小麦生产在我国粮食生产中占有重要地位，施肥对小麦生长以及养分吸收影响较大^[1-2]。与不施肥比，氮磷肥配施、氮磷钾肥配施及其与有机肥或秸秆还田配合施用能够提高小麦对养分的吸收效率^[3-4]，增加群体有效穗数^[5]，获得较高产量^{[4, 6-7]}，而且氮磷钾肥配施增产效果更为明显^[8-10]。同时，也有助于提高小麦籽粒的蛋白质含量、改善其品质^[11]。此外，施肥有助于调节和改善不同基因型小麦产量性状及变异程度，维持遗传的相对稳定性^[12]。

农田微环境（或小气候）是指农田中作物层里形成的特殊气候或环境状态，群体微环境受到农作物品种、种植密度、株行距、行向、生育期以及叶面积等多种因素影响^[13]。农田群体环境对小麦分蘖成穗的影响比遗传因素更大，大穗型品种分蘖成穗特性对群体环境响应比中、多穗型敏感^[14]。施肥措施对作物群体微环境有较大的影响，以往的研究发现，长期的不施肥、单施氮肥、氮钾肥配施（CK、N、NK）措施容易造成小麦拔节期、灌浆期群体较高的冠层温度和群体内地面温度，而且叶片SPAD值也较低，不利于小麦的生长；在玉米大喇叭口期对群体冠层温度影响较小，温度较高^[15-16]。施肥影响小麦的生长，进而影响到不同生育阶段的农田微环境。近年来，由于农田化肥农药过量施用造成生态环境恶化、污染的报道日益增多。据统计，化学肥料生产量由1978年的869.30万t增长到2014年的6 876.85万t，增加近7倍。为此，国家提出到2020年实现化肥“零增长”行动计划，围绕作物自身养分需求和土壤供肥能力的优化平衡施肥措施更加受到关注。本研究基于多年的定位施肥试验，依据小麦养分需求、土壤养分供给等因素，研究了氮磷钾配施（NPK）、氮磷钾与有机肥配施（NPKM）、氮磷钾与秸秆还田配施（NPKS）3种优化平衡施肥措施对小麦田间群体微环境的影响，为进一步探究施肥措施与小麦群体微环境关系、提高养分吸收效率、实现化肥“零增长”、获得小麦高产提供参考。

试验地位于河南省农业科学院郑州国家潮土土壤肥力与肥料效益长期监测站（113°40′E、34°47′N），气候类型为暖温带季风气候，四季分明，年平均气温为14.4 ℃，＞10 ℃积温约5169 ℃。7月最热，平均温度为27.3 ℃；1月最冷，平均温度为0.2 ℃。年平均降雨量为645 mm，无霜期为224 d，年平均蒸发量为1450 mm，年日照时间约2400 h。土壤类型为潮土。试验于1990年开始，土壤样品的养分情况：土壤有机质10.1 g·kg^-1、碱解氮76.6 mg·kg^-1、有效磷6.5 mg·kg^-1、有效钾74.5 mg·kg^-1、全氮0.65 g·kg^-1、全磷0.64 g·kg^-1、全钾16.9 g·kg^-1，pH值8.3。通过多年的定位施肥，土壤养分情况逐渐趋于稳定^[17]。

试验以不施肥（CK）为对照，3种优化平衡施肥措施分别为氮磷钾配施（NPK）、氮磷钾与有机肥配施（NPKM）、氮磷钾与秸秆还田配施（NPKS）。试验小区为完全随机排列，小区面积为5 m×9 m，每个处理重复3次。试验所用的氮肥为尿素（N 45%），磷肥为磷酸二氢钙（P₂O₅ 12.5%），钾肥为硫酸钾（K₂O 51%），有机肥为牛粪（全氮9.4 g·kg^-1，全磷3.5 g·kg^-1，全钾6.7 g·kg^-1，有机质172.6 g·kg^-1；用量12 287.2 kg·hm²，水分含量≤14%），秸秆为当季玉米秸秆（全氮4.8 g·kg^-1，全磷3.9 g·kg^-1，全钾15.8 g·kg^-1；用量24 062.5 kg·hm^-2，水分含量≤14%）。除CK处理外，其他3个施肥处理总的氮施用量相同，磷肥、钾肥、有机肥（牛粪）、秸秆（秸秆粉碎后翻压还田）作基肥一次施入，无机氮肥基施60%，返青拔节期追施40%，各处理施肥量见表 1。小麦品种为郑麦0856，播种量为300 kg·hm^-2，分别于2012年、2013年10月中上旬播种，于2013年、2014年6月上旬收获；各处理灌溉、除草、病虫害防治等田间管理措施均一致。

表 1　不同优化平衡施肥处理氮、磷、钾肥施用量（kg·hm^-2） Table 1　Nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizer application levels for different optimum and balanced fertilization practices(kg·hm^-2)

