长期不同施肥模式下砂姜黑土小麦根系和光合的差异性研究

张向前，曹承富，张存岭，乔玉强，杜世州，李 玮，赵 竹，陈 欢

（1.安徽省农业科学院作物研究所，安徽省农作物品质改良重点实验室，安徽合肥 230031；2.安徽省濉溪县科学技术协会，安徽淮北 235100）

长期不同施肥模式下砂姜黑土小麦根系和光合的差异性研究

张向前1，曹承富1，张存岭2，乔玉强1，杜世州1，李 玮1，赵 竹1，陈 欢1

（1.安徽省农业科学院作物研究所，安徽省农作物品质改良重点实验室，安徽合肥 230031；2.安徽省濉溪县科学技术协会，安徽淮北 235100）

为明确长期单一施肥模式效果间的差异，研究了5种长期定位（34年）施肥模式对砂姜黑土小麦根系和光合的影响。结果表明，CK（不施肥）的根系性状表现最差，MNPK（有机肥与化肥配施等氮）与HMNPK（有机肥与化肥配施高氮）的总根长、总根表面积、总根体积和总根尖数显著高于NPK（单施化肥）和M（单施有机肥）处理，NPK与M间的总根表面积、平均根直径、总根体积差异不显著。长期有机肥与化肥配施（MNPK和HMNPK）相对于长期单施化肥（NPK）和有机肥（M）能提高小麦上3叶的长宽。在孕穗期，MNPK的光合速率、气孔导度和蒸腾速率最高，但与HMNPK差异不显著；在灌浆中期（MNPK与HMNPK发生倒伏），NPK和M处理的光合特性表现优于有机肥与化肥配施处理MNPK和HMNPK，MNPK的光合特性亦优于HMNPK（倒伏最重）。在孕穗期，有机肥与化肥配施相对于长期单施化肥和有机肥利于小麦叶绿素荧光参数的改善；灌浆中期，M处理的叶绿素荧光参数表现最优，MNPK的ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP显著高于HMNPK。总根长、总根表面积、平均根直径、总根体积、总根尖数皆与光合高效叶片长宽及产量呈显著或极显著正相关关系；根系性状、产量与光合特性、叶绿素荧光参数Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP呈显著或极显著正相关关系，与胞间CO2浓度、Fo、qN呈极显著负相关关系。研究得出，有机肥与化肥配施虽有利于小麦根系及高效光合叶片长宽的改善，但有机肥与化肥配施高氮下遇特殊天气由于肥力较高易发生倒伏，造成光合速度的下降。

根系性状；叶片长宽；光合特性；叶绿素荧光

长期的农业生产实践证明，肥料的合理使用是作物持续丰产稳产的关键因素，在提高作物产量和保障国家粮食安全上起到了不可替代的作用［1］。肥料对作物产量的贡献率为35.0%～66.0%［2］，如何合理施肥对提高肥料利用效率增加作物产量具有很大的调控区间［3-4］。长期定位土壤培肥试验具有时间的长期性和气候的重复性等特点，信息量丰富，数据准确可靠，解释能力强，能从生产的可持续性出发研究施肥对作物生长发育、生理特性及产量的影响，可为确定区域合理施肥模式，改善作物生长发育状态和提升作物产量提供重要的参考依据。

作物根系不仅是吸收土壤水分和养分的主要器官，也是合成某些氨基酸、激素等生理活性物质的重要场所，其数量、分布和构型等特征对作物的生理特性、群体抗逆性及生长发育和产量形成具有重要的影响［5-6］。光合作用是植物生长发育的基础，作物产量的90%～95%来自光合作用，作物产量的调控都是通过各种农事活动直接或间接改善作物光合性能来实现的［7-8］。安徽淮北地区小麦种植面积达160万hm2以上，是我国小麦主产区之一，但该区土壤主要为具有“旱、涝、僵、瘠”不良属性的砂姜黑土，且施肥上也存在很大程度的盲目性和不科学性，导致了该区小麦根系生长发育受阻和光合效应低下［9］。基于上述原因，本试验研究了长期不同施肥模式对砂姜黑土区小麦根系和光合的影响，一方面拟通过明确作物根系和光合对长期不同单一施肥模式的响应机制阐明同一块田地经常年不同施肥后是否会导致作物在根系生长发育和光合性能方面存在明显差异；另一方面为确立砂姜黑土长期适宜施肥模式提供参考和依据，以进一步提高安徽淮北砂姜黑土区土壤基础肥力，改善作物根系和光合特性，充分挖掘该区小麦生产潜力。

