氮钾固定配施下施磷量对小麦光合、干物质转运及产量形成的影响

岳俊芹,李向东,邵运辉,方保停,王汉芳,张素瑜,张德奇,秦 峰,时艳华,杨 程,杜思梦

(河南省农业科学院小麦研究所，小麦国家工程实验室，农业部黄淮中部小麦生物学与遗传育种重点实验室，农业部中原地区作物栽培科学观测实验站，河南省小麦生物学重点实验室，河南郑州 450002)

氮磷钾是作物生长、产量形成最重要的三大营养元素，其合理配施对作物高产高效具有重要的作用[1-5]。前人研究表明，适量施氮能促进作物生长发育和增加产量[6-9]，而氮肥过量施用会增加生产成本，降低经济效益，同时对生态环境造成一定的影响[10-11]。磷是小麦生长发育中仅次于氮的必不可少的矿质营养元素，近年来磷肥施用量也日益受到诸多学者的关注[12-15]。施磷可促进小麦叶绿素的合成，显著提高叶片净光合速率[16]。随施磷量的增加，小麦花后干物质积累量及其对籽粒产量的贡献率均显著增加[17]。有学者指出，合理施用磷肥可提高小麦产量，但过量施用不仅会降低产量和磷肥利用效率，而且浪费肥料资源，造成环境污染[18]。因此，确定适宜的施磷量是小麦高产高效栽培研究的热点问题。前人关于施磷效应的研究也很多，但基本上将磷肥作为单因子进行分析，而针对不同氮钾固定配施下磷肥施用量对小麦生理及产量影响的研究未见报道。本研究比较分析了低氮低钾、低氮高钾、高氮低钾、高氮高钾条件下施磷量对小麦光合、干物质积累转运及产量形成的影响，探讨不同 氮钾营养条件下小麦的适宜磷肥量，以期为小 麦高产高效栽培的肥料管理提供理论参考和 依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2014-2017年在河南省现代农业研究开发基地(新乡市平原新区，35°00′ N，113°40′ E)进行。供试品种为国审郑麦7698。前茬为玉米，秸秆全部还田。试验地土壤为壤土，耕层(0～20 cm)土壤有机质含量11.58 g·kg-1，全氮含量1.18 g·kg-1，速效氮含量78.4 mg·kg-1，速效磷含量9.0 mg·kg-1，速效钾含量98.8 mg·kg-1； 3个年度小麦播期均为10月10-12日，收获期均为6月8-9日，3年播量均为150 kg·hm-2，行距均为20 cm，3年田间管理基本一致，同一般大田。

试验采取裂区设计，氮钾肥为主区，磷肥为副区。氮钾肥设4种不同配施方式[低氮低钾(N1K1,N 225 kg·hm-2+K2O 150 kg·hm-2)、低氮高钾(N1K2,N 225 kg·hm-2+K2O 225 kg·hm-2)、高氮低钾(N2K1,N 300 kg·hm-2+K2O 150 kg·hm-2)、高氮高钾(N2K2,N 300 kg·hm-2+K2O 225 kg·hm-2)]，每种氮钾配施方式下设0、150、225、300和375 kg·hm-25个施磷(P2O5)水平(分别用P0～P4表示)，共20个处理(表1)，每个处理3次重复，共60个小区，每个小区面积 15 m2(3 m×5 m)。磷肥和钾肥全部基施，氮肥基追比为 1∶1，追肥时期为拔节期。其他管理措施同一般大田生产。氮磷肥为尿素(N≥46.4%)和磷酸二铵(P2O5∶44%,N∶16%)，钾肥为KCl(K2O≥57%)。

表1 试验处理

1.2 测定项目与方法

1.2.1 干物质积累与转运测定

分别于开花期、成熟期每个小区取10个代表性单茎，按叶、茎鞘、穗轴(含颖壳)、籽粒等器官分样，于烘箱中105 ℃杀青30 min后，80 ℃烘至恒重，称干重，并计算转运参数。

