过磷酸钙及有机肥混施对盐碱地小麦光合特性及产量的影响

薛远赛，师长海，王源溪，吴 震，张守福，刘义国

（1巨野县农业农村局，山东巨野 274900；2青岛农业大学，山东青岛 266000；3青岛海力源生物科技有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

土壤盐渍化作为世界上最主要的非生物胁迫之一，很大程度上影响了作物的生长、产量及品质高。据不完全统计，全世界约有9.5×108hm2盐渍化土地，约占可利用耕地的15%，中国约有9913 万hm2盐渍化土地，占全国土地红线的5%[1-4]。伴随着人口增长、工业发展，可耕地面积急剧降低，而不合理的农业措施及工业的开发，盐渍化土地的面积大幅度增加，因此盐渍化土地的高效利用及合理改良成为中国乃至世界亟待解决的农业问题之一[5-6]。

小麦在世界范围内作为主要粮食作物之一，如何合理改良盐碱地进而提高盐碱地小麦产量对农业的发展具有十分重要的意义。有研究发现，有机肥在一定的程度上可提高土壤有机质含量、小麦产量、品质及肥料利用效率[7-8]。温云杰等[9]、王胜亭[10]认为过磷酸钙一方面可以为土壤带来磷素营养，提高磷肥利用率，另一方面，过磷酸钙中的钙离子可以与盐碱地中的钠离子发生交换，有效减少盐碱地的盐分含量，可有效的改善盐碱地。杜白等[11]、冯克云等[12]认为有机肥和过磷酸钙均可显著改善盐碱地的土壤环境，促进作物的生长发育，提高作物产量及品质。前人在改良、利用盐碱地方面做了充分的验证，但在山东渤海湾盐碱地的验证较少，也无较为合适的肥料配方，本试验通过研究东营盐碱地小麦的SPAD、LAI、Pn、Gs、Tr等，进而揭示不同肥料对盐碱地小麦光合特性及产量的影响。进而确定山东渤海湾合理的肥料类型，为盐碱地的开发和持续利用提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

实验小麦品种为‘青麦6 号’，小麦品种由青岛农业大学农学院育种试验室提供。试验在东营市黄河农场进行。气候属暖温带季风气候，年降水量约480～580 mm，年均气温约11～15℃。土壤养分含量：全氮1.58 g/kg，速效磷20.63 mg/g，速效氮61.62 mg/g，速效钾111.56 mg/g，有机质9.67 mg/g，含盐量0.35%，pH 8.5。

本试验设复合肥(N:P:K 为18:18:18)1500 kg/hm2(CK)、海藻酸有机肥料（海藻酸≥500 mg/kg，有机质≥45%,氮磷钾≥5%)1500 kg/hm2(T1)、过磷酸钙（有效成分≥12%）1500 kg/hm2(T2)、过磷酸钙与海藻酸有机肥各50kg/亩混施(T3)4 种处理，肥料由中国农业科学院海藻酸肥料转化基地提供。每个处理设置3 次重复，随机分布，每个小区面积为124 m2(20 m×6.2 m)。播种日为2018年10月15日。

1.2 取样与测定方法

1.2.1 小麦旗叶光合特性的测定 冬小麦开花期进行，在小麦开花期各处理选取生长基本一致植株的旗叶挂牌标记，从开花期始间隔7 天测定，于无风晴天上午9:00—11:00 采用SPAD-502 型叶绿素计，在距离叶尖1/3 处测定叶绿素含量，随机取10 片旗叶测定叶绿素含量，取平均数；用美国LI-COR公司生产的LI-6400型光合仪，测定标记叶片旗叶的Pn、Ci、Gs、Tr等光合指标，每个重复测定5片叶。从开花期开始，从各处理小区取10株，剪下各处理的所有叶片，采用LI-3100叶面积仪测定植株叶面积，计算出LAI，每次测定间隔7天。1.2.2 小麦产量及构成因素 在小麦收货期在田间测各小区的亩穗数，穗粒数及千粒重，每小区选取4 m2，经自然风干后脱粒，称取千粒重后折算成理论产量。

1.2.3 灌浆数学模型的拟合

多项式回归方程拟合见式(1)。

对方程求导得式(2)。

其中y代表小麦千粒重，t为小麦花后天数，b1、b2、b3为模拟方程的系数，对式(1)二次求导可得灌浆速率极大值出现的时间。

1.3 数据处理

数据、图表利用Excel 2007处理，数据的统计分析和差异性显著性选用SAS 9.3处理。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小麦旗叶SPAD的影响

叶绿素含量对旗叶的光合作用具有显著的影响，由表1 可以看出，各处理的旗叶叶绿素含量呈现逐步下降的趋势，但下降幅度存在差异性，其中CK处理的叶绿素下降的幅度最大，表明旗叶衰老速度较快。T3于T2、T1相比较，其旗叶叶绿素含量差异显著，与CK相比，仅在花后14天及28天差异显著，但T3旗叶的叶绿素含量始终高于其余处理，T3处理在花后28天时，旗叶的叶绿素含量为29.33，相较于其余处理分别提高了28.64%、13.37%、13.99%，说明了T3 处理可以有效减缓旗叶衰老速度，显著提高旗叶的持绿期。

