施肥對不同時期遮陰小麥光合、產量和品質的影響

關鍵詞：遮陰；施復合肥；施硅肥；冬小麥；光合作用；產量；品質

據報道，我國地表太陽總輻射量以每10年1.06W·m-2的速度降低，80%以上的城市日照時數平均下降16.7%。冬小麥是主要糧食作物之一，其生長發育和產量形成與光照條件密切相關，光照不足已成為小麥生產面臨的主要脅迫之一。大多研究表明，光照不足降低小麥旗葉凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）和蒸騰速率（Tr），抑制籽粒灌漿速率，減少干物質積累量、結實率和千粒質量，導致小麥減產。不同遮陰處理對小麥植株生理特性和產量的影響存在差異，可能與不同遮陰時期、遮陰強度和供試品種等有關。據報道，遮陰35%和75%條件下，冬小麥灌漿期旗葉Pn和Tr降低；但開花一成熟期遮陰60%則降低Pn，而提高Tr、氣孔導度和胞間C02濃度（Ci）；花后遮陰50%條件下，小麥灌漿期和成熟期干物質積累量降低，千粒質量和產量也顯著降低。不同遮陰對小麥籽粒品質也有一定影響。遮陰50%可增加籽粒蛋白質含量，提高面團形成時間、穩定時間和延伸度；抽穗一蠟熟期遮陰25%和50%條件下，也有相似結論，有關遮陰對小麥籽粒品質的影響報道較少，還需進一步研究。

施用氮、磷、鉀肥可有效增強小麥旗葉光合速率，提高小麥產量，改善籽粒品質。施用氮或鉀肥可提高小麥籽粒蛋白質含量，但對淀粉含量的影響報道較少。小麥是典型的喜硅作物，施硅可優化小麥植株形態，增強莖稈抗倒伏能力，提高對病蟲害、干旱、高溫等生物和非生物脅迫的抗性。施硅可增大小麥葉片光合面積，提高Pn，增加產量。施硅量對小麥生產有一定影響。據報道，隨施硅量增加，小麥籽粒千粒質量、每穗實粒數呈先上升后下降趨勢，過量施硅或造成小麥減產。施硅對小麥籽粒品質也有不同影響。研究發現，鋅、硅肥施用量超過75kg·hm-2不利于籽粒營養品質；基施硅肥可增加小麥籽粒蛋白質含量，改善面筋質量。有關施硅對小麥籽粒蛋白質和淀粉含量的影響報道較少，還需開展深入研究。

有關遮陰或施肥（氮、磷、鉀和硅）對小麥植株光合特性、產量和品質的影響已有報道，但多集中于單一或兩因素，如不同施肥量、遮陰強度等，而大田試驗受多因素影響，有關多因素對小麥生產的影響，如不同復合肥配施硅肥、不同生育期遮陰等，鮮見報道。因此，本研究通過大田模擬試驗，研究了氮、磷、鉀肥配施硅肥對不同生育期遮陰小麥植株光合生理特性、產量和品質的影響，旨在探討通過合理施肥能否調控小麥生產以應對太陽輻射減弱，為保障小麥可持續生產提供試驗依據。

1材料與方法

1.1試驗區概況

田間試驗于2020年11月至2021年6月在南京市江北新區農業氣象試驗站（32.0°N，118.8°E）進行。該站位于北亞熱帶濕潤氣候區，年均氣溫15.6℃，年均降水量1100mm。供試土壤為潴育型水稻土，灰馬肝土屬。土壤基本理化性質為：有機碳含量19.4g·kg-1，全氮含量1.5g·kg-1，有效磷含量16.2mg·kg-1，速效鉀含量112.6mg·kg-1，pH值6.2（1：1土水比），質地為壤質黏土，黏粒含量26.1g·kg-1。供試氮、磷、鉀肥為高濃度復合肥（15-15-15），供試硅肥為鋼渣硅肥，有效硅含量（Si02）14.2%。供試冬小麥品種為“機麥211”。

1.2試驗設計

采用3因素3水平正交試驗設計，因素A為遮陰，設3水平，即SO（對照不遮陰，遮陰率0%）、S1（開花一成熟期遮陰，平均遮陰率68%）和S2（分蘗一成熟期遮陰，平均遮陰率68%）；因素B為復合肥施用量，設3水平，即F1、F2和F3，施用量分別為100、200kg·hm-2和300kg·hm-2；因素C為鋼渣硅肥施用量，設3水平，即R0、R1和R2，施硅量分別為0、200kg·hm-2和400kg·hm-2。采用黑色遮陽網覆蓋植株冠層，根據植株生長進程及時調整遮陽網高度，使其和植株冠層間距保持30cm。試驗根據L9（3）正交設計表布置處理，共計9個處理，小區面積為2m2m=4m2。

