氮素運籌對滴灌春小麥生長及光合特性的影響

張建芳 比拉力·艾力 王冀川 石元強 孫婷 張迪

（塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300）

作物的生長受到多方面因素的影響，其中施肥（尤其是氮肥）是重要的影響因素之一［1]，生產中，通過不同的施肥措施，調控作物生長發育，以促進作物實現高效、高產、優質的生產。在作物的氮素調控效應中，光合特征是重要的反應指標，也是受氮素調控進而影響作物生產性能的關鍵指標之一，因此開展氮素運籌對作物生長及光合特征影響的研究，能揭示氮肥應用的效能，對揭示作物氮素高效利用的機制有較好的理論意義。

小麥是新疆第二大作物，種植面積常年保持在118×104hm2左右，總產 629.7×104t，其中春小麥在46×104hm2左右，總產247.2×104t［2]，是新疆（尤其是南疆）重要的糧食作物，在保障糧食安全、社會穩定方面具有重要的戰略地位。目前，隨著滴灌技術的發展，大力推廣麥田滴灌水肥一體化技術成為當前新疆提升小麥生產水平、促進糧食產業發展的主要任務［3]。在常規漫灌（畦灌）條件下，生育期追肥較困難，一般以基肥為主、追肥為輔的方式，肥效不高且大量施氮還污染環境，而滴灌條件下可以實現水肥一體并可根據作物養分需求及時追施，肥效大大提升［4]，節約成本，但在實際生產中由于缺乏滴灌施氮的相關理論研究，人們在氮素運籌方面采取經驗模式，影響了施氮效果。本研究通過設置不同施氮配比和施氮量的小區試驗，研究滴灌春小麥生長及光合特征，為開展進一步研究小麥氮素高效利用與產量形成的關系提供基礎。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在塔里木大學農學試驗站網室中進行，該試驗點位于塔里木盆地西北邊緣，40°33′N，81°16′E，海拔1 012.2 m，年平均氣溫11.2 ℃，年均降水量45.7 mm，年均蒸發量1 988.4 mm，年均相對濕度在55%以下，屬典型暖溫帶內陸型氣候。

采用土柱栽培的方法，土柱為硬質PVC管材，直徑110 mm，長80 cm。每根土柱裝土12 kg，土壤取自農田，土壤質量含水率為19.5%，土質為沙壤土，干土體積質量為1.32 g/cm3，田間持水量為23.4%（質量含水量），NO3--N含量49.27 mg/kg，NH4

+-N含量6.70 mg/kg，有機質的含量1.025%，土壤pH值7.7。為模擬田間滴灌模式，每根管采用醫用輸液管連接掛瓶進行滴灌施肥，氮素換算成尿素（N-46%）溶水后滴施，按照土柱面積換算得到具體水、尿素施用量。3月2日播種。每管播8粒，播深3 cm，當麥苗2葉時定苗至6株/管。

1.2 試驗設計

選用新春6號（早熟大穗型春小麥，新疆農業科學院提供）和寧2038（中晚熟多穗型春小麥，寧夏農林科學院提供）為試驗材料，開展施氮量與施氮配比的雙因素控制性土柱栽培試驗，滴施純氮量處理設4個水平，分別為每千克干土滴施純氮0 g、0.013 0 g、0.026 1 g和0.039 1 g（按土柱面積折算，相當于每公頃滴施純氮0 kg、138 kg、276 kg和414 kg），以N0、N1、N2和N3表示；施氮配比按基肥、拔節肥、孕穗肥、灌漿肥分配，設四個比例為：100∶0∶0∶0、60∶40∶0∶0、20∶60∶20∶0 和 0∶40∶40∶20，以 R1、R2、R3和 R4表示；施氮量和施氮配比兩因素組合得到16個處理，每處理重復九次（每處理9根土柱），兩個品種共計288根管。全生育期滴灌8次，氮肥運籌嚴格按照試驗設計進行，以氮肥混合土柱裝土土壤為基施，以滴施氮素為追施。

