種植密度與施肥量對小麥抗倒伏性能的影響

馮盛燁 王光祿 王懷恩 程倩倩 王寶峰 閆樹平 于洋 趙楊 孫允超

摘要：為明確小麥抗倒伏能力與種植密度（Z）、施氮量（N）、施磷量（P）、施鉀量（K）間的關系，并為完善小麥高產栽培理論提供參考，以倒伏指數作為評價小麥抗倒伏能力的指標，通過四元二次旋轉設計試驗，研究了倒伏指數與莖稈機械強度、鮮重、重心高度間的相關性，并建立了倒伏指數與Z、N、P、K的回歸方程。結果表明：倒伏指數與莖稈機械強度（-0.826**）相關性最大，其次為莖稈鮮重（-0.489**），均呈極顯著負相關；四個因素對倒伏指數的影響程度為施鉀量（88.921）>種植密度（77.061）>施氮量（38.639）>施磷量（3.736）；倒伏指數與四個因素均成二次曲線關系，表現為隨著種植密度增大，倒伏指數逐漸增大，但增速逐漸變緩；隨著施氮量與施鉀量增加，倒伏指數先增加后緩慢減小，隨著施磷量增加，倒伏指數先緩慢增加后迅速增加。

關鍵詞：種植密度；施肥量；小麥；倒伏指數

中圖分類號：S512.103.4+S512.104.7文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0050-04

小麥是世界上重要的糧食作物[1]，倒伏是制約小麥高產優質的主要限制因素之一。倒伏對產量和品質的影響程度與倒伏發生的時期有關[2]，根據倒伏時期不同，小麥產量會有5%～50%的減產，倒伏時期越早，減產程度越高。關于怎樣提高小麥抗倒性能，國內外學者已進行了許多廣泛深入的研究，如：劉天華等[3]指出基部第一節間長度和單莖根重會顯著影響小麥品種的抗倒力；Murthy、Wiersma和Zahour等[4～6]研究發現根冠比、株高和莖粗與小麥抗倒性顯著相關，降低株高是提高小麥抗倒性能的最有效措施；于洋等[7]研究發現小麥倒伏指數與莖稈機械強度的相關性最大；董琦等[8]研究表明，小麥基部節間健壯程度與小麥抗倒性的相關性為：第二節間>第一節間>第三節間。但前人研究多集中于小麥莖稈形態結構與抗倒性能的關系，而有關種植密度、施肥量對小麥抗倒性能影響的研究較少，本研究通過建立倒伏指數與種植密度和氮磷鉀施用量的回歸關系，明確了小麥抗倒伏能力與種植密度和施肥量的相互關系，為完善小麥栽培理論提供了參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

小麥品種為魯原502；所用肥料為尿素（含氮46.4%）、過磷酸鈣、硫酸鉀。

1.2試驗設計

試驗于2014～2015年在山東省聊城市農業科學研究院科技示范園進行。前茬作物夏玉米，土質為粘土；2014年10月耕層土壤有機質1.22%，全氮0.15%，堿解氮86.75 mg·kg-1，速效磷35.2 mg·kg-1，速效鉀67.5 mg·kg-1。于2014年10月12日人工播種。

試驗采用四元二次回歸正交旋轉組合設計，因素水平及編碼見表1。試驗共36個小區，小區面積13.5 m2（1.5 m×9.0 m），每小區種植6行，

1.3測定項目

根據本地區多年的小麥倒伏情況統計數據可知，乳熟后期至蠟熟期小麥最易發生倒伏。因此，于2015年5月28日進行田間取樣，每小區取20個單莖用于考察莖稈的重心高度、鮮重，蠟熟末期收獲，小區記產，考種，測定千粒重等。

莖稈機械強度的測定：相關研究[8，9]發現，基部第二節間的健壯程度與小麥抗倒伏性能相關性最大。因此，本試驗選取新鮮莖稈基部第二節間中部5 cm，放在固定好的支架上，用AH-20型數字型測力儀的彈簧掛鉤勾住莖稈中央，緩慢向下拉，直到將莖稈拉折，此時拉力計上的數值即為莖稈機械強度。

品種倒伏指數的測定：借鑒王勇等[10]提出的品種倒伏指數來衡量試驗材料抗倒性的強弱。品種倒伏指數=H×G/S，公式中S為莖稈機械強度，H為莖稈重心高度（帶葉、穗），G為地上部鮮重（帶葉、穗）。

1.4數據處理

運用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2003軟件進行數據的統計與分析。

2結果與分析

2.1倒伏指數與機械強度、莖稈鮮重、重心高度的相關性分析

從表2中可以看出，3個性狀與倒伏指數的相關性表現為：莖稈機械強度（-0.826**）>莖稈鮮重（-0.489**）>重心高度（0.114）。表明，小麥莖稈倒伏與其機械強度的相關性最大。

2.2各處理組合對小麥產量的影響

從各處理組合小麥產量結果（表3）可以看出， 在Z1N1P1K1組合（即666.7m2種植密度18萬株，施N量15.5 kg，施P2O5量7.5 kg，施K2O量5.0 kg）條件下小麥產量最高，達9 675.0 kg·hm-2。可見，適宜的種植密度和氮磷鉀施用量有利于小麥獲得高產，過高或過低均不利于產量提高。

2.3倒伏指數與各因素間的回歸分析

2.3.1回歸方程的建立以倒伏指數為目標性狀（Y），對試驗結果進行回歸分析，建立起其與X1、X2、X3、X4四因素間的數學模型：

Y=816.015+77.061X1+38.639X2-3.736X3+88.921X4-0.740X1X2-1.558X1X3-2.000X1X4-0.081X2X3+1.739X2X4-0.970X3X4-1.579X12-1.460X22+2.612X32-10.475X42

