不同播种方式与施肥水平对青稞光合特性及产量构成的影响

周喜荣，刘梅金*，徐冬丽，王国平，郭建炜，刘广才，张忠广，胡再青

(1.甘南藏族自治州农业科学研究所，甘肃 合作 747000；2.甘肃省农业技术推广总站，甘肃 兰州 730000)

青稞又称裸大麦、元麦及米大麦，是禾本科大麦属一年生草本植物[1-2]，作为青藏高原等地区的特有高海拔作物，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等特性，主要用于食用、酿造、饲用、药用、保健等，是高原地区农牧民主要农业收入，成为承载民族和谐和产业振兴的经济支柱。青稞富含蛋白质、淀粉、脂肪、维生素、矿质元素等基本营养成分，具有β-葡聚糖、生育酚、母育酚、γ-氨基丁酸等多种功效成分，是一种“四高四低”(高蛋白、可溶性纤维、维生素、矿物质，低脂肪、糖、胆固醇、钠)的营养食品，符合现代营养健康饮食的潮流，是潜在的功能保健产品和原粮的来源，对人类健康大有裨益，更是藏区不可代替的主粮[3-4]。青稞年均总产量约为100 万t，占青藏高原地区粮食作物面积的60%以上，占粮食总产量的58%～60%[4-7]。足见，青稞对于藏区生产生活作用巨大，需求量旺盛。

绿色高效、高产优质的配套栽培技术始终是突破单位面积产量，追求高产的主要方式。现今，机械化普及程度显著提升，栽培施肥技术明显优化，对田间标准化高效种植有着突出贡献。有学者[8]通过对迪庆青稞播种方式、栽培施肥、播种期等配套栽培技术的研究，发现迪庆青稞最佳播种方式为条播，最佳施肥量为N 30 kg·hm-2、P2O530 kg·hm-2、K2O 30 kg·hm-2，最佳播期为3月下旬至4月5日，最佳播种量为112.5～150.0 kg·hm-2。李萍等[9]研究表明，藏青2000播种量在225.0～262.5 kg·hm-2，施肥量在N 150～225 kg·hm-2、P2O590～135 kg·hm-2的条件下，有助于生长指标和产量及其构成因素的提高，也能够有效协调个体和群体间的矛盾。朱明霞等[10]研究发现，梯度施肥可不同程度提高藏青27、QTB13及QTB25青稞品种(系)的穗数、穗粒数及产量，其中，QTB13和QTB25在F2处理产量最大，藏青27在F3处理产量最大。付丹丹等[11]对西藏黑青稞氮、磷、钾配施效果进行研究，认为当地黑青稞N、P、K肥最佳施肥质量比为1∶0.43∶0.5，推荐施肥量为N 66.75 kg·hm-2、P2O528.65 kg·hm-2、K2O 33.9 kg·hm-2。不同施肥管理模式下，相比于农民习惯种植模式(N∶P2O5∶K2O=135∶30∶39)，黑青稞丰产栽培模式(N∶P2O5∶K2O=120～165∶90～135∶60～135)均能有效提高叶片光和参数值、有效穗数、穗粒数，促进籽粒干物质积累和产量形成[12]。贠民政等[13]研究表明，在施用优质有机肥30 m3·hm-2、尿素198 kg·hm-2、磷酸二铵325.5 kg·hm-2、氯化钾255 kg·hm-2，播量均为195 kg·hm-2的同等条件下，均采用机播方式，与当地农民传统条播种植相比，西藏青稞垄膜条播对青稞光合特性、产量及其构成因素有显著提高。

