斷根分層施肥對冬小麥生長及生理生化與產量的影響

殷登科，王艷平，修玉峰，肖春紅，于秀麗，王玉美*

(1.青島西海岸省級農業高新技術產業開發區管委會，山東 青島 266400；2.青島西海岸新區農業農村局，山東 青島266400；3.青島理工大學 機械與汽車工程學院，山東 青島266000；4.濰坊市濰城區農業農村局，山東 濰坊 261000)

0 引言

【研究意義】小麥是我國三大糧食作物之一，其高產穩產是糧食安全的重要保證[1]。小麥機械斷根施肥，能解決根系冗余，代替人工劃鋤和追肥。因此，開展以減少小麥化肥施用量、降低人工成本為目標，基于新型農機配套的斷根分層施肥技術[2]研究，對小麥產業的可持續發展具有重要意義。【前人研究進展】余松烈等[3]對小麥斷根研究發現，在冬前、返青或起身期于麥田間深耘，可疏松土壤、降低土壤容重，改善土壤結構，形成疏松的表層，保墑較好；侯凱旋等[4]對花生斷根培土研究表明，花生在斷根初期抑制果針形成、入土和莢果發育，降低花生主莖高度和側枝長度，增加莖、葉干物質重，從而增加結果數和莢果干物重，顯著提高花生莢果產量；有研究顯示，施用化學肥料對作物產量的貢獻率在30%～50%[5-6]，1970-2018年我國化肥用量增長率是糧食產量增長率的8.7倍[7]，即糧食產量與施肥量沒有同步增長。當前，小麥生產中仍存在化肥施用時期不合理、利用率不高、施肥方式單一和工作效率低下等問題，與我國資源、環境與成本效益等方面的需求矛盾對立[8]。【研究切入點】目前，對小麥生產技術的研究多集中于各單因子對其增產效果的影響，而有關施肥時期、施肥量、斷根深度與機械化作業，多因子同步交互作用對冬小麥增產增效的影響研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】為降低冬小麥春季鋤地、斷根、施肥的生產成本，結合冬小麥生產實際，開展小麥分層斷根和不同施肥量效果對比試驗，以期為小麥增產增效及開發推廣小麥斷根分層施肥智能精密控制技術與裝備提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在黃島區六汪鎮東澇村冬小麥大田進行，占地0.75 hm2，地勢平坦，排灌條件較好，砂壤土，前茬玉米，產量7 500 kg/hm2。土壤堿解氮90.6 mg/kg、速效磷42.9 mg/kg、速效鉀93.8 mg/kg、全氮1.4%、有機質1.2%、pH 6.76。

1.2 試驗材料

1.2.1 小麥 供試材料為濟麥22。

1.2.2 肥料 配方肥(N-P-K=16-14-12)，購自青島瑞民資源綜合利用有限公司；包膜尿素(含N≥46.0%)，購自河南農心肥業有限公司。

1.2.3 儀器設備 小麥斷根分層施肥智能精密控制裝備(CN210168442U)，青島市樅森農業機械研究所研發；葉綠素儀(YK-YL02)，山東云科智能科技有限公司；光合測定儀(LI-6400XT)，北京力高泰科技有限公司。

1.3 試驗設計

采用雙因素試驗設計，施肥深度(A)：斷根10 cm(A1)、斷根15 cm(A2)、斷根20cm(A3)；包膜尿素施用量(B)：75 kg/hm2(B1)、112.5 kg/hm2(B2)、150 kg/hm2(B3)。共設10個處理：A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、A3B3，以不分層斷根追肥為對照(CK)，3次重復，隨機排列，小區面積120 m2。

1.4 試驗方法

2019年10月進行小麥田間試驗，播種時統一基施小麥配方肥750 kg/hm2。處理間和重復間分別設0.5 m和0.2 m的觀察道，試驗地周圍設保護區。對照區采用冬小麥常規栽培管理方法。各處理冬小麥在返青期進行斷根施肥，小麥斷根分層施肥智能精密控制裝備通過行走架與作業架連接，快速調節斷根刀深度，通過中間軸用地輪驅動施肥器，保持地輪與施肥器的同步性，高精度傳動，單位長度內均勻施肥，均由專人當天完成，其他栽培管理措施同常規大田。

1.4.1 地上部干重 選晴好天氣，各小區隨機選取10株冬小麥采集拔節期、抽穗期、開花期和灌漿期的地上部鮮樣，殺青，l05°C烘干至恒重，稱量地上部干重，取平均值。

1.4.2 葉綠素含量 從冬小麥開花開始，每隔7 d各小區隨機選取10株小麥，每株選取3片主莖葉用葉綠素儀測定葉綠素含量，取平均值。

1.4.3 凈光合速率 從冬小麥開花開始，選晴好天氣，每隔7 d各小區隨機選取10株小麥，每株選取1片健康小麥旗葉，在9：00—11：00用光合測定儀測定凈光合速率，取平均值。

1.4.4 產量 成熟前在各小區隨機選取完整的1 m2冬小麥，統計小麥成穗數；成熟期各小區隨機選取1 m(雙行)的小麥測穗實粒數，待小麥完全風干脫粒后測定千粒重，并計算理論產量。

1.5 數據統計與分析

采用Excel 2007和SPSS 22.0對試驗數據進行統計分析與繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理冬小麥的地上部干重

