不同前茬作物对小麦田土壤养分及小麦光合性能的影响

张占琴,张 力,田海燕,杨相昆

(1.新疆农垦科学院，新疆 石河子 832000；2.谷物品质与遗传改良兵团重点实验室，新疆 石河子 832000)

小麦是我国重要的粮食作物，在黄淮海等主产区主要是夏玉米-冬小麦一年两熟的种植模式[1]。新疆远离内地粮食主产区，交通运输距离长，必须保证小麦种植面积，实现粮食自给自足。新疆小麦主要在奇台、伊犁、塔城等冷凉地区种植；在光热资源较好的棉区种植小麦，主要是为了保障本区粮食供给，与棉花轮作倒茬，缓解棉花连作障碍；为了适应农业种植业结构调整，新疆各地州(团场)在耕地面积有限的情况下，出现了“果麦间作”、“多熟制”种植模式。

在黄淮海主产区，为了缓解常年夏玉米-冬小麦种植模式带来的养分偏耗、土壤结构不良等问题，主要采用大豆、水稻、玉米等作物与小麦轮作倒茬。轮作倒茬能够有效控制农田病虫草害，提高农田生物多样性[2]；豆科作物茬口能够有效改善土壤氮素失衡状况，提高小麦氮素利用效率[3]；不同茬口对土壤微生物的种类和数量产生不同影响，间接影响下茬作物的生长[4]。部分学者针对大豆[5]、水稻[6]、花生、甘薯[7]、绿肥[8]等不同前茬作物对小麦生长及产量、品质的影响进行了研究。豆茬不仅能改善小麦季土壤的供氮状况，还能改善土壤的供磷、钾状况，有助于土壤的培肥及养分循环[5]；玉米茬小麦干物质积累明显大于水稻茬小麦，不同小麦品种在不同的茬口、播期情况下，灌浆速率和籽粒千粒重也不尽相同[6]，花生茬的土壤速效氮和速效磷含量提高，甘薯茬的土壤速效氮和速效钾含量下降；大豆、花生和甘薯茬有利于小麦植株养分的积累，并能显著提高千粒重[7]。

新疆地区滴灌条件下“果麦间作”和“多熟制”栽培模式下小麦生长光合特性、冠层分布、产量形成相关学者进行了研究报道[9-18]。小麦的叶面积指数(LAI)在抽穗期达到最大值，在一定范围内，增加灌水量或施氮量可提高小麦LAI[11]。小麦SPAD值、小麦旗叶净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)先增后降[10]。小麦光合速率受土壤水分含量影响较明显[15]，干旱胁迫使小麦幼苗叶片气孔导度(Gs)降低明显。在免耕春小麦不同生育时期套种草木樨，小麦旗叶叶绿素含量明显提高[18]。杏麦间作模式下，高氮低种植密度处理的小麦旗叶具有较高的光合速率(Pn)、光系统PSⅡ的实际光化学效率、开放的PSⅡ反应中心所占的比例、非光化学猝灭系数[17]。枣麦间作系统间作巷道内冬小麦各生育时期的冠层光合有效辐射时空窗大小由多种影响因子综合协调作用[15]。人工模拟套作麦田果树遮阴研究表明,遮阴时适当降低密度有利于提高PSⅡ最大光化学效率、实际光化学效率、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度[14]。

国内目前对于长期连作棉田与小麦轮作倒茬的研究报道较少。本文探讨长期连作棉田后种植小麦、小麦+复播饲料油菜连作、小麦+复播饲料油菜-棉花-小麦3种模式下，土壤养分变化规律、小麦光合特性以及产量的变化规律，为新疆地区棉粮的协调发展提供技术支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2016—2018年在新疆石河子新疆农垦科学院2轮2号试验地(44.3108°N、85.986°E，海拔460 m)进行。该地属典型的干旱气候区，年平均气温7.5℃～8.2℃，日照2 318～2 732 h，无霜期147～191 d，年降雨量180～270 mm，年蒸发量1 000～1 500 mm，≥10℃的活动积温3 570℃～3 729℃。试验地土壤类型为钙积正常干旱土(中国土壤系统分类)，质地为粘壤土，耕层(0～30 cm)土壤基本理化性状为：有机质含量17.1 g·kg-1、全盐含量1.17 g·kg-1、全氮含量1.12 g·kg-1、全磷含量0.96 g·kg-1、全钾含量18.4 g·kg-1、水解性氮含量86.73 mg·kg-1、有效磷含量13.83 mg·kg-1、速效钾含量319.33 mg·kg-1。

