Effects of straw return combined with phosphorus fertilizer on carbon assimilate accumulation in dryland wheat and the associated physiological mechanisms

doi:10.11686/cyxb2023282

Abstract

Abstract:

The purpose of this study was to clarify the effects of straw return combined with phosphate （P） fertilizer on the characteristics of carbon assimilation accumulation and grain yield in wheat （Triticum aestivum）. In 2021-2022， a split-spilt-plot field experiment with Luohan22 used as the tested wheat variety was conducted in typical drylands of western Henan province. In this experiment， two corn （Zea mays） straw return treatments （no straw return， S₀； full straw return， S₁） were set up as main plot treatments， and five rates of P fertilizer application rates （0 kg·ha^-1， P₀； 75 kg·ha^-1， P₁； 112.5 kg·ha^-1， P₂； 150 kg·ha^-1， P₃； 187.5 kg·ha^-1， P₄）， were applied as split-plot treatments. We investigated the characteristics of dry matter accumulation， grain yield and its components in wheat， and the changes of net photosynthetic rate （P_n） and leaf chlorophyll measured by soil and plant analyzer development （SPAD） meter value in flag leaves， and the soluble sugar content， sucrose content and sucrase activity in flag leaves and grains after anthesis under the different treatments. It was found that， under the same phosphorus application rate， compared with S₀ treatment， the SPAD value and P_n， the contents of soluble sugar and sucrose， and the activities of sucrose synthetase and sucrose phosphate synthetase in flag leaves and grains were all significantly increased in the S₁ treatment. Finally， the dry matter accumulation and grain yield were， respectively， increased by 9.25%-14.60% and 2.17%-6.31%. Under the same straw return， with increase in phosphorus application rate， the SPAD value， P_n of flag leaves， the contents of soluble sugar and sucrose and the activities of sucrose synthetase and sucrose phosphate synthetase in flag leaves and grain， and dry matter accumulation showed a trend of initial increase and then decrease. Considering the interaction of straw return and P fertilizer application rate， the S₁P₃ combination had the best performance for SPAD value， P_n， the contents of soluble sugar and sucrose and the activities of sucrose synthetase and sucrose phosphate synthetase in flag leaves and grain， and thus resulted in the highest grain yield， which was 35.70% greater than that in S₀P₀. Therefore， the S₁P₃ treatment with full straw return in combination with a P fertilizer application rate of 150 kg·ha^-1 was the most suitable planting configuration under the present experimental conditions and should be promoted as optimal in rainfed wheat production in western Henan province.

Key words: dryland wheat, straw returning, phosphate fertilizer, sucrase activity

Jun-hao ZHANG, Xue-ru CHAI, Song-ke MA, Dong-xia ZHANG, Jing ZHANG, Chang-chang QIAO, Shuang LI, Ming HUANG, He-zheng WANG. Effects of straw return combined with phosphorus fertilizer on carbon assimilate accumulation in dryland wheat and the associated physiological mechanisms[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(6): 89-104.

Figures/Tables 13

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项目 Item	处理 Treatment	产量 Yield （kg·hm^-2）	穗数 Spikes （×10⁴·hm^-2）	穗粒数 Grains per spike	千粒重 1000-grain weight （g）
S₀	P₀	5372.07±113.72f	445.86±12.83e	32.49±0.75g	41.28±0.10c
	P₁	6146.39±63.71e	487.52±13.92d	33.78±0.20f	45.06±0.43b
	P₂	6589.81±174.07cd	514.96±8.04bc	36.00±0.17bc	46.76±1.35ab
	P₃	6975.86±148.71b	524.20±10.10b	35.78±0.50cd	47.50±1.10ab
	P₄	6847.51±341.78bc	510.86±5.20bc	35.30±0.36cde	46.65±1.36ab
S₁	P₀	5638.46±117.42f	462.52±12.50e	34.70±0.36e	42.24±0.99c
	P₁	6443.56±108.05d	495.86±19.10cd	35.52±0.54cde	45.39±1.20b
	P₂	7005.55±189.68b	531.70±14.22b	36.63±0.32b	45.52±1.22a
	P₃	7290.14±149.25a	571.70±12.33a	37.66±0.35a	48.08±1.92a
	P₄	6996.43±245.90b	519.19±8.62b	34.93±0.64de	46.70±1.78ab
方差分析和F值Variance analysis and F value	S	24.18**	18.34**	49.94**	2.40
	P	98.44**	47.67**	42.91**	21.91**
	S×P	0.54	2.48	7.63**	0.39

