于豐鑫，石 玉，趙俊曄，王西芝，于振文

(1. 山東農業(yè)大學農業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室,山東泰安 271018; 2.中國農業(yè)科學院農業(yè)信息研究所,北京 100081；3.濟寧市兗州區(qū)農業(yè)科學研究所，山東濟寧 272100)

黃淮海冬麥區(qū)是我國小麥主產區(qū)，小麥產量占全國小麥總產量的61.6%[1]。土壤肥力是影響小麥產量的關鍵因素之一，對小麥產量的平均貢獻率為51.4%[2]。土壤肥力直接或間接影響小麥的耗水特性和光合特性。研究表明，在0～20 cm土層土壤有機質含量9.11g·kg-1、堿解氮含量36.47 mg·kg-1的土壤肥力條件下，小麥全生育期0～200 cm土層土壤貯水消耗總量為223.6 mm[3]。在產量為8 020 kg·hm-2的高土壤肥力條件下，小麥開花期旗葉葉綠素相對含量為58.90，最大潛在光化學效率(Fv/Fm)為0.858，相對電子傳遞速率(ETR)可達34.27[4]。亦有研究發(fā)現，在0～20 cm土層土壤有機質為22.29 g·kg-1、全氮為1.13 g·kg-1的高土壤肥力條件下，小麥平均籽粒灌漿速率達到1.3 mg·d-1[5]。

在中國北方小麥種植區(qū)，在0～20 cm土層土壤有機質含量10～14.9 g·kg-1、全氮含量1～1.5 g·kg-1、速效磷含量10～19.8 mg·kg-1和速效鉀含量100～200 mg·kg-1條件下，小麥產量可達8 000～10 000 kg·hm-2[6]。Moharana等[7]研究認為，在高土壤肥力條件下，小麥籽粒產量比低土壤肥力高43.24%?？梢姼咄寥婪柿δ茱@著提高小麥產量。但前人對于小麥旗葉葉綠素熒光特性的研究多集中在同一土壤肥力條件下進行。本試驗選擇兩種不同水平的土壤肥力地塊，研究了土壤肥力對小麥品種煙農1212旗葉葉綠素熒光特性和產量的影響，以期為小麥高產栽培中的土壤培肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于 2016-2017年小麥生長季，在山東省濟寧市兗州區(qū)小孟鎮(zhèn)史家王子村進行，小麥全生育期降水量為280.7 mm，其中播種至拔節(jié)為115.3 mm，拔節(jié)至開花60.1 mm，開花至成熟51.1 mm。土壤質地為壤土。試驗田前茬作物為玉米。

供試小麥品種為煙農1212。選擇高低兩種土壤肥力地塊，兩地塊常年小麥產量水平分別為12 000和9 000 kg·hm-2。兩試驗地為相鄰的兩農戶麥田，高土壤肥力地塊由養(yǎng)殖戶種植，施有機肥多，因而基礎地力高。每小區(qū)面積80 m2(長40 m×寬2 m)，3次重復。兩地塊0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量見表1。

小麥播前每公頃施有機肥3 750 kg(含N 0.65%、P2O50.23%、K2O 0.78%)。底施純氮105 kg·hm-2、P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2，拔節(jié)期追施純氮135 kg·hm-2。肥料為尿素、磷酸二銨和氯化鉀。冬前、拔節(jié)期和開花期各灌水一次，灌水方式為畦灌，灌水60 mm。2016年10月13日播種，三葉一心期定苗，留苗密度180株·m-2，其他管理措施同一般超高產田。

表1 播種前0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量Table 1 Soil nutrient content in the 0-20 cm soil layer before sowing

1.2 測定指標和方法

1.2.1 土壤含水量的測定

用土鉆取0～200 cm土層的土壤，每20 cm為一層，將土壤混勻立即裝入鋁盒，105 ℃烘干至恒重，計算土層土壤質量含水量和土壤貯水消耗量。

土壤質量含水量=(土壤鮮重-土壤干重)/土壤干重×100%。

式中，Si為土壤貯水消耗量；i為土層編號；n為總土層數；γi為第i層土壤容重；Нi為第i層土壤厚度；θi1和θi2分別為第i層土壤時段初和時段末的質量含水量。

1.2.2 旗葉葉綠素相對含量的測定

采用美國產CCM-200PLUS葉綠素儀分別于開花后0 d、7 d、14 d、21 d、28 d和35 d測定各小區(qū)小麥旗葉SPAD值，5次重復。

1.2.3 旗葉葉綠素熒光參數的測定

在各區(qū)取樣點標記同一天開花的小麥單莖，采用英國Hansatech公司產FmS-2型熒光儀分別于開花后0 d、7 d、14 d、21 d、28 d和35 d的上午9:00-10:00測定小麥旗葉自然光照下相對電子傳遞速率(ETR)，暗處理30 min后，測定旗葉初始熒光值(Fo)和最大熒光值(Fm)。重復測定5次。PSⅡ潛在最大光化學效率(Fv/Fm)通過以下公式[9]計算得出：Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm

1.2.4 葉面積指數的測定

于小麥拔節(jié)期、孕穗期、開花期及開花后7 d、14 d、21 d、28 d和35 d，用英國產Sunscan冠層分析儀測定葉面積指數，測定時將作物冠層分析儀探桿與小麥種植行向平行置于相鄰小麥行間，外置探頭距地面1.5 m處進行測量，記錄數據。

1.2.5 小麥籽粒灌漿速率的測定

標記同一天開花的小麥穗，在開花后7 d、14 d、21 d、28 d和35 d取樣。每小區(qū)取20個麥穗，在105 ℃下殺青30 min，然后70 ℃下烘干至恒重。測定籽粒干重，折算千粒重，計算灌漿速率。

1.2.6 小麥產量及產量構成因素的測定

于小麥成熟期每小區(qū)調查穗數，計算單位面積穗數。每處理取30穗，調查穗粒數。在小麥收獲后取籽粒樣品，數1 000粒稱重。于小麥成熟期按小區(qū)收獲，脫粒、自然風干后測定實際產量。籽粒水分含量為12.5%。所有測定項目每處理3次重復。計算水分利用效率(籽粒產量/全生育期耗水量)和氮肥偏生產力(籽粒產量/施氮量)。

2 結果與分析

2.1 土壤肥力對小麥全生育期0～200 cm土層土壤貯水消耗量的影響

由圖1看出，與低肥力麥田相比，高肥力條件下小麥全生育期對0～60 cm土層土壤貯水消耗量略低，但顯著提高了60～100 cm土層土壤貯水消耗量，而兩種肥力間120～200 cm土層土壤貯水消耗量無顯著差異。

圖1 不同土壤肥力下全生育期0～200 cm 土層土壤貯水消耗量Fig.1 Soil water consumption amount in 0-200 cm soil layers in the whole growth stages of Yannong 1212 under different soil fertilities

2.2 土壤肥力對小麥旗葉葉綠素含量的影響

由圖2看出，在開花后0～14 d，兩種肥力下小麥旗葉葉綠素相對含量(SPAD)無顯著差異；在開花后21～35 d，高肥力條件下小麥旗葉SPAD值分別比低肥力高11.79%、92.89%和58.89%。這說明高土壤肥力有利于小麥灌漿中后期旗葉保持較高的葉綠素含量，延緩了旗葉衰老，促進籽粒灌漿和增加粒重。

2.3 土壤肥力對小麥旗葉熒光參數的影響

兩種土壤肥力間小麥開花后0～14 d的旗葉實際光化學效率(ΦPSⅡ)、開花后0～21 d的最大潛在光化學效率(Fv/Fm)、開花后0～7 d的旗葉相對電子傳遞速率(ETR) 以及開花后0～21 d的光化學猝滅系數(qp)均無顯著差異，灌漿后期的旗葉各熒光參數均表現為高土壤肥力顯著高于低土壤肥力(圖3)，說明提高土壤肥力有利于改善小麥灌漿中后期功能葉片的熒光特性。

2.4 土壤肥力對小麥葉面積指數的影響

自拔節(jié)期后，高土壤肥力條件下小麥葉面積指數不同程度地高于低土壤肥力(圖4)，其中在孕穗期、開花期、開花21～35 d兩種土壤肥力間差異顯著，說明高土壤肥力可使小麥在灌漿期保持較高的光合面積，有利于小麥光合物質生產和產量形成。

圖柱上的不同小寫字母表示處理間差異達0.05顯著水平。圖3和圖4同。

Different small letters above the columns mean significant difference among the different treatments at 0.05 level. The same in figure 3 and figure 4.