1 材料和方法

1.1 试验设计

长期定位土壤培肥试验（1981年-）位于安徽省农业科学院作物研究所濉溪县杨柳试验站，供试土壤为砂姜黑土，成土母质为黄土性古河沉积物。长期定位试验开始前0～20 cm耕层土壤基础理化性状为有机质10.22 g/kg、全氮0.78 g/kg、全磷0.47 g/kg、碱解氮64.10 mg/kg、速效磷2.50 mg/kg、pH值7.6。

该试验在2014-2015年进行，试验小区面积为30 m2，小区间筑水泥作永久性田埂作分离，种植模式为小麦-玉米轮作，种植小麦品种为济麦22，每季作物收获后将地上部秸秆移除，实施根茬还田。试验共分5个施肥处理（表1），每个处理4次重复。施肥的 4个处理实行定氮，磷、钾素不统一定量。所用化肥为复合肥（N、P2O5和K2O含量皆为15%），N素不足用尿素补齐。所施有机肥为豆饼肥（N 60～70 g/kg、P2O510～30 g/kg、K2O 0～30 g/kg、有机质300～400 g/kg），有机肥用量均按当季肥料养分分析后的实际含量折算。磷钾肥和有机肥全部用作基肥，且有机肥全部于小麦季施用，夏播作物不施有机肥。氮肥基追比例小麦为6∶4（拔节期追施），玉米为3∶5（大口期追肥）。

表1 1981年至今各处理周年肥料施用量Tab.1 App lied fertilizer am ount in different treatm ents since 1981

1.2 样品采集与测定

根系性状：于小麦灌浆中期用挖掘法取0～40 cm土壤中小麦根系，将所取根样装入大塑料袋中，带回实验室后用0.25 mm土壤筛和自来水将根系冲洗干净。然后把洗干净的小麦根系放入装有少量水的有机玻璃盘上，用镊子小心将每条根展开，使根与根之间不交叉不重叠，用根系图像分析软件W in-Rhizo（Regent Instruments，Canada）对每株小麦根系进行扫描和分析，测量指标分别为总根长、总表面积、平均直径、总体积、总根尖数，每个处理重复5次。

高效光合叶片长宽：于孕穗期和灌浆中期每小区取10棵小麦单茎，用直尺量取从小麦顶端数的第1-3片叶的长度和最宽处，分别记为倒1叶、倒2叶和倒3叶。

光合特性：于小麦孕穗期和灌浆中期采用Li-6400便携式光合仪（美国LI-COR公司）选择晴朗无云天气在上午9：30-11：30测定小麦旗叶光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率。

叶绿素荧光参数：于小麦孕穗期和灌浆中期选择植株生长进程一致且受光方向相同的小麦旗叶，用德国WALZ公司生产的PAM-2500型荧光仪测定旗叶各叶绿素荧光参数，测定时先暗适应20 m in进行暗适应测定，然后再进行光适应测定。测定指标包括初始荧光（Fo）、最大荧光（Fm）、最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、电子传递速率（ETR）、光化学淬灭系数（qP）和非光化学淬灭系数（qN）。

1.3 统计分析

采用SPSS 17.0软件和最小显著差数法（LSD）进行显著性检验，运用Microsoft Excel 2010软件对数据进行处理和作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对小麦根系性状的影响

