全 文 ：华北农学报·2013，28 ( 4 ) : 110 -114
收稿日期:2013 － 03 － 23
基金项目:作物栽培学与育种学泰山学者岗位经费项目;国家粮食丰产科技工程项目(2011BAD16B09-03)
作者简介:刘义国(1979 －) ，男，山东临朐人，讲师，在读博士，主要从事小麦旱作高产研究。
通讯作者:林 琪(1957 －) ，男，教授，博士生导师，主要从事作物高产栽培研究。
旱地秸秆还田对小麦花后光合特性及产量的影响
刘义国1，2，林 琪2，房清龙2
(1．中国农业大学 农学与生物技术学院，作物生长调节剂教育部工程研究中心，北京 100193;
2．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:在旱地设置旋耕(CK)、旋耕还田(RS)、免耕还田(NS)、深松还田(SS)和深耕还田(DS)5 个处理，研究了不
同处理对小麦花后旗叶光合速率、气孔导度、胞间 CO2 浓度等光合特性及产量的影响。结果表明，由于秸秆还田对土
壤及水分环境的改变，小麦旗叶光合特性总效应为秸秆还田大于不还田。不同的秸秆还田模式光合特性表现为 SS ＞
NS ＞ DS ＞ RS，秸秆还田尤其减缓了灌浆中后期叶绿素的降解。秸秆还田在不同程度上降低了小麦出苗率，SS处理和
NS处理出苗率最低，分别比 CK低 21． 25%和 16． 5%，穗数较低，但由于光合能力较强，千粒质量最高，穗粒数也高于
其他处理，SS处理产量显著高于其他还田处理，综合本试验结果，在旱地推荐深松还田的耕作模式。
关键词:秸秆还田;小麦;光合;产量
中图分类号:S512． 01 文献标识码:A 文章编号:1000 － 7091(2013)04 － 0110 － 05
Effects of Dryland with Straw Return on Photosynthetic Characteristics
and Yield of Wheat after Flowering Stage
LIU Yi-guo1，2，LIN Qi2，FANG Qing-long2
(1． College of Agronomy and Biotechnology，China Agricultural University，Engineering Research Center of Plant
Growth Regulator，Ministry of Education，Beijing 100193，China;2． College of Agronomy and Plant Protect，
Qingdao Agriculture University，Shandong Key Laboratory of Dry-land Farming Technology，Qingdao 266109，China)
Abstract:The photosynthetic rate，stomata conductance，intercellular CO2 concentration，yield and some other
photosynthetic characteristics were studied under five treatments of winter wheat in dryland． The five treatments are
rotary tillage without straw return(CK) ，rotary tillage with straw(RS) ，no-tillage with straw(NS) ，subsoil tillage
with straw(SS) ，deep plowing tillage with straw(DS)． The result showed that all the photosynthetic characteristics
in flag leaf of tillage with straw return was greater than the tillage without straw return，this is due to the different