1.2 处理方法

试验设置3个处理(2013—2015年均种植棉花)：棉花-棉花-小麦(C-C-W)，即2016年和2017年均种植棉花，每年棉花收获后秸秆均粉碎还田，2018年种植春小麦；小麦+复播饲料油菜-棉花-小麦(W-C-W)，即2016年种植春小麦，春小麦收获后复播饲料油菜，油菜翻压作绿肥。2017年种植棉花，棉花收获后秸秆粉碎还田，2018年种植春小麦；春小麦连作(CK)，2016年和2017年均种植春小麦，春小麦收获后复播饲料油菜，饲料油菜翻压作绿肥，2018年种植春小麦。

2016—2018年试验采用定位试验，即每个处理每年在固定地点种植，种植面积为200 m2，每个处理重复3次。

春小麦品种为新春22号，2016年4月4日播种，4月10日出苗，7月18日收获；2017年4月13日播种，4月20日出苗，7月17日收获；2018年3月26日播种，4月4日出苗，7月12日收获。3 a株行距配置、播量、田间管理基本相同，行距15 cm，播量为375 kg·hm-2。采用滴灌的方式，在播种的同时铺设滴灌带，滴灌带铺设在土壤1～2 cm深处，滴灌带间距60 cm，每根滴灌带为4行小麦提供灌溉。全生育期灌水600 mm，随水滴施尿素403 kg·hm-2、滴灌肥(N∶P2O5∶K2O=6%∶30%∶30%)221 kg·hm-2。

油菜品种为华油杂62号，播量15 kg·hm-2，播种时将油菜种子与重过磷酸钙按照1∶10比例混合均匀，采用小麦24行条播机沿着原小麦茬口错行免耕播种，行距为15 cm+35 cm宽窄行。2016年7月21日播种，7月26日出苗。全生育期随水滴肥5次，尿素用量150 kg·hm-2，灌水450 mm。10月20日测产，产量57 669 kg·hm-2。随后机械粉碎后翻压作绿肥。2017年7月17日播种，7月24日出苗，全生育期随水滴肥5次，随水追施322.5 kg·hm-2尿素、滴灌肥(N∶P2O5∶K2O=6%∶30%∶30%)268 kg·hm-2,灌水450 mm。9月28日测产，产量66 827 kg·hm-2,随后机械粉碎后翻压作绿肥。

2016年和2017年棉花品种为新陆早45号，种植模式及田间管理措施参考杨相昆[19]的方法。

1.3 测定项目与方法

所有性状指标和样品测定均在2018年进行。

光合性能测定：分别在小麦孕穗、抽穗、开花、灌浆、蜡熟期，用Li-6400便携式光合测定系统(Li-Cor，USA)测定小麦旗叶的气体交换参数，采用标准叶室(2 cm ×3 cm)，每处理重复测定10次。用Li-6400便携式光合测定系统(Li-Cor，USA)测定的参数：净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、气孔限制值(Ls)、光能利用率(LUE)、水分利用效率(WUE)、潜在水分利用效率(WUEi)。于8∶00—12∶00利用PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪(WALZ，Germany)，采用2030-B叶夹测定小麦旗叶的光系统II(PSII)叶绿素荧光参数。每处理重复测定3次。PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪测定参数：PSⅡ的最大光化学量子产量、基于湖泊模型的光化学淬灭系数、PSⅡ处调节性能量耗散的量子产量、PSⅡ的实际光化学量子产量、非光化学淬灭参数、PSⅡ处非调节性能量耗散的量子产量。气体交换参数、荧光参数和测定、快速光响应曲线测定及拟合方法参考杨相昆[19]的方法。