表1 試驗滴灌氮肥(尿素)分配（g/管）

1.3 測定項目與方法

每個處理選擇3管，每管選取長勢均勻，有代表性的5株定點定期測量以下指標：

1.3.1 生長性狀

a.株高：選用米尺對株高進行測定；

b.葉面積：采用葉片長寬系數法進行測定［5]。

1.3.2 光合指標

a.單葉光合指標：在小麥拔節、孕穗、揚花、灌漿、乳熟等時期采用便攜式光合作用測定系統LI-6400XT（Li-Cor，USA），每個處理選取長勢一致的3株，在晴天12：00時測定小麥頂部展開葉的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）等光合生理生態指標；葉片水分利用效率按照文獻計算［6]：WUE=Pn/Tr。

b.旗葉SPAD：采用美國產502型SPAD儀在小麥各生育時期測定旗葉SPAD數值（葉片最寬處），每次測定10片葉，取平均值。

1.3.3 產量指標

于蠟熟期對每個處理進行考種，調查穗粒數和千粒質量，并折算成公頃產量。

然而，在湘西題材小說中或多或少都暗藏著城市文明的“入侵”，但作者并未明確表明對這種“文明”的態度，例如在《媚金、豹子與那羊》的結尾，對于媚金和豹子殉情的事，“白臉苗的女人，如今是再無這種熱情的種子了。他們也仍然是能原諒男子，也仍然常常為男子犧牲，也仍然能用口唱出動人靈魂的歌，但都不能作媚金的行為了！”究竟都市文化帶給了鄉村怎樣的變化？這就牽涉到了沈從文對鄉村與城市的選擇和態度。

使用Microsoft Excel 2003進行數據處理和作圖，采用DPS7.05統計軟件Duncan新復極差法進行多重比較的顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 氮肥運籌對滴灌春小麥株高的影響

不同施氮量及施氮配比下滴灌春小麥株高結果見圖1，可以看出，滴灌春小麥株高在4月10日（拔節中期）到5月5日（抽穗期）增長速率最快，揚花期以后增長緩慢。寧2038的平均株高為70.56 cm，新春6號為67.94 cm。在相同施氮量的條件下，最終株高表現為：R4＞R3＞R2＞R1，適當增加追肥次數能促進株高增加，但差異并不顯著。在氮肥施用時期及施用比例相同的條件下，增施氮肥能顯著增加株高。從施氮量的最終株高變異系數（CV）上看，寧2038為8.49%，新春6號為6.94%，施氮配比對最終株高CV大小分別為1.72%和1.23%，可見多穗型品種對施氮量及配比的響應程度大于大穗型品種，調整氮素運籌更能影響多穗型品種的株高，且主要以施氮量的調節效應為主，施氮配比影響不大。

2.2 氮肥運籌對滴灌春小麥葉面積的影響

春小麥單株葉面積在4月29日（孕穗期）達最大值，其具體變化大小受氮肥配比及施氮量的影響。由圖2可知，在相同施氮量條件下，孕穗前各處理單株葉面積差異不大，但此后隨施氮次數增加，單株葉面積差異逐漸增大，表現為施氮次數越多葉面積越大。在同一施氮配比條件下，隨施氮量增加單株葉面積逐漸增加，其中N0處理顯著小于施氮處理。可見，增施氮肥并進行氮素后移能有效增加單株葉面積。從氮素運籌對葉面積的影響程度上看，新春6號在不同施氮量處理的CV為20.36%，寧2038為29.24%，不同施氮配比新春6號為9.56%，寧2038為9.41%，說明多穗型品種葉面積對施氮量的反應更敏感，而兩品種對施氮時期的反應差異不大。從組合處理看，在灌漿期單株葉面積排名前三位的處理，新春6號為N3R4、N2R4和N3R3處理，達到62.38、58.14和56.55 cm2，寧2038為N3R4、N2R4和N1R4處理，分別為66.53、62.28和61.15 cm2，可見多穗型品種的單株葉面積高于大穗型品種，且其對氮肥后移的敏感度也高于大穗型品種，即增施灌漿肥能有效減緩葉片衰老。

