郭培武，石 玉，趙俊曄，于振文

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京100081)

黃淮海麥區(qū)是我國(guó)重要的小麥產(chǎn)區(qū)，小麥種植面積和總產(chǎn)分別占全國(guó)的55.6%和61.6%[1]。小麥產(chǎn)量的提高很大程度上依賴于施用氮肥[2]。小麥吸收的氮素有30%～57%來(lái)自于肥料[3]。為了追求更高的產(chǎn)量，生產(chǎn)中往往忽視了土壤和環(huán)境中的養(yǎng)分利用，而不斷大量投入氮肥，使土壤中未被利用的氮素增多，而且這部分氮素會(huì)以硝態(tài)氮形式淋溶、徑流及以氨形式揮發(fā)等途徑損失掉，造成水體污染[4]、增加溫室氣體[5]等環(huán)境問(wèn)題。前人研究認(rèn)為，施氮0～240 kg·hm-2時(shí)，籽粒灌漿前期和中期小麥旗葉PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)與不施氮處理無(wú)顯著差異；灌漿后期則隨施氮量的增加而提高，與施氮120 kg·hm-2相比，施氮240 kg·hm-2的ΦPSⅡ提高了86.7%；PSⅡ最大光化學(xué)量子效率(Fv/Fm)則表現(xiàn)為灌漿前期隨施氮量的增加而增加，灌漿中后期不同處理間無(wú)顯著差異[6]。亦有研究指出，施氮過(guò)少會(huì)降低小麥灌漿后期的灌漿速率，施氮過(guò)多則會(huì)降低灌漿前期的灌漿速率，從而造成千粒重下降。施氮150和300 kg·hm-2時(shí)小麥千粒重較施氮225 kg·hm-2分別降低了2.1%～8.7%和3.7%～7.2%[7]。施氮量在240 kg·hm-2以下時(shí)，小麥產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高，再增加施氮量，產(chǎn)量不再顯著提高[8]。對(duì)小麥品種河農(nóng)822的試驗(yàn)結(jié)果顯示，與施氮量為225 kg·hm-2處理相比，施氮300 kg·hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量沒(méi)有增加，而氮肥農(nóng)學(xué)利用率降低了28%[9]。前人研究的追肥方式多為人工撒施后進(jìn)行畦灌，水肥效應(yīng)不能很好協(xié)同。水肥一體化技術(shù)是將可溶性肥料配兌成的肥液與灌溉水一起均勻地輸送到作物根部土壤的一種農(nóng)業(yè)新技術(shù)，可以為作物提供相對(duì)均布的土壤水氮環(huán)境，不僅能夠使其高效吸收和利用灌水和肥料，還可以盡量減少氮素的無(wú)效損耗[10]。鑒于水肥一體化條件下小麥?zhǔn)┑?yīng)和作用機(jī)理等的研究較少，本試驗(yàn)在測(cè)墑補(bǔ)灌的基礎(chǔ)上利用微噴帶進(jìn)行水肥一體化技術(shù)研究施氮量對(duì)小麥葉綠素?zé)晒馓匦约爱a(chǎn)量的影響，以期為小麥水肥一體化實(shí)施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

于2016-2017年在山東省兗州市小孟鎮(zhèn)史家王子村進(jìn)行大田試驗(yàn)，試驗(yàn)地為壤土，播前0～20 cm土壤容重和田間持水量分別為1.49 g·cm-3和26.87%，20～40 cm為1.64 g·cm-3和21.86%。播前0～20 cm耕層土壤養(yǎng)分含量和生育期降水量如表1和圖1所示。

SW：播種-越冬；WR： 越冬-返青；RJ： 返青-拔節(jié)；JA： 拔節(jié)-開(kāi)花；AM：開(kāi)花-成熟。SW:Sowing to wintering; WR:Wintering to revival; RJ:Revival to jointing; JA:Jointing to anthesis; AM:Anthesis to maturity.

