天，T1、T2 處理的Gs均高于CK。T3 與其余處理相比，正在開花期其Gs分別平均提高了49.24%、36.18%、50.26%，尤其是開花后期，T3處理的Gs與其他處理相比Gs提升最為明顯，在花后21天，T3處理與T1處理相比氣孔導(dǎo)讀提高了68.75%；花后28 天，T3 處理與CK、T2 處理相比氣孔導(dǎo)讀分別提高了88.89%、70.00%。表明了T3 處理在開花后期也可以保持良好的Gs，促進(jìn)光合作用的進(jìn)行。

表4 不同處理對小麥旗葉Gs的影響 molH2O/(m2·s)

2.5 不同處理對小麥旗葉Ci的影響

由表5可以看出，各處理的Ci為逐漸上升的趨勢，但上升幅度存在一定差異性。T3 處理與其余處理相比。其旗葉Ci在整個開花期均低于其余處理，但僅在花后0 天時差異顯著，T3 處理與CK 相比在花后0 天、21天、28天差異顯著，與TI、T2處理相比在花后0天、7天差異顯著。在開花期過高的Ci會抑制氣孔的開放及光合作用的進(jìn)行，在開花21天及28天時，T3處理的Ci比CK 降低了4.54%、7.39；與T1 相比分別降低了0.58%、0.66%；與T2 相比分別降低了4.42%、3.09%。表明了T3處理可在一定的程度上降低旗葉的Ci，防止過高二氧化碳濃度對光合作用的影響。

表5 不同處理對小麥旗葉Ci的影響 μmol CO2/mol

2.6 不同處理對小麥旗葉Tr的影響

由表6 可知，和處理的Tr呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢，CK在花后7天有最大Tr，其余處理均在花后14天有最大Tr，說明了CK 在開花后提前進(jìn)入衰老期。整個開花期而言，T3 處理的Tr相較于其余處理普遍較高，在花后7 天、21 天、28 天與其余處理相比，Tr差異顯著。開花后期較高的Tr從側(cè)面反映了旗葉的衰老程度，在開花21天時，T3處理的Tr相較于其余處理分別提高了20.94%、-1.11%、28.93%；在開花28 天時T3處理的Tr相較于其余處理分別提高了42.43%、21.29%、44.57%，說明了T3 處理旗葉在開花后期也可以保持較高的Tr。

表6 不同處理對小麥旗葉Tr的影響

2.7 不同處理對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表7 可以看出，各處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重均表現(xiàn)為T3>T2>CK>T1。T3的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重分別達(dá)到了711.66×104/hm2、33.55粒/穗、42.01g，與CK相比，穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重均差異顯著，表明了T3 相較于CK通過影響小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重進(jìn)而顯著提高了產(chǎn)量。T1 與CK 相比，T1 處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量均低于CK，且穗數(shù)、千粒重及產(chǎn)量差異顯著，穗粒數(shù)差異不顯著；T2與CK相比，T2處理各項指標(biāo)均高于CK，且穗數(shù)及產(chǎn)量差異顯著，穗粒數(shù)及千粒重差異不顯著，表明了T2相較于CK可顯著改善了小麥的穗數(shù)，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)量的提高。CK 的產(chǎn)量為5941.20 kg/hm2，其余處理與CK 相比分別增產(chǎn)了43.46%、-10.86%、25.88%。

表7 不同處理對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.8 不同處理下小麥灌漿數(shù)學(xué)模型

由表8 可知，不同處理的灌漿方程分別為、Y=- 0.001X3+ 0.07381X2- 0.32946X、Y=- 0.00059X3+0.04438X2+0.26764X、Y=- 0.00094X3+ 0.07508X2-0.44742X、Y=-0.00085X3+0.07465X2-0.52599X。相較于CK，其余處理的最大灌漿速率略有升高，但最大灌漿速率相比差異不顯著，表現(xiàn)為T3>T2>CK>T1。相較于其他處理，T3處理的最大灌漿日期分別出現(xiàn)在24.6天、25.07 天、26.62 天、29.27 天，總灌漿期為44.52 天、55.85天、51.66天、51.02天，表明了T3處理的最大灌漿速率出現(xiàn)日期得到了推遲，且T3處理保持高效灌漿的日期較多，可積累轉(zhuǎn)運更多有機(jī)物質(zhì)。

