肥密互作对旱地冬小麦商麦1619旗叶光合特性、干物质积累和产量的影响

吴秀宁， 张 军， 王凤娟， 王新军， 高宝云， 赵 麟， 敬 樊

(1.商洛学院，陕西 商洛 726000； 2.洛南县四皓街道办农业综合服务站， 陕西 商洛 726000； 3.商洛市农业科学研究所，陕西 商洛 726000)

小麦是世界范围内主要的粮食作物，其产量是品种本身遗传特性和栽培措施共同作用的结果[1]。在栽培措施中，施肥量和种植密度对小麦产量的影响尤为突出[2]。光合作用是植物重要的生命特征，小麦产量的90%～95%来自花后的光合产物[3]。施肥量和播种密度是影响作物光合特性的重要栽培因素，间接影响干物质、氮素积累，最终影响产量的形成[4]。在一定范围内，施肥量的增加会增加冬小麦分蘖，提高旗叶光合速率，促进茎叶生长，增加绿色面积，延缓功能叶的衰老进程，进而提高产量[5]。同样，在一定范围内增加种植密度有利于增大光合面积，促进群体增长，提高干物质积累量，进而提高小麦籽粒产量，但种植密度过大，会增加倒伏的概率，产量反而下降[6-7]。施肥水平和播种密度对小麦产量存在互作效应，低氮低密条件下穗粒数和千粒质量增大，但有效穗数降低，造成减产；高氮高密条件下有效穂数较高，但穗粒数降低，产量降低[8]。因此，研究种植密度和施肥量对小麦光合特性、干物质积累、氮素积累、产量的影响，对集成配套栽培技术以及充分发挥优良品种的高产潜力具有重要意义。

中国约2/3的小麦种植在雨养旱作区，且主要是旱地小麦，其产量水平对保障中国小麦整体高产稳产意义重大[9]。因特殊的地理位置，西北地区是中国优质小麦种植区[10]。刘璐[11]的研究结果表明，2001年陕西省的受旱面积高达91.9%。何斌等[12]基于主成分分析和层次分析，发现受气候条件影响，区域性干旱的发生面积和发生程度均呈增加趋势。受灌溉条件和对土地依赖性降低等因素的影响，农户多采用“一炮轰”的施肥方法[13]。商麦1619(陕审麦2014013号)是商洛学院培育的旱地小麦新品种，在渭北旱塬及同类型生态区表现出较好的抗旱丰产性，但有关该品种的配套栽培技术亟待完善。本研究拟通过研究不同施肥量和种植密度条件下旱地小麦品种商麦1619旗叶光合特性、干物质转运及产量的变化，明确商麦1619在雨养旱作区的适宜密度、施肥量，以期为旱地小麦的丰产栽培提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

供试材料为小麦新品种商麦1619，种子由商洛市农业科学研究所提供。试验于2017-2019年在商洛学院张村校区秦岭植物良种繁育中心试验田进行，前茬为玉米。试验地肥力均匀，可代表商洛坡塬地的肥力状况。播前五点取样，测定0～20 cm耕层土壤肥力。2017年土壤理化性质为：有机质17.91 g/kg，全氮1.03 g/kg，速效氮60.12 mg/kg，速效磷16.71 mg/kg，速效钾104.72 mg/kg；2018年土壤理化性质为：有机质19.33 g/kg，全氮1.09 g/kg，速效氮74.83 mg/kg，速效磷17.83 mg/kg，速效钾113.73 mg/kg。

试验采用裂区设计，主区为施肥量，设置4个施肥水平，依次为75 kg/hm2(F75)、150 kg/hm2(F150)、225 kg/hm2(F225)和300 kg/hm2(F300)，参考张赵星等[14]按N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.67∶0.76的比例确定氮、磷、钾肥用量；种植密度为裂区，设1 hm21.35×106株(D135)、1 hm21.80×106株(D180)和1 hm22.25×106株(D225)3个密度水平。试验用肥依次为：尿素(N46%)、磷酸二铵(N18%，P2O546%)、硫酸钾(K2O 50%)。以底肥形式，播种前结合整地一次性施入。小区面积6.5 m2(1.3 m×5.0 m)，3次重复。2017年10月23日播种，2018年为10月21日播种，人工开沟、点播，均为次年6月17日收获，其他管理措施参照一般生产田。