圖2土壤肥力對小麥開花后旗葉葉綠素相對含量(SPAD)的影響

Fig.2Effectofsoilfertilityonchlorophyllcontent(SPAD)ofwheatflagleavesafteranthesis

圖3 土壤肥力對小麥開花后實際光化學效率、最大光化學效率、 旗葉相對電子傳遞速率和光化學猝滅系數的影響Fig.3 Effect of soil fertility on ΦPSⅡ,Fv/Fm,ETR and qp of wheat flag leaves after anthesis

JS:拔節(jié)期;BS:孕穗期;AS:開花期;7dAA:花后7 d;14dAA:花后14 d;21dAA:花后21 d;28dAA:花后28 d;35dAA:花后35 d。

JS:Jointing stage;BS:Booting stage;AS:Anthesis stage;7dAA:7 d after anthesis;14dAA:14 d after anthesis;21dAA:21 d after anthesis;28dAA:28 d after anthesis;35dAA:35 d after anthesis.

圖4 不同土壤肥力下小麥各生育時期葉面積指數

同列數值后的不同小寫字母表示處理間差異達0.05顯著性水平。表3同。

Different small letters following the values in same column mean significant differences among the different treatments at 0.05 level. The same in table 3.

表3 不同土壤肥力下小麥產量和水分利用效率及氮肥偏生產力Table 3 Wheat yield,water use efficiency and nitrogen partial productivity under different soil fertilities

2.5 土壤肥力對小麥籽粒灌漿速率的影響

由表2可以看出，開花后7 d、14 d和21 d，兩種土壤肥力間小麥籽粒灌漿速率無顯著差異；開花后28 d和35 d，高土壤肥力下小麥籽粒灌漿速率較低土壤肥力分別提高19.57%和19.23%。整個灌漿期高土壤肥力的平均灌漿速率為1.37 mg·grain-1·d-1，比低土壤肥力高5.38%。這說明高土壤肥力可促進灌漿后期的籽粒灌漿，有利于粒重和產量的提高。

2.6 土壤肥力對小麥產量及水肥利用效率的影響

由表3可以看出，高土壤肥力條件下小麥穗數、穗粒數、千粒重和產量以及水分利用效率和氮肥偏生產力均顯著高于低土壤肥力，說明高土壤肥力可促進小麥高產和水肥高效利用。

3 討 論

土壤貯水是小麥生育期耗水的重要來源，增加土壤貯水消耗量可以有效降低灌水量[12]。研究表明，在有機質含量15.06 g·kg-1、堿解氮含量63.61 mg·kg-1的土壤肥力條件下，小麥全生育期0～200 cm土壤貯水消耗總量為223.4 mm[13]。在產量為4 995.1 kg·hm-2和3 650.7 kg·hm-2的兩種土壤肥力條件下，高土壤肥力0～200 cm土壤貯水消耗量比低土壤肥力高20.09%，且以60～120 cm土壤貯水消耗差異最明顯[14]。本試驗條件下，高土壤肥力下小麥全生育期60～100 cm土層土壤貯水消耗量也顯著高于低土壤肥力，說明高土壤肥力促進了小麥對土壤貯水的吸收利用。

土壤養(yǎng)分是土壤肥力評價的重要指標。在高、中、低土壤肥力條件下，0～20 cm 土層有機質含量分別為16.3、12.93、7.57 g·kg-1，全氮含量分別為0.91、0.77、0.64 g·kg-1[15]。高土壤肥力下小麥開花期旗葉葉綠素含量均高于中、低土壤肥力，是其促進小麥高產的重要原因[16]。在本試驗條件下，高土壤肥力顯著提高了小麥灌漿中后期的旗葉葉綠素含量、ΦPSⅡ、Fv/Fm、ETR、qp和葉面積指數，延緩了旗葉衰老。另外，高土壤肥力下小麥灌漿速率較高[17-18]。本驗結果也證明了這一點。這進一步說明高土壤肥力可改善小麥灌漿期光合能力，有利于獲得更多的光合產物，促進產量形成。

在黃淮海冬麥區(qū)，高土壤肥力處理的小麥籽粒產量比低土壤肥力處理提高40.63%[19]。土壤肥力通過影響小麥產量三要素來提高產量，但不同研究中產量三要素變化不同。有研究指出，在高肥力條件下，小麥穗數和穗粒數比低土壤肥力分別高54.55%和12.13%，粒重無顯著差異，產量高77.83%[20]。還有研究表明，高土壤肥力的小麥穗數與低土壤肥力無顯著差異，但高土壤肥力下穗粒數和千粒重比低土壤肥力分別高78.51%和21.63%，增產48.85%[21]。本試驗中，高土壤肥力顯著提高了小麥穗數、穗粒數和千粒重，產量比低土壤肥力高19.8%。這些研究中小麥產量結構的差異可能與小麥品種以及生態(tài)條件不同有關，因此未來的研究需要采用多個品種在不同生態(tài)區(qū)進一步開展試驗。