不同培肥模式对小麦光合特性和干物质积累运转及产量的影响

2014-09-10曹昌林白文斌史丽娟彭之东

山西农业科学 2014年7期

曹昌林，白文斌，史丽娟，彭之东

（山西省农业科学院高粱研究所，山西晋中030600）

晋中平川是二年三熟种植区，主要种植玉米、小麦和豆类，其中，小麦是人们的主要食粮，小麦产量的高低，关乎农民的经济收入和生活水平。对提高小麦产量及品质的培肥技术措施的研究具有重要的现实意义。

土壤肥力是作物能否高产的基础，培肥土壤是栽培技术中的根本措施，秸秆还田、有机肥的投入和土壤耕作则是提高土壤肥力的有效措施[1]。施用有机肥可起到供应养分和改良土壤的双重作用，是充分利用资源、减少环境污染、向生态农业和无公害农业发展的必要途径[2]。增施有机肥能增加土壤的持水能力、渗透能力和缓冲能力，减少土壤容重，防止土壤板结[3]，且有机肥含有一些生物活性物质，可提高多种酶的活性[4]。而秸秆是重要的有机肥资源，秸秆还田是当前形势下培肥地力的一项行之有效的措施，通过秸秆还田能有效增加土壤有机质含量、改良土壤、提升地力、增加作物产量、缓解现实施肥中存在的比例失调矛盾[5-13]。但受土壤水分及微生物的影响，还田的秸秆在复播作物生长期内难以腐熟，有机质的矿化进度缓慢，致使土壤养分不能快速提高，限制了复播作物产量的提高。如何促进秸秆快速腐熟，短期内提高土壤肥力，快速创建高产田，是生产中亟待解决的问题。关于秸秆还田的研究大多是研究秸秆还田的效应[5-13]，对快速促进秸秆腐熟、提高土壤养分的研究还很少。

本试验针对二年三熟种植区农民单纯秸秆还田培肥的传统做法，为寻求高产土壤快速创建的方法，开展了“秸秆还田、有机肥及秸秆腐熟剂”等不同措施组合的培肥方式的研究，通过其对复播作物小麦产量的影响程度，从侧面来说明腐熟剂对秸秆的腐熟作用及对快速提高土壤养分的作用，从而确定高产土壤快速建立的模式，旨在为二年三熟种植区高产土壤的快速创建提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2012—2013年在山西省农科院高粱所修文基地进行。该区属二年三熟区，平均日照时数2 662 h，年均气温10.1℃，极端低温-21.2℃，极端高温37℃，＞0℃积温3 990℃，无霜期158 d，属大陆性半干旱气候，年均降雨395.8 mm，降水变率27%，6—9月份降水占全年降水的70%～75%。试验地为石灰性褐土，质地中壤，pH值为6.9，全氮0.105%，有效磷 13.42 mg/kg，有效钾 127 mg/kg。

1.2 试验材料

供试小麦品种为山农129号。

1.3 试验设计

试验以种植玉米为第1茬作物，待第1茬作物成熟收获后，进行全田秸秆还田，并设置好试验处理后再播种小麦。玉米品种选用鑫丰盛966号，种植密度6.75万株/hm2，施600 kg/hm2硝酸磷肥。2012年4月12日播种，9月10日收获，9月15日播种小麦，播种施肥同步进行，小麦播量300kg/hm2，施肥600 kg/hm2。

试验设8个处理，分别为：A1.传统做法（不施畜禽肥，单纯秸秆还田＋旋耕15～20cm），作为CK；A2.秸秆还田＋60 m3/hm2牛粪＋旋耕15～20 cm；A3.秸秆还田＋60 m3/hm2牛粪＋腐熟剂1＋旋耕15～20 cm；A4.秸秆还田＋翻耕 15～20 cm；A5.秸秆还田＋60 m3/hm2牛粪＋翻耕15～20 cm；A6.秸秆还田＋60 m3/hm2牛粪＋腐熟剂1＋翻耕15～20 cm；A7.秸秆还田＋60 m3/hm2牛粪＋腐熟剂2＋旋耕15～20 cm；A8.秸秆还田＋60 m3/hm2牛粪＋腐熟剂2＋翻耕15～20cm。其中，腐熟剂1为成都华隆生物科技公司生产的元骏牌秸秆腐熟剂，在耕翻前，以30 kg/hm2撒施在秸秆上；腐熟剂2为山东聊城福田生物科技开发公司生产的肥力高，在耕翻前，以15瓶/hm2的用量对水240 kg，喷洒于秸秆上。

