不同施肥模式对冬小麦干物质转运及产量的影响

刘甘霖，王晨阳,，刘卫星，马　耕，王　强，岳鹏莉，谢旭东

(1.河南农业大学 农学院，郑州　450002；2.河南粮食作物协同创新中心,郑州　450002；3.国家小麦工程技术研究中心,郑州　450002)



不同施肥模式对冬小麦干物质转运及产量的影响

刘甘霖1,2，王晨阳1,2,3，刘卫星1，马耕1，王强3，岳鹏莉3，谢旭东3

(1.河南农业大学 农学院，郑州450002；2.河南粮食作物协同创新中心,郑州450002；3.国家小麦工程技术研究中心,郑州450002)

为探讨适合河南高产灌区冬小麦施肥模式，以‘豫麦49-198’为供试材料，在玉米秸秆全量还田条件下设置4个处理：不施用肥料为对照(T1)，施纯氮240 kg·hm-2(T2)，在T2处理基础上分别增施有机肥(鸡粪1 125 kg·hm-2，T3) 和腐熟剂(30 kg·hm-2，T4)，以研究不同施肥模式对冬小麦花后干物质积累、分配及产量的影响。结果表明，与T1相比，施肥处理T2、T3和T4产量分别提高90.19%、113.14%和119.29%，差异显著。从产量构成看，施肥处理产量提高以成穗数增加为主(T2、T3和T4分别较T1增加121.10%、145.88%和148.61%)，其次是穗粒数(分别增加26.37%，28.85%和38.14%)，而千粒质量有所下降(分别下降15.49%、14.60%和13.93%)。3个施肥处理间比较，T3和 T4拔节期叶面积指数分别较T2增加7.17%和10.04%，干物质分别增加13.25%和5.84%；开花期叶面积指数分别增加38.79%和46.35%，干物质分别增加6.59%和4.78%；叶片花前干物质转运量分别增加17.00%和20.03%；最终产量分别提高12.07%和15.30%。表明在秸秆还田和一定施肥基础上，增施有机肥和施用秸秆腐熟剂有利于促进小麦干物质积累和运转，提高产量。

冬小麦;有机肥;腐熟剂; 物质积累与分配;产量

小麦是重要的粮食作物之一，世界上约有1/3以上的人口以小麦为主食。栽培技术是影响小麦产量的关键因素，合理的施肥模式，尤其是有机肥和腐熟剂的施用是小麦获得高产优质高效的重要内容，也是农业可持续发展的重要措施。秸秆还田能促进作物生长发育，从而提高产量[1]。然而，秸秆进入土壤后的有机酸积累、腐解缓慢以及对耕作、农艺操作等有不利影响[2],因此，秸秆腐熟剂应运而生。秸秆腐熟剂富含高效微生物菌，可以有效促进秸秆快速腐解[3-5]。有研究发现，腐熟剂在与化肥配合施用时增产5%～8%[6-7]。慕兰等[8]研究认为，施用腐熟剂能够降低土壤体积质量和pH，增加土壤养分含量，小麦产量增加 4.85%～7.69%。杜红霞等[9]施加 PJG 土壤改良剂，能提高小麦各生长时期地上部干物质累积量，单施提高8.4%，与氮肥配施提高 37.8%。

增施有机肥能增加土壤的持水能力、渗透能力和缓冲能力，减少土壤体积质量，防止土壤板结[7]。有机肥含有一些生物活性物质，可提高多种酶的活性[10]，秸秆还田下施用有机肥能缓解因长期施用化肥引起的土壤 pH 下降，提高土壤有机质含量，补充化肥减量施用造成的土壤氮缺失[11]。

前人研究多集中在对土壤理化性质的影响，而对干物质积累与转运的研究较少。试验在秸秆全量还田的前提下，在小麦高产区设置定位试验，通过施用有机肥或腐熟菌剂以加速秸秆分解，研究不同施肥模式对冬小麦物质积累、转运以及产量的影响，为探索高产麦田优化施肥配合模式提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验地点

