張向前，曹承富，張存嶺，喬玉強，杜世州，李 瑋，趙 竹，陳 歡

（1.安徽省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，安徽省農(nóng)作物品質(zhì)改良重點實驗室，安徽合肥 230031；2.安徽省濉溪縣科學技術(shù)協(xié)會，安徽淮北 235100）

長期不同施肥模式下砂姜黑土小麥根系和光合的差異性研究

張向前1，曹承富1，張存嶺2，喬玉強1，杜世州1，李 瑋1，趙 竹1，陳 歡1

（1.安徽省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，安徽省農(nóng)作物品質(zhì)改良重點實驗室，安徽合肥 230031；2.安徽省濉溪縣科學技術(shù)協(xié)會，安徽淮北 235100）

為明確長期單一施肥模式效果間的差異，研究了5種長期定位（34年）施肥模式對砂姜黑土小麥根系和光合的影響。結(jié)果表明，CK（不施肥）的根系性狀表現(xiàn)最差，MNPK（有機肥與化肥配施等氮）與HMNPK（有機肥與化肥配施高氮）的總根長、總根表面積、總根體積和總根尖數(shù)顯著高于NPK（單施化肥）和M（單施有機肥）處理，NPK與M間的總根表面積、平均根直徑、總根體積差異不顯著。長期有機肥與化肥配施（MNPK和HMNPK）相對于長期單施化肥（NPK）和有機肥（M）能提高小麥上3葉的長寬。在孕穗期，MNPK的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率最高，但與HMNPK差異不顯著；在灌漿中期（MNPK與HMNPK發(fā)生倒伏），NPK和M處理的光合特性表現(xiàn)優(yōu)于有機肥與化肥配施處理MNPK和HMNPK，MNPK的光合特性亦優(yōu)于HMNPK（倒伏最重）。在孕穗期，有機肥與化肥配施相對于長期單施化肥和有機肥利于小麥葉綠素熒光參數(shù)的改善；灌漿中期，M處理的葉綠素熒光參數(shù)表現(xiàn)最優(yōu)，MNPK的ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP顯著高于HMNPK?？偢L、總根表面積、平均根直徑、總根體積、總根尖數(shù)皆與光合高效葉片長寬及產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系；根系性狀、產(chǎn)量與光合特性、葉綠素熒光參數(shù)Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，與胞間CO2濃度、Fo、qN呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。研究得出，有機肥與化肥配施雖有利于小麥根系及高效光合葉片長寬的改善，但有機肥與化肥配施高氮下遇特殊天氣由于肥力較高易發(fā)生倒伏，造成光合速度的下降。

根系性狀；葉片長寬；光合特性；葉綠素熒光

長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐證明，肥料的合理使用是作物持續(xù)豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素，在提高作物產(chǎn)量和保障國家糧食安全上起到了不可替代的作用［1］。肥料對作物產(chǎn)量的貢獻率為35.0%～66.0%［2］，如何合理施肥對提高肥料利用效率增加作物產(chǎn)量具有很大的調(diào)控區(qū)間［3-4］。長期定位土壤培肥試驗具有時間的長期性和氣候的重復性等特點，信息量豐富，數(shù)據(jù)準確可靠，解釋能力強，能從生產(chǎn)的可持續(xù)性出發(fā)研究施肥對作物生長發(fā)育、生理特性及產(chǎn)量的影響，可為確定區(qū)域合理施肥模式，改善作物生長發(fā)育狀態(tài)和提升作物產(chǎn)量提供重要的參考依據(jù)。