表1 播前0～20 cm 耕層土壤養(yǎng)分含量Table 1 Soil nutrient content at top 0-20 cm soil before sowing

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試小麥品種為濟(jì)麥 22。設(shè)施純氮0、150、180、210和 240 kg·hm-25個(gè)處理，分別用N0、N1、 N2、N3和 N4表示。氮肥基追比為7∶9，追肥于拔節(jié)期隨噴灌施入。各處理均基施 P2O5150 kg·hm-2和K2O 150 kg·hm-2。拔節(jié)期和開(kāi)花期將0～40 cm 土層土壤相對(duì)含水量均補(bǔ)灌至70%，N0、N1、N2、N3和N4處理的全生育期灌水量分別為64.7、73.2、72.9、69.2和69.1 mm。

試驗(yàn)小區(qū)畦長(zhǎng)40 m，畦寬2 m，每小區(qū)種植8行小麥，灌水前將微噴帶鋪設(shè)于第4行和第5行小麥中間。小麥于2016年10月11日播種，基本苗為180萬(wàn)株·hm-2。不同處理間留2 m保護(hù)行，防止小區(qū)間水分滲漏。前茬作物為玉米，秸稈全部粉碎還田。其他管理措施同常規(guī)高產(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 旗葉葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

采用英國(guó)Hansatech公司產(chǎn)FMS-2型熒光儀，分別于開(kāi)花后0、7、14、21、28、35 d的上午9：00-11：00測(cè)定光適應(yīng)下小麥旗葉ΦPSⅡ，經(jīng)暗適應(yīng)30 min后測(cè)定小麥旗葉初始熒光(Fo)和最大熒光產(chǎn)量(Fm)計(jì)算Fv/Fm，F(xiàn)v=Fm-Fo。

1.3.2 旗葉葉綠素相對(duì)含量測(cè)定

采用美國(guó)CCM-200型葉綠素儀測(cè)定小麥旗葉葉綠素相對(duì)含量，每處理測(cè)定長(zhǎng)相一致的11片旗葉，分別于開(kāi)花后0、7、14、21、28、35 d的上午9：00-11：00進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 籽粒灌漿速率測(cè)定

于開(kāi)花期每處理掛牌標(biāo)記100個(gè)同日開(kāi)花、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的單莖，花后每隔7 d取15穗，放入烘箱105 ℃殺青20 min后，70 ℃烘干至恒重，脫粒后測(cè)定粒重和籽粒灌漿速率。

1.3.4 籽粒產(chǎn)量、氮肥利用效率的測(cè)定

各處理于成熟期進(jìn)行脫粒，自然風(fēng)干至含水量為12.5%時(shí)稱重測(cè)產(chǎn)，三次重復(fù)。

氮肥生產(chǎn)效率=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

氮肥農(nóng)學(xué)效率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)產(chǎn)量)/施氮量[11]

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2003和Sigmaplot 12.5整理數(shù)據(jù)、制作圖表，用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

圖柱上不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下圖同。 Different lower-case letters above the columns indicate significant differences among different N application rates at 0.05 level. The same in other figures.

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對(duì)小麥旗葉葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>

由圖2可知，花后0和7 d，施氮處理間小麥旗葉Fv/Fm無(wú)顯著差異，且均顯著高于N0處理；花后14、21和28 d均表現(xiàn)為N3、N4>N2>N1>N0；花后35 d表現(xiàn)為N3、N4>N2、N1>N0?；ê?～35 d，N3 與N4處理間差異不顯著。花后0～35 d，旗葉ΦPSⅡ均表現(xiàn)為N3、N4>N2>N1>N0，N3與N4處理間也無(wú)顯著差異。這表明施氮過(guò)多或過(guò)少均不利于花后旗葉Fv/Fm和ΦPSⅡ的提高。在本試驗(yàn)條件下，210 kg·hm-2的施氮量有利于提高小麥旗葉的光化學(xué)效率及對(duì)光能的有效利用。