soil moisture condition under tillage with straw return． The photosynthetic characteristics of tillage with straw return
showed as SS ＞ NS ＞ DS ＞ RS，tillage with straw return in particularly slowing down the degradation of chlorophyll at
later grain filling stage． Tillage with straw return reduced the emergence rate and spike number，emergence rate of
SS and NS reduced 21． 25% and 16． 5% compared with CK treatment． The yield，1000-grain weight and Grains per
spike of SS were much higher than the other treatments because of the higher photosynthetic rate． Integrated results
of this trial，the SS treatment was recommended in dryland．
Key words:Straw return;Wheat;Photosynthesis;Yield
作物光合特性是决定作物产量高低的重要因素
之一，它除受到作物自身因素的影响外，田间的环境
条件，如土壤水分、温度、大气二氧化碳浓度等因素
都会显著影响光合作用［1 － 2］，以秸秆还田为主要内
容的保护性耕作措施能影响到农田的作物生长环
境，进而影响到作物光合特性［3］。练宏斌等［4］认
为，包括秸秆覆盖、地膜覆盖等不同耕作措施下旗叶
的光合作用存在差异性，吕美蓉等［5］对还田和不还
田两因素下的试验也表明，耕作措施与秸秆因素在
Pn、ΦPSⅡ中均起着重要的作用，李全起等［6］对灌溉
4 期 刘义国等: 旱地秸秆还田对小麦花后光合特性及产量的影响 111
条件下的秸秆覆盖进行了研究，认为覆盖能提高小
麦的叶面积指数和生物学产量，但籽粒光能利用率
降低。秸秆还田对作物的光合有着不同程度的影
响［7 － 8］，在旱地保护性耕作下的影响研究较少，本试
验在旱地设置不同的还田处理，研究其光合特性的
差异，探讨旱地秸秆还田对小麦产量形成的影响，为
旱地秸秆还田提供一定的理论参考。
1 材料和方法
1． 1 材料与设计
试验于 2010 － 2012 年在山东省胶州市青岛农
业大学胶州试验站进行。山东省胶州市位于山东胶
东半湿润偏旱区，土壤为砂姜黑土，属于温带大陆季
风气候。试验地位于北纬 36． 26°，东经 120． 48°，有
机质 13． 7 g /kg，碱解氮 103． 9 mg /kg，速效磷 25． 9
mg /kg，速效钾 136． 2 mg /kg。试验设置见表 1。随
机区组设计，小区宽 5 m，长 30 m，两端各留 5 m 为
保护行。每个小区均按纯氮 335． 5 kg /hm2，纯磷
126 kg / hm2，纯钾10 ． 5 kg / hm2的标准施肥(通过
NH4HCO3和复合肥转化)。前茬玉米密度为 67 500
株 /hm2，小麦为青麦 6 号，足墒播种，播种量为 195
kg /hm2。
1． 2 测定项目与方法
旗叶叶绿素含量的测定:用日本产 Mini型叶绿
素计测定，以 SPAD 值表示叶绿素含量。花后每隔
5 d，在田间试验小区随机选取小麦旗叶(10 片)进
行叶绿素含量的田间测定，取平均数。
光合指标的测定:利用美国 LI-COR 公司生产
的 LI-6400 便携式光合系统分析仪，选择无风晴天
进行测定。在开花期标记生长一致的小麦植株，在
小麦花后每隔 5 d 进行光合特性指标的测定，分别
测定其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间 CO2
浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)等指标。
产量与考种:在小麦成熟时各处理取 5 m2 进行
小区的考种与计产。
数据分析:利用 SPSS统计软件进行数据统计分
析、差异显著性检验和相关性分析，利用 Excel 2007
和 SigmaPlot 12． 0 软件进行数据处理、作图。
表 1 试验处理
Tab． 1 Treatments of the experiment
简称
Abbreviation
处理
Treatments
操作方法
Operation
旋耕 CK 旋耕 +秸秆不还田
传统耕作方式，前茬玉米秸秆不还田，旋耕 2 遍，普通小麦播种机(播种行间距 18 cm)
播种。
旋耕还田 RS 旋耕 +秸秆还田 前茬玉米收获时秸秆粉碎全部还田，旋耕 2 遍，小麦普通播种机播种。
免耕还田 NS 免耕 +秸秆还田
前茬玉米秸秆收获时粉碎全部还田，小麦免耕播种机(播种深度 8 cm左右，施肥深度
13 cm)播种。
深松还田 SS 深松 +秸秆还田 前茬玉米秸秆收获时粉碎全部还田，深松 1遍，小麦免耕播种机播种，深松深度 40 cm。
深耕还田 DS 深耕 +秸秆还田 前茬玉米收获时秸秆粉碎全部还田，深耕 1 遍，旋耕 2 遍，普通小麦播种机播种。
2 结果与分析
2． 1 不同秸秆还田处理对花后小麦旗叶叶绿素含
量的影响
叶绿素含量的高低在一定程度上反应植物的光
合作用能力。旗叶叶绿素在花后 5 d 达到最高值，
然后逐渐下降，灌浆末期下降剧烈(图 1)。秸秆还
田处理在开花 10 d 后明显高于 CK 处理，在灌浆前
期(0 ～ 10 d)与 CK处理差异不显著，说明秸秆还田
尤其在灌浆中后期能减缓叶绿素的降解，有利于光
合作用，这与江晓东［9］研究基本一致。秸秆还田处
理间比较，在灌浆中前期(1 ～ 10 d)各处理差别不明
显，前期以 DS处理叶绿素含量最高，这可能是因为
深翻更有利于小麦前期的植株生长，在灌浆中后期，
SS处理叶绿素含量最高，维持高值的时间长，叶绿
素降解缓慢，总体趋势为 SS ＞ NS ＞ DS ＞ RS。
图 1 灌浆期不同处理旗叶叶绿素值
Fig．1 SPAD value of different treatments in grain filling stage
2． 2 不同秸秆还田处理对小麦灌浆期小麦旗叶净
光合速率的影响
灌浆期旗叶的光合物质主要去向为籽粒，这一
时期的光合对产量形成具有重要的影响。在整个灌
浆期小麦光合速率呈降低趋势(图 2) ，秸秆还田处
112 华 北 农 学 报 28 卷
理光合速率在整个灌浆期高于 CK 处理，表明秸秆
还田能提高小麦旗叶的光合速率，有利于物质的生
产，而在旱地 CK 处理由于土壤裸露，水分散失快，
小麦衰老加速。秸秆还田处理以 SS处理最高，持续
高的光合速率时间长，其次为 NS 处理，深松处理没
有打破原状耕层，土壤的微环境没有遭到大的破坏，
有利于土壤的保水解肥，后期叶片衰老慢，光合速率
高，同样免耕也有较高的光合速率。SS 和 NS 处理
远高于 DS和 RS处理，这 2 个处理秸秆还田下对土
壤的大幅度扰动，旱地后期土壤水分散失快，使净光
合速率降低相对较快。
图 2 冬小麦灌浆期旗叶 Pn变化动态
Fig． 2 Photosynthetic rate Pn of flag
leaf in grain filling stage of winter wheat
图 3 冬小麦灌浆期旗叶 Ci变化动态
Fig． 3 Ci of flag leaf in grain filling stage of winter wheat
2． 3 不同秸秆还田处理对灌浆期小麦旗叶胞间
CO2 浓度的影响
胞间 CO2 浓度是与光合作用密切相关的一个
光合指标。由图 3 可以看出，胞间 CO2 浓度的变化
与光合速率变化趋势基本为相反趋势，随着生育进
程的推进，胞间 CO2 浓度在盛花期最低，以后逐渐
增高。秸秆还田处理胞间 CO2 浓度明显低于 CK处
理，这表明秸秆还田处理旗叶能更有效地利于胞间
CO2，没有过多的积累，光合合成与运输更为顺畅。
秸秆还田条件下，在灌浆中前期(0 ～ 15 d)表现为