作物根系不僅是吸收土壤水分和養(yǎng)分的主要器官，也是合成某些氨基酸、激素等生理活性物質(zhì)的重要場所，其數(shù)量、分布和構(gòu)型等特征對作物的生理特性、群體抗逆性及生長發(fā)育和產(chǎn)量形成具有重要的影響［5-6］。光合作用是植物生長發(fā)育的基礎，作物產(chǎn)量的90%～95%來自光合作用，作物產(chǎn)量的調(diào)控都是通過各種農(nóng)事活動直接或間接改善作物光合性能來實現(xiàn)的［7-8］。安徽淮北地區(qū)小麥種植面積達160萬hm2以上，是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一，但該區(qū)土壤主要為具有“旱、澇、僵、瘠”不良屬性的砂姜黑土，且施肥上也存在很大程度的盲目性和不科學性，導致了該區(qū)小麥根系生長發(fā)育受阻和光合效應低下［9］?；谏鲜鲈?，本試驗研究了長期不同施肥模式對砂姜黑土區(qū)小麥根系和光合的影響，一方面擬通過明確作物根系和光合對長期不同單一施肥模式的響應機制闡明同一塊田地經(jīng)常年不同施肥后是否會導致作物在根系生長發(fā)育和光合性能方面存在明顯差異；另一方面為確立砂姜黑土長期適宜施肥模式提供參考和依據(jù)，以進一步提高安徽淮北砂姜黑土區(qū)土壤基礎肥力，改善作物根系和光合特性，充分挖掘該區(qū)小麥生產(chǎn)潛力。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

長期定位土壤培肥試驗（1981年-）位于安徽省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所濉溪縣楊柳試驗站，供試土壤為砂姜黑土，成土母質(zhì)為黃土性古河沉積物。長期定位試驗開始前0～20 cm耕層土壤基礎理化性狀為有機質(zhì)10.22 g/kg、全氮0.78 g/kg、全磷0.47 g/kg、堿解氮64.10 mg/kg、速效磷2.50 mg/kg、pH值7.6。

該試驗在2014-2015年進行，試驗小區(qū)面積為30 m2，小區(qū)間筑水泥作永久性田埂作分離，種植模式為小麥-玉米輪作，種植小麥品種為濟麥22，每季作物收獲后將地上部秸稈移除，實施根茬還田。試驗共分5個施肥處理（表1），每個處理4次重復。施肥的 4個處理實行定氮，磷、鉀素不統(tǒng)一定量。所用化肥為復合肥（N、P2O5和K2O含量皆為15%），N素不足用尿素補齊。所施有機肥為豆餅肥（N 60～70 g/kg、P2O510～30 g/kg、K2O 0～30 g/kg、有機質(zhì)300～400 g/kg），有機肥用量均按當季肥料養(yǎng)分分析后的實際含量折算。磷鉀肥和有機肥全部用作基肥，且有機肥全部于小麥季施用，夏播作物不施有機肥。氮肥基追比例小麥為6∶4（拔節(jié)期追施），玉米為3∶5（大口期追肥）。

表1 1981年至今各處理周年肥料施用量Tab.1 App lied fertilizer am ount in different treatm ents since 1981

1.2 樣品采集與測定

根系性狀：于小麥灌漿中期用挖掘法取0～40 cm土壤中小麥根系，將所取根樣裝入大塑料袋中，帶回實驗室后用0.25 mm土壤篩和自來水將根系沖洗干凈。然后把洗干凈的小麥根系放入裝有少量水的有機玻璃盤上，用鑷子小心將每條根展開，使根與根之間不交叉不重疊，用根系圖像分析軟件W in-Rhizo（Regent Instruments，Canada）對每株小麥根系進行掃描和分析，測量指標分別為總根長、總表面積、平均直徑、總體積、總根尖數(shù)，每個處理重復5次。

高效光合葉片長寬：于孕穗期和灌漿中期每小區(qū)取10棵小麥單莖，用直尺量取從小麥頂端數(shù)的第1-3片葉的長度和最寬處，分別記為倒1葉、倒2葉和倒3葉。

光合特性：于小麥孕穗期和灌漿中期采用Li-6400便攜式光合儀（美國LI-COR公司）選擇晴朗無云天氣在上午9：30-11：30測定小麥旗葉光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。

