深松分层施肥播种对小麦旗叶特征及干物质积累的影响

张璐鑫，辛秀竹，王益，王志杰，未祎，代一斐，尹宝重

（河北农业大学植物保护学院，河北 保定 071000）

小麦是我国主要粮食作物之一，生产上常采用施肥的方式促进小麦增产，但施肥方法影响着肥料养分的吸收。氮肥施用形式会影响根系的生长和分布，对氮素利用效率也有直接影响[1，2]。施肥方式不当不仅会导致气态氮素损失，如氨挥发、氧化亚氮排放等，还会导致土壤中硝态氮损失、磷素在表层大量累积等。研究表明，影响小麦产量的主要因素是深层土壤养分不足[3]，肥料深施较表施更有利于作物对肥料的吸收和利用[4]。深层施肥可以促进小麦各生长发育时期地上部干物质的积累，对花后干物质积累也有明显的促进作用[5]；能使小麦初期生长旺盛，中期和后期生长稳定，单位面积穗数和穗粒数增加，明显提高对养分的吸收[6]。沈玉芳等[7]在严控土壤水分条件下深施肥料，发现冬小麦有效叶面积、株高和地上生物量均显著增加。李华伟等[8]通过优化栽培技术发现，分层施肥不仅促进了小麦根系的生长发育，更在后期提高了小麦的千粒重及群体穗数，进而提高了小麦产量。王锡久等[9]指出，深松与分层施肥耦合不仅可以提高肥料利用率，还可以促进冬小麦增产。通过深松与分层施肥耦合技术研究小麦子粒产量形成与分层施肥的关系，确定适宜的化肥施用量，以期为小麦高产提供经济有效的施肥技术。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验冬小麦品种为冀麦585，由河北省农林科学院粮油作物研究所选育。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验在河北农业大学辛集试验站（东经115°22′，北纬37°92′）进行。冬小麦播种前试验地0～20 cm 耕层土壤基础养分含量为有机质13.7 g/kg、全氮1.3 g/kg、碱解氮68.0 mg/kg、速效磷24.4 mg/kg、速效钾125.7 mg/kg。

2017 年小麦播种前整地施肥，试验底肥施用方式设深松分层施肥和常规施肥（CK）2 种方法，其中深松分层施肥方法又根据上下层土壤各养分施用量的不同分为4 个处理（表1）。深松分层施肥处理的深松深度为30 cm，其中0～15 cm 为上层、15～30 cm 为下层。所有处理的底肥N、P2O5、K2O 施用量均为120 kg/hm2。小区面积148 m×9 m，随机区组设计，每小区进行1个施肥重复，每处理均3 次重复。小麦播种前造墒，灌水量525 m3/hm2；10 月13 日采用15 cm 等行距方式播种，播种量180 kg/hm2，播深3 cm。2018 年分别在小麦拔节期和开花期各灌水1 次，每次灌水量均为50 m3/hm2，随第一水追施氮肥（N）120 kg/hm2；6 月10日收获。小麦其他管理措施同大田常规。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 小麦农艺性状。小麦开花期，每小区随机取植株样品15 株，采用常规方法测定株高、茎粗、旗叶面积和次生根数量。

表1 试验设计的底肥分层施用方式及其各养分施用量Table 1 Treatments of layered fertilization and application amount （kg/hm2）

1.2.2.2 各器官干物质积累。小麦成熟期，每小区随机取植株样品10 株，将茎（含叶鞘）、叶、穗分离，分别置烘箱内105 ℃杀青30 min，再80 ℃烘干至恒重，用电子天平秤量各器官的干物质重。根据公式，计算不同器官的干物质分配比例：

各器官的干物质分配比例=各器官的干物质积累量/植株地上部的干物质积累量×100%

1.2.2.3 旗叶光合色素含量和含水量。灌浆后期，旗叶尖端开始出现黄化起，每隔1～2 d，每小区选择长势基本一致的旗叶10 片，用叶绿素仪分别测定每个旗叶上部、中部和基部的SPAD 值，取3 个部位的平均值代表该旗叶的SPAD 值。同时，将测定完SPAD值后的叶片取下称量鲜重，烘干后称量干重，计算叶片含水量〔（旗叶鲜重-旗叶干重）/旗叶鲜重×100%〕。

1.2.2.4 产量构成。小麦成熟期，每小区取1 m 双行的小麦样点，统计样点内的有效穗数（穗粒数多于5粒）[10]。在每样点中随机选择20 个麦穗，测定穗粒数和千粒重。

