李曉爽, 黨紅凱, 宋 妮, 申孝軍, 孫景生**

肥-沙混施對(duì)鹽堿地冬小麥群體庫(kù)源關(guān)系的影響*

李曉爽1,2, 黨紅凱2, 宋 妮1, 申孝軍1, 孫景生1**

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所 新鄉(xiāng) 453003; 2. 河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所 衡水 053000)

為明確摻黃河泥沙同時(shí)配施生物有機(jī)肥(肥-沙混施)條件下鹽堿地冬小麥群體庫(kù)、源的特征及變化規(guī)律, 探討肥-沙混施條件下作物庫(kù)源動(dòng)態(tài)變化特征, 探求鹽堿地冬小麥產(chǎn)量的限制因子, 為鹽堿地改良和開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù), 采用大田定位跟蹤調(diào)查方法, 于2015—2018年連續(xù)3個(gè)冬小麥生長(zhǎng)季在河北省南皮縣開(kāi)展試驗(yàn)。設(shè)置摻黃河泥沙(SS)、配施生物有機(jī)肥(FF)、肥-沙混施(SF)和空白對(duì)照(CK)4個(gè)處理。結(jié)果表明, 所有處理小麥旗葉花后凈光合速率呈逐漸下降趨勢(shì), 開(kāi)花—花后20 d的平均值表現(xiàn)為SF>FF>SS>CK, SF、FF和SS分別比CK高12%、10%和4%以上, 尤其在花后20 d, SF、FF和SS仍能維持較高的光合性能, 分別比CK高55.08%、27.32%和1.88%。隨生育進(jìn)程光合勢(shì)呈單峰曲線變化, 孕穗—開(kāi)花期達(dá)到最大, 開(kāi)花30 d后群體光合勢(shì)快速下降, 表現(xiàn)為SF>FF>SS>CK, SF、FF和SS在孕穗—開(kāi)花期的3年平均光合勢(shì)依次分別比CK提高29.02%、18.79%和10.62%; 其花后總光合勢(shì)分別比CK高41.66%、24.72%和13.94%。在表征源庫(kù)關(guān)系的指標(biāo)上, SF的全生育期、開(kāi)花前和開(kāi)花后源生產(chǎn)能力均為最高, 分別比CK高34.06%、40.52%和28.15%; SF的穗數(shù)、總粒數(shù)、最大潛在庫(kù)容和有效庫(kù)容量均為最高, 3年平均分別比CK高25.69%、30.00%、42.06%和38.84%。SF的產(chǎn)量、開(kāi)花后源生產(chǎn)能力的轉(zhuǎn)化率、粒葉比和經(jīng)濟(jì)系數(shù)均為最高, 3年平均比CK提高41.08%、9.53%、8.50%和4.01%。本研究條件下, 小麥的有效庫(kù)容量與總穗數(shù)和穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)?？偹霐?shù)和總粒數(shù)是影響鹽堿地冬小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因子。摻黃河泥沙或配施生物有機(jī)肥均能夠提高小麥光合性能, 提高源生產(chǎn)能力, 促進(jìn)源庫(kù)轉(zhuǎn)化。摻黃河泥沙同時(shí)配施生物有機(jī)肥處理綜合了摻黃河泥沙和配施生物有機(jī)肥的優(yōu)點(diǎn), 效果最佳, 更有利于濱海鹽堿土壤的改良和可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用。

鹽堿地; 生物有機(jī)肥; 黃河泥沙; 冬小麥; 庫(kù)源關(guān)系

河北省鹽堿耕地面積占總耕地面積的10%以上, 主要分布在河北東部的低平原區(qū)和濱海平原區(qū)[1], 是河北省中低產(chǎn)田的主要組成部分[2]。由于該地區(qū)耕地資源有限, 鹽堿化土地改良已成為破解糧食生產(chǎn)能力低、增加糧食總產(chǎn)量的重要途徑[3]。河北省低平原區(qū)鹽堿地小麥()種植面積占有較大比重, 對(duì)全省產(chǎn)量影響較大[4]。目前利用生物有機(jī)肥在鹽堿地改良方面做了很多工作, 已有研究認(rèn)為生物有機(jī)肥配施能有效改善土壤結(jié)構(gòu), 增加土壤供水能力[5], 提高氮肥利用效率[6], 減輕鹽堿脅迫對(duì)種子發(fā)芽和苗期生長(zhǎng)的抑制[7], 提高作物的抗鹽堿能力, 進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[8]。耕層摻沙改良鹽堿地在我國(guó)有悠久的歷史, 能明顯改善土壤結(jié)構(gòu)[9], 顯著提高摻沙層以下土壤含水率[10], 降低土壤全鹽量, 快速提升土壤肥力[11-12], 改善作物生長(zhǎng)環(huán)境, 提高作物產(chǎn)量[13-14]。但是, 在該類(lèi)地區(qū)采用生物有機(jī)肥-摻沙結(jié)合方法改良鹽堿地的過(guò)程中, 關(guān)于小麥源庫(kù)物質(zhì)生產(chǎn)量、源庫(kù)間同化物的轉(zhuǎn)化量及源生產(chǎn)能力對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率, 尚缺乏定量分析研究。