葉綠素熒光參數(shù)：于小麥孕穗期和灌漿中期選擇植株生長進程一致且受光方向相同的小麥旗葉，用德國WALZ公司生產(chǎn)的PAM-2500型熒光儀測定旗葉各葉綠素熒光參數(shù)，測定時先暗適應20 m in進行暗適應測定，然后再進行光適應測定。測定指標包括初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、最大光化學效率（Fv/Fm）、實際光化學效率（ΦPSⅡ）、電子傳遞速率（ETR）、光化學淬滅系數(shù)（qP）和非光化學淬滅系數(shù)（qN）。

1.3 統(tǒng)計分析

采用SPSS 17.0軟件和最小顯著差數(shù)法（LSD）進行顯著性檢驗，運用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對小麥根系性狀的影響

2.1.1 單株總根長 從圖1可以看出，不施肥CK的總根長最低（189.54 cm），HMNPK處理的總根長最大（406.16 cm）。與長期不施肥處理CK相比，長期單施化肥NPK和單施有機肥M的總根長分別比CK顯著（P＜0.05）增加了70.8%和85.1%，長期有機肥與化肥配施MNPK和HMNPK處理分別比CK顯著增加了109.8%和114.3%。長期單施化肥NPK的總根長低于長期單施有機肥M，且差異顯著，長期有機肥與化肥配施MNPK的總根長略低于HMNPK，但兩者間的差異不顯著。與長期單施化肥和有機肥相比，長期有機肥與化肥配施能顯著提高小麥總根長，其中MNPK和HMNPK的總根長比NPK顯著增加了22.8%和25.5%，比M顯著增加13.3%和15.8%。

圖1 不同施肥處理對小麥總根長的影響Fig.1 The in fluence of different fertilizer treatm ents on total root length of wheat

2.1.2 單株總根表面積 從圖2可以看出，長期不施肥處理CK的總根表面積最小（119.86 cm2），HMNPK處理的總根表面積最大（350.76 cm2）。與長期不施肥處理CK相比，長期單施化肥NPK和單施有機肥M的總根表面積分別比CK顯著（P＜0.05）增加了139.8%和150.6%，長期有機肥與化肥配施MNPK和HMNPK處理分別比CK顯著增加了177.5%和192.6%。與長期單施化肥和有機肥相比，長期有機肥與化肥配施能顯著提高小麥總根長，其中MNPK和HMNPK的總根表面積比NPK顯著增加了15.7%和22.0%，比M顯著增加10.8%和16.8%。此外，長期單施有機肥M的總根表面積略高于長期單施化肥NPK，但兩者間的差異不顯著，長期有機肥與化肥配施MNPK的總根表面積略低于HMNPK，但二者間的差異亦不顯著。

圖2 不同施肥處理對小麥總根表面積的影響Fig.2 The in fluence of d ifferent fertilizer treatm ents on total root surface area of wheat

2.1.3 單株平均根直徑 從圖3可以看出，不施肥處理CK的根直徑最?。?.617 mm），MNPK處理的根直徑最大（0.888 mm）。與CK相比，長期施肥處理NPK、M、MNPK和HMNPK的根直徑分別增加了39.5%，38.9%，43.9%，41.7%，且差異顯著（P＜0.05）。從圖3中亦可看出，長期單施化肥和有機肥處理的根直徑雖低于長期有機肥與化肥配施處理，但NPK、M、MNPK和HMNPK處理間的差異皆不顯著，表明小麥根直徑受長期不同施肥模式的影響不顯著。

圖3 不同施肥處理對小麥平均根直徑的影響Fig.3 The in fluence of d ifferent fertilizer treatm entson average root d iam eter of wheat

