保护性耕作下肥料NP对小麦光合生理及产量的影响精.docx

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保护性耕作下肥料NP对小麦光合生理及产量的影响精

保护性耕作下肥料N、P对小麦光合生理及产量的影响

董建德,吴小龙,侯文军

甘肃农业大学农学院,兰州（730070

E-mail:

摘要:

以临抗2号为材料,在保护性耕作条件下,研究了不同N、P处理组合对产量及光合生理生态指标的影响。

在底肥为纯N165kg·hm-2、P2O5105kg·hm-2基础上,拔节期追肥量按照纯N和P2O5追施量（kg·hm-2设5个肥料处理,分别为:

F1（N0P0、F2（N0P60、F3（N60P0、F4（N60P60、F5（N135P120。

结果表明:

籽粒产量范围在6753.38kg·hm-2~8206.48kg·hm-2之间,其中以总施肥量最高的F5产量最高,分别比F1、F2、F3、F4高21.52%、15.60%、7.35%和6.77%。

处理间光合速率、蒸腾速率、气孔导度、籽粒产量、千粒重、水分利用效率、叶面积指数存在显著或极显著差异。

关键词:

保护性耕作;农艺指标;生理指标;冬小麦

甘肃河西绿洲深处内陆腹地,是春小麦的主产区,但也曾有过冬小麦大面积栽培的历史,一度达近几十万公顷,后因黄矮病发生严重和育种工作滞后趋于萎缩。

河西是沙尘暴的重灾区和我国三大沙尘源区之一,春小麦的大面积种植使河西冬春季土地大面积裸露、干燥疏松、为沙尘暴的发生提供了很好的下垫面,所以扩种冬小麦防风固尘在河西具有重要的生态意义.施肥是调控作物生长发育的一项重要措施,不同的施肥条件会导致作物群体内微气候环境的差异,影响植株的生理代谢,使其生理特性发生相应的变化[1],从而影响作物整体的生长发育。

大量研究表明,N、P肥对作物叶面积及叶片光合速率有明显的调控作用,可有效改善叶片的光合特性[2]。

研究表明土壤水分正常供应条件下,缺氮造成植物光合效率、光合量子效率和有关碳代谢酶类的活性降低[3],Dejone研究指出[4],叶片氮素水平与其光合作用能力成正比。

而干旱情况下,施氮、磷肥可以在一定程度上提高小麦叶片的净光合速率[5],氮素对小麦光合的影响与水分胁迫的程度有关。

轻度水分胁迫下,施氮肥对小麦叶片光合作用促进较大,而且光合速率随施氮量的增加而增大。

李世清等认为氮营养对光合作用的影响,与叶绿素含量增加直接相关,施氮后叶绿素含量增加,使叶肉细胞光合活性和叶片吸光强度增强,最终使净光合速率增加[6]。

气孔导度能反应单位叶面积的蒸腾失水情况和气孔对干旱的敏感性。

N、P肥对叶片气孔导度有明显影响。

干旱条件下,施磷小麦叶片的气孔导度较高,单位叶面积蒸腾失水增加。

Morgan认为缺磷植物可产生类似于水分胁迫的生理生化和解剖形态性状,如较小的气孔导度、较小的细胞体积和较厚的细胞壁等[7]。

氮肥对气孔导度的影响与干旱程度密切相关。

水分充足时,高N植物叶片气孔导度较低氮的高,但在遇到水分胁迫时,高N植物叶片的气孔导度和蒸腾速率比低N植物下降得快,而且早。

这说明,施氮肥提高了小麦叶片对水分胁迫的敏感性[7]。

严重干旱下,施氮会使气孔导度减小,单位叶面积蒸腾失水减少,使蒸腾、蒸发量明显下降,表现为负作用;磷营养则为正作用,只是效果不及水分条件好时明显[8]。

本文试图在前人工作的基础上,着重分析在保护性耕作下肥料N、P对小麦光合生理及产量影响的关系,以期为生产上提高粒重提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料与设计