庫(kù)源關(guān)系是量化分析作物生產(chǎn)力的重要理論工具。受遺傳和環(huán)境影響, 庫(kù)源特性對(duì)小麥產(chǎn)量形成的作用不同[15]。在栽培環(huán)境對(duì)小麥庫(kù)源關(guān)系的影響方面, 有研究認(rèn)為, 提高單位面積產(chǎn)量可以通過(guò)增加密度從而擴(kuò)大源面積和庫(kù)容量來(lái)實(shí)現(xiàn)[16], 而在高密度種植條件下, 產(chǎn)量提高的主要限制因子是群體源活性不足, 適當(dāng)降低群體密度, 進(jìn)而改善冠層環(huán)境, 增強(qiáng)源活力, 反而能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[17]。因此, 小麥獲得高產(chǎn)是通過(guò)栽培措施使源庫(kù)關(guān)系在高水平上獲得動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果[18]。改善源庫(kù)關(guān)系方面, 也有大量的研究報(bào)道。減源或縮庫(kù)處理均能促進(jìn)莖葉同化產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)綆?kù), 使小麥粒重顯著增加[19]。因此, 在作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成過(guò)程中, 只有在保證適宜庫(kù)/源比的基礎(chǔ)上, 構(gòu)成庫(kù)容大、積累量高的源庫(kù)平衡關(guān)系, 才可能實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)[20]。此外, 郭偉等[21]研究發(fā)現(xiàn), 花后碳氮調(diào)控對(duì)春小麥源庫(kù)關(guān)系與籽粒品質(zhì)均造成影響。許育彬等[22]研究發(fā)現(xiàn), CO2濃度升高可通過(guò)提高單位葉面積的庫(kù)承載力和物質(zhì)調(diào)運(yùn)能力, 改善源庫(kù)關(guān)系; 增加氮素供應(yīng)可增進(jìn)CO2對(duì)庫(kù)源改善的調(diào)控作用。劉孟雨[23]發(fā)現(xiàn), 增大小麥庫(kù)容及源的供應(yīng)能力有利于水分利用效率的提高。為此, 本研究選用小麥品種‘小偃60’作為供試材料, 在生物有機(jī)肥配合黃河泥沙施入(肥-沙混施)鹽堿地改變土壤結(jié)構(gòu)的前提下, 開(kāi)展對(duì)冬小麥群體源庫(kù)關(guān)系的研究, 旨在探討各處理對(duì)群體庫(kù)源關(guān)系內(nèi)在轉(zhuǎn)化的影響, 為提高中低產(chǎn)區(qū)鹽堿地冬小麥產(chǎn)量和肥-沙混施技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大田試驗(yàn)于2015—2018年連續(xù)3個(gè)小麥生長(zhǎng)季, 在河北省南皮縣穆三撥農(nóng)場(chǎng)(38.06°N, 116.77°E, 海拔9.5 m)進(jìn)行。該區(qū)位于河北省東南部近濱海低平原, 屬于半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)氣候區(qū), 年平均氣溫12.3 ℃, 降水量550 mm, 無(wú)霜期180 d。3個(gè)生長(zhǎng)季小麥的前茬均為夏玉米()。土壤母質(zhì)為黃河和海河的沖積物, 土壤類(lèi)型為鹽化潮土。于2015年10月3日冬小麥播種前取耕作層土壤, 對(duì)其鹽分和養(yǎng)分狀況進(jìn)行分析化驗(yàn), 土壤鹽分含量為1.2~2.8 g?kg-1, 0~20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量為1.19~1.30 g?kg-1、全氮含量為0.079~ 0.086 g?kg-1、速效氮含量為49~53 mg?kg-1、速效磷含量為6.2~6.9 mg?kg-1、速效鉀含量為125~130 mg?kg-1。

試驗(yàn)設(shè)置配施生物有機(jī)肥處理(簡(jiǎn)稱(chēng)配肥處理)、摻黃河泥沙處理(簡(jiǎn)稱(chēng)摻沙處理)、配施生物有機(jī)肥+摻黃河泥沙處理(簡(jiǎn)稱(chēng)肥-沙混施處理)和空白對(duì)照共4個(gè)處理, 分別用FF、SS、SF和CK表示。小區(qū)面積11 m×6.6 m, 每個(gè)處理3次重復(fù)。所有處理整地前施底肥為: 尿素210 kg?hm-2(N≥46.2%), 磷酸二銨(含N 18%, P2O546%)300 kg?hm-2, 氯化鉀(含K2O 60%)150 kg?hm-2。配施生物有機(jī)肥處理整地前施生物有機(jī)肥3 600 kg?hm-2[所用生物有機(jī)肥含有機(jī)質(zhì)≥45%, 氮磷鉀總含量≥6%, 有效活菌數(shù)(cfu)≥2′108?g-1, 水分≤10%, pH 5.5~8.0]。摻黃河泥沙處理在人工鋪黃河泥沙7 cm厚后, 耕層旋耕摻混。肥-沙混施處理在人工攤鋪黃河泥沙7 cm后, 施生物有機(jī)肥3 600 kg?hm-2, 耕層旋耕摻混。所有處理在澆拔節(jié)水時(shí)追施尿素300 kg?hm-2(N≥46.2%)。冬小麥品種選用‘小偃60’, 2015年、2016年和2017年分別于10月19日、10月14日和11月8日足墑播種, 采用15 cm等行距。播量采用品種審定時(shí)推薦的基本數(shù)。翌年春季分別于4月3日、4月5日和4月2日澆拔節(jié)水并追肥, 6月10日、6月13日和6月12日收獲。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

