不同播種方式與施肥水平對青稞光合特性及產量構成的影響

周喜榮，劉梅金*，徐冬麗，王國平，郭建煒，劉廣才，張忠廣，胡再青

(1.甘南藏族自治州農業科學研究所，甘肅 合作 747000；2.甘肅省農業技術推廣總站，甘肅 蘭州 730000)

青稞又稱裸大麥、元麥及米大麥，是禾本科大麥屬一年生草本植物[1-2]，作為青藏高原等地區的特有高海拔作物，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特性，主要用于食用、釀造、飼用、藥用、保健等，是高原地區農牧民主要農業收入，成為承載民族和諧和產業振興的經濟支柱。青稞富含蛋白質、淀粉、脂肪、維生素、礦質元素等基本營養成分，具有β-葡聚糖、生育酚、母育酚、γ-氨基丁酸等多種功效成分，是一種“四高四低”(高蛋白、可溶性纖維、維生素、礦物質，低脂肪、糖、膽固醇、鈉)的營養食品，符合現代營養健康飲食的潮流，是潛在的功能保健產品和原糧的來源，對人類健康大有裨益，更是藏區不可代替的主糧[3-4]。青稞年均總產量約為100 萬t，占青藏高原地區糧食作物面積的60%以上，占糧食總產量的58%～60%[4-7]。足見，青稞對于藏區生產生活作用巨大，需求量旺盛。

綠色高效、高產優質的配套栽培技術始終是突破單位面積產量，追求高產的主要方式。現今，機械化普及程度顯著提升，栽培施肥技術明顯優化，對田間標準化高效種植有著突出貢獻。有學者[8]通過對迪慶青稞播種方式、栽培施肥、播種期等配套栽培技術的研究，發現迪慶青稞最佳播種方式為條播，最佳施肥量為N 30 kg·hm-2、P2O530 kg·hm-2、K2O 30 kg·hm-2，最佳播期為3月下旬至4月5日，最佳播種量為112.5～150.0 kg·hm-2。李萍等[9]研究表明，藏青2000播種量在225.0～262.5 kg·hm-2，施肥量在N 150～225 kg·hm-2、P2O590～135 kg·hm-2的條件下，有助于生長指標和產量及其構成因素的提高，也能夠有效協調個體和群體間的矛盾。朱明霞等[10]研究發現，梯度施肥可不同程度提高藏青27、QTB13及QTB25青稞品種(系)的穗數、穗粒數及產量，其中，QTB13和QTB25在F2處理產量最大，藏青27在F3處理產量最大。付丹丹等[11]對西藏黑青稞氮、磷、鉀配施效果進行研究，認為當地黑青稞N、P、K肥最佳施肥質量比為1∶0.43∶0.5，推薦施肥量為N 66.75 kg·hm-2、P2O528.65 kg·hm-2、K2O 33.9 kg·hm-2。不同施肥管理模式下，相比于農民習慣種植模式(N∶P2O5∶K2O=135∶30∶39)，黑青稞豐產栽培模式(N∶P2O5∶K2O=120～165∶90～135∶60～135)均能有效提高葉片光和參數值、有效穗數、穗粒數，促進籽粒干物質積累和產量形成[12]。贠民政等[13]研究表明，在施用優質有機肥30 m3·hm-2、尿素198 kg·hm-2、磷酸二銨325.5 kg·hm-2、氯化鉀255 kg·hm-2，播量均為195 kg·hm-2的同等條件下，均采用機播方式，與當地農民傳統條播種植相比，西藏青稞壟膜條播對青稞光合特性、產量及其構成因素有顯著提高。