表1 不同处理对小麦旗叶SPAD的影响

2.2 不同处理对小麦LAI的影响

LAI是促进小麦高产的重要因素，由表2可知，4个处理的LAI呈现逐步下降的趋势，但下降幅度存在一定的差异性，综合比较而言，各处理间的LAI存在显著的差异。T3 与其余处理相比较，其LAI显著高于其他处理；T2 处理的各时期LAI均小于其余处理，但与CK及T1相比较差异不显著。T3与CK相比较，花后各时期其LAI分别提高了8.88%、18.71%、26.89%、23.92%、15.36%。在开花后期良好的LAI可以有效促进旗叶的光合作用，在开花21天时，相较于其他处理，T3的LAI提高了19.17%～34.66%；花后28 天时，相较于其他处理，T3 的LAI提高了12.54%～18.32%。表明了T3 处理在开花后期也存在良好的叶面积指数，有效促进了旗叶的光合作用。

表2 不同处理对小麦LAI的影响

2.3 不同处理对旗叶Pn的影响

由表3 可以看出，各处理的Pn出现不同的变化，其中，CK、T2、T3的旗叶的Pn呈现先增长后降低的趋势；T1 处理的Pn为逐步降低的变化趋势。T3 与其余处理相比，其旗叶的Pn显著高于其余处理，且差异显著；其余处理的Pn相比也有差异，总体而言差异不显著，在开花7 天后，T2 处理的旗叶Pn最低，T3 处理的最高，相较于CK，T3旗叶的Pn显著提高，不同时期分别提高了16.34%、29.56%、20.32%、20.91%、14.59%，平均提高了20.34%，表明了T3处理相较于CK显著提高了而小麦旗叶的Pn，有效促进了小麦的光合作用。T2 处理相较于CK，旗叶的Pn略有下降，但差异不显著。

表3 不同处理对旗叶Pn的影响

2.4 不同处理对小麦旗叶Gs的影响

由表4可知，各处理的Gs均出现先增后降的趋势，均在花后7 天达到最大值，T3 处理的Gs最高，达到了0.40 molH2O/(m2·s)。T3 处理与其余处理相比，其Gs均高于其余处理，且差异显著；CK、T1、T2三者相比较差异不显著，但在花后七天，T1、T2 处理的Gs均高于CK。T3 与其余处理相比，正在开花期其Gs分别平均提高了49.24%、36.18%、50.26%，尤其是开花后期，T3处理的Gs与其他处理相比Gs提升最为明显，在花后21天，T3处理与T1处理相比气孔导读提高了68.75%；花后28 天，T3 处理与CK、T2 处理相比气孔导读分别提高了88.89%、70.00%。表明了T3 处理在开花后期也可以保持良好的Gs，促进光合作用的进行。

表4 不同处理对小麦旗叶Gs的影响 molH2O/(m2·s)

2.5 不同处理对小麦旗叶Ci的影响

由表5可以看出，各处理的Ci为逐渐上升的趋势，但上升幅度存在一定差异性。T3 处理与其余处理相比。其旗叶Ci在整个开花期均低于其余处理，但仅在花后0 天时差异显著，T3 处理与CK 相比在花后0 天、21天、28天差异显著，与TI、T2处理相比在花后0天、7天差异显著。在开花期过高的Ci会抑制气孔的开放及光合作用的进行，在开花21天及28天时，T3处理的Ci比CK 降低了4.54%、7.39；与T1 相比分别降低了0.58%、0.66%；与T2 相比分别降低了4.42%、3.09%。表明了T3处理可在一定的程度上降低旗叶的Ci，防止过高二氧化碳浓度对光合作用的影响。

表5 不同处理对小麦旗叶Ci的影响 μmol CO2/mol

2.6 不同处理对小麦旗叶Tr的影响

由表6 可知，和处理的Tr呈现先增长后降低的趋势，CK在花后7天有最大Tr，其余处理均在花后14天有最大Tr，说明了CK 在开花后提前进入衰老期。整个开花期而言，T3 处理的Tr相较于其余处理普遍较高，在花后7 天、21 天、28 天与其余处理相比，Tr差异显著。开花后期较高的Tr从侧面反映了旗叶的衰老程度，在开花21天时，T3处理的Tr相较于其余处理分别提高了20.94%、-1.11%、28.93%；在开花28 天时T3处理的Tr相较于其余处理分别提高了42.43%、21.29%、44.57%，说明了T3 处理旗叶在开花后期也可以保持较高的Tr。