试验在甘肃凉州区黄羊镇甘肃农业大学试验农场进行,试验地为灌淤土。

该灌区在甘肃河西走廊东端,位于北纬37°23′,东经103°23′,平均海拔1776m,属典型大陆性气候,平均海拔为1776m,冬夏较长,春秋较短,春季多风少雨,冬季较为寒冷。

降水年际变化不大,但季节变化较大,多年平均降水量160mm左右,主要集中在7、8、9月份。

年蒸发量2400mm,干燥度5.85,年平均气温7.2℃,1月份最低气温-27.7℃,7月份最高气温34.0℃。

≥0℃积温为3513.4℃;≥10℃积温为2985.4℃。

全年无霜期156d,绝对无霜期118d,年日照时数2945h。

年均大风日数12d,年均沙尘暴日数为9d,最多年沙尘暴日数为34d。

土壤为荒漠灌淤土,肥力较好。

试验在保护性耕作条件下进行,保护性耕作措施为免耕加秸秆覆盖（450kg秸秆/hm2。

供试冬小麦品种为临抗2号,随机区组设计、3次重复,小区面积20m2,行长10m,行宽2m,行距15cm。

小区走道50cm。

四周保护行4-5行;播种量按600万基本苗·hm-2下种。

磷肥（P2O5设105kg·hm-2、165kg·hm-2水平、225kg·hm-2,氮（纯N设165kg·hm-2、225kg·hm2、300kg·hm-2三个水平,共5个处理组合（表1。

播前以磷（P2O5105kg·hm-2、纯N165kg·hm-2为底肥,剩余部分作为拔节期肥追施。

表1肥料试验处理组合

N、P水平N165N105N300P165N165P165（F2N225P165（F4

P225N300P225（F5

1.2测定项目与方法

1.2.1物候期记载物候期主要包括:

播种期、出苗期、返青期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期、成熟期。

各生育期以该品种50%达到出苗或抽穗等为标准。

1.2.2LAI测定冬小麦起身后,每小区选择长势均匀一致的1m2,各生育时期用美国生产的LP-80冠层分析系统安“田”型测定6次,取其平均值。

1.2.3光合生理特性测定冬小麦起身后,在各处理内选择生长整齐一致的植株30株,单株挂牌标记,随着生育进程连续测定。

测定时间选择晴朗的早晨10:

00~12:

00,用美国CID公司生产的CI-310型光合测定系统测定,各处理选择长势均匀一致的顶部完全展开叶3~5片,测定其净光合速率（Pn、气孔导度（Gs、蒸腾速度（Tr。

1,2.4水分利用效率（WUE从播前至收获期,每个生育时期用烘干法测定0~10cm、10~30cm、30~60cm、60~90cm、90~120cm、120~150cm土层土壤含水量,每次灌水前及降雨后进行加测。

计算水分利用效率（WUE。

WUE（kg·hm-2·mm-1=经济产量/ET

作物生长期间的蒸散量（ET用下式计算:

ET（mm=I+P-△S

其中I是作物生长期间的灌水量（mm,P是作物生长期间的降水量（mm,△S是收获期与播种期土壤剖面水分含量（mm之差。

3.4.5.8产量构成因素测定完熟期每小区各选20株进行常规考种,室内考种指标有:

株高（cm、穗长（cm、小穗数、穗粒数、千粒重（g、穗粒重（g、单株生物产量（g、收获指数。

并结合实收测产。

1.2.5数据处理:

数据处理采用SPSS11.5、Excel2003及DPS统计分析软件进行处理。

2结果与分析

2.1不同肥料处理对各农艺性状的影响

从表1可见,不同N、P肥处理组合间产量、千粒重和WUE均存在显著性差异,而株高、穗长、小穗数、亩穗数、穗粒数、生物产量、经济系数差异不显著。

处理间以F5处理的籽粒产量最高,分别比F1、F2、F3、F4高出21.52%、15.60%、7.35%和6.77%。

同时F5具有最高的单位面积穗数和千粒重。

从处理间的差异程度来看,产量、千粒重、WUE和收获指数对N、P组合反映较敏感,处理间最大差异分别为21.52%、13.27%、16.28%和25.00%,变异系数分别为7.54%,5.13%、6.49%和10.55%。

