肥密互作对旱地冬小麦品种普冰151旗叶光合特性、产量及品质的影响

张赵星，刘芳亮，张保军，张正茂,李 娜，吕 冰

(西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100)



肥密互作对旱地冬小麦品种普冰151旗叶光合特性、产量及品质的影响

张赵星，刘芳亮，张保军，张正茂,李 娜，吕 冰

(西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100)

为给旱地冬小麦优质高产栽培提供参考，选用旱地冬小麦品种普冰151为试材，采用裂区试验设计，主区为施肥量，设229、459和688 kg·hm-23个水平，副区为种植密度，设180×104、240×104、300×104和360×104株·hm-24个水平，研究了施肥量和种植密度对普冰151旗叶光合特性、产量及品质的影响。结果表明，施肥量和种植密度均显著影响普冰151的旗叶光合特性，旗叶净光合速率(Pn)和SPAD值在施肥量为459 kg·hm-2和种植密度为240×104株·hm-2时达到最高值。随施肥量增加，普冰151产量先升后降，在施肥量为459 kg·hm-2时最高；当种植密度为300×104株·hm-2时产量最高。增加施肥量可显著提高普冰151的蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值，稳定时间在施肥量为459 kg·hm-2时达到最大值；蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间随种植密度的增加先升后降，沉降值随种植密度增加而增加。在本试验条件下，实现普冰151高产和优质的适宜施肥量为459 kg·hm-2，种植密度为300×104株·hm-2。

小麦；普冰151；施肥量；种植密度；光合特性；产量；品质

小麦的光合特性、籽粒品质和产量均受基因、环境和栽培措施的影响[1-2]。 合理的施肥量和种植密度对小麦群体特性、产量和品质的形成具有重要影响[3]。近年来有关施肥量和种植密度对小麦产量和品质效应的研究已有很多[4-6]，多数研究认为施肥量与旗叶光合特性和产量呈抛物线关系[7-9]；施氮量与蛋白质含量和湿面筋含量也呈抛物线关系[4,8,10]。

适当增加种植密度，能在一定范围内协调个体与群体的矛盾，充分利用光能和地力。有研究表明种植密度与小麦旗叶光合特性呈负相关关系[11-12]。在一定种植密度范围内，小麦产量随种植密度增加而增加，但超过一定范围之后，产量降低[11,13]。有关种植密度对小麦籽粒品质影响的研究结果不尽一致。张耀兰等[14]研究表明蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值随种植密度的增加而增加；刘德福等[15]、徐振江等[8]研究表明籽粒的蛋白质含量和湿面筋含量随着密度的增加而降低；徐月明等[16]研究表明随着密度的增加粗蛋白和湿面筋含量呈上抛物线形。

旱地小麦种植面积约占全国小麦总种植面积的60%，旱地小麦产量高低直接影响我国小麦整体生产水平[17]。西北旱地自然环境条件特殊，是全国优质小麦种植区[18]。普冰151是西北农林科技大学新培育的品种，适宜在西北旱地及相似生态类型地区推广种植。关于栽培措施对小麦产量和品质的影响研究较多，但有关旱地冬小麦的高产优质栽培措施却鲜有报道。本研究以旱地冬小麦品种普冰151为材料，研究不同施肥量和种植密度对其旗叶光合特性、产量和品质的影响，旨在为旱地冬小麦标准化栽培中适宜的施肥量和种植密度的确定提供依据。

1　材料与方法

1.1试验材料与设计

供试材料为旱地冬小麦品种普冰151。试验于2014-2015年在西北农林科技大学北校区一站试验田(108°07′N,34°29′E)进行，前茬休闲。小麦播种前0～20 cm土层土壤养分含量为有机质17.3 g·kg-1,全氮1.147 g·kg-1，速效氮76 mg·kg-1，速效磷13.3 mg·kg-1，速效钾215.9 mg·kg-1。

本试验采用裂区设计，主区为施肥量，设置229、459、688 kg·hm-23个水平，分别用F229、F459、F688表示，按N∶P2O5∶K2O=1∶0.67∶0.76的比例确定氮、磷、钾肥用量；副区为种植密度，设置180×104、240×104、300×104、360×104株·hm-24个水平，分别用D180、D240、D300和D360表示。试验用肥料为尿素(含N 46%)、磷酸二铵(含N 18%，P2O546%)、硫酸钾(含K2O 50%)；肥料以基肥形式，结合整地于播种前一次性施于土壤。2014年10月3日采用人工开沟溜播。小区面积6 m2(2 m×3 m)，每小区种10行，3次重复。在冬前和灌浆期灌水，其他田间管理同一般高产大田。