SS ＜ NS ＜ DS ＜ RS，差异较小，灌浆中后期(15 ～ 30
d)表现为 SS ＜ NS ＜ RS ＜ DS，差异显著，这可能是因
为灌浆前期叶绿素含量差异较小，各处理光合功能
较高，但随着灌浆进程对水分的需求量增大，对土壤
扰动较大会造成后期水分亏缺，光合功能衰减，造成
胞间 CO2 浓度的累积，最高达 345． 33 μmol /mol。
2． 4 不同秸秆还田处理对灌浆期小麦旗叶气孔导
度的影响
气孔导度是衡量气体通过气孔难易程度的一个
重要指标，气孔导度越大，说明气孔开度大，即气孔
阻力越小，水分、CO2 等可顺利通过气孔进行交换。
小麦旗叶气孔导度在开花期最大，之后随灌浆进行
逐渐降低(图 4) ，变化趋势与光合速率变化趋势相
似。秸秆还田处理气孔导度高于 CK处理，CK 处理
由于土壤水分的散失，植物体内的脱落酸(ABA)会
积累，引起气孔的关闭，气孔导度变小。秸秆还田处
理在花后 0 ～ 10 d下降缓慢，灌浆中后期急剧下降，
其中 SS处理气孔导度高于其他处理，分析气孔导度
高的原因是由于深松处理土壤水分散失少，微生物
多，秸秆分解迅速，供给植株更多的营养，根系发达，
植株生长更旺。其次为 NS、RS、DS，其中 DS 处理深
耕后前期小麦生长好，气孔导度较高，后期由于水分
亏缺，气孔导度下降幅度最大。
图 4 冬小麦灌浆期旗叶气孔导度变化动态
Fig． 4 Gs of flag leaf in grain filling stage of winter wheat
2． 5 不同秸秆还田方式对灌浆期小麦旗叶蒸腾速
率的影响
蒸腾速率可以反映作物调节自身水分损耗能力
及适应干旱环境的不同能力，与光合作用有密切的
关系。从图 5 可以看出，旗叶的蒸腾速率在花后呈
单峰变化，在花后 5 d 达到最高值，然后逐渐下降。
秸秆还田处理旗叶蒸腾速率高于 CK 处理，表明秸
秆还田处理植株水分状况好于 CK。秸秆还田处理
间比较，总体趋势表现为 SS 处理蒸腾速率最高，NS
处理次之，SS 处理在灌浆中后期下降更为缓慢，表
明此处理土壤水分较为充足，植株有较为充足的水
分，更好的蒸腾能为植株的光合提供必要的原材料。
RS和 DS处理蒸腾速率较低，两处理差别较小。
2． 6 保护性耕作方式对冬小麦产量的影响
不同耕作方式对小麦的出苗率有很大影响(表
4 期 刘义国等: 旱地秸秆还田对小麦花后光合特性及产量的影响 113
2) ，CK 处理小麦出苗率为 61． 12%，高于秸秆还田
处理，这是秸秆还田由于土壤整实度差，麦田出苗率
低，出苗率其次为 RS和 DS处理，与 CK处理差异不
显著，SS处理和 NS处理出苗率最低，分别比 CK 处
理低 21． 25%和 16． 5%，免耕、深松出苗率较低是因
为这 2 种耕作方式没有打破耕层的原状土，表层土
壤较硬，种子着床后得不到充足的水分萌发。小麦
产量构成因素在不同耕作方式产量中所占比重不
同。公顷穗数与出苗率变化基本一致，但 RS 和 DS
处理的穗数明显高于 CK 处理，这可能由于秸秆还
田改变了土壤的温湿度及周边环境，增加了小麦的
有效分蘖。穗粒数和千粒质量均表现为:SS ＞ NS ＞
DS ＞ RS ＞ CK，其中 RS和 DS处理差异不显著，较少
的穗数和较强的光合能力是 SS 和 NS 穗粒数和千
粒质量较高的主要原因。从最终产量来看，SS处理
产量显著高于其他处理，其他为 NS ＞ DS ＞ RS ＞
CK，其中 DS和 NS处理产量差异不显著，但显著高
于 RS和 CK。
图 5 冬小麦灌浆期旗叶 Tr变化动态
Fig． 5 Tr of flag leaf in grain filling stage of winter wheat
表 2 保护性耕作方式对小麦产量及其构成因素的影响
Tab． 2 Effect of yield and yield components of wheat
处理
Treatments
出苗率 /%
Emergence rate
穗粒数 /个
Grains number per spike
千粒质量 /g
1000-grains weight
穗数 /(104 / hm2)
Spike number
产量 /(kg /hm2)
Yield