营养器官花前贮藏同化物转运量=开花期地上部干物质积累量-成熟期地上部营养器官干物质积累量

营养器官花前贮藏同化物转运效率= 营养器官花前贮藏同化物转运量/开花期地上部干物质积累量×100%

营养器官花前贮藏同化物对籽粒产量的贡献率=营养器官花前贮藏同化物转运量/成熟期籽粒干重×100%

花后同化物输入籽粒量=成熟期籽粒干重-营养器官花前贮藏物质转运量

花后同化物对籽粒产量的贡献率=花后同化物输入量/收获期单茎籽粒重×100%

1.2.2 叶绿素相对含量(SPAD)的测定

采用日产SPAD-502型叶绿素计，每个小区测定10片旗叶，每个叶片测定3次SPAD读数，取平均值。

1.2.3 旗叶净光合速率的测定

用美国LI-COR公司生产的便携式LI-6400光合作用测定仪，从开花期开始在田间测定小麦旗叶净光合速率(Pn)，每7 d测定1次，每个小区选取生长一致的10片旗叶。选择为晴天上午 9:00-11:00，在红蓝外加光源下测定。

1.2.4 产量的测定

收获时以小区为单位实收，折算出公顷产量。

1.3 数据分析

采用Excel 2003进行数据整理，用DPS进行统计分析，用Sigmaplot10.0 作图。由于3年试验结果趋势基本一致，因此下文采用3年数据的平均值进行结果分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮钾配施下施磷对小麦旗叶叶绿素含量(SPAD值)的影响

不同处理的小麦旗叶SPAD值从孕穗期至开花期缓慢上升，开花期至开花20 d保持相对稳定，开花后20 d迅速下降(图1)。在相同氮钾营养条件下，施磷处理的旗叶SPAD值均高于不施磷处理(P0)，且均以P2处理最高，施磷水平超过P2处理时旗叶SPAD值则呈下降趋势。开花后30 d，在N1K1、N1K2、N2K1和N2K2四种氮钾配施条件下各处理SPAD值较开花期均下降，且均以P2处理的降幅最小，分别为33.5%、39.6%、34.9%和 38.4%。综合来看，N1K1P2配施组合能保持小麦旗叶较高的绿色持续期。

图柱上不同字母表示处理间差异显著。BS：AA0、AA10、AA20和AA30分别代表孕穗期、花后0 d、花后10 d、花后20 d和花后 30 d。下图同。

2.2 不同氮钾配施下施磷对小麦旗叶净光合速率的影响

氮钾固定配施下不同施磷处理光合速率变化趋势基本一致，开花后随着生育进程的推进，各处理的小麦旗叶净光合速率总体上均呈逐渐下降的趋势，其中在开花期至开花后14 d变化较小，花后14 d之后大幅下降(图2)。在同一氮钾营养条件下不同施磷处理的Pn在花后不同生育阶段均呈先增后降趋势，以P2处理最高。开花后28 dPn值较开花期均不同程度下降，且N1K1、N1K2、N2K1和N2K2四种氮钾配施条件下，均以P2处理的Pn下降幅度最小，分别为 37.2%、47.4%、51.4%和65.3%。综合来看，N1K1P2配施组合下降幅度最小。

图2 不同氮钾固定配施下施磷对小麦旗叶光合速率(Pn)的影响

2.3 施磷对小麦花前贮藏同化物转运和花后同化物贡献率的影响

由表2 可以看出，4种氮钾营养条件下，施磷量对花前营养器官贮存同化质转运量和转运效率的影响规律不明显，但与不施磷处理相比，施磷后花后同化物量及其对籽粒产量的贡献率均不同程度提高。氮钾固定配施下，在花后同化物量及其贡献率随着施磷量的增加呈先增后降趋势，其中P2处理均最大，与其他处理差异均达到显著或极显著水平(P<0.05)。

表2 不同氮钾固定配施下施磷对小麦花前贮藏同化物再转运和花后同化物积累的影响

2.4 不同氮钾配施下施磷对小麦产量的影响

在相同氮钾营养条件下，施磷对小麦穗数影响规律不明显，但随施磷量的增加，产量、穗粒数和千粒重均呈先增后减趋势，且以P2处理最大(表3)。其中，在相同氮钾营养条件下，与P0处理相比，P2处理的增产率为14.91%～ 18.55%，尤以N1K1下增产率最高。这说明施磷对小麦的增产作用是主要因为增加了穗粒数和千粒重。