土壤样品测定：在播种后及收获前土壤取样，按照梅花形取样法每个处理取5个点，取样深度0～30 cm，将5个点土样混匀，阴干后委托新疆农业科学院质量标准与检测技术研究所进行测定。土壤养分测定方法：有机质采用重铬酸钾外加热法，全氮采用凯氏定氮法，全磷采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法、全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法、水解性氮采用碱解扩散法，速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾乙酸铵浸提-火焰光度法，可溶性总盐采用烘干残渣法。

干物质及叶面积指数测定：从出苗后28 d开始，每周取一次样，3次重复，取样面积0.075 m2(0.15 m × 0.5 m)，全生育期取样9次。每次取样时将耕层内(0～30 cm)根系一并取回。在取样时选择长势一致的标记作为下次取样株。植株样品取回后在烘箱中105℃杀青30 min，之后80℃烘干8～10 h至恒重并称量，由此计算干物质积累量。

取植株样的同时，利用LAI-2200C植物冠层分析仪(LI-COR,USA)，参照Malone 等[20]的方法，测定小麦的叶面积指数(LAI)，并由此计算叶面积持续时间(光合势，LAD)和净同化率(NAR)，方法参考文献[21]。

产量：每个处理每小区实收12 m2(10 m×1.2 m)面积内小麦(共3次重复)，脱粒晒干计产，测产同时取样考种。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 (Microsoft Corporation)进行数据整理，计算平均值和标准差。采用SigmaPlot 12.5(Systat Software,Inc)作图，利用Adobe Illustrator CS5 (Adobe Systems Incorporated)对图片进行后期处理。

2 结果与分析

2.1 不同前茬作物对小麦田土壤养分的影响

由表1可知，收获前与播种后相比，轮作模式下(C-C-W和W-C-W)，土壤pH值上升0.21～0.22，电导率降幅较大，为220.33～278.67 μs·cm-1。C-C-W模式有机质含量降低0.14 g·kg-1，而W-C-W和CK模式有机质含量上升1.61 g·kg-1和1.89 g·kg-1。3个处理碱解氮含量在生育期末均有降低，但连作处理(CK)降幅更大，接近轮作处理的两倍。速效磷含量变化趋势同碱解氮。在连作模式下，速效钾含量在生育期末增加41.20 mg·kg-1，而轮作模式则减少20.60、89.27 mg·kg-1。3个处理全氮含量均在生育期末有所增加，但轮作模式增加的更多。连作模式下全磷含量减少最多，其次为C-C-W处理，而W-C-W处理全磷含量增加。C-C-W处理在生育期末全钾含量减少的最多。

表1 不同前茬作物处理下土壤养分含量Table 1 Soil nutrient content of different preceding crops treatment

2.2 不同前茬作物对小麦植株光合作用的影响

通过图1可以看出，在孕穗、扬花及灌浆中期，C-C-W模式下净光合速率(Pn)较CK分别高6.82%、17.04%、20.21%；而W-C-W模式在孕穗、扬花、灌浆中期、蜡熟期净光合速率(Pn)较CK分别高9.15%、47.61%、7.93%、10.51%，而在抽穗期则是CK的Pn最高。

在蜡熟期轮作模式气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)及蒸腾速率(Tr)均低于CK，W-C-W降低幅度更大(10.58%、5.76%、11.92%、)，W-W-C为(6.49%、-0.22%、8.85%)。而光能利用率(LUE)、水分利用效率(WUE)及潜在水分利用效率(WUEi)均是W-C-W处理最高，较CK提高136.49%、35.88%、33.26%，C-C-W处理较CK提高15.85%、3.24%、0.71%。其余生育时期3个处理互有高低，无明显规律。

方差分析结果表明(表2)：开花后天数和不同轮作模式及其互作对Pn、Cond、Ci、Tr、WUE影响极显著；开花后不同时间WUEi、Ls、LUE差异极显著，不同轮作模式WUEi、Ls、LUE差异不显著。