试验在河南省焦作市温县祥云镇(112°99′E， 34°92′N)高产麦田进行。试验点属暖温带半湿润季风气候，年均降水量650 mm，日照时数2 500 h，年均气温为13 ℃，无霜期210 d左右，≥0 ℃积温5 000 ℃以上。供试土壤为潮土，0～20 cm耕层土壤有机质15.5 g·kg-1，全氮1.01 g·kg-1，速效磷26.45 mg·kg-1左右，速效钾130.0 mg·kg-1， pH 7.8，土壤体积质量为1.35 g·cm-3。试验于2011年开始并定点进行，2013-2014年调查取样。该年度小麦全生育期降水量为224 mm，其中播种(10月13日)至越冬(12月15日)90 mm，越冬期至拔节期(3月19日)27 mm，拔节期至开花期(4月23日)58 mm，开花期至成熟期(6月2日)49 mm，属于正常偏丰水年份。

1.2试验设计

供试品种为‘豫麦49-198’，在玉米秸秆全量粉碎还田的基础上，设置4个处理：纯氮0 kg·hm-2(T1)，纯氮240 kg·hm-2(T2), 纯氮240 kg·hm-2+有机肥1 125 kg·hm-2(鹤壁大用牌鸡粪)(T3), 纯氮240 kg·hm-2+腐熟剂30 kg·hm-2(恒隆态通用型产品)(T4);除T1处理外，其他处理均加施磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)各120 kg·hm-2。以上肥料均作基肥在整地时一次施入。

小区面积150 m2，随机排列，重复3次。重复间设1.0 m宽的隔离，其他管理措施同一般高产田。

1.3样品采集及测定方法

1.3.1叶面积指数叶面积指数测定采用称量法[12]。取有代表性的植株10株，摘取全部绿叶片，然后在叶片中段截取3 cm长的样段，测定样段面积。将样段与余叶分别装袋烘干至恒量，并采用称量法换算总叶面积，其中绿叶总干质量=样段干质量+余叶干质量。

绿叶面积=样段面积(cm2)×绿叶总干质量(g) /样段干质量(g)

叶面积指数(LAI)=绿叶面积(cm2)×每公顷基本苗/10 000

1.3.2干物质积累与转运在越冬期(12月15日)、返青期(2月22日)、拔节期(3月19日)、开花期(4月24日)、成熟期(6月2日)选取具有代表性的植株10株，按茎鞘(茎秆+叶鞘)、叶、穗轴+颖壳、籽粒等不同器官进行分样，分器官置于105 ℃下杀青20 min，80 ℃下烘至恒量，后测干质量[13]。

不同器官干质量(kg·hm-2)=10株不同器官干质量(kg)/10×群体数(株·hm-2)；不同器官比例=干质量(kg·hm-2)/总干质量(kg·hm-2)×100%。

小麦干物质积累转运指标参照张敏等[14]的方法计算：不同器官花前贮藏干物质运转量(不含籽粒)=不同器官开花期干物质量-不同器官成熟期干物质量；不同器官花前贮藏干物质运转率=不同器官花前贮藏干物质运转量/不同器官开花期干物质量×100%；花后同化干物质输入籽粒量=成熟期籽粒质量-营养器官花前贮藏干物质运转量(kg·hm-2)；花前贮藏干物质对籽粒产量的贡献率=花前贮藏干物质运转量(或花后同化干物量) /成熟期籽粒质量×100%；花后同化干物质对籽粒产量的贡献率=花后同化干物质输入籽粒量/成熟期籽粒质量×100%。

1.3.3产量及其构成小麦成熟时每小区选有代表性的2 m2调查穗数，并取30株进行室内考种，考察穗粒数和千粒质量，收获9 m2，脱粒、晒干并计产。

1.4数据分析

利用Excel 2007和SPSS 17.0软件，采用单因素方差分析方法，对试验数据进行处理及差异显著性检验。

2　结果与分析

2.1不同施肥模式对冬小麦叶面积指数的影响

叶面积指数(LAI)在返青后迅速增加，于拔节期达到峰值，开花后快速下降(图1)。施肥显著增加植株的叶面积指数。拔节期叶面积指数，T2、T3、T4处理分别较T1处理增加110.06%、112.22%和125.27%，T3、T4处理分别较T2处理增加7.17%和10.04%，开花期分别增加38.79%和46.35%。表明增施有机肥或施用腐熟剂有利于促进小麦生长发育，而完全不施肥(T1)则严重抑制小麦的生长。

