不同新型肥料對小麥光合特性、冠層結構及產量的影響

于國宜 孔令聰 張 亮 韋 志 王永玖 王 智 杜祥備

（1安徽皖墾種業股份有限公司，230061，安徽合肥；2安徽省農業科學院作物研究所，230031，安徽合肥）

小麥是世界第一大糧食作物，也是中國三大糧食作物之一[1-2]。黃淮海地區是我國小麥主產區，目前小麥生產中普遍存在肥料用量過高、施用方式不合理、養分損失嚴重等問題[3-4]，已成為制約小麥高產高效生產的主要因素之一。傳統無機化肥流失快，利用率低，易造成環境污染[4]。因此，高效的新型肥料及合理的施肥技術成為當前農業生產研究的熱點[5]。

新型肥料是在常規有機肥和化肥的基礎上，通過物理、化學或生物方法制作的肥料，包括微生物肥料、調節劑類、腐植酸肥料、添加劑類和氨基酸肥料等各種類型。目前市場上新型肥料種類繁多、原料多元化，制作工藝和增效機制各不相同，不同產品使用效果差異較大。針對不同類型的新型肥料在小麥生產上的應用效果，不同學者開展了大量研究，有研究[6]發現施用生物炭增加了華北平原冬小麥土壤水分含量，提高了籽粒產量和水分利用效率；在砂姜黑土中使用緩釋肥提高了各生育期小麥次生根數、分蘗數、株高、葉面積指數、干物質重和養分積累量，小麥產量顯著提高[7-9]。面對市場上種類繁多的新型肥料，如何選擇適宜的肥料成為難題。目前有關新型肥料的研究多是針對單一肥料種類和常規肥料間對比[5-9]，缺乏不同類型新型肥料施用效果的對比。

為明確不同新型肥料在小麥上的應用效果及增產機理，在安徽省懷遠縣龍亢農場開展大田試驗，研究不同肥料類型（普通肥、保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥、土壤改良劑+習慣施肥和習慣施肥）對小麥葉片光合特性、冠層結構和產量的影響，為當地小麥優質高效栽培選擇適合的肥料種類及推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018-2020年在安徽省懷遠縣龍亢農場（116°70′E，32°60′N）進行。前茬作物為玉米。供試土壤類型為砂姜黑土，土壤肥力均勻，播前0～20cm土層土壤速效氮143.6mg/kg，速效磷17.9mg/kg，速效鉀159.3mg/kg。

1.2 試驗設計

共設置7個處理，分別為普通化肥（尿素、磷肥和氯化鉀單質肥料）、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）、土壤改良劑+習慣施肥（復合肥、磷酸二銨和尿素）和習慣施肥（復合肥、磷酸二銨和尿素）。所有施肥處理的氮磷鉀投入量相同，均為 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處理的所有肥料均一次性基施，土壤改良劑+習慣施肥和習慣施肥處理的磷、鉀肥全部基施，氮肥為60%基施+40%拔節期追施。采用隨機區組設計，3次重復，小區面積30m2。試驗所用肥料均由安徽帝元生物科技有限公司提供。供試小麥品種為煙農19，播種量為180kg/hm2。田間管理均按當地高產栽培要求進行。于2018年10月15日播種，2019年6月3日收獲，2019年10月18日播種，2020年6月2日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉綠素含量 分別于小麥孕穗期、開花期和灌漿期，每小區選取20片長勢一致的旗葉用葉綠素計（Minolta SPAD 502）測定旗葉葉綠素含量相對值（SPAD值），取平均值。

1.3.2 冠層光能截獲率 于小麥起身期、拔節期、孕穗期、開花期和花后20d，選擇天氣晴朗的白天正午（11:00-13:00）使用SunScan冠層分析儀分別測定綠葉底部和冠層頂部10cm處的光合有效輻射量，每小區重復10次。

冠層光能截獲率（%）=（頂部截獲光合有效輻射量-底部截獲光合有效輻射量）/頂部截獲光合有效輻射量×100。

1.3.3 旗葉凈光合速率（Pn） 分別于小麥開花期和花后20d，每小區選取5片長勢均勻的旗葉，利用Li-6400光合儀測定旗葉Pn，設定葉室光照強度1200μmol/(m2·s)，CO2濃度 400μmol/(m2·s)，溫度25℃。

