王宁 刘义国 张洪生 李玲燕 林琪*
（青岛农业大学农学与植物保护学院 山东省旱作农业技术重点实验室，山东 青岛，266109)
摘要:为了确定旱地小麦秸秆还田量与氮肥的施用量，在青岛农业大学胶州试验站设置不同的秸秆还田量与氮肥处理。研究了精量秸秆还田与施氮量对冬小麦光合特性以及产量的影响。结果表明，与单施N肥处理相比较，适量的秸秆量还田能明显提高冬小麦叶绿素SPAD值，延缓旗叶衰老，改善旗叶光合性能，提高小麦千粒重，但是明显降低有效穗数。在同一秸秆还田下高水平氮比低氮水平的处理冬小麦旗叶衰老速度要慢，光合时间更长，产量也明显增多。在施氮225 kg/hm2（N2）下秸秆还田9000 kg/hm2（J3）比其余处理可明显延缓旗叶衰老、提高光合速率、降低气孔导度，提高蒸腾速率，增加千粒重，所以在该地区最具优势的氮肥与秸秆还田量是N2J3处理。
关键词 氮肥;秸秆还田;光合特性;产量
中图分类号：(S316) 文献标志码：A
引言
秸秆还田不仅可以解决秸秆富余难处理的问题，还可以有效的保持土壤水分，部分秸秆腐烂后还可以为小麦后期生长提供部分的养分。虽然关于秸秆还田的研究很多,如单鹤翔， 卢昌艾等研究了玉米秸秆全量直接还田对冬小麦地上部氮素累积量、氮素分配和氮肥回收率的影响[1]。屈会娟等从秸秆全量还田方面研究秸秆还田对冬小麦不同小穗位和粒位结实粒数和粒重的影响[2]。田慎重等研究了不同耕作方式和秸秆还田对麦田土壤有机碳含量的影响[3]。赵彩霞等采用的是秸秆半量还田、全量还田跟倍量还田对作物生长的影响[4]。而精量秸秆与氮肥配施对小麦灌浆期光合速率的影响研究却不多。开花至成熟阶段是小麦籽粒产量形成的重要时期, 成熟籽粒中70%以上的干物质来自于开花光合器官生产的光合产物[5,6]。冬小麦生育后期叶片早衰是影响产量的重要因素之一[7,8,9],尤其是灌浆期功能叶(旗叶)的叶绿素降解对产量的影响尤为重要。因前人对精量秸秆还田与氮肥配施对冬小麦光合特性的研究不多。据此,本文在精确控制秸秆还田量与氮肥配施量的情况下对冬小麦灌浆期光合作用以及叶片衰老进行了研究,测定分析了秸秆还田量与氮肥配施对冬小麦光合速率以及产量的影响,为秸秆还田的推广应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1试验地状况
试验于2010-2012年在青岛农业大学胶州试验站进行。试验地为砂姜黑土，0～20cm土层有机质1.45%，土壤田间最大持水量14%，容重1.428g•cm-3，碱解氮93.65mg•kg-1，速效磷17.28mg•kg-1，速效钾155.66mg•kg-1。
1.2 试验设计
试验设五个秸秆还田水平（秸秆干重）：0 kg/hm2（J0）、3000 kg/hm2 (J1)、6000 kg/hm2 (J2)、9000 kg/hm2 (J3)、12000 kg/hm2 (J4)。两个氮水平（纯氮）：150 kg/hm2（N1）、225 kg/hm2 (N2)。试验采用以氮肥为主分区秸秆量为副区的裂区法，副区用随机区组法，三次重复，小区面积为5×10=50m2。夏玉米收获后去茬,玉米秸秆（秸秆含水量51.32%）称量后用粉碎机粉碎长度为5cm，均匀还田，然后旋耕两次（深度20cm）。试验采用青麦六号，播种量为210kg/hm2。2010年10月15日播种，行距为18cm。试验地施用小麦复合肥525 kg/hm2（N:P:K=15:18:12），氮水平以碳酸氢铵补平。基肥与追肥按照7:3比例施用。冬小麦足墒播种，在追肥时期浇水一次。
表1 氮与秸秆处理组合
Table 1 Combination of nitrogen and straw-return
试验代码 试验说明
N1JO 纯氮150 kg•hm-2无秸秆
N1J1 纯氮150kg•hm-2 +3000 kg•hm-2 秸秆(含水量为64. 87%，下同）
N1J2 纯氮150 kg•hm-2+6000 kg•hm-2秸秆
N1J3 纯氮150 kg•hm-2+9000 kg•hm-2 秸秆
N1J4 纯氮150 kg•hm-2+12000 kg•hm-2 秸秆
N2J0 纯氮225 kg•hm-2+无秸秆
N2J1 纯氮225 kg•hm-2+3000 kg•hm-2秸秆
N2J2 纯氮225 kg•hm-2+6000 kg•hm-2 秸秆
N2J3 纯氮225 kg•hm-2 +9000 kg•hm-2 秸秆
N2J4 纯氮225 kg•hm-2 +12000 kg•hm-2秸秆
1.3 测定项目及方法
