种植方式与施氮量对冬小麦光合生理特性及光能利用率的影响

山东农业科学２０１０，１ｌ：１６—１８，２３　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　

种植方式与施氮量对冬小麦光合生理　

特性及光能利用率的影响　

高会军，周勋波，齐　林，杨国敏，董　浩，刘　岩，陈雨海　

（山东农业大学农学院／国家作物生物学重点实验室，山东泰安２７１０１８）　

摘要：以济麦２２为供试材料，在相同密度条件下，通过不同的种植方式和三种施氮量组合，探讨种植方　式与施氮量对冬小麦光合生理特性及光能利用率的影响。结果表明：冬小麦“２０　ｃｍ＋４０　ｃｍ”沟播（沟播）能　够显著提高小麦旗叶光合速率（Ｐｎ）、荧光参数与叶绿素含量指数（ＣＣＩ），从而维持较好的叶片光合生理功能。　沟播光能利用率平均值显著高于平作大小行与等行距。施氮量增加显著提高冬小麦Ｐｎ、荧光参数与ＣＣＩ等　生理指标，光能利用率也随之提高。施氮量对冬小麦光合生理指标及光能利用率的影响超过种植方式。　关键词：冬小麦；种植方式；施氮量；光能利用率　

中图分类号：Ｓ５１２．１　１　文献标识号：Ａ　文章编号：１００１—４９４２（２０１０）１１—００１６—０４　

Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｐｌａｎｔｉｎｇ　Ｐａｔｔｅｒｎ　ａｎｄ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｒａｔｅ　ｏｎ　

Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　

Ｌｉｇｈｔ　Ｕｓｅ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　Ｗｉｎｔｅｒ　Ｗｈｅａｔ　

ＧＡＯ　Ｈｕｉ—ｊｕｎ，ＺＨＯＵ　Ｘｕｎ—ｂｏ，ＱＩ　Ｌｉｎ，ＹＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｒａｉｎ，ＤＯＮＧ　Ｈａｏ，ＬＩＵ　Ｙａｎ，ＣＨＥＮ　Ｙｕ—ｈａｉ’　

（ＣｏＲｅ　ｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ￣Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＣｒｏｐ　Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｔａｉａｎ　２７１０１８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｊｉｍａｉ　２２　ｗａｓ　ｐｌａｎｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ａｎｄ　３　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒａｔｅｓ　ａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉ－　

ｔｉｅｓ，ｔｈｅｎ　ｔｈｅｉｒ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｕｓｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ（２０＋４０）一ａｍ　

ｆｕｒｒｏｗ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｃｏｕｌｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｒａｔｅ（Ｐｎ），ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　

ｉｎｄｅｘ（ＣＣＩ）ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｌａｇ　ｌｅａｖｅｓ　ｏｆ　ｗｉｎｔｅｒ　ｗｈｅａｌ　Ｓｏ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｋｅｐｔ　ｂｅｔ—　

ｔｅｒ．Ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｕｓｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｗｉｔｈ　ｆｕｒｒｏｗ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｗａｓ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈ　ｆｌａｔ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｂｉｇ—　

ｓｍａｌｌ　ｒＯＷ　ａｎｄ　ｓａｍｅ　ｒｏｗ．Ｔｈｅ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ａｌｓｏ　ｃｏｕｌｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｐｈｙｓｉｏ—　

ｌｏｇｉｃａｌ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｌｉｇｈｔ　ｕｓｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｗａｓ　ｏｖｅｒ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｐｌａｎｔｉｎｇ　

ｐａｔｔｅｒｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｗｉｎｔｅｒ　ｗｈｅａｔ；Ｐｌａｎｔｉｎｇ　ｐａｔｔｅｒｎ；Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ；Ｌｉｇｈｔ　ｕｓｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　

近年来，生产上冬小麦种植方式出现了多样　

化。据统计，山东省冬小麦的种植方式有近３００　

种¨Ｊ。沟播、垄作　Ｅ等行距种植方式在生产上　

已经有了广泛应用　。氮肥是小麦获得稳产、　

高产所必需的营养元素，但若小麦生产中氮肥施　

用不合理，会导致化肥损失大、利用率低、地下水　污染等　Ｊ。马文奇等（１９９９）　对山东省小麦氮　

肥施用状况调查发现，小麦氮肥利用率仅为１０％　

左右，７０％以上的农户超量旋用氮肥，仅小麦每年　

超量施用的化肥氮就达４０余万吨。　

关于种植方式、施氮量单因子对小麦光合特　

性及光能利用率的影响，前人已经做过大量的研　

收稿日期：２０１０—０８—１６　基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目“国家粮食丰产科技工程子项目（２００６ＢＡＤ０２Ａ０９）”；山东省高等学校优秀青年教　师国内访问学者项目（２００９年）；山东省中青年科学家科研奖励基金项目（ＢＳ２００９ＮＹ００８）；山东省高等学校科技计划项目（Ｊ０９ＬＣ０３）　作者简介：高会军（１９８４一），男，硕士研究生，主要从事农业生态与节水农业研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｇａｏｂｕｉｊｕｎ—ｇ＠１６３．ＣＯｍ　

