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氮肥運籌對四川丘陵區機播套作小麥群體質量及產量的影響

2012-08-31 02:14:52吳中偉樊高瓊王秀芳邱康健楊文鈺
植物營養與肥料學報 2012年1期
關鍵詞:產量

吳中偉,樊高瓊,王秀芳,鄭 亭,邱康健,楊文鈺

(四川農業大學;農業部西南作物生理生態與耕作重點實驗室,成都611130)

四川位于我國西南內陸腹地,是西南麥區主產省份,其小麥種植面積約占西南麥區的65%左右[1],四川小麥85%以上分布在丘陵旱地,以套作為主[2]。長期以來,小麥/棉花、小麥/玉米等模式并存,導致帶寬多樣,技術復雜且研究少,加之該區域生產條件差,生產技術水平低,小麥種植粗放,產量低而不穩,一般在3000 kg/hm2左右[1],而生產成本平均為4335元/hm2,且主要為播種環節的勞動成本[3-4],可見其種植效益十分低下。在市場經濟這個杠桿下,套作小麥生產發展受到嚴峻的挑戰,規范化、模式化、機械化是間套種植的發展方向,也是四川套作小麥生產發展的必由之路。

“小麥/玉米/大豆”是四川近年來提出的新型種植模式,具有高產、優質、高效等特點,2007、2008和2009年被列為全國農業部主推技術,該技術自2003年開始在四川省示范推廣以來,在我國南方丘陵地區發展十分迅速,面積逐年增加,正在成為我國南方多熟制地區推進現代農業發展的一項新型實用技術[5]。該模式下,帶寬2 m、小麥幅寬1 m(種植5行)基本能滿足微型農機操作,同時又能兼顧套作小麥邊際效應的發揮,小麥機播技術也得到初步發展[2,6-8],套作小麥生產也因此走上規范化道路,但仍存在很多研究方面的空白。前人研究表明,群體質量是小麥獲得高產的重要因素,群體質量的好壞直接影響著小麥產量的高低[9]。氮素是影響小麥群體質量和產量的重要因素,合理的氮肥運籌是改善小麥群體質量的重要途徑[10-12],前人有關氮肥運籌和群體質量方面的研究大都集中在北方凈作小麥上,而南方尤其是丘陵地區套作小麥氮肥運籌方面的研究還鮮見報道。南北氣候和生態條件差異大[13],小麥栽培技術迥異。因此,研究氮肥運籌對四川丘陵旱地機播套作小麥群體質量的影響,探索套作小麥高產超高產的群體質量指標,對發展我國南方小麥,提高小麥產量,緩解地區糧食壓力和保障糧食安全具有重要的理論與現實意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗設計

供試材料為川麥42,是四川近幾年主推品種,國家區試對照品種,由四川省農科院提供。

本試驗于2009年11月~2010年5月在四川仁壽縣珠嘉鄉踏水村5社進行,該縣為四川省第一人口大縣,也是農業大縣,位于盆地中南部,東經104°和北緯29.6°,丘陵地貌,海拔430 m,屬亞熱帶季風濕潤氣候,年均氣溫17.4℃,年均降水量1100 mm,年均日照1196.6 h,無霜期312 d。供試土壤為紫色土,0—20 cm土層有機質含量13.5g/kg、全氮0.8 g/kg、堿解氮 93.43 mg/kg、有效磷 6.49 mg/kg、有效鉀50.40 mg/kg、pH 7.75。試驗地采用“麥/玉/豆”種植模式(俗稱“雙三0”),采用2 m帶型,11月2日播種5行小麥,行距20 cm;留1 m空帶于第二年3月播種2行玉米,行距50 cm;5月中旬小麥收后,再接茬播種2行大豆。