2.1.4 單株總根體積 從圖4可以看出，長期有機肥與化肥配施HMNPK處理的總根體積最大（5.32 cm3），長期不施肥處理CK的總根體積最?。?.04 cm3）。與長期不施肥處理CK相比，長期單施化肥NPK和單施有機肥M的總根體積分別比CK顯著增加117.6%和127.0%，長期有機肥與化肥配施MNPK和HMNPK處理分別比CK顯著增加了151.5%和160.8%。與長期施肥處理NPK和M相比，MNPK和HMNPK施肥處理能顯著提高小麥總根體積，其中MNPK和HMNPK的根體積比NPK處理顯著增加了15.5%和19.8%，比M顯著增加了10.8%和14.9%。此外，長期單施有機肥M的總根體積略高于長期單施化肥NPK，長期有機肥與化肥配施MNPK的總根體積亦略低于HMNPK，但處理NPK與M間，MNPK與HMNPK間的差異皆不顯著。

圖4 不同施肥處理對小麥總根體積的影響Fig.4 The in fluence of different fertilizer treatm ents on total root volum e of wheat

2.1.5 單株總根尖數(shù) 從圖5可以看出，長期不施肥處理CK的總根尖數(shù)最低（868.8個），長期施肥處理NPK、M、MNPK和HMNPK的總根尖數(shù)分別比CK顯著增加了162.4%，137.8%，186.5%，192.7%。與長期單施化肥NPK和有機肥M相比，長期有機肥與化肥配施能顯著提高小麥總根尖數(shù)，其中MNPK和HMNPK的總根尖數(shù)比NPK顯著增加了20.5%和23.1%，比M分別顯著增加了9.2%和11.5%。此外，長期單施有機肥M的總根尖數(shù)顯著高于長期單施化肥NPK，而長期有機肥與化肥配施MNPK與HMNPK間的總根尖數(shù)差異不顯著。

圖5 不同施肥處理對小麥總根尖數(shù)的影響Fig.5 The influence of different fertilizer treatm ents on total root tips of wheat

2.2 不同施肥處理對光合效應的影響

2.2.1 冠層光合高效葉片長寬 小麥倒1葉（表2）、倒2葉和倒3葉長寬以長期不施肥處理CK的值最低，有機肥與化肥配施HMNPK處理的值最高，其中HMNPK倒1葉長寬、倒2葉長寬和倒3葉長寬在孕穗期和灌漿中期分別比CK顯著（P＜0.05）增加了155.3%，132.7%，151.8%，105.8%，61.2%，117.2%和136.1%，96.7%，96.7%，89.8%，62.1%，104.1%。長期單施化肥和有機肥與長期不施肥相比能顯著提高小麥上3葉的長寬，但長期單施化肥NPK和長期單施有機肥M兩處理間的差異皆不顯著。長期有機肥與化肥配施（MNPK和HMNPK）相對于長期單施化肥（NPK）和有機肥（M）能明顯提高小麥上3葉的長寬，其中MNPK和HMNPK處理的倒1葉長寬、倒2葉長寬和倒3葉長寬在灌漿中期分別比單施化肥NPK增加了22.4%，6.9%，19.7%， 9.7%，5.3%，6.6%和31.5%，11.3%，23.6%，16.0%，12.7%，9.6%，比M分別增加了12.6%，4.9%，16.6%，6.7%，4.4%，9.0%和20.9%， 9.3%，20.4%，12.8%，11.7%，12.0%。此外，長期有機肥與化肥配施MNPK和HMNPK 2個處理間上3葉的長寬差異皆不顯著。

表2 不同施肥處理對小麥葉片長寬的影響Tab.2 The influence of d ifferen t fertilizer treatm ents on leaf length and w id th of wheat cm

