減量施氮對滴灌春小麥群體結構和產量的影響

祁靜玉，蔣桂英，李彥旬

(石河子大學農學院，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】作物冠層結構的優劣左右著作物產量的高低，作物生育期間水肥的合理利用可優化作物冠層結構，促成作物高產和水肥高效利用的主要途徑[1]。我國糧食生產多年來受到種植面積和單位面積生產能力的制約，為了保障糧食總量的供需平衡，需要提高單位面積生產能力，造成化肥用量連年不斷的增加[2]。從作物營養學方向來說，肥料用量與產量之間呈二次函數關系，當施肥量達到一定高度時，再增加肥料用量，作物產量不再增加甚至降低，增加了農業成本，且造成環境污染[3-5]。自2008年起，小麥滴灌技術因其具有節肥、增產、省工等優勢在新疆麥區得到迅速推廣[6]。滴灌可以有效地控制施氮量，為實現合理的肥料供給提供技術上的可行性。【前人研究進展】目前新疆滴灌春小麥氮肥投入量一般在300～315 kg/hm2[7-8]，產量在5 772.45～6 689.72 kg/hm2。段麗娜等[9]研究表明，新疆滴灌小麥施氮量在180～270 kg/hm2時，根系生長和生理特征表現最好，產量在7 591.49～8 004.85 kg/hm2。長江中下游麥區氮肥投入量一般在240～300 kg/hm2，產量在6 635.44～7 403.88 kg/hm2，當施氮量超過300 kg/hm2時，小麥產量不升反降[10-12]。張磊等[13]研究表明，施氮量超過180 kg/hm2的處理之間無顯著差異，且氮素利用率降低；黃淮海麥區小麥生育期間施氮量一般為270 kg/hm2左右，產量為8 689 kg/hm2，在此基礎上降低25%～30%的施氮量，能夠明顯改善小麥群體結構，且產量高達9 420 kg/hm2[14]?！颈狙芯壳腥朦c】相比黃淮海麥區和長江中下游麥區，新疆小麥在生產中依舊遵循多施多產出的傳統觀念，氮肥投入量過高、氮肥利用效率低[15-18]。穩定提高小麥產量的同時，合理高效的施用氮肥，已成為新疆小麥穩產高產的關鍵。研究減氮栽培模式下，滴灌春小麥源庫特征及產量形成的動態及規律。【擬解決的關鍵問題】采用小區控制試驗，分析減氮栽培下滴灌春小麥群體源庫特征及產量形成動態及規律等，研究穩產高產滴灌春小麥群體結構調控方式，尋找最佳施氮量，為新疆滴灌春小麥氮肥利用率的提高，提供科學理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

2017年3～7月，在新疆石河子大學農學院試驗站(44″30′N，88″4′E)，進行小區控制試驗。供試土壤基本性狀為0～40 cm土層含有機質28.4 g/kg，全氮1.3 g/kg，堿解氮71.3 mg/kg，速效磷15.2 mg/kg，速效鉀159 mg/kg 。供試品種為新春31號(高稈)和新春6 號(矮稈)。采用兩因素隨機區組設計，設置全生育期施氮量300(N1)、275(N2)、250(N3)和225 kg/hm2(N4)4個氮肥處理，以不施氮肥(N5)為對照，隨機排列。小區面積 12 m2(3 m×4 m)，重復三次，各小區之間埋置100 cm深的防滲膜，防止肥料外移。2017年4月7日，人工條播，播量為345 kg/hm2。全生育期灌水6 000 m3/hm2，分9次灌溉，施肥7次，其中氮肥20%基施，余下80%追肥隨水分時期施入。磷肥(P2O5120 kg/hm2)作為基肥一次性施入。水分管理以 Watermark(Irrometer company, Inc)監測值來指示灌溉水量，以近行(距離毛管水平距10 cm)根區30 cm土層含水量 Watermark 讀數升到 35 centibar(約75%相對田間持水量)時開始灌溉[19]，其它各項管理與大田生產相同。

1.2 方 法

1.2.1 莖蘗動態測定

每塊試驗地在拔節期、開花期，取1 m2具有代表性的，進行莖蘗總數的定點調查，并計算出莖蘗成穗率。

1.2.2 葉面積指數測定

各點分別在分蘗期、拔節期、孕穗期、開花期、乳熟期取10株具有代表性的植株連根挖出，帶回實驗室用LI-3000C葉面積儀測定葉面積，并計算出葉面積指數。

1.2.3 粒葉比測定

成熟期，測定粒數和粒重，計算粒葉比(包括粒數比和粒重比)。

1.2.4 干物質積累及轉運特性測定

各點分別在各生育期取植株10株帶回實驗室將小麥分成葉片、莖、莖鞘、穗4部分，分別裝入信封紙袋里，105℃殺青30 min，75℃下烘干至恒重，冷卻稱重。按以下公式計算：