回歸方程的F回歸=3.5586>F0.05=0.9143，達顯著水平；對方程進行失擬性檢驗，得復決定系數R2=0.802，說明四因素對倒伏指數的影響為80.2%，另有19.8%是由其他未控制因素和誤差所造成的，表明模型預測值與實際值吻合性較好。

對回歸系數進行顯著性檢驗，在α=0.05水平下剔除不顯著項，得到優化方程：

Y=816.015+77.061X1+38.639X2-3.736X3+88.921X4-1.558X1X3-2.000X1X4+1.739X2X4-0.970X3X4-1.579X12-1.460X22+2.612X32-10.475X42

2.3.2單因素效應分析各因素一次項系數大小決定了其對小麥倒伏指數的影響程度，從回歸方程可知，四因素對倒伏指數的影響程度為施鉀量>種植密度>施氮量>施磷量。

采用“降維法”對各因素與倒伏指數間的效應關系進行分析，將其余三個因素均固定在零水平，可分別得到各因素與倒伏指數的效應方程：

種植密度：Y1=816.015+77.061X1-1.579X12

施氮量：Y2=816.015+38.639X2-1.460X22

施磷量：Y3=816.015-3.736X3+2.612X32

施鉀量：Y4=816.015+88.921X4-10.475X42

根據降維方程，在四因素取值范圍內作倒伏指數隨各因素變化的曲線圖，從圖1可以看出，在取值范圍內，倒伏指數與四個因素均呈現二次曲線關系。隨著播種密度增加，倒伏指數逐漸增加，但后期增速變緩；施氮量與施鉀量呈相同的曲線走勢，即倒伏指數先增加后緩慢減少；而隨著施磷量增加，倒伏指數開始增加較為緩慢，之后迅速增加。可見，生產上盲目增加播量不僅不會帶來產量增加，反而會增加小麥倒伏指數；磷肥施用過量也會大大增加小麥倒伏指數。

3討論與結論

隨著小麥單產水平的不斷提高，群體數量不斷上升，高產和倒伏問題的矛盾越來越突出。如何在不降低群體數量保證產量的前提下增強小麥的抗倒伏能力，是很多學者長期研究的問題。王勇等[10]研究發現倒伏指數可以較好地評價小麥抗倒伏能力。本研究以種植密度、施氮量、施磷量、施鉀量為試驗因素，分析了倒伏指數與莖稈機械強度、鮮重、重心高度間的相關性，發現倒伏指數與莖稈機械強度的相關性最大，這與于洋等[7]的研究結果一致。

栽培方式與種植習慣會影響小麥的抗倒伏能力[11]，本研究通過四元二次旋轉設計試驗及回歸分析，明確了倒伏指數與四個因素間均呈二次曲線關系。表明四個因素均能影響小麥莖稈的形態結構，從而影響其抗倒伏能力，尤其是磷元素，過多施入磷肥會大大增加小麥倒伏指數，具體原因需要通過對小麥莖稈解剖生理研究后進一步明確。

肥料是發展農業生產的重要物質基礎。但目前生產上化肥過量施入的問題較為突出，帶來了嚴重的環境問題，如化學氮肥的過量施入大大增加了地下水中硝態氮含量，世界衛生組織頒布的飲用水質量標準規定硝態氮最大允許濃度為10 mg·L-1，而北京郊區蔬菜種植區地下水中硝態氮含量高達62～120 mg·L-1[12]。本研究結果表明，過量施入氮磷鉀肥和增加種植密度不僅不會帶來小麥高產，反而會大大增加小麥倒伏指數，降低小麥抗倒伏能力，進而影響小麥產量。本研究結果可為實際生產中合理選擇種植密度和施肥量提供參考。

參考文獻：

[1]張志強，付晶，王奉芝，等.小麥抗倒伏研究進展[J].安徽農業科學，2013，41（5）：2020-2022.

[2]朱新開，王祥菊，郭凱泉，等.小麥倒伏的莖稈特性及對產量和品質的影響[J].麥類作物學報，2006，26（1）：87-92.

[3]劉天華，龔繼續，馮啟明.川西平原小麥倒伏原因的初步研究 [J]. 西南農業學報，1995 （3）：12-14.

[4]Murthy B N，Rao M V.Envolving suitable index for lodging resistance in barley[J].The Indian Journal of Genetics and Plant Breeding，1980，40：253-261.

[5]Wiersma D W， Oplinger E S， Guy S O. Environment and cultivar effects on winter wheat response to ethephon plant growth regulator[J].Agron. J.，1986，78：761-764.

[6]Zahour A， Rasmusson D C， Gallagher L W. Effect of semi-dwarf stature， head number and kernel number on grain yield in barley in Morocco[J].Crop Science，1987，27：161-165.

[7]于洋，高爽，王光祿，等.三個小麥主推品種的抗倒性能分析[J].安徽農業科學，2015，43（22）：33-35，39.

[8]董琦，王愛萍，梁素明.小麥基部形態結構與抗倒性的研究[J].山西農業大學學報，2003（3）：188-191.

[9]徐磊，王大偉，時榮盛，等.小麥基部節間莖稈密度與抗倒性關系的研究[J].麥類作物學報，2009，29（4）：673-679.

[10]王勇，李晴祺，李安飛，等.小麥品種莖稈的質量及解剖學研究[J].作物學報，1998，24（4）：452-45.

[11]魏鳳珍，李金才，王成雨，等.氮肥運籌模式對小麥莖稈抗倒性能的影響[J].作物學報，2008，34（6）：1080-1085.

[12] 朱兆良.肥料與農業和環境[J].大自然探索，1998，17（4）：25-28.