1.2测定指标与方法

1.2.1旗叶净光合速率(Pn)的测定

于开花期、灌浆中期(花后10 d)和灌浆后期(花后20 d)的晴天上午9:30-11:30，用Li-6400便携式光合仪(LI-COR,USA)测定旗叶Pn。每小区随机选取3片生长一致的具有代表性的旗叶，在叶片中间部位进行测量，结果取3次测定的平均值。

1.2.2旗叶叶绿素含量的测定

于开花期、灌浆中期(花后10 d)和灌浆后期(花后20 d)的晴天上午9:30-11:30，用日产SPAD-502 plus(Konica Minolta)便携式叶绿素测定仪测定旗叶叶绿素含量。每小区随机选取3片生长一致的具有代表性的旗叶进行测定，避开叶脉，结果取3次测定的平均值。

1.2.3产量的测定

成熟期，每小区选取长势均匀一致的小麦2 m2进行收获，单脱单晒并测定实际产量。

1.2.4品质性状测定

籽粒收获后在常温下贮藏2个月，用德国PMD500近红外谷物品质分析仪测定小麦的蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和稳定时间。

1.3数据处理

采用Excel进行数据整理，SAS 8.0进行统计分析，Duncan’s进行差异显著性检验。

2　结果与分析

2.1施肥量和种植密度对普冰151旗叶Pn和SPAD值的影响

由图1和图2可知，普冰151旗叶Pn和SPAD值均随灌浆进程的推进而逐渐降低，且灌浆前中期Pn的下降幅度大于SPAD值。在整个灌浆进程中，旗叶的Pn和SPAD值随施肥量的增加表现为先增加后降低的趋势，均以施肥量F459最大，施肥量对Pn的影响大于SPAD值。在F229处理下，旗叶Pn和SPAD值的变化趋势一致，两者均随密度的增加而逐渐降低。当施肥量为F459和F688时，开花期和灌浆中期的旗叶Pn和SPAD值均随密度的增加先增加后降低，在密度为D240时达到最高值；而灌浆后期的旗叶Pn和SPAD值则均随着密度的增加而降低，其中处理F459在灌浆后期仍保持较高的Pn和SPAD值。

结果表明，处理F229/D180、F459/D240和F688/D240较同一施肥条件下的其他处理具有较高的旗叶Pn和SPAD值，以F459/D240最高。

FS:开花期；MFS:灌浆中期；PFS:灌浆后期。方柱上不同字母表示在0.05水平下不同密度间差异显著。图2同。

FS:Flowering stage；MFS:Middle filling stage；PFS:Post filling stage.Different letters above the bars indicate significant difference at 0.05 level among different densities.The same as in Fig.2.

图1不同处理对旗叶净光合速率的影响

Fig.1Effect of different treatments on net photosynthesis rate of flag leave

图2　不同处理对旗叶叶绿素含量(SPAD值)的影响

2.2施肥量和种植密度对普冰151产量的影响

由表1可以看出，施肥量、种植密度和两者间的互作对普冰151产量均有极显著影响，总的趋势表现为随肥力、密度的增大而先增大后减小。F459处理的产量最高，显著高于F229和F688处理， F459处理和F688处理的产量分别为6 805.8 kg·hm-2和6 633.3 kg·hm-2，比F229处理增产6.41%和3.71%，增产显著。表明施肥量超过688 kg·hm-2产量增幅下降。

在本试验条件下，随着种植密度的增加，普冰151的产量先增加后减少。D240、D300和D360处理的平均产量分别为6 646.7、6 838.9和6 522.2 kg·hm-2，分别比D180处理增产3.23%、6.21%和1.29%，增产达极显著水平，但D360与D300相比产量反而降低，表明种植密度达D300时，再增加种植密度产量增幅下降。

在本试验条件下普冰151以F459/D300处理的产量最高。

表1　施肥量和种植密度对普冰151产量的影响

同列和同行平均值后不同大、小写字母不同分别表示在0.01和0.05水平上差异显著。表2同。

Different capital and small letters following mean value in the same column or row indicate significant difference at 0.01 and 0.05 levels,respectively. The same as in table 2.