而株高、穗长、生物产量、小穗数、亩穗数和穗粒数对肥料反映较小,处理间最大差异均小于12.73%,CV也在4.36%以下。

处理株高PH（cm

穗长

SL（cm

小穗数

SPS

单位面积穗数

SNH（spike*104/hm

穗粒数GNS

F183.67aA7.11aA14.73aA58.65aA20.27aA

F280.65aA7.11aA14.97aA60.25aA22.10aA

F383.56aA7.11aA14.47aA58.81aA22.85aA

F485.97aA7.06aA14.27aA59.81aA21.50aA

F587.12aA6.87aA14.80aA60.67aA21.58aA

Mean83.997.0514.4559.6421.66

最大差异（%8.023.495.943.4412.73CV（%2.81.482.361.484.36

处理千粒重TGW（g

生物产量

BY（g/plamt

产量

GY（kg/hm2

收获指数

HI

WUE（kg/hm2·mm

F150.63bB2.64aA6753.380.44aA11.09bAF251.41bB2.67aA7098.790.55aA11.14bAF351.55bB2.73aA7644.730.47aA11.67abAF453.65abB2.59aA7686.250.44aA11.26bAF557.35aA2.60aA8206.48aA0.53aA12.89aAMean52.92.657477.930.4911.61最大差异（%13.275.4121.5225.0016.28CV（%5.132.157.5410.556.49

数值后的小写和大写字母分别表示5%和1%的显著标准.

SL:

Spikelength;SPS:

Spikeletsperspike;SNH:

Spikenumberperhectare;GNS:

Grainnumberperspike;TGW:

Thousandgrainweight;BY:

Biolgicalyield;GY:

Grainyield;HI:

Harvestindex;WUE:

Wateruseefficiency;下同Thesamebelow.