2.1.1 单株总根长 从图1可以看出，不施肥CK的总根长最低（189.54 cm），HMNPK处理的总根长最大（406.16 cm）。与长期不施肥处理CK相比，长期单施化肥NPK和单施有机肥M的总根长分别比CK显著（P＜0.05）增加了70.8%和85.1%，长期有机肥与化肥配施MNPK和HMNPK处理分别比CK显著增加了109.8%和114.3%。长期单施化肥NPK的总根长低于长期单施有机肥M，且差异显著，长期有机肥与化肥配施MNPK的总根长略低于HMNPK，但两者间的差异不显著。与长期单施化肥和有机肥相比，长期有机肥与化肥配施能显著提高小麦总根长，其中MNPK和HMNPK的总根长比NPK显著增加了22.8%和25.5%，比M显著增加13.3%和15.8%。

图1 不同施肥处理对小麦总根长的影响Fig.1 The in fluence of different fertilizer treatm ents on total root length of wheat

2.1.2 单株总根表面积 从图2可以看出，长期不施肥处理CK的总根表面积最小（119.86 cm2），HMNPK处理的总根表面积最大（350.76 cm2）。与长期不施肥处理CK相比，长期单施化肥NPK和单施有机肥M的总根表面积分别比CK显著（P＜0.05）增加了139.8%和150.6%，长期有机肥与化肥配施MNPK和HMNPK处理分别比CK显著增加了177.5%和192.6%。与长期单施化肥和有机肥相比，长期有机肥与化肥配施能显著提高小麦总根长，其中MNPK和HMNPK的总根表面积比NPK显著增加了15.7%和22.0%，比M显著增加10.8%和16.8%。此外，长期单施有机肥M的总根表面积略高于长期单施化肥NPK，但两者间的差异不显著，长期有机肥与化肥配施MNPK的总根表面积略低于HMNPK，但二者间的差异亦不显著。

图2 不同施肥处理对小麦总根表面积的影响Fig.2 The in fluence of d ifferent fertilizer treatm ents on total root surface area of wheat

2.1.3 单株平均根直径 从图3可以看出，不施肥处理CK的根直径最小（0.617 mm），MNPK处理的根直径最大（0.888 mm）。与CK相比，长期施肥处理NPK、M、MNPK和HMNPK的根直径分别增加了39.5%，38.9%，43.9%，41.7%，且差异显著（P＜0.05）。从图3中亦可看出，长期单施化肥和有机肥处理的根直径虽低于长期有机肥与化肥配施处理，但NPK、M、MNPK和HMNPK处理间的差异皆不显著，表明小麦根直径受长期不同施肥模式的影响不显著。

图3 不同施肥处理对小麦平均根直径的影响Fig.3 The in fluence of d ifferent fertilizer treatm entson average root d iam eter of wheat

2.1.4 单株总根体积 从图4可以看出，长期有机肥与化肥配施HMNPK处理的总根体积最大（5.32 cm3），长期不施肥处理CK的总根体积最小（2.04 cm3）。与长期不施肥处理CK相比，长期单施化肥NPK和单施有机肥M的总根体积分别比CK显著增加117.6%和127.0%，长期有机肥与化肥配施MNPK和HMNPK处理分别比CK显著增加了151.5%和160.8%。与长期施肥处理NPK和M相比，MNPK和HMNPK施肥处理能显著提高小麦总根体积，其中MNPK和HMNPK的根体积比NPK处理显著增加了15.5%和19.8%，比M显著增加了10.8%和14.9%。此外，长期单施有机肥M的总根体积略高于长期单施化肥NPK，长期有机肥与化肥配施MNPK的总根体积亦略低于HMNPK，但处理NPK与M间，MNPK与HMNPK间的差异皆不显著。

图4 不同施肥处理对小麦总根体积的影响Fig.4 The in fluence of different fertilizer treatm ents on total root volum e of wheat

2.1.5 单株总根尖数 从图5可以看出，长期不施肥处理CK的总根尖数最低（868.8个），长期施肥处理NPK、M、MNPK和HMNPK的总根尖数分别比CK显著增加了162.4%，137.8%，186.5%，192.7%。与长期单施化肥NPK和有机肥M相比，长期有机肥与化肥配施能显著提高小麦总根尖数，其中MNPK和HMNPK的总根尖数比NPK显著增加了20.5%和23.1%，比M分别显著增加了9.2%和11.5%。此外，长期单施有机肥M的总根尖数显著高于长期单施化肥NPK，而长期有机肥与化肥配施MNPK与HMNPK间的总根尖数差异不显著。

