不同氮磷增效肥对小麦旗叶衰老及产量的影响

李武波，王依惠，姜雯，石岩

(青岛农业大学 旱作技术山东省重点实验室，山东 青岛 266109)

小麦是世界上最主要的粮食作物之一，能够提供人体健康所需要的多种营养成分，全球有1/3的人口以小麦为主食。根据预测，到2050年世界人口将达到98亿，预计对小麦的需求将会提高60%。要满足这一需求，小麦产量的年增幅需提高至少1.6%。氮、磷元素在作物产量和品质的形成过程中起了关键作用，氮素是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素和部分激素等生物大分子的重要组成成分，作物吸收的氮素经过还原、转运和代谢等各种生理过程，与蛋白质代谢和碳代谢相协调，形成植物生命活动的基本过程。王月福等[1]研究显示，适当提高氮素水平可以提高源器官碳素同化能力和氮素同化能力，促进同化物质向籽粒中转运以及增加籽粒中淀粉合成有关酶的活性，使得小麦产量和蛋白质含量同步增加。控释尿素对增加小麦收获指数、产量、氮肥农学效率、氮肥利用率方面效果明显[2]。磷元素也是小麦生长必不可少的矿质营养元素，磷元素是核酸、脂质等物质的重要组成部分。同时，磷元素在细胞的主要代谢过程、酶调节和信号级联中也起着重要作用。胡田田等[3]研究表明，增效氮肥能够增加土壤有效态氮含量，减少尿素氮的损失，增加作物对尿素氮的吸收量，进而增产。小麦籽粒产量随着施磷量的增加而增加，一定条件下产量与施磷量之间呈极显著正相关。姜东等[4]的研究表明，若在氮肥充足的基础上，再配合施用适量的磷肥，能够促进小麦籽粒蛋白质和产量的同步提高。一定范围内，旱地冬小麦籽粒锌含量和地上部吸收量与施氮量呈正相关关系[5]。单施磷肥能够促进小麦锌吸收，提高籽粒锌含量[6]。有研究[7]表明，在土壤基础地力中上地区，磷肥用量过高或过低均不利于小麦生长。目前，提高作物产量、减少环境污染、提高化肥利用率是全世界面临的重要难题，而依靠使用肥料来提高单产使得粮食增产是重要的方法之一[6]。当前新型肥料的发展主要包括两个方面：一是对传统肥料进行改良加工，使其性质能够整体提升或者具备新的特性和功能；二是研发出新类型的肥料[8]。研究[9]显示，氮肥增效剂可以促进有效穗增加，提高成穗率；氮肥增效剂能提高氮肥利用率和小麦生产效率，节约肥料用量及成本，促进小麦增产、增收。肥料增效剂可以减少土壤中养分的流失、激活土壤的理化性质、促进农作物对养分进行充分吸收和利用，并具有长期、协同和稳定的作用。将肥料增效剂应用于小麦生产是当前提高小麦养分利用效率的重要手段之一。然而，在作物实际的生产过程中，增效剂配合单一肥料或者复合肥料使用时，效果较优的氮磷肥配比相关研究较少。本研究在前人研究结果的基础上，开发新型肥料增效剂，并通过大田、盆栽试验来探究不同氮磷肥配比对小麦旗叶衰老和产量的影响，并初步明确抗衰老及增产的作用机理，为氮磷增效肥在小麦生产中的应用提供理论依据和实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料概况

试验分为大田试验和盆栽试验，于2017年10月至2019年6月进行。大田试验于青岛农业大学青岛西海岸新区试验基地(37°48′10″N，119°54′33″E)进行；盆栽实验在青岛农业大学试验基地(36°19′6″N，120°23′24″E)进行，与大田试验同期进行。试验区均属于温带季风气候，年均降雨量650 mm，每年降雨主要集中在6—9月，试验地土壤为砂壤土。初始土壤理化性质如下：土壤pH 6.36、碱解氮73.74 mg·kg-1、速效磷48.51 mg·kg-1、速效钾220 mg·kg-1、土壤有机质含量1.2%。盆栽试验用土取自大田试验基地。试验品种均为烟农999，试验使用的复合肥为金大地牌复合肥(N-P2O5-K2O：15-15-15)。将配好的增效剂均匀喷于金大地复合肥肥料表面，经过烘干之后做成增效肥，供大田试验使用；将增效剂喷于尿素、过磷酸钙肥料表面，经烘干之后制成增效肥，硫酸钾不作处理，供盆栽试验使用；商品化增效肥均由青岛市琅琊台集团科海生物有限公司提供。