試驗采用兩因素裂區設計,以4個施氮水平為主區,施純氮 90、135、180、225 kg/hm2分別用 N1、N2、N3、N4表示;4種施氮方式為副區,分別為 R1(底肥一道清)、R2(底肥∶苗肥 =7∶3)、R3(底肥∶拔節肥=7∶3)和R4(底肥∶苗肥∶拔節肥∶孕穗肥=5∶1∶2∶2);并以不施肥(CK)為對照。3次重復,共計51個小區,小區面積12 m2(長6 m,寬2 m)。播種前基施過磷酸鈣(含P2O517%)525 kg/hm2、氯化鉀(含K2O 52%)225 kg/hm2。試驗中氮、磷、鉀用量均是按照小區面積計算,并將其施在小麥實際播種范圍內(小區面積的1/2)。氮肥為尿素,底施的尿素于播種后兌清水均勻澆施,苗肥、拔節肥、孕穗肥兌清水均勻澆施。試驗于2009年11月2日采用2BSF-4-5A型谷物播種機播種,密度為180萬株/hm2(含預留行),其他栽培措施同大田生產。

1.2 測定項目與方法

莖蘗動態的測定:于兩葉一心期,在每個小區內選擇長勢均勻具有代表性的區域定點1m2,調查出苗情況及莖蘗動態,于播種后15 d確定基本苗,以后每隔10 d調查一次莖蘗數,直至抽穗開花,并于成熟期調查有效穗數。

葉面積指數(LAI)的測定:苗期、拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期分別取樣,每小區分邊行、次邊行和中行(套作小麥,每帶種植5行,2個邊行、2個次邊行、1個中行)各取8株共24株,測量每片綠葉的長、寬,用長寬系數法計算葉面積(系數取值為 0.83[14]),并換算成葉面積指數(LAI),LAI=綠葉總面積/占地面積。

干物質積累量的測定:測定完葉面積后,將取樣植株按葉、莖(鞘)、穗分開,于烘箱經105℃殺青1h,75℃烘干至恒重稱重。

粒葉比:粒葉比即群體總結實粒數或粒重與孕穗期最大葉面積之比,本試驗中采用成熟期子粒重與孕穗期最大葉面積之比來表示。

測產及考種:在收獲前于每小區分邊行、次邊行、中行各取8株共24株,風干后進行室內考種,測定穗粒數、千粒重、穗容量等;每小區單打實收記產(產量按小區面積計算)。

1.3 數據處理

運用Excel和DPS 7.05軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 群體生長發育動態

2.1.1 莖蘗動態 從圖1可以看出,四川小麥莖蘗動態呈單峰曲線,分蘗持續期短,播種后67d左右達到最高苗數,施氮量和施氮方式對套作小麥莖蘗動態均有顯著影響。前期分蘗發生速率和高峰苗數值隨施氮量的增加而增大(圖1-A),且各施氮量間的差異顯著,N4的最高莖蘗數分別比 N1、N2、N3高4.2%、4.0%、2.6%,比 CK高10.9%;而后期分蘗的消亡速率以N3、N4大于N1、N2及CK,成穗數及成穗率以N3最高。圖1-B顯示,前期分蘗發生速率、最高莖蘗數、有效穗及成穗率均以R3處理最大,R4次之,R1、R2處理之間沒有顯著差異;而分蘗的消亡速率以R3處理最小,R1、R2、R4處理之間沒有顯著差異。

圖1 不同氮肥運籌下的莖蘗動態Fig.1 Tillering dynamics under different nitrogen management

2.1.2 葉面積指數動態 圖2-A顯示,葉面積指數(LAI)在整個生育期均呈單峰曲線變化,且隨施氮量的增加而增大。從拔節到孕穗,LAI快速提高,并在孕穗期達到最大值,而CK提前到拔節期達到最大值。孕穗至開花期LAI快速下降,開花至灌漿期LAI緩慢下降,各施氮量間LAI差異達到顯著水平,高氮處理生育后期仍保持相對較高的LAI。

