不同新型肥料对小麦光合特性、冠层结构及产量的影响

于国宜 孔令聪 张 亮 韦 志 王永玖 王 智 杜祥备

（1安徽皖垦种业股份有限公司，230061，安徽合肥；2安徽省农业科学院作物研究所，230031，安徽合肥）

小麦是世界第一大粮食作物，也是中国三大粮食作物之一[1-2]。黄淮海地区是我国小麦主产区，目前小麦生产中普遍存在肥料用量过高、施用方式不合理、养分损失严重等问题[3-4]，已成为制约小麦高产高效生产的主要因素之一。传统无机化肥流失快，利用率低，易造成环境污染[4]。因此，高效的新型肥料及合理的施肥技术成为当前农业生产研究的热点[5]。

新型肥料是在常规有机肥和化肥的基础上，通过物理、化学或生物方法制作的肥料，包括微生物肥料、调节剂类、腐植酸肥料、添加剂类和氨基酸肥料等各种类型。目前市场上新型肥料种类繁多、原料多元化，制作工艺和增效机制各不相同，不同产品使用效果差异较大。针对不同类型的新型肥料在小麦生产上的应用效果，不同学者开展了大量研究，有研究[6]发现施用生物炭增加了华北平原冬小麦土壤水分含量，提高了籽粒产量和水分利用效率；在砂姜黑土中使用缓释肥提高了各生育期小麦次生根数、分蘖数、株高、叶面积指数、干物质重和养分积累量，小麦产量显著提高[7-9]。面对市场上种类繁多的新型肥料，如何选择适宜的肥料成为难题。目前有关新型肥料的研究多是针对单一肥料种类和常规肥料间对比[5-9]，缺乏不同类型新型肥料施用效果的对比。

为明确不同新型肥料在小麦上的应用效果及增产机理，在安徽省怀远县龙亢农场开展大田试验，研究不同肥料类型（普通肥、保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥、土壤改良剂+习惯施肥和习惯施肥）对小麦叶片光合特性、冠层结构和产量的影响，为当地小麦优质高效栽培选择适合的肥料种类及推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018-2020年在安徽省怀远县龙亢农场（116°70′E，32°60′N）进行。前茬作物为玉米。供试土壤类型为砂姜黑土，土壤肥力均匀，播前0～20cm土层土壤速效氮143.6mg/kg，速效磷17.9mg/kg，速效钾159.3mg/kg。

1.2 试验设计

共设置7个处理，分别为普通化肥（尿素、磷肥和氯化钾单质肥料）、保持肥（N:P2O5:K2O=25:14:9）、活性增效肥（N:P2O5:K2O=25:14:9）、活性炭肥（N:P2O5:K2O=25:14:9）、活性素肥（N:P2O5:K2O=25:14:9）、土壤改良剂+习惯施肥（复合肥、磷酸二铵和尿素）和习惯施肥（复合肥、磷酸二铵和尿素）。所有施肥处理的氮磷钾投入量相同，均为 N 225kg/hm2、P2O5126kg/hm2和 K2O 81kg/hm2。普通化肥、保持肥、活性增效肥、活性炭肥和活性素肥处理的所有肥料均一次性基施，土壤改良剂+习惯施肥和习惯施肥处理的磷、钾肥全部基施，氮肥为60%基施+40%拔节期追施。采用随机区组设计，3次重复，小区面积30m2。试验所用肥料均由安徽帝元生物科技有限公司提供。供试小麦品种为烟农19，播种量为180kg/hm2。田间管理均按当地高产栽培要求进行。于2018年10月15日播种，2019年6月3日收获，2019年10月18日播种，2020年6月2日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶绿素含量 分别于小麦孕穗期、开花期和灌浆期，每小区选取20片长势一致的旗叶用叶绿素计（Minolta SPAD 502）测定旗叶叶绿素含量相对值（SPAD值），取平均值。

1.3.2 冠层光能截获率 于小麦起身期、拔节期、孕穗期、开花期和花后20d，选择天气晴朗的白天正午（11:00-13:00）使用SunScan冠层分析仪分别测定绿叶底部和冠层顶部10cm处的光合有效辐射量，每小区重复10次。