纵观上述研究，不难发现，特定环境下配套栽培施肥种植技术可改善青稞生长生理指标，提高单产及其构成。然而问题也随之凸显，研究应用性薄弱，限制条件高，推广难度较大，使用性低，规模化机械操作的产业发展支撑难以实现，导致有些技术只能停留于研究层面，并且缺乏机械化宽幅匀播和施肥标准的针对性配套技术，最为关键的是，甘青9号的此类配套研究尚未见报道。那么，如何实现在有限的土地面积上，最大化利用土地空间，配套机械与施肥技术，打造青稞高产创收，绿色高效是一个极为迫切的问题。甘南州是甘肃省青稞种植面积最大的地区，自主选育青稞品种优势显著。针对上述问题，本试验将通过甘青9号对不同种植方式和施肥水平的综合响应研究，明确甘南地区青稞优势种植方式和施肥水平，旨在为甘南地区青稞产业规模化标准种植生产和青稞种植施肥研究提供科学技术依据和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2019年3—9月在甘肃甘南藏族自治州农业科学研究所综合试验基地进行，该地属于青藏高原高寒湿润气候，春冬较长，夏秋较短，海拔2 737 m，年均气温3.00 ℃，年均光照时数2 300～2 400 h，年平均太阳辐射总量5 516～5 752 MJ·m-2，年均降水量约639.80 mm左右，年均无霜期约120～150 d，土壤类型为亚高山草甸草原土，为青稞、油菜轮作地，土壤肥力中等，具体土壤基本理化性质详见表1。

1.2 供试材料

供试品种为甘肃甘南藏族自治州农业科学研究所自主选育的甘青系列青稞品种甘青9号。

宽幅匀播采用酒泉市铸陇机械制造有限责任公司生产的手扶微型电动宽幅匀播播种机；常规条播采用人力三行播种机播种。

供试肥料：颗粒尿素，含N≥46.4%；磷酸二铵，含P2O5≥46%，含N≥18%；硫酸钾，含K2O≥52%。

1.3 试验设计

试验采用播种方式与施肥水平二因素随机区组设计，共设置2种播种方式：即常规条播(M0)、宽幅匀播(M1)。5个施肥水平：N0P0K0、N0P1K1、N1P0K1、N1P1K0、N1P1K1(N0、P0、K0分别表示不施氮、磷、钾肥；N1、P1、K1表示按标准用量施用氮、磷、钾肥)。具体处理为：T1(M0N0P0K0)、T2(M0N0P1K1)、T3(M0N1P0K1)、T4(M0N1P1K0)、T5(M0N1P1K1)、T6(M1N0P0K0)、T7(M1N0P1K1)、T8(M1N1P0K1)、T9(M1N1P1K0)、T10(M1N1P1K1)，共10个处理(表2)。施肥比例为：N∶P2O5∶K2O=1∶0.7∶0.4，小区面积为30.72 m2，3次重复，随机区组排列；宽幅匀播行距26 cm，每小区30行，常规条播行距17 cm，每小区45行。

表2 不同种植模式与施肥水平Table 2 Different planting patterns and fertilization levels

宽幅匀播和常规条播种子667 m2播量均为240 kg·hm-2，试验所用肥料为尿素180 kg·hm-2、磷酸二铵180 kg·hm-2、硫酸钾90 kg·hm-2，折合N、P2O5、K2O分别为：N 115.92 kg·hm-2、P2O582.80 kg·hm-2、K2O 46.80 kg·hm-2。氮肥、磷肥、钾肥按小区称量，播种时做底肥一次性施入，其他管理同当地大田。

1.4 指标测定

在青稞苗期，每个种植小区选择具有代表性的一整行进行基本苗的统计记载；在青稞成熟期，每个种植小区随机选择具有代表性的25株植株考种，统计有效穗、株高、穗长、单株分蘖数、穗粒数、穗粒重、千粒重，3次重复；在青稞成熟期，每个种植小区实打实收实测产量。

青稞盛花期，每个种植小区选取25株植株，用Ciras3便携式光合仪测定旗叶净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率[14]。

1.5 数据分析

试验数据采用Excel 2013和SPSS 22软件进行分析与作图，并用LSD法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同播种方式与施肥水平对青稞生长指标的影响