表3 不同氮钾固定配施下施磷对小麦籽粒产量的影响

进一步通过回归分析，小麦籽粒产量与磷肥施用量的关系为抛物线型(图3)。从回归方程看，在N1K1、N1K2、N2K1和N2K2条件下，理论最高产量分别为8 437.88、8 290.15、8 282.47和8 131.24 kg·hm-2，对应的施磷量分别为 224.66、219.36、222.64和223.05 kg·hm-2。由此可以看出，不同氮钾营养条件下小麦高产的最佳施磷量不同。

A、B、C和D分别表示低氮低钾、低氮高钾、高氮低钾、高氮高钾配施条件。

3 讨 论

小麦是对磷反应敏感的作物，缺磷会导致小麦分蘖数和干物质积累量减少，降低产量[19]，因而科学施用磷肥是小麦增产的一项重要措施。适量施磷可促进小麦植株干物质积累[20]，特别是花后干物质积累。有研究指出，施磷量(P2O5)在0～180 kg·hm-2范围内，植株干物质积累量随施磷量增加而提高，施磷量达到180 kg·hm-2时干物质积累量最高，当施磷量超过108 kg·hm-2时植株花后干物质积累呈下降趋势[21]。磷肥对小麦旗叶光合速率也有一定的影响，合理施用磷肥可有效提高小麦旗叶的净光合速率[22-23]，磷肥缺乏或过量会使旗叶的净光合速率下降[24]，缺磷时间越早、越长，光合速率下降幅度越大，光合功能期越短。有学者认为，合理的氮磷钾肥配施能使小麦叶片SPAD 值提高3～17个单位[25]。本研究结果表明，施磷量(P2O5)在 0～225 kg·hm-2时，随施磷量的增加，小麦干物质积累量、SPAD值、光合速率均呈增加的趋势，当施磷量超过225 kg·hm-2时，各指标又呈下降的趋势，与前人研究规律类似[26-28]，说明磷肥的施用有一定的阈值，并非越多越好，过量施用会产生负 效应。

有研究认为，施用磷肥使小麦显著增产，且土壤速效磷含量越低，施磷肥增产效果越显著，同时产量亦随施磷量的增加而增加[29-30]。对冬小麦磷肥总量控制试验的结果表明，磷肥的施用量与冬小麦产量呈二次曲线关系(y=-0.572 6x2+ 3.168x+340.4)，最高产量的磷肥施用量为 172.5 kg·hm-2[31]。本试验结果表明，4个氮钾配施条件下小麦籽粒产量与磷肥施用量的关系均为抛物线型，最高产量的磷肥施用量为219.36～224.66 kg·hm-2，与前人的研究结果一致。本研究中，同一氮钾营养条件下，施P2O5225 kg·hm-2(P2)处理产量及增产幅度均最大，且在N1K1(N 225 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2)下产量最高，这与前人得到的最佳施磷量有所不同[21,32]，这可能与品种、土壤条件，地理位置等因素有关，需进一步深入探讨。本研究中，相同的磷钾水平下，高氮处理与低氮处理相比产量有所下降，且在氮磷水平一定时，高钾处理的产量也低于低钾处理，说明氮磷钾需要合适的配比才能使小麦获得更高的产量，并非越多越好，这与邢丹等[33]研究的规律一致。

在不同的研究中，由于供试品种、生态条件、土壤肥力及施磷水平等因素的不同，冬小麦适宜的施磷量也不尽相同。有研究认为，施P2O590～180 kg·hm-2即可获得高产[15]，在豫西旱区，施P2O5100 kg·hm-2时产量最高[34]，获得最佳经济效益的施磷量为128.3～139.1 kg·hm-2[35]。在本试验条件下，施磷量为219～225 kg·hm-2左右时为小麦适宜的施磷量，小麦产量最高。

本试验只设常规施磷量和过量施磷量，因此具有一定的局限性，下一步会通过缩小磷肥梯度来揭示磷素与产量的关系。进一步深入探讨不同养分配施对小麦生长发育内在机理的影响和小麦生长发育对养分供给的响应机制。