基肥和播种密度对冬小麦干物质积累及光合特性和产量的影响

陈 宏，张保军，海江波，董永利，刘天煜，赵凯男

(西北农林科技大学 农学院，陕西杨凌 712100)

小麦是重要的粮食作物，全球种植广泛，在粮食生产中起着至关重要的地位[1-2]。近年来人口逐年增加，小麦种植面积下降，引起的粮食生产安全问题日益凸显，要实现小麦产量的提高，需要在肥料和播种密度合理调控等方面有实质性的 进展。

肥料对农作物有稳产增产的作用，世界农业的发展历程证明肥料是最快、最有效、最重要的增产措施[3]。基肥在播前施用，对小麦早期生长发育至关重要，小麦苗期对肥料十分敏感，如果缺乏会造成苗黄、苗弱等不良后果[4-5]。研究发现小麦基肥采用有机肥和氮、磷、钾按比例混施比单独施用有机肥或化肥效益好[6]。播种密度影响小麦群体结构的建成，合理播种密度的小麦花后生理活性及光合性能提高，旗叶衰老延缓，同化物合成加快，小麦粒质量提高[7-8]。不同播种密度形成的群体结构温光环境存在差异，小麦群体对光能的利用、干物质积累与转运能力也会受到影响[9]。较小播种密度的小麦在灌浆后期仍有较高的光合水平，随着播种密度的增大，旗叶光合速率在早期发育过程中上升速度较快，且于开花期前达到最大，但在灌浆期时出现下降趋势[10-11]。播种密度直接影响产量构成要素高低，在一定范围内，小麦产量会随着种植密度增加而增加，但超过一定范围之后，产量会出现下降趋势[12-14]。

目前，对小麦肥料和播种密度方面的研究多集中于后期追施氮肥和不同播种密度对小麦的影响[15-18]，而对不同基肥和播种密度相结合研究作物干物质积累及光合特性和产量影响规律的报道较少。为此，本研究以陕西关中地区泾阳县西北农林科技大学斗口小麦玉米试验示范站为平台，以冬小麦‘西农805’为试验材料，探索不同基肥和播种密度对其干物质积累及光合特性和产量的影响，以期为确定冬小麦‘西农805’在陕西关中地区的合理基肥和播种密度提供相应的参考 依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计与材料

试验于2017年10月—2018年6月在陕西省咸阳市泾阳县西北农林科技大学斗口小麦玉米试验示范站进行。试验所在地属于温带大陆性季风半干旱气候区，试验所在地土壤pH为 7.87， 0～20 cm土层基础养分：有机质17.30 g/kg，全氮1.22 g/kg，速效磷29.40 mg/kg，速效钾 228.33 mg/kg。试验地前茬休闲，播种前经过两次旋耕整地，采用双因素裂区试验设计，主区为基肥，设2个肥料处理，小麦缓释肥(P1)：(控氮，灰白色颗粒状，摇钱树牌，陕西阿康农化有限公司， N∶P2O5∶K2O=24∶15∶5) 750 kg/hm2；常规氮磷钾肥配施(P2)：尿素[w(N)= 46.4%] 390 kg/hm2，过磷酸钙[w(P2O5)= 12%] 937.5 kg/hm2，硫酸钾钙 [w(K2O)= 24%] 156.25 kg/hm2。施用的两种基肥氮磷钾元素含量一样，纯氮180 kg/hm2，P2O5112.5 kg/hm2，K2O 37.5 kg/hm2；副区为播种密度，设 112.5 kg/hm2(D1)、150 kg/hm2(D2)、187.5 kg/hm2(D3)、225 kg/hm2(D4) 4个水平。试验共8个处理，每处理3次重复，共24个小区，小区面积为7 m2(3.5 m×2 m)，播种方式为穴播，行距0.25 m，穴距 0.135 m。供试品种为西北农林科技大学农学院提供的半冬性中早熟小麦品种‘西农805’，该品种籽粒千粒质量52 g，4个播种密度每穴分别播种7、10、12、15粒。

1.2 测定项目及方法

地上部单茎干物质积累量：于孕穗期、开花期、灌浆期、成熟期随机选择长势均匀、发育正常20个小麦单茎取样，置于烘箱中，105 ℃下杀青30 min，在80 ℃下烘干至恒量，称取干质量，取平均值。