2.2不同施肥模式对冬小麦干物质积累的影响

由图2可知，随小麦生育进程的推进，干物质积累呈逐渐增加趋势。其中返青期前生物量增加缓慢，拔节期之后迅速增长，至成熟期达到最大。

图1　不同施肥模式下小麦叶面积指数的变化

施肥显著增加冬小麦干物质积累量。与正常施肥处理(T2)相比，拔节期、开花期和成熟期T3、T4处理干物质积累量分别增加13.25%、5.84%，6.59%、4.78%和7.76%、10.11%，差异达到显著水平。相反，不施肥对照(T1)导致干物质积累显著下降，在成熟期，T1干物质积累量分别较T2、T3和T4下降46.74%、48.62%和49.77%。表明增施有机肥或腐熟剂可促进小麦干物质积累，且以腐熟剂的效果较明显。

2.3不同施肥模式对冬小麦成熟期各器官干物质积累与分配的影响

由表1可以看出，成熟期不同器官中干物质的积累量和分配比例均表现为籽粒>茎秆+叶鞘>穗轴+颖壳>叶片。其中籽粒占总干物质的比例达43.86%～46.53%，茎鞘为32.72%～34.46%，穗轴+颖壳为12.76%～12.82 %，叶片为7.97%～8.85%。

图2　不同施肥模式下干物质积累的变化

不同处理间干物质积累量表现为T3或T4>T2>T1。与T1相比，T2、T3和T4茎鞘分别增加85.49%、88.87%和86.11%，叶片分别增加85.23%、88.87%和86.11%，穗轴+颖壳分别增加87.16%、101.30%和105.97%，籽粒增加90.19%、113.14%和119.29%。从不同处理干物质的分配比例看，叶片和茎鞘均表现为T1>T2>T3>T4，而籽粒表现为T4>T3>T2>T1，合理的施肥模式显著提高干物质在籽粒中的分配比例，而显著降低叶片(T4)和茎鞘(T3、T4)的分配比例。

与T2处理相比，T3、T4处理各器官干物质积累量无显著增加；T4显著降低叶片中的分配比例，T3、T4均显著降低茎鞘中的分配比例(表1)，但籽粒中分配比例的提高未达到显著水平。

表1　不同施肥模式下成熟期不同器官干物质积累及分配的变化

注:同列不同字母表示 0.05水平差异显著。下表同。

Note:Different letters in same column mean significant difference at 0.05 level.The same as below.

2.4不同施肥模式对冬小麦干物质转运的影响

从表2可以看出，花前营养器官贮藏干物质运转量和运转率均表现为叶片>茎鞘>穗轴+颖壳，其中叶片的运转率为9.82%～11.06%。施肥显著增加花前贮藏干物质运转量，施肥处理(T2、T3、T4处理平均)较T1处理分别增加45.50%(茎鞘)、101.73%(叶片)和43.73%(颖壳+穗轴)。从转运率看，T3和T4处理均显著提高叶片花前干物质的运转率，较T1提高10.60%和11.60%，但使茎鞘和穗轴+颖壳的运转率显著下降，较T1分别降低24.97%、25.83%和26.72%、22.67%。

不同施肥处理间比较，T3和T4显著提高叶片花前干物质的运转率(较T2分别增加17.00%和20.03%)，降低了茎鞘的运转量，其他差异均不显著。

表2　不同施肥模式下小麦花前各营养器官贮藏干物质运转量的变化

2.5不同施肥模式对冬小麦花后营养器官贮藏干物质的转运及对籽粒的贡献

由表3可见，营养器官花前贮藏干物质的运转量、花后同化干物质输入籽粒量和花后同化干物质对籽粒产量的贡献率均以T1处理最小，较T2、T3、T4处理分别减少38.90%、42.80%、44.15%(转运量)， 50.80%、56.89 %、 58.17%(输入籽粒量)和6.42%、8.13%和8.28%(花后贡献率)，差异均达显著水平。而花前贮藏干物质运转率和花前贮藏干物质对籽粒产量的贡献率则为T1处理最大，较T2、T3、T4处理分别增加10.78%、8.65%、7.93%(运转率)和16.23%、21.95%和22.49%(花前贡献率)，差异均达到显著水平。表明在养分亏缺(不施肥)条件下，小麦籽粒产量中有较大比例来源于花前贮藏物质(运转率高)；而随施肥条件改善，不仅花前贮藏干物质的运转量增加，花后同化物质向籽粒的转运量和比例也显著提高。