表2 不同前茬作物处理下小麦光合气体交换参数二因素方差分析F值 Table 2 F value of two-factor variance analysis of photosynthetic gas exchange parameters under different preceding crops treatment

2.3 不同前茬作物对小麦叶绿素荧光特性的影响

通过图2可以看出，C-C-W、W-C-W模式在小麦灌浆中期最大光化学量子产量(Fv/Fm)较CK分别提高3.81%和2.59%，蜡熟期提高8.99%、8.61%；实际光化学量子产量(Y(Ⅱ))在灌浆中期两者均提高7.8%，蜡熟期分别提高30.08%、15.68%；在蜡熟期C-C-W、W-C-W模式PSⅡ反应中心的光化学活性(qL)较CK提高21.19%及8.87%。同时轮作倒茬提高了扬花期以后小麦的热耗散(NPQ)及光保护能力(Y(NPQ))，降低了光损伤的程度(Y(NO))，其中W-C-W各项指标提高的幅度更大一些，特别是在蜡熟期热耗散及光保护能力较CK大幅提升。

综上所述,采用轮作倒茬模式，能够明显提高小麦生育后期叶绿素荧光特性参数，提高光合作用能力，为干物质积累和产量形成奠定基础。

注：Pn—净光合速率,Cond—气孔导度,Ci—胞间CO2浓度,Tr—蒸腾速率,Ls—气孔限制值,LUE—光能利用率,WUE—水分利用效率,WUEi—潜在水分利用效率。BTS—孕穗期，HS—抽穗期，BLS—扬花期，MFS—灌浆中期，DS—蜡熟期。下同。Note:Pn—photosynthetic rate,Cond—conductance to H2O,Ci—interecellular CO2 concentration,Tr—transpiration rate,WUE—water use efficiency,WUEi—intrinsic WUE,Ls—limiting value of stomata,LUE—light use efficiency.BTS—booting stage,HS—heading stage,BLS—blooming stage,MFS—middle filling stage,DS—wax maturity stage.The same below.图1 不同前茬作物处理下小麦光合气体交换参数Fig.1 Photosynthetic gas exchange parameters of wheat of different tillage modes under different preceding crops treatment

方差分析结果表明(表3)，开花后不同时间4种叶绿素荧光参数差异极显著，不同轮作模式之间各参数无显著差异。

表3 不同前茬作物处理下小麦叶绿素荧光参数二因素方差分析F值Table 3 F value of two-factor variance analysis of the chlorophyll fluorescence parameters under different preceding crops treatment

2.4 不同前茬作物对小麦叶片能量转换的影响

由图3可以看出，3个处理在孕穗期、抽穗期、扬花期叶片吸收的光能进入光化学的部分(P)均高于灌浆期和蜡熟期，说明这3个时期PSⅡ反应中心活性较高，后期则有所降低。相比较3个处理，在孕穗期、抽穗期、扬花期W-C-W处理叶片吸收的光能进入光化学的部分(P)所占比例最低，分别为29%、0.35%、24%，CK叶片吸收的光能进入光化学的部分所占比例最高，分别为0.32%、0.42%和0.33%，C-C-W居中。在灌浆中期和蜡熟期CK叶片吸收的光能进入光化学的部分(P)所占比例最低，分别为29%、21%。叶片吸收的光能通过热耗散散失的部分(D)的变化趋势与进入光化学的部分(P)相反。在生育后期，3个处理吸收的光能既不能进入光化学、又不能通过热耗散的部分(E)所占的比例基本相同。由此可见轮作倒茬提高了灌浆中期和蜡熟期光能进入光化学的部分(P)所占比例。

目前“工业控制网络安全是一项系统工程”的观点已得到了工控界的广泛的认可和接受，作为该工程的基础和前提的风险评估也越来越受到大家的重视，但在该领域的研究、发展过程中还需要纠正和解决一些模糊概念和问题：