1.2 处理设计

大田试验采取随机区组设计，试验共设置5个处理，每个处理重复3次。每个试验小区面积为30 m2(5 m×6 m)，小区间隔为1 m。在大田试验播种前，按照750 kg·hm-2的施用量施用金大地牌复合肥作底肥。第一年试验于2017年10月23日进行小麦播种，播量为150 kg·hm-2，并于次年6月14日收获；第二年试验于2018年10月11日小麦播种，播量为127.5 kg·hm-2，并于次年6月17日收获。在整个小麦的生长发育期间仅依靠自然降水。其中，CK一次性基施普通复合肥750 kg·hm-2；T1一次性基施增效复合肥750 kg·hm-2；T2一次性基施增效复合肥565 kg·hm-2；T3一次性基施普通增效肥375 kg·hm-2；T4一次性基施商品化增效复合肥750 kg·hm-2。大田试验栽培按照常规种植进行。

盆栽试验选用直径30 cm，高35 cm的塑料盆，每盆种植8株小麦。盆栽试验共设置了6个不同处理，每个处理重复10次。CK基施氮肥(含N为2.0 g)、磷肥(含P2O5为1.0 g)、钾肥(含K2O为0.8 g)；T1基施增效尿素(含N为1.4 g)、增效过磷酸钙(含P2O5为1.0 g)、钾肥(含K2O为0.8 g)；T2基施增效尿素(含N为2.0 g)、增效过磷酸钙(含P2O5为0.7 g)、钾肥(含K2O为0.8 g)；T3基施增效尿素(含N为2.0 g)、增效过磷酸钙(含P2O5为1.0 g)、钾肥(含K2O为0.8 g)；T4基施增效尿素(含N为1.4 g)、增效过磷酸钙(含P2O5为0.7 g)、钾肥(含K2O为0.8 g)；T5基施商品化增效氮肥(含N为2.0 g)、商品化增效磷肥(含P2O5为1.0 g)、钾肥(含K2O为0.8 g)。所有肥料掺混均匀作为基肥处理，各处理肥料氮磷钾含量：CK，每盆N 2.0 g、P2O51.0 g、K2O 0.8 g；T1，每盆N 1.4 g、P2O51.0 g、K2O 0.8 g；T2，每盆N 2.0 g、P2O50.7 g、K2O 0.8 g；T3，每盆N 2.0 g、P2O51.0 g、K2O 0.8 g；T4，每盆N 1.4 g、P2O50.7 g、K2O 0.8 g；T5，每盆N 2.0 g、P2O51.0 g、K2O 0.8 g。

1.3 指标测定

旗叶衰老指标主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)活性等，随机选取有代表性的小麦植株旗叶鲜样。按照邻苯三酚自氧化法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性；按比色法操作测定过氧化物酶(POD)活性；按照硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量。

各处理小区内选1 m2的完整小麦植株分别重复3次，进行成穗数检查，再计算每公顷穗数。自然风干后进行脱粒，考种后测定穗粒数和千粒重，并进行产量换算。

本试验中，每个具体试验进行3次生物学重复。试验数据使用Excel 2019进行整理，使用DPS 9.5进行数据统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同氮磷增效肥对SOD活性的影响

两年实验结果趋势基本一致，本文以2017—2018年数据为主。如图1所示，在不同氮磷增效肥处理条件下，大田小麦旗叶的SOD活性表现为逐渐下降，且在开花后7～14 d下降幅度最大，在花后14～21 d时下降幅度最小。大田小麦在开花后7 d，与CK相比，T1、T2和T4分别提高12.82、6.94和8.38 U·g-1，而T3比CK低7.67 U·g-1，CK与处理组之间差异显著。而在花后21～28 d，CK与其他施加增效肥处理差异不显著。盆栽小麦的各个趋势与大田基本一致。