试验采用大田大区随机区组设计，小区面积100 m2，3 次重复。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 小麦净光合速率、气孔导度测定在抽穗期，即 2013年 5月 15日 10：00—11：00用英国 ADC公司生产的Lcpro-SD便携式光合蒸腾测定仪，在叶表面PAR值1 092～1 760μmol/（m2·s），CO2参考值 396～406 vpm，H2O参考值 7.9～10.5 mBar，大气压928～930 mBar条件下，对小麦旗叶的光合指标净光合速率、气孔导度进行测定。每处理重复3次。

1.4.2 叶绿素SPAD值的测定在小麦抽穗期，对每处理用叶绿素测定仪（SPAD仪），测量10株小麦旗叶的叶绿素相对含量（SPAD）值，重复3次。

1.4.3 干物质积累及分配在小麦抽穗期和成熟期每处理分别取0.5 m行长的完整植株，挑取20株带回室内，放入105℃烘箱中杀青15 min，80℃烘48 h，将20株植株按茎、叶片、叶鞘和穗等器官分别称质量，计算干物质积累及分配[14]。

营养器官花前储藏同化物运转量＝开花期干质量－成熟期干质量；营养器官花前储藏同化物运转率＝（开花期干质量－成熟期干质量）/开花期干质量×100%；花后同化物输入籽粒量＝成熟期籽粒干质量－营养器官花前储藏物质运转量；对籽粒产量的贡献率＝花前储藏物质运转量（或花后同化物量）/成熟期籽粒干质量×100%。

1.4.4 产量及产量构成收获期进行田间测产，每处理取1 m2样方，单独脱粒称质量，重复3次，取平均值。另外，每处理取3个1 m行长进行有效穗数、株高、穗长、穗粒质量、千粒质量等项目的调查。

2 结果与分析

2.1 小麦的光合特性及SPAD值分析

由表1可知，8个处理分成了3个档次，A1，A4处理为一个层次，记为L层；A2，A5处理为一个层次，计为 M层；A3，A6，A7，A8 为一个层次，计为 N层。M层和N层处理与L层处理之间差异均达1%极显著水平，N层与M层之间差异达5%显著水平，各层中的处理均无显著性差异，表明耕作方式及腐熟剂型间无显著性差异；M层与L层、N层与M层处理之间差异显著，表明牛粪和腐熟剂的功效所在。同 A1（CK）相比，A2，A5处理的 SPAD值平均提高3.51%，净光合速率平均提高了10.41%，气孔导度平均提高了 27.7%；A3，A6，A7，A8 处理的SPAD值平均提高6.43%，净光合速率平均提高14.73%，气孔导度平均提高35.9%。而A3，A6，A7，A8处理同A2，A5处理相比，SPAD值平均提高2.81%，净光合速率平均提高3.92%，气孔导度平均提高6.87%。

表1 不同培肥处理下小麦光合特性及叶绿素值

耕作方式间无差异的原因是由于翻耕的深度与旋耕的深度没有大的区别，只是方式不同而已。腐熟剂型间无差异的原因则是2种剂型在所施浓度下出现的偶然，如果改变了使用浓度，效果也许会有差异，但需另外研究，在此不做深究。增施牛粪和腐熟剂出现了差异性的原因则是由于增施牛粪与腐熟剂，增加了土壤有益菌数量及营养，加快了秸秆的腐熟速度，使秸秆养分快速转化，从而提高了土壤营养，而土壤养分的提高，势必会促进叶绿素的形成[15]。叶绿素是植物进行光合作用的必备要素[16]，它的提高会增加植株的净光合速率，而净光合速率与气孔导度具有正相关性[17]（气孔导度的大小只是侧面反映了光合速率的大小，并无实际价值，所以，不多分析）。增施牛粪与腐熟剂可提高小麦的气孔导度和净光合速率。

2.2 小麦干物质积累及运转分析

由表2可知，各处理也分为了3个层次，A1，A4处理间差异不显著，为同一层次；A2，A5处理间差异不显著，也为同一个层次；A3，A6，A7，A8 处理间差异不显著，为一个层次。同一层次内各处理间差异不显著，表明耕作方式和腐熟剂型间差异不显著，A3，A6，A7，A8处理比 A2，A5处理的花前干物质转运量平均高0.027 g/株，增加15.9%；花后同化物输入籽粒量平均高0.033 g/株，增加5.75%，差异达5%显著水平；单株总干物质转运量平均高0.06 g/株，增加8.07%。它们分别比A1处理（CK）的花前干物质转运量平均高0.052，0.045g/株，增加36.1%和17.4%；花后同化物输入籽粒量平均高0.145，0.112 g/株，增加31.4%和24.2%；单株总干物质转运量平均提高0.197，0.137 g/株，增加32.5%和22.6%，差异达1%极显著。各层次间的差异性，同样是表达了牛粪和腐熟剂的功效。出现这种情况也正是由于增施牛粪和腐熟剂增强了光合速率所致。