图5 不同施肥处理对小麦总根尖数的影响Fig.5 The influence of different fertilizer treatm ents on total root tips of wheat

2.2 不同施肥处理对光合效应的影响

2.2.1 冠层光合高效叶片长宽 小麦倒1叶（表2）、倒2叶和倒3叶长宽以长期不施肥处理CK的值最低，有机肥与化肥配施HMNPK处理的值最高，其中HMNPK倒1叶长宽、倒2叶长宽和倒3叶长宽在孕穗期和灌浆中期分别比CK显著（P＜0.05）增加了155.3%，132.7%，151.8%，105.8%，61.2%，117.2%和136.1%，96.7%，96.7%，89.8%，62.1%，104.1%。长期单施化肥和有机肥与长期不施肥相比能显著提高小麦上3叶的长宽，但长期单施化肥NPK和长期单施有机肥M两处理间的差异皆不显著。长期有机肥与化肥配施（MNPK和HMNPK）相对于长期单施化肥（NPK）和有机肥（M）能明显提高小麦上3叶的长宽，其中MNPK和HMNPK处理的倒1叶长宽、倒2叶长宽和倒3叶长宽在灌浆中期分别比单施化肥NPK增加了22.4%，6.9%，19.7%， 9.7%，5.3%，6.6%和31.5%，11.3%，23.6%，16.0%，12.7%，9.6%，比M分别增加了12.6%，4.9%，16.6%，6.7%，4.4%，9.0%和20.9%， 9.3%，20.4%，12.8%，11.7%，12.0%。此外，长期有机肥与化肥配施MNPK和HMNPK 2个处理间上3叶的长宽差异皆不显著。

表2 不同施肥处理对小麦叶片长宽的影响Tab.2 The influence of d ifferen t fertilizer treatm ents on leaf length and w id th of wheat cm

2.2.2 叶片光合特性 在孕穗期长期不施肥处理CK的光合速率（表3）、气孔导度、蒸腾速率最低，胞间CO2浓度最高，长期有机肥与化肥配施MNPK处理的光合速率、气孔导度、蒸腾速率最高，胞间CO2浓度最低。长期单施有机肥M的光合速率、气孔导度、蒸腾速率高于长期单施化肥NPK，而胞间CO2浓度低于长期单施化肥NPK处理，且2个处理间的光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度差异不显著（P＞0.05）。长期有机肥与化肥配施MNPK处理的光合速率、气孔导度和蒸腾速率比长期单施化肥NPK和有机肥M分别显著增加了30.5%，13.7%，14.7%和19.4%，10.7%，7.9%。长期有机肥与化肥配施MNPK与HMNPK 2个处理间的光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度差异皆不显著。在灌浆中期（MNPK与HMNPK 2个处理小麦发生了倒伏），NPK和M处理的光合速率、气孔导度和蒸腾速率最高，胞间CO2浓度最低。不施肥处理CK的光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度与其他施肥处理间皆差异显著。由于HMNPK处理小麦的倒伏程度明显高于处理MNPK，MNPK的光合速率、气孔导度和蒸腾速率比HMNPK增加了12.4%，5.7%和3.6%，胞间CO2浓度显著降低了14.5%。长期单施化肥NPK处理的光合速率、气孔导度和蒸腾速率分别比MNPK和HMNPK增加了6.5%，2.8%，5.8%和19.7%，8.7%，9.7%，胞间CO2浓度分别降低了1.7%和15.9%。

表3 不同施肥处理对小麦光合特性的影响Tab.3 The in fluence of different fertilizer treatm ents on wheat photosynthetic characteristics