与传统施肥处理(T2)相比，T3和T4显著提高了花后同化物质向籽粒的输入量和对籽粒产量的贡献率，而花前贮藏干物质对籽粒产量的贡献率显著下降(表3)。

表3　不同施肥模式对小麦花后营养器官贮藏干物质的转运及籽粒贡献的影响

2.6不同施肥模式对冬小麦产量及其构成因素的影响

从表4可以看出，施肥显著提高了小麦产量。与T1相比，施肥处理T2、T3和T4的产量分别提高90.19%、113.14%和119.29%，平均提高107.54%。从产量构成看，以成穗数增加最多(分别增加121.10%、145.88%和148.61%)，其次是穗粒数(分别增加26.37%，28.85%和38.14%)，而千粒质量有所下降(分别下降15.49%、14.60%和13.93%)。

与传统施肥(T2)相比， T3和 T4处理产量分别增加12.07%和15.30%，差异达到显著水平，收获指数分别提高4.55%和6.81%。说明增施有机肥或腐熟剂可提高小麦产量，且以成穗数增加为主。

最终产量分别提高12.07%和15.30%，产量提高以成穗数增加为主(分别增加11.21%和12.44%)。从4个处理看，以不施肥对照(T1)产量最低，分别较T2、T3和T4降低47.42%、53.08%和54.40%，且以成穗数减少最多(分别减少54.77%、59.33%和59.78%)，其次是穗粒数(分别减少20.87%，22.39%和27.61%)。

表4　不同施肥模式下冬小麦的产量及其构成因素

3　讨 论

前人研究表明，小麦干物质积累量呈现逐渐增加的“S”形动态变化[15]。试验表明，随小麦生育期的推进，小麦返青期以前生物量增加缓慢，拔节期之后迅速增长，成熟期达到最大。在成熟期，不施肥处理(T1)干物质积累量分别较施肥处理(T2、T3和T4)下降46.74%、48.62%和49.77%，表明养分胁迫严重抑制小麦生长，减少营养物质积累。与施用化肥处理相比，增施有机肥(T3)或增施秸秆腐熟剂(T4)成熟期小麦干物质分别增加7.76%和10.11%。表明在高产栽培中适量增施有机肥或腐熟剂，是促进小麦生长发育、提高产量的重要措施。

在小麦成熟期，籽粒所占总干物质比例最高, 茎秆和颖壳次之[16]。有研究表明干物质在不同器官中的积累量和分配比例大小顺序为籽粒>茎秆>叶鞘>叶片>穗轴+颖壳[15]。该试验结果为籽粒>茎秆+叶鞘>穗轴+颖壳>叶片，成熟期籽粒占总干物质比例为43.86%～46.53%。从不同处理分配比例看，叶片和茎鞘均表现为T1>T2>T3>T4，而籽粒表现为T4>T3>T2>T1。在3个施肥处理间，尽管增施有机肥和腐熟剂未显著增加各器官干物质积累量，但却显著降低了叶片(T4)和茎鞘(T3、T4)中的分配比例。表明合理的施肥模式有利于协调营养生长与生殖生长之间的关系，促进营养物质向籽粒的转移，从而显著提高干物质在籽粒中的分配比例。

小麦籽粒产量是花前和花后营养物质积累共同作用的结果[16-18]。吕金印等[19]认为花后同化物对籽粒产量的贡献较大，而花前制造的同化物大部分用于器官的构造。而花后干物质积累量和籽粒中来自花后积累干物质的比例高，有利于获得较高的籽粒产量[20-21]。本研究表明，花前营养器官贮藏干物质运转量和运转率均表现为叶片>茎秆+叶鞘>穗轴+颖壳。不同施肥处理间，不施肥导致各器官的花前干物质运转量显著降低，且花前物质转运率高，表明在养分亏缺(不施肥)条件下，小麦籽粒产量中有较大比例来源于花前贮藏物质。在正常施用氮肥基础上增施有机肥和增施秸秆腐熟剂，不仅明显提高花前各器官干物质积累量，而且显著提高叶片花前干物质的运转率，促进花前营养物质向籽粒的运转，是麦田地力提升和小麦稳定高产的优化施肥模式。