每小區(qū)標(biāo)記有代表性的植株。于返青期、拔節(jié)期、開(kāi)花期、灌漿期、開(kāi)花后10 d、開(kāi)花后20 d、開(kāi)花后30 d和成熟期取樣, 苗期每次取樣30株, 成株后取樣10株, 進(jìn)行下列參數(shù)測(cè)定。

群體葉面積指數(shù)(LAI)[24]=樣葉面積(cm2)/樣葉重(g)×樣株綠葉總重(g)/樣株數(shù)(株)×基本苗(株?hm-2)× 1.5×10-4(1)

群體光合勢(shì)(LAD): 單位土地面積上葉面積持續(xù)時(shí)間, 單位是m2?d-1?hm-2。按下式計(jì)算:

LAD=(LA2+LA1)×(2-1)/2 (2)

式中: LA1、1分別表示前一次的葉面積(m2)、取樣時(shí)間, LA2、2分別表示后一次的葉面積(m2)、取樣時(shí)間。小麥開(kāi)花后總光合勢(shì)等于開(kāi)花后0~10 d、10~20 d、花后20 d到成熟期群體光合勢(shì)之和。全生育期的總?cè)后w光合勢(shì)等于各生育階段的群體光合勢(shì)之和。

光合速率: 采用美國(guó)CID公司生產(chǎn)的CI-340便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定小麥凈光合速率(n)。開(kāi)花期開(kāi)始每隔10 d測(cè)定冠層葉片的光合速率, 每個(gè)處理選取6株受光方向和生長(zhǎng)狀況較一致的葉片, 使用CI-340光合儀閉路測(cè)定。

源、庫(kù)生產(chǎn)能力指標(biāo)和計(jì)算公式參考文獻(xiàn)[25]。主要有下列指標(biāo):

源生產(chǎn)能力: 即干物質(zhì)積累量, 在考察單株性狀后, 植株地下部分剪掉, 將植株105 ℃殺青30 min后, 置80 ℃烘干至恒重后稱(chēng)重, 計(jì)算源生產(chǎn)能力。

最大潛在庫(kù)容量=單位面積穗數(shù)(穗?hm-2)×潛在粒數(shù)(粒?穗-1)×潛在粒重(g?粒-1) (3)

有效庫(kù)容量=單位面積總粒數(shù)(粒?hm-2)×粒重(g?粒-1) (4)

產(chǎn)量: 成熟前在小區(qū)中計(jì)數(shù)各樣點(diǎn)上的穗數(shù), 求算每公頃穗數(shù)。然后在樣點(diǎn)中選取代表性麥穗20個(gè), 計(jì)數(shù)各穗上的籽?？倲?shù), 并求取每穗粒數(shù)。每個(gè)處理3個(gè)小區(qū), 每個(gè)小區(qū)收獲1個(gè)3 m2的樣點(diǎn), 計(jì)算每平方米產(chǎn)量。各樣點(diǎn)取得的籽粒測(cè)定千粒重, 重復(fù)3次。整個(gè)小區(qū)采用聯(lián)合收割機(jī)收獲計(jì)算產(chǎn)量。

經(jīng)濟(jì)系數(shù)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(籽粒烘干質(zhì)量)(kg?hm-2)/生物產(chǎn)量(地上部烘干質(zhì)量)(kg?hm-2) (5)

以葉面積(孕穗期最大葉面積)大小代表源, 以具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的籽粒數(shù)量和粒重代表庫(kù)。按下式計(jì)算葉粒比:

粒葉比=群體收獲總粒數(shù)(粒)/群體最大葉面積(cm2) (6)

開(kāi)花后源生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)化率=烘干籽粒質(zhì)量(kg?hm-2)/開(kāi)花后源生產(chǎn)能力(kg?hm-2)×100% (7)

莖鞘物質(zhì)輸出率=[開(kāi)花期莖鞘干質(zhì)量(kg?hm-2)-成熟時(shí)莖鞘干物質(zhì)量(kg?hm-2)]/開(kāi)花期莖鞘干物質(zhì)量(kg?hm-2)×100% (8)

1.3 數(shù)據(jù)分析

分別采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理鹽堿地冬小麥的源特征

2.1.1 冬小麥群體的光合性能

由表1可以看出, 所有處理的凈光合速率(n)峰值均出現(xiàn)在開(kāi)花期, 變幅為20.19~25.66 μmol?m-2?s-1。除2018年FF處理峰值最大以外, 2016年和2017年均以SF的峰值最大, 其變動(dòng)范圍為22.42~25.66 μmol?m-2?s-1; FF和SS的變動(dòng)規(guī)律相似, 變動(dòng)范圍分別為21.80~27.14 μmol?m-2?s-1和22.14~24.93 μmol?m-2?s-1。隨著測(cè)定時(shí)期(開(kāi)花期、花后10 d和花后20 d)不同, SF比CK高出比例也不同, 分別為13.86%、28.54%和55.08%; FF比CK高7.55%、10.94%和27.32%; SS比CK高11.10%、12.66%和1.88%。在花后20 d, SF、FF和SS均維持了較高的光合速率, 特別是SF。

表1 不同處理鹽堿地冬小麥旗葉凈光合速率變化動(dòng)態(tài)