测定小麦叶片净光合速率( Pn) 、气孔导度( Gs) 、胞间二氧化碳浓度( Ci)、蒸腾速率（Tr）。选取开花期一致的小麦植株标记,选取晴天无风的上午，于上午9: 00~11: 00时在红蓝外加光源下测定。每个处理选取生长一致的旗叶5片测定, 其平均值作为观测结果。观测仪器为美国LI-COR公司生产的LI-6400便携式光合作用测定仪,采用开放式气路, CO2浓度355mol/mol 左右。叶片叶绿素含量的测定: 用日本产Mini 型叶绿素计测定, 以SPAD值表示叶绿素含量。 在田间小区中随机选取10片小麦旗叶进行叶绿素含量的测定, 取平均数。每7d测一次。成熟期每个小区取2m2测产，并进行常规考种。
实验数据采用Excel2007处理、绘图，用DPS7.05软件进行统计分析和差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1 氮与秸秆耦合对小麦花后旗叶叶绿素含量（SPAD值）的影响
图1氮与秸秆耦合对小麦旗叶叶绿素含量（SPAD值）的影响
Fig.1 Effect of application of nitrogen combined with straw on SPAD value of wheat flag leaves
由图1可以看出,花后0~14天旗叶叶绿素含量（SPAD值）出现逐渐增加的趋势，到21天开始缓慢下降。到花后35天SPAD值下降到最小。秸秆还田可有效提高旗叶SPAD值的含量，尤其是J2和J3水平秸秆量，并且在后期可以减慢叶绿素分解、延缓叶片衰老，增加籽粒的灌浆时间。而J4水平的SPAD值要明显低于J0水平（除去花后35天，这可能是此时期旗叶衰老死亡造成的），且后期下降速度明显快于其余处理。在同一秸秆水平下SPAD值始终是N2水平>N1水平，差异达显著水平。在每个时期中SPAD值在同一氮水平下存在J3>J2>J1>J0>J4的趋势。说明适量的秸秆还田可以增加SPAD值，延缓叶片衰老，对产量形成起积极作用，而过量秸秆则会加速叶片衰老。
2.2氮与秸秆耦合对冬小麦灌浆期旗叶光合特性的影响
图2 氮秸秆耦合对冬小麦灌浆期净光合速率（Pn）的影响
Fig.2 Effect of application of nitrogen combined with straw on Pn of flag leaves
光合作用与作物产量密切相关，旗叶具有较高的光合速率是作物获得高产的一个重要因素。由图2可以看出，各处理旗叶光合速率在花后7天达到最大然后逐渐降低。在同一氮水平下光合速率在一定范围内随着秸秆量的增加而增大到J3水平达到最大而到J4水平则出现明显下降，水平间存在J3>J2>J1>J0>J4的大小关系，差异达到显著水平，光合速率的变化与叶绿素SPAD值的变化出现一致性。同一秸秆还田量处理中N2水平与N1水平光合速率差异极显著。说明在N2水平下秸秆还田更能提高小麦的光合特性，尤其是促进灌浆中期的光合能力。
2.3氮与秸秆耦合对冬小麦灌浆期旗叶气孔导度的影响
图3 氮秸秆耦合对冬小麦灌浆期旗叶气孔导度（Gs）的影响
Fig.3 Effect of application of nitrogen combined with straw on Gs of flag leaves
从图3中可看出秸秆量的变化对气孔导度影响显著，在同一氮水平下适量的秸秆还田（J3）有助于增大气孔导度,在灌浆期在一定范围内随秸秆还田量的增多气孔导度升高，到J3水平后达到最大，超过J3水平后气孔导度明显降低。在同一秸秆水平下N2水平与N1水平气孔导度差异显著。而到灌浆35天气孔导度的变化出现无规律变化，这可能是因灌浆基本结束旗叶失绿造成的。
2.4氮与秸秆耦合对冬小麦灌浆期旗叶胞间二氧化碳浓度的影响
图4 氮秸秆耦合对冬小麦灌浆期旗叶胞间二氧化碳浓度（Ci）的影响
Fig.4 Effect of application of nitrogen combined with straw on Ci of flag leaves
图4显示胞间二氧化碳浓度随着灌浆的进行逐渐增多，而同一时期出现与气孔导度负相关的变化。说明同一氮水平下秸秆还田直接影响了旗叶气孔导度的变化从而使得胞间二氧化碳浓度出现差异。同一秸秆水平下N2水平比N1水平胞间二氧化碳浓度降低更为明显，而J0却无明显规律行变化，在花后7天、21天跟28天出现N2水平比N1水平降低的现象。说明增适量的秸秆还田可以有效地降低气孔对旗叶气体交换速率的限制，从而使得光合速率受限因素减小。而过量的秸秆则会对叶片光合造成明显的负效应。
2.5氮与秸秆耦合对冬小麦灌浆期旗叶蒸腾速率的影响 图5 氮秸秆耦合对冬小麦灌浆期旗叶蒸腾速率（Tr）的影响
Fig.5 Effect of application of nitrogen combined with straw on Tr of flag leaves
由图5可明显看出小麦灌浆期的蒸腾速率变化。氮肥跟秸秆耦合可明显改变旗叶的蒸腾速率。单纯的氮肥对蒸腾速率的变化影响不大，而秸秆量对蒸腾速率的影响却十分显著，其中J3水平对蒸腾速率促进作用最大，在花后14—21天对蒸腾的促进作用最为明显，可能此段时间秸秆还田保持土壤含水量比无秸秆处理的要高，对灌浆期旗叶各项功能活动提供的充足的水分，进而使得旗叶蒸腾速率维持在一个较高的水平上。随着旗叶功能的衰退后期蒸腾速率逐渐降低。由图5看出适量秸秆还田（J3）可提高旗叶同时期的蒸腾速率，且差异达显著水平。