旗叶SPAD值：于孕穗期、开花期、开花期后10 d、开花期后20 d，每个小区随机挑选10个顶部完全展开的旗叶，用SPAD502Plus叶绿素仪分别在每个旗叶测定3次，取平均值。

光合特性：于开花期后第10天测定一次，每小区随机选取5片小麦的旗叶，用美国COR公司生产的Li-6400型便携式光合仪于 9:00— 11:00对旗叶净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)进行同步测定。

产量指标：成熟期每个小区随机选取3个生长均匀一致的1 m2面积，统计穗数，取平均值；每个小区随机取20个穗，脱粒去杂后统计穗粒数，取平均值；每个小区选取生长均匀一致的3行 3 m长共2.25 m2进行收获脱粒，晒干去杂后称量，折算成单位面积籽粒产量；籽粒晒干去杂后每个小区样品数3次1 000粒小麦称量测定千粒质量(3次误差在0.5 g之内)，求平均值。

1.3 数据处理

用Excel 2010对试验数据整理，用SPSS 20.0进行单因素分析，采用Duncan’s进行多重比较及显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同基肥和播种密度对小麦单茎干物质积累量的影响

由图1可以看出，随着小麦生长发育的推进，小麦单茎干物质积累量均呈现出“S”型曲线变化。小麦单茎干物质积累量的速度，在开花期以前缓慢，开花期至灌浆期，急剧加快，灌浆期后放缓。在各生育时期，2种基肥条件下的干物质积累量差异均不显著，表明基肥对小麦单茎干物质积累量影响较小，开花期后，各个播种密度处理间差异逐渐显著，灌浆期和成熟期小麦的单茎干物质积累量均呈现出D1>D2>D3>D4，成熟期时，D1播种密度处理的小麦单茎干物质积累量较D2、D3、D4播种密度处理分别提高5.56%、 11.76%、19.10%，表明在低密度有利于小麦单茎干物质积累量的增加。

由图2可以看出，随着小麦生育进程的推进，不同基肥和播种密度组合处理的小麦单茎干物质积累量呈现出渐增-快增-缓增的趋势，在开花期之前，小麦单茎干物质积累量的速度缓慢，不同肥密组合处理间差异不显著，开花期到灌浆期是小麦单茎干物质积累量的快增期，开花期后的各处理间差异逐渐显著。在同一种基肥的条件下，灌浆期和成熟期小麦的单茎干物质积累量都呈现出D1播种密度条件下最大，P1和P2处理条件下成熟期单茎干物质积累量最大值和最小值分别相差14.54%、17.94%。

BS.孕穗期 Booting stage; AS.开花期 Anthesis stage;FS.灌浆期 Filling stage; MS.成熟期 Maturity stage,下同 The same below

图1 不同基肥和播种密度条件下小麦单茎干物质积累量的变化
Fig.1 Changes of single stem dry matter mass of wheat under different base fertilizers and sowing densities

图2 不同基肥和播种密度互作对小麦单茎干物质积累量的影响Fig.2 Effects of single stem dry matter mass of wheat under interaction between different base fertilizers and sowing densities

2.2 不同基肥和播种密度对小麦旗叶SPAD值的影响

由图3可知，基肥和播种密度对孕穗期到花后20 d的旗叶SPAD值的影响均未达显著。随着生育时期的推进，2种基肥处理的旗叶SPAD值均呈现先升高后降低的趋势，在开花期达到最大值。P2基肥处理的旗叶SPAD值在孕穗期到开花后10 d均高于P1基肥处理，但差异不显著，表明不同基肥对小麦旗叶SPAD值的影响较小。对播种密度进行分析可知，在开花期各播种密度处理间旗叶SPAD值达到峰值，在孕穗期到花后20 d中的同一时期，随着播种密度的增加，旗叶SPAD值呈现逐渐降低的趋势，均在D1播种密度处理达到最大值，表现为D1>D2>D3>D4，但差异不显著，表明播种密度对小麦旗叶SPAD值的影响较小。

由图4可知，在孕穗期到花后20 d的时间内，在不同基肥和播种密度条件下各组合处理间小麦旗叶SPAD值变化均无显著性差异。随着生育时期的推进，同一基肥处理条件下的不同播种密度处理的小麦旗叶SPAD值呈现先增高后降低的趋势，4个播种密度处理条件下的小麦旗叶SPAD值在开花期达到峰值，同一生育时期的不同肥密组合处理的小麦旗叶SPAD值之间，P1基肥条件下的D1播种密度组合处理的旗叶SPAD值达最大，但是与其他肥密组合处理间的差异不显著，表明不同基肥和不同播种密度组合处理对小麦孕穗期到花后20 d的旗叶SPAD值影响较小。

