郭宏娟張緒成尹嘉德侯慧芝薛云貴毛偉滔

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,蘭州 730070;2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所,蘭州 730070;3.甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730070)

肥料是作物生長(zhǎng)發(fā)育所需礦質(zhì)養(yǎng)分的主要來源,通過優(yōu)化施肥方式能夠顯著提高作物養(yǎng)分吸收和利用效率,是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增效的有效措施[1]。合理的施肥深度有利于作物形態(tài)指標(biāo)的增加,能有效改善作物的生理特性,從而提高作物產(chǎn)量[2-3]。氮素是蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素等生理活性物質(zhì)的組成元素,直接影響作物的光合作用、產(chǎn)量及品質(zhì)[4]。氮肥深施能對(duì)作物產(chǎn)量和氮肥利用效率產(chǎn)生顯著影響[5-7]。研究發(fā)現(xiàn),氮肥深施比表層撒施更有利于氮素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),即適宜的施氮深度是提高氮肥利用效率和作物產(chǎn)量的有效措施[8-9]。其原因主要是一方面合理的施氮深度可以改變作物深層土壤根系形態(tài)特征和生理活性,改善作物葉片光合生理特性,利于干物質(zhì)累積和轉(zhuǎn)運(yùn)[10-12];另外,氮肥深施可以減少氮素流失,提高葉綠素含量和改善光合特性及延緩葉片功能期,增加光合產(chǎn)物累積[13-16],尤其針對(duì)小麥而言,灌漿期是籽粒產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期,但這一時(shí)期葉片的光合特性正處于衰退狀態(tài),氮肥深施可以延緩旗葉衰老,延長(zhǎng)灌漿時(shí)間,進(jìn)而提高小麥籽粒產(chǎn)量[17]。

光合作用是生態(tài)系統(tǒng)最為重要的化學(xué)反應(yīng)之一[18],光響應(yīng)曲線通過分析光合參數(shù)與光合有效輻射的變化趨勢(shì),模擬計(jì)算光合特征參數(shù),是研究植物光合作用與環(huán)境互作關(guān)系、分析植物光合效率、生長(zhǎng)速率和適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)弱的主要方法之一[19]。研究不同施氮深度下作物光反應(yīng)曲線的變化規(guī)律,進(jìn)而分析其對(duì)光合特性的影響,是定量化分析施氮深度對(duì)作物光合作用調(diào)節(jié)機(jī)制的重要手段,并可以揭示化肥深施增產(chǎn)的生理調(diào)節(jié)機(jī)制。然而,目前大多研究集中在施肥深度的產(chǎn)量和水分利用效應(yīng)方面,而從施氮深度-光合特性-生長(zhǎng)速率-產(chǎn)量的角度,來分析施氮深度增產(chǎn)機(jī)制的研究較少。針對(duì)上述問題,本試驗(yàn)通過生長(zhǎng)模擬桶培養(yǎng)小麥,分析充分供水條件下氮肥深施對(duì)小麥光合特性、生長(zhǎng)速率和生物量的影響,從光合生理角度探明施肥深度和作物生長(zhǎng)和生物量累積的影響,以期為小麥化肥深施技術(shù)提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年3—8月在甘肅省定西市安定區(qū)團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)唐家堡村甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西驗(yàn)站(國(guó)家土壤質(zhì)量安定觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北黃土高原地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站,地理坐標(biāo)35°35'00″N,104°36'00″E)可移動(dòng)式遮雨棚下進(jìn)行。供試土樣采自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院定西試驗(yàn)地0～30 cm 的耕層土壤,取土自然風(fēng)干后過500目篩,所用土壤有機(jī)質(zhì)為12 g·kg-1,全氮為1.2 g·kg-1,全磷為0.7 g·kg-1,速效磷為8.7 mg·kg-1,速效氮為5.6 mg·kg-1,p H 8.4,供試品種為適宜在甘肅省中部春麥旱地品種‘隴春35號(hào)’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)用PVC 材質(zhì)的生長(zhǎng)模擬桶(圖1)培養(yǎng)材料,以小麥為研究對(duì)象,設(shè)置施肥深度15 cm(W15)、30 cm(W30)、和45 cm(W45)3個(gè)處理,每個(gè)處理設(shè)置10桶,另種植10桶作為備用和替換,共計(jì)種植試驗(yàn)材料40桶,在小麥幼苗長(zhǎng)至3片真葉后定苗,去除分蘗,每桶定植40株,整個(gè)生育期各生長(zhǎng)模擬桶栽培管理措施保持一致。在生長(zhǎng)模擬桶內(nèi)每20 cm 布設(shè)盤狀滲灌帶用以補(bǔ)充水分,在15 cm、30 cm、45 cm 土層布設(shè)盤狀滴灌帶,用以養(yǎng)分分層供給,滲灌帶和滴灌帶的水平間距均為10 cm,滴頭間距為10 cm,均在桶外留置長(zhǎng)度5 cm 的接頭用于補(bǔ)給水分和養(yǎng)分。每2 d一次用土鉆(d=2.5 cm)按照桶的序號(hào)在距離桶邊緣10 cm 處,分5 個(gè)(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)土層取樣,采用105 ℃的恒溫下烘干,計(jì)算補(bǔ)水量及時(shí)補(bǔ)給水分,以確保水分供應(yīng)充足。中國(guó)小麥平均產(chǎn)量5 244 kg·hm-2[20],根據(jù)每1 000 kg籽粒養(yǎng)分需求量[21]為基數(shù),確定每桶尿素(含N 46.0%)、過磷酸鈣(含P2O515.0%)和氯化鉀(含K2O 52.0%)用量分別為2.62、3.45、1.67 g,磷肥和鉀肥全部基施,氮肥40.0%基施,在小麥抽穗期和灌漿初期,分別以氮肥30.0%配制2.0%的尿素溶液定量施入。