花前營養器官貯藏干物質的貢獻率(%)=(營養器官花前干物質的重量-營養器官成熟期干物質的重量)/成熟期粒重×100%。

花后干物質累積量=植株成熟期干物質重量-植株開花期干物質重量。

花后干物質的貢獻率(%)=(植株成熟期干物質重量-植株開花期干物質重量)/產量×100%。

1.2.5 產量及產量構成測定

成熟期取 1 m2人工收割，曬干稱重計算出籽粒產量，測定 1 m2的穗數，再取20個單莖，測定穗粒數和千粒重。

1.3 數據處理

采用Excel 2017、Origin Pro 8.5、SPSS 19.0軟件對試驗數據進行計算、統計分析及繪圖。

2 結果與分析

2.1 減量施氮下滴灌春小麥群體數量動態變化

研究表明，不同品種滴灌春小麥群體莖蘗動態，在不同處理下變化趨勢基本一致，總莖蘗數和莖蘗成穗率隨施氮量的增加均呈先升高后降低的趨向。在拔節期，新春31號總莖蘗數以N2(275 kg/hm2)處理下最高為706.67×104/hm2，與N1之間的差異不顯著(P<0.05)；新春6號總莖蘗數以N3(250 kg/hm2)處理下達到最高為720.67×104/hm2，N3與N2之間差異未達顯著水平。新春31號以N2處理下莖蘗成穗率最高為79.19%，比其他處理提高2.4%～11.8%，且與N1之間差異不顯著；新春6號以N3處理下莖蘗成穗率最高為75.91%，分別比其他處理增長了1.2%～12.5%，且N3與N2之間差異未達顯著水平。表1

表1 減量施氮下滴灌春小麥的莖蘗動態和莖蘗成穗率變化
Table 1 The effects of both nitrogen on spring wheat stem tillers dynamics and percentage of productive tiller

品種Variety處理Treatment莖蘗數 Tiller dynamic (104/hm2)拔節期Jointing stage開花期Heading stage莖蘗成穗率Ear bearing tiller Rate (%)新春31號Xinchun 31N1680.00abAB633.33abAB77.87abABN2706.67aA660.00aA79.19aAN3629.33bB582.00bcAB77.37bABN4611.33bB537.33cdBC75.31cCN5525.33cC488.00dC70.82dD新春6號Xinchun 6N1698.00bA647.83aA72.51bABN2716.33aA665.17aA74.98abAN3720.67aA666.17aA75.91aAN4655.33bB543.67bB69.65cBCN5566.67bB533.33bB67.45dD

注：同列數據后不同的小、大寫字母分別表示處理間差異顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。下同

The different capital and small letters after the figure in a column meandifferences significant between treatments at the 0.01 and 0.05 level.The same as below

2.2 減量施氮下滴灌春小麥葉面積指數(LAI)變化

研究表明，全部生育期內，滴灌春小麥的葉面積指數在孕穗期達到高峰，然后開始下降，隨施氮量的提高兩品種LAI表現基本一致，都隨施氮量的升高呈現出先增加后降低的趨勢。孕穗期，新春31號N2(275 kg/hm2)處理下LAI最高為7.7，比其他處理提高了3.96%～45.07%，且與N3相比顯著提高(P<0.05)，與N1相比無顯著差異；新春6號N3(250 kg/hm2)處理下LAI最高為6.8，比其他處理提高了2.47%～41.33%，且與N1、N2之間無顯著差異。圖1

圖1 減量施氮下滴灌春小麥葉面積指數變化
Fig.1 The effects of both nitrogen treatments on drip irrigation spring wheat LAI

2.3 減量施氮下滴灌春小麥群體粒葉比變化

研究表明，在不同處理下，兩品種粒葉比均隨著施氮量的不斷提高，呈現出先增后降的變化趨勢。新春31號在N2(275 kg/hm2)處理下粒數葉比和粒重葉比達到最高分別為4 215.8粒/m2、199 g/m2，粒數葉比比其他處理增加了2.96%～27.46%，且N2處理顯著高于N1與N3(P<0.05)；粒重葉比比其他處理增加了4.09%～47.07%，N2處理極顯著高于N1；新春6號在N3(250 kg/hm2)處理下粒數葉比和粒重葉比達到最高分別為4 233.2粒/m2、203.9 g/m2，粒數葉比比其他處理增加1.16%～27.77%，且N3處理顯著高于N2、N4；粒重葉比比其他處理增加了2.92%～40.59%，且N3與N2之間無顯著差異，與N4呈極顯著水平。圖2

圖2 減量施氮下滴灌春小麥粒葉比變化
Fig.2 The effects of both nitrogen treatments on drip irrigation spring wheat Grain-Leaf Ratio

2.4 減量施氮下滴灌春小麥的干物質積累及轉運特性變化

研究表明，在不同處理下，兩品種干物質轉特性的變化表現一致，花后干物質累積量連同對產量的貢獻率，隨氮肥施用量的增長呈先增加后減少的走勢。新春31號N2(275 kg/hm2)和新春6號N3(250 kg/hm2)干物質積累轉運特性的變化表現最優，與其他處理之間相比花后干物質累積量及其對產量貢獻率顯著提高(P<0.05)；花前營養器官貯藏干物質對產量的貢獻率，與其他處理相比分別降低了10.48%～16.58%和6.97%～13.7%；花后干物質積累對產量的貢獻率，與其他處理相比分別提高了2.63%～23.89%和2.27%～16.18%。表2