2.3 不同基肥和播种密度对小麦旗叶光合特性的影响

由表1可知，播种密度对小麦旗叶的净光合速率、胞间CO2浓度有极显著性影响。基肥P1条件下的小麦旗叶净光合速率、气孔导度大于P2基肥处理，而基肥P2条件下的小麦旗叶胞间CO2浓度、蒸腾速率大于P1基肥处理，但处理之间差异不显著，表明不同基肥处理对小麦旗叶光合特性影响不大。随着播种密度的增大，小麦旗叶光合特性的4个指标均表现出先增大后减小的趋势。D3播种密度条件下的小麦旗叶净光合速率最大，较D1、D2、D4播种密度处理分别增加29.86%、4.64%、32.60%，且明显高于其他播种密度处理，表明D3播种密度处理有利于小麦净光合速率的发育。

A10.花后10 d 10 days after anthesis stage；A20.花后20 d 20 days after anthesis stag；图中同一生育时期不同小写字母表示不同处理间0.05水平上差异显著 Letters in the same growth stage in the chart mean significant difference among different treatments at 0.05 level；下同 the same below

图3 不同基肥和播种密度条件下小麦旗叶SPAD值变化
Fig.3 Changes of wheat flag leaf SPAD value under different base fertilizers and sowing densities

图4 不同基肥和播种密度互作对小麦旗叶SPAD值的影响Fig.4 Effects of wheat flag leaf SPAD value under interaction between different base fertilizers and sowing densities

由表2可知，基肥和播种密度互作对小麦旗叶净光合速率、气孔导度影响达到极显著性。同一种基肥条件下，随着播种密度的增加，4个光合特性指标呈现出先增加后降低的趋势，在基肥P1条件下的D2播种密度处理的小麦旗叶光合特性的4个指标达到最大值，而在基肥P2条件下的D3播种密度处理的小麦旗叶光合特性的4个指标达到最大。P1D2肥密组合处理的净光合速率较P2D3肥密组合处理大，增幅为2.76%，但是处理间差异不显著，表明在两种肥密处理组合条件下都利于小麦的净光合速率发育。

2.4 不同基肥和播种密度对小麦产量的影响

由表3可知，基肥对小麦单位面积穗数、千粒质量有显著性影响，播种密度对小麦千粒质量有显著性影响，而对产量有极显著性影响。基肥P1条件下的千粒质量高于基肥P2处理，且处理间差异显著，表明基肥P1更利于千粒质量的提高。基肥P2条件下的单位面积穗数高于基肥P1处理且处理间差异显著，表明基肥P2更利于单位面积穗数的增加。随着播种密度的增加，小麦单位面积穗数、穗粒数、籽粒产量均表现出先增高后降低的趋势，单位面积穗数和籽粒产量均是在D3播种密度条件下达到最大值。千粒质量随着播种密度的增加呈现下降趋势，表现为D1>D2> D3>D4，D1、D2播种密度处理的千粒质量较D3、D4播种密度处理分别增加 3.14%、3.72%和 1.58%、2.15%，且处理间差异显著，表明低播种密度可以提高千粒质量。

表1 不同基肥和播种密度条件下小麦旗叶光合特性变化Table 1 Changes of photosynthetic characteristics of wheat flag leaves under different base fertilizers and sowing densities

注:同一列的不同字母表示在0.05水平上差异显著。*和**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著，下同。

Note:Different letters in the same column mean significant difference at 0.05.* and ** refer to significantly different at levels of 0.05 and 0.01 level,the same below．

表2 不同基肥和播种密度互作对小麦旗叶光合特性的影响Table 2 Effects of photosynthetic characteristics of wheat flag leaves under interaction between different base fertilizers and sowing densities

表3 不同基肥和播种密度条件下小麦产量及其构成因素的变化Table 3 Changes of wheat yield and its components under different base fertilizers and sowing densities