由表3可知，T1与T2、T9、T10处理的基本苗存在显著差异，比T2、T9、T10处理分别增加27.48%、25.35%、18.28%；与其他处理间差异不显著。各处理间单株分蘖数无显著性差异。T3与T6、T7处理的株高有显著差异，分别增加20.60%、15.47%；T5与T6处理的株高有显著差异，增加18.60%。T1与T10处理穗长存在显著性差异，降低13.75%；T2与T6、T8、T9、T10处理穗长存在显著差异，分别降低23.80%、21.93%、21.93%、27.74%；T3与T10处理穗长存在显著差异，降低18.16%；T5与T6、T8、T9、T10处理穗长存在显著性差异，降低18.75%、16.76%、16.76%、22.95%；T7与T10处理存在显著性差异，降低15.38%；其他处理间无显著性差异。

2.2 不同播种方式与施肥水平对青稞叶片净光合速率的影响

由图1可知，各处理间甘青9号净光合速率存在显著性差异。T1与T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10处理之间均差异显著；处理T2与T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10存在显著差异；T3与T7、T8、T9、T10处理存在显著性差异；T4与T5、T7、T8、T9、T10处理差异性显著；处理T5与T8、T9、T10存在显著差异；T6与T7、T8、T9、T10处理存在显著差异；T7与T8处理存在显著差异；其他处理间差异不显著。

柱子上无相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。图2～4同。图1 不同播种方式与施肥水平对甘青9号净光合速率的影响Fig.1 Effect of different sowing methods and fertilization levels on net photosynthetic rate of Ganqing 9

2.3 不同播种方式与施肥水平对青稞叶片气孔导度的影响

由图2可知，各处理间甘青9号气孔导度存在显著性差异。处理T1与T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9之间差异显著；处理T2与T10之间差异显著；处理T3与T6、T7、T8、T9、T10之间差异显著；处理T4、T5与T6、T7、T9、T10之间差异显著；处理T6、T7与T10存在显著差异；处理T8与T10存在显著差异；处理T9与T10存在显著差异；其他处理间无显著差异。

图2 不同播种方式与施肥水平对甘青9号气孔导度的影响Fig.2 Effect of different sowing methods and fertilization levels on stomatal conductance of Ganqing 9

2.4 不同播种方式与施肥水平对青稞叶片胞间二氧化碳浓度的影响

由图3可知，各处理间甘青9号胞间二氧化碳浓度存在显著差异。处理T1与T3、T4、T5、T7、T8、T9、T10存在显著差异；处理T2与T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10差异显著；处理T3、T4与T5、T6差异显著；处理T5与T7、T8、T9、T10存在显著差异；处理T6与T7、T8、T9、T10存在显著差异；其他处理间无显著性差异。

图3 不同播种方式与施肥水平对甘青9号胞间二氧化碳浓度的影响Fig.3 Effect of different sowing methods and fertilization levels on intercellular carbon dioxide concentration of Ganqing 9

2.5 不同播种方式与施肥水平对青稞叶片蒸腾速率的影响

由图4可知，各处理间甘青9号蒸腾速率存在显著差异。处理T1与T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9之间差异显著；处理T2与T3、T4、T5、T10之间差异显著；处理T3、T4、T5与T6、T7、T8、T9、T10之间差异显著；处理T10与T6、T7、T8、T9差异显著；其他处理间差异不显著。

图4 不同播种方式与施肥水平对甘青9号蒸腾速率的影响Fig.4 Effect of different sowing methods and fertilization levels on transpiration rate of Ganqing 9

2.6 不同播种方式与施肥水平对青稞产量及其构成的影响

由表4可知，各处理间甘青9号产量及其构成存在显著差异。有效穗方面，处理T1、T2、T3、T4、T5与T6、T7、T8、T9、T10存在显著差异；处理T1、T2、T3、T4、T5间无显著性差异；T6、T7、T8、T9、T10间无显著性差异。穗粒数方面，处理T4、T7、T1、T3、T2、T5与处理T8存在显著差异；其他处理间差异不显著。穗粒重方面，T1、T3与T6、T10处理存在显著差异；T2与T6、T8、T9、T10处理存在显著差异；T5与T6、T8、T10处理之间差异显著；T6与T10处理存在显著性差异；T7与T10处理存在显著性差异；其他处理间无显著性差异。千粒重方面，T1与T3、T5、T6、T7、T8、T9、T10处理存在显著差异；T2、T4与T6、T7、T10处理存在显著差异；T3、T5、T8、T9与T6、T7、T10处理之间差异显著；T6与T8、T9处理存在显著差异；T7与T8、T9处理存在显著差异；其他处理间无显著性差异。