注：Fv/Fm—PSⅡ的最大光化学量子产量；qL—基于湖泊模型的光化学淬灭系数；Y(NPQ)—PSⅡ处调节性能量耗散的量子产量；Y(Ⅱ)—PSⅡ的实际光化学量子产量；NPQ—非光化学淬灭参数；Y(NO)—PSⅡ处非调节性能量耗散的量子产量。下同。Note:Fv/Fm—maximum photochemical quantum yield of PSⅡ;qL—coefficient of photochemical fluorescence quenching assuming;Y(NPQ)—quantum yield of light (ΔpH and zeaxanthin-dependent)induced non-photochemical fluorescence quenching;Y(Ⅱ)—actual photochemical quantum yield of PSⅡ;NPQ—stern-volmer type non-photochemical fluorescence quenching;Y(NO)—Quantum yield of non-light induced non-photochemical fluorescence quenching.The same below.图2 不同前茬作物处理下小麦叶绿素荧光参数Fig.2 Chlorophyll fluorescence parameters of wheat under different preceding crops treatment

2.5 不同前茬作物处理下小麦快速光响应曲线特征

如图4所示，在抽穗期(HS)、扬花期(BLS)CK处理电子传递速率(ETR)高于其他2个处理，而在孕穗期(BTS)、灌浆期(MFS)和蜡熟期(DS)，轮作模式下电子传递速率(ETR)高于CK。说明通过轮作倒茬可提高小麦后期的电子传递速率，与前文所述可提高叶绿素荧光的特征参数一致。

图4 不同前茬作物处理下小麦叶片光反应曲线Fig.4 Leaf photoreaction curve of wheat under different preceding crops treatment

通过对光反应曲线进行拟合(表4)可知，CK在BLS期最大电子传递速率(ETRmax)高于轮作处理，其余时期均低于轮作处理，在BTS和MFS期W-C-W较C-C-W处理高15.07、33.48 μmol·m-2·s-1，其余时期后者较高。在MFS期CK最大光合效率(α)为0.29，高于其他2个处理，在BLS期为0.24，与C-C-W相同，其余时期均低于轮作处理。在BLS连作处理对强光的耐受能力最强，其余时期则是轮作处理对强光的耐受能力较强。

表4 不同前茬作物处理下小麦最大电子传递速率(ETRmax)、最大光合效率(α)、半饱和光强(Ik)Table 4 ETRmax,maximum photosynthetic efficiency (α)and semi-light saturation point (Ik)of wheat under different preceding crops treatment

2.6 不同前茬作物对小麦干物质积累及叶面积指数的影响

出苗后不同时期干物质积累如图5所示，干物质积累规律可用Logistic方程Y=K/(1+exp(a+bt))来拟合，a、b、K待定系数见表5，干物质积累速率达到最大值的时间(Tmax)、此时积累速率最大值(Rmax)、干物质重(Wm)、直线积累的开始时间(t1)和结束时间(t2)、以及t1和t2期间干物质积累量ΔW(t2-t1)的计算参考明道绪[22]的方法。由图5和表5可知，CK和C-C-W干物质积累量接近，W-C-W处理干物质积累量最多为22 564.67 kg·hm-2，但其干物质最大积累速率最小(454.33 kg·hm-2·d-1)，最大积累速率出现的时间最晚(出苗后53 d)。在干物质积累速率达到最大时的干物质积累量最多，直线积累开始的时间最早(苗后34 d)，直线积累时间最长(37 d)，直线积累期积累的干物质也最多。而CK和C-C-W最大积累速率出现的时间均为出苗后51 d，在干物质积累速率达到最大时的干物质积累量接近，分别为11 794.69 kg·hm-2和11 472.35 kg·hm-2，直线积累开始的时间分别为38 d和35 d，C-C-W的最大积累速率最高为568.90 kg·hm-2·d-1、CK为454.33 kg·hm-2·d-1。

表5 不同前茬作物处理下小麦干物质积累拟合参数Table 5 Dry matter fitting parameters of wheat under different preceding crops treatment

注：D、P、E分别表示吸收光能中通过天线色素以热能散失的部分、进入光化学过程部分和剩余部分。Note:D—the part of absorption light energy which lost through PSⅡantenna pigment;P—actual photochemical quantum yield of PSⅡ;E—the part of absorption light energy which cannot enter the photochemical process and cannot be lost through the antenna pigment.图3 不同前茬作物处理下小麦叶片能量转换Fig.3 Leaf energy conversion of wheat under different preceding crops treatment