CK為對(duì)照處理; FF為配施生物有機(jī)肥處理; SS為摻黃河泥沙處理; SF為配施生物有機(jī)肥+摻黃河泥沙處理。同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(<0.05)。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.1.2 冬小麥群體光合勢(shì)的變化動(dòng)態(tài)

光合勢(shì)是葉面積與其持續(xù)時(shí)間的乘積, 反映不同小麥群體在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)截獲太陽(yáng)光能的潛勢(shì)。2015—2018年冬小麥光合勢(shì)隨生育進(jìn)程呈單峰曲線變化(圖1a)。在2015—2018年小麥生長(zhǎng)季, 所有處理光合勢(shì)最大的階段均出現(xiàn)在孕穗—開(kāi)花期, 光合勢(shì)均在6.41′104m2?d-1?hm-2以上; 其次是開(kāi)花后0~10 d和拔節(jié)—孕穗期, 每個(gè)階段積累的光合勢(shì)均在3.08′104m2?d-1?hm-2以上; 花后10~20 d和起身—拔節(jié)期的光合勢(shì)累積量相當(dāng), 均在1.74′104m2?d-1?hm-2以上, 花后20~30 d積累量最少, 與后期葉片衰亡、葉面積明顯下降有關(guān)。

在所有處理中, SF在孕穗—開(kāi)花期光合勢(shì)較高, 變幅為7.14′104~9.95′104m2?d-1?hm-2, 按年度依次比CK高28.21%、33.34%和25.50%。其次是FF, 峰值變化范圍在6.87′104~8.97′104m2?d-1?hm-2, 按年度依次比CK高9.96%、28.29%和18.09%。SS峰值變幅為5.62′104~7.84′104m2?d-1?hm-2。SS表現(xiàn)出比CK略高的光合勢(shì), 全生育期按年度依次平均比CK高7.96%、11.28%和12.63%。

由圖1可見(jiàn), 2015—2018年所有處理平均累積總光合勢(shì)為1.717′105~2.567′105m2?d-1?hm-2。SF的累積總光合勢(shì)最高, 3年均值2.494′105m2?d-1?hm-2, 比CK高31.65%~38.10%; 其次是FF, 累積總光合勢(shì)為2.062′105~2.362′105m2?d-1?hm-2, 比CK高16.77%~ 24.23%; SS的累積總光合勢(shì)為1.895′105~2.097′105m2?d-1?hm-2, 比CK高2.01%~10.33%。各處理花后總光合勢(shì)占累積總光合勢(shì)的比例有所不同, CK、FF、SS和SF分別為29.95%、31.51%、31.79%和32.26%, FF、SS和SF花后總光合勢(shì)分別比CK提高24.72%、13.94%和41.66%(圖1b)。

2.1.3 冬小麥的群體源生產(chǎn)特性

由表2可見(jiàn), 各處理源生產(chǎn)能力差異顯著。不同處理的全生育期、開(kāi)花前和開(kāi)花后源生產(chǎn)能力的表現(xiàn)規(guī)律一致: SF>SS>FF>CK。CK的全生育期、開(kāi)花前和開(kāi)花后源生產(chǎn)能力均為最小; SF的全生育期、開(kāi)花前和開(kāi)花后源生產(chǎn)能力均為最高, 分別平均比CK高34.06%、40.52%和28.15%; 其次是FF的全生育期、開(kāi)花前和開(kāi)花后源生產(chǎn)能力, 分別平均比CK高22.95%、33.54%和30.63%; SS的全生育期、開(kāi)花前和開(kāi)花后平均源生產(chǎn)能力分別比CK高10.00%、11.66%和8.48%。各處理的開(kāi)花后源生產(chǎn)能力/全生育期源生產(chǎn)能力差距不大, 變動(dòng)范圍為49.63%~52.76%, 表現(xiàn)為CK>FF>SS>SF。年際間比較, 各處理的全生育期、開(kāi)花前和開(kāi)花后源生產(chǎn)能力3個(gè)指標(biāo)在2015—2016年最高, 2017—2018年最低。

圖1 2015—2018年不同處理鹽堿地冬小麥平均光合勢(shì)的動(dòng)態(tài)變化(a)和平均累積光合勢(shì)(b)

CK為對(duì)照處理, FF為配施生物有機(jī)肥處理, SS為摻黃河泥沙處理, SF為配施生物有機(jī)肥+摻黃河泥沙處理。柱形圖上不同字母表示差異顯著(<0.05)。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Different lowercase letters above the column mean significant difference among treatments at 0.05 level.