1.2.3 数据统计与分析 利用Microsoft Excel 2019 和SPSS 23 软件进行数据的统计分析，利用Excel 2019和Origin 2020 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同深松分层施肥处理对小麦农艺性状的影响

深松分层施肥处理的株高均显著＞CK，增幅均为7 cm 左右，但不同深松分层施肥方式处理的指标值差异均不显著；茎粗均＞CK，除T2处理外，其他3 个处理与CK 差异均达到了显著水平，但不同深松分层施肥方式处理的指标值差异均不显著；旗叶面积均显著＞CK，且不同深松分层施肥方式处理的指标值差异也达到了显著水平，其中T1处理指标值最大、T2处理指标值最小，二者差异显著，但均与其他2 个深松分层施肥处理差异不显著；根系数量均＞CK，且不同深松分层施肥方式处理的指标值差异也达到了显著水平，其中T1处理指标值最大且显著＞除T3处理之外的其他2 个深松分层施肥处理，而T3处理与其他3 个深松分层施肥处理差异均不显著（表2）。表明不同的深松分层施肥处理均可显著促进小麦株高生长和旗叶面积增大，有利于茎秆粗度增大和根系数量增多，其中T1处理效果最好，该处理下茎粗、旗叶面积和根系数量均为最大，株高与其他3 个深松分层施肥方式处理基本相当。

表2 不同施肥处理下冬小麦的农艺性状Table 2 Agronomic characters of winter wheat under different fertilization treatments

2.2 不同深松分层施肥处理对小麦中后期旗叶SPAD值和含水量的影响

2.2.1 旗叶SPAD 值 一般叶片SPAD 值与叶绿素含量呈正相关，因此可通过测定叶片SPAD 值来监测小麦生长中后期叶片叶绿素含量的变化。小麦生长中后期，叶片开始衰老，其中CK 的旗叶SPAD 值随生育进程一直呈逐渐降低趋势；但不同深松分层施肥方式下，小麦旗叶SPAD 值的变化出现一定差异（图1）。

图1 不同施肥方式下冬小麦中后期旗叶SPAD 值的变化Fig.1 Changes of SPAD value of flag leaf at the middle and later stages of winter wheat under different fertilization methods

5 月30 日～6 月1 日，除T4处理的旗叶SPAD 值呈先升高后降低变化外，其他处理的旗叶SPAD 值均逐渐降低。5 月30 日CK 的旗叶SPAD 值＞各深松施肥处理。5 月31 日T4处理的旗叶SPAD 值较前一天升高了0.3，指标值达到最大，且为所有处理最高；其他处理的指标值均较前一天降低，其中CK 指标值降低了1.8，T1、T2、T3处理指标值分别降低了1.2、3.8和1.7。6 月1 日所有处理的旗叶SPAD 值均较前一天降低，其中T4处理降低缓慢，指标值仍为所有处理最高。表明5 月30 日～6 月1 日T4处理对控制叶片衰老效果较好。

6 月1 日之后至成熟，所有处理的旗叶SPAD 值均大幅度降低，但不同处理的指标值降幅有所不同；至6 月7 日所有处理的旗叶SPAD 值趋于一致。6 月2～7 日CK、T1、T2、T3、T4处理的旗叶SPAD 值分别下降了11.0、8.4、10.2、9.8 和10.0，该阶段CK 的旗叶SPAD 值始终高于各深松施肥处理。深松分层施肥方式下，T2处理的旗叶SPAD 值降幅最小，其中6 月7 日指标值与6 月5 日相比仅下降了0.4。表明6 月1日以后至成熟T2处理在一定程度上能够减缓叶片衰老，延长子粒灌浆时间。

3) 对比模型B、C和模型D、E，可知增设的抗震墙在结构中不参与承受竖向荷载时较参与承受竖向荷载抗震能力有所提高.

仅从施肥方式对小麦中后期叶片叶绿素含量的影响看，CK 对控制叶片衰老更为有利；深松分层施肥方式下，T2处理的旗叶SPAD 值降幅相对较小，在一定程度上能够减缓叶片衰老，延长子粒灌浆时间。

2.2.2 旗叶含水量 小麦生长中后期，旗叶含水量随生育进程而降低；但不同深松分层施肥方式下，小麦旗叶含水量的变化出现一定差异（图2）。

图2 不同施肥方式下冬小麦中后期旗叶含水量的变化Fig.2 Changes of water content of flag leaf at the middle and later stages of winter wheat under different fertilization methods

5 月26 日～6 月3 日，所有处理的旗叶含水量均降低相对缓慢，其中CK 的降幅＜各深松分层施肥处理。6 月3 日CK 的旗叶含水量最高，与5 月26 日指标值相比仅降低了2.51%；T1、T2、T3、T4处理的旗叶含水量较5 月26 日分别降低了23.15%、23.78%、17.62%、20.50%，降幅相对较大。