项目 Item	处理 Treatment	产量 Yield （kg·hm^-2）	穗数 Spikes （×10⁴·hm^-2）	穗粒数 Grains per spike	千粒重 1000-grain weight （g）
S₀	P₀	5372.07±113.72f	445.86±12.83e	32.49±0.75g	41.28±0.10c
	P₁	6146.39±63.71e	487.52±13.92d	33.78±0.20f	45.06±0.43b
	P₂	6589.81±174.07cd	514.96±8.04bc	36.00±0.17bc	46.76±1.35ab
	P₃	6975.86±148.71b	524.20±10.10b	35.78±0.50cd	47.50±1.10ab
	P₄	6847.51±341.78bc	510.86±5.20bc	35.30±0.36cde	46.65±1.36ab
S₁	P₀	5638.46±117.42f	462.52±12.50e	34.70±0.36e	42.24±0.99c
	P₁	6443.56±108.05d	495.86±19.10cd	35.52±0.54cde	45.39±1.20b
	P₂	7005.55±189.68b	531.70±14.22b	36.63±0.32b	45.52±1.22a
	P₃	7290.14±149.25a	571.70±12.33a	37.66±0.35a	48.08±1.92a
	P₄	6996.43±245.90b	519.19±8.62b	34.93±0.64de	46.70±1.78ab
方差分析和F值Variance analysis and F value	S	24.18**	18.34**	49.94**	2.40
	P	98.44**	47.67**	42.91**	21.91**
	S×P	0.54	2.48	7.63**	0.39

项目 Item	处理 Treatment	TSSBA （kg·hm^-2）	CRSSTBA （%）	TRSSBA （%）	MSDM （kg·hm^-2）	ADMAA （kg·hm^-2）	CRSSTAA （%）
S₀	P₀	1860.09±38.78ef	34.63±0.90a	24.95±0.47a	10967.10±67.06h	3511.98±111.42g	65.37±0.90e
	P₁	1954.56±30.84bcd	31.80±0.80b	23.44±1.04b	12528.97±125.57f	4191.83±91.72e	68.20±0.80d
	P₂	2060.27±15.14a	31.26±0.37bc	22.97±0.50bc	13499.34±16.82e	4529.54±53.04d	68.74±0.37cd
	P₃	2060.65±27.73a	29.54±0.95cd	20.50±0.44d	14966.61±105.13c	4915.21±169.94bc	70.46±0.95bc
	P₄	2028.09±67.36ab	29.62±1.37cd	22.11±0.98c	13993.65±221.49d	4819.43±184.15c	70.38±1.37bc
S₁	P₀	1798.18±37.72f	31.89±1.13b	22.09±0.32c	11981.54±226.26g	3840.28±139.36f	68.11±1.13d
	P₁	1915.48±48.73cde	29.73±1.25cd	20.29±0.42de	13966.93±59.46d	4528.08±156.06d	70.27±1.25bc
	P₂	1875.76±20.29def	26.78±0.67e	18.14±0.48f	15470.65±214.06b	5129.79±182.18ab	73.22±0.67a
	P₃	2067.00±15.41a	28.35±0.69de	18.28±0.44f	16529.64±186.64a	5223.14±155.74a	71.65±0.69ab
	P₄	1979.48±85.80abc	28.29±1.49de	19.13±1.07ef	15362.66±204.86b	5016.95±150.52abc	71.71±1.49ab
方差分析和F值Variance analysis and F value	S	15.02**	38.44**	167.13**	652.10**	48.48**	38.44**
	P	21.33**	19.59**	31.89**	642.91**	99.09**	19.59**
	S×P	3.55*	2.47	3.09**	7.21**	1.70	2.47