表6 不同处理对小麦旗叶Tr的影响

2.7 不同处理对小麦产量及其构成因素的影响

由表7 可以看出，各处理的穗数、穗粒数、千粒重均表现为T3>T2>CK>T1。T3的穗数、穗粒数、千粒重分别达到了711.66×104/hm2、33.55粒/穗、42.01g，与CK相比，穗数、穗粒数、千粒重均差异显著，表明了T3 相较于CK通过影响小麦的穗数、穗粒数、千粒重进而显著提高了产量。T1 与CK 相比，T1 处理的穗数、穗粒数、千粒重及产量均低于CK，且穗数、千粒重及产量差异显著，穗粒数差异不显著；T2与CK相比，T2处理各项指标均高于CK，且穗数及产量差异显著，穗粒数及千粒重差异不显著，表明了T2相较于CK可显著改善了小麦的穗数，进而促进产量的提高。CK 的产量为5941.20 kg/hm2，其余处理与CK 相比分别增产了43.46%、-10.86%、25.88%。

表7 不同处理对小麦产量及其构成因素的影响

2.8 不同处理下小麦灌浆数学模型

由表8 可知，不同处理的灌浆方程分别为、Y=- 0.001X3+ 0.07381X2- 0.32946X、Y=- 0.00059X3+0.04438X2+0.26764X、Y=- 0.00094X3+ 0.07508X2-0.44742X、Y=-0.00085X3+0.07465X2-0.52599X。相较于CK，其余处理的最大灌浆速率略有升高，但最大灌浆速率相比差异不显著，表现为T3>T2>CK>T1。相较于其他处理，T3处理的最大灌浆日期分别出现在24.6天、25.07 天、26.62 天、29.27 天，总灌浆期为44.52 天、55.85天、51.66天、51.02天，表明了T3处理的最大灌浆速率出现日期得到了推迟，且T3处理保持高效灌浆的日期较多，可积累转运更多有机物质。

表8 不同处理下小麦灌浆数学模型

3 讨论与结论

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，在光合作用的光吸收中起核心作用；叶面积指数可以较好的反映作物群体大小。在特定的范围内，作物的产量与叶面积指数呈现正相关。李燕青[13]、Qiu[14]、张黛静等[15]研究发现施用有机肥可显著提高土壤肥力，促进作物叶绿素的形成及植物的生长；乔鈜元[16]、Ashraful Alam等[17]认为过磷酸钙可降低土壤全盐含量，降低盐胁迫对叶片的危害，提高叶绿素含量。本试验研究发现，在灌浆期间T3 处理的叶绿素含量及叶面积指数均高于其他处理。T1、T2处理的叶绿素含量及叶面积指数低于CK，这与前任研究不一致，可能与施肥种类有关，T1、T2 处理仅单独施用了有机肥或过磷酸钙，无法为植物提高足够的养分含量，加之高浓度盐胁迫，在一定的程度上降低了旗叶的持绿期，造成作物旗叶的叶绿素含量及叶面积指数的降低[18]。

小麦叶片等营养器官进行光合作用，合成、积累碳水化合物并向籽粒转移与分配是小麦产量提高的主要因素[19-22]。因此旗叶的光合特性决定了作物的产量及品质。研究认为，有机肥及过磷酸钙可以显著提高作物的光合特性，促进光合作用的进行[23-24]。本试验发现，T3 处理相较于CK，显著提高了旗叶的Pn、Gs、Tr，降低了开花后期的Ci，显著提高了小麦旗叶的光合作用，促进了干物质的积累，提高了作物产量。

穗数、穗粒数、千粒重构成了小麦产量，T3与其余处理相比提高了穗数、穗粒数、千粒重，说明了有T3处理可以提高盐碱地小麦产量。有机肥与过磷酸钙混施提高了叶绿素含量、叶面积指数及光合特性，提高了小麦产量。可能原因如下：一是海藻酸有机肥与过磷酸钙混施提高了土壤中有机质的含量、土壤微生物菌群数量，改善了土壤肥力，而过磷酸钙又可增加了土壤中钙素含量，可置换出盐碱地土壤中的钠离子，降低了盐碱地对小麦的危害，提高了盐碱地小麦产量[25-26]，二是过磷酸钙与海藻酸有机肥混合施用能显著提高土壤中的磷含量及土壤酶活性[27-28]，促进作物对养分的吸收，提高作物产量；三是有机肥中含有海藻酸生物刺激素，可促进根系的生长、提高作物抗逆性、提高肥料的利用率[29]。

通过试验研究发现，过磷酸钙和有机肥混施提高了小麦的叶绿素含量及叶面积指数，促进了旗叶光合作用的进行，促进了小麦产量的增加。就本试验而言，实验地点仅为东营环渤海地区，因此T3处理可作为东营渤海地区小麦的施肥方案，但过磷酸钙与海藻酸有机肥混施最大的增产比例及增产机制，仍需进一步的理化及分子试验验证。