2.2.3 叶绿素荧光参数 孕穗期（表4）长期不施肥处理CK的最大荧光（Fm）、实际光化学效率（ΦpsⅡ）、最大光化学效率（Fv/Fm）、电子传递速率（ETR）和光化学淬灭系数（qP）的值最小，初始荧光（Fo）和非光化学淬灭系数（qN）值最大，而长期有机肥与化肥配施处理MNPK的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm和ETR值最大，Fo和qN的值最小，与CK相比，MNPK的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP在孕穗期分别增加了28.4%，52.8%，26.0%，55.7%，39.4%，Fo和qN分别降低了26.2%，29.4%。长期单施有机肥M的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP的值略高于长期单施化肥NPK处理，而Fo和qN略低于NPK处理，但M与NPK 2个处理的上述各叶绿素荧光参数差异皆不显著。长期有机肥与化肥配施相对于长期单施化肥和有机肥有利于小麦叶绿素荧光各参数的改善，且MNPK与HMNPK 2个处理间上述各叶绿素荧光参数差异皆不显著。在灌浆中期（MNPK与HMNPK处理小麦发生了倒伏），长期单施有机肥M处理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP值最大，Fo和qN的值最小，与CK相比，M处理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP在灌浆中期分别增加了21.7%，37.8%，22.7%，60.6%，43.4%，Fo和qN分别降低了27.7%，27.2%。M处理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP比MNPK和HMNPK处理分别增加了2.5%，0.9%，1.7%，2.1%，2.8%和6.1%，12.2%，6.3%，13.2%，14.2%，Fo和qN分别降低了3.4%，3.6%和8.8%，13.7%。MNPK处理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP高于HMNPK处理，而Fo和qN低于HMNPK处理，且2个处理间Fo、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP、差异显著。NPK处理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP低于M处理，而Fo和qN高于M处理，且2个处理间部分指标差异显著。

表4 不同施肥处理对小麦叶绿素荧光参数的影响Tab.4 The in fluence of d ifferen t fer tilizer treatm ents on wheat ch lorophyll fluorescence param eters

表5 小麦根系性状与叶片长宽及产量间的相关性分析Tab.5 Cor relation analysis am ong root traits，leaf length and w id th and yield of wheat

2.3 相关性分析

2.3.1 根系与光合高效叶片及产量的相关性 小麦根系总根长（表5）、总表面积、平均根直径、总根体积、总根尖数皆与光合高效叶片倒1叶长宽、倒2叶长宽、倒3叶长宽及产量呈显著或极显著正相关关系。从表中亦可看出，小麦高效叶片长宽与产量皆呈显著或极显著正相关关系。该分析从侧面证实了小麦根系性状的改善对增加小麦高效叶片叶面积及作物产量具有重要的作用，同时小麦光合高效叶片长宽的增加对提高小麦产量亦具有明显的作用。2.3.2 光合与根系及产量的相关分析 光合速率（表6）、气孔导度、蒸腾速率、最大荧光、实际光化学效率、最大光化学效率、电子传递速率和光化学淬灭系数皆与小麦根系总根长、总根表面积、平均根直径、总根体积、总根尖数及产量呈显著或极显著正相关关系。而胞间CO2浓度、初始荧光、非光化学淬灭系数皆与总根长、总根表面积、平均根直径、总根体积、总根尖数及产量呈极显著负相关关系。从表中亦可看出，小麦根系总根长、总根表面积、平均根直径、总根体积、总根尖数间皆呈极显著正相关关系。该相关分析证实，小麦光合效应和根系特性间存在着相互促进的作用，一方的改善可以优化另一方的特性，在相互改善彼此特性和性状的基础上共同提高作物产量。

表6 小麦根系性状与光合指标及产量指标间的相关性分析Tab.6 Correlation analysis am ong root traits，photosynthetic indexes and yield indexes of wheat