2.2 不同處理鹽堿地冬小麥的庫(kù)特征

不同處理冬小麥群體庫(kù)的指標(biāo)見(jiàn)表3。處理間比較, 冬小麥群體穗數(shù)和總粒數(shù)表現(xiàn)為: SF>FF>SS> CK, 均以SF最高, 變幅分別為4.29′105~4.65′106穗?hm-2和9.98′107~11.78′107粒?hm-2, 分別比其他處理高3.76%~29.70%和2.87%~28.12%。SF、FF和SS的穗數(shù)比CK分別提高22.74%~29.69%、14.01%~21.99%和4.00%~12.59%, 總粒數(shù)分別提高22.16%~34.47%、10.68%~26.79%和5.96%~13.83%。千粒重表現(xiàn)為: SS>SF>FF>CK, 依次比CK高8.97%、6.71%和1.84%。千粒重以SS的最大, 平均為46.59 g, 比CK高8.97%; 其次是SF, 平均比CK高6.71%; FF的千粒重比CK略高1.84%。最大潛在庫(kù)容表現(xiàn)為: SF>SS>FF>CK, 均以SF最高, 依次比其他處理高9.03%~15.54%、13.42%~15.77%和27.17%~32.18%。SS比SF穗數(shù)減少的幅度遠(yuǎn)大于千粒重下降的幅度, 最終使得SS最大潛在庫(kù)容量顯著減少9.92%~ 17.77%。2015—2016年和2016—2017年處理間有效庫(kù)容量表現(xiàn)為: SF>FF>SS>CK, 2017—2018年表現(xiàn)為: SF>SS>FF>CK, 3個(gè)小麥季均以SF最高, 以CK最低, SF的有效庫(kù)容比FF、SS和CK分別高11.87%~17.38%、12.50%~21.90%和24.27%~31.70%。年際間比較, 各處理穗數(shù)、總粒數(shù)、千粒重、最大潛在庫(kù)容和有效庫(kù)容量均以2015—2016年最高, CK各項(xiàng)指標(biāo)隨年份增加呈減少趨勢(shì), SS和FF除了穗數(shù)外, 其他各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)為2017—2018年略大于2016—2017年。

表2 不同處理鹽堿地冬小麥的不同時(shí)期群體源生產(chǎn)能力

CK為對(duì)照處理, FF為配施生物有機(jī)肥處理, SS為摻黃河泥沙處理, SF為配施生物有機(jī)肥+摻黃河泥沙處理。同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(<0.05)。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

表3 不同處理鹽堿地冬小麥的群體庫(kù)指標(biāo)

CK為對(duì)照處理, FF為配施生物有機(jī)肥處理, SS為摻黃河泥沙處理, SF為配施生物有機(jī)肥+摻黃河泥沙處理。同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(<0.05)。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.3 不同處理鹽堿地冬小麥群體的庫(kù)源關(guān)系

2.3.1 冬小麥群體的源庫(kù)關(guān)系

由表4可見(jiàn), 各處理產(chǎn)量變幅為3 317.77~5 449.52 kg?hm-2。處理間比較, 摻沙或配肥不同程度提高了鹽堿地冬小麥產(chǎn)量, 以SF產(chǎn)量最高, 比其他處理高5.91%~33.98%, 其中和CK相比產(chǎn)量提高26.00%~ 33.98%。2015—2016年和2016—2017年各處理莖鞘物質(zhì)輸出率均表現(xiàn)為: SS>SF>CK>FF, 2017—2018年各處理間莖鞘物質(zhì)輸出率表現(xiàn)為: SS>SF>FF>CK, 均以SS最高, 其莖鞘物質(zhì)輸出率分別比SF、FF和CK高0.77%~0.96%、2.76%~11.76%和6.47%~10.76%。說(shuō)明摻沙處理可以提高莖鞘物質(zhì)輸出率。此外, FF隨生物有機(jī)肥施用年份的增加, 莖鞘物質(zhì)輸出率增大。各處理開(kāi)花后源生產(chǎn)能力的轉(zhuǎn)化率表現(xiàn)為: SF>SS>FF>CK, SF的花后源生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)化率最大, 分別比CK、FF和SS高1.67%~2.32%、5.73%~7.74%和5.88%~8.28%。各處理的粒葉比年際間表現(xiàn)不同, 2015—2016年和2016—2017年表現(xiàn)為: SF>FF>SS>CK, 2017—2018年SF最大, 其次是CK, SS與FF相當(dāng)。其中SF的3年平均粒葉比高達(dá)0.37, 表明單位面積綠葉所承載的籽粒數(shù)比其他處理多, 和CK相比增加2.86%~10.53%。各處理的經(jīng)濟(jì)系數(shù)(EC)比較, 以SF最大, 平均比CK高2%以上。

表4 不同處理下鹽堿地冬小麥的源庫(kù)關(guān)系

CK為對(duì)照處理, FF為配施生物有機(jī)肥處理, SS為摻黃河泥沙處理, SF為配施生物有機(jī)肥+摻黃河泥沙處理。同列不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。CK: control treatment; FF: biological organic fertilizer application; SS: mixing Yellow River sediment; SF: combined application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment. Values followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at 0.05 level.

2.3.2 冬小麥源與庫(kù)的相關(guān)性

表5表明, 在不同肥-沙混施條件下, 全生育期源生產(chǎn)能力與有效庫(kù)容量、總穗數(shù)和穗粒數(shù)之間存在著顯著正相關(guān)(<0.05)。全生育期光合勢(shì)與有效庫(kù)容量、總穗數(shù)、穗粒數(shù)之間存在顯著正相關(guān)(<0.05), 其中開(kāi)花前及全生育期光合勢(shì)均與總穗數(shù)達(dá)極顯著水平(<0.01)。有效庫(kù)容量與總穗數(shù)和穗粒數(shù)達(dá)到極顯著正相關(guān)(0.01)。有效庫(kù)容量與庫(kù)構(gòu)成因素之間的相關(guān)系數(shù)表明總穗數(shù)和穗粒數(shù)對(duì)有效庫(kù)容量影響較明顯, 均達(dá)極顯著水平(<0.01)。