2.2.2 葉片光合特性 在孕穗期長期不施肥處理CK的光合速率（表3）、氣孔導度、蒸騰速率最低，胞間CO2濃度最高，長期有機肥與化肥配施MNPK處理的光合速率、氣孔導度、蒸騰速率最高，胞間CO2濃度最低。長期單施有機肥M的光合速率、氣孔導度、蒸騰速率高于長期單施化肥NPK，而胞間CO2濃度低于長期單施化肥NPK處理，且2個處理間的光合速率、氣孔導度和胞間CO2濃度差異不顯著（P＞0.05）。長期有機肥與化肥配施MNPK處理的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率比長期單施化肥NPK和有機肥M分別顯著增加了30.5%，13.7%，14.7%和19.4%，10.7%，7.9%。長期有機肥與化肥配施MNPK與HMNPK 2個處理間的光合速率、氣孔導度、蒸騰速率和胞間CO2濃度差異皆不顯著。在灌漿中期（MNPK與HMNPK 2個處理小麥發(fā)生了倒伏），NPK和M處理的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率最高，胞間CO2濃度最低。不施肥處理CK的光合速率、氣孔導度、蒸騰速率和胞間CO2濃度與其他施肥處理間皆差異顯著。由于HMNPK處理小麥的倒伏程度明顯高于處理MNPK，MNPK的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率比HMNPK增加了12.4%，5.7%和3.6%，胞間CO2濃度顯著降低了14.5%。長期單施化肥NPK處理的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率分別比MNPK和HMNPK增加了6.5%，2.8%，5.8%和19.7%，8.7%，9.7%，胞間CO2濃度分別降低了1.7%和15.9%。

表3 不同施肥處理對小麥光合特性的影響Tab.3 The in fluence of different fertilizer treatm ents on wheat photosynthetic characteristics

2.2.3 葉綠素熒光參數(shù) 孕穗期（表4）長期不施肥處理CK的最大熒光（Fm）、實際光化學效率（ΦpsⅡ）、最大光化學效率（Fv/Fm）、電子傳遞速率（ETR）和光化學淬滅系數(shù)（qP）的值最小，初始熒光（Fo）和非光化學淬滅系數(shù)（qN）值最大，而長期有機肥與化肥配施處理MNPK的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm和ETR值最大，F(xiàn)o和qN的值最小，與CK相比，MNPK的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP在孕穗期分別增加了28.4%，52.8%，26.0%，55.7%，39.4%，F(xiàn)o和qN分別降低了26.2%，29.4%。長期單施有機肥M的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP的值略高于長期單施化肥NPK處理，而Fo和qN略低于NPK處理，但M與NPK 2個處理的上述各葉綠素熒光參數(shù)差異皆不顯著。長期有機肥與化肥配施相對于長期單施化肥和有機肥有利于小麥葉綠素熒光各參數(shù)的改善，且MNPK與HMNPK 2個處理間上述各葉綠素熒光參數(shù)差異皆不顯著。在灌漿中期（MNPK與HMNPK處理小麥發(fā)生了倒伏），長期單施有機肥M處理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP值最大，F(xiàn)o和qN的值最小，與CK相比，M處理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP在灌漿中期分別增加了21.7%，37.8%，22.7%，60.6%，43.4%，F(xiàn)o和qN分別降低了27.7%，27.2%。M處理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP比MNPK和HMNPK處理分別增加了2.5%，0.9%，1.7%，2.1%，2.8%和6.1%，12.2%，6.3%，13.2%，14.2%，F(xiàn)o和qN分別降低了3.4%，3.6%和8.8%，13.7%。MNPK處理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP高于HMNPK處理，而Fo和qN低于HMNPK處理，且2個處理間Fo、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP、差異顯著。NPK處理的Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR和qP低于M處理，而Fo和qN高于M處理，且2個處理間部分指標差異顯著。

表4 不同施肥處理對小麥葉綠素熒光參數(shù)的影響Tab.4 The in fluence of d ifferen t fer tilizer treatm ents on wheat ch lorophyll fluorescence param eters

表5 小麥根系性狀與葉片長寬及產(chǎn)量間的相關(guān)性分析Tab.5 Cor relation analysis am ong root traits，leaf length and w id th and yield of wheat