1.3.4 小麥葉面積指數（LAI）和生物量 于小麥起身期、拔節期、孕穗期、開花期、花后20d和成熟期每小區選取0.5m2，從莖基部貼地面處割下，按照不同器官（葉、莖、穗和籽粒）分樣，采用比葉面積法測量綠葉面積，計算LAI。所有樣品在105℃下殺青30min，然后于80℃烘干至恒重，稱重并計算生物量。

1.3.5 產量 于小麥成熟期每小區取1m長雙行，測定穗數、穗粒數和千粒重。每小區另選取5m2從莖基部貼地面處割下，脫粒后測產。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016處理數據，用SPSS 16.0進行顯著性及方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對小麥產量的影響

由表1可知，不同施肥處理間小麥千粒重均未達到顯著水平，而部分處理的穗數和穗粒數則差異顯著。2年結果均以活性增效肥處理穗數和穗粒數最高，其次為保持肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理，普通化肥處理的穗數和穗粒數多數顯著低于其他施肥處理。部分處理間產量差異顯著，取2年試驗結果平均值，普通化肥較習慣施肥處理降低7.2%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理產量分別較習慣施肥處理提高6.7%、10.2%、6.0%、4.4%和4.7%。分析變異系數發現，產量差異的主要原因是穗粒數差異，其次是穗數。

表1 不同施肥處理對小麥產量及其構成因素和生物量的影響Table 1 Effects of different fertilizer treatments on grain yield and its components and biomass of wheat

部分處理間小麥的生物量差異顯著，2年結果均以活性增效肥處理最高，普通化肥處理最低。與習慣施肥處理相比，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劑+習慣施肥處理生物量分別提高6.2%、9.9%、4.0%、6.5%和4.3%。

2.2 不同施肥處理對小麥LAI的影響

由表2可知，各處理小麥群體LAI隨著生育期的推進呈先增加后降低的趨勢，開花期達到最大值。不同新型肥料處理小麥拔節期LAI與習慣施肥處理間無顯著差異，但花后20d活性增效肥處理的LAI顯著高于習慣施肥處理。2年試驗中，普通化肥處理較習慣施肥平均降低4.2%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理全生育期平均LAI分別較習慣施肥處理提高2.4%、5.4%、3.3%、2.0%和5.9%。

表2 不同施肥處理對小麥LAI的影響Table 2 Effects of different fertilizer treatments on LAI of wheat

2.3 不同施肥處理對小麥冠層光能截獲率的影響

由表3可知，不同施肥處理小麥冠層光能截獲率均呈先增加后降低的趨勢，拔節期的光能截獲率最高。新型肥料處理小麥冠層光能截獲率高于習慣施肥處理，尤其是增加了花后冠層的光能截獲率。2年試驗中，與習慣施肥處理相比，普通化肥處理光能截獲率平均降低4.7%，保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥和土壤改良劑+習慣施肥處理生育期平均光能截獲率分別提高1.9%、6.4%、3.0%、4.0%和2.2%。

表3 不同施肥處理對小麥冠層光能截獲率的影響Table 3 Effects of different fertilizer treatments on canopy light interception rates of wheat %

2.4 不同施肥處理對小麥旗葉光合特性的影響

2.4.1 旗葉SPAD值 由表4可知，不同施肥處理的小麥旗葉SPAD值均隨生育進程呈先增后降的變化趨勢，新型肥料處理在各生育期間旗葉SPAD值都處于較高水平，其中活性增效肥料處理高于其他大部分處理。2年試驗中，與習慣施肥處理相比，普通化肥處理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劑+習慣施肥處理在全生育期平均SPAD分別提高9.9%、11.7%、9.7%、8.8%和9.6%。

表4 不同施肥處理對小麥旗葉SPAD值的影響Table 4 Effects of different fertilizer treatments on flag leaf SPAD of wheat