表选项

在小麦苗期、拔节期、灌浆期、成熟期，固定1 m双行调查田间群体动态。

在小麦拔节期（2013年4月2日、2014年3月23日）、灌浆期（2013年5月21日、2014年5月16日），选晴朗天气，在当日11：00—14：00光照条件良好的时间段测定群体冠层温度（℃）、群体内地表温度（℃）、二氧化碳（CO₂）浓度、相对湿度（%）以及上部完全展开叶片（灌浆期为旗叶）SPAD值等指标，其中群体冠层温度和群体内地表温度用红外线测温仪（Hongkong）测定，群体内CO₂浓度和相对湿度用CO₂ Meter计（USA）测定，叶片SPAD值用SPAD计测定，选取小麦植株上部完全展开叶（拔节期）和旗叶（灌浆期）的中部位置测定。上述各指标每个点重复测定6次取平均值。

在成熟期，各处理实收4 m²，测产。

试验数据采用Excel 2007、DPS 7.05等软件进行整理分析，用LSD法进行差异显著性分析，P≤0.05、P≤0.01分别表示显著、极显著差异水平。

由图 1可以看出，在苗期，各处理间群体数差异不显著。拔节期，不同处理之间的群体数差异较大，CK（290.83万茎·hm^-2）群体数最小，极显著低于平衡施肥处理；平衡施肥处理中，NPKM（1 729.00万茎·hm^-2）处理的群体数最大，NPK次之，NPKS最低。灌浆期，NPK、NPKM、NPKS处理的群体数差异不显著，但均极显著高于CK。成熟期，NPK、NPKM、NPKS处理依然保持较高的群体数，分别为797.78、1 060.32、954.43万茎·hm^-2，均极显著高于CK（403.24万茎·hm^-2）；NPKM处理显著高于NPK处理。这说明即便均是优化平衡施肥措施，各措施之间的差异亦可导致小麦不同生育阶段群体数不同，从整个群体动态的变化效果来看，NPKM＞NPKS＞NPK。

不同小、大写字母分别表示处理间差异显著（P≤0.05）、极显著（P≤0.01）。下同 Lower case and upper case letters of the different treatment mean significant difference at P≤0.05 and P≤0.01 levels, respectively. The same below 图 1 不同平衡施肥措施对小麦群体动态的影响（2013—2014） Figure 1　Effects of different optimum fertilization practices on wheat′s group dynamics(2013—2014)

图选项

如前所述，优化平衡施肥措施具有较高的群体数，其通过蒸腾、光合等生理生化代谢途径的能量交换来改变周围温度的能力相对较强。由表 2可以看出，小麦灌浆期，2013年NPK、NPKM、NPKS处理与CK处理的小麦群体冠层温度差异不显著；但是在2014年NPK（25.20 ℃）、NPKM（24.69 ℃）、NPKS（25.48 ℃）处理的群体冠层温度均极显著低于CK（28.73 ℃），降低3.53~4.04 ℃；优化平衡施肥措施之间，NPKM最低，比NPK、NPKS处理分别低0.51、0.79 ℃，处理间差异不显著。

表 2　不同优化平衡施肥措施对小麦群体冠层温度及地表温度的影响（℃） Table 2　Effects of different optimum and balanced fertilization practices on wheat′s group canopy temperature and surface ground temperature(℃)

表选项

小麦群体内地表温度的变化结果显示，小麦拔节期，2013年，NPK、NPKM、NPKS处理均极显著低于CK（33.55 ℃），降低10.56~11.78℃；2014年，平衡施肥处理的小麦群体内地表温度均低于CK（19.34 ℃）；平衡施肥措施之间差异不显著，NPKM＜NPK＜NPKS。小麦灌浆期，2013年，平衡施肥处理的地表温度均极显著低于CK（34.47 ℃），降低8.32~11.14 ℃；其中NPKM最低，显著低于NPKS和CK处理。2014年趋势与2013年相同，平衡施肥处理内地表温度也极显著低于CK，降低6.79~9.30 ℃；平衡施肥处理之间差异不明显，NPKM＜NPK＜NPKS。

小麦通过群体数、群体蒸腾以及光合等途径的热量交换来调控周围环境温度，温度降低是小麦群体对外部环境的自我适应和保护；群体冠层和群体内地表的温度差的这种保护可以通过优化平衡施肥措施来解决，而且不同的平衡施肥措施对温度调控存在一定的差异。

叶绿素在植物光合、蒸腾等生理代谢过程中发挥着重要作用，对群体环境因子的影响是间接的。由表 3可以看出，小麦拔节期，2013年，各平衡施肥处理小麦上部完全展开叶SPAD值差异不显著，但均极显著高于CK，高出17.44~18.57个单位。2014年趋势相似，高出9.90~13.63个单位，均极显著高于CK；平衡施肥处理之间差异不显著，SPAD值大小依次为NPK＞NPKM＞NPKS。

表 3　不同优化平衡施肥措施对小麦上部完全展开叶片SPAD值的影响 Table 3　Effects of different optimum and balanced fertilization practices on SPAD values of the upper expanded leave