3 讨论与结论

根系是植株地下部最主要的营养器官，良好的根系构造和生理特性对作物高效利用土壤养分有重要的影响，随着作物栽培生理研究工作的深入和作物生产水平的不断提高，作物根系的研究已成为作物栽培生理研究的一个重要方向［10-11］。李京涛等［12］通过28年长期定位施肥试验研究发现，有机肥与一定量氮肥配施能提高小麦根系SOD活性，降低MDA含量，延缓小麦根系衰老，提高小麦后期根系生理活性。乔云发等［13］在长期施肥研究中发现，大豆根系形态受施肥模式的影响明显，其中NPK配施的根长和根表面积较大，有机无机肥配施（NPKM）的根系生物量最大，长期不施磷肥（NK）处理的根干质量相对较小。本研究发现，有机肥与化肥配施MNPK与HMNPK（两者差异不显著）处理的总根长、总根表面积、平均根直径、总根体积和总根尖数最高，CK处理最低，NPK的总根长和总根尖数显著低于M，而总根表面积、平均根直径、总根体积与M差异不显著，MNPK与HMNPK的总根长、总根表面积、总根体积和总根尖数显著高于NPK和M处理。本研究一方面证实了长期有机肥与化肥配施相对于单施化肥和有机肥有利于改善小麦根系性状，且有机肥与化肥配施下提高施氮量对小麦根系的影响不明显，另一方面证实了长期单施有机肥相对于长期单施化肥有利于小麦总根长和总根尖数的改善，而在总根表面积、平均根直径和总根体积方面长期单施化肥和有机肥两者间的差异不明显。不同长期施肥处理能对小麦根系产生不同影响主要在于作物根系的形态结构是一个“感知系统”，在受到外界环境影响时可表现出很强的可塑性［14］。长期有机肥与化肥配施能明显改善土壤的松实度、提高土壤微生物量碳氮、优化土壤微生态环境，提高土壤速效养分含量和基础肥力［15-19］，为作物根系的生长提供了更好的土壤环境，因此，长期有机肥与化肥配施相对于长期单施化肥和有机肥能明显改善小麦根系特性。此外长单期施有机肥的优势为何仅体现在小麦总根长和总根尖数方面，而在总根表面积、平均根直径、总根体积方面与长期施用化肥相比并未表现出明显优势的潜在机理仍需要我们进一步深入研究。

植物的光合作用是将光能转换为可用于生命活动的化学能并进行有机物合成的生物过程，作物产量的高低受光合作用和光合高效叶片大小的显著影响［20-21］。李举华等［22］在研究中发现叶面积受施肥模式的明显影响，适量增施氮肥和有机肥利于小麦群体叶面积的增加和拦截更多的光照制造同化产物。冠层光合高效叶片是作物光合产物的主要制造源，本研究发现，有机肥与化肥配施HMNPK的倒1叶、倒2叶和倒3叶长宽值最大，但与MNPK差异不显著；长期有机肥与化肥配施相对于长期单施化肥和有机肥能明显提高小麦上3叶长宽，但长期单施化肥和有机肥处理间的上3叶的长宽差异不显著。刘高洁等［23］通过长期施肥试验证实，土壤缺磷、缺氮或缺钾导致作物光合作用降低是作物低产的主要原因之一。于天一等［24］通过19年的定位试验发现，作物光合受长期不同施肥模式的明显影响，其中单施有机肥和有机肥无机肥配合施用较利于作物光合特性的改善。本研究发现，在孕穗期（未倒伏）有机肥与化肥配施MNPK的光合速率、气孔导度、蒸腾速率及叶绿素荧光参数Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR表现最优，但与HMNPK处理差异不显著；长期单施化肥NPK和有机肥M处理间的光合速率及上述叶绿素荧光参数间的差异皆不显著，且二者总体光合效应表现不如长期有机肥与化肥配施。在灌浆中期（有机肥与化肥配施小麦发生倒伏，且HMNPK倒伏较重），NPK处理的光合速率、气孔导度、蒸腾速率表现最优，M处理的叶绿素荧光参数Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP表现最优，MNPK处理的光合效应总体表现亦优于HMNPK，长期不施肥处理CK的光合效应表现最差。本研究中长期有机肥与化肥配施能增加作物光合高效叶片长宽和改善叶片光合效应（未倒伏下）主要可能是由于有机肥与化肥配施可以为作物提供更为全面的基础养分和速效养分，改善土壤理化特性和生物学性状，更利于优化作物的生长发育及叶片的关键生理代谢酶活性，并延缓叶片衰老［23-26］；有机肥与化肥配施小麦倒伏后的光合性能明显低于长期单施化肥和有机肥处理主要可能是作物倒伏后茎秆弯折会破坏作物的输导系统，影响土壤水分和养分向地上部的传输及地上光合产物向茎秆折断部位下的运输［27］，进而导致作物光合性能的明显下降。