縱觀上述研究，不難發現，特定環境下配套栽培施肥種植技術可改善青稞生長生理指標，提高單產及其構成。然而問題也隨之凸顯，研究應用性薄弱，限制條件高，推廣難度較大，使用性低，規模化機械操作的產業發展支撐難以實現，導致有些技術只能停留于研究層面，并且缺乏機械化寬幅勻播和施肥標準的針對性配套技術，最為關鍵的是，甘青9號的此類配套研究尚未見報道。那么，如何實現在有限的土地面積上，最大化利用土地空間，配套機械與施肥技術，打造青稞高產創收，綠色高效是一個極為迫切的問題。甘南州是甘肅省青稞種植面積最大的地區，自主選育青稞品種優勢顯著。針對上述問題，本試驗將通過甘青9號對不同種植方式和施肥水平的綜合響應研究，明確甘南地區青稞優勢種植方式和施肥水平，旨在為甘南地區青稞產業規模化標準種植生產和青稞種植施肥研究提供科學技術依據和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2019年3—9月在甘肅甘南藏族自治州農業科學研究所綜合試驗基地進行，該地屬于青藏高原高寒濕潤氣候，春冬較長，夏秋較短，海拔2 737 m，年均氣溫3.00 ℃，年均光照時數2 300～2 400 h，年平均太陽輻射總量5 516～5 752 MJ·m-2，年均降水量約639.80 mm左右，年均無霜期約120～150 d，土壤類型為亞高山草甸草原土，為青稞、油菜輪作地，土壤肥力中等，具體土壤基本理化性質詳見表1。

1.2 供試材料

供試品種為甘肅甘南藏族自治州農業科學研究所自主選育的甘青系列青稞品種甘青9號。

寬幅勻播采用酒泉市鑄隴機械制造有限責任公司生產的手扶微型電動寬幅勻播播種機；常規條播采用人力三行播種機播種。

供試肥料：顆粒尿素，含N≥46.4%；磷酸二銨，含P2O5≥46%，含N≥18%；硫酸鉀，含K2O≥52%。

1.3 試驗設計

試驗采用播種方式與施肥水平二因素隨機區組設計，共設置2種播種方式：即常規條播(M0)、寬幅勻播(M1)。5個施肥水平：N0P0K0、N0P1K1、N1P0K1、N1P1K0、N1P1K1(N0、P0、K0分別表示不施氮、磷、鉀肥；N1、P1、K1表示按標準用量施用氮、磷、鉀肥)。具體處理為：T1(M0N0P0K0)、T2(M0N0P1K1)、T3(M0N1P0K1)、T4(M0N1P1K0)、T5(M0N1P1K1)、T6(M1N0P0K0)、T7(M1N0P1K1)、T8(M1N1P0K1)、T9(M1N1P1K0)、T10(M1N1P1K1)，共10個處理(表2)。施肥比例為：N∶P2O5∶K2O=1∶0.7∶0.4，小區面積為30.72 m2，3次重復，隨機區組排列；寬幅勻播行距26 cm，每小區30行，常規條播行距17 cm，每小區45行。

表2 不同種植模式與施肥水平Table 2 Different planting patterns and fertilization levels

寬幅勻播和常規條播種子667 m2播量均為240 kg·hm-2，試驗所用肥料為尿素180 kg·hm-2、磷酸二銨180 kg·hm-2、硫酸鉀90 kg·hm-2，折合N、P2O5、K2O分別為：N 115.92 kg·hm-2、P2O582.80 kg·hm-2、K2O 46.80 kg·hm-2。氮肥、磷肥、鉀肥按小區稱量，播種時做底肥一次性施入，其他管理同當地大田。

1.4 指標測定

在青稞苗期，每個種植小區選擇具有代表性的一整行進行基本苗的統計記載；在青稞成熟期，每個種植小區隨機選擇具有代表性的25株植株考種，統計有效穗、株高、穗長、單株分蘗數、穗粒數、穗粒重、千粒重，3次重復；在青稞成熟期，每個種植小區實打實收實測產量。

青稞盛花期，每個種植小區選取25株植株，用Ciras3便攜式光合儀測定旗葉凈光合速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率[14]。

1.5 數據分析

試驗數據采用Excel 2013和SPSS 22軟件進行分析與作圖，并用LSD法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同播種方式與施肥水平對青稞生長指標的影響