2.6氮与秸秆耦合对冬小麦产量及产量构成的影响
由2可以看出氮跟秸秆还田量对小麦产量形成因素的影响主要显示在有效穗数跟千粒重上，在同氮水平下穗数随秸秆量的增多而减少，这可能是秸秆还田前期影响了小麦出苗率，造成后期穗数减少。而千粒重随着秸秆还田量的增多也同步增加，但是超过J3水平后却出现降低。说明适量的秸秆还田可增加小麦千粒重，过多的秸秆会造成灌浆不充分，导致千粒重降低。通过表2可看出在同一秸秆水平下N2处理的产量明显比N1水平的产量要高（除去N2J4处理，造成此处理产量低的原因是千粒重明显减少，原因要进一步考证）。
表2 不同处理对小麦产量及产量构成的影响
Table 2 Effects of different treatments on Grain yield and yield components
穗数（104/hm2）
The number of spikes 穗粒数（粒/穗）
Grain number per -spikelet.
千粒重
1000-seed weight 产量(kg•hm-2)
yield
N1J0 661.14b 32.59e 38.13i 8384.40h
N1J1 621.15e 33.21d 39.63f 8481.45g
N1J2 615.04g 32.15h 41.25d 8794.95f
N1J3 610.04i 33.28c 43.78a 9270.75d
N1J4 562.99j 27.95j 38.65h 6361.32i
N2J0 675.05a 32.35f 39.13g 8795.10e
N2J1 631.93c 32.23g 40.89e 9397.65c
N2J2 630.04d 33.86b 42.43c 9591.15b
N2J3 617.48f 34.08a 43.71b 9835.35a
N2J4 613.92h 29.56i 35.56j 6155.25j
注（Note）：同列数据后不同小写字母分别表示处理间差异达 5%显著水平
Note：Values followed by different small letters in a column are significant among treatments at 5% levels, respectivel
3讨论
3.1氮与秸秆耦合对小麦旗叶光合、产量及其构成因素的影响
氮对叶绿素的影响甚大，叶绿素含量是反映作物光合能力的一个重要指标。叶绿素在缺少氮素的情况下会迅速分解[13]，所以在小麦生长后期缺少氮肥的情况下小麦衰老速度会加速。孙旭生等研究表明，适量增施氮素有利于延缓参与后期叶片的衰老，而过量的施用氮肥反而起到负反馈调节作用，使得后期叶绿素含量加速下降，从而使得光合速率明显降低[14]。本实验中增加氮肥可明显增加叶绿素含量，在与秸秆耦合的情况下可延缓叶绿素分解。秸秆还田量越多叶绿素增加量越大并且后期分解的越慢，当达到6000kg/hm2时叶绿素分解最慢，后期叶片仍旧保持常绿。当秸秆还田量达到9000 kg/hm2时净光合速率达到最高峰，秸秆量继续增加则会出现骤降现象。在灌浆后期秸秆还田处理的旗叶仍保持较高的叶绿素含量，这可能是后期秸秆分解后提供部分氮素使得旗叶衰老减缓。从而使得净光合速率也保持一个较高的水平。
相关研究认为,秸秆还田处理能增加小麦产量,并且还田量越大,增产越多 [15]。在本实验条件下在一定范围的秸秆还田量下产量随着秸秆还田量的增多而增加，但是超过范围后秸秆还田却会造成减产。
综合上述，在本实验地区为了达到较高的产量进行氮与秸秆耦合还田，最为合适的是9000 kg/hm2秸秆量配施氮肥225 kg/hm2。这样在对有效穗数影响不大的情况下可以提高小麦旗叶灌浆期光合作用，延缓小麦旗叶叶绿素的分解，从而延长旗叶光合作用时间，进而达到高产目的。
参考文献
[1] 单鹤翔，卢昌艾，张金涛等. 不同肥力土壤下施氮与玉米秸秆还田对冬小麦氮素吸收利用的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2012,18(1): 35-41
[2] 屈会娟，李金才，沈学善.秸秆全量还田对冬小麦不同小穗位和粒位结实粒数和粒重的影响.[J]中国农业科学
[3] 田慎重,宁堂原,王瑜等.不同耕作方式和秸秆还田对麦田土壤有机碳含量的影响[J].应用生态学报2010, 21( 2): 373-378
[4] 赵彩霞.高产农田生态系统不同秸秆还田模式和施肥水平对作物生长的影响研究[D].中国农业大学 2004
[5] 赵俊晔，于振文.施氮量对小麦旗叶光合速率和光化学效率、籽粒产量与蛋白质含量的影响[J].麦类作物学报，2006,26（5）：92-96.