圖1 作物生長(zhǎng)模擬桶示意圖Fig.1 Schematic diagram of crop growth simulation barrel

1.3 測(cè)定方法與步驟

1.3.1 光響應(yīng)曲線的測(cè)定 在灌漿初期,選擇晴朗的天氣,在觀測(cè)日的上午9:00-11:00期間,采用Li-6400XT 便攜式光合作用儀,測(cè)定小麥旗葉的光響應(yīng)曲線。每個(gè)處理選取3片生長(zhǎng)健壯、受光方向一致的旗葉,測(cè)定在不同的光合有效輻射強(qiáng)度下,小麥旗葉的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)等光合指標(biāo)。測(cè)定時(shí)設(shè)置氣體流速為500 μmol·s-1,CO2濃度為400μmol·mol-1,溫度為(25±0.5)℃,濕度為(50±0.5)%,在該條件下采用1 200μmol·m-2·s-1光強(qiáng)活化10 min,使用02B-LED 紅藍(lán)光源模擬光照強(qiáng)度,設(shè)定11個(gè)光強(qiáng)梯度(0、20、50、100、150、200、400、600、800、1 000、1 200μmol·m-2·s-1),采用自動(dòng)程序測(cè)量,每個(gè)光照強(qiáng)度梯度下測(cè)定時(shí)間為120 s。根據(jù)得到的不同光合有效輻射下的凈光合速率,繪制光合速率的光響應(yīng)(Pn-PAR)曲線,采用非直角雙曲線模型擬合小麥的光響應(yīng)曲線[22],根據(jù)光響應(yīng)曲線計(jì)算Pnmax、Lcp、Lsp、Rd及α等光合特征參數(shù)。擬合方程為:

式中Pn為凈光合速率,α為表觀量子效率,是光響應(yīng)曲線PAR 在0～200μmol·m-2·s-1的初始斜率,PAR 為光合有效輻射,Pnmax為最大凈光合速率,Rd為暗呼吸速率,θ(0＜θ＜1)為該曲線的曲角,光補(bǔ)償點(diǎn)(Lcp)是直線與x軸的交點(diǎn),光飽和點(diǎn)(Lsp)是最大凈光合速率對(duì)應(yīng)的x軸的數(shù)值,根據(jù)麥類作物的特點(diǎn),這里假定當(dāng)Pn達(dá)到最大凈光合速率75%的PAR 來估計(jì)光飽和點(diǎn)。方程為:

1.3.2 SPAD 值測(cè)定 分別在小麥苗期、拔節(jié)期、挑旗期、抽穗期、揚(yáng)花期、灌漿期于各處理選取同一葉齡且長(zhǎng)勢(shì)一致的3 個(gè)植株,通過SPAD-502 plus 葉綠素儀對(duì)小麥的最上部葉片進(jìn)行SPAD 值測(cè)定,每片葉子測(cè)3個(gè)位點(diǎn),取平均值。