2.2肥料处理间WUE、LAI、的差异及性状间相关

相关性分析表明（表2,在本试验N、P水平条件下,产量与千粒重（r=0.88*呈显

著正相关,而与亩穗数和穗粒数相关性不显著,说明在该肥料试验条件下,影响产量的主要

因素是千粒重。

WUE与产量（r=0.84*、千粒重（r=0.89*呈显著正相关,表明在常规

灌溉条件下,说明水分的消耗主要用于籽粒生产,蒸腾效率较高,增产与提高WUE具有同

步性。

单位面积穗数,穗粒数和千粒重之间没有显著的相关性,表明产量三要素之间没有彼

此的消长影响,处于可同步提高阶段,增产潜力空间较大。

对于不同的N、P肥处理组合来说,LAI与产量、WUE和千粒重均表现出明显的相关

性（表4,各测定时期的平均LAI与产量、WUE、千粒重之间的相关系数分别为0.98**、

0.85*、0.95**。

其中抽穗期、开花期和灌浆前期的LAI与产量呈高度正相关（0.99**、0.97**、0.99**。

开花后各时期的LAI与千粒重相关系数在0.86*~0.91*之间,与WUE之间的相关

系数在0.83*~0.91*之间。

PHSLSPS

SNH

GNS

TGW

BYGYHISL-0.83*

SPS

0.75

-0.55

SNH

0.24

-0.68

-0.21

GNS

-0.22

0.08

-0.45

0.16

TGW0.82*-0.97**0.4

0.75

0.04

BY-0.590.58-0.22-0.510.6-0.61

GY0.74-0.790.260.570.450.88*-0.29

HI-0.19-0.37-0.280.750.410.370.120.27

WUE0.76-0.92**0.580.540.190.89*-0.240.84*0.44

从表3、图3可以看出,LAI在灌浆中期和灌浆后期处理间存在显著性差异。

各处理LAI

生育期间的变化都呈单峰曲线,高峰值均出现在开花期,开花后叶片开始衰退、LAI开始下

降,籽粒产量最高的F5处理抽穗后一直具有最大LAI。

从差异程度来看,处理间叶面积指数以灌浆后期处理间差异最大（表3,最大差异为

42.21%,CV为14.05%,远大于抽穗~灌浆中期,其中抽穗、开花期、灌浆前期、灌浆中

期LAI最大差异率分别为9.63%、16.48%、15.29%和19.17%,CV分别为3.59%、5.86%、

5.75%和7.13%。

从LAI生育期阶段性变化来看,F5处于相对稳定状态,生育期前后最大差

异率和CV均最小,分别为159.72%和35.44%,说明高N、P组合能够延缓叶片衰老。

而其

它处理间LAI最大差异率为172.61%~219.63%,CV为37.35%~40.29%。

表3施肥对LAI的影响

Treatment抽穗期开花期灌浆前期灌浆中期灌浆后

期

Mea

n

最大差异

（%

CV（%

F15.19aA6.31aA5.1aA3.13bA1.99bA4.34217.0940.15F25.28aA6.57aA5.16aA3.19bA2.41abA4.52172.6137.35F35.35aA6.87aA5.4aA3.48abA2.15bA4.65219.5339.65

F45.69aA7.00aA5.49aA3.45abA2.19bA4.76219.6340.29F55.47aA7.35aA5.88aA3.73aA2.83aA5.05159.7235.44Mean5.406.825.413.402.314.67197.7238.58最大差异

（%

9.6316.4815.2919.1742.2116.3

CV（%3.595.865.757.1314.055.70

表4叶面积指数与各农艺性状的相关系数

抽穗期开花期灌浆前期灌浆中期灌浆后期均值

PH0.540.750.85*0.80.440.75SL-0.4-0.82*-0.91*-0.82*-0.87*-0.88*

SPS-0.110.240.430.40.140.26SNH0.430.630.60.490.89*0.7GNS0.170.390.220.380.220.32TGW0.580.91*0.96**0.88*0.86*0.95**

BY-0.57-0.37-0.44-0.27-0.36-0.43GY0.690.99**0.97**0.99**0.710.98**

HI-0.190.260.240.20.780.34WUE0.260.83*0.91*0.89*0.84*0.87*

2.3肥料对光合速率、蒸腾速率、气孔导度的影响

从表5可以看出,各时期测定的Tr、Gs、Pn处理间CV均值分别为45.93%、54.03%和18.23%,最大差异率均值分别为176.2%、315.67%、58.83%,表明施肥对Tr和Gs的影响远大

于对Pn的影响;处理间的Pn、Tr和Gs的差异以抽穗期和灌浆前期最明显。

从图4、图5、图6可以看出,F1、F3、F4处理Pn随生育期的推进而降低,以抽穗期最高,

F2呈“V”型,F5自抽穗后先增后降。

Tr变化在处理间呈“V”型,开花期最低,灌浆前期高于

抽穗期;Gs除F5外其它处理都呈“V”型变化,N、P水平较高的F5一直处于递增状态。

表5不同肥料处理光合速率、蒸腾速率和气孔导度的差异

处理抽穗期开花期灌浆前期Mean最大差异（%

CV（%

F17.63abA7.28aA6.64aaB7.1814.916.99F29.92aA5.93aA8.98aA8.2867.2825.2F37.71abA6.96aA6.96aA7.2110.786.01F47.33abA5.53aA2.53bB5.13189.7247.27F56.29bA6.8aA6.1aaB6.411.485.66

Mean7.786.56.246.8458.8318.23

最大差异（%57.7131.65254.94114.77光合速率Pn（µmol•m-2•s-1

CV（%

17.0511.3537.5521.98

F13.33baB2.79aA6.73abA4.28141.2249.87

F25.46aA1.33aA7.16aA4.65438.3564.48F32.99bB2.65aA5.82abA3.82119.6245.56F42.29bB1.85aA3.06cB2.465.4125.52F52.44bB2.79aA5.28baB3.5116.3944.2蒸腾速率

