不同有机肥对小麦叶片光合作用及产量的影响

杜守良

不同有机肥对小麦叶片光合作用及产量的影响

杜守良

潍坊职业学院农林科技学院, 山东 潍坊 262737

为研究不同有机肥对小麦生长特性、光合特性及产量的影响，以期筛选出适宜小麦生长的有机肥料，本文分别选择沼肥(BM)、常规化肥(CF)、羊粪(SM)和大豆饼肥(SC)作肥料。施肥后的小麦基茎、叶片数目、叶片长度、新生根长和分叉分蘖数有所增加，但分叉数差异不显著（>0.05）；小麦的叶绿素含量和面积指数的呈显著差异(＜0.05)，其叶绿素含量表现为：BM＞SM＞SC＞CF＞CK；叶面积指数LAI的大小顺序为：BM＞CF＞SM＞SC＞CK。施肥后小麦的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)的也得以显著改善，其中，SC处理的瞬时水分利用效率处于最高峰，而BM的处理值最大，较CK提高了0.45%。总之，施肥（尤其饼肥）能够促进小麦的生长和提高小麦产量，但对结实率影响不显著。

有机肥; 小麦; 生理特性; 产量

一段时间以来，随着生产力的发展和经济的繁荣，人们对衣食住行各方面的要求也越来越高。因此，农业生产领域也适应时代发展要求，将安全、可靠列为目前农业发展的主要追求，不断扩充农产品种类，开发绿色、无污染等有机产品。而在化肥等进入农业生产领域之前，我国农民在进行作物耕种时一般都使用传统的粪肥[1,2]，尤其是猪粪、鸡粪及秸秆焚烧发酵物等[3]，这些肥料所含化学成分极少，这些肥料成本低且容易获取，在农业种植中使用较广。科学技术的发展也促进农业的发展。目前，化肥，动物粪便的使用量极大地降低，有机肥的使用已然慢慢淡出，这主要归结于以下几个方面：第一，人们认为粪肥等不卫生，容易滋生病菌，这种观念在深深影响人们的施肥理念；第二，广大农村零星养殖越来越少，粪肥自然越来越少，加之粪肥施肥麻烦，故而使用粪肥者日渐减少；第三，粪肥的见效速度相对较慢，远不如化肥施肥方便快捷[4,5]。另一方面，化肥能够带来肥力迅速提升的同时，其对土壤有机质存在潜在的伤害，长期使用能够破坏土壤的理化特质，不利于水分及养分的保持，加之农药的使用也会带来较大负面影响，因此，绿色、健康成为现代社会居民的追求，在农业生产中绿色有机成为农业现代化的发展趋势[6]。例如，李吉进等[7]通过相关研究发现，多种有机肥的使用能够显著地改善番茄花期的养分供给，促进番茄的生长发育；袁颖红等[8]经实地调查发现，有机肥的长期使用能够将作物叶片中叶绿素含量进行显著提升，作物光合作用的能力也有显著提升，从而利于作物养分及水分的保持，最终促进作物生长。

在我国，小麦产量位居世界前列，就目前关于小麦种植的研究来看，大量的化肥作为其营养肥料，而长期的化肥使用极大损害了小麦生长的土壤结构，尤其是氮肥的大量使用很容易导致土壤板结、土壤水分难以有效保持，同时对小麦的质量带来了不利影响[9]。与此同时，有机肥是目前较为广泛的营养肥料，徐阳春的研究发现：长期使用有机肥能够显著提升小麦的产量[4]，这也是农作物施肥的发展大方向之一。更多的证据表明，有机肥的适量使用能够显著提升土壤中的以氮、磷、钾等为代表的营养元素含量。这些元素不仅能够促进作物的生长，对于土壤养分的改善具有明显的作用，还对于提升作物产量和品质起着关键作用。目前国内关于有机肥对小麦生长和光合特性等的影响前人已有一些报道，比如：赵隽等研究了有机和无机肥配施对冬小麦群体光合特性及籽粒产量[10]；在此基础上，王玉红等研究了不同有机肥与无机肥配施对小麦产量，效益及土壤养分的影响[11]；崔海花等为观察冬小麦在返青期后，尤其是拔节—成熟期被喷了海藻生物有机肥的效果，采用了小区对比的试验方法进行求证[12]；李春喜等通过分析小麦在被施用了有机培肥和减施氮肥后所表现出的小麦光合特性和氮素吸收及产量等情况，研究发现，有机肥耦合施氮量的多少，对于作物的叶绿素含量和光合速率、干物质和氮素积累、作物分蘖和有效群体数的形成等，都具有重要的作用，在一定程度上能够促进小麦的生长发育和产量[13]；张黛静等为寻找土壤的结构得到改良、通透性得到提高，冠层结构得到优化，光合速率、叶面积指数和冠层受光率等得到改善的办法，深入研究分析了在耕层调控与有机肥处理背景下，麦田土壤和小麦冠层结构的特性[14,15]。目前有机肥的获取途径较多，施用的有机肥不同，其施肥效农户施肥还是推荐施肥的背景下，通过减施氮肥和增施磷钾肥，都能够帮助小麦提高产量，从而增加经济效益果也具有明显的差异[5,16,17]。因此全面开展小麦施肥效果的研究具有重要的现实意义，这对于改善小麦生长状况和提高小麦产量具有重要的参考价值。基于此，本文连续3年分析了有机肥对小麦生长过程中叶片光合生理特性及产量的影响，进而探寻适宜小麦生长的有机肥料，有利于小麦的生产过程中合理的选肥和施肥。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本研究在重庆大学实验基地进行，该区呈现明显的亚热带湿润性季风气候，降雨充沛（全年量达1394 mm），全年日照大约在1300 h，年均温度大约在15.9 ℃，无霜期长达280 d；该地区土壤状况多数黄棕土，对于小麦的生长较为适宜。土壤有机质含量16.3~22.5 g/kg，全氮含量1.02 g/kg，全磷含量0.92 g/kg，全钾含量6.85 g/kg，土壤含水量12.63 g/kg，土壤pH值6.95。

