基肥和播種密度對冬小麥干物質積累及光合特性和產量的影響

陳 宏，張保軍，海江波，董永利，劉天煜，趙凱男

(西北農林科技大學 農學院，陜西楊凌 712100)

小麥是重要的糧食作物，全球種植廣泛，在糧食生產中起著至關重要的地位[1-2]。近年來人口逐年增加，小麥種植面積下降，引起的糧食生產安全問題日益凸顯，要實現小麥產量的提高，需要在肥料和播種密度合理調控等方面有實質性的 進展。

肥料對農作物有穩產增產的作用，世界農業的發展歷程證明肥料是最快、最有效、最重要的增產措施[3]。基肥在播前施用，對小麥早期生長發育至關重要，小麥苗期對肥料十分敏感，如果缺乏會造成苗黃、苗弱等不良后果[4-5]。研究發現小麥基肥采用有機肥和氮、磷、鉀按比例混施比單獨施用有機肥或化肥效益好[6]。播種密度影響小麥群體結構的建成，合理播種密度的小麥花后生理活性及光合性能提高，旗葉衰老延緩，同化物合成加快，小麥粒質量提高[7-8]。不同播種密度形成的群體結構溫光環境存在差異，小麥群體對光能的利用、干物質積累與轉運能力也會受到影響[9]。較小播種密度的小麥在灌漿后期仍有較高的光合水平，隨著播種密度的增大，旗葉光合速率在早期發育過程中上升速度較快，且于開花期前達到最大，但在灌漿期時出現下降趨勢[10-11]。播種密度直接影響產量構成要素高低，在一定范圍內，小麥產量會隨著種植密度增加而增加，但超過一定范圍之后，產量會出現下降趨勢[12-14]。

目前，對小麥肥料和播種密度方面的研究多集中于后期追施氮肥和不同播種密度對小麥的影響[15-18]，而對不同基肥和播種密度相結合研究作物干物質積累及光合特性和產量影響規律的報道較少。為此，本研究以陜西關中地區涇陽縣西北農林科技大學斗口小麥玉米試驗示范站為平臺，以冬小麥‘西農805’為試驗材料，探索不同基肥和播種密度對其干物質積累及光合特性和產量的影響，以期為確定冬小麥‘西農805’在陜西關中地區的合理基肥和播種密度提供相應的參考 依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與材料

試驗于2017年10月—2018年6月在陜西省咸陽市涇陽縣西北農林科技大學斗口小麥玉米試驗示范站進行。試驗所在地屬于溫帶大陸性季風半干旱氣候區，試驗所在地土壤pH為 7.87， 0～20 cm土層基礎養分：有機質17.30 g/kg，全氮1.22 g/kg，速效磷29.40 mg/kg，速效鉀 228.33 mg/kg。試驗地前茬休閑，播種前經過兩次旋耕整地，采用雙因素裂區試驗設計，主區為基肥，設2個肥料處理，小麥緩釋肥(P1)：(控氮，灰白色顆粒狀，搖錢樹牌，陜西阿康農化有限公司， N∶P2O5∶K2O=24∶15∶5) 750 kg/hm2；常規氮磷鉀肥配施(P2)：尿素[w(N)= 46.4%] 390 kg/hm2，過磷酸鈣[w(P2O5)= 12%] 937.5 kg/hm2，硫酸鉀鈣 [w(K2O)= 24%] 156.25 kg/hm2。施用的兩種基肥氮磷鉀元素含量一樣，純氮180 kg/hm2，P2O5112.5 kg/hm2，K2O 37.5 kg/hm2；副區為播種密度，設 112.5 kg/hm2(D1)、150 kg/hm2(D2)、187.5 kg/hm2(D3)、225 kg/hm2(D4) 4個水平。試驗共8個處理，每處理3次重復，共24個小區，小區面積為7 m2(3.5 m×2 m)，播種方式為穴播，行距0.25 m，穴距 0.135 m。供試品種為西北農林科技大學農學院提供的半冬性中早熟小麥品種‘西農805’，該品種籽粒千粒質量52 g，4個播種密度每穴分別播種7、10、12、15粒。

1.2 測定項目及方法

地上部單莖干物質積累量：于孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期隨機選擇長勢均勻、發育正常20個小麥單莖取樣，置于烘箱中，105 ℃下殺青30 min，在80 ℃下烘干至恒量，稱取干質量，取平均值。