冬小麥于2020年11月5號播種，播種前1d施肥，按照各小區處理將復合肥與鋼渣硅肥以基肥方式施入土壤。按試驗設計于冬小麥分蘗期和開花期分別進行遮陰處理。除草和病蟲害防治等田間管理，依照實際情況實施。

1.3測定項目及方法

1.3.1光合參數

冬小麥生育期內，分別于分蘗一成熟期和開花一成熟期遮陰處理后，每隔5～7d選擇晴朗天氣測定光合參數，測定時間為上午9：00-11： 00。采用Li-6400便攜式光合作用儀，每小區選取3株代表性植株，測定旗葉Pn、Gs、Ci和Tr，計算平均值。

1.3.2產量和品質

冬小麥成熟后，每小區選取小區中心0.25m2作為考種樣區，剪下該樣區內所有麥穗，隨機選20個麥穗記錄空粒數、秕粒數和飽粒數，計算結實率。樣區內麥穗經3d晾曬，用脫谷機脫粒并稱質量，記錄千粒質量和產量。參照國家標準GB/T 5009.5-2016和GB/T15683-2008分別測定籽粒蛋白質含量、直鏈淀粉含量和總淀粉含量。

1.3.3遮陰率計算

冬小麥生育期內選擇晴朗天氣，采用AccuPAR植物冠層分析儀（DECAGOB LP-80）測定光合有效輻射（PAR）。測定前對儀器進行標準校正，測定時間為11：00-14：00，在覆蓋遮陽網的試驗小區冠層處測定網內和網外PAR，遮陰率計算公式如下：

1.4數據處理與分析

采用Excel 2019軟件對試驗數據匯總整理和極差計算分析，使用SPSS 22.0統計軟件進行方差分析（one-way ANOVA），采用Origin軟件作圖。

2結果與分析

2.1冬小麥生長季氣溫和降水變化

冬小麥生長季平均氣溫為11.39℃，累積降水量385.4mm（圖1）。2020年12月底至1月初，降溫幅度較大，最低氣溫-5.63℃，0℃以下低溫日數達7日；1月中旬氣溫逐步回升，2月下旬，氣溫維持偏高趨勢，最高溫度達19.17℃，熱量條件較充足，有利于冬小麥前期生長。降水趨勢表明（圖1），2020年11月中下旬出現連續降水過程，緩解了前期旱情。2月下旬后期至3月上中旬降水日數達10日，持續的陰雨寡照天氣使田間土壤濕度過高、光照不足。4月下旬至5月中上旬，冬小麥處于抽穗開花一灌漿期，灌漿后期有明顯降水過程，局部植株出現赤霉病，影響籽粒灌漿結實，5月下旬，氣象條件轉好，利于小麥成熟收獲。

2.2開花期葉片光合生理參數

3因素對冬小麥開花期葉片Pn、Gs、Ci和Tr的影響大小為：遮陰gt;施復合肥gt;施硅。遮陰對開花期Pn、Gs、Ci和Tr的影響未達顯著水平（Pgt;0.05），施復合肥、施硅肥對上述光合參數均無顯著影響（表1、表2）。可見，遮陰是影響冬小麥開花期Pn、Gs、Ci和Tr的主要因素。

S1和S2提高了開花期葉片Pn、Gs、Ci和Tr，S1處理下Pn、Gs、Ci和Tr較SO分別增加1.22%、8.16%、14.67%和43.73%，增幅較大，但S2降低Pn和Gs，Tr也較S1下降11.98%。F1處理下Pn、Gs和Tr值最大。R1處理提高Ci，但施硅對Pn、Gs和Tr的增幅并不明顯。因此，開花一成熟期遮陰和施復合肥可促進開花期小麥葉片光合和蒸騰作用，最佳處理組為S1F1RO。

2.3灌漿期光合生理參數

3因素對冬小麥灌漿期葉片Pn、Gs和Tr的影響大小為：遮陰gt;施復合肥gt;施硅，對Ci的影響主次為：遮陰gt;施硅gt;施復合肥，遮陰對灌漿期Pn有極顯著影響（Plt;0.01），對Gs、Ci和Tr的影響達顯著水平（Plt;0.05），施硅僅對Ci有顯著影響（Plt;0.01），施復合肥則對上述光合參數均無顯著影響（表2、表3）。因此，遮陰是影響冬小麥灌漿期葉片Pn、Gs、Ci和Tr的主要因素。