选取小麦品种为“豫审麦2015013”，随机设计5种不同的施肥处理：多种有机肥组合的沼肥(BM)、常规使用的化肥(CF)、羊粪(SM)、大豆饼肥(SC)、对照（CK），重复3次。实验共分为15个长宽均为5 m的小分区，并在各个小分区之间的1 m深土层内埋入塑料布，从而通过隔离处理来避免不同分区间的水肥影响。在本实验中，育苗时间选择在2015年2月，常规性的小麦栽培管理按照当地的种植习惯，为了便于监测水、温度等，将传感器布放在研究分区内。在实验期间，通过大田管理措施来进行小麦的栽培管理，播种后进行1次灌溉，等待小麦进入花期再进行1次灌溉，最后在成熟期进行1次灌溉，3次灌溉水量基本相当。选生产管理模式一致的不追肥小麦为对照（CK）；CF处理：N含量46%的尿素、P2O5含量为12%的过磷酸钙、K2O含量为50%的硫酸钾；SM处理：施用腐热羊粪；SM处理：每株施100 kg沼肥；大豆饼肥是大豆经过榨油处理之后产生的油渣经过密封发酵形成的腐熟饼肥；沼肥则是沼气池中的沼液与沼渣混合物；羊粪肥则是粉碎性秸秆和羊粪于积水坑中形成的发酵物。各不同有机肥料养分含量见表1。

表 1 不同有机肥处理下养分含量/(g/kg)

1.2 测定项目及方法

2015年4月对种植分区进行施肥，在5月进行植株的观测记录，从每个植株中上部的四周选取小麦叶片，量取叶片长度、叶面积，并对叶片的相对含水量进行测定，并每隔1周进行1次测定；在6月对叶片的叶绿素含量及光合作用等进行测定并记录；7月中旬进行结实率测定；9月测定其产量。2016和2017年分别按照上述方法在原试验区进行连续的观测实验。

实验中利用卷尺来对小麦长度进行测量；通过AM300便携式叶面积仪对叶片面积进行测定；求得相对含水量可以通过饱和称量法实现。在丙酮法下来对叶绿素含量进行测定；利用LI-6400便携式光合测定仪分析光合作用，瞬时水分利用效率(WUEp)可以用叶片净光合速率(Pn)/蒸腾速率(Tr)求得。对于冠层指标的分析主要采取冠层分析，一方面要对叶面积指数(LAI)、叶隙分数(GFR)进行分析，另一方面测定冠上辐射量、冠下辐射量等，并计算相应的透光率。对于成熟的小麦进行及时收割，并在每个小分区内随机选择1*1 m2采取麦穗，然后计算小麦产量。

1.3 数据处理

采用Excel 2007.00和SPSS 15.00数据统计和单因素方差分析（One-way ANOVA），多重比较法检验各处理间差异显著（置信水平设置为95%，<0.05），所有统计数据均为3年的平均值。