圖1 不同施氮量及施氮配比對株高的影響

圖2 不同施氮量及施氮配比對單株葉面積的影響

2.3 氮肥運籌對滴灌春小麥葉片SPAD值的影響

不同施氮量及施氮配比下滴灌春小麥葉片SPAD值見圖3。

圖3 不同施氮量及施氮配比對葉片SPAD的影響

由圖可知，兩品種葉片SPAD值均隨生育進程呈現“減小—增大—減小”的趨勢，在4月28日～5月5日（抽穗期）最低，在5月19日（灌漿初期）最高。新春6號的平均SPAD為45.65，寧2038為49.64。不施氮處理的SPAD顯著小于其他處理，在施氮處理中，施氮量越大，SPAD值越高，新春6號不同施氮處理各期SPAD的平均CV為8.04%，寧2038為7.80%，表明大穗型品種葉片SPAD對施氮量的敏感程度高于多穗型品種。不同施氮配比對葉片SPAD的影響，隨施氮次數增加，SPAD有所增加，但處理間差異并不大。從組合處理看，新春6號的N3R3和N3R5處理的葉片SPAD最高，寧2038的N3R2和N3R3處理的葉片SPAD最高，說明在高氮條件下，大穗型品種注重孕穗肥、灌漿肥，多穗型品種注重拔節肥、孕穗肥，能促進葉片功能，延緩旗葉葉綠素的降解，促進植物葉片的光合作用。低-高-低的曲折變化趨勢，籽粒形成期（5月12日）最高，其次是孕穗期（4月16日），灌漿后期（6月1日）最低（見圖4）。從平均Pn上看，新春6號為13.91 μmolCO2/(m2·s)，低于寧 2038 的 15.10 μmol-CO2/(m2·s)，表明多穗型品種的葉片光和生產能力高于大穗型品種。

隨施氮量增加，單葉凈光合速率增加，但施氮量過高，其促進效應下降；隨施氮次數的增加單葉凈光合速率隨生育進程逐漸變大，且在乳熟期表現得更明顯，同時在高氮條件下乳熟期R3和R4處理的單葉凈光合速率明顯高于R1和R2處理，說明增加施氮次數及中后期比例，有利于維持葉片后期的光合性能，施氮量越高，增加施肥次數所表現出的后期葉片功能增強的正效應越大。另外，氮素和施氮次數對新春6號葉片Pn的平均效應CV為14.57%和

2.4 氮肥運籌對滴灌春小麥光合特性的影響

2.4.1 凈光合速率（Pn）

春小麥葉片凈光合速率（Pn）隨生育進程呈高-4.38%，大于寧2038的11.74%和4.10%，表明氮素運籌對大穗型品種的效應高于多穗型品種，且以施氮量效應為主，更應該注重高氮條件下的氮肥后移技術。

圖4 不同施氮量及施氮配比對葉片凈光合速率（Pn）的影響

2.4.2 蒸騰速率（Tr）

滴灌春小麥葉片的蒸騰速率（Tr）與Pn的變化趨勢一致，籽粒形成期最高，灌漿末期最低（見圖5）。新春6號的葉片平均Tr為5.38 mmolH2O/(m2·s)，低于寧 2038的 5.78 mmolH2O/(m2·s)，表明多穗型品種葉片的水分生理活性高于大穗型品種。在各施氮水平下，兩品種葉片的Tr隨施氮量的增加而增加，并隨生育進程差異逐漸增大，以灌漿期差異最明顯。在各氮肥配比處理下，在拔節中期全部基施氮肥的Tr最高，分3次追肥的Tr最低，在孕穗揚花期追施1～2次氮肥處理的Tr最高，揚花以后，隨追氮次數增加，Tr增加，可見氮肥后移能增加中后期小麥葉片Tr，對葉片生理功能提高、防治衰老有利。另外兩品種葉片Tr對氮素運籌反應不同，新春6號在不同氮素量及不同氮素配比處理間的CV均高于寧2038，說明大穗型品種對氮素運籌較多穗型品種更敏感。

圖5 不同施氮量及施氮配比對葉片蒸騰速率（Tr）的影響

2.5 氮肥運籌對滴灌春小麥葉片水分利用效率的影響

滴灌春小麥葉片水分利用效率（WUE）在2.13～3.24 mmol/(m2·s)之間，隨生育進程變化較平穩，拔節中期最高，揚花-籽粒形成期次之，灌漿后期最小（見圖6）。

圖6 不同施氮量及施氮配比對葉片水分利用效率（WUE）的影響

隨施氮量增加葉片WUE降低，其中在N3、N2條件下的WUE較N0、N1下降較明顯，說明增施氮肥不利于葉片WUE的提高；不同施氮配比對WUE的影響品種間存在差異，新春6號葉片WUE對施氮配比反應不敏感，但寧2038在R4條件下的WUE在籽粒形成期之前顯著高于其他處理，但之后下降較快，說明增施灌漿肥能提升多穗型品種生育前中期WUE，改進葉片生產性能。