表8 不同處理下小麥灌漿數(shù)學(xué)模型

3 討論與結(jié)論

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，在光合作用的光吸收中起核心作用；葉面積指數(shù)可以較好的反映作物群體大小。在特定的范圍內(nèi)，作物的產(chǎn)量與葉面積指數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)。李燕青[13]、Qiu[14]、張黛靜等[15]研究發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥可顯著提高土壤肥力，促進(jìn)作物葉綠素的形成及植物的生長；喬鈜元[16]、Ashraful Alam等[17]認(rèn)為過磷酸鈣可降低土壤全鹽含量，降低鹽脅迫對葉片的危害，提高葉綠素含量。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，在灌漿期間T3 處理的葉綠素含量及葉面積指數(shù)均高于其他處理。T1、T2處理的葉綠素含量及葉面積指數(shù)低于CK，這與前任研究不一致，可能與施肥種類有關(guān)，T1、T2 處理僅單獨施用了有機(jī)肥或過磷酸鈣，無法為植物提高足夠的養(yǎng)分含量，加之高濃度鹽脅迫，在一定的程度上降低了旗葉的持綠期，造成作物旗葉的葉綠素含量及葉面積指數(shù)的降低[18]。

小麥葉片等營養(yǎng)器官進(jìn)行光合作用，合成、積累碳水化合物并向籽粒轉(zhuǎn)移與分配是小麥產(chǎn)量提高的主要因素[19-22]。因此旗葉的光合特性決定了作物的產(chǎn)量及品質(zhì)。研究認(rèn)為，有機(jī)肥及過磷酸鈣可以顯著提高作物的光合特性，促進(jìn)光合作用的進(jìn)行[23-24]。本試驗發(fā)現(xiàn)，T3 處理相較于CK，顯著提高了旗葉的Pn、Gs、Tr，降低了開花后期的Ci，顯著提高了小麥旗葉的光合作用，促進(jìn)了干物質(zhì)的積累，提高了作物產(chǎn)量。

穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重構(gòu)成了小麥產(chǎn)量，T3與其余處理相比提高了穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，說明了有T3處理可以提高鹽堿地小麥產(chǎn)量。有機(jī)肥與過磷酸鈣混施提高了葉綠素含量、葉面積指數(shù)及光合特性，提高了小麥產(chǎn)量。可能原因如下：一是海藻酸有機(jī)肥與過磷酸鈣混施提高了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量、土壤微生物菌群數(shù)量，改善了土壤肥力，而過磷酸鈣又可增加了土壤中鈣素含量，可置換出鹽堿地土壤中的鈉離子，降低了鹽堿地對小麥的危害，提高了鹽堿地小麥產(chǎn)量[25-26]，二是過磷酸鈣與海藻酸有機(jī)肥混合施用能顯著提高土壤中的磷含量及土壤酶活性[27-28]，促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收，提高作物產(chǎn)量；三是有機(jī)肥中含有海藻酸生物刺激素，可促進(jìn)根系的生長、提高作物抗逆性、提高肥料的利用率[29]。

通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，過磷酸鈣和有機(jī)肥混施提高了小麥的葉綠素含量及葉面積指數(shù)，促進(jìn)了旗葉光合作用的進(jìn)行，促進(jìn)了小麥產(chǎn)量的增加。就本試驗而言，實驗地點僅為東營環(huán)渤海地區(qū)，因此T3處理可作為東營渤海地區(qū)小麥的施肥方案，但過磷酸鈣與海藻酸有機(jī)肥混施最大的增產(chǎn)比例及增產(chǎn)機(jī)制，仍需進(jìn)一步的理化及分子試驗驗證。