通讯作者　第１１期　高会军等：种植方式与施氮量对冬小麦光合生理特性及光能利用率的影响　１７　

究　。将种植方式与施氮量结合起来，研究小　

麦产量形成生理机制还不够深入。本研究将施氮　

量与种植方式相结合，研究其对冬小麦光合生理　

特性及光能利用率的影响，对制定小麦节肥高效　

栽培技术，提高小麦的光能利用效率，研究小麦的　

增产与稳产生理机制具有重要意义。　

１材料与方法　

１．１试验材料与设计　

试验于２００８～２００９年在山东农业大学农学　

实验站（３６。１０　Ｎ，１１７。０９　Ｅ）水分池进行，水分池　

面积为３　ｍ　Ｘ３　ｍ。池内土壤类型为壤土，土壤耕　

层（０～２０　ｃｍ）有机质含量为ｌ６．３　ｇ／ｋｇ，碱解氮　

９２．０　ｍｇ／ｋｇ，速效磷３４．８　ｍｇ／ｋｇ，速效钾９５．５　

ｍｇ／ｋｇ。　

供试品种为济麦２２，于２００８年１０月１４日按　

１．８０×１０。；￣／ｈｍ　进行人工条播。小麦生育期内　

均灌三水，即拔节水、抽穗水、灌浆水，每次灌水量　

均为６０　ＩＴｌｌｎ。生育期内施Ｐ２Ｏ５１２０．０　ｋｇ／ｈｍ　，　

Ｋ２Ｏ　１０５．０　ｋｇ／ｈｍ　，均作基肥一次性施入。　

试验设２５　ｃｍ平作等行距（Ｄ）；“２０　ｃｍ＋４Ｏ　

ｃｍ”平作大小行（Ｆ），即小行距２０　ｃｍ，大行距４０　

ｃｍ、“２０　ｃＩｎ＋４０　ｃｍ”沟播（Ｃ），沟底宽２０　ｃｍ，垄　

宽４０　ｃｍ，垄高１５　ｃｍ，在沟底种植２行小麦，３种　

种植方式。每种种植方式设３个氮肥（纯氮）梯　

度，即Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３分别为１１２．５０、１６８．７５、２２５．００　

ｋｇ／ｈｍ　。完全随机区组设计，重复４次。氮肥分　

基肥和拔节追肥两次平均施用，沟播在沟内集中　

施肥，平作普通施肥。管理方法同高产田。　

１．２测定项目与方法　

叶片净光合速率（Ｐｎ）采用ＬＩ一６４００便携式　光合作用测定系统，在冬小麦的抽穗、开花和灌浆　

期选择晴朗的天气于９：３０—１１：３０进行测定。　

采用开放式气路，ＣＯ　浓度为３８０　ｉｘｍｏｌ／Ｌ左右；　

采用人工光源，设定光量子密度为　

９００￣ｍｏｌ／（ｍ　・ｓ）。每处理取生长一致且受光　

方向相近的５片旗叶测定。　

叶绿素荧光采用英国Ｈａｎｓａｔｅｃｈ公司产便携　

脉冲式ＦＭＳ２调制式荧光仪与光合速率同期进行　

测定。　

叶片叶绿素含量指数（ＣＣＩ）用美国ＣＣＭ一　

２００叶绿素仪测定。　冬小麦生育期间的光能利用率计算公式为：　

Ｅ（％）＝ｈＭ／Ｑ　

式中，ｈ为作物产热率，小麦籽粒为１７．８　ＭＪ／ｋｇ；　

Ｍ为作物生物学产量或籽粒产量（ｋｇ／ｈｍ　）；Ｑ为　

冬小麦生育期间投入到单位面积上的总辐射量　

（ＭＪ／ｈｍ　），实验站２００８—２００９年冬小麦生育期　

间总辐射量为２　３４０×１０　ＭＪ／ｈｍ　。　

２结果与分析　

２．１　种植方式与施氮置对冬小麦光合速率的影　

响　

如图１所示，在测定时期内，旗叶的净光合速　

率（Ｐｎ）呈先上升后下降的趋势，在开花期达到最　

大值；种植方式能明显影响旗叶的净光合速率，在　