1.3.3 干物質(zhì)的取樣與測(cè)定 在小麥播種后1個(gè)月開始取樣,每隔10 d左右取1次樣,每個(gè)處理隨機(jī)選取15株長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株,按序號(hào)逐次取樣,剪掉根部保留小麥地上部分;放入烘箱中在105 ℃下殺青30 min后,將烘箱溫度調(diào)至70 ℃下烘干至恒質(zhì)量。

1.3.4 產(chǎn)量及構(gòu)成因素測(cè)定 收獲時(shí)統(tǒng)計(jì)每桶穗數(shù)、每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)、整株質(zhì)量、株高及千粒質(zhì)量等指標(biāo)。

1.3.5 收獲指數(shù) 收獲指數(shù)計(jì)算公式為:HI=Yd/DW,式中HI為收獲指數(shù),Yd為單位面積籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2),DW為單位面積地上部分干物質(zhì)總量(kg·hm-2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和繪制圖表,利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行光響應(yīng)曲線的非線性回歸分析和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮深度對(duì)小麥旗葉光響應(yīng)曲線的影響

利用非直角雙曲線模型擬合的旗葉Pn與PAR 的關(guān)系圖,實(shí)測(cè)值與擬合值之間吻合度很高(圖2-A)。PAR 在0～200μmol·m-2·s-1區(qū)間,隨PAR 增加各施氮深度處理的旗葉Pn呈直線上升;PAR 在400～1 000μmol·m-2·s-1區(qū)間,旗葉Pn呈曲線式增長(zhǎng),PAR 大于1 000 μmol·m-2·s-1時(shí)旗葉Pn逐漸趨于平穩(wěn)。不同處理的小麥旗葉Pn差異顯著,表現(xiàn)為W30＞W(wǎng)15＞W(wǎng)45,即W30的旗葉接受光照輻射進(jìn)行光合作用并累積干物質(zhì)的能力最強(qiáng),W15次之,W45最弱。

圖2 旗葉的光響應(yīng)曲線Fig.2 Light response curve of flag leaf

圖2-B 表示小麥旗葉Ci與PAR 的響應(yīng)曲線,可以看出各處理的Ci隨著PAR的增加呈下降趨勢(shì),在PAR 大于1 200μmol·m-2·s-1時(shí)趨于穩(wěn)定,Ci表現(xiàn)為W45＞W(wǎng)15＞W(wǎng)30,表明W30的Ci值最低且下降最快,施氮深度在30 cm 時(shí)小麥對(duì)CO2的同化能力最強(qiáng),光能利用能力最高。

圖2-C 表示小麥旗葉Gs與PAR 的響應(yīng)曲線,PAR 在0～200μmol·m-2·s-1時(shí),隨著PAR 增加,Gs基本呈直線上升趨勢(shì);PAR 在400～1 000μmol·m-2·s-1時(shí),Gs趨于平穩(wěn);當(dāng)PAR 大于1 000μmol·m-2·s-1時(shí),隨著PAR增加,W30和W15的Gs逐漸增大,其中W30的Gs增勢(shì)最為顯著,但W45的Gs保持平穩(wěn),說明施氮過深不利于Gs的增大。

圖2-D 表示小麥旗葉Tr與PAR 的響應(yīng)曲線,PAR 在0～200μmol·m-2·s-1時(shí),小麥旗葉Tr增幅較快,水分蒸騰作用加強(qiáng),以滿足小麥光合作用需求;PAR 大于400μmol·m-2·s-1時(shí),各處理Tr的增幅變緩,表現(xiàn)為W30＞W(wǎng)15＞W(wǎng)45,其中W30的Tr增勢(shì)最為顯著,W45的Tr增幅趨于平穩(wěn),說明施氮過深不利于Tr的增大。

2.2 小麥旗葉光響應(yīng)曲線的特征參數(shù)