由表3可知，T1與T2、T9、T10處理的基本苗存在顯著差異，比T2、T9、T10處理分別增加27.48%、25.35%、18.28%；與其他處理間差異不顯著。各處理間單株分蘗數無顯著性差異。T3與T6、T7處理的株高有顯著差異，分別增加20.60%、15.47%；T5與T6處理的株高有顯著差異，增加18.60%。T1與T10處理穗長存在顯著性差異，降低13.75%；T2與T6、T8、T9、T10處理穗長存在顯著差異，分別降低23.80%、21.93%、21.93%、27.74%；T3與T10處理穗長存在顯著差異，降低18.16%；T5與T6、T8、T9、T10處理穗長存在顯著性差異，降低18.75%、16.76%、16.76%、22.95%；T7與T10處理存在顯著性差異，降低15.38%；其他處理間無顯著性差異。

2.2 不同播種方式與施肥水平對青稞葉片凈光合速率的影響

由圖1可知，各處理間甘青9號凈光合速率存在顯著性差異。T1與T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10處理之間均差異顯著；處理T2與T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10存在顯著差異；T3與T7、T8、T9、T10處理存在顯著性差異；T4與T5、T7、T8、T9、T10處理差異性顯著；處理T5與T8、T9、T10存在顯著差異；T6與T7、T8、T9、T10處理存在顯著差異；T7與T8處理存在顯著差異；其他處理間差異不顯著。

柱子上無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖2～4同。圖1 不同播種方式與施肥水平對甘青9號凈光合速率的影響Fig.1 Effect of different sowing methods and fertilization levels on net photosynthetic rate of Ganqing 9

2.3 不同播種方式與施肥水平對青稞葉片氣孔導度的影響

由圖2可知，各處理間甘青9號氣孔導度存在顯著性差異。處理T1與T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9之間差異顯著；處理T2與T10之間差異顯著；處理T3與T6、T7、T8、T9、T10之間差異顯著；處理T4、T5與T6、T7、T9、T10之間差異顯著；處理T6、T7與T10存在顯著差異；處理T8與T10存在顯著差異；處理T9與T10存在顯著差異；其他處理間無顯著差異。

圖2 不同播種方式與施肥水平對甘青9號氣孔導度的影響Fig.2 Effect of different sowing methods and fertilization levels on stomatal conductance of Ganqing 9

2.4 不同播種方式與施肥水平對青稞葉片胞間二氧化碳濃度的影響

由圖3可知，各處理間甘青9號胞間二氧化碳濃度存在顯著差異。處理T1與T3、T4、T5、T7、T8、T9、T10存在顯著差異；處理T2與T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10差異顯著；處理T3、T4與T5、T6差異顯著；處理T5與T7、T8、T9、T10存在顯著差異；處理T6與T7、T8、T9、T10存在顯著差異；其他處理間無顯著性差異。

圖3 不同播種方式與施肥水平對甘青9號胞間二氧化碳濃度的影響Fig.3 Effect of different sowing methods and fertilization levels on intercellular carbon dioxide concentration of Ganqing 9

2.5 不同播種方式與施肥水平對青稞葉片蒸騰速率的影響

由圖4可知，各處理間甘青9號蒸騰速率存在顯著差異。處理T1與T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9之間差異顯著；處理T2與T3、T4、T5、T10之間差異顯著；處理T3、T4、T5與T6、T7、T8、T9、T10之間差異顯著；處理T10與T6、T7、T8、T9差異顯著；其他處理間差異不顯著。

圖4 不同播種方式與施肥水平對甘青9號蒸騰速率的影響Fig.4 Effect of different sowing methods and fertilization levels on transpiration rate of Ganqing 9

2.6 不同播種方式與施肥水平對青稞產量及其構成的影響

由表4可知，各處理間甘青9號產量及其構成存在顯著差異。有效穗方面，處理T1、T2、T3、T4、T5與T6、T7、T8、T9、T10存在顯著差異；處理T1、T2、T3、T4、T5間無顯著性差異；T6、T7、T8、T9、T10間無顯著性差異。穗粒數方面，處理T4、T7、T1、T3、T2、T5與處理T8存在顯著差異；其他處理間差異不顯著。穗粒重方面，T1、T3與T6、T10處理存在顯著差異；T2與T6、T8、T9、T10處理存在顯著差異；T5與T6、T8、T10處理之間差異顯著；T6與T10處理存在顯著性差異；T7與T10處理存在顯著性差異；其他處理間無顯著性差異。千粒重方面，T1與T3、T5、T6、T7、T8、T9、T10處理存在顯著差異；T2、T4與T6、T7、T10處理存在顯著差異；T3、T5、T8、T9與T6、T7、T10處理之間差異顯著；T6與T8、T9處理存在顯著差異；T7與T8、T9處理存在顯著差異；其他處理間無顯著性差異。