2.3施肥量和种植密度对普冰151品质的影响

2.3.1对蛋白质含量和湿面筋含量的影响

由表2可知，施肥量显著影响蛋白质含量和湿面筋含量，蛋白质含量和湿面筋含量均随着施肥量的增加而增加，F688处理的蛋白质含量和湿面筋含量分别比F229和F459处理高2.6%、2.5%和4.9%、3.5%，与F229处理的差异达到显著水平，表明增加施肥量对提高蛋白质含量和湿面筋含量具有重要作用。蛋白质含量和湿面筋含量均随种植密度的增加先升后降，以D300处理最大，D180处理最小，种植密度对湿面筋含量有显著影响，而对蛋白质含量的影响未达到显著水平，这与蔡金华等[3]的研究一致。

2.3.2对沉降值的影响

由表2可知，施肥量对沉降值的影响达到显著水平，沉降值随着施肥量的增加而增加， F688处理的沉降值比F459处理和F229处理分别高1.0%和7.8%，与F229处理的差异达到极显著水平，表明增加施肥量对提高沉降值具有重要作用。种植密度对沉降值的影响也达到显著水平，沉降值随种植密度的增加而增加，D240、D300和D360处理的沉降值分别比D180处理高4.3%、4.9%和5.2%，其中D240、D300、D360处理间无显著差异，但D180与D240处理间差异达到显著水平，与D300和D360处理间差异达到极显著水平，表明在180×104～300×104株·hm-2种植密度范围内，沉降值随种植密度的增加而增加，而在300×104～360×104株·hm-2种植密度范围内，增加种植密度对沉降值的影响不大。

2.3.3对稳定时间的影响

由表2可知，施肥量对稳定时间的影响达到极显著水平，稳定时间随着施肥量的增加先升后降， F459处理的稳定时间比F229和F688处理分别高12.5%和3.1%，与F229处理的差异达到显著水平，与F688处理的差异不显著。表明稳定时间对施肥量反应敏感，在229～459 kg· hm-2范围内，稳定时间随施肥量增加而显著增加，在459～688 kg·hm-2施肥量范围内，稳定时间随施肥量的增加而降低。种植密度对稳定时间的影响也达到显著水平，稳定时间随种植密度的增加先升后降，其中D300处理的稳定时间分别比D180、D240和D360处理高14.4%、5.6%和4.3%，其中D300与D360处理间差异不显著，与D180、D240处理间差异分别达到极显著和显著水平，表明在180×104～300×104株· hm-2种植密度范围内，增加种植密度显著提高了稳定时间，而在300×104～360×104株·hm-2种植密度范围内，增加种植密度对稳定时间影响不大。

表2　施肥量和种植密度对普冰151品质性状的影响

3　讨 论

关于施肥量对小麦光合特性、产量及品质的影响已有不少报道。有研究表明，施肥对旗叶光合特性有一定的调控效应，可提高旗叶光合色素含量和光合速率[7,19]。本研究表明旗叶Pn和SPAD值随施肥量的增加先升后降，在中肥力处理下获得最大值。此结果与王晓乐等[20]的研究一致，但与刘建华等[2]的研究不一致，可能是由于环境差异和施肥水平差异引起的。多数研究表明，在一定范围内增加施肥量能同步提高小麦产量、蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值[3,21-22]；施肥量超过一定限度之后，虽能提高蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值等品质指标，但产量下降[23]。本研究中，增加施肥量对普冰151产量和品质的影响与前人的研究结果一致。施肥量和种植密度互作对产量的影响达到了显著水平。大量研究表明，施肥量对小麦品质有重要影响。郭明明等[24]研究指出，随施氮量的增加，小麦蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值有显著提高。本试验进一步验证了这一结论。但本研究中稳定时间随施肥量增加先增后减，与蔡金华等[3]的结论不一致，可能是由于品种特性引起的。本试验结果表明，施肥量459 kg·hm-2能显著提高中筋小麦普冰151的旗叶光合特性、产量和品质，可为生产中普冰151的高产优质栽培提供理论依据。