利用非直角雙曲線模型擬合出光響應(yīng)曲線并計(jì)算光合生理參數(shù),不同施氮深度光響應(yīng)曲線擬合效果均表現(xiàn)良好,但光響應(yīng)曲線參數(shù)有所不同(表1)。Pnmax反映了葉片在光飽和點(diǎn)時(shí)的最大光合能力,不同施氮深度Pnmax存在差異,表現(xiàn)為W30＞W(wǎng)15＞W(wǎng)45,W30的光合能力最強(qiáng);α 是由0～200μmol·m-2·s-1的Pn和PAR 的線性回歸計(jì)算所得,反映葉片在弱光下的光合能力,是光能轉(zhuǎn)化效率的指標(biāo)之一,在不同施氮深度下表現(xiàn)為W15＞W(wǎng)30＞W(wǎng)45,說明W15對(duì)弱光的吸收、轉(zhuǎn)換和利用能力相對(duì)較高;Lcp表示植物適應(yīng)弱光能力的強(qiáng)弱,Lsp反應(yīng)植物適應(yīng)強(qiáng)光的能力,不同施氮深度的Lcp和Lsp表現(xiàn)均為W30＞W(wǎng)45＞W(wǎng)15,表明W15適應(yīng)弱光環(huán)境的能力最強(qiáng),W30適應(yīng)強(qiáng)光環(huán)境的能力最強(qiáng)。Rd反映了植物在黑暗條件下未進(jìn)行光合作用時(shí)的呼吸速率,隨著施氮深度增加,Rd呈先增后減的趨勢(shì),說明氮肥深施達(dá)到一定深度,小麥旗葉會(huì)通過降低生理活性,減弱葉片呼吸作用,減少能量消耗來適應(yīng)環(huán)境。

表1 光響應(yīng)曲線的特征參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of light response curve

2.3 施氮深度對(duì)小麥葉片SPAD值的影響

氮肥深施對(duì)小麥葉片SPAD 值有明顯影響,處理間因生育時(shí)期不同變化趨勢(shì)大致相同(圖3)。小麥葉片的SPAD 值在苗期W15顯著高于W30和W45;W30在拔節(jié)期和挑旗期的葉片SPAD值分別較W15和W45提高了0.9%、2.5%和3.1%、4.0%;抽穗期和揚(yáng)花期W15和W30顯著高于W45;灌漿期W15顯著高于W30和W45,分別增加1.7%、1.2%。

圖3 不同施氮深度小麥葉片的SPAD值Fig.3 SPAD values of wheat leaves at different depths of nitrogen application

2.4 不同施氮深度對(duì)小麥干物質(zhì)累積特征的影響

春小麥苗期至拔節(jié)期(0～40 d)各處理的干物質(zhì)累積量差異不顯著,拔節(jié)后不同施氮深度間差異逐漸顯著,表現(xiàn)為W30＞W(wǎng)15＞W(wǎng)45,且W15與W45之間差異不顯著,不同施氮深度間差異在收獲期達(dá)到最大(圖4-A)。W30小麥全生育期的單株干物質(zhì)累積量較 W15和 W45平均增加12.8%和24.3%,W30在拔節(jié)期(05-21)、揚(yáng)花期(07-01)、灌漿期(07-11)的干物質(zhì)累積量分別較W15和W45增加32.1%、4.8%、1.5%和28.3%、8.0%、2.8%,以上均差異顯著,表明施氮深度能促進(jìn)小麥干物質(zhì)累積。

各處理小麥的干物質(zhì)累積速率的變化關(guān)系大致相同,表現(xiàn)為W30＞W(wǎng)15＞W(wǎng)45(圖4-B)。氮肥深施在播種期-拔節(jié)期的干物質(zhì)累積速率無顯著差異;但自拔節(jié)-揚(yáng)花期開始,W30的干物質(zhì)累積速率顯著高于W15和W45,在拔節(jié)-揚(yáng)花期和揚(yáng)花-成熟期分別較W15和W45增加5.3%、9.5%和21.0%、43.4%,均達(dá)顯著差異水平。

圖4 不同施氮深度的小麥干物質(zhì)累積量和累積速率Fig.4 Dry matter accumulation amount and accumulation rate of wheat at different depths of nitrogen application

2.5 不同施氮深度對(duì)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表2可知,氮肥深施對(duì)小麥株高無明顯影響;W30的穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)顯著高于W15和W45,且W15和W45之間的穗粒數(shù)差異顯著;W30的千粒質(zhì)量顯著高于W15和W45,分別增加14.0%、8.7%;W30的產(chǎn)量顯著高于W15和W45分別增加13.0%、15.4%;W30的生物量顯著高于W15和W45,分別增加12.8%、24.3%,均達(dá)顯著差異水平;W30的收獲指數(shù)顯著高于W15和W45,且W15和W45之間差異不顯著。

表2 不同施肥深度對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響(±s)Table 2 Wheat yield and its componentsat different fertilization depths

表2 不同施肥深度對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響(±s)Table 2 Wheat yield and its componentsat different fertilization depths

注:不同小寫字母分別表示不同處理間達(dá)到顯著性水平(P＜0.05)。Note:Different lowercase indicate the significant differences under different treatments(P＜0.05).