表4 不同播種方式與施肥水平對甘青9號產量及其構成的影響Table 4 Effect of different sowing methods and fertilization levels on yield and its composition of Ganqing 9

產量方面，T1與T4、T5、T9、T10處理間存在顯著差異；T3與T4、T9、T10處理之間差異顯著；T4與T6處理存在顯著性差異；T6與T9、T10處理存在顯著差異；其他處理間差異不顯著。

2.7 青稞生長指標、光和特性與產量及其構成的相關性分析

由表5可知，株高與有效穗存在顯著性正相關關系，相關系數為0.708；穗長與穗粒數、穗粒重為極顯著的正相關關系，相關系數分別為0.774、0.958，與有效穗為顯著負相關關系，相關系數為-0.738；有效穗與穗粒數、穗粒重呈顯著負相關關系，相關系數分別為-0.704、-0.753，與千粒重呈極顯著負相關，相關系數為-0.782；穗粒數與穗粒重為極顯著正相關關系，相關系數為0.844，與胞間二氧化碳濃度呈顯著負相關關系，相關系數為-0.678；穗粒重與凈光合速率存在顯著正相關關系，相關系數為0.660，與胞間二氧化碳濃度存在顯著負相關關系，相關系數為-0.673；千粒重與凈光合速率呈現顯著正相關關系，相關系數為0.678；凈光合速率與胞間二氧化碳濃度存在極顯著負相關關系，相關系數為-0.844；氣孔導度與蒸騰速率表現為極顯著正相關關系，相關系數為0.934；其余指標間無顯著相關關系。

表5 甘青9號生長指標、光合特性與產量及其構成的相關性分析Table 5 Correlation analysis of growth index，photosynthetic characteristics with yield and composition of Ganqing 9

2.8 青稞生長指標、光和特性與產量及其構成的主成分分析

由表6可知，通過對甘青9號生長指標、光和特性與產量及其構成進行主成分綜合分析，處理T6、T8、T10綜合得分最高，分別為2.05、1.39、1.18，其次為T1、T7、T4，分別為0.63、0.61、-0.33，最后為T5、T9、T3、T2，分別為-0.90、-0.92、-1.28、-2.44；處理T6綜合效果最好，而處理T10產量效果最好，即采用寬幅勻播播種方式，施肥水平為N 115.92 kg·hm-2，P2O582.80 kg·hm-2，K2O 46.80 kg·hm-2時，有利于產量形成。

表6 甘青9號生長指標、光合特性與產量及其構成的主成分分析Table 6 Principal component analysis of growth index，photosynthetic characteristics，yield and composition of Ganqing 9

3 討論

3.1 對青稞生長指標的影響

不同播種方式與施肥水平對青稞生長發育具有重要影響。李玉慶等[15]根據青稞生長發育規律，模擬研究了不同水肥作用下，西藏青稞生長動力學機制，提出了青稞動態生長過程的模型。合理施肥能夠有效促進青稞基本苗形成和株高、穗長的生長[16]。不同種植方式和種植密度可創建差異性青稞群體結構，進而進一步影響青稞生長發育。趙凱男等[17]研究表明，與常規播種相比，立體勻播可提高作物穗長和籽粒產量。孫鵬等[18]研究發現，常規條播和立體勻播條件下，株高隨密度增加而增加，而穗長勻播優于常規條播。本研究中，通過寬幅勻播有效增加了青稞穗長，而常規條播較高密度下，株高高于寬幅勻播，這與前人已有研究結果相似。相關研究表明，播種密度的增加，作物基本苗、分蘗數、有效穗數量將明顯增加，本研究中，寬幅勻播低密度基本苗、分蘗數、有效穗數量均低于常規條播高密度，這與梁翠麗等[19-20]研究結果基本一致。究其原因，寬幅勻播能夠更好地保持播種深度一致性，充分利用空間優勢和營養均衡優勢，有利于青稞穗的生殖生長，而常規條播高密度情況下，單位面積行數多，單行種植籽粒少，生長空間較為充裕，導致分蘗較多，養分競爭嚴重，主要集中于營養生長，可能也與常規播種深淺不一致，土壤地力差異有關系。

