不同灌溉方式下养分配置对冬小麦灌浆期光合特性及产量的影响

潘晓莹，武继承*，杨永辉，何 方，张洁梅，王 越

(1.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2.农业部作物高效用水原阳科学观测实验站，河南 原阳 453514)

小麦是世界上最重要的粮食作物，其总面积、总产量及总贸易额均居粮食作物之首。我国北方地区小麦种植面积较大，其中，河南省作为我国粮食主产区，自2000年以来，粮食生产总值连续多年位居全国第一，对国家粮食安全具有重要的影响[1-2]。水分和养分是实现小麦优质、高产的关键因子，两者相辅相成[3]。目前，水资源短缺成为全球性的问题，我国水资源总量为2.8亿m3，总量并不丰富，且区域分布不均、水土资源不相匹配；年内年际分布不均、旱涝灾害频繁，农业干旱缺水状况严重，且用水效率低，进而影响作物产量。张永平等[4]研究表明，水分亏缺可显著降低小麦旗叶净光合速率，使作物产量降低。目前，我国农业生产中主要的灌溉方式是传统式小白龙灌溉，且冬小麦整个生育期内灌水4～5次，而这种灌溉方式存在用水量过大、水分利用率低等问题，由此引发水资源浪费、地下水超采严重等一系列的生态环境问题[5-6]。同时，有研究发现，灌水次数及灌水量的增加不仅不会增加小麦产量，反而造成小麦加工品质以及蛋白质组分指标下降[7-8]。因此，发展节水灌溉模式，推广节灌方式补灌是提高水分利用效率、优化农业水资源利用的重要途径。另外，肥料(尤其是氮肥)作为影响冬小麦生长的另一重要因素，与水分相互作用、相互制约，最终影响冬小麦的生长与产量[9-11]。有研究表明，氮素分期追施在减少肥料用量的同时可增产提效[12-15]。光合作用是作物产量形成的基础，在农业生产过程中，形成产量的有机物都直接或间接来自光合产物，而水分亏缺则直接影响小麦光合作用，导致小麦旗叶净光合速率降低，进而影响作物产量[16-18]。目前，关于水分和氮肥对小麦光合特性或产量的调控效应方面的研究较多[19-22]，但灌溉方式与养分配施结合对其影响的研究尚未见报道。因此，设置不同灌溉方式及不同养分配置组合，探讨其对冬小麦光合特性和产量的影响，以期寻求最佳组合模式，为冬小麦节水节肥增效生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况及试验材料

试验于2014—2015年在河南省开封市通许县农业科学研究所试验基地进行。供试土壤类型为壤质潮土，耕层含有机质15.6 g/kg、水解氮75.8 mg/kg、速效磷18.5 mg/kg、速效钾89.4 mg/kg。

供试小麦品种为冬小麦百农207。所用肥料为尿素(含N 46%)、氯化钾(含K2O 60%)、过磷酸钙(含P2O512%)、缓控释肥(总养分≥40%，N∶P2O5∶K2O为25∶5∶10)。

1.2 试验设计

试验灌溉方式设置喷灌、移动喷灌和小白龙灌溉3种，灌水总量均为40 m3，根据墒情确定灌水时期，共灌水1次。养分配置设N34P6K8750 kg/hm2、N28P15K5750 kg/hm2、控释肥600 kg/hm2、N28P15K5375 kg/hm2+控释肥300 kg/hm24种，施肥方式分为一次性底施和底施+追施2种，共计8个处理，分别为：底施N34P6K8750 kg/hm2(T1)、底施N34P6K8750 kg/hm2+追施N (折纯，下同)75 kg/hm2(T2)、底施N28P15K5750 kg/hm2(T3)、底施N28P15K5750 kg/hm2+追施N 75 kg/hm2(T4)、底施控释肥600 kg/hm2(T5)、底施控释肥600 kg/hm2+追施N 75 kg/hm2(T6)、底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控释肥300 kg/hm2(T7)、底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控释肥300 kg/hm2+追施N 75 kg/hm2(T8)，每个处理设置3个重复，小区面积为5.0 m×5.6 m。灌水追肥同步进行。冬小麦于10月20日播种，播量为210 kg/hm2，等行距(22 cm)播种，其他管理方式同大田。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 旗叶光合特性 选晴朗、无风的天气，在9:00-11:00采用LI-6400XT便携式光合测量系统测定冬小麦灌浆期旗叶净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率，每处理重复测量3次。