處理Treatment株高/cm Plant height穗長(zhǎng)/cm Spike length穗粒數(shù)Grain number per spike千粒質(zhì)量/g 1 000-grain mass產(chǎn)量/(g·桶-1)Yield生物產(chǎn)量/(g·桶-1)Biological yield收獲指數(shù)Harvest index W15 91.30±0.58 a 10.50±0.00 b 52.00±0.00 b 46.50±2.12 b 96.97±4.41 b 229.73±6.96 b 0.42±0.01 b W30 92.00±0.00 a 11.00±0.00 a 54.00±0.58 a 53.00±1.23 a 109.57±1.94 a 259.20±9.32 a 0.45±0.01 a W45 90.70±1.16 a 10.30±0.29 b 46.00±1.00 c 48.78±0.43 b 94.94±1.21 b 208.53±0.23 c 0.43±0.01 b

2.6 小麥旗葉P n 與產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的相關(guān)性

開花期各處理小麥旗葉的Pn均與產(chǎn)量和生物產(chǎn)量呈線性正相關(guān)關(guān)系(圖5-A 和5-B),隨著旗葉Pn的增大,產(chǎn)量和生物產(chǎn)量逐漸增加,W15旗葉的Pn均與產(chǎn)量和生物產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(P＜0.05),W30與W45旗葉的Pn均與產(chǎn)量和生物產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01);在灌漿期小麥旗葉的Pn均與產(chǎn)量和生物產(chǎn)量呈線性正相關(guān)關(guān)系(圖5-C和5-D),各處理小麥旗葉的Pn均與產(chǎn)量和生物產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01);表明各生育時(shí)期小麥旗葉Pn能較大程度反應(yīng)出產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的水平,旗葉Pn越高越利于產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的形成,即不同施氮深度Pn的變化對(duì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的形成具有一定的影響。

圖5 小麥旗葉凈光合速率(P n)與產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.5 Correlationbetween net photosynthetic rate(P n)and yield,biomass in flag leaves of wheat

3 討論

3.1 施氮深度對(duì)小麥旗葉光響應(yīng)曲線的影響

肥料深施可促進(jìn)小麥旗葉PSⅡ反應(yīng)中心性能,提高旗葉光合速率,延長(zhǎng)光合功能期[23],較深層次施肥可促進(jìn)小麥根系下扎,增強(qiáng)下層根系活力,提高小麥旗葉的光合效率[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,Pn、Gs和Tr隨施氮深度增加呈先增后減的趨勢(shì),而Ci的變化趨勢(shì)相反,呈先減后增的趨勢(shì),說明此時(shí)小麥旗葉光合作用主要受到的非氣孔限制因素的影響,施氮深度30 cm 處理較施氮深度15和45 cm 處理Pn、Gs和Tr顯著提高,Ci顯著降低,與前人研究結(jié)果一致[25]。因此,合理的施氮深度能在一定程度上延緩氣孔導(dǎo)度的降低,提高旗葉胞間CO2濃度的同化能力,進(jìn)而促進(jìn)光合速率的增加。

3.2 施氮深度對(duì)小麥旗葉光合特征參數(shù)的影響

作物光合能力的強(qiáng)弱反應(yīng)其對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力強(qiáng)弱[26],光響應(yīng)曲線是測(cè)評(píng)作物光合特性的有效途徑,非直線雙曲線模型能夠合理分析光響應(yīng)曲線的過程并擬合得到較為合理的數(shù)據(jù)[27],本試驗(yàn)利用非直角雙曲線方程對(duì)光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合所得的α、Pn、Pnmax、Lcp、Lsp和Rd等光響應(yīng)參數(shù),有助于分析不同施氮深度對(duì)旗葉的光合作用機(jī)制,本試驗(yàn)擬合參數(shù),隨著施氮深度的增加,小麥旗葉的Pnmax和Rd表現(xiàn)為W30＞W(wǎng)15＞W(wǎng)45,Lcp和Lsp表現(xiàn)為W30＞W(wǎng)45＞W(wǎng)15,α 表現(xiàn)為W15＞W(wǎng)30＞W(wǎng)45,說明氮肥深施可以優(yōu)化光響應(yīng)特征參數(shù),改善小麥的光合作用能力,促進(jìn)旗葉的光合轉(zhuǎn)化效率,提升小麥適應(yīng)強(qiáng)光和高溫及利用弱光的能力,增強(qiáng)小麥對(duì)生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)能力,一定程度上提高小麥利用光能的潛能。