1.2 测定指标和测定方法

1.2.1 旗叶净光合速率和叶绿素含量 小麦进入始花期后，每个小区随机选取中间3行100个长势基本一致的单茎进行标记。选择晴朗无风的上午(9∶00-11∶00)，在小麦的开花期、灌浆中期(花后10 d)和灌浆后期(花后20 d)随机选取标记的5株小麦，用Li-6400便携式光合仪(LI-COR公司产品)测定旗叶净光合速率(Pn)。叶绿素含量测定参考蒋进等[4]的方法。

1.2.2 干物质 在开花期和成熟期，每个处理选取中间2行1 m植株，沿根茎结合处剪去根系带回室内。105 ℃杀青20 min，80 ℃烘干至恒质量。按面积折合，确定地上部分的生物学产量。

1.2.3 产量 在成熟期，选取小区中间3行1 m植株用于考察穗数、穗粒数和千粒质量；选每个小区中间3行中间部位2 m2计算产量。

1.3 数据处理

利用Excel2003进行数据整理，用SPSS18.0进行统计分析。2年试验结果趋势基本一致。方差分析结果表明，各指标及年份间的互作不显著，故全文采用2年数据的平均值进行分析。

2 结果与分析

2.1 肥密互作对商麦1619旗叶净光合速率和SPAD值的影响

表1、表2显示，商麦1619的Pn和SPAD值均表现为开花期最大，之后随着灌浆进程推进而整体呈下降趋势。施肥量为75 kg/hm2时，商麦1619旗叶Pn和SPAD值随着种植密度的增加而降低。施肥量为150～300 kg/hm2时，Pn和SPAD值在开花期、灌浆中期和灌浆后期随着种植密度的增加而增加。在D135、D180和D225条件下，Pn和SPAD值随着施肥量的增加而增大。综合来看，F75×D135、F150×D225、F225×D225和F300×D225条件下商麦1619具有较高的Pn和SPAD值，F300×D225条件下商麦1619的Pn和SPAD值均最高。

表1 不同处理对商麦1619旗叶净光合速率的影响

表2 不同处理对商麦1619旗叶SPAD值的影响

2.2 肥密互作对商麦1619地上部干物质积累的影响

表3显示，商麦1619地上部干物质积累量在不同生育阶段存在差异。在开花期，相同施肥量条件下，商麦1619的地上部干物质积累量均随着种植密度的增加而显著降低。以F75处理为例，D180、D225处理下地上部干物质积累量分别较D135处理下降8.11%和12.68%。在成熟期，除施肥量为300 kg/hm2处理外，其他施肥量处理下的商麦1619地上部干物质积累量则随着种植密度的增加整体呈上升的趋势。相同播种密度下，商麦1619的地上部干物质积累量随着施肥量的增加总体呈增加的趋势。以成熟期D135处理为例，F150、F225、F300处理下地上部干物质积累量较F75处理增加13.60%、26.35%和32.12%。花后地上部干物质积累量随着施肥量和种植密度的增加总体呈增加的趋势。综合开花期和成熟期的数据来看，F300×D135此肥密组合有利于商麦1619地上部干物质的积累。

表3 不同处理对商麦1619地上部干物质积累的影响

2.3 肥密互作对商麦1619产量及构成要素的影响

方差分析结果(表4)表明，施肥量和种植密度对商麦1619产量及其构成要素的影响均达到显著水平。表5显示，商麦1619籽粒产量随着施肥量、种植密度的增大整体呈先增后减的变化趋势。相同施肥量条件下，除施肥量为225 kg/hm2处理外，其余3个施肥水平均以D180处理下的商麦1619籽粒产量最高。相同种植密度下，施肥量为75～225 kg/hm2时，商麦1619籽粒产量随着施肥量的增加而显著增加，当施肥量增至300 kg/hm2时，除D135处理下的籽粒产量继续增加外，另外2个种植密度处理下的籽粒产量则显著降低。

表4 产量和产量构成因素的方差分析

表5 不同处理对商麦1619产量及构成要素的影响

就产量构成要素来看，施肥量和种植密度对商麦1619有着不同程度的影响。穗数随着施肥量和种植密度的增加呈上升趋势，以F300×D225条件下最大，为1 hm24.208 3×106穗。穗粒数随着施肥量(75～225 kg/hm2)的增加而增加，总体随种植密度的增加而下降。以D135处理为例，与F75处理相比，F150、F225、F300处理下穂粒数分别增加3.98%、5.73%和5.79%；F75处理下，D180、D225处理的穗粒数则较D135处理分别下降2.97%和7.23%。千粒质量则随着施肥量、种植密度的增加整体呈下降趋势，其中F75×D180处理下千粒质量最大，为47.18 g，F300×D225处理下千粒质量最小，为40.36 g。