旗葉SPAD值：于孕穗期、開花期、開花期后10 d、開花期后20 d，每個小區隨機挑選10個頂部完全展開的旗葉，用SPAD502Plus葉綠素儀分別在每個旗葉測定3次，取平均值。

光合特性：于開花期后第10天測定一次，每小區隨機選取5片小麥的旗葉，用美國COR公司生產的Li-6400型便攜式光合儀于 9:00— 11:00對旗葉凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)進行同步測定。

產量指標：成熟期每個小區隨機選取3個生長均勻一致的1 m2面積，統計穗數，取平均值；每個小區隨機取20個穗，脫粒去雜后統計穗粒數，取平均值；每個小區選取生長均勻一致的3行 3 m長共2.25 m2進行收獲脫粒，曬干去雜后稱量，折算成單位面積籽粒產量；籽粒曬干去雜后每個小區樣品數3次1 000粒小麥稱量測定千粒質量(3次誤差在0.5 g之內)，求平均值。

1.3 數據處理

用Excel 2010對試驗數據整理，用SPSS 20.0進行單因素分析，采用Duncan’s進行多重比較及顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同基肥和播種密度對小麥單莖干物質積累量的影響

由圖1可以看出，隨著小麥生長發育的推進，小麥單莖干物質積累量均呈現出“S”型曲線變化。小麥單莖干物質積累量的速度，在開花期以前緩慢，開花期至灌漿期，急劇加快，灌漿期后放緩。在各生育時期，2種基肥條件下的干物質積累量差異均不顯著，表明基肥對小麥單莖干物質積累量影響較小，開花期后，各個播種密度處理間差異逐漸顯著，灌漿期和成熟期小麥的單莖干物質積累量均呈現出D1>D2>D3>D4，成熟期時，D1播種密度處理的小麥單莖干物質積累量較D2、D3、D4播種密度處理分別提高5.56%、 11.76%、19.10%，表明在低密度有利于小麥單莖干物質積累量的增加。

由圖2可以看出，隨著小麥生育進程的推進，不同基肥和播種密度組合處理的小麥單莖干物質積累量呈現出漸增-快增-緩增的趨勢，在開花期之前，小麥單莖干物質積累量的速度緩慢，不同肥密組合處理間差異不顯著，開花期到灌漿期是小麥單莖干物質積累量的快增期，開花期后的各處理間差異逐漸顯著。在同一種基肥的條件下，灌漿期和成熟期小麥的單莖干物質積累量都呈現出D1播種密度條件下最大，P1和P2處理條件下成熟期單莖干物質積累量最大值和最小值分別相差14.54%、17.94%。

BS.孕穗期 Booting stage; AS.開花期 Anthesis stage;FS.灌漿期 Filling stage; MS.成熟期 Maturity stage,下同 The same below

圖1 不同基肥和播種密度條件下小麥單莖干物質積累量的變化
Fig.1 Changes of single stem dry matter mass of wheat under different base fertilizers and sowing densities

圖2 不同基肥和播種密度互作對小麥單莖干物質積累量的影響Fig.2 Effects of single stem dry matter mass of wheat under interaction between different base fertilizers and sowing densities

2.2 不同基肥和播種密度對小麥旗葉SPAD值的影響

由圖3可知，基肥和播種密度對孕穗期到花后20 d的旗葉SPAD值的影響均未達顯著。隨著生育時期的推進，2種基肥處理的旗葉SPAD值均呈現先升高后降低的趨勢，在開花期達到最大值。P2基肥處理的旗葉SPAD值在孕穗期到開花后10 d均高于P1基肥處理，但差異不顯著，表明不同基肥對小麥旗葉SPAD值的影響較小。對播種密度進行分析可知，在開花期各播種密度處理間旗葉SPAD值達到峰值，在孕穗期到花后20 d中的同一時期，隨著播種密度的增加，旗葉SPAD值呈現逐漸降低的趨勢，均在D1播種密度處理達到最大值，表現為D1>D2>D3>D4，但差異不顯著，表明播種密度對小麥旗葉SPAD值的影響較小。

由圖4可知，在孕穗期到花后20 d的時間內，在不同基肥和播種密度條件下各組合處理間小麥旗葉SPAD值變化均無顯著性差異。隨著生育時期的推進，同一基肥處理條件下的不同播種密度處理的小麥旗葉SPAD值呈現先增高后降低的趨勢，4個播種密度處理條件下的小麥旗葉SPAD值在開花期達到峰值，同一生育時期的不同肥密組合處理的小麥旗葉SPAD值之間，P1基肥條件下的D1播種密度組合處理的旗葉SPAD值達最大，但是與其他肥密組合處理間的差異不顯著，表明不同基肥和不同播種密度組合處理對小麥孕穗期到花后20 d的旗葉SPAD值影響較小。