2.2 施氮對(duì)小麥旗葉葉綠素相對(duì)含量的影響

花后0 d，小麥旗葉葉綠素相對(duì)含量在不同處理間差異不顯著；花后7 d，N0處理顯著低于其他處理，施氮處理間無(wú)顯著差異；花后14、21和28 d表現(xiàn)為N3、N4>N2>N1>N0，N3和N4處理間無(wú)顯著差異；花后35 d表現(xiàn)為N3>N4、N2>N1>N0，N3處理顯著高于其他處理(圖3)。這表明適量施氮可使小麥旗葉花后保持較高的葉綠素含量，有利于延長(zhǎng)旗葉的光合功能期和提高粒重。

2.3 施氮對(duì)小麥籽粒灌漿速率及粒重的影響

花后7和14 d，小麥粒重隨施氮量的增加而下降；花后21 d表現(xiàn)為N1、N2、N3>N4>N0；花后28和35 d表現(xiàn)為N3、N4>N1、N2>N0，N3、N4處理間差異不顯著(圖4左)。隨著灌漿進(jìn)程的推進(jìn)，各處理的籽粒灌漿速率均呈先升后降趨勢(shì)，最大灌漿速率均出現(xiàn)在花后14～21 d(圖4右)?；ê?～7 d，隨著施氮量的增加，籽粒灌漿速率呈下降趨勢(shì)；花后7～14 d籽粒灌漿速率表現(xiàn)為N0、N1、N2>N3、N4；花后14～35 d表現(xiàn)為N3、N4>N1、N2>N0，N3和N4處理間無(wú)顯著差異。這表明高氮條件不利于灌漿前期籽粒灌漿和粒重提高，但適宜施氮量則有利于灌漿中后期籽粒灌漿，可提高灌漿后期的粒重。

圖3 施氮對(duì)小麥花后旗葉葉綠素相對(duì)含量(SPAD)的影響Fig.3 Effects of N level on relative chlorophyll content(SPAD) of wheat flag leaf after anthesis

圖4 施氮對(duì)小麥粒重和籽粒灌漿速率的影響Fig.4 Effects of N level on grain weight and grain filling rate of wheat

2.4 施氮對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量、氮肥利用效率的影響

不同處理間籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為N3、N4>N2、N1>N0，N4與N3處理間無(wú)顯著差異；氮肥生產(chǎn)效率則隨施氮量增加而下降，與N3處理相比，N4處理的氮肥生產(chǎn)效率降低了14.6%；N3處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于其他處理，較N4處理高31.6%(表2)。這表明N3處理最有利于小麥高產(chǎn)和氮肥高效利用。

同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。
Different lower-case letters in same column indicate significant difference among different N application rates at 0.05 level.

3 討 論

小麥葉綠素含量與施氮量密切相關(guān)，缺氮會(huì)導(dǎo)致葉綠素含量減少，從而降低光合速率[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，在120～240 kg·hm-2范圍內(nèi)，小麥旗葉花后葉綠素相對(duì)含量隨施氮量的增加而升高[13]。缺氮會(huì)使小麥葉片光合電子向光化學(xué)方向的傳遞速率降低[14]。Shangguan等[12]研究表明，水分虧缺時(shí)，高氮處理的Fv/Fm較低氮處理提高了16.7%。也有研究表明，每公頃施純氮0～300 kg時(shí)，小麥旗葉Fv/Fm和ΦPSⅡ隨施氮量的增加呈先升后降趨勢(shì)；施純氮225 kg·hm-2時(shí)Fv/Fm和ΦPSⅡ最高，施氮量繼續(xù)提高至300 kg·hm-2時(shí)，F(xiàn)v/Fm和ΦPSⅡ又大幅下降[15]。本試驗(yàn)中，在測(cè)墑補(bǔ)灌條件下，利用微噴帶進(jìn)行水肥一體化操作，小麥花后14～28 d葉綠素相對(duì)含量在N3、N4處理間無(wú)明顯差異；花后35 d，N4處理的葉綠素相對(duì)含量較N3處理大幅下降；花后14～35 d，F(xiàn)v/Fm和ΦPSⅡ均以N3處理最高。這是由于葉綠素相對(duì)含量、Fv/Fm和ΦPSⅡ與氮素供應(yīng)間存在著閾值效應(yīng)，施氮過(guò)量則造成“奢侈吸收”現(xiàn)象。水肥一體化可以減少氮素的揮發(fā)和流失，提高氮素利用效率，從而減少氮肥投入[10]。本試驗(yàn)中，水肥一體化下施氮210 kg·hm-2即可滿足葉片對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的需求，表明施氮過(guò)多或過(guò)少均不利于Fv/Fm和ΦPSⅡ的提高，在210 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最大。