2.4.2 旗葉Pn由表5可知，不同新型肥料處理下，小麥旗葉Pn均高于習慣施肥處理，在花后20d差異達顯著水平。2年試驗中，與習慣施肥處理相比，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劑+習慣施肥處理在全生育期平均Pn分別提高12.2%、12.3%、11.8%、11.3%和14.4%。

表5 不同施肥處理對小麥旗葉Pn的影響Table 5 Effects of different fertilizer treatments on flag leaf Pnof wheat μmol CO2/(m2·s)

2.5 小麥冠層光合特征與產量及其構成因子相關性分析

相關性分析（表6）表明，小麥生物量和產量均與平均光能截獲率、平均LAI、旗葉平均SPAD值和Pn存在極顯著正相關關系。此外，穗粒數與平均光能截獲率、平均LAI和Pn呈顯著正相關，與旗葉SPAD值呈極顯著正相關。

表6 小麥冠層光合特征與產量構成因子的相關系數Table 6 Correlation coefficients between canopy photosynthetic characteristics and wheat yield components

3 討論

本研究明確了不同新型肥料對小麥冠層結構、光能截獲率、光合特性及產量的影響。結果表明，在同等施肥量條件下，新型肥料處理的小麥產量均高于習慣施肥處理，增產范圍在4.4%～10.2%，以活性增效肥處理產量最高。普通化肥處理所有常規肥料一次性基施，產量則顯著降低。對產量構成因素進行分析發現，新型肥料處理增產的主要原因是提高了穗粒數，其次是增加了穗數，這與吳子峰等[10]研究結果一致。因此，提高或保持足夠的穗粒數和穗數成為小麥增產的關鍵[11-12]。

充足的生物積累量是作物高產形成的基礎，較高的物質生產為籽粒形成和灌漿提供了物質基礎，也為產量潛力的提高提供了可能[13]。新型肥料處理下小麥擁有較高的生物量，這是其增產的主要原因。作物的生物量由冠層截獲的光能和輻射利用效率決定，光能資源的有效利用是作物高產至關重要的前提[14]。新型肥料處理下小麥生育期擁有較高的冠層LAI和光能截獲率，這就保證了群體對光能的有效截獲和利用，為高產奠定了物質基礎。同時，新型肥料處理下小麥各生育期間旗葉SPAD值和Pn均維持在一個較高的水平，尤其是花后。說明新型肥料處理能夠控制肥料釋放，滿足植株后期養分需求，延緩了植株早衰，后期維持較強的葉源物質生產能力[15]，為籽粒形成奠定基礎，促進穗粒數形成，這與前人[16]研究的合理肥料運籌可以有效提高作物葉片的光合性能、降低葉片的衰老速度，進而提高作物產量的結果一致。

本研究中不同新型肥料處理中以活性增效肥增產效果最好，其他新型肥料處理增產效果略差。前人[17-18]研究發現，活性增效肥處理增產的主要原因是在肥料中添加了增加養分有效性的增效劑，促進了土壤中肥料的可利用性，提高了作物養分和水分吸收能力，促進了作物生長，最終提高產量。本研究同樣發現，活性增效肥處理促進小麥生長，使其具有較強的葉源生產能力，穗大粒多，產量顯著增加。在多種作物上研究均發現，與傳統化肥相比，納米炭增效肥處理下，冬小麥增產12.3%～19.8%[19]、玉米增產10.9%～16.7%、水稻增產10.3%、大豆增產28.8%[20]。在篩選得到合適的肥料類型基礎上，如何進一步完善施肥技術、優化肥料配方和提高施肥水平，仍需要進一步研究[21]。同時在生產實際中，應結合土壤類型、基礎肥力狀況和作物種類等合理選擇新型肥料類型。

4 結論

與習慣施肥處理相比，新型肥料處理提高了小麥產量，其增產的主要原因是延緩了生育后期葉片衰老，提高了光合性能，冠層擁有較高的LAI和光能截獲率，具有較高的物質生產能力。其中，活性增效肥處理表現最好，可作為當前生產條件下小麥科學施肥的優選方案。