2.3 不同基肥和播種密度對小麥旗葉光合特性的影響

由表1可知，播種密度對小麥旗葉的凈光合速率、胞間CO2濃度有極顯著性影響。基肥P1條件下的小麥旗葉凈光合速率、氣孔導度大于P2基肥處理，而基肥P2條件下的小麥旗葉胞間CO2濃度、蒸騰速率大于P1基肥處理，但處理之間差異不顯著，表明不同基肥處理對小麥旗葉光合特性影響不大。隨著播種密度的增大，小麥旗葉光合特性的4個指標均表現出先增大后減小的趨勢。D3播種密度條件下的小麥旗葉凈光合速率最大，較D1、D2、D4播種密度處理分別增加29.86%、4.64%、32.60%，且明顯高于其他播種密度處理，表明D3播種密度處理有利于小麥凈光合速率的發育。

A10.花后10 d 10 days after anthesis stage；A20.花后20 d 20 days after anthesis stag；圖中同一生育時期不同小寫字母表示不同處理間0.05水平上差異顯著 Letters in the same growth stage in the chart mean significant difference among different treatments at 0.05 level；下同 the same below

圖3 不同基肥和播種密度條件下小麥旗葉SPAD值變化
Fig.3 Changes of wheat flag leaf SPAD value under different base fertilizers and sowing densities

圖4 不同基肥和播種密度互作對小麥旗葉SPAD值的影響Fig.4 Effects of wheat flag leaf SPAD value under interaction between different base fertilizers and sowing densities

由表2可知，基肥和播種密度互作對小麥旗葉凈光合速率、氣孔導度影響達到極顯著性。同一種基肥條件下，隨著播種密度的增加，4個光合特性指標呈現出先增加后降低的趨勢，在基肥P1條件下的D2播種密度處理的小麥旗葉光合特性的4個指標達到最大值，而在基肥P2條件下的D3播種密度處理的小麥旗葉光合特性的4個指標達到最大。P1D2肥密組合處理的凈光合速率較P2D3肥密組合處理大，增幅為2.76%，但是處理間差異不顯著，表明在兩種肥密處理組合條件下都利于小麥的凈光合速率發育。

2.4 不同基肥和播種密度對小麥產量的影響

由表3可知，基肥對小麥單位面積穗數、千粒質量有顯著性影響，播種密度對小麥千粒質量有顯著性影響，而對產量有極顯著性影響。基肥P1條件下的千粒質量高于基肥P2處理，且處理間差異顯著，表明基肥P1更利于千粒質量的提高。基肥P2條件下的單位面積穗數高于基肥P1處理且處理間差異顯著，表明基肥P2更利于單位面積穗數的增加。隨著播種密度的增加，小麥單位面積穗數、穗粒數、籽粒產量均表現出先增高后降低的趨勢，單位面積穗數和籽粒產量均是在D3播種密度條件下達到最大值。千粒質量隨著播種密度的增加呈現下降趨勢，表現為D1>D2> D3>D4，D1、D2播種密度處理的千粒質量較D3、D4播種密度處理分別增加 3.14%、3.72%和 1.58%、2.15%，且處理間差異顯著，表明低播種密度可以提高千粒質量。

表1 不同基肥和播種密度條件下小麥旗葉光合特性變化Table 1 Changes of photosynthetic characteristics of wheat flag leaves under different base fertilizers and sowing densities

注:同一列的不同字母表示在0.05水平上差異顯著。*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著，下同。

Note:Different letters in the same column mean significant difference at 0.05.* and ** refer to significantly different at levels of 0.05 and 0.01 level,the same below．

表2 不同基肥和播種密度互作對小麥旗葉光合特性的影響Table 2 Effects of photosynthetic characteristics of wheat flag leaves under interaction between different base fertilizers and sowing densities

表3 不同基肥和播種密度條件下小麥產量及其構成因素的變化Table 3 Changes of wheat yield and its components under different base fertilizers and sowing densities