1.3.2 产量 冬小麦成熟后，每个小区选取中间3行，人工收割，脱粒、风干、称质量，计算产量。

1.4 数据分析

数据利用WPS Office和SPSS 19进行统计、差异显著性及相关性分析等。

2 结果与分析

2.1 不同处理对冬小麦灌浆期光合特性的影响

2.1.1 净光合速率 由图1可知，在同一养分配置条件下， 不同灌溉方式之间的净光合速率差异较明显，喷灌和小白龙灌溉处理冬小麦旗叶净光合速率显著高于移动喷灌处理(P<0.05)，喷灌处理冬小麦旗叶净光合速率高于小白龙灌溉处理，但未达到显著水平(P>0.05)。喷灌方式下，T7处理净光合速率最高，达19.41 μmol/(m2·s)，显著高于T1和T3处理，与其他处理之间的差异均不显著，T8处理次之；T1处理净光合速率最低，为16.67 μmol/(m2·s)，显著低于T7和T8处理，与其他处理之间的差异均不显著；其他处理之间的差异均不显著。移动喷灌方式下，T8处理的净光合速率最高，达14.94 μmol/(m2·s)，显著高于其他处理，T7处理次之；T1处理最低，为8.31 μmol/(m2·s)，显著低于T4、T6、T7、T8处理，与其他处理之间的差异均不显著。小白龙灌溉方式下，T8处理的净光合速率最高，达18.65 μmol/(m2·s)，显著高于除T4、T6处理之外的其余处理，T6处理次之；T1、T2、T3、T5、T7处理间以及T3、T4、T5处理间差异均不显著。与一次性底施相比，底施+追施可有效提高冬小麦净光合速率。

不同小写字母表示同一灌溉方式下不同处理之间差异显著(P<0.05)，下同

2.1.2 气孔导度 由图2可知，在同一养分配置条件下，不同灌溉方式之间的气孔导度差异显著(P<0.05),总体表现为喷灌>小白龙灌溉>移动喷灌。喷灌方式下，T7处理的气孔导度最高，达0.89 mol/(m2·s)，显著高于T4处理，其他处理间的差异均不显著。移动喷灌方式下，T8处理的气孔导度最大，达0.47 mol/(m2·s)，显著高于除T6处理外的其余处理； T6、T7、T8处理显著高于其他处理，其他处理间差异均不显著。小白龙灌溉方式下，T8处理的气孔导度最高，为0.91 mol/(m2·s)，T6处理次之，为0.80 mol/(m2·s)，两者间差异不显著，但均显著高于其他处理，其他处理间差异均不显著。

2.1.3 胞间二氧化碳浓度 由图3可知，在同一养分配置条件下，喷灌处理的胞间二氧化碳浓度均高于移动喷灌和小白龙灌溉处理，T2、T6、T7、T8处理在小白龙灌溉方式下的胞间二氧化碳浓度均高于移动喷灌，其他处理则均为小白龙灌溉低于移动喷灌。喷灌方式下，T1、T3处理的胞间二氧化碳浓度均显著高于T7处理，其他处理间的差异均不显著。移动喷灌方式下，T1处理胞间二氧化碳浓度最大，达327.91 μmol/mol，与T3、T5处理间差异均不显著，但三者均显著高于其他处理，其他处理之间的差异均不显著。小白龙灌溉方式下，各处理间差异均不显著。