2 结果与分析

2.1 各种有机肥对小麦营养生长的影响

从表2可以看出，不同有机肥条件下，基茎变化范围在8.25~10.23 mm之间，基本表现为BM>SM>SC>CK>CF，以SM和BM处理最大，二者差异不显著，SC次之，CF和CK最低（<0.05）；叶片数目变化范围在6.85~8.34 mm之间，基本表现为BM>SM>CK> CF>SC，以BM处理最大，显著高于其他处理，SC最小；叶片长度变化范围在19.85~26.32 mm之间，基本表现为BM>SM>CF>CK>SC，其中SM和BM处理显著高于其他有机肥处理，CK、CF和SC处理下差异不显著；新生根长基本表现为BM>SM>CK>CF>SC，以BM处理最大，显著高于其他处理，SM、CK、CF和SC之间差异均不显著；分蘖数基本表现为BM> CF>SM>CK>SC，不同有机肥处理下分蘖数差异均不显著。

表 2 不同有机肥对小麦生长的影响

注：同列数据后不同小写字母表示处理之间的差异显著（<0.05）,下同。

Note: The different little letters after the same column showed there were significant differecence between treatments at 0.05 level . The same as follows.

2.2 各种有机肥对小麦成熟期叶绿素含量的影响

由表3可知，小麦成熟期叶绿素的含量变化，与各种有机肥的施用具有密切的联系。一般情况下，其叶绿素含量会高于对照（CK），相比于对照，CF、SC、SM和BM分别提高了15.13%、32.19%、35.78%和41.07%；被施用了各种有机肥后，叶绿素a的含量会呈现较大的变化，依次表现为BM＞SM＞SC＞CF＞CK，叶绿素a与叶绿素b的含量变化情况是相同的；对于叶绿素a/b而言，施用了不同的有机肥后，叶绿素a/b的含量均比对照低。

表 3 不同有机肥对小麦成熟期叶绿素含量的影响

2.3 不同有机肥对小麦冠层结构及冠层光学特性的影响

由表4可以看出，在被施用各种有机肥后，小麦的叶面积指数(LAI)明显高于CK，其中CF、SC、SM及BM较CK分别提高8.00%、27.43%、40.00%及44.57%，以BM处理的LAI最高达2.53，且差异达到显著水平；被施用各种有机肥后的叶面积与LAI的趋势相反；不同处理的叶片的光截获密度与LAI表现出一致的变化规律（BM＞CF＞SM＞SC＞CK），其中以BM处理最大（35.21 mol/m2·d），与对照相比，CF、SC、SM和BM分别提高了1.42%、2.06%、12.48%及19.11%；不同处理的叶片透光率表现为BM＜SM＜SC＜CF＜CK，与对照相比，CF、SC、SM和BM分别降低了3.13%、11.63%、29.70%和30.04% (＜0.05)。

表 4 不同有机肥对小麦冠层结构及光合特性的影响

2.4 不同有机肥对小麦叶片光合特性及叶片水分利用效率的影响

由表5可知，若想提高小麦叶片的气孔导度(Gs)和净光合速率(Pn)，可以通过撒入各种不同的有机肥实现，其大小依次表现为BM＞SM＞SC＞CF＞CK，其中BM最高，分别为22.32 μmol/(m2·s)和0.519 mmol/(m2·s)；不同处理下的胞间CO2浓度(Ci)均小于对照，由此可知，不同有机肥能够有效的降低胞间CO2浓度；不同处理下的蒸腾与光合作用变化趋势相一致，不同有机肥处理的蒸腾速率（Tr）大小表现为BM＞CK＞CF＞SM＞SC；此外，SC处理的瞬时水分利用效率最最高（3.68%），与对照相比，CF、SC、SM和BM瞬时水分利用效率分别提高了0.31%、0.78%、0.52%和0.45% (＜0.05)。

表 5 不同有机肥对小麦光合特性及水分利用率的影响

2.5 不同有机肥对小麦产量和结实率的影响

由图1可知，施肥后小麦的产量显著高于CK处理，其中BM处理最为显著；与对照相比，CF、SC、SM和BM处理下的产量分别增加了12.35%、56.89%、68.92%和75.21%；施肥后小麦的有所增加，比对照相比，结实率分别增加了1.20%、1.05%、1.16%和1.18%，其中以BM最为明显，而不同有机肥处理下小麦的结实率差异不显著，由此表明不同有机肥对小麦的结实率并没有明显的影响。

图 1 不同有机肥对小麦产量和结实率的影响

CK：对照 Control check；SC：大豆饼肥 Soybean cake；SM：羊粪 Sheep manure；BM：沼肥 Biogas manure；CF：常规化肥 Conventional fertilizer

注：不同小写字母表示处理之间的差异显著（<0.05）。

Note: The different little letters between treatments showed there were significant differences at 0.05 level.