6 月3～7 日，所有处理的旗叶含水量均迅速下降，其中CK 的降幅＜各深松分层施肥处理，指标值一直居于最高。6 月7 日CK 的旗叶含水量最高，与6 月3日指标值相比下降了29.57%；T1、T2、T3、T4处理的旗叶含水量较6 月3 日分别降低了41.26%、42.09%、41.09%、50.09%，其中T4处理降幅最大。

在小麦生长中后期，各深松分层施肥处理的旗叶含水量降幅均明显＞CK，6 月2 日后指标值均＜CK。可以看出，与CK 相比，试验的各深松分层施肥方式均不利于延缓小麦后期衰老。

2.3 不同深松分层施肥处理对小麦干物质积累量的影响

深松分层施肥处理的叶、茎秆（含叶鞘）和穗干物质积累量均＞CK，但不同深松分层施肥方式处理的指标值差异均不显著（表3）。其中，T1处理的叶片干物质积累量最大且显著＞CK，其他深松分层施肥方式处理的指标值与CK 差异均不显著；T1和T3处理的茎秆（含叶鞘）干物质积累量显著＞CK，其他2 个深松分层施肥方式处理的指标值与CK 差异均不显著；穗干物质积累量为24.68～27.39 g，均显著＞CK，且除T3处理外其他3 个分层施肥方式处理的指标值均达到了27 g 左右，其中T2处理指标值最大。

进一步对各器官的干物质分配比例进行分析发现，叶部干物质分配比例除T2处理外，其他深松分层施肥方式处理的指标值均＞CK，其中T1处理指标值最大，为7.73%；茎秆（含叶鞘）干物质分配比例均＜CK，分别较CK 减少了4.16%、5.36%、2.30%和4.19%，其中T2处理的指标值最低；穗部分配比例为58.51%～62.36%，均＞CK，其中T2处理指标值最大、T4处理次之，二者指标值均超过了60%。

综上分析可以看出，不同的深松分层施肥处理均可以促进冬小麦各器官干物质积累，降低干物质向茎秆（含叶鞘） 中的转移比例，提高向穗部干物质的分配比例，其中T2处理效果最高，该处理下穗部干物质积累量和分配比例均为最大，且其他器官的积累量也较高。通过深松耕作方式+适当的分层施肥配比可以调控土壤的养分供应状况，提高氮肥利用率，更能促进小麦高产。

表3 不同施肥方式下冬小麦各器官的干物质积累量与分配比例Table 3 Dry matter accumulation and proportion of different parts of winter wheat under different fertilization methods

2.5 不同深松分层施肥处理对小麦产量的影响

深松分层施肥处理的小穗数除T3处理显著＞CK、T1处理显著＜CK 外，其他2 个处理与CK 差异均不显著。表明不同深松分层施肥方式处理对小麦小穗数的影响不同，除T1处理对小麦小穗数有明显的抑制作用外，其他处理效果均较好，其中T3处理对促进小穗数增多效果明显。

深松分层施肥处理的不孕小穗比例均≤CK，其中T2处理的指标值最低且与CK 差异达到了显著水平，其他3 个处理与CK 差异均不显著。表明深松分层施肥处理不会增大小麦不孕小穗的比例，其中T2处理可以明显降低小麦的不孕小穗比例。

深松分层施肥处理的穗长均＞CK，且不同深松分层施肥方式处理的指标值差异也达到了显著水平，其中T3处理指标值最大、T1处理次之，二者差异不显著，但均显著＞CK；其他2 个深松分层施肥方式处理与CK 差异均不显著。表明不同的深松分层施肥处理均可以促进小麦穗长增大，其中T3和T1处理效果显著。

深松分层施肥处理的穗粒数均显著＞CK，增幅为15.73%～25.38%；但不同深松分层施肥方式处理的指标值差异均不显著，其中T2处理穗粒数最多。表明深松分层施肥处理可以明显促进小麦穗粒数增多，但不同深松分层施肥方式处理之间效果基本相当。

深松分层施肥处理的千粒重均＜CK，且不同深松分层施肥方式处理的指标值差异也达到了显著水平，其中T3处理、T4处理和CK 三者差异均不显著，但均显著＞其他2 个深松分层施肥方式处理。表明深松分层施肥处理对提高小麦千粒重有所抑制，其中T3和T4处理的抑制作用不明显。