由表4可知，基肥和播种密度的交互作用在小麦籽粒产量上达显著性影响。不同处理组合的产量及构成因素差异不同，P2D3处理的小麦籽粒产量要素协调的最好，籽粒产量达到最大为 5 775.07 kg/hm2，较P1D2处理条件下产量 5 451.18 kg/hm2增幅为5.94%，且者之间存在显著性差异。同一基肥条件下，小麦单位面积穗数和穗粒数随着播种密度的增加呈现出先增加后降低的趋势，基肥P1条件下的D2播种密度处理的单位面积穗数和穗粒数达到最大，基肥P2条件下的D3播种密度处理的单位面积穗数和穗粒数达到最大，不同处理组合的穗粒数之间差异不显著。2种基肥条件下的千粒质量均随着播种密度呈持续下降趋势，分别于P1D1和P2D1处理条件下到达最大值。

表4 不同基肥和播种密度互作对小麦产量及其构成因素的影响Table 4 Effects of wheat yield and its components under interaction between different base fertilizers and sowing densities

3 讨 论

李娜等[19]研究发现施肥可提高旗叶叶绿素含量和光合速率。马迎辉等[20]研究表明，基肥用量过大会使小麦生育前期干物质积累速度较快，但是生育后期速度减慢，不利于后期干物质向小麦籽粒的转运。适宜的小麦群体花后光合功能持续期更长，叶绿素含量高，花后干物质的积累量增加[21]。播种密度较大时，灌浆中期之后群体内部矛盾激化，中下部光照严重不足，叶片逐渐变黄甚至枯萎，最终导致成熟期干物质积累量不高[22]。有研究认为播种密度对旗叶SPAD值影响不显著，花后的小麦旗叶叶绿素含量和籽粒的质量关系密切[23-24]。有研究证实可以通过提高小麦单叶净光合速率来增加小麦产量[25-26]。本研究中两种基肥条件下低播种密度112.5 kg/km2的群体单茎干物质积累量和旗叶SPAD值都表现出明显的优势，但小麦群体较小，单位面积光合面积也较小，两种基肥条件下高播种密度225 kg/km2的群体前期光合面积较大，但随着小麦发育的进行，群体内矛盾激化，加速叶片衰老，单茎干物质积累量和旗叶SPAD值都较小，最终两种基肥条件下过低和过高播种密度都表现为成熟期单位面积小麦干物质积累量小。在小麦缓释肥条件下150 kg/hm2播种密度处理和常规氮磷钾肥配施条件下187.5 kg/hm2播种密度处理的小麦群体结构协调，叶片光合功能期延长，净光合速率均高于施用同一基肥条件下其他密度处理，生育后期仍保留较大的群体数量，成熟期单位面积干物质积累量较大。由此表明，不同基肥条件下适宜的播种密度的小麦群体光合功能期较长且具有优良的温光环境，提高小麦群体光能利用效率和干物质积累量。

在大田生产条件下，肥料投入对于培肥地力、改善经济性状和提高作物产量方面起着不可替代的关键性作用[27]。刘万代等[28]和曹倩等[29]认为密度适宜有利于调解个体与群体之间的冲突，对产量三要素的协调发展也有重要影响，适当增加播种密度有利于小麦产量的提高，但继续增加播种密度小麦产量反而会下降。本研究中基肥对小麦单位面积穗数、千粒质量有显著性影响，播种密度对小麦千粒质量、产量有极显著性影响，基肥和播种密度的交互作用在小麦产量上达到极显著水平，随着播种密度的增加，小麦产量呈现出先升高后降低的趋势，在施用同一基肥的情况下，随着播种密度的增加，小麦单位面积穗数和穗粒数呈现出和小麦产量相同的趋势，旗叶叶绿素含量与小麦籽粒质量都随着播种密度的增加呈现下降趋势，低播种密度和小麦缓释肥均能提高小麦的千粒质量，产量的表现和花期的叶片光合特性相关，小麦产量和净光合速率都是在小麦缓释肥条件下150 kg/hm2播种密度处理和常规氮磷钾肥配施条件下187.5 kg/hm2播种密度处理时达到最大，在常规氮磷钾肥配施条件下187.5kg/hm2播种密度处理的产量三要素协调的最好，小麦产量达到最高。综上所述，冬小麦‘西农805’最合理的基肥和种植密度组合为常规氮磷钾肥配施：尿素[w(N)=46.4%]390 kg/hm2，过磷酸钙 [w(P2O5)=12%] 937.5 kg/hm2，硫酸钾钙 [w(K2O)=24%]156.25 kg/hm2和播种密度 187.5 kg/hm2。