從圖1看出，不同處理拔節期至灌漿期冬小麥的地上部干重均依次為A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1>CK，隨延長生育期呈遞增趨勢，均以A1B2最高，分別為3.5 g、14.4 g、28.0 g和47.4 g；以CK最低，分別為3.3 g、9.8 g、21.5 g和39.8 g。在灌漿期，A1B2、A1B3、A2B3、A1B1、A2B2、A3B2、A2B1、A3B3和A3B1的地上部干重分別是CK的1.19倍、1.18倍、1.13倍、1.13倍、1.1倍、1.09倍、1.07倍、1.06倍和1.04倍。

圖1 不同處理拔節期至灌漿期冬小麥的地上部干重

2.2 不同處理冬小麥的葉綠素含量

由圖2可知，不同處理冬小麥的葉綠素含量變化存在明顯差異，葉綠素含量依次為A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1>CK，隨時間呈先升后降趨勢，均在開花后14 d達最大值，分別為43.3 mg/g DW、39.1 mg/g DW、37.5 mg/g DW、36.2 mg/g DW、33.8 mg/g DW、32.0 mg/g DW、31.5 mg/g DW、31.4 mg/g DW、31.0 mg/g DW、30.9 mg/g DW，較CK分別高12.4 mg/g DW、8.2 mg/g DW、6.6 mg/g DW、5.3 mg/g DW、2.9 mg/g DW、1.1 mg/g DW、0.6 mg/g DW、0.5 mg/g DW、0.1 mg/g DW。

圖2 不同處理冬小麥的葉綠素含量

2.3 不同處理冬小麥的凈光合速率

從圖3看出，不同施肥方式對冬小麥凈光合速率的影響較大，凈光合速率大致為A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1>CK，隨花期呈逐漸降低趨勢，各處理間的降低程度有所不同。小麥開花后，平均凈光合速率以A1B2最高，達25.44 μmol/(m2·s)；A1B3次之，為23.64 μmol/(m2·s)；CK最低，為20.35 μmol/(m2·s)。

圖3 不同處理冬小麥的凈光合速率

2.4 不同處理冬小麥的產量及其構成因素

由表1可知，不同處理冬小麥的單位穗數依次為CK>A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1；穗粒數以A1B2最高，為32.1粒/穗，CK最低，為29.9粒/穗；千粒重依次為A1B2>A1B3=A3B2>A2B1>A2B3>A1B1>A2B2>A3B3>A3B1>CK；A1B2的單位穗數較CK減少2.94%，但其穗粒數和千粒重分別比較CK高7.18%和5.24%。產量依次為A1B2>A1B3>A2B3>A1B1>A2B2>A3B2>A2B1>A3B3>A3B1>CK，除A3B1、A3B2和A3B3外，各處理與CK間差異顯著，以A1B2最高，較CK高9.46%。表明，斷根施肥處理減少小麥的單位穗數，增加穗粒數和千粒重，從而提高小麥產量。

表1 不同處理冬小麥的產量性狀及產量

3 討論

小麥地上部干物質積累總量與根系吸收土壤養分總量呈正相關[9]。試驗結果表明，不同處理拔節期至灌漿期小麥的干物質積累差異明顯，隨生育期呈遞增趨勢。地上部干物質以在斷根10 cm處施包膜尿素112.5 kg/hm2最高，以不分層斷根追肥最低。表明斷根分層施肥處理能促進土壤養分吸收，增加小麥地上部干物質積累，且在斷根10 cm處施包膜尿素112.5 kg/hm2土壤養分吸收最好，化肥利用率最高。

小麥旗葉的葉綠素含量可反映葉片的光合能力，光合能力越強，葉片積累的光合產物越多，從而提高產量[10]。冬小麥斷根分層施肥在開花后7 d、14 d、21 d和28 d的葉綠素含量均高于不分層斷根追肥，表明斷根施肥可提高小麥的葉綠素含量。其中，在斷根10 cm處施包膜尿素112.5 kg/hm2的小麥葉綠素含量最高。小麥凈光合速率與小麥光合產物呈正相關，適宜的光合速率是小麥高產穩產的重要因素之一。試驗結果表明，不同施肥方式對冬小麥凈光合速率的影響較大，隨時間呈逐漸降低趨勢，且不分層斷根追肥的凈光合速率均低于各施肥處理。表明，適宜的斷根深度和施肥量可促進小麥的光合作用，以在斷根10 cm處施包膜尿素112.5 kg/hm2最好。

孫坤雁等[11-12]研究表明，不同施肥模式和控釋肥不同施肥位置及深度對小麥產量及根區土壤養分的影響較大。周偉等[13]研究表明，濟麥22的穗數可高達675～825萬穗/hm2，穗粒數35.7粒，千粒重45 g。試驗結果表明，斷根施肥處理可減少冬小麥的單位穗數，增加穗實粒數和千粒重，顯著提高產量，與石巖等[14-16]的研究結果一致。綜合看，小麥斷根分層施肥智能精密控制裝備在實際生產中操作方便、省工省時、工作效率高，與人工斷根施肥操作比，工作效率可提高70%以上。

4 結論

斷根分層施肥對冬小麥的地上部干物質積累、葉綠素含量、凈光合速率和產量均有影響。與不分層斷根追肥比，采用斷根分層施肥能顯著提高其產量。當斷根深度為10 cm、施用包膜尿素112.5 kg/hm2時，各指標均表現最優，小麥產量增幅最大，比不分層斷根追肥增產9.46%。小麥分層斷根施肥智能精密控制裝備可實現大面積小麥早春機械施肥，適于當前實際生產，可進行大規模推廣。