2.3 相關(guān)性分析

2.3.1 根系與光合高效葉片及產(chǎn)量的相關(guān)性 小麥根系總根長（表5）、總表面積、平均根直徑、總根體積、總根尖數(shù)皆與光合高效葉片倒1葉長寬、倒2葉長寬、倒3葉長寬及產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。從表中亦可看出，小麥高效葉片長寬與產(chǎn)量皆呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。該分析從側(cè)面證實了小麥根系性狀的改善對增加小麥高效葉片葉面積及作物產(chǎn)量具有重要的作用，同時小麥光合高效葉片長寬的增加對提高小麥產(chǎn)量亦具有明顯的作用。2.3.2 光合與根系及產(chǎn)量的相關(guān)分析 光合速率（表6）、氣孔導度、蒸騰速率、最大熒光、實際光化學效率、最大光化學效率、電子傳遞速率和光化學淬滅系數(shù)皆與小麥根系總根長、總根表面積、平均根直徑、總根體積、總根尖數(shù)及產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。而胞間CO2濃度、初始熒光、非光化學淬滅系數(shù)皆與總根長、總根表面積、平均根直徑、總根體積、總根尖數(shù)及產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)關(guān)系。從表中亦可看出，小麥根系總根長、總根表面積、平均根直徑、總根體積、總根尖數(shù)間皆呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。該相關(guān)分析證實，小麥光合效應和根系特性間存在著相互促進的作用，一方的改善可以優(yōu)化另一方的特性，在相互改善彼此特性和性狀的基礎上共同提高作物產(chǎn)量。

表6 小麥根系性狀與光合指標及產(chǎn)量指標間的相關(guān)性分析Tab.6 Correlation analysis am ong root traits，photosynthetic indexes and yield indexes of wheat

3 討論與結(jié)論

根系是植株地下部最主要的營養(yǎng)器官，良好的根系構(gòu)造和生理特性對作物高效利用土壤養(yǎng)分有重要的影響，隨著作物栽培生理研究工作的深入和作物生產(chǎn)水平的不斷提高，作物根系的研究已成為作物栽培生理研究的一個重要方向［10-11］。李京濤等［12］通過28年長期定位施肥試驗研究發(fā)現(xiàn)，有機肥與一定量氮肥配施能提高小麥根系SOD活性，降低MDA含量，延緩小麥根系衰老，提高小麥后期根系生理活性。喬云發(fā)等［13］在長期施肥研究中發(fā)現(xiàn)，大豆根系形態(tài)受施肥模式的影響明顯，其中NPK配施的根長和根表面積較大，有機無機肥配施（NPKM）的根系生物量最大，長期不施磷肥（NK）處理的根干質(zhì)量相對較小。本研究發(fā)現(xiàn)，有機肥與化肥配施MNPK與HMNPK（兩者差異不顯著）處理的總根長、總根表面積、平均根直徑、總根體積和總根尖數(shù)最高，CK處理最低，NPK的總根長和總根尖數(shù)顯著低于M，而總根表面積、平均根直徑、總根體積與M差異不顯著，MNPK與HMNPK的總根長、總根表面積、總根體積和總根尖數(shù)顯著高于NPK和M處理。本研究一方面證實了長期有機肥與化肥配施相對于單施化肥和有機肥有利于改善小麥根系性狀，且有機肥與化肥配施下提高施氮量對小麥根系的影響不明顯，另一方面證實了長期單施有機肥相對于長期單施化肥有利于小麥總根長和總根尖數(shù)的改善，而在總根表面積、平均根直徑和總根體積方面長期單施化肥和有機肥兩者間的差異不明顯。不同長期施肥處理能對小麥根系產(chǎn)生不同影響主要在于作物根系的形態(tài)結(jié)構(gòu)是一個“感知系統(tǒng)”，在受到外界環(huán)境影響時可表現(xiàn)出很強的可塑性［14］。長期有機肥與化肥配施能明顯改善土壤的松實度、提高土壤微生物量碳氮、優(yōu)化土壤微生態(tài)環(huán)境，提高土壤速效養(yǎng)分含量和基礎肥力［15-19］，為作物根系的生長提供了更好的土壤環(huán)境，因此，長期有機肥與化肥配施相對于長期單施化肥和有機肥能明顯改善小麥根系特性。此外長單期施有機肥的優(yōu)勢為何僅體現(xiàn)在小麥總根長和總根尖數(shù)方面，而在總根表面積、平均根直徑、總根體積方面與長期施用化肥相比并未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢的潛在機理仍需要我們進一步深入研究。