[6] Mccai T N, ClarkeJ M. Seasonal changes in non structural carbohydrate levels of wheat and oats grown in semiarid environment [J]. CropScience, 1982, 22: 963-970.
[7] 高茂盛 廖允成,吴清丽等.麦秸翻压还田对隔茬冬小麦旗叶抗性的生理效应[J].生态学报2007,27(10):4197-4202
[8] 王法宏,任德昌,王旭清等.施肥对小麦根系活性、延缓旗叶衰老及产量的效应[J].麦类物学报, 2001, 21(3): 51-54.
[9] 王法宏,王旭清,李松坚等.小麦根系扩展深度对旗叶衰老及光合产物分配的影响[J].麦类物学报, 2003, 23(1): 53-57.
[10] 郑 伟，张静,刘阳等.低施肥条件下秸秆还田对冬小麦旗叶衰老的影响[J]. 生 态 学 报2009,29(9):4967-4975
[11] Giannoplitis G N,Ries S K. Superoxide dismutase purfication and quantitative relationship with water soluble protein in seedings[J]. Plant Physiology 1997,59:309-310
[12] 蔡剑,邹薇,陈和等.施氮水平对啤酒大麦叶片光合、SPAD和叶绿素荧光特性的影响[J].麦类作物学报,2007,27(1):97-101,171
[13] 孙旭生,林琪,刘义国等.施氮量对超高产小麦开花期旗叶光合功能的影响[J].植物营养与肥料学报2009,15(4) : 771-777
[14] 张静, 温晓霞, 廖允成等.不同玉米秸秆还田量对土壤肥力及冬小麦产量的影响[J].植物营养与肥料学报, 2010,16(3): 612-619
Effects of Coupling of Precise Straw-return and Nitrogen Fertilizer on Photosynthetic Characteristics after Anthesis and Yield of Winter Wheat
Wang Ning Liu Yiguo Zhang Hongsheng Li Lingyan LinQi
(College of Agriculture and Plant Protection, Qingdao Agricultural University, Shandong provincial key laboratory of dryland technology ,266109 , China; )
Abstract：In order to determine the wheat straw residue amount and the nitrogen fertilizer amount in the dry land, Different amounts of straws returned to field and nitrogen treatments were set up in Qingdao agriculture university JiaoZhou experiment stations. We researched the effects of precise straw returned quantity and nitrogen fertilizer treatments on winter wheat photosynthetic characteristics and yield. The result showed that compared with only nitrogen fertilizer treatment, right amounts of straws returned to field can improve winter wheat chlorophyll SPAD value obviously, delay senescence of flag leaf, improve the photosynthetic performance of flag leaf and increase the 1000-seed weight. In the same level of the straw returned to N2 level of the flag leaf senescence winter wheat slowly, and photosynthesis prolonged, the yield was increased significantly. Straw returned 9000 kg/ha（J3）under 225 kg/ha（N2） nitrogen can delay senescence of flag leaf, improve the photosynthetic performance of flag leaf, reduce stomatal conductance and increase the 1000-seed weight obviously compared with other process, however, wheat straw reduced the wheat effective panicles. The experimental results showed that straw returned 9000 kg/ha under 225 kg/ha nitrogen dosage had the most obvious effect on improving photosynthesis of flag leaves. So the N2J3 treatment is the optimal choice in the locality.
Key words: nitrogen fertilizer；straw-return；photosynthetic characteristics；yield