由图5可知，整个生育期所有处理均在出苗后42 dLAI达到最大值，CK、C-C-W、W-C-WLAImax最大分别为5.07、4.56、和5.46，之后开始下降，轮作处理下降幅度较缓，特别是W-C-W维持较高的LAI时间比较长，为后期产量和干物质积累奠定基础。整体来看，W-C-W处理叶面积指数(LAI)及光合势(LAD)较CK和C-C-W高，CK和C-C-W比较，前期CK的光合势(LAD)高于C-C-W，后期则相反。净同化率(NAR)呈波浪起伏变化，处理间无明显规律。

平均叶倾角(Mean tilt angle,MTA)反映了叶片倾斜状况。如果所有叶片都是水平的，那么MTA就是0°；若都是垂直的，则为90°。一般MTA处于30°(水平叶片占优势)～60°(垂直叶片占优势)。由图6可以看出，在出苗后70 d之前，W-C-W处理MTA最低，但之后直线上升，即叶片上扬，超过了其余两个处理，这对维持较高的LAD、积累更多的干物质是有利的。

冠层开度(DIFN)又称无截取散射，表示未被叶片遮挡的天空部分。此值范围在0(全叶片)～1(无叶片)。DIFN大体可看作是冠层结构的一个代表值，它将LAI和MTA结合为一个值。由图6可以看出，整个生育期内不同处理DIFN基本呈“L”型变化，W-C-W处理整个生育期DIFN较低，这使漏射到地表的太阳辐射较少，光能利用率高。

图6 不同前茬作物处理下小麦冠层参数Fig.6 Canopy parameters of wheat under different preceding crops treatment

方差分析表明(表6)：开花后天数对LAI影响极显著，对DIFN影响显著，不同轮作模式对小麦干物质积累量、LAI、DIFN、MAT影响极显著，二者互作对上述指标影响不显著。

表6 不同前茬作物处理下小麦干物质积累和冠层参数二因素方差分析F值Table 6 F value of two-factor variance analysis of dry matter weight and canopy parameters of wheat under different preceding crops treatment

2.7 不同前茬作物对小麦产量的影响

表7 不同前茬作物处理下小麦产量性状Table 7 Wheat yield traits of different preceding crops treatment

3 讨 论

合理的轮作倒茬是实现农业可持续发展的重要措施，可缓解作物连作障碍，增加农田生物多样性，协调作物与土壤的关系，提高作物产量[23]。本研究以小麦+复播饲料油菜-棉花-小麦种植模式为研究对象，对比该种植模式与棉花连作后种植小麦、小麦+饲料油菜连作的差异，结果表明该模式下小麦产量及干物质积累更具有优势，可缓解小麦、棉花长期连作产生的弊端，促进国家粮食安全战略实施。在小麦收获后复种一季饲料油菜，增加经济收益，提高种植户的积极性，有利于实现新疆地区棉-粮的协调发展。

适宜的轮作茬口能增强土壤生态系统功能潜力。陈小容等[5]研究了不同种植模式下茬口对小麦季土壤肥力的影响，豆茬在土壤养分、酶活性方面优于苕茬。张立成等[24]研究表明种植油菜作物可维持土壤中微生物量碳含量稳定，增强了土壤微生物的代谢能力，提高微生物对有机碳源的利用。李银平等[25]研究表明小麦复种油菜翻压绿肥后，由于绿肥的分解矿化，对连作棉田土壤的速效氮产生影响。杨文元等[26]研究表明麦后复种油菜可降低土壤pH值，提高土壤有机质、速效磷质量分数，降低土壤有机碳氧化稳定系数，提高土壤肥力。本研究表明，W-C-W和CK模式有机质含量均上升，可见小麦收获后复播饲料油菜，翻压做绿肥，可以提高土壤有机质含量，而且这种效果可以持续到第三年，与前人的研究结果基本一致。油菜翻压做绿肥可有效改善土壤结构、提高土壤酶活性，从而有利于作物生长发育。