深松分层施肥处理的产量为7 571.7～8 808.6 kg/hm2，均显著＞CK，增产率为19.3%～38.8%；且不同深松分层施肥方式处理的产量差异也达到了显著水平，其中T4处理指标值最高、T2处理次之，二者差异不显著，但均显著＞其他2 个深松分层施肥方式处理。表明不同的深松分层施肥处理均可以明显提高小麦产量，其中T4和T2处理效果更好。

小麦产量是单位面积穗数、穗粒数和千粒重综合作用的结果。深松分层施肥处理可以明显提高单位面积穗数和穗粒数，但不利于粒重的增大。T4处理下单位面积穗数和穗粒数显著增多，千粒重降低不明显，产量构成三因素协调，最终产量最高。

表4 不同施肥方式下冬小麦的穗部发育特征及产量结构Table 4 Characteristics of ear development and yield composition of winter wheat under different fertilization treatments

3 结论与讨论

3.1 不同深松分层施肥处理对小麦农艺性状的影响

小麦农艺性状是其生长发育时期综合情况的反映。Law 等认为小麦株高与子粒产量呈正相关，除此之外许多研究也表明，小麦倒三叶（旗叶、倒二叶、倒三叶）尤其是旗叶、茎粗、根系数量与小麦产量均呈正相关[11]。本研究结果表明，不同的深松分层施肥处理均可显著促进小麦株高生长和旗叶面积增大，有利于茎秆增粗和根系数量增多。旗叶是小麦重要的光合器官，其组织结构和生理功能对小麦产量有重要影响，花后同化产物有74%～98%会转移到子粒[12]。小麦根系数量影响着小麦吸水和土壤中各种养分的吸收，其关系到小麦形态及子粒数量。耕作方式与施肥配比对小麦农艺性状有重要影响，本研究结果与杨晓晓等[13]试验结果一致。

3.2 不同深松分层施肥处理对小麦中后期旗叶SPAD值和含水量的影响

叶片衰老过程中叶绿素不断分解，最终失去光合能力。小麦生长中后期，所有处理的旗叶叶绿素含量均呈降低趋势，但本研究条件下总体来看，CK 降速较慢，指标值普遍高于深松分层施肥处理，即在0～15 cm土层氮、磷、钾施用量均为120 kg/hm2时最为有利，叶绿素稳定时间较长，小麦旗叶叶绿素控制能力较好。施用肥料可以延缓小麦早衰的研究结果与牛立元等[14]观点一致；不同的深松分层施肥方式处理下，T2处理在一定程度上能够减缓叶片衰老，延长子粒的灌浆时间。

植物组织相对含水量可以反映植物体内水分的亏缺程度，旗叶相对含水量可以密切反映水分供应与蒸腾之间的平衡关系[15]。本研究结果显示，5 月30 日～6月7 日不同处理的小麦旗叶相对含水量均处于下降状态，其中6 月3～7 日各深松分层施肥处理的旗叶含水量均明显低于对照，说明深松+分层施用一定比例的氮磷钾肥可延缓小麦叶片衰老，降低旗叶失水速率以减少水分散失，维持体内水分代谢的相对稳定，为小麦子粒灌浆提供更久的含水量和养分供给，这一研究结果与前人报道一致。

3.3 不同深松分层施肥处理对小麦干物质积累量的影响

农作物产量很大程度上取决于光合产物的积累与分配。史春余等[19]研究表明，茎叶生长旺盛，生殖器官光合产物积累量低，会导致干物质在子粒中的分配比例降低，农作物产量下降。本研究结果显示，深松分层施肥处理可促进小麦各器官干物质的积累，其中下层（15～30 cm）施氮处理的干物质积累量与不施氮处理差别不大，但下层土壤氮含量高时有利于小麦干物质量的积累。

3.5 不同深松分层施肥处理对小麦产量的影响

小麦产量是单位面积穗数、穗粒数和千粒重综合作用的结果，不同产量水平下各因素对子粒产量的贡献不同[20]。小麦产量三要素之间存在着一定的制约关系，三者乘积最大时产量最高。在一定施肥量范围内，随着施氮量的增大，单位面积穗数和穗粒数逐渐增多，千粒重逐渐降低，但子粒产量呈上升趋势；进一步增施氮肥，单位面积穗数和穗粒数仍呈增多趋势，但千粒重下降较多，致使产量也开始下降[21，22]。本研究中，各深松分层施肥处理均可以显著增加单位面积穗数和穗粒数，明显提高产量；下层（15～30 cm）磷肥和钾肥施用量相同条件下，千粒重随着氮肥施用量的增加呈先增加后下降趋势，与前人研究结果一致。