整个生育期，沟播处理Ｐｎ始终最高；等行距、大小　

行和沟播处理的Ｐｎ平均值分别为１７．７０、１８．３９、　

１９．５４　ｔｘｍｏｌ／（Ｉｎ　・ｓ），沟播处理比大小行和等行　

距处理分别高６．２５％和１０．４０％，沟播、等行距处　

理间差异显著。　

１５　００　

ｌ０　００　抽穗　开花　灌浆　成熟　生育时其ｊ；　

图１　种植方式与施氮量对冬小麦　旗叶光合速率的影响　从图ｌ可以看出，施氮量对旗叶Ｐｎ有明显影　

响。Ｎ。、Ｎ：和Ｎ，处理的旗叶Ｐｎ平均值分别为　∞　ｍ　加∞∞∞　∞　ｍ　㈣　姗　咖姗咖姗　咖　ｍ　２　●２　２　＾ｔ．ｓ．、　．１０ＩＩ州　番｝

　１８　山东农业科学　２０１０年　

１７．０７、１８．９８、１９．５８￣ｍｏｌ／（ｍ　・ｓ），Ｎ　处理比　

和Ｎ，处理分别高３．１６％和１４．７０％，Ｎ３和Ｎ１处　

理间差异显著（Ｐ＜０．０５）。种植方式间冬小麦旗　

叶Ｐｎ最大差值为１．８４￣ｍｏｌ／（ｍ　・ｓ），施氮量间　

最大差值为２．５１￣ｍｏｌ／（ｍ　・ｓ），说明施氮量对　

冬小麦旗叶Ｐｎ影响程度大于种植方式。　

２．２种植方式与施氮量对荧光参数Ｆｖ／Ｆｍ的影　

响　

叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，几乎　

所有光合作用过程的变化均可通过叶绿素荧光反　

映出来。研究表明，相同施氮水平下，不同种植方　

式处理的Ｆｖ／Ｆｍ表现为沟播＞大小行＞等行距，　沟播处理均值比大小行和等行距分别高１．３３％　

和１．５１％，说明种植方式对提高旗叶的Ｆｖ／Ｆｍ有　

一定影响，沟播能有效提高冬小麦旗叶荧光参数　

Ｆｖ／Ｆｍ。Ｎ　、Ｎ　和Ｎ，处理的Ｆｖ／Ｆｍ均值分别为　

０．７８８５、０．８００５和０．８０８９，Ｎ　处理比Ｎ２和Ｎ　处　

理高１．０５％和２．８５％，差异显著，说明施氮能明　

显影响旗叶的Ｆｖ／Ｆｍ（表１）。　

表１　种植方式与施氮量对冬小麦旗叶　荧光参数Ｆｖ／Ｆｍ的影响　

洼：同列数字后不同小写字母表示差异达５％显著水平，下　

２．３　种植方式与施氮量对旗叶叶绿素含量指数　

的影响　

叶绿素是作物进行光合作用的重要物质基　

础，叶绿素含量的高低是反映其光合能力的重要　

指标之一。由表２可以看出，同等施氮条件下，不　

同种植方式ＣＣＩ值表现为沟播＞大小行＞等行　

距，沟播处理显著高于等行距和大小行处理。　

Ｎ】、Ｎ２、　处理ＣＣＩ均值分别为３６．６、４０．４、４２．５　

ｃｅｉ，Ｎ　比Ｎ２、Ｎ　分别高５．２％和１６．１％，差异显　

著，表明施氮量能显著影响ＣＣＩ值，随着施氮量的　提高，ＣＣＩ值提高。种植方式问ＣＣＩ平均最大差　

值为３．２　ｃｃｉ，施氮量之间ＣＣＩ平均最大差值为　

５．９　ｃｃｉ，说明ＣＣＩ受施氮量影响程度大。　

表２　种植方式与施氮量对叶绿素　含量指数的影响　（ｅｅ１）　

生育时期—　面—］　Ｆ—　—　—　芝　—　—　

抽穗期　３７．２ｄ　３７．５ｄ　４０．５ｃ　４０．５ｃ　４１．６ｃ　４３．２ｂ　４１．９ｂｃ　４４．２ａｂ　４４．８ａ　灌浆期　３３．３ｅ　３２．７ｅｆ　３８．４ｄ　３８．３ｄ　３８．４ｄ　４０．６ｂｃ　３９．９ｂｃ　４１．２ｂ　４２．８ａ