图1 氮磷增效肥对小麦旗叶SOD活性的影响

2.2 不同氮磷增效肥对POD活性的影响

如图2所示，在氮磷增效肥处理下，大田、盆栽小麦旗叶POD的活性呈现出先升高后降低的趋势，且POD活性在开花后14 d达到最大值，之后开始下降，但大田小麦在花后14 d下降速度较快，盆栽小麦的下降速度较为缓慢。在各生育时期内，大田小麦旗叶POD活性表现为T1>T4>T2>CK>T3，CK与各处理之间的差异显著；盆栽小麦的旗叶POD活性表现为T3>T2>T5>T1>CK>T4，且CK与T1、T2、T3、T5之间差异显著。花后0～14 d，大田小麦旗叶CK的POD活性，比T1、T2和T4低26.40、13.10和22.82 U·min-1·g-1，但T1与T4之间差异不显著。花后21 d，盆栽小麦CK与T4差异不显著，T2与T3之间差异不显著，T3与CK差异显著。

图2 氮磷增效肥对小麦旗叶POD活性的影响

2.3 不同氮磷增效肥对MDA含量的影响

如图3所示，在氮磷增效肥处理下，大田小麦旗叶MDA含量呈现逐渐上升的趋势，且在花后21～28 d的上升速度最快，T3的增幅最大，依次表现为T3>CK>T2>T4>T1。盆栽小麦的旗叶MDA含量与大田较为一致，且从花后21～28 d其MDA含量增幅最大，随着花后天数的增加，盆栽小麦的旗叶MDA含量大小顺序依次为T4>CK>T1>T5>T2>T3。花后14 d大田小麦MDA含量在CK与T2、T3之间彼此差异不显著。盆栽小麦MDA含量T4增幅最快，CK和T2、T3差异不显著，在花后21 d，CK与处理T1、T4间差异不显著，与T3差异显著。

图3 氮磷增效肥对小麦旗叶MDA含量的影响

2.4 氮磷增效肥对小麦产量及构成因素的影响

由表1可见，两年产量趋势一致。大田穗数、穗粒数、千粒重和产量表现为T1>T4>T2>CK>T3。就小麦穗数而言，2018年大田CK与其他各处理间差异不显著，穗粒数、千粒重和产量在CK与T1之间差异显著，2019年趋势与2018年较为一致。2018年大田T1、T2、T4产量较CK分别高出630.75、271.80、319.50 kg·hm-2，而T3降低212.70 kg·hm-2；2019年T1、T2、T4则分别高出645.75、211.80、529.50 kg·hm-2，而T3降低377.7 kg·hm-2。

表1 氮磷增效肥对小麦产量因素的影响

3 小结与讨论

本试验表明，与CK相比，在两种种植环境下的小麦产量都有所提高。大田试验中，T1、T2、T4与CK相比，第一年产量分别提高630.75、271.8以及319.5 kg·hm-2，第二年产量分别提高645.75、211.80、529.50 kg·hm-2。两年的T3产量降低，分别降低212.7、377.7 kg·hm-2。盆栽试验中，从产量构成因素分析，T3、T2、T5、T1增产效应是通过增加穗粒数以及千粒重所致。与CK相比，大田试验中T1、T2、T4以及盆栽试验中T1、T2、T3、T5的SOD、POD活性均增加，MDA含量降低，有助于延缓叶片的衰老。此外，本研究还表明施用增效氮磷肥能够实现“减量增效”，即通过施用增效肥来提高肥料利用率实现减量施肥是合理可行的。但是要注意的是，“减量”应该控制在一定的范围之内，当肥料可供给的有效养分含量低于适宜小麦生长的最小养分含量的时候，即便是施用增效肥也会减产。

研究[9-14]显示，每公顷穗数、穗粒数和千粒重是影响产量的3个重要因素，作物的产量受这3个因素的协调控制。在影响小麦产量的其他制约因素中，小麦品种、当地种植环境和措施、生态土壤环境是最重要的3个因素。小麦品种和栽培措施是人为可控因素[9]，控制肥料施用的合理化、专业化可以提高小麦产量。研究[13]表明，合理施用肥料能提高植株的净光合速率和光合特性，能够提高植株的水分利用率。先前研究结果表明，随着施氮量的增加，产量和千粒重增加，产量和施肥表现出一定的正相关性，但随着施氮量继续增加，产量下降[14-16]，说明施氮量并不是越多越好。小麦品种选择和栽培措施是可控因素，研究表明，合理的施用肥料，对维持土壤中有效的营养成分含量，促进作物增产，有重要的作用[17-18]。也正因此，提高肥料的使用率，也就是单位施肥获得更多的产量，才能为农业可持续发展做出贡献[19]。增效肥的使用有利于改善当前复合肥用量高效率低的现状，也是未来肥料的发展趋势[20]。