就不同施氮方式而言(圖2-B),各生育時期R2、R3、R4 處理的 LAI均高于 R1,而 R2、R3 及 R4之間沒有顯著差異。說明氮肥分次施用對提高LAI、延長葉片功能期具有促進效應。

2.1.3 地上部干物質積累動態 從表1可以看出,植株干物質積累隨施氮量的增加呈增加的趨勢,且不同施氮量間干物質的差異隨生育進程推進而逐漸加劇,開花期和成熟期差異達顯著水平,表現為N2、N3、N4處理的干物質積累量顯著高于N1。同時,各施氮量間花后干物質積累量差異達顯著或極顯著水平,于N4水平下達最大。追施氮肥在一定程度上提高了植株干物質的積累,除開花期外各生育時期均以R1處理的干物質積累量最低,拔節期、開花期及成熟期均以R3的干物質積累量最高,且其干物質積累一直維持在較高水平,同時R3處理的花后干物質積累量最大,較R1、R2、R4分別增長11.8%、6.7%和9.9%。

圖2 不同氮肥運籌下的葉面積指數動態Fig.2 Leaf area index dynamics under different nitrogen management

表1 不同氮肥運籌下小麥植株地上部分干物質積累量動態變化及花后干物質積累(g/m2)Table 1 Dry matter accumulation dynamics of top-partial and post-anthesis dry matter accumulation of wheat in different nitrogen treatments

施氮方式和施氮量存在互作效應(表1),隨著施氮量的增加,氮肥宜分次施用。就開花前干物質積累而言,低氮(N1)水平下R1的干物質積累總量較大,而中、高氮水平(N2、N3、N4)下除孕穗期N2R1處理的干物質積累量高于 N2R2、N2R3和N2R4外,其余各施氮量下R1處理的干物質積累量均低于R2、R3、R4,且各施氮量(除 N4外)下 R1與R2、R3、R4間差異達顯著水平;而花后干物質積累量除N2外均以R3處理最大。進一步分析發現(表2),R1和R2處理在拔節至孕穗期間的干物質日積累速率較快,隨生育進程推進R1、R2處理的日積累速率逐漸下降,而R3、R4處理的日積累速率逐漸增大,且開花至成熟期間干物質日積累速率均以R3最快,差異達顯著水平。

2.1.4 粒葉比 從表3可以看出,粒葉比以CK的最大,這與其葉面積小有關系。適度增加施氮量有增加粒葉比的效果,但過高的施氮量下粒葉比下降,總體表現為N3處理的粒葉比分別較N4、N2、N1高6.0%、7.5%、16.2%;R1處理下的粒葉比最高,這也與其孕穗期LAI小有關;粒葉比最小的是R2處理,說明苗期追肥不利于構建高粒葉比群體。

表2 干物質日積累量動態變化[g/(m2·d)]Table 2 Dynamics of dry matter accumulation per day of top-partial of wheat plant in different nitrogen treatments

表3 不同氮肥運籌下的粒葉比(mg/cm2)Table 3 The grain-leaf ratio under different nitrogen managements

2.2 產量及產量構成因子

從表4可以看出,所有處理中N3R3產量最高,達4800.4 kg/hm2,其次為 N3R4,為4744.6 kg/hm2,兩者差異不顯著,CK的產量最低,為 3762.0 kg/hm2,較 N3R3減產 21.6%。而收獲指數以N3R4 最高,達0.304,其次為N3R3,為0.292,CK 最低,為0.263,說明適量施氮及氮肥后移有利于提高小麥收獲指數。

方差分析得出,產量構成因子中穗粒數受氮肥運籌的影響顯著,且穗粒數、有效穗及粒容量均隨施氮量的增加而增加,在N4水平下達到最大值;而千粒重隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢,在N3水平達最大值。R3、R4處理下穗粒數、粒容量有增加的趨勢,產量高于R2、R1,且以R3處理產量最高。