3 討論

3.1 肥-沙混施處理對(duì)鹽堿地冬小麥源庫(kù)特性的影響

維持高光合能力和持續(xù)時(shí)間對(duì)產(chǎn)量形成極為重要[15,25]。本研究條件下, 各處理冬小麥開(kāi)花后的凈光合速率(n)峰值均出現(xiàn)在開(kāi)花期(20.19~25.66 μmol?m-2?s-1)。此結(jié)論不同于趙紫平等[26]峰值出現(xiàn)在灌漿初期的結(jié)果, 原因可能與本研究土壤含鹽量高有關(guān)。本研究肥-沙混施處理在開(kāi)花期—花后20 d的n平均為17.39 μmol?m-2?s-1, 高于其他處理12.25%~29.90%以上, 說(shuō)明肥-沙混施處理可以促進(jìn)冬小麥光合作用, 從而提高作物干物質(zhì)積累量[27]。灌漿后期的n表現(xiàn)和中期一致, 這表明SF處理能夠保證持續(xù)較高的光合速率, 從而改善后期光合性能, 延緩葉片衰老[28]。對(duì)照處理的花后源生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)化率為79.48%, 顯著低于其他處理, 其全生育期源生產(chǎn)能力主要來(lái)自于開(kāi)花后的源生產(chǎn)能力, 而前期的物質(zhì)積累欠缺影響了全生育期源的生產(chǎn)能力[18,23]。其他處理, 特別是SS和SF, 開(kāi)花后源生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)化率高, 分別為84.23%和85.91%, 比對(duì)照處理高5.98%和8.09%, 其產(chǎn)量也比對(duì)照高16.72%和41.01%, 說(shuō)明本研究條件下?lián)缴程幚硗ㄟ^(guò)提高開(kāi)花后的源生產(chǎn)能力而提高產(chǎn)量。所有處理的冬小麥群體光合勢(shì)隨生育階段的增加而增加, 在孕穗—開(kāi)花期達(dá)最大, 隨后隨生育階段的增加逐漸降低?；ê?0 d群體光合勢(shì)下降的速度較快, 對(duì)產(chǎn)量的形成極為不利[15,18], 整個(gè)生育期肥-沙混施處理比對(duì)照處理高25%以上, 尤其在花后20 d比對(duì)照處理高35%以上。因此, 冬小麥在花后20 d維持較高的光合性能是產(chǎn)量提高的關(guān)鍵因子。本研究條件下, 摻黃河泥沙或配施生物有機(jī)肥有利于提高小麥旗葉的光合速率和花后20 d的群體光合勢(shì), 減緩葉片早衰和死亡, 延長(zhǎng)葉片光合時(shí)間, 提高源供應(yīng)能力, 尤以肥-沙混施處理最佳。

表5 鹽堿地冬小麥源庫(kù)各特征因素間的相關(guān)系數(shù)(2016年)

**和*分別表示極顯著(<0.01)和顯著(<0.05)相關(guān)。**and * indicate significant correlation at 0.01 and 0.05 levels, respectively.

通過(guò)改善小麥生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境, 促進(jìn)小麥生長(zhǎng)發(fā)育, 優(yōu)化群體結(jié)構(gòu), 是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)[24]。本研究表明, 摻黃河泥沙或配施生物有機(jī)肥提高了鹽堿地冬小麥的穗數(shù)、粒數(shù)、千粒重、最大潛在庫(kù)容量。其中摻沙處理使千粒重提高4.76%以上, 但總穗數(shù)和單株結(jié)實(shí)粒數(shù)偏低, 因此摻沙處理通過(guò)提高總穗數(shù)和單株結(jié)實(shí)粒數(shù)是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。如何提高群體穗數(shù), 還需在設(shè)置不同密度的前提下進(jìn)行更深入的研究。有效庫(kù)容量與最大潛在庫(kù)容量的相關(guān)系數(shù)表明, 增加總穗數(shù)和穗粒數(shù)是增加庫(kù)容的有效措施[15], 是獲得較大庫(kù)容的關(guān)鍵措施[18]。鹽堿地冬小麥群體庫(kù)容不足是造成產(chǎn)量低的主要原因, 而肥-沙混施處理使鹽堿地冬小麥單位面積綠葉所承載的籽粒數(shù)平均提高2.86%~10.53%, 說(shuō)明肥-沙混施處理有利于鹽堿地冬小麥產(chǎn)量的提高。

3.2 肥-沙混施處理與鹽堿地冬小麥源庫(kù)轉(zhuǎn)化互作效應(yīng)

作物產(chǎn)量的形成是源庫(kù)互作的過(guò)程[29]。在作物產(chǎn)量形成過(guò)程中, 源為庫(kù)的建成和充實(shí)提供物質(zhì)保證, 庫(kù)的大小又可調(diào)節(jié)源的活性[30]。而在庫(kù)或源水平均較低時(shí), 增源或增庫(kù)都能明顯促進(jìn)產(chǎn)量提高[31]。本研究條件下, 所有處理小麥平均有效穗數(shù)為3.98′106穗?hm-2, 平均穗粒數(shù)為24.12粒, 均低于超高產(chǎn)條件下有效穗數(shù)在4.53′106穗?hm-2以上, 穗粒數(shù)為35.02粒以上[32]的結(jié)果。說(shuō)明本研究條件下, 源和庫(kù)均是鹽堿地冬小麥產(chǎn)量的限制因素。