增加施氮量可以加大小麥花后光合產(chǎn)物對(duì)粒重的貢獻(xiàn)率[16]。有研究表明，隨著施氮量的增加，旱地小麥的籽粒初始灌漿速率升高，但灌漿中后期的灌漿速率降低[17]。而對(duì)小麥品種平安8號(hào)的研究發(fā)現(xiàn)，花后0～19 d，不同施氮量處理間的灌漿速率差異不大；此后至成熟期，不同施氮處理間的籽粒灌漿速率開(kāi)始出現(xiàn)差異，施氮180 kg·hm-2的籽粒灌漿速率顯著高于120、240和360 kg·hm-2[18]。本試驗(yàn)中，花后0～7 d，小麥粒重和籽粒灌漿速率均隨施氮量的增加呈下降趨勢(shì)，花后21～35 d，N3處理的粒重和灌漿速率均顯著高于N0、N1、N2處理，與N4處理無(wú)顯著差異。其原因可能是灌漿初期較高的施氮量使得光合器官的碳氮比下降，導(dǎo)致氮代謝旺盛，光合產(chǎn)物的輸出下降，產(chǎn)生了反饋抑制作用[19]，而灌漿后期氮素供應(yīng)不足則會(huì)導(dǎo)致灌漿速率降低，最終造成粒重下降，表明施氮過(guò)高不利于灌漿前期籽粒干物質(zhì)積累，施氮過(guò)低則會(huì)使灌漿后期的灌漿速率下降，適量施氮可以獲得較高的粒重和灌漿速率。

有研究認(rèn)為，全生育期灌水180 mm條件下，施氮0～264 kg·hm-2時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮量增加而升高，施氮264 kg·hm-2的產(chǎn)量較施氮165 kg·hm-2提高了2.1%～10.2%[20]。對(duì)豫麥34的研究也表明，灌水150 mm條件下，小麥?zhǔn)┑?70 kg·hm-2時(shí)可以獲得最高的籽粒產(chǎn)量[21]。而Lu等指出，與施氮 160 kg·hm-2相比，施氮300 kg·hm-2的小麥產(chǎn)量并沒(méi)有增加[22]。Wang等在鄭州的研究發(fā)現(xiàn)，生育期灌兩水(拔節(jié)期75 mm+孕穗期75 mm)條件下，施氮0～300 kg·hm-2時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮量呈先增后降的變化趨勢(shì)，在施氮240 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最高，較180 kg·hm-2和 300 kg·hm-2處理分別提高了9.4%和16.2%[23]。亦有研究發(fā)現(xiàn)，水肥一體化可提高籽粒產(chǎn)量和氮肥利用效率，滴灌水肥一體化籽粒產(chǎn)量較常規(guī)對(duì)照提高了21.13%，在合理的滴灌施肥配比下，可節(jié)水51.85%，節(jié)氮23.47%[24-25]，本試驗(yàn)中，微噴帶水肥一體化下全生育期灌水69.2 mm條件下，施氮量為210 kg·hm-2時(shí)小麥的籽粒產(chǎn)量最高，達(dá)到9 019.40 kg·hm-2，施氮量再增加時(shí)，產(chǎn)量無(wú)顯著變化，而氮肥生產(chǎn)效率和氮肥農(nóng)學(xué)效率分別下降了14.6%和24.0%。這表明在本試驗(yàn)中，210 kg·hm-2是測(cè)墑補(bǔ)灌節(jié)水基礎(chǔ)上，實(shí)施微噴帶水肥一體化條件下的最優(yōu)施氮量。目前，有關(guān)水肥一體化下施氮量對(duì)小麥耗水特性及氮素利用等方面的影響尚未明確，需要進(jìn)一步研究。