冠层光能截获率（%）=（顶部截获光合有效辐射量-底部截获光合有效辐射量）/顶部截获光合有效辐射量×100。

1.3.3 旗叶净光合速率（Pn） 分别于小麦开花期和花后20d，每小区选取5片长势均匀的旗叶，利用Li-6400光合仪测定旗叶Pn，设定叶室光照强度1200μmol/(m2·s)，CO2浓度 400μmol/(m2·s)，温度25℃。

1.3.4 小麦叶面积指数（LAI）和生物量 于小麦起身期、拔节期、孕穗期、开花期、花后20d和成熟期每小区选取0.5m2，从茎基部贴地面处割下，按照不同器官（叶、茎、穗和籽粒）分样，采用比叶面积法测量绿叶面积，计算LAI。所有样品在105℃下杀青30min，然后于80℃烘干至恒重，称重并计算生物量。

1.3.5 产量 于小麦成熟期每小区取1m长双行，测定穗数、穗粒数和千粒重。每小区另选取5m2从茎基部贴地面处割下，脱粒后测产。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016处理数据，用SPSS 16.0进行显著性及方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对小麦产量的影响

由表1可知，不同施肥处理间小麦千粒重均未达到显著水平，而部分处理的穗数和穗粒数则差异显著。2年结果均以活性增效肥处理穗数和穗粒数最高，其次为保持肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良剂+习惯施肥处理，普通化肥处理的穗数和穗粒数多数显著低于其他施肥处理。部分处理间产量差异显著，取2年试验结果平均值，普通化肥较习惯施肥处理降低7.2%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良剂+习惯施肥处理产量分别较习惯施肥处理提高6.7%、10.2%、6.0%、4.4%和4.7%。分析变异系数发现，产量差异的主要原因是穗粒数差异，其次是穗数。

表1 不同施肥处理对小麦产量及其构成因素和生物量的影响Table 1 Effects of different fertilizer treatments on grain yield and its components and biomass of wheat

部分处理间小麦的生物量差异显著，2年结果均以活性增效肥处理最高，普通化肥处理最低。与习惯施肥处理相比，普通化肥下降7.9%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良剂+习惯施肥处理生物量分别提高6.2%、9.9%、4.0%、6.5%和4.3%。

2.2 不同施肥处理对小麦LAI的影响

由表2可知，各处理小麦群体LAI随着生育期的推进呈先增加后降低的趋势，开花期达到最大值。不同新型肥料处理小麦拔节期LAI与习惯施肥处理间无显著差异，但花后20d活性增效肥处理的LAI显著高于习惯施肥处理。2年试验中，普通化肥处理较习惯施肥平均降低4.2%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良剂+习惯施肥处理全生育期平均LAI分别较习惯施肥处理提高2.4%、5.4%、3.3%、2.0%和5.9%。

表2 不同施肥处理对小麦LAI的影响Table 2 Effects of different fertilizer treatments on LAI of wheat

2.3 不同施肥处理对小麦冠层光能截获率的影响

由表3可知，不同施肥处理小麦冠层光能截获率均呈先增加后降低的趋势，拔节期的光能截获率最高。新型肥料处理小麦冠层光能截获率高于习惯施肥处理，尤其是增加了花后冠层的光能截获率。2年试验中，与习惯施肥处理相比，普通化肥处理光能截获率平均降低4.7%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良剂+习惯施肥处理生育期平均光能截获率分别提高1.9%、6.4%、3.0%、4.0%和2.2%。

表3 不同施肥处理对小麦冠层光能截获率的影响Table 3 Effects of different fertilizer treatments on canopy light interception rates of wheat %

2.4 不同施肥处理对小麦旗叶光合特性的影响

2.4.1 旗叶SPAD值 由表4可知，不同施肥处理的小麦旗叶SPAD值均随生育进程呈先增后降的变化趋势，新型肥料处理在各生育期间旗叶SPAD值都处于较高水平，其中活性增效肥料处理高于其他大部分处理。2年试验中，与习惯施肥处理相比，普通化肥处理SPAD降低2.1%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良剂+习惯施肥处理在全生育期平均SPAD分别提高9.9%、11.7%、9.7%、8.8%和9.6%。