粒葉比是衡量群體條件下源庫(kù)流是否協(xié)調(diào)的綜合指標(biāo)。粒葉比越高, 葉片的光合產(chǎn)物輸向穗部的越多, 越利于產(chǎn)量的提高[18]。在本研究生產(chǎn)條件下, 肥-沙混施處理比對(duì)照處理的粒葉比增加2.86%~ 10.53%, 說(shuō)明與對(duì)照處理相比, 肥-沙混施處理能夠促進(jìn)光合產(chǎn)物從源到庫(kù)的運(yùn)轉(zhuǎn)更加流暢, 促使更多的源物質(zhì)轉(zhuǎn)化成庫(kù)物質(zhì)。另外, 本研究肥-沙混施處理的有效庫(kù)容量(4 485.70~5 503.10 kg?hm-2)比對(duì)照處理高32%以上, 結(jié)合陳紅明等[33]關(guān)于光合源相近, 粒葉比高的群體的生物量均高于低粒葉比群體的研究結(jié)果, 說(shuō)明肥-沙混施處理提高了冬小麥的最大潛在庫(kù)容量。

本研究中鹽堿地冬小麥群體光合性能和源生產(chǎn)能力與產(chǎn)量和總穗數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)表明, 增加總穗數(shù)能有效增加光合性能及源生產(chǎn)能力, 較高的光合性能和源生產(chǎn)能力為高產(chǎn)提供了物質(zhì)保證?？梢?jiàn)對(duì)于鹽堿地冬小麥而言, 要想獲得較大的源, 增加總穗數(shù)是關(guān)鍵措施之一。本研究與溫櫻等[34]的研究結(jié)果一致。

肥-沙混施處理的花后總光合勢(shì)高于配施生物有機(jī)肥處理, 其產(chǎn)量也高于配施有機(jī)肥處理, 說(shuō)明肥-沙混施處理有利于鹽堿地冬小麥群體生長(zhǎng), 更有利于維持花后的葉面積, 防止葉片早衰, 這也體現(xiàn)在產(chǎn)量上的提高。本研究條件下肥-沙混施分別比單獨(dú)摻沙和配施生物有機(jī)肥提高產(chǎn)量6%和14%以上。

3.3 降雨年型對(duì)鹽堿地冬小麥庫(kù)源關(guān)系的影響

足墑播種是小麥苗全苗壯的基礎(chǔ), 也是小麥安全越冬的保障因素[35]。本研究連續(xù)3年小麥播種前后均有50 mm以上的降雨, 特別是2017年10月7—22日降雨量累計(jì)達(dá)80.4 mm。而本研究小麥群體成穗數(shù)以2015—2016年最高, 以播種前供水最充足的2017—2018年最低, 僅從水分上不能發(fā)現(xiàn)其中原因; 而從播期上看, 2015年10月19日播種, 2016年10月14日播種, 播期相近, 群體成穗數(shù)相近, 唯有2017年連續(xù)降雨延誤播期(11月8日播種), 冬前積溫明顯不足, 造成冬前苗弱分蘗少, 成穗數(shù)低[24,36]。

從整個(gè)生育期降雨量來(lái)看, 3年的降雨量以2015—2016年最高(297.4 mm), 其次為2016—2017年(187.0 mm), 以2017—2018年(115.9 mm)最低。小麥產(chǎn)量同處理年際間比較以2015—2016年最高, 以2017—2018年最低。產(chǎn)量是庫(kù)源協(xié)調(diào)的最終體現(xiàn), 在本研究限水灌溉條件下, 水分短缺是制約庫(kù)源協(xié)調(diào)的因子, 也是限制產(chǎn)量進(jìn)一步提高的限制因子。

從小麥生育中后期降雨分布來(lái)看, 2016年5月2日和14日降雨平均超過(guò)20 mm, 且多發(fā)生在夜間, 此時(shí)正值揚(yáng)花灌漿期, 充足水分供應(yīng)保證了同化物的運(yùn)轉(zhuǎn), 促進(jìn)了從源到庫(kù)的轉(zhuǎn)化, 也是本年度同處理年際間千粒重最高的原因。2017年灌漿期持續(xù)干旱, 不利于源庫(kù)轉(zhuǎn)化[37], 致使本年度千粒重不及2016年高。相比之下, 2018年5月份累計(jì)降雨35.7 mm。發(fā)生降雨天數(shù)共計(jì)8 d, 其中7次單次降雨量不足5 mm, 本月蒸發(fā)量大, 連續(xù)交叉的小雨加重了鹽堿地返鹽, 加速冬小麥的衰老, 制約了千粒重的提高, 致使本年度千粒重在3年中最低。

進(jìn)一步比較分析各處理與對(duì)照處理發(fā)現(xiàn), 穗數(shù)、粒重和產(chǎn)量處理間的差異比年型差異大, 而各年型不同處理差異程度各有不同, 增肥、摻沙與肥-沙混施均可提高本研究條件下的鹽堿地源庫(kù)生產(chǎn)能力, 進(jìn)而提高小麥產(chǎn)量, 而不同的降雨年型又會(huì)對(duì)各處理的增產(chǎn)效果起到制約或促進(jìn)的作用。