3 结论与讨论

研究发现不同的施肥处理给小麦生长带来的影响并不相同，但多种有机肥组合处理对小麦的生长影响颇为显著，通过不同有机肥处理，小麦各项指标在增加，说明有机肥能够显著促进小麦的生长，对于叶片的发育及光合作用等显著效果，同时能够很好地促进根系生长，促使小麦具有良好的生长状况。小麦日常生长需要的能量，一般通过光合作用获得[18]，较大的叶面积指数能够帮助小麦获取更多的光能以促进光合作用等。多种有机肥组合处理下，提高叶面积指数及光合作用，从而促进小麦的生长发育[19,20,21]。小麦的光合作用强弱能够通过叶绿素含量进行体现，其能够吸收外界太阳光等能量，并进行相应的转换，能够大大促进植物的生长；通过研究发现，多种有机肥组合处理能够更好地促进叶绿素的形成，从而增强光能利用能力和效率，为植株生长提供更充足的能量。

周天华等通过研究认为，施用不同有机肥，能够增加苹果枝量及叶面积，促进苹果生长[22]。王建林等认为，通过施用不同的有机肥，小麦能够获得较高的叶绿素含量，从而促进小麦的生长发育[23]。本实验研究发现，在不同的施肥处理下，小麦叶片中的叶绿素含量会出现比较大的差异，其中多种有机肥组合下是施肥方式BM使得叶绿素含量最高，其次是粪肥SM，再次是豆饼肥SC、CF，而效果最不明显的则是CK，从中可知有机肥对于作物生长的重要性，尤其要选用适宜的有机肥。苏秦[24]等认为，若想改善土壤结构，可以通过撒入各种有机肥料实现，需要改善土壤的水分及养分保持，从而更大限度促进了植物水分及养分吸收利用，进而促进作物生长。通过本实验研究发现，通过施用有机肥，小麦的根系土壤含水量能够大幅提升，豆饼肥(SC)和羊粪(SM)处理下的土壤具有更好的含水量，对于小麦生长过程中水分利用具有很大的影响，而在对照CK及常规化肥处理下的分区则含水量明显较低，通过对比发现，有机肥能够显著提升小麦的水分吸收，且SC具有更强的水分保持效果，因为在不同有机肥的施用之下，土壤的孔隙度得到了显著的改善，植株生长的水分及养分得以保障。对于BM处理而言，叶片的相对含水量并不低，但是蒸腾影响了水分利用。

在不同有机肥的作用下，小麦生长所需的水分和养分得到了充分的供应，极大地促进了小麦的生长，进而提升了结实率和产量，多种有机肥组合下的施用沼肥能够带来更为显著的结实率；施用有机肥的产量均明显好于对照区CK，且豆饼肥施用带来了更大的产量。另外，有机肥具有较长时间的肥力释放，能够促进小麦整个生长期的养分吸收，促进小麦的高产优质。综合所述，有机肥能够促进小麦的生长发育，提升小麦产量，大豆饼肥料具有显著的肥效，能够在小麦种植中加以利用，但有机肥的组合及用量还有待于进一步研究。

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Effects of Different Organic Fertilizers on Leaf Photosynthesis and Yield of Wheat

DU Shou-liang

262737,

In order to study the effects of different organic fertilizers on the growth characteristics, photosynthetic characteristics and yield of wheat, and to screen out organic fertilizers suitable for wheat growth, this paper selected biogas manure (BM), conventional fertilizer (CF), sheep manure (SM) and soybean cake fertilizer (SC) as fertilizers. After fertilization, the number of stem, leaf number, leaf length, new rooting length and bifurcated tiller number of mackey increased, but the difference of bifurcation number was not significant (>0.05). The chlorophyll content and area index of wheat were significantly different (< 0.05), and the chlorophyll content was as follows: BM > SM > SC > CF > CK; The size order of LAI is BM) > CF > SM > SC > CK. After fertilization, the net photosynthetic rate (Pn) and stomatal conductance (Gs) of wheat were also significantly improved. Among them, the instantaneous water use efficiency of SC treatment was at its peak, while the maximum value of BM treatment was 0.45% higher than that of CK.In conclusion, fertilization (especially cake fertilizer) can promote the growth of wheat and increase the yield of wheat, but it has no significant effect on seed setting rate.

Organic fertilizers; wheat; physiological characteristics; yield

S512.1;S157.4+1

A

1000-2324(2020)03-0403-05

10.3969/j.issn.1000-2324.2020.03.00

2018-12-28

2019-02-14

杜守良(1964-),男,硕士,教授,主要研究方向为作物栽培. E-mail:913dsl@163.com