與S0相比，S1處理下Pn、Ci分別增加28.70%和11.20%，S2處理下Pn較S1降低了14.24%，S1處理更有利于提高灌漿期葉片Pn，S1、S2處理下Gs和Tr較SO分別降低37.50%、36.36%和10.32%、16.24%，Gs和Tr均隨遮陰時間延長而降低，葉片蒸騰作用受到抑制。F2處理下Pn、Gs、Ci和Tr值最大，與RO相比，R1和R2處理下Pn分別增加5.46%和12.03%，有利于提高灌漿期葉片Pn的最優處理組合為SIF2R2。

2.4籽粒產量

3因素對冬小麥產量和千粒質量的影響大小為：遮陰gt;施復合肥gt;施硅，對結實率的影響大小為：遮陰gt;施硅gt;施復合肥（表4）。遮陰對結實率和產量的影響達顯著水平（Plt;0.05），施復合肥和施硅對千粒質量、結實率和產量的影響均未達顯著水平（表5）。可見，遮陰是影響冬小麥產量的主要因素。

與S0相比，S1和S2均降低千粒質量、結實率和產量，其中S1處理下產量和千粒質量降幅較大，S2處理下結實率降幅最大，與遮陰持續時間成正比。與F1相比，施復合肥F3處理下千粒質量、結實率和產量最高，分別增加8.58%、5.83%和6.68%，上述指標均隨復合肥施用量的增加而增加。R1處理較RO提高結實率、千粒質量和產量。因此，遮陰抑制冬小麥產量形成，降低產量，施復合肥300kg·hm-2和硅肥200kg·hm-2增產效果明顯，最優處理組合為SOF3R1。

2.5籽粒品質

3因素對籽粒直鏈淀粉含量和總淀粉含量的影響大小為：遮陰gt;施復合肥gt;施硅，對蛋白質含量的影響大小為：施復合肥gt;施硅gt;遮陰（表6）。方差分析表明（表7），3因素對上述營養品質指標的影響均未達顯著水平。

與S0相比，S1和S2處理下籽粒直鏈淀粉含量和總淀粉含量降低，但S2處理下蛋白質含量較S0小幅增加；施復合肥可增加直鏈淀粉含量和總淀粉含量，淀粉含量隨施肥量增加而增加，但蛋白質含量隨施肥量的增加而降低；施硅降低籽粒直鏈淀粉含量、總淀粉含量和蛋白質含量，隨施硅量增加降幅越大。可見，遮陰影響籽粒營養品質，施復合肥300kg·hm-2可改善籽粒品質，施硅則無明顯改善作用，有利于籽粒營養品質的最優處理組合為SOF3RO。

3討論

光合作用是作物最重要的光化學反應之一，對小麥生長發育起重要作用。據報道，花后60%弱光處理，35%和75%遮陰處理均降低小麥葉片Pn。本研究中，開花一成熟期遮陰和分蘗一成熟期遮陰68%，均提高開花期一灌漿期葉片Pn，與前人研究結果不同。原因在于，不同小麥品種對弱光反應存在差異；此外，由于開花期氣溫較高，熱量充足，遮陰可緩解高溫強光對功能葉片的不利影響，前人研究也有類似發現，拔節一成熟期遮陰50%可提高小麥灌漿后期Pn，遮陰可通過延緩葉片衰老，提高葉綠素含量，彌補冠層光能捕獲的減少。氮、磷、鉀是植物必需三大營養元素，施氮量150～200kg·hm-2可提高小麥葉片灌漿期Pn和籽粒灌漿速率，施氮量210～270kg·hm-2可提高小麥花后0～14d和21～28d葉片Pn；磷、鉀通過促進小麥對氮素吸收，提高葉綠素含量和光合速率，促進光合暗反應C02固定效率，影響碳代謝和同化物的產生及運輸。本研究中，氮磷鉀施用量為100kg·hm-2時，冬小麥開花一灌漿期Pn值最高，施肥量達到200kg·hm-2時灌漿期Gs、Ci和Tr進一步提升，因此，施肥量在100～200kg·hm－2時更有利于小麥光合作用和蒸騰作用。據報道，弱光脅迫下增加施硅量，小麥開花期、灌漿期Pn、Tr和Gs值呈現先升高后下降的趨勢，施硅量225kg·hm-2時，小麥Pn、Tr和Gs值最高。本研究中，施硅對開花期葉片Pn、Gs和Tr無明顯的促進作用，但施硅量200～400kg·hm-2提高灌漿期葉片Pn和Tr。弱光環境下通過合理施硅，更有利于增強小麥灌漿期光合能力。

