朱倩 朱伟 闫向泉 孟自力 倪雪峰

摘要：试验于2018—2019、2019—2020年度连续两个小麦生长季，以商麦167为材料，设置N0（不施氮肥）、N165（减氮45%）、N210（减氮30%）、N255（减氮15%）和N300（常规施氮）5个施氮水平，研究宽窄行种植条件下减施氮肥对小麦光合特性及产量的影响。结果表明，两年度小麦叶面积指数（LAI）均在开花期达最大值，且随施氮量降低花前呈降低趋势，花后呈先升后降趋势。叶片SPAD值均在N300处理下达到最大值。随着施氮量降低，小麦叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）均在开花期达最大值，且趋势均为先增后降，减氮15%处理下值最大，显著高于常规施氮处理;胞间CO2浓度（Ci）变化趋势为先减后增，与Pn、Gs、Tr相反。随施氮量减少，单位面积穗数和穗粒数呈下降趋势，千粒重呈上升趋势，产量呈先增后减趋势，N255处理产量最高，且除N300外差异均达到极显著水平（P<0.01）。因此，小麦宽窄行种植模式下，在常规施氮量基础上减氮15%处理最有利于商麦167实现高产。

关键词：减氮;宽窄行种植;小麦;光合特性;产量

中图分类号：S512.101：S147.22 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2021）12-0096-06

黄淮南片麦区是我国第一大麦区，面积和产量均占全国的40%以上[1]，对保障国家粮食安全具有重要意义。氮素是小麦生长的必需营养元素，适量增施氮肥可以促进小麦增产[2]。但自2000年以来，我国化肥施用量以年均3%的速度递增，2015年达到6022.6万t[3]，因此国家提出在保证粮食安全的前提下推广节肥技术、提高肥料利用率，以实现2020年化肥零增长的目标。黄淮海麦区农户化肥施用量的调查表明，该区灌溉区和雨养区麦田均存在过量施肥问题，特别是雨养区氮肥用量较推荐用量高67.54%[4]，虽能在一定程度上获得高产，但也造成氮肥利用率低、水体污染及环境恶化等问题[5]。因此，探索黄淮麦区氮肥减施水平，研究减量施氮对该区小麦生长发育和产量的影响，对提高该區小麦产量和氮肥利用率具有重要意义。

前人关于氮肥减施对小麦光合特性、荧光参数、品质等方面的影响做了一些研究，但均是在等行距种植模式下进行，且试验结果不尽一致：聂胜委等[6]研究表明，在旋耕方式及300kg/hm2氮肥基准下，氮肥减施10%和20%不会造成小麦减产和品质下降;苟志文等[7] 研究指出，在180kg/hm2氮肥基准下减氮15%不会影响小麦产量和收获指数;马静丽等[8]研究表明，在常规施氮量330kg/hm2基础上减施氮肥能增加花后冠层下部叶片受光比率，改善下部叶片的受光状况，提高冠层下部叶片的光合速率。宽窄行种植能有效协调植株个体的通风受光条件、减少株间竞争，有利于提高光能利用率、增加光合产物积累[9]。本研究结合黄淮麦区55个市141个县的调研数据，以该区麦田氮素施用水平300kg/hm2为基准，研究宽窄行种植模式下氮肥减施对小麦光合特性及产量的影响，以期为该区小麦高产高效栽培中氮肥合理运筹提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地与供试材料

试验于2018—2019、2019—2020年度连续两个小麦生长季在商丘市农林科学院双八试验基地（34.31°N，115.42°E）进行。其土质为两合土，有机质含量1.32%、速效氮45.36mg/kg、速效磷25.21mg/kg和速效钾106mg/kg。生育期各月份降水量见图1。前茬种植玉米。

供试小麦品种商麦167，于2018年通过国家农作物品种委员会审定。

1.2 试验设计与田间管理

试验氮肥投入基准为300kg/hm2，在此基准上设N0（不施氮肥）、N165（减氮45%）、N210（减氮30%）、N225（减氮15%）和N300（常规施氮）5个施氮水平。随机区组排列，重复3次。小区面积10m×4.5m=45m2。

采用宽窄行种植，大行距20cm，小行距13cm，基本苗为270万/hm2。氮肥分基肥、追肥两次施入，基追比为5∶5，拔节期追肥（表1）;磷钾肥一次性基施，磷肥用量为过磷酸钙750kg/hm2，钾肥用量为硫酸钾180kg/hm2。2018—2019年度小麦播种和收获日期分别为10月16日和6月11日，2019—2020年度小麦播种和收获日期分别为10月18日和6月5日。其它田间管理措施保持一致。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶面积指数（LAI） 分别于返青期、拔节期、开花期、乳熟期选取长势均匀一致的小麦植株，用CY—G10叶面积仪测定叶面积指数。