2.4 相关性分析

表6显示，产量与旗叶净光合速率(开花期、灌浆中期、灌浆后期)、SPAD值(开花期、灌浆中期、灌浆后期)、地上部干物质积累量(开花期、成熟期、花后)均在0.01水平呈正相关。

表6 产量与净光合速率、SPAD值、地上部干物质积累量的相关性分析

3 讨 论

大量研究结果表明，开花至成熟是籽粒产量形成的关键时期，改善此时期的旗叶性状可以提高小麦的单株产量和穂粒质量等产量性状[15-17]。合理的施肥量和种植密度有助于提高旗叶的光合性能，发挥品种高产潜力，进而获得稳产高产[3]。张赵星等[14]对普冰151开展肥密试验，其研究结果表明，旗叶净光合速率和SPAD值均随着施肥量的增加先升后降，随着种植密度的增加而下降。在本研究中，商麦1619的旗叶净光合速率和SPAD值整体随着施肥量(150～300 kg/hm2)和种植密度的增加呈上升趋势，这可能与商麦1619旗叶宽大以及灌浆中后期较长的持绿性有关，亦可能是由品种、施肥量、种植密度以及环境差异引起的。此外，本试验中旗叶净光合速率和SPAD值随着花后生育进程的推进呈下降趋势，这与彭芹等[18]的研究结果一致。

源、库是作物产量形成的2个方面，“源”的生产与干物质积累密切相关，尤以开花期干物质积累最为重要[19]。焦峰等[20]在龙麦26上的研究结果表明，一定范围内高施肥量和低种植密度有利于小麦地上部干物质的积累。本研究也得出类似结果，相同施肥量下商麦1619在开花期的地上部干物质积累量随着种植密度的增加而降低，这可能与作物群体质量变差有关。在本试验中，较高种植密度条件下的下部叶片枯萎程度明显高于较低种植密度条件。较大的群体使得相对养分占有量降低，导致对养分的竞争加剧，从而使干物质积累量降低，而随着施肥量的增加，养分供应充足，表现为干物质积累进一步增加。

施肥量和种植密度是影响作物产量的重要栽培因素[21-24]，适宜的施肥量、种植密度可以有效改善产量结构，从而实现高产稳产[25]。蒋进等[4]在四川省东北部丘陵地区的研究结果表明，随着施肥量的增加，南麦618的有效穗数和穗粒数呈上升趋势。丁位华等[26]研究发现，BNS杂交小麦穗数随着种植密度的增加而增加，而穗粒数则呈下降趋势。本研究也得到类似的结果，商麦1619的穗粒数整体随着施肥量的增加而增加，随种植密度的增加而下降。千粒质量则整体随着施肥量和种植密度的增加而下降。可见，可以通过调整施肥量和种植密度等农艺措施来调控小麦产量构成要素。

在中国，约60%的小麦种在雨养旱作区[10]，且降雨与小麦需水关键期错位[27]，导致旱作区小麦产量低而不稳。加之小麦种植效益偏低，为旱地小麦生产管理尤其是施肥带来巨大挑战[28]。一次性施肥因具有生产轻便、节本增效和保护环境等优点，在中国三大粮食作物上已有应用[29-30]。彭正萍等[31]的研究结果表明，一次性基施控释氮肥处理较按农户施肥习惯施肥处理增产5.7%，氮肥利用率增加53.7%。张英鹏等[32]在棕壤土区的试验结果表明，一次性施用缓控释肥降低了37.0%的氮肥用量，但仍能获得小麦的最高产量。在本研究中，结合区域小麦生产现状，通过一次性施肥和适宜的种植密度来实现小麦增产，这对于旱地小麦丰产、高效生产具有借鉴意义。

在本研究条件下，2年大田试验结果表明，施肥量225 kg/hm2、密度1 hm22.25×106株为商麦1619高产的最佳组合。本研究结果可为商麦1619的进一步示范推广提供指导。