據報道，遮陰影響冬小麥產量形成。本研究中，分蘗一成熟期遮陰和開花一成熟期遮陰均降低冬小麥千粒質量、結實率和產量，遮陰時間越長降幅越大（表4、表5），與前人報道基本一致。盡管遮陰提高小麥開花一灌漿期Pn，但抑制開花一灌漿期Gs和灌漿期Tr，影響植株灌漿期蒸騰作用和光合同化物的轉運和分配，從而影響籽粒灌漿結實，造成小麥減產。施用氮、磷、鉀可增強小麥光合生產力和抗逆性，調節氮代謝水平，促進花后干物質向籽粒轉運與分配，提高產量。施硅促進小麥對氮磷鉀吸收，增強抗逆性，提高生物量、有效穗數、穗粒質量、穗粒數和千粒質量，增加產量。本研究中，復合肥施用量200～300kg·hm-2配施硅肥200～400kg·hm-2可提高冬小麥千粒質量、結實率和產量（表4、表5），有效緩解遮陰對產量的抑制作用。

小麥籽粒淀粉和蛋白質含量是影響品質的重要組分。據前人報道，小麥拔節一開花期遮陰和拔節一成熟期遮陰77.6%，降低籽粒直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉含量，遮陰時間越長，降幅越大；而小麥籽粒蛋白質含量，則隨遮陰強度增加而增加。本研究也有類似發現，冬小麥分蘗一成熟期遮陰68%，明顯提高籽粒蛋白質含量，兩種遮陰處理均降低籽粒直鏈淀粉和總淀粉含量（表6、表7）。原因在于，長時間遮陰處理導致小麥籽粒灌漿過程中干物質和胚乳淀粉積累不足，籽粒疵瘦，蛋白質含量相應提高，但遮陰改變了籽粒a-淀粉酶的活性，進而影響淀粉品質；不同小麥品種對籽粒淀粉品質的影響，也存在差異。據報道，遮光60%條件下，增施氮肥顯著增加小麥籽粒蛋白質含量，籽粒蛋白質含量與施氮量呈正相關。本研究也發現，氮、磷、鉀施用量為300kg·hm-2時，可提高籽粒蛋白質、直鏈淀粉和總淀粉含量。原因在于，增施氮、磷、鉀肥可促進小麥植株氮代謝過程，有利于籽粒氨基酸轉化為蛋白質。據前人報道，施硅對小麥籽粒品質無明顯影響。本研究也發現，施硅對小麥籽粒品質的影響也未達顯著水平，但可降低籽粒蛋白質、直鏈淀粉和總淀粉含量。可見，施硅可提高小麥灌漿期光合能力和產量，但對籽粒品質無明顯的改善作用。硅是作物有益元素，不參與作物碳氮代謝過程，目前有關施硅對小麥籽粒品質影響的研究報道較少，影響機理尚不清晰，還需開展進一步研究。

4結論

（1）遮陰是影響冬小麥光合作用、產量和品質的主要因素，其次是施復合肥、施硅肥。開花一成熟期遮陰（SI）提高冬小麥開花一灌漿期凈光合速率（Pn），但降低開花一灌漿期葉片氣孔導度（Gs）和灌漿期葉片蒸騰速率（Tr）；分蘗一成熟期遮陰（S2）則降低開花期Pn、Gs和灌漿期Gs、Tr；盡管遮陰提高冬小麥開花期一灌漿期Pn，但抑制葉片氣孔開度，影響蒸騰作用，不利于籽粒灌漿結實，因此兩種遮陰處理均降低小麥千粒質量、結實率、產量，降低籽粒直鏈淀粉和總淀粉含量。

（2）施復合肥200kg·hm-2，配施硅肥400kg·hm-2提高冬小麥灌漿期Pn效果最佳；施復合肥300kg．hm-2可改善籽粒品質，復合肥300kg·hm-2配施硅肥200kg·hm-2增產效果最佳。因此，通過施用復合肥200～300kg·hm-2和硅肥200～400kg·hm-2可提高小麥光合能力，進而提高籽粒千粒質量、結實率和產量，改善籽粒品質，可緩解遮陰帶來的不利影響。