施氮量和施氮方式對產量及產量構成因子存在互作效應。低氮(N1)水平下,氮肥后移(R4處理)的有效穗減少,但穗粒數增加,R2、R3處理的有效穗、穗粒數協調,產量高;中氮(N2、N3)水平下,R3的有效穗較高,穗粒數、千粒重較協調,產量最高;而高氮(N4)水平下,穗粒數以R4處理最高,但各施氮方式間產量差異不顯著。

2.3 套作小麥群體質量指標與產量及產量構成因子的關系

群體質量指標與產量間的相關性分析表明,孕穗期、開花期、灌漿期葉面積指數與產量均呈顯著或極顯著 正 相 關(R2分 別 為 0.55*、0.65**、0.64**),拔節至孕穗的干物質日積累速率與產量呈顯著正相關(R2=0.59*),孕穗期的干物質積累量與產量呈極顯著正相關(R2=0.70**);而基本苗和三葉期的干物質積累與產量均呈不顯著的負相關(R2分別為-0.43和-0.38)。由此說明要獲得較高產量,前期群體不宜過大,但要注重后期高效群體的構建,提高孕穗后的葉面積指數,保持花后較高的綠葉面積,促進孕穗后的干物質積累與轉運。有效穗、穗粒數與產量呈顯著正相關(R2分別為0.50*和0.49*)。

3 討論

3.1 氮肥運籌對機播套作小麥產量及產量構成的影響

前人研究表明,氮是影響小麥子粒產量的重要因素,但不同的生態環境、土壤肥力和品種的適宜施氮量不同。如黃嚴帥等[15]認為中筋小麥優質高產的適宜施氮量為N 225~281 kg/hm2;郭天財等[16]則認為蘭考矮早八在兼顧產量、品質、經濟及生態效益的情況下的適宜氮肥用量為N 202~239 kg/hm2;同延安等[17]認為陜西片區冬小麥高產的合理施氮量應控制在 N 105~210 kg/hm2范圍內。湯永祿[18]對四川成都平原稻茬麥進行的施氮量研究表明其適宜施氮量為N 150 kg/hm2左右。前人研究均是基于凈作小麥,本試驗在“雙三0”帶式套作條件下,小麥播幅占凈作的一半,最高產量為N 180 kg/hm2、底肥∶拔節肥=7∶3的處理,其次為N 180 kg/hm2、底肥 ∶苗肥 ∶拔節肥 ∶孕穗肥 =5 ∶1 ∶2 ∶2 的處理。低于該施氮量時,產量降低,但再加大施氮量的增產效果不顯著。說明施氮量過多,并不一定能提高產量,反而降低了氮肥利用效率。同時,本文的研究結果表明,施氮量和施氮方式存在互作效應。施氮量為N 90 kg/km2時,以底肥∶苗肥=7∶3的方式產量最高;施氮量為N 135 kg/hm2和180 kg/hm2時,以底肥∶拔節肥=7∶3的方式產量最高;施氮量為N 225 kg/hm2時,以底肥∶苗肥∶拔節肥∶孕穗肥=5∶1∶2∶2的方式產量最高。即隨施氮量的增加,應采取“氮肥后移”,以拔節期施用對產量影響最為顯著,這與陸成彬等[19]、武際等[20]、劉強等[21]的研究結果一致。

表4 不同氮肥運籌下的產量及其構成因子Table 4 The yield and yield components factor under different nitrogen management