表4 不同播种方式与施肥水平对甘青9号产量及其构成的影响Table 4 Effect of different sowing methods and fertilization levels on yield and its composition of Ganqing 9

产量方面，T1与T4、T5、T9、T10处理间存在显著差异；T3与T4、T9、T10处理之间差异显著；T4与T6处理存在显著性差异；T6与T9、T10处理存在显著差异；其他处理间差异不显著。

2.7 青稞生长指标、光和特性与产量及其构成的相关性分析

由表5可知，株高与有效穗存在显著性正相关关系，相关系数为0.708；穗长与穗粒数、穗粒重为极显著的正相关关系，相关系数分别为0.774、0.958，与有效穗为显著负相关关系，相关系数为-0.738；有效穗与穗粒数、穗粒重呈显著负相关关系，相关系数分别为-0.704、-0.753，与千粒重呈极显著负相关，相关系数为-0.782；穗粒数与穗粒重为极显著正相关关系，相关系数为0.844，与胞间二氧化碳浓度呈显著负相关关系，相关系数为-0.678；穗粒重与净光合速率存在显著正相关关系，相关系数为0.660，与胞间二氧化碳浓度存在显著负相关关系，相关系数为-0.673；千粒重与净光合速率呈现显著正相关关系，相关系数为0.678；净光合速率与胞间二氧化碳浓度存在极显著负相关关系，相关系数为-0.844；气孔导度与蒸腾速率表现为极显著正相关关系，相关系数为0.934；其余指标间无显著相关关系。

表5 甘青9号生长指标、光合特性与产量及其构成的相关性分析Table 5 Correlation analysis of growth index，photosynthetic characteristics with yield and composition of Ganqing 9

2.8 青稞生长指标、光和特性与产量及其构成的主成分分析

由表6可知，通过对甘青9号生长指标、光和特性与产量及其构成进行主成分综合分析，处理T6、T8、T10综合得分最高，分别为2.05、1.39、1.18，其次为T1、T7、T4，分别为0.63、0.61、-0.33，最后为T5、T9、T3、T2，分别为-0.90、-0.92、-1.28、-2.44；处理T6综合效果最好，而处理T10产量效果最好，即采用宽幅匀播播种方式，施肥水平为N 115.92 kg·hm-2，P2O582.80 kg·hm-2，K2O 46.80 kg·hm-2时，有利于产量形成。

表6 甘青9号生长指标、光合特性与产量及其构成的主成分分析Table 6 Principal component analysis of growth index，photosynthetic characteristics，yield and composition of Ganqing 9

3 讨论

3.1 对青稞生长指标的影响

不同播种方式与施肥水平对青稞生长发育具有重要影响。李玉庆等[15]根据青稞生长发育规律，模拟研究了不同水肥作用下，西藏青稞生长动力学机制，提出了青稞动态生长过程的模型。合理施肥能够有效促进青稞基本苗形成和株高、穗长的生长[16]。不同种植方式和种植密度可创建差异性青稞群体结构，进而进一步影响青稞生长发育。赵凯男等[17]研究表明，与常规播种相比，立体匀播可提高作物穗长和籽粒产量。孙鹏等[18]研究发现，常规条播和立体匀播条件下，株高随密度增加而增加，而穗长匀播优于常规条播。本研究中，通过宽幅匀播有效增加了青稞穗长，而常规条播较高密度下，株高高于宽幅匀播，这与前人已有研究结果相似。相关研究表明，播种密度的增加，作物基本苗、分蘖数、有效穗数量将明显增加，本研究中，宽幅匀播低密度基本苗、分蘖数、有效穗数量均低于常规条播高密度，这与梁翠丽等[19-20]研究结果基本一致。究其原因，宽幅匀播能够更好地保持播种深度一致性，充分利用空间优势和营养均衡优势，有利于青稞穗的生殖生长，而常规条播高密度情况下，单位面积行数多，单行种植籽粒少，生长空间较为充裕，导致分蘖较多，养分竞争严重，主要集中于营养生长，可能也与常规播种深浅不一致，土壤地力差异有关系。