1.3.2 叶绿素含量（SPAD） 分别于返青期、拔节期、开花期、乳熟期选取10株长势均匀一致的小麦，用便携式SPAD—502叶绿素仪测定，返青期、拔节期测倒2叶，开花期、乳熟期测旗叶，以SPAD值表示叶绿素相对含量。

1.3.3 光合特性参数 采用LI—6400便携式光合测定仪（美国LI-COR公司）测定拔节期（倒2叶）、开花期（旗叶）、灌浆中期（旗叶）、灌浆后期（旗叶）小麦叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）。选晴朗天气，于9∶00—11∶00在红蓝外加光源下进行测定。每小区选取长势均匀一致的10片叶进行测定。

1.3.4 产量及产量三因素 成熟期每小区选择20株有代表性小麦进行考种，测量穗粒数、千粒重。选取1m双行样段测量并折算出公顷穗数。各小区均全部收获计产，折算出公顷产量。

1.4 数据处理

用MicrosoftExcel2003进行数据整理和作图，用DPS7.5软件进行统计分析，用LSD法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对小麦叶面积指数的影响

由表2看出，整个生育期小麦叶面积指数（LAI）表现为先升后降的倒“V”形趋势，即开花期LAI值达到最大，之后逐渐降低，施氮量对LAI值有显著影响。开花前小麦LAI值随着施氮量的降低而减小，表现为：N300>N255>N210>N165>N0，花后N300处理下LAI值大幅下降，乳熟期表现为：N255>N210 >N300 >N165 >N0，两年度N255较N210、N300、N165、N0分别高12.21%、2.72%，18.55%、23.36%，67.05%、41.18%和68.97%、60.00%，且除N210外差异均达到显著水平。说明适当减施氮肥，有利于小麦群体的构建，过量施氮使花前LAI值保持在较高状态，但后期会造成群体营养生长旺盛，群体中下层光照不足，导致叶片早衰，LAI下降較快，不利于光合产物的形成。

2.2 不同施氮量对小麦叶片叶绿素含量的影响

不同处理小麦整个生育期叶片SPAD值均呈先升后降的趋势，花前缓慢上升，花后迅速下降（表3）。各生育期随施氮量增加SPAD值均呈上升趋势，相对于N0，2018—2019、2019—2020年度返青期、拔节期、开花期4个施氮处理（N165、N210、N255和N300）叶片SPAD值分别提高15.46% ～36.14%、21.24% ～40.20%和10.03% ～31.61%，且与N0差异均达到极显著水平（P<0.01）。乳熟期，各处理叶片SPAD值较开花期均大幅下降，两年度平均降幅分别为33.53%、33.33%、33.42%、33.13%和27.84%。说明增施氮肥能够保持叶片的绿色持续期，减缓叶片衰老，延长生育期。

2.3 不同施氮量对小麦光合特性的影响

2.3.1 对叶片净光合速率（Pn）的影响 随着生育进程，小麦叶片Pn呈先升后降的变化趋势，花前平稳增长，花后迅速下降，不同处理对叶片Pn的影响差异显著（图2）。随着施氮量降低，小麦叶片Pn呈先增后减的变化规律，表现为N255 >N210>N300>N165>N0。N255（减氮15%）处理均高于其它处理，开花期达到最大值，2018—2019、2019—2020年度分别为23.05μmol/（m2·s）和22.54μmol/（m2· s），分别较同期N210、N300、N165、N0提高10.04%、17.20%、24.59%、30.88%和5.50%、8.97%、17.28%、30.99%。灌浆后期N255处理叶片Pn仍保持较高水平，且与N300、N165、N0差异均达到显著水平（P<0.05）。说明在常规施氮量基础上适当减氮能提高叶片Pn，延长光合作用时间，利于籽粒灌浆和光合产物积累。

2.3.2 对小麦旗叶气孔导度（Gs）的影响 由图3可知，随着生育进程，小麦叶片Gs表现出先增后减的变化趋势，灌浆后期叶片Gs大幅下降。两年度不同施氮量处理叶片Gs均在开花期达最大值，且均以N255（减氮15%）处理的值最大，2018—2019、2019—2020年度分别为0.64mol/（m2·s）和0.65mol/（m2·s），与其它处理（除N210外）差异均达到显著水平（P<0.05）。灌浆后期叶片Gs迅速下降，两年度降幅分别为63.42% ～66.85%和41.51% ～52.47%，N255处理叶片Gs灌浆后期仍然保持较高水平。由此可见，在常规施氮量基础上适当减氮对小麦叶片气孔导度有一定的提升作用。