长期有机肥与化肥配施相对于长期单施化肥和有机肥可以显著增加小麦总根长、总根表面积、总根体积和总根尖数，优化小麦的根系性状，然而有机肥与化肥配施下提高施氮量对小麦根系性状的改善不明显；长期有机肥与化肥配施高氮虽有利于改善小麦根系性状和冠层光合高效叶片长宽，但遇特殊年份易于发生倒伏而降低光合性能。在今后农业生产中如何选用合理的有机肥与化肥配施量以保证作物常年的高产和稳产及如何充分挖掘有机肥与化肥合理配施所具有的多种潜在优势效应仍需进一步深入研究。

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The Differences in Root Traits and Photosynthesis of W heat in Lim e Concretion Black Soil under Long-term Different Fertilization Patterns

ZHANG Xiangqian1，CAO Chengfu1，ZHANG Cunling2，QIAO Yuqiang1，DU Shizhou1，LIWei1，ZHAO Zhu1，CHEN Huan1
（1.Crops Research Institute，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Anhui Provincial Key Laboratory of Crops Quality Improvement，Hefei 230031，China；2.Suixi Association for Science and Technology of Anhui Province，Huaibei 235100，China）

In order to clarify the difference in the effects of long-term single fertilization model，we studied the effects of five kinds of long-term（34 years）located fertilization models on root traits，photosynthesis and yield of wheat in lime concretion black soil.The results showed that the root traits of CK（no fertilizer application）was the worst，the total root length，total root surface area，total root volume and total root tips of MNPK（mixed application of organic and chemical fertilizer with the same amount of nitrogen）and HMNPK（mixed application of organic and chem ical fertilizer with the larger amount of nitrogen）were significant higher than that of NPK（app lication of single chem ical fertilizer）and M（application of single organic fertilizer），in addition，the differences between NPK and M in total root surface area，average root diameter and total root volume were insignificant.When compared to longterm app lication of single chemical fertilizer（NPK）and organic fertilizer（M），the treatment of long-term m ixed ap-plication of organic and chemical fertilizer（MNPK and HMNPK）could help to enhance the top-three leaves width and length of wheat.At booting stage，the photosynthetic rate，stomatal conductance and transpiration rate of MNPK were the highest，but there was no significant difference with HMNPK；atmiddle of filling stage（MNPK and HMNPK happen lodging），the photosynthetic characteristics of NPK and M were better than that of MNPK and HMNPK，and the photosynthetic characteristics of MNPK was also better than that of HMNPK（themost serious lodging）.At booting stage，compared to long-term application of single chemical fertilizer and organic fertilizer，the treatment of mixed application of organic and chemical fertilizer could help to improve wheat chlorophyll fluorescence parameters；Atm idd le of filling stage，the chlorophyll fluorescence parameters of M was perform the best，and theΦpsⅡ，Fv/Fm，ETR，qP of MNPK were significant higher than that of HMNPK.Total root length，total root surface area，average root diameter，total root volume，total root tips were significantly ormarkedly significantly positively correlated to leaf length and width with high efficiency of photosynthesis and yield；Root traits，yield were significantly or markedly significantly positively correlated to photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters Fm，ΦpsⅡ，Fv/Fm，ETR，qP，while markedly significantly negatively correlated to intercellular CO2concentration，Fo，qN.The findings showed that although m ixed application of organic and chem ical fertilizer could help to improve root and leaf length and width with high efficiency of photosynthesis of wheat，m ixed application of organic and chem ical fertilizer with the larger amount of nitrogen might lead to lodging when encountered unusualweather due to higher fertility，and result in a decline of photosynthesis rate.

Root traits；Leaf length and width；Photosynthetic characteristics；Chlorophyll fluorescence

S143；S512.01 文献标识码：A 文章编号：1000-7091（2016）03-0175-09

10.7668/hbnxb.2016.03.026

2016-02-16

国家自然科学基金资助项目（31401328）

张向前（1984-），男，安徽阜阳人，助理研究员，博士，主要从事作物栽培研究。

曹承富（1963-），男，安徽安庆人，研究员，主要从事小麦栽培研究。