由表4可知，基肥和播種密度的交互作用在小麥籽粒產量上達顯著性影響。不同處理組合的產量及構成因素差異不同，P2D3處理的小麥籽粒產量要素協調的最好，籽粒產量達到最大為 5 775.07 kg/hm2，較P1D2處理條件下產量 5 451.18 kg/hm2增幅為5.94%，且者之間存在顯著性差異。同一基肥條件下，小麥單位面積穗數和穗粒數隨著播種密度的增加呈現出先增加后降低的趨勢，基肥P1條件下的D2播種密度處理的單位面積穗數和穗粒數達到最大，基肥P2條件下的D3播種密度處理的單位面積穗數和穗粒數達到最大，不同處理組合的穗粒數之間差異不顯著。2種基肥條件下的千粒質量均隨著播種密度呈持續下降趨勢，分別于P1D1和P2D1處理條件下到達最大值。

表4 不同基肥和播種密度互作對小麥產量及其構成因素的影響Table 4 Effects of wheat yield and its components under interaction between different base fertilizers and sowing densities

3 討 論

李娜等[19]研究發現施肥可提高旗葉葉綠素含量和光合速率。馬迎輝等[20]研究表明，基肥用量過大會使小麥生育前期干物質積累速度較快，但是生育后期速度減慢，不利于后期干物質向小麥籽粒的轉運。適宜的小麥群體花后光合功能持續期更長，葉綠素含量高，花后干物質的積累量增加[21]。播種密度較大時，灌漿中期之后群體內部矛盾激化，中下部光照嚴重不足，葉片逐漸變黃甚至枯萎，最終導致成熟期干物質積累量不高[22]。有研究認為播種密度對旗葉SPAD值影響不顯著，花后的小麥旗葉葉綠素含量和籽粒的質量關系密切[23-24]。有研究證實可以通過提高小麥單葉凈光合速率來增加小麥產量[25-26]。本研究中兩種基肥條件下低播種密度112.5 kg/km2的群體單莖干物質積累量和旗葉SPAD值都表現出明顯的優勢，但小麥群體較小，單位面積光合面積也較小，兩種基肥條件下高播種密度225 kg/km2的群體前期光合面積較大，但隨著小麥發育的進行，群體內矛盾激化，加速葉片衰老，單莖干物質積累量和旗葉SPAD值都較小，最終兩種基肥條件下過低和過高播種密度都表現為成熟期單位面積小麥干物質積累量小。在小麥緩釋肥條件下150 kg/hm2播種密度處理和常規氮磷鉀肥配施條件下187.5 kg/hm2播種密度處理的小麥群體結構協調，葉片光合功能期延長，凈光合速率均高于施用同一基肥條件下其他密度處理，生育后期仍保留較大的群體數量，成熟期單位面積干物質積累量較大。由此表明，不同基肥條件下適宜的播種密度的小麥群體光合功能期較長且具有優良的溫光環境，提高小麥群體光能利用效率和干物質積累量。

在大田生產條件下，肥料投入對于培肥地力、改善經濟性狀和提高作物產量方面起著不可替代的關鍵性作用[27]。劉萬代等[28]和曹倩等[29]認為密度適宜有利于調解個體與群體之間的沖突，對產量三要素的協調發展也有重要影響，適當增加播種密度有利于小麥產量的提高，但繼續增加播種密度小麥產量反而會下降。本研究中基肥對小麥單位面積穗數、千粒質量有顯著性影響，播種密度對小麥千粒質量、產量有極顯著性影響，基肥和播種密度的交互作用在小麥產量上達到極顯著水平，隨著播種密度的增加，小麥產量呈現出先升高后降低的趨勢，在施用同一基肥的情況下，隨著播種密度的增加，小麥單位面積穗數和穗粒數呈現出和小麥產量相同的趨勢，旗葉葉綠素含量與小麥籽粒質量都隨著播種密度的增加呈現下降趨勢，低播種密度和小麥緩釋肥均能提高小麥的千粒質量，產量的表現和花期的葉片光合特性相關，小麥產量和凈光合速率都是在小麥緩釋肥條件下150 kg/hm2播種密度處理和常規氮磷鉀肥配施條件下187.5 kg/hm2播種密度處理時達到最大，在常規氮磷鉀肥配施條件下187.5kg/hm2播種密度處理的產量三要素協調的最好，小麥產量達到最高。綜上所述，冬小麥‘西農805’最合理的基肥和種植密度組合為常規氮磷鉀肥配施：尿素[w(N)=46.4%]390 kg/hm2，過磷酸鈣 [w(P2O5)=12%] 937.5 kg/hm2，硫酸鉀鈣 [w(K2O)=24%]156.25 kg/hm2和播種密度 187.5 kg/hm2。