T（l

-2

-1

Mean3.32.285.613.73176.245.93

最大差异（%138.43109.77133.99127.40CV（%38.6728.9428.6232.07

F154.95baB42.44abA107.8baB68.4154.0150.72F285.27aA20.71bA145.83aA83.94604.1574.55F343.07bB14.91bA106.5baB54.85614.6985.6F435.55bB35.71abA44.74cC38.6725.8513.6F528.95bB65.56aA80.96bbC58.49179.6545.68Mean49.5635.8797.1860.87315.6754.03

最大差异（%194.54339.7225.95253.40气孔导度Gs（mol•m-2•s-1

CV（%44.7555.6638.4446.28

相关分析表明（表6,各时期测定的Pn、Tr、Gs均值间存在着极显著正相关（r=0.93**~

0.97**,Pn与Gs之间的相关更密切、二者在抽穗后都成显著正相关（0.86*~0.95**,但不难发现三者之间相关的密切程度具有阶段性差异,如Pn与Tr,Gs与Tr均在抽穗期和灌浆期呈极显著正相关,但开花期相关不显著。

尽管生育期间肥料处理间Pn、Tr、Gs存在显著差异,但各测定时期的单叶Pn、Tr、Gs及均值与单位面积籽粒产量、生物产量、千粒重、穗粒数、单位面积穗数、收获指数、WUE间相关不显著（表7,与株高、穗长、小穗数表现出时段性相关,如株高与Pn在抽穗期、开花期、灌浆前期呈显著负相关,相关系数分别为-0.98**、-0.89*、-0.94**。

穗长与开花期Tr呈显著负相关（-0.87*;小穗数与抽穗期Pn呈显著负相关（-0.83*,而与抽穗期Tr呈显著正相关（0.96**。

表6单叶Pn、Tr和Gs间的相关

PnGs

表7农艺指标与Pn、Gs、Tr的相关系数

抽穗期-0.98*

0.71-0.83*-0.020.25-0.670.48-0.630.35-0.67开花期-0.89*0.51-0.660.110.16-0.530.44-0.600.56-0.47灌浆前期-0.94*

*

0.63-0.67

-0.02

0.05-0.650.42-0.730.40-0.62

光合速率

（P

Mean0.21-0.090.78-0.52-0.24

-0.10.38-0.16-0.130.28抽穗期0.65-0.380.96-0.4-0.26

0.240.040.22-0.340.51蒸腾

速率

开花期

0.8-0.87*0.70.46-0.57

0.78-0.76

0.420.10.68

灌浆前期

-0.620.25-0.18-0.010.24-0.350.67-0.390.64-0.05Mean-0.610.32-0.03-0.19-0.03

-0.47

0.6-0.590.44-0.17抽穗期-0.770.44-0.32-0.110.19-0.530.69-0.560.54-0.27开花期-0.740.41-0.27

-0.12

0.2-0.510.71-0.540.54-0.23灌浆前期

-0.65

0.35-0.1-0.17-0.01

-0.490.6-0.610.46-0.21气孔导度（Gs

Mean-0.670.26-0.26

0.09-0.06

-0.38

0.4-0.570.61-0.21

3讨论

3.1在肥料试验中:

籽粒产量范围在6753.38kg·hm-2~8206.48kg·hm-2之间,其中以总施肥量最高的F5产量最高,分别比F1、F2、F3、F4高21.52%、15.60%、7.35%和6.77%。

处理间籽粒产量、千粒重、WUE、LAI存在显著或极显著差异。

3.2受试验条件的限制,肥料实验在设计上虽然N肥和P肥各有三个水平,但在正交组合中没有设置到N20和P15,因此在涉及到T5处理对产量、农艺指标和生态生理指标的影响时,就无法说明影响指标差异的具体影响因素,只能体现N、P组合对产量、农艺性状和生态生理性状的影响。

参考文献

[1]李潮海,刘奎,周苏玫,等.不同施肥条件下夏玉米光