从产量及其构成看。邵云等[22]研究认为有机粪肥+秸秆还田可提高小麦产量19.94%。杨振兴等[23]在玉米研究中发现秸秆还田时施用秸秆腐熟剂对提高玉米产量具有明显的效果，3种腐熟剂增产7.98%～16.37%。该试验中，增施有机肥(T3)和腐熟剂(T4)分别较只施化肥(T2)增产12.07%和15.30%，且以成穗数增加为主，其次是穗粒数增多，表明主要是促进小麦生长前、中期的生长发育和物质积累与运转。

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Corresponding authorWANG Chenyang, male,research fellow.Research area:high yield and quality cultivation of wheat.E-mail:xmzxwang@163.com

(责任编辑：潘学燕Responsible editor:PAN Xueyan)

Effects of Different Fertilization Regimes on Dry Matter Translocation and Grain Yield of Winter Wheat

LIU Ganlin1,2, WANG Chenyang1,2,3, LIU Weixing1, MA Geng1,WANG Qiang3, YUE Pengli3and XIE Xudong3

(1.Agronomy College, Henan Agricultural University, Zhengzhou450002, China; 2.Henan Collaborative Innovation Center of Grain Crops, Zhengzhou450002,China; 3.National Engineering Research Centre for Wheat, Zhengzhou450002,China)

Experiment was conducted under the field condition in high-yielding wheat production area of Wenxian county in Henan province. ‘Yumai 49-198’ (a winter wheat cultivar planted widely in China) was used in the experiment. Four treatments were set up as following:no fertilizer (T1), 240 N kg·hm-2was applied (T2 ), the other two treatments based on (T2) treatment, 1 125 kg·hm-2of organic fertilizer was applied (T3) or 30 kg·hm-2of decomposition agent was applied (T4). The results showed that,grain yield of T2, T3 and T4 treatments was respectively significantly improved by 90.19%, 113.14% and 119.29% compared with T1. And the improvements mainly caused by increase of spike numbers (by 121.10%, 145.88% and 148.61%, respectively), and to kernel No. per spike (by 26.37%，28.85% and 38.14%, respectively). Whereas the 1 000-grain mass decreased by 15.49%, 14.60% and 13.93%, respectively compared to T1. Comparison among fertilizer application treatments showed that, compared with T2 treatment, treatments of T3 and T4 increased leaf area index by 7.17% and 10.04%, respectively at jointing stage, and by 38.79% and 46.35%, respectively at flowering stage. Dry matter accumulation in T3 and T4 improved by 13.25% and 5.84%, respectively at jointing stage, and by 6.59% and 4.78% at flowering stage. And grain yield improved by 12.07% and 15.30%. The study showed that on basis of straw returned and mineral fertilizer application, a certain amount of organic fertilizer and decomposition agent are beneficial to wheat growth and development, and can improve accumulation and distribution of the assimilation mass, and improve grain yield.

Winter wheat; Organic fertilizer; Decomposition agent; Accumulation and distribution of dry matter; Grain yield

2015-10-21Returned2015-12-09

Supported by Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest(No.201203079)；National Food Production Technology Project of 12thFive-year Plan (No.2012BAD04B07,No.2013BAD07B07).

LIU Ganlin, female, master student.Research area:high yield and quality cultivation of wheat. E-mail:1010862049@qq.com

2015-10-21

2015-12-09

农业部公益性行业科研专项(201203079)；“十二五”粮食丰产工程(2012BAD04B07，2013BAD07B07)。

刘甘霖，女，硕士研究生，研究方向为小麦高产优质栽培。E-mail:1010862049@qq.com

王晨阳，男，研究员，从事小麦高产优质栽培研究。E-mail:xmzxwang@163.com

S512.1

A

1004-1389(2016)08-1158-07

网络出版日期：2016-07-14

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160714.1103.014.html