3.2 对青稞叶片光合特性的影响

光合参数作为青稞光合生理特性的重要参考指标，促进和延长青稞灌浆期群体光合作用，利于青稞产量提升[13，18，21-22]。适宜的播种方式和肥料配置，能够优化青稞群体分布均匀度和缓解个体与群体矛盾，提高光合参数，改善光合性能，延长叶片功能期，进而保障光合产物输出，利于小麦产量提高[17，23-26]。有研究[27-29]表明，条播、穴播、垄播等不同播种方式均可有效改善作物光合特性。相较于条播，宽幅匀播能够全面利用土地种植面积和空间，构建最佳均匀分布群体，显著提升光截获与单位叶面积光利用率，促进产量形成，也能够全面利用光热资源，提高光合作用[30-32]。张松超等[33]研究发现，采用条播和撒播配置相应施肥水平的方式下，条播综合优势明显，相比于撒播，其旗叶光合参数指标改善显著，有利于光合作用和产量的提升。王晓乐等[34]研究表明，在常规播种和精量播种条件下，配施肥料，精量播种处理花后7 d光合参数高于常规。本研究中，宽幅匀播净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度优于常规条播，而蒸腾速率高于常规条播，这与已有研究结果相似。原因可能是宽幅匀播更好地兼顾了土壤、地面及青稞植株间的有效空间，使得光照、水汽、地面地温分布更加均衡有效，在配置适宜肥料条件下，土壤养分利用更加和谐，源源不断供应青稞生长生理所需所致；可能也与青稞作为高海拔作物，长期生长在强光下所进化形成的一套适应机制[35]，并且通常来说，在强光下生长的植物叶片比在弱光下的光合能力强的研究有一定关系。

3.3 对青稞产量及其构成的影响

青稞产量是由单位面积穗数、穗粒数及千粒重3个因素所构成的[13]。前人研究[31]发现，匀播不仅能够将条播边行优势转化为单株优势，促使作物个体在群体增加的条件下充分发挥穗、粒、重的优势，实现产量增收，而且能更充分利用光热资源，通风透光性比条播好，植株根系更发达，植株与叶片的活力更强，使作物个体能够充分利用土地资源，促进作物产量的提升[32]。也有学者认为，单位面积穗数增加，会引起单穗粒重因穗粒数和千粒重降低而降低[27，36-38]；常规条播，基本苗数过高会导致单株营养面积明显降低，部分植株将因生长不良而逐步淘汰[39-40]，这与本研究中有效穗、穗粒数、穗粒重、千粒重变化趋势相似。初金鹏等[41]研究表明，与常规条播相比，宽幅播种均能提高单株、群体分蘖数及单株成穗数，进而提高了单位面积穗数，实现了增产目标，这与本试验宽幅匀播单株分蘖数低于常规条播，而产量高于常规条播的研究结果相反，可能与品种、土壤、气候等特性相关，因为高原地区气候变化差异性较大，导致土壤养分微生物分解利用率低，在极端变化环境中，所表现出的适应性不同。作物高产源于产量三因素的良好协调，而往往穗数与穗粒数和粒质量间呈负相关关系[42]。石玉华等[26]研究表明，与常规条播比较，在宽幅播种条件下，可一定程度提高穗粒质量。沈善敏等[43-44]研究认为，适宜的化肥施用水平是作物产量提升的有效途径之一。本试验研究发现，宽幅匀播和常规条播播种方式下，配置相应施肥水平，均可在一定水平上提高青稞产量及其构成，关键的是，宽幅匀播增产比常规条播在等施肥水平下，效果显著，这与此类研究基本一致，原因可能为通过机械宽幅匀播技术，增加了青稞行距，提高了青稞播种质量，进而形成良好群体结构，提高了青稞光热资源利用率，这是青稞实现增产的基础条件[45-46]。