2.6 氮肥運籌對滴灌春小麥產量的影響

隨施氮量增加，穗粒數、千粒質量、收獲穗數及單穗質量和產量增加，且除新春6號的穗粒數外，兩品種N3處理的各產量因素均顯著高于其他處理（見表2）。另外，隨施氮次數增加除新春6號的千粒質量在R4處理下最大外，兩品種R3處理的各產量因子均最大，說明增施氮肥并注意追施孕穗肥、灌漿肥是提高滴灌春小麥產量的有效措施；施氮量與施氮配比對兩品種產量因子的影響有一定差異，從施氮量的CV大小上看，除穗數較寧2038小外，新春6號其他各因子的CV均高于寧2038，且產量的CV最高。從施氮配比的CV大小上看，新春6號各產量因子均高于寧2038，且兩品種的CV普遍比不同施氮量處理的CV小。由此說明大穗型品種產量構成對氮素運籌更敏感，并以施氮量影響為主，施氮配比影響為輔；

從組合處理的比較上看，產量排名前3位的處理新春 6號分別是N3R3＞N3R4＞N2R3，N3R3與N3R4差異不顯著，N3R4與N2R3差異不顯著；寧2038為N3R3＞N3R4＞N3R2，3處理間差異不顯著。說明施氮量為207.0～310.5 kg/hm2、施氮時期及比例為基肥∶拔節肥∶孕穗肥∶灌漿肥=40∶40∶20∶0或20∶40∶20∶20可獲得較高的產量，且大穗型品種更應注重氮肥供應和追氮后移的管理策略。

表2 不同施氮量、施氮配比對產量構成的影響

3 討論

本研究發現拔節期、孕穗期和灌漿期追施三次氮肥的綠葉面積最大，這與劉強等［7]認為的在拔節期和揚花期兩次追施氮肥在花后能保持較高的綠葉面積有所不同，這可能與干旱區滴灌小麥后期氮素需求比例較高有關［8]。且施氮處理的葉面積下降速率明顯降低。

一般認為［9-10]施氮可顯著提高小麥葉片的光合性能及SPAD值，降低其衰減速率。本研究表明，滴灌春小麥葉片SPAD值在生育期內呈“減小—增加—減小”的變化趨勢，且隨施氮量增加，SPAD值呈增加趨勢，施氮促進了葉片葉綠素的合成，延緩葉綠素的分解，不施氮肥處理的葉片SPAD值顯著低于施氮處理，這與Hikosaka等［11]人研究結果一致。揚花期追施氮肥能延緩葉綠素的分解［12-13]，可以維持較高的葉面積［14]，而本研究中孕穗期追施氮肥的 R3、R4處理，在孕穗期以后的SPAD值明顯高于其他處理，表明孕穗期追施氮肥能延緩旗葉葉綠素的降解，相對于孕穗期不施肥的處理能增加葉片葉綠素含量，這可能與滴灌春小麥生育高峰前移有關［15]。馮波等［16]提出，在氮肥用量相同時基追配比為1∶2時，小麥后期光合速率和產量最高；而張娟等［17]人認為基追配比為5∶5時的處理利于提高小麥的凈光合速率。本研究發現，在基肥∶拔節肥∶孕穗肥∶灌漿肥為2∶4∶2∶2時小麥凈光合速率最高，同宋任祥等［18]人提出的揚花期追肥可以促進旗葉的光合速率，使葉片的衰老得到延緩相類似，而與馮波［16]、張娟［17]等人的觀點不一致，這也是滴灌小麥后期長勢強［19]、增施氮肥比例有利于產量物質形成而易獲得高產的關鍵所在。

4 結論

氮素運籌對滴灌春小麥生長特性與產量構成影響較大，隨施氮量及施氮次數增加，春小麥的株高、單株葉面積、葉片SPAD、單葉光合速率及蒸騰速率、產量構成因子等均得到不同程度增加，葉片WUE呈下降趨勢，其中，施氮量效應均高于施氮配比效應。

從氮素運籌對生長及光合指標的影響程度（CV）上看，單株葉面積＞Tr＞Pn＞WUE＞SPAD＞株高，對產量構成的影響程度為產量＞單穗質量＞穗粒數＞收獲穗數＞千粒質量。

不同穗型品種對氮素運籌的影響有差異，大穗型品種的單株葉面積、Pn、Tr、穗粒數、千粒質量、穗數、單穗質量和產量對施氮配比的敏感度大于多穗型品種，而其株高、單株葉面積、穗數對施氮量的敏感度低于多穗型品種。

保證較高的施氮量并適當增加追施孕穗肥和灌漿肥，是保證干旱地區滴灌春小麥高產高效的關鍵，施氮量為207.0～310.5 kg/hm2且施氮時期及比例為基肥∶拔節肥∶孕穗肥∶灌漿肥=40∶40∶20∶0或20∶40∶20∶20是本地區較為適合的氮素運籌方案。