图2 不同处理对冬小麦旗叶气孔导度的影响

图3 不同处理对冬小麦旗叶胞间二氧化碳浓度的影响

2.1.4 蒸腾速率 由图4可知，在同一养分配置条件下，不同灌溉方式的蒸腾速率总体表现为小白龙灌溉>喷灌>移动喷灌，其中小白龙灌溉方式下的T6、T8处理显著高于喷灌和移动喷灌(P<0.05)。喷灌方式下，T2、T6、T7、T8处理蒸腾速率间的差异均不显著，但均显著高于T1处理，其他处理间差异均不显著。移动喷灌方式下，T8处理蒸腾速率最大，达2.97 mmol/(m2·s)，与T6、T7处理间差异均不显著，但均显著高于其他处理，其他处理间差异均不显著。小白龙灌溉方式下，T8处理蒸腾速率最高，达4.97 mmol/(m2·s)，T6处理次之，两者间差异不显著，但均显著高于其他处理，其他处理间差异均不显著。

图4 不同处理对冬小麦旗叶蒸腾速率的影响

2.2 不同处理对冬小麦产量的影响

由图5可知，在同一养分配置条件下，除移动喷灌下T4处理产量高于喷灌0.57%外，其余各处理的产量均表现为喷灌>移动喷灌>小白龙灌溉。喷灌方式下以T8处理冬小麦产量最高，为10 360.05 kg/hm2，T6处理次之，两者间差异不显著，但均显著高于其他处理，T1处理最低，显著低于除T3处理以外的所有处理。移动喷灌方式下，以T8处理冬小麦产量最高，为10 317.60 kg/hm2，显著高于除T6处理外的所有处理，T1处理最低，显著低于其他处理。小白龙灌溉方式下，以T4处理产量最高，达9 644.375 kg/hm2，T6处理次之，两者间差异不显著，但均显著高于其他处理，T1处理最低，显著低于其他处理。各灌溉方式下底施+追施处理的产量均显著高于一次性底施处理，喷灌、移动喷灌、小白龙灌溉3种方式下产量分别提高4.19%～5.55%、5.90%～8.01%、4.13%～7.97%；移动喷灌下T2处理较T1处理增产8.01%，增产幅度最大，其次为小白龙灌溉方式下T6处理较T5处理增产7.97%，小白龙灌溉方式下T8处理较T7处理增产4.13%，增产幅度最低。

图5 不同处理对冬小麦产量的影响

2.3 冬小麦灌浆期光合特性与产量的相关性分析

由表1可见，3种灌溉方式下，冬小麦产量与旗叶净光合速率均呈显著或极显著正相关；移动喷灌方式下，产量与气孔导度、蒸腾速率分别呈显著、极显著正相关，与胞间二氧化碳浓度呈显著负相关；喷灌方式下，产量与蒸腾速率呈显著正相关。

表1 不同处理冬小麦产量与光合特性指标的相关性

注：** 、*分别表示相关性极显著(P<0.01)、显著(P<0.05)。

3 结论与讨论

冬小麦旗叶的光合作用对籽粒产量具有重大影响，尤其是生育后期旗叶的光合作用对冬小麦产量起着至关重要的作用[19-20,23]。本研究结果表明，在同一养分配置条件下，不同灌溉方式的净光合速率表现为喷灌>小白龙灌溉>移动喷灌。姚素梅等[22]、黄绍文等[24]研究结果表明，喷灌方式下，冬小麦的叶水势增高、Rubisco酶活力增强，冬小麦生育后期光合物质生产能力增强，与本研究结果相似。同时，各灌溉方式下不同养分配置处理冬小麦净光合速率的表现不一，喷灌方式以T7处理最大，移动喷灌和小白龙灌溉则均以T8处理最大。本研究结果表明，冬小麦产量总体表现为喷灌>移动喷灌>小白龙灌溉、底施+追施 >一次性底施。黄绍文等[24]研究表明，追肥对优质冬小麦产量及其构成因素具有显著影响，追施氮肥处理较不追肥处理产量明显增加，与本研究结果一致。宁东峰等[5]研究表明，节水型灌溉制度是以产量、水分利用效率和经济效益三者的有效统一为目标。因此，本研究所推荐的灌溉模式为喷灌，养分配置模式为底施N28P15K5375 kg/hm2+底施控释肥300 kg/hm2+追施N 75 kg/hm2。