表4 不同施肥处理对小麦旗叶SPAD值的影响Table 4 Effects of different fertilizer treatments on flag leaf SPAD of wheat

2.4.2 旗叶Pn由表5可知，不同新型肥料处理下，小麦旗叶Pn均高于习惯施肥处理，在花后20d差异达显著水平。2年试验中，与习惯施肥处理相比，普通化肥平均Pn降低0.4%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良剂+习惯施肥处理在全生育期平均Pn分别提高12.2%、12.3%、11.8%、11.3%和14.4%。

表5 不同施肥处理对小麦旗叶Pn的影响Table 5 Effects of different fertilizer treatments on flag leaf Pnof wheat μmol CO2/(m2·s)

2.5 小麦冠层光合特征与产量及其构成因子相关性分析

相关性分析（表6）表明，小麦生物量和产量均与平均光能截获率、平均LAI、旗叶平均SPAD值和Pn存在极显著正相关关系。此外，穗粒数与平均光能截获率、平均LAI和Pn呈显著正相关，与旗叶SPAD值呈极显著正相关。

表6 小麦冠层光合特征与产量构成因子的相关系数Table 6 Correlation coefficients between canopy photosynthetic characteristics and wheat yield components

3 讨论

本研究明确了不同新型肥料对小麦冠层结构、光能截获率、光合特性及产量的影响。结果表明，在同等施肥量条件下，新型肥料处理的小麦产量均高于习惯施肥处理，增产范围在4.4%～10.2%，以活性增效肥处理产量最高。普通化肥处理所有常规肥料一次性基施，产量则显著降低。对产量构成因素进行分析发现，新型肥料处理增产的主要原因是提高了穗粒数，其次是增加了穗数，这与吴子峰等[10]研究结果一致。因此，提高或保持足够的穗粒数和穗数成为小麦增产的关键[11-12]。

充足的生物积累量是作物高产形成的基础，较高的物质生产为籽粒形成和灌浆提供了物质基础，也为产量潜力的提高提供了可能[13]。新型肥料处理下小麦拥有较高的生物量，这是其增产的主要原因。作物的生物量由冠层截获的光能和辐射利用效率决定，光能资源的有效利用是作物高产至关重要的前提[14]。新型肥料处理下小麦生育期拥有较高的冠层LAI和光能截获率，这就保证了群体对光能的有效截获和利用，为高产奠定了物质基础。同时，新型肥料处理下小麦各生育期间旗叶SPAD值和Pn均维持在一个较高的水平，尤其是花后。说明新型肥料处理能够控制肥料释放，满足植株后期养分需求，延缓了植株早衰，后期维持较强的叶源物质生产能力[15]，为籽粒形成奠定基础，促进穗粒数形成，这与前人[16]研究的合理肥料运筹可以有效提高作物叶片的光合性能、降低叶片的衰老速度，进而提高作物产量的结果一致。

本研究中不同新型肥料处理中以活性增效肥增产效果最好，其他新型肥料处理增产效果略差。前人[17-18]研究发现，活性增效肥处理增产的主要原因是在肥料中添加了增加养分有效性的增效剂，促进了土壤中肥料的可利用性，提高了作物养分和水分吸收能力，促进了作物生长，最终提高产量。本研究同样发现，活性增效肥处理促进小麦生长，使其具有较强的叶源生产能力，穗大粒多，产量显著增加。在多种作物上研究均发现，与传统化肥相比，纳米炭增效肥处理下，冬小麦增产12.3%～19.8%[19]、玉米增产10.9%～16.7%、水稻增产10.3%、大豆增产28.8%[20]。在筛选得到合适的肥料类型基础上，如何进一步完善施肥技术、优化肥料配方和提高施肥水平，仍需要进一步研究[21]。同时在生产实际中，应结合土壤类型、基础肥力状况和作物种类等合理选择新型肥料类型。

4 结论

与习惯施肥处理相比，新型肥料处理提高了小麦产量，其增产的主要原因是延缓了生育后期叶片衰老，提高了光合性能，冠层拥有较高的LAI和光能截获率，具有较高的物质生产能力。其中，活性增效肥处理表现最好，可作为当前生产条件下小麦科学施肥的优选方案。