种植密度对冠层结构和功能有显著影响[25]，从而产生生态条件差异，进而影响小麦产量和品质。研究表明，小麦叶片Pn和SPAD值随种植密度的增加而逐渐降低[11,26]。本研究结果表明，普冰151旗叶Pn和SPAD值在低肥力条件下的研究结果与前人一致，而在中肥力和高肥条件下的研究结果与前人研究结果不完全一致，可能是由于品种、施肥量和环境的差异引起的。赵广才等[22]研究表明，小麦的产量随种植密度增加呈先升后降变化。本研究与其研究结论相似，在基本苗180×104～300×104株· hm-2范围内，产量随种植密度增加而增加，当种植密度在300×104～360×104株· hm-2范围内时，产量反而下降。程振勇等[27]研究指出种植密度对小麦品质无显著影响；刘德福等[20]研究表明蛋白质含量和湿面筋含量会随种植密度的增大而减小。本研究结果表明，蛋白质含量、湿面筋含量随种植密度增加呈先升后降趋势，在种植密度为300×104株·hm-2时达到最大值，与雷均杰等[28]结论一致。闫翠萍等[29]、张耀兰等[14]研究表明沉降值随种植密度的增加而降低，本研究发现沉降值随种植密度增加而先增后减，这可能由于选用的品种、试验地土壤条件以及气候条件差异所引起的。本试验结果表明，种植密度为300×104株·hm-2能显著提高中筋小麦普冰151的产量和品质，可为生产中普冰151的高产优质栽培提供理论依据。对于种植密度对旗叶光合特性的影响与对产量的影响不同步的原因尚需进一步研究。

4　结 论

施肥量和种植密度对小麦旗叶光合特性、产量和品质有显著影响。适当增加施肥量和种植密度，可提高旗叶Pn和SPAD值，产量和品质也有所提高。在本试验范围内，蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值均随施肥量的增加而增加。施肥量对旗叶Pn、SPAD值、产量和稳定时间的影响呈上抛物线形。种植密度对产量、湿面筋含量、沉降值和面团稳定时间的影响均呈上抛物线形，对蛋白质含量影响不显著。在不同肥力情况下，旗叶Pn和SPAD值对种植密度的反应不同。本试验条件下，以施肥量459 kg·hm-2和种植密度300×104株·hm-2为高产优质最佳组合。

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Interactive Effects of Fertilizer and Planting Density on Photosynthesis Characteristics of Flag Leaf,Yield and Quality of Pubing 151

ZHANG Zhaoxing,LIU Fangliang,ZHANG Baojun,ZHANG Zhengmao,LI Na,LÜ Bing

(College of Agronomy,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China)

In order to provide theory basis for high quality and high yield of dryland winter wheat cultivation,the effects of fertilizer and planting density on photosynthesis characteristics of flag leaf,yield and grain quality were studied. Pubing 151 was used as experimental material,with split plot experimental design(three levels of fertilizer rate 229,459 and 688 kg·hm-2served as main block and four planting density 180×104,240×104,300×104and 360×104plant·hm-2served as split block.The results showed that fertilizer rate and planting density had significant effects on photosynthesis characteristics of flag leaf,and the highest SPAD value and net photosynthetic rate(Pn) was obtained under fertilizer rate of 459 kg·hm-2and density of 240×104plant·hm-2. With the increase of fertilizer rate,the yield was increased first and then decreased,with the peak value at the fertilizer rate of 459 kg·hm-2,and the planting density of the highest yield was 300×104plant·hm-2. The protein content,wet gluten content and sedimentation value was increased significantly as fertilizer rate improved,and the longest stability time was reached at the fertilizer rate of 459 kg·hm-2. The protein content,wet gluten content and stability time was increased first and then decreased with enhancement of planting density,while sedimentation value was increased with the increase of planting density. In this study,the appropriate fertilizer rate and planting density of wheat Pubing 151 are 459 kg·hm-2and 300×104plant·hm-2,respectively.

Wheat; Pubing 151; Fertilizer rate; Planting density; Photosynthesis characteristics; Yield; Quality

2016-03-01

2016-04-03

西北农林科技大学农业科技推广基金项目(Z222021211)；唐仲英基金项目(A212021302)

E-mail：xnzhangzhx@163.com

张保军(E-mail：zhbjun2566@163.com)

S512.1；S318

A

1009-1041(2016)08-1069-07

网络出版时间：2016-08-01

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160801.1123.034.html