表选项

2013年小麦灌浆期平衡施肥处理SPAD值与CK（45.96）相比差异不显著，NPKM、NPKS处理高于CK，NPK处理低于CK，这可能是由于小麦灌浆期天气较干旱，导致小麦旗叶过早出现衰老而造成田间的变异较大，掩盖了本该产生的显著性差异；NPKM显著高于NPK处理，NPKM＞NPKS＞NPK。2014年，平衡施肥处理的叶片SPAD值均高于CK，NPK、NPKM处理显著高于CK，平衡施肥处理之间差异不显著，NPK＞NPKM＞NPKS。

由图 2可以看出，2013年拔节期、灌浆期以及2014年拔节期，所有处理间以及平衡施肥处理之间的群体内CO₂浓度差异较小，差异不显著。2014年小麦灌浆期，平衡施肥处理的群体内CO₂浓度均高于CK（360.00 mg·L^-1），其中NPKM（395.76 mg·L^-1）、NPKS（393.14 mg·L^-1）极显著高于对照，NPK（378.42 mg·L^-1）最低，平衡施肥处理之间差异不大。由图 3可知，群体湿度受多种因素的影响，2013、2014两年拔节期、灌浆期，小麦群体内相对湿度在所有处理之间差异均不显著，说明施肥措施对群体内的相对湿度影响不明显。

图 2 不同平衡施肥措施对小麦群体内CO2浓度的影响 Figure 2　Effects of different optimum fertilization practices on wheat′s group CO2 concentrations

图选项

图 3 不同平衡施肥措施对小麦群体内相对湿度的影响 Figure 3　Effects of different optimum fertilization practices on wheat′s group relative humidity

图选项

优化平衡施肥措施依据小麦生长的养分需求特点和土壤自身养分的供给情况，做到了养分的合理施用，有效促进了小麦群体的生长、发育，并通过自身的生理过程反馈调节群体的微环境，提高自身的抗逆能力，从而获得较高的籽粒产量。由图 4可以看出，平衡施肥处理的小麦籽粒产量均极显著高于CK处理，NPK、NPKM、NPKS、CK处理的产量在2013年和2014年分别为4 658.94、4 972.67、5 784.91、1 301.25 kg·hm^-2和5 234.71、5 901.71、6 354.78、1 184.79 kg·hm^-2; NPKS>NPKM>NPK>CK，平衡施肥处理之间差异不显著。

图 4 不同平衡施肥措施对小麦籽粒产量的影响 Figure 4　Effects of different optimum fertilization practices on grain yield

图选项

田间群体微环境受到作物品种、栽培密度、生育期以及叶面积大小等多种因素影响^{[13, 15, 18-20]}。本研究发现，优化平衡施肥措施通过小麦群体自身生理生化过程中的热交换来反馈调节群体微环境，能够降低群体冠层和群体内地表温度，创造了更利于小麦生长的群体微环境，提高了对不良因子的抵御能力，既保护了自身，又获得较高的籽粒产量(NPKS>NPKM>NPK> CK，图 4)。值得注意的是，在小麦灌浆期，对照处理冠层温度低于地表温度，而其他处理均是冠层温度高于地表温度，这一方面是由于田间群体数存在差异，NPK、NPKM、NPKS处理的群体数分别为838.39、958.78、902.21万茎·hm^-2，比CK(440.95万茎·hm^-2)高出一倍左右(图 1); 另一方面，优化施肥处理小麦植株健壮、高大，叶片肥厚，对照处理则相反，这些主要反映在干物质积累量上^{[4, 21]}，最终造成了CK处理群体稀少、弱小，光线能直接照射到田面，进而导致地表温度上升较快，冠层则由于叶片蒸腾带来的吸热效应而温度上升较慢。以上两方面造成了CK与优化平衡施肥的差异。这说明通过施肥措施来调节或改善群体环境温度，从而达到自我的保护是可以实现的。但是作物生产的群体微环境受温度、风速、降水以及土壤理化性质等多种因素的影响，仅通过施肥措施来调节效果有限，因此，在农业生产上应综合运用多种措施来实现小麦群体最优的群体微环境，获得高产。

本研究表明，与不施肥(CK)相比，平衡施肥(NPK、NPKM、NPKS)措施能够有效地降低灌浆期小麦群体的冠层温度和拔节期、灌浆期群体内地表温度，获得较高的籽粒产量。不同优化平衡施肥措施对温度影响依次为NPKM>NPK>NPKS。小麦灌浆期，2014年冠层温度比CK处理低3.53~4.04 ℃。小麦拔节期，2013年、2014年群体内地表温度分别降低10.56~11.78 ℃、0.41~4.60 ℃，灌浆期分别降低8.32~11.14 ℃、6.79~9.30 ℃。

平衡施肥措施能提高小麦拔节期、灌浆期(2013年NPK处理除外)叶片的SPAD值，拔节期，2013年、2014年分别高出CK 17.44~18.57、9.90~13.63个单位; 各平衡施肥(NPK、NPKM、NPKS)处理之间存在一定差异，但是没有明显的规律性。此外，平衡施肥措施对群体内环境CO₂浓度有一定的调节效果，对群体内相对湿度调节作用不明显。

群体微环境受气候因子等因素的影响较大，本研究所得结论是初步的，具体更为客观的结论尚需进一步的研究。