3.3 施氮深度對(duì)小麥葉片SPAD值的影響

氮是構(gòu)成葉綠素的重要元素,葉綠素含量受氮素供應(yīng)水平的影響,深施氮肥可以改善葉片質(zhì)量,提高植株的光合能力[28],李亞妮等[29]研究表明,適宜施氮深度能促進(jìn)葉綠素合成,改善葉片質(zhì)量,從而增強(qiáng)葉片的光合作用。SPAD 值可直接反映葉綠素含量的高低,葉綠素含量是反映葉片生理活性變化和光合作用強(qiáng)弱的重要指標(biāo),本試驗(yàn)結(jié)果表明,施氮深度可改變?nèi)~片的SPAD 值,在小麥苗期W15的SPAD 值最高,在拔節(jié)期-挑旗期,W30的SPAD 值最高,抽穗和揚(yáng)花期W15和W30的SPAD 值高于W45,灌漿期W15的SPAD 值高于W30和W45。這與俞洪燕等[30]的研究結(jié)果不同,產(chǎn)生這種差異的原因一方面是小麥各生育時(shí)期根長(zhǎng)密度和根系活力不同,隨根系的下扎,施氮深度應(yīng)由淺至深,施氮過深會(huì)使葉片SPAD值下降,從而降低小麥的光合速率。另外,玉米根系在形態(tài)上與小麥存在差異,也會(huì)導(dǎo)致施氮深度的不同反應(yīng)。因此,適宜的施氮深度能增加葉片SPAD 值,有助于增強(qiáng)作物光合能力,從而提高產(chǎn)量。

3.4 施氮深度對(duì)小麥干物質(zhì)及產(chǎn)量的影響

化肥深施能促進(jìn)作物養(yǎng)分的吸收,有利于作物生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量的增加[31],土柱栽培條件下,肥料深施20～40 cm 時(shí),小麥各生育時(shí)期的干物質(zhì)累積量最高[32],籽粒產(chǎn)量的高低取決于干物質(zhì)的累積、分配與轉(zhuǎn)運(yùn),氮肥深施能提高作物花后干物質(zhì)累積量,提高籽粒產(chǎn)量[12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在小麥不同生育時(shí)期,干物質(zhì)累積量隨施氮深度的增加呈先增后減趨勢(shì),成熟期各處理差異達(dá)到最大;不同生育階段干物質(zhì)累積速率均表現(xiàn)為W30＞W(wǎng)15＞W(wǎng)45,在小麥生殖生長(zhǎng)階段(揚(yáng)花期-成熟期)干物質(zhì)累積速率達(dá)到最大且處理間差異顯著。施氮深度30 cm 處理的干物質(zhì)累積量和產(chǎn)量均高于施氮深度15和45 cm 的處理,這主要是氮肥深施促進(jìn)作物對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收利用,合理的施氮深度利于作物地上部與根系和籽粒的協(xié)調(diào),最終提高產(chǎn)量。但氮肥深施45 cm 時(shí),小麥干物質(zhì)累積量隨施氮深度增加反而降低,說明施氮過深不利于小麥產(chǎn)量形成。本項(xiàng)試驗(yàn)是在嚴(yán)格的控制條件下完成,試驗(yàn)結(jié)果具有一定的理論和技術(shù)指導(dǎo)意義,但由于受年際間的光照和溫度、以及品種等差異的影響,仍需要開展多年的大田試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證,這也是未來需要開展的重要工作內(nèi)容。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)從光合的角度定量分析增加施肥深度促進(jìn)增產(chǎn)的原因,擬解決施肥深度和小麥生產(chǎn)的量化關(guān)系問題。不同施氮深度對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育有顯著影響,施氮深度為30 cm 能通過改善光合特征參數(shù),增加葉片的SPAD 值,提高小麥葉片光能轉(zhuǎn)化效率和灌漿期旗葉光合同化力,促進(jìn)小麥對(duì)光環(huán)境的適應(yīng)能力,提高旗葉光合利用率和光合潛力,進(jìn)而利于干物質(zhì)累積和提高小麥產(chǎn)量。氮肥深施在不同生育時(shí)期Pn與產(chǎn)量和生物產(chǎn)量均呈線性正相關(guān)性關(guān)系,表明施氮深度對(duì)小麥的光合生理具有調(diào)節(jié)作用。因此,合理的施氮深度能提高灌漿期旗葉的光合速率,改善旗葉光合生理特性,提高了小麥的光能利用潛力及環(huán)境適應(yīng)性,利于干物質(zhì)累積和提高籽粒產(chǎn)量。