植物的光合作用是將光能轉(zhuǎn)換為可用于生命活動的化學能并進行有機物合成的生物過程，作物產(chǎn)量的高低受光合作用和光合高效葉片大小的顯著影響［20-21］。李舉華等［22］在研究中發(fā)現(xiàn)葉面積受施肥模式的明顯影響，適量增施氮肥和有機肥利于小麥群體葉面積的增加和攔截更多的光照制造同化產(chǎn)物。冠層光合高效葉片是作物光合產(chǎn)物的主要制造源，本研究發(fā)現(xiàn)，有機肥與化肥配施HMNPK的倒1葉、倒2葉和倒3葉長寬值最大，但與MNPK差異不顯著；長期有機肥與化肥配施相對于長期單施化肥和有機肥能明顯提高小麥上3葉長寬，但長期單施化肥和有機肥處理間的上3葉的長寬差異不顯著。劉高潔等［23］通過長期施肥試驗證實，土壤缺磷、缺氮或缺鉀導致作物光合作用降低是作物低產(chǎn)的主要原因之一。于天一等［24］通過19年的定位試驗發(fā)現(xiàn)，作物光合受長期不同施肥模式的明顯影響，其中單施有機肥和有機肥無機肥配合施用較利于作物光合特性的改善。本研究發(fā)現(xiàn)，在孕穗期（未倒伏）有機肥與化肥配施MNPK的光合速率、氣孔導度、蒸騰速率及葉綠素熒光參數(shù)Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR表現(xiàn)最優(yōu)，但與HMNPK處理差異不顯著；長期單施化肥NPK和有機肥M處理間的光合速率及上述葉綠素熒光參數(shù)間的差異皆不顯著，且二者總體光合效應表現(xiàn)不如長期有機肥與化肥配施。在灌漿中期（有機肥與化肥配施小麥發(fā)生倒伏，且HMNPK倒伏較重），NPK處理的光合速率、氣孔導度、蒸騰速率表現(xiàn)最優(yōu)，M處理的葉綠素熒光參數(shù)Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP表現(xiàn)最優(yōu)，MNPK處理的光合效應總體表現(xiàn)亦優(yōu)于HMNPK，長期不施肥處理CK的光合效應表現(xiàn)最差。本研究中長期有機肥與化肥配施能增加作物光合高效葉片長寬和改善葉片光合效應（未倒伏下）主要可能是由于有機肥與化肥配施可以為作物提供更為全面的基礎養(yǎng)分和速效養(yǎng)分，改善土壤理化特性和生物學性狀，更利于優(yōu)化作物的生長發(fā)育及葉片的關(guān)鍵生理代謝酶活性，并延緩葉片衰老［23-26］；有機肥與化肥配施小麥倒伏后的光合性能明顯低于長期單施化肥和有機肥處理主要可能是作物倒伏后莖稈彎折會破壞作物的輸導系統(tǒng)，影響土壤水分和養(yǎng)分向地上部的傳輸及地上光合產(chǎn)物向莖稈折斷部位下的運輸［27］，進而導致作物光合性能的明顯下降。