4 結(jié)論

摻黃河泥沙或配施生物有機(jī)肥均可以提高鹽堿地冬小麥旗葉凈光合速率和光合勢(shì), 以肥-沙混施處理效果最佳, 提高開(kāi)花期—花后20 d的凈光合速率和整個(gè)生育期總光合勢(shì)12%和25%以上。

肥-沙混施處理顯著提高花前、花后源生產(chǎn)能力、穗數(shù)、總粒數(shù)、最大潛在庫(kù)容、有效庫(kù)容量和開(kāi)花后源生產(chǎn)能力的轉(zhuǎn)化率, 分別比對(duì)照處理提高40%、28%、22%、22%、27%、24%和5%以上。

摻沙處理提高莖鞘物質(zhì)輸出率和千粒重, 分別比對(duì)照處理提高6%和8%以上。摻黃河泥沙或配施生物有機(jī)肥均可以提高鹽堿地冬小麥的產(chǎn)量11%以上, 以肥-沙混施處理提高最多, 高達(dá)26%以上。

肥-沙混施處理綜合了摻黃河泥沙和配施生物有機(jī)肥的效果, 能夠提高小麥光合性能, 延緩花后20~30 d的葉片衰老, 提高源生產(chǎn)能力, 促進(jìn)從源到庫(kù)的轉(zhuǎn)化更加流暢, 促使更多的源物質(zhì)轉(zhuǎn)化成庫(kù)物質(zhì), 是一種可以提高鹽堿地冬小麥產(chǎn)量的生態(tài)方法。

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Effects of mixed application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment on the sink-source relationship of winter wheat in saline-alkaline soil*

LI Xiaoshuang1,2, DANG Hongkai2, SONG Ni1, SHEN Xiaojun1, SUN Jingsheng1**

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453003, China; 2. Dryland Farming Institute, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Hengshui 053000, China)

To study the source and sink characteristics and the transformation of both source and sink of winter wheat in saline-alkali soil, we conducted an experiment in Nanpi County, China, during the winter wheat growing seasons from 2015 to 2018. The positioning monitoring test was employed in the study. The study involved four processes: biological organic fertilizer application (FF), mixing Yellow River sediment (SS), FF and SS combination (SF), and blank (CK) treatment as control. Wheat varietiy ‘Xiaoyan 60’ was used in the field as the experimental material, and the growth parameters and grain yield of the wheat were monitored during the growth period. The findings revealed that there was a gradual downward trend in the photosynthetic rate (n) of flag leaves after anthesis under different treatments. The order of flag leavesnwas SF > FF > SS > CK from anthesis to 20 d after anthesis. SF, FF, and SS were averagely 55.08%, 27.32%, and 1.88%higher, respectively, than CK. As for the growth process, the leaf area duration showed a single peak curve, with the peak appearing at the boot-anthesis stage. After 30 days of anthesis, there was a rapid decline in leaf area duration, and the photosynthetic potential of the treatments was SF > FF > SS > CK. At the boot-anthesis stage, the photosynthetic potentials of SF, FF, and SS were increased by 29.02%, 18.79%, and 10.62% respectively, compared with CK. Moreover, their total photosynthetic potentials after anthesis were 41.66%, 24.72%, and 13.94% higher, respectively, than that of CK. The source productivity capacity of SF was the highest during the whole growth period, before and after anthesis, at 34.06%, 40.52%, and 28.15% higher respectively, than that of CK. SF had the highest storage indexes, including panicle number, total grain number, maximum potential storage capacity and effective storage capacity; these were averagely 25.69%, 30.00%, 42.06%, and 38.84% higher, respectively, than in CK. The source-sink relationship indexes of SF were all the highest. They were yield, conversion rate of source production capacity after anthesis, grain/leaf ratio, and economic coefficient; these were 41.08%, 9.53%, 8.50%, and 4.01%, higher, respectively, than with CK. In this study, the effective storage capacity showed significantly positive correlation with the total number of spikes and the total number of grain, and these were the key factors affecting winter wheat yield in saline-alkali soil. The way of mixing Yellow River sediment or applying bio-organic fertilizer could improve the photosynthetic performance of wheat, improve the production capacity of the source, and promote the transformation of the source-sink. The best treatment was the SF treatment, which combined SS and FF application. This treatment combines the advantages of both, and was more conducive to the improvement and sustainable development and utilization of coastal saline and alkaline soil.

Saline-alkaline soil; Biological organic fertilizer; Yellow River sediment; Winter wheat; Sink-source relationship

李曉爽, 黨紅凱, 宋妮, 申孝軍, 孫景生. 肥-沙混施對(duì)鹽堿地冬小麥群體庫(kù)源關(guān)系的影響[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(11): 1695-1705

LI X S, DANG H K, SONG N, SHEN X J, SUN J S. Effects of mixed application of biological organic fertilizer and Yellow River sediment on the sink-source relationship of winter wheat in saline-alkaline soil[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(11): 1695-1705

* 國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(51790534)資助

孫景生, 主要研究方向?yàn)楣?jié)水灌溉原理與農(nóng)業(yè)水資源高效利用技術(shù)。E-mail: jshsun623@163.com

李曉爽, 主要研究方向?yàn)樽魑锼指咝Ю?。E-mail: lxsh1980@126.com

2019-05-05

2019-06-24

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (51790534).

, E-mail: jshsun623@163.com

Jun. 24, 2019

May 5, 2019;

S512.1+1

2096-6237(2019)11-1695-11

10.13930/j.cnki.cjea.190333