表2 不同培肥处理下小麦的干物质积累及运转

对籽粒产量的贡献率而言，花前同化物的积累运转量占1/3，花后同化物的积累运转量占2/3，说明小麦花后的植株营养更重要，表明了培肥土壤、改进栽培技术，增强土壤养分后效性的重要意义。所以，增施腐熟剂和牛粪能够增加小麦的干物质积累及运转量。

2.3 产量及产量构成因素分析

从表3可以看出，在SPAD值、净光合速率及干物质积累的作用下，产量构成要素也表现出了与上述指标相同的变化规律（有效穗数除外），各处理的表达也分为了3个层次，A1，A4处理间差异不显著，为同一层次，记为L层；A2，A5处理间差异不显著，也为一个层次，记为 M层；A3，A6，A7，A8 处理间差异不显著，为一个层次，记为N层。N层各处理的各因素均值与M层处理的各因素均值之间差异达5%显著水平（有效穗数除外），株高增加了8.12%，穗长增加了10.1%，穗粒质量增加了6.51%，千粒质量增加了8.92%，产量增加了7.18%，其与A1（CK）处理均达1%极显著水平，株高分别增加了21.9%和12.85%，穗长分别增加了23.4%和12.1%，穗粒质量分别增加了21.6%和14.2%，千粒质量分别增加了22.4%和12.4%，产量分别增加了18.9%和10.9%。有效穗数则分为了2个层次，A1，A4处理为一个层次，A2，A3，A5，A6，A7，A8 为一个层次，且后者比前者有效穗数提高了5.9%，差异达5%显著水平。其原因分析认为是增施牛粪导致了土壤营养增加。而 A2，A3，A5，A6，A7，A8 处理间无差异是因为有效穗数取决于冬前分蘖数，而冬前分蘖数又取决于土壤肥力和冬前生长时段[18]，腐熟剂对秸秆的腐熟需要一个过程，所以，该6个处理的肥力相当、生长时段相同，有效穗数也就无显著差异。L，M，N层之间出现差异性的原因认为是：增施牛粪和腐熟剂增加了SPAD值，从而增强了光合速率及干物质的积累与运转，而层次内各处理没有差异性则表明了耕作方式间及腐熟剂型间差异没有显著性。

表3 不同培肥处理下小麦的产量及其构成

3 结论与讨论

关于利用秸秆还田培肥土壤、提高作物产量的研究报道已有不少。邵云[19]研究认为，有机粪肥＋秸秆还田同有机粪肥、秸秆还田相比，可极显著提高小麦产量；刘淑梅[20]研究表明，不同的耕作方式对土壤水分及产量影响显著；刘义国等[21]研究认为，不同的秸秆还田量配施氮肥能显著提高小麦旗叶光合能力，且随氮供应量的增加小麦旗叶净光合速率增加，随秸秆还田量增加，光合指标及产量呈先升后降的趋势；杨振兴等[22]研究表明，秸秆还田时施用秸秆腐熟剂对提高玉米产量具有明显的增产效果；王宁等[23]研究表明，适量的秸秆还田能明显提高小麦叶绿素SPAD值。

本研究结果表明，在秸秆还田＋牛粪的基础上，增施腐熟剂能够增加复播作物小麦的叶绿素含量，提高其光合速率，增加干物质积累及运转，从而提高产量。表明加施秸秆腐熟剂，能够加快秸秆的腐熟速度，使秸秆所含养分快速释放，从而较快地提高了土壤养分，但不同腐熟剂间差异不显著。

秸秆还田＋牛粪＋腐熟剂处理同牛粪＋秸秆还田相比，小麦的SPAD值平均提高2.81%，净光合速率平均提高3.92%，干物质运转量增加8.07%，产量增加7.18%；同单纯秸秆还田相比，秸秆还田＋牛粪＋腐熟剂处理，可提高小麦的SPAD值6.43%，提高光合速率14.73%，单株总干物质转运量平均增加0.197 g/株，提高32.5%，提高产量18.9%。

腐熟剂因种类、剂型及使用浓度不同，效果会有所不同，本研究所选用的腐熟剂种类和剂型仅为2种，而且使用的浓度也只有1种，没有对其使用浓度进行研究，所使用的浓度是否合理以及选用的腐熟剂种类还需进一步研究。牛粪数量的多少也会影响土壤养分的大小、肥力提高的速度，本研究中牛粪的使用量仅为60 m3/hm2，该使用量是否合理尚需进一步研究。

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