長期有機肥與化肥配施相對于長期單施化肥和有機肥可以顯著增加小麥總根長、總根表面積、總根體積和總根尖數(shù)，優(yōu)化小麥的根系性狀，然而有機肥與化肥配施下提高施氮量對小麥根系性狀的改善不明顯；長期有機肥與化肥配施高氮雖有利于改善小麥根系性狀和冠層光合高效葉片長寬，但遇特殊年份易于發(fā)生倒伏而降低光合性能。在今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何選用合理的有機肥與化肥配施量以保證作物常年的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)及如何充分挖掘有機肥與化肥合理配施所具有的多種潛在優(yōu)勢效應仍需進一步深入研究。

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The Differences in Root Traits and Photosynthesis of W heat in Lim e Concretion Black Soil under Long-term Different Fertilization Patterns

ZHANG Xiangqian1，CAO Chengfu1，ZHANG Cunling2，QIAO Yuqiang1，DU Shizhou1，LIWei1，ZHAO Zhu1，CHEN Huan1
（1.Crops Research Institute，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Anhui Provincial Key Laboratory of Crops Quality Improvement，Hefei 230031，China；2.Suixi Association for Science and Technology of Anhui Province，Huaibei 235100，China）

In order to clarify the difference in the effects of long-term single fertilization model，we studied the effects of five kinds of long-term（34 years）located fertilization models on root traits，photosynthesis and yield of wheat in lime concretion black soil.The results showed that the root traits of CK（no fertilizer application）was the worst，the total root length，total root surface area，total root volume and total root tips of MNPK（mixed application of organic and chemical fertilizer with the same amount of nitrogen）and HMNPK（mixed application of organic and chem ical fertilizer with the larger amount of nitrogen）were significant higher than that of NPK（app lication of single chem ical fertilizer）and M（application of single organic fertilizer），in addition，the differences between NPK and M in total root surface area，average root diameter and total root volume were insignificant.When compared to longterm app lication of single chemical fertilizer（NPK）and organic fertilizer（M），the treatment of long-term m ixed ap-plication of organic and chemical fertilizer（MNPK and HMNPK）could help to enhance the top-three leaves width and length of wheat.At booting stage，the photosynthetic rate，stomatal conductance and transpiration rate of MNPK were the highest，but there was no significant difference with HMNPK；atmiddle of filling stage（MNPK and HMNPK happen lodging），the photosynthetic characteristics of NPK and M were better than that of MNPK and HMNPK，and the photosynthetic characteristics of MNPK was also better than that of HMNPK（themost serious lodging）.At booting stage，compared to long-term application of single chemical fertilizer and organic fertilizer，the treatment of mixed application of organic and chemical fertilizer could help to improve wheat chlorophyll fluorescence parameters；Atm idd le of filling stage，the chlorophyll fluorescence parameters of M was perform the best，and theΦpsⅡ，F(xiàn)v/Fm，ETR，qP of MNPK were significant higher than that of HMNPK.Total root length，total root surface area，average root diameter，total root volume，total root tips were significantly ormarkedly significantly positively correlated to leaf length and width with high efficiency of photosynthesis and yield；Root traits，yield were significantly or markedly significantly positively correlated to photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters Fm，ΦpsⅡ，F(xiàn)v/Fm，ETR，qP，while markedly significantly negatively correlated to intercellular CO2concentration，F(xiàn)o，qN.The findings showed that although m ixed application of organic and chem ical fertilizer could help to improve root and leaf length and width with high efficiency of photosynthesis of wheat，m ixed application of organic and chem ical fertilizer with the larger amount of nitrogen might lead to lodging when encountered unusualweather due to higher fertility，and result in a decline of photosynthesis rate.

Root traits；Leaf length and width；Photosynthetic characteristics；Chlorophyll fluorescence

S143；S512.01 文獻標識碼：A 文章編號：1000-7091（2016）03-0175-09

10.7668/hbnxb.2016.03.026

2016-02-16

國家自然科學基金資助項目（31401328）

張向前（1984-），男，安徽阜陽人，助理研究員，博士，主要從事作物栽培研究。

曹承富（1963-），男，安徽安慶人，研究員，主要從事小麥栽培研究。