2.3.3 对小麦旗叶蒸腾速率（Tr）的影响 由图4可知，小麦叶片Tr变化规律与Pn、Gs基本一致，即随着生育进程均表现出先增后减的规律，开花期达到最大值，随后逐渐下降。不同施氮量处理中，各生育期叶片Tr值均以N255（减氮15%）处理最大，开花期两年度最大值分别为7.24mmol/（m2·s）和6.90mmol/（m2·s），比同期N210、N300、N165、N0分别提高6.79%、25.22%、32.81%、52.12%和2.47%、4.76%、5.73%、12.38%，且差异均显著（P<0.05）。说明在常规施氮量基础上适当减氮能够促进叶片水气交换，提高作物的蒸腾作用。

2.3.4 对小麦旗叶胞间CO2浓度（Ci）的影响 小麦叶片Ci值随着生育进程和施氮量增加均呈先降后增的变化趋势，与Pn、Gs、Tr的变化趋势相反（图5）。各施氮量水平下，不同生育期叶片Ci值均表现为：N0 >N165 >N300 >N210 >N255，开花期降到最低，两年度N255处理叶片Ci值分别为225.73μmol/mol和225.78μmol/mol，比同期N210、N300、N165、N0分别降低5.73%、7.80%、8.73%、10.80% 和2.70%、7.11%、9.80%、9.88%，差异显著（P<0.05）。说明在常规施氮量基础上适当减氮能够促进植株光合作用，提高叶片利用CO2的能力。

2.4 不同施氮量对小麦产量及产量三因素的影响

由表4看出，两年度试验中，不同施氮量对商麦167产量、穗数、穗粒数和千粒重均有显著影响。不同施氮量处理均以N255处理产量最高，两年度产量分别达到8334.15kg/hm2和8667.03kg/hm2，较N300、N210、N165、N0分别增产1.29%、6.63%、25.79%、41.26% 和3.38%、14.26%、16.74%、46.87%，与N300差异不显著，与N210、N165、N0差异极显著（P<0.01）。

单位面积穗数和穗粒数随施氮量降低而减少，施氮处理极显著高于不施氮处理。千粒重随施氮量降低而升高，表现为N0>N165>N210>N255>N300，且N0显著高于其它施氮处理。

3 讨论与结论

氮素是影响小麦光合作用和产量形成的必需营养元素之一。施氮能够增加叶片叶绿素含量和叶面积指数，延缓叶片衰老，延长功能叶的持续时间，提高光合速率[10，11]。研究表明，随外源供氮水平的提高，小麦叶面积指数、叶绿素含量表现出升高趋势[12，13]。杨鲤糠等[14]认为，小麦叶面积指数和叶绿素含量随施氮量的升高均表现为先增后减的趋势。本研究表明，在0～300kg/hm2范围内，随外源供氮水平的提高，SPAD值表现出增加趋势。小麦LAI在花前、花后变化规律不一致：随施氮量增加，花前LAI呈上升趋势，花后LAI呈先升后降趋势，且在减氮15%（255kg/hm2）时达到最大值。其原因可能是，生育前期常规施氮（N300）会造成叶片过度生长，下部叶LAI值增大，形成郁闭现象，从而导致中下部叶片光照不足，光合性能降低，后期LAI下降。小麦功能叶的光合能力对籽粒产量的形成具有重大影响，成熟时籽粒中的干物质约25%来自旗叶的光合作用[15]，因此维持功能叶特别是旗叶的光合功能对增加粒重具有重要作用。本研究结果表明，小麦叶片Pn、Gs、Tr值随着施氮量的增加呈抛物线变化，N255处理达到最大值，Ci值与Pn、Gs、Tr变化规律相反。这与张文静[16]、张绪成[17]等的研究结果一致，说明在一定范围内增施氮肥能改善小麦旗叶光合性能，进而促进小麦增产。

氮肥对小麦单位面积穗数、穗粒数、千粒重三因素有显著的调控效应，三因素中任一因素的变化均会对小麦产量造成直接影响，因此氮素是影响小麦产量的重要营养元素[15]。李廷亮等[12]认为，合理施氮能增加有效穗数、穗粒数和千粒重，从而提高产量。雷钧杰等[18]认为，施氮量对有效穗数的影响不大，但穗粒数、千粒重及产量随施氮量的增加而增加，施氮量过大产量不增反降。本试验结果显示，施氮量对单位面积穗数和穗粒数有正效应，千粒重则随施氮量的增加呈下降趋势。大多数研究认为施氮量与产量呈抛物线关系，在一定范围内施氮量与产量呈正相关，当施氮量达到一定水平后增施氮肥则会造成产量下降[19，20]。本研究结果表明，随施氮量增加，小麦籽粒产量呈先增后减的变化趋势，减氮15%（N255）处理产量最高，与N300处理差异不显著。因此，综合考虑节肥、增效等因素，本试验条件下，当地主栽小麦品种商麦167的最佳施氮量为255kg/hm2。