光合作用是植物生长发育的基础，小麦产量的90%以上来自于光合作用[27]。王曙光等[28]研究表明Pn、Gs和Tr是影响作物产量的主要因素；王飞等[29]研究表明玉米、花生间作茬口较玉米茬口提高了冬小麦旗叶光反应中心活性，从而提高净光合速率；樊高琼等[30]研究表明，前茬为玉米和大豆时套作小麦光合效率和产量都较高。本研究结果基本与上述一致，W-C-W处理提高了蜡熟期小麦Pn、LUE、WUE、WUEi(图2)；轮作模式下提高了小麦灌浆中期以后的Fv/Fm、Y(Ⅱ)，提高了蜡熟期的PSⅡ反应中心qL和扬花期以后NPQ及Y(NPQ)，降低了Y(NO)(图3)，由此可见轮作倒茬可显著提高小麦后期的光合作用能力，W-C-W同时保持较高的LAI和LAD和较低冠层开度(DIFN)，为干物质积累及产量的形成奠定基础。但本研究中Gs和Tr不同处理之间并没有表现出明显的变化规律，具有原因有待于进一步研究。

张翼等[6]和史校艳等[31]研究表明不同茬口对小麦产量、成熟期干物质有极显著影响；玉米茬小麦干物质积累明显大于水稻茬小麦。本研究结果表明，小麦与棉花隔年轮作处理(W-C-W)直线积累开始的时间最早(苗后34 d)，直线积累时间最久(37 d)，干物质积累最多。

邵云等[7]研究表明大豆、花生和甘薯茬有利于小麦植株养分的积累，并能显著提高千粒重；郑海泽等[32]研究表明茬口和灌水量对小麦产量的影响存在5%和1%的显著性，玉米茬口同其他茬口相比其产量和产量构成因素的变异系数均最低，且该茬口较好地协调了个体和群体生长动态。王飞等[23]研究表明玉米花生间作茬口较玉米茬口能显著提高小麦花后光合能力，促进冬小麦生长，从而增加穗粒数、粒重和籽粒产量。靖华等[34]研究表明各施氮水平下不同基因型小麦的产量及产量结构在茬口间的表现存在差异。本研究表明小麦与棉花隔年轮作处理(W-C-W)产量最高，较CK增产10.39%。可见不同前茬作物对小麦的生长发育及产量影响显著，生产中可根据当地具体情况适时轮作倒茬，提高作物产量，维持土壤生态平衡。

干物质的积累和产量的形成，是作物光合作用的产物，其变化规律与光合能力的强弱有关。王飞等[23]研究表明小麦后期较高的气体交换参数，尤其是乳熟期，保证了生育后期光合产物向籽粒的运输，从而提高冬小麦产量。本研究中轮作倒茬模式能显著提高灌浆中期之后的净光合速率及叶绿素荧光参数(Fv/Fm、qL、ETR、对强光的耐受能力等)，W-C-W获得较高的干物质积累量和产量，但本研究中C-C-W干物质积累量与产量均偏低，可能因其多年棉花连作，导致土壤肥力下降，土壤生态系统不平衡，第一年轮作倒茬能够提高部分气体交换和叶绿素荧光参数，并没有协同形成较高的产量，具体原因有待于进一步研究。

4 结 论

本研究采用W-C-W种植模式充分发挥了饲料油菜对土壤的培肥作用，缓解了棉花、小麦连作产生的问题，提高土壤有机质含量，减缓碱解氮和速效磷的损失，提高小麦灌浆中期和蜡熟期光合作用能力，维持较高的LAI和LAD，改善了冠层结构、促进干物质积累，达到增产的目的。

C-C-W种植模式，通过轮作倒茬提高了小麦光合作用的部分指标，但由于棉花长期连作导致土壤微生物多样性下降、结构不合理等问题未充分缓解，尚未促进营养物质向籽粒有效转移。若该模式在小麦收获后复播饲料油菜培肥土壤，可改善后茬作物的生长条件，从而提高产量，结论有待于进一步验证。