氮肥是促控小麥生長發育、協調產量構成因子的重要手段之一。前人研究結果表明,氮素營養不足會嚴重降低每穗粒數,隨施氮量增加,產量構成因子中有效穗、穗粒數、千粒重均顯著增加,但當施氮量超過一定水平后,這些指標即開始下降[22]。本試驗條件下,施氮量N 180 kg/hm2、施氮方式為底肥∶拔節肥=7∶3的處理的產量構成因素較協調,有效穗225.3萬穂/hm2、穗粒數42.8粒、千粒重53.6 g,產量最高。本試驗中,氮肥運籌對有效穗和千粒重影響不顯著(有效穗都在200萬穂/hm2以上,千粒重在53.0 g左右),這可能與四川小麥“兩短一長”的生長特點有關,即生育期短、分蘗期短、灌漿期長[8],從而使得四川小麥分蘗少、成穗不足,一般每公頃僅有345~390萬穗,高產田420~495萬穗,但灌漿期長達 45 ~50 d,千粒重較高[23-24]。而各處理間穗粒數差異顯著,其變幅為35.5~44.1粒,高低相差8.6粒/穗,增加施氮量或氮肥后移均可提高穗粒數,增加粒容量。本試驗正是通過氮肥運籌調節了穗粒數,從而提高了產量。說明四川小麥在穗粒數上提升空間較大,因此,生產上可以通過適當增加穗粒數來提高產量。

3.2 氮肥運籌對機播套作小麥群體質量的影響

良好的群體質量是提高作物產量的基礎,合理的氮肥運籌是改善群體質量的關鍵途徑。研究表明,葉面積是小麥光合產物的主要光合供給源,適宜的葉面積指數(LAI)是小麥高產群體質量的基礎指標[25],因此LAI的合理控制是小麥高產栽培研究的重要內容之一。但前人就小麥適宜的LAI的研究多基于凈作,如淮南麥區高產群體最適最大LAI為5.5~6.5,淮北麥區晚熟品種為7.0~7.5,株型緊湊型品種可達8以上[25]。本文研究結果表明,孕穗期LAI及花后LAI與產量呈顯著或極顯著正相關,拔節后的LAI隨施氮量的增加而增加,氮素的分次施用也明顯地提高了孕穗期的LAI,這與陸增根等[10]的研究結果一致。在最高產量水平下,最大LAI高達4.68,于孕穗期出現,且灌漿期仍保持較高的LAI,約為2.11,若換算成凈作下的 LAI,則與張永平等[26]提出的小麥高產優化群體的適宜LAI在峰值期應達到6以上、在成熟期應保持在3.0以上的觀點相符,但換算后的具體數值明顯高于以往提出的最大最適LAI。可見,凈作小麥與套作小麥群體質量表征的差異。同時,本研究結果表明,最高產量的處理花前花后的干物質積累量均較高,且花后干物質日積累速率最快,開花期積累量達7763.4 kg/hm2,花后干物質積累量為3201.2 kg/hm2,而陸增根等[10]研究提出的弱筋小麥優質高產群體質量指標中花后干物質積累量為5300 kg/hm2,但該研究是基于江蘇水稻土,生態條件與四川丘陵差異大。可見,制定利于構建小麥高產群體的栽培措施,應視小麥品種、生態條件以及種植制度而定。此外,粒葉比是源庫協調的重要指標,前人研究[27]認為產量在7500 kg/hm2以上的群體,其適宜粒重(mg)/葉面積(cm2)為11.0~12.5 mg/cm2,本試驗在最高產量下的粒重(mg)/葉面積(cm2)為11.5 mg/cm2,與前人研究結果相符。

4 結論

本研究從構建穗大粒多產量模式的角度,初步研究了氮肥運籌對四川丘陵機播套作小麥群體質量及產量形成的影響,試驗結果表明四川丘陵旱地“麥/玉/豆”“雙三0”種植模式下小麥的適宜氮肥運籌為施氮量N 180 kg/hm2,施氮方式為底肥∶拔節肥=7∶3。該組合下的群體質量指標為:基本苗184.5萬株/hm2、成穗數225.3萬穂/hm2、成穗率72.8%、孕穗期LAI 4.68、灌漿期LAI 2.11、花后干物質積累量 3201.2 kg/hm2、結實粒數 9652.5萬粒/hm2、粒葉比11.50 mg/cm2。

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