项目 Item	处理 Treatment	TSSBA （kg·hm^-2）	CRSSTBA （%）	TRSSBA （%）	MSDM （kg·hm^-2）	ADMAA （kg·hm^-2）	CRSSTAA （%）
S₀	P₀	1860.09±38.78ef	34.63±0.90a	24.95±0.47a	10967.10±67.06h	3511.98±111.42g	65.37±0.90e
	P₁	1954.56±30.84bcd	31.80±0.80b	23.44±1.04b	12528.97±125.57f	4191.83±91.72e	68.20±0.80d
	P₂	2060.27±15.14a	31.26±0.37bc	22.97±0.50bc	13499.34±16.82e	4529.54±53.04d	68.74±0.37cd
	P₃	2060.65±27.73a	29.54±0.95cd	20.50±0.44d	14966.61±105.13c	4915.21±169.94bc	70.46±0.95bc
	P₄	2028.09±67.36ab	29.62±1.37cd	22.11±0.98c	13993.65±221.49d	4819.43±184.15c	70.38±1.37bc
S₁	P₀	1798.18±37.72f	31.89±1.13b	22.09±0.32c	11981.54±226.26g	3840.28±139.36f	68.11±1.13d
	P₁	1915.48±48.73cde	29.73±1.25cd	20.29±0.42de	13966.93±59.46d	4528.08±156.06d	70.27±1.25bc
	P₂	1875.76±20.29def	26.78±0.67e	18.14±0.48f	15470.65±214.06b	5129.79±182.18ab	73.22±0.67a
	P₃	2067.00±15.41a	28.35±0.69de	18.28±0.44f	16529.64±186.64a	5223.14±155.74a	71.65±0.69ab
	P₄	1979.48±85.80abc	28.29±1.49de	19.13±1.07ef	15362.66±204.86b	5016.95±150.52abc	71.71±1.49ab
方差分析和F值Variance analysis and F value	S	15.02**	38.44**	167.13**	652.10**	48.48**	38.44**
	P	21.33**	19.59**	31.89**	642.91**	99.09**	19.59**
	S×P	3.55*	2.47	3.09**	7.21**	1.70	2.47

项目 Item	处理 Treatment	花后天数Days after flowering （d）
项目 Item	处理 Treatment	0	7	14	21	28
S₀	P₀	11.31±0.47e	9.19±0.29e	8.63±0.49e	6.45±0.41f	4.31±0.43e
	P₁	12.34±0.26e	10.59±0.28d	9.54±0.36d	7.53±0.39e	6.56±0.56d
	P₂	14.68±0.40d	11.55±0.45c	10.64±0.25c	8.71±0.24d	7.27±0.01cd
	P₃	17.58±0.37b	13.99±0.14ab	12.42±0.02a	10.43±0.33b	9.06±0.10ab
	P₄	16.40±0.44c	13.69±0.16b	11.49±0.27b	9.17±0.28cd	8.64±0.04b
S₁	P₀	12.17±0.57e	10.62±0.50d	8.73±0.20e	7.63±0.38e	6.61±0.02d
	P₁	14.50±0.40d	11.47±0.29cd	10.53±0.36c	8.69±0.39d	7.60±0.58c
	P₂	17.96±0.76b	13.89±0.90ab	11.69±0.03b	10.87±0.43ab	8.77±0.48b
	P₃	20.15±0.87a	14.76±0.60a	12.61±0.22a	11.13±0.50a	9.60±0.43a
	P₄	18.32±1.26b	13.42±0.74b	12.51±0.14a	9.54±0.02c	9.19±0.69ab
方差分析和F值Variance analysis and F value	S	77.29**	31.00**	41.03**	76.82**	57.93**
	P	112.81**	78.53**	177.08**	106.03**	78.77**
	S×P	2.63	5.43**	4.21*	5.67**	4.45*