3.2 對青稞葉片光合特性的影響

光合參數作為青稞光合生理特性的重要參考指標，促進和延長青稞灌漿期群體光合作用，利于青稞產量提升[13，18，21-22]。適宜的播種方式和肥料配置，能夠優化青稞群體分布均勻度和緩解個體與群體矛盾，提高光合參數，改善光合性能，延長葉片功能期，進而保障光合產物輸出，利于小麥產量提高[17，23-26]。有研究[27-29]表明，條播、穴播、壟播等不同播種方式均可有效改善作物光合特性。相較于條播，寬幅勻播能夠全面利用土地種植面積和空間，構建最佳均勻分布群體，顯著提升光截獲與單位葉面積光利用率，促進產量形成，也能夠全面利用光熱資源，提高光合作用[30-32]。張松超等[33]研究發現，采用條播和撒播配置相應施肥水平的方式下，條播綜合優勢明顯，相比于撒播，其旗葉光合參數指標改善顯著，有利于光合作用和產量的提升。王曉樂等[34]研究表明，在常規播種和精量播種條件下，配施肥料，精量播種處理花后7 d光合參數高于常規。本研究中，寬幅勻播凈光合速率、氣孔導度、胞間二氧化碳濃度優于常規條播，而蒸騰速率高于常規條播，這與已有研究結果相似。原因可能是寬幅勻播更好地兼顧了土壤、地面及青稞植株間的有效空間，使得光照、水汽、地面地溫分布更加均衡有效，在配置適宜肥料條件下，土壤養分利用更加和諧，源源不斷供應青稞生長生理所需所致；可能也與青稞作為高海拔作物，長期生長在強光下所進化形成的一套適應機制[35]，并且通常來說，在強光下生長的植物葉片比在弱光下的光合能力強的研究有一定關系。

3.3 對青稞產量及其構成的影響

青稞產量是由單位面積穗數、穗粒數及千粒重3個因素所構成的[13]。前人研究[31]發現，勻播不僅能夠將條播邊行優勢轉化為單株優勢，促使作物個體在群體增加的條件下充分發揮穗、粒、重的優勢，實現產量增收，而且能更充分利用光熱資源，通風透光性比條播好，植株根系更發達，植株與葉片的活力更強，使作物個體能夠充分利用土地資源，促進作物產量的提升[32]。也有學者認為，單位面積穗數增加，會引起單穗粒重因穗粒數和千粒重降低而降低[27，36-38]；常規條播，基本苗數過高會導致單株營養面積明顯降低，部分植株將因生長不良而逐步淘汰[39-40]，這與本研究中有效穗、穗粒數、穗粒重、千粒重變化趨勢相似。初金鵬等[41]研究表明，與常規條播相比，寬幅播種均能提高單株、群體分蘗數及單株成穗數，進而提高了單位面積穗數，實現了增產目標，這與本試驗寬幅勻播單株分蘗數低于常規條播，而產量高于常規條播的研究結果相反，可能與品種、土壤、氣候等特性相關，因為高原地區氣候變化差異性較大，導致土壤養分微生物分解利用率低，在極端變化環境中，所表現出的適應性不同。作物高產源于產量三因素的良好協調，而往往穗數與穗粒數和粒質量間呈負相關關系[42]。石玉華等[26]研究表明，與常規條播比較，在寬幅播種條件下，可一定程度提高穗粒質量。沈善敏等[43-44]研究認為，適宜的化肥施用水平是作物產量提升的有效途徑之一。本試驗研究發現，寬幅勻播和常規條播播種方式下，配置相應施肥水平，均可在一定水平上提高青稞產量及其構成，關鍵的是，寬幅勻播增產比常規條播在等施肥水平下，效果顯著，這與此類研究基本一致，原因可能為通過機械寬幅勻播技術，增加了青稞行距，提高了青稞播種質量，進而形成良好群體結構，提高了青稞光熱資源利用率，這是青稞實現增產的基礎條件[45-46]。