旋耕 CK 61． 12a 28． 72cd 36． 17b 773． 99b 6 834． 19d
旋耕还田 RS 60． 75a 29． 03c 36． 24b 804． 40ab 7 193． 27c
免耕还田 NS 44． 62b 34． 07b 38． 30ab 672． 57c 7 459． 80b
深松还田 SS 39． 87b 38． 71a 39． 51a 620． 56d 8 067． 39a
深耕还田 DS 60． 99a 29． 18c 36． 13b 829． 21a 7 430． 82b
注:表中不同小写字母表示 5%水平差异显著。
Note:Lower case letter in table show significant difference at 5% ．
3 讨论
灌浆期小麦的光合物质生产主要是向籽粒运
输，这一时期的光合能力对小麦最终产量形成具有
十分重要的意义。郑伟［10］、刘阳［11］等的研究均发
现，适量秸秆还田使叶绿素降解缓慢，提高叶绿素含
量，进而提高光合作用，这与本研究结果基本一致。
本试验表明，小麦旗叶光合特性总效应为秸秆还田
大于不还田，秸秆还田能更大程度地减缓灌浆后期
叶绿素的降解，但净光合速率表现为在整个灌浆期
均高于 CK，这种不同步表明叶绿素含量是关系光合
作用其中的一个重要因素，还受其他环境等因子的
影响。秸秆还田还提高了小麦旗叶气孔导度，降低
了胞间 CO2 浓度，使光合合成与运输更为顺畅，这
可能的原因是:一方面秸秆还田改变了土壤的温度、
湿度、微生物等环境因子［12］，由此导致土壤的环境
与理化性状发生变化，进而影响作物的吸收和发育;
另一方面秸秆还田在一定程度上减少了水分蒸发和
散失，导致叶片和植株周边小气候发生变化［13］，有
利于气孔的因子交换，而这对于旱地尤为重要。
本试验表明，不同的秸秆还田模式对小麦光合
作用的影响是有差异的，江晓东等［9］研究认为，在
灌溉条件下少耕特别是耙耕还田能增加旗叶叶绿素
含量和提高小麦光合作用，但免耕覆盖模式则不表
现此特点，而本研究认为，在旱地条件下，总的光合
特性表现为 SS ＞ NS ＞ DS ＞ RS，DS 处理在灌浆中前
期有较高的叶绿素含量，但后期降解较快，光合速率
和气孔导度也表现同样的趋势，但好于旋耕还田处
理，气孔导度和蒸腾速率能在一定程度上反映作物
供水能力，深松还田和旋耕还田的气孔导度和蒸腾
速率均在灌浆期急剧下降，这可能是由于对土壤扰
动大，水分散失快，后期供水不足的原因。在小麦灌
浆中后期，SS 处理叶绿素降解减缓，在整个灌浆期
有较高的旗叶光合速率，气孔导度较高，胞间 CO2
的积累较少，这有利于增加作物光合功能期。分析
原因是由于 SS和 NS处理没有打破原状耕层，土壤
的微环境没有遭到大的破坏，有利于土壤的保水解
肥，根系发达，后期叶片衰老慢，光合速率较高。与
江晓东等的研究不一致是因为在旱地条件下，对水
分要求更为敏感，而少免耕有利于水分的保持，所以
光合作用更高。
由于产量形成与环境的关系错综复杂，对秸秆
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还田为主的保护性耕作对产量的影响研究结果不
一，增产、减少和无影响均有报道［14 － 21］。本研究结
果表明，不同耕作方式对小麦的出苗率有着大的影
响，秸秆还田在不同程度上降低了小麦出苗率，SS
处理和 NS 处理出苗率最低，分别比 CK 处理低
21. 25%，16． 5%，是因为这 2 种耕作方式没有打破
耕层的原状土，表层土壤较硬，种子着床后得不到充
足的水分萌发，这与前人研究基本一致。穗粒数和
千粒质量均表现为:SS ＞ NS ＞ DS ＞ RS ＞ CK，其中
RS和 DS处理差异不显著，较少的穗数和较强的光
合能力是 SS 和 NS 穗粒数和千粒质量较高的主要
原因。从最终产量来看，SS处理产量显著高于其他
处理，虽然 SS处理出苗率较低，但是灌浆期有较强
的光合能力，为千粒质量的增加提供了条件，最终产
量高。综合本试验结果，在旱地推荐深松还田的耕
作模式。
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