表2 減量施氮下滴灌春小麥干物質積累及轉運特性變化
Table 2 The effects of both nitrogen treatments on drip irrigation spring wheat capacity content

處理Treatment營養器官花前貯存干物質 Dry matter in vegetative organs before anthesis花后干物質 Dry matter after anthesis轉運量Transfer amount(kg/hm2)轉運效率Transfer rate(%)貢獻率Contribution rate(%)積累量Accumulation amoune(kg/hm2)貢獻率Contribution rate(%)新春31號Xinchun 31N11 924.4520.45dCD25.36bA5 601.37bB73.11bABN22 061.1719.08eD22.70cAB6 288.72aA75.04aAN31 948.1721.49cC26.21abA5 306.95cB70.77cBCN41 825.5822.97bB26.81aA4 716.41dC68.20dCN51 658.8433.04aA27.30aA3 994.34eD60.57eD新春6號Xinchun 6N12 053.0124.83cC25.22bAB6 186.00bB73.84cBN22 11222.16dD25.33bAB6 243.39bB74.68bABN32 273.3419.73eE23.46cB7 220.02aA75.52aAN41 999.4827.43bB26.81aA5 074.25cC71.65dCN51 950.0932.47aA27.21aA4 529.43dD65.00eD

2.5 減量施氮下滴灌春小麥產量及產量構成

研究表明，兩品種產量及產量構成因素均隨施氮量增加，呈先增長后降低的變化趨向。從產量構成因子上看，兩品種穗數對減氮栽培的響應表現一致，均以N5處理極顯著低于其他處理；兩品種千粒重和每穗粒數對氮肥的敏感度表現不一致，新春31號表現為N1、N2、N3之間差異不顯著；新春6號則表現為N1、N2、N3、N4之間差異不顯著。通過通徑分析發現，兩品種三個構成因子的綜合通徑系數均為正值，說明三個產量構成因子對產量的提高均有助長作用，其中新春31號和新春6號分別以千粒重和穗粒數對產量產生的綜合作用最大，系數分別為0.755 9和0.525 2。新春31號以N2(275 kg/hm2)處理下產量最高為7 111.1 kg/hm2，比其他處理提高0.7%～30.3%，且N2與N1、N3處理之間差異不顯著，但顯著高于N4處理(P<0.05)，施氮量(x)與產量(y)呈二次拋物線函數關系(y31= - 0.019 9x2+11.372x-5 454.4，r=0.999 1**)，當施氮量286 kg/hm2時，產量達到7 079.1 kg/hm2；新春6號在N3(250 kg/hm2)處理下產量達到最高為7 522.9 kg/hm2，比其他處理提高2.5%～33.5%，且N3與N2之間差異不顯著(P<0.05)，與N4存在極顯著差異(P<0.01)，經擬合，施氮量(x)與產量(y)呈二次拋物線函數關系(y6= - 0.024 3x2+12.558x-5 629.6，r=0.929 4**)，當施氮量258 kg/hm2時，產量達到7 252 kg/hm2。表3，表4

表3 減量施氮下滴灌春小麥產量及產量構成
Table 3 Yield and yield components of drip-irrigated spring wheat under both nitrogen

品種Variety處理Treatment千粒重1 000-grainweight/g穗數Spike number(104/hm2)每穗數粒Spike number實際產量Actual output(kg/hm2)理論產量Theoretical yield(kg/hm2)新春31號Xinchun 31N146.80abAB427aA39.19abAB7 055.1abA7 831.6abABN247.23aA432aA40.48aA7 111.1aA8 259.3aAN346.99abAB430aA39.78abAB7 059.1abA8 037.8aAN446.39bB427aA39.07bB6 989.8bAB7 572.4bBN544.47cC362bB37.52cC5 455.1cC6 040cC新春6號Xinchun 6N148.93abAB418aA38.33aA7 079.8bAB7 839.5bBN249.19aA422aA39.15aA7 339.9abAB8 126.8aAN349.00aA424aA39.81aA7 522.9aA8 270.9aAN448.86abAB420aA37.7abAB6 987.4bB7 736.5bBN547.86cC360bB36.22cC5 636.3cC6 240.6cC

表4 滴灌小麥產量及其產量構成因素通徑分析
Table 4 Yield and yield components of drip-irrigated spring wheat of path analysis

品種Variety自變量Independt通徑系數Path coefficient間接通徑系數 Indirect path coefficients通過X1通過X2通過X3總計Total新春31號Xinchun 31穗數X10.554 80.2360.195 50.431 5穗粒數X20.271 50.482 30.177 50.659 8千粒重X30.207 20.523 40.232 50.755 9新春6號Xinchun 6穗數X10.617 40.321 10.030 10.351 2穗粒數X20.390 10.508 20.0170.525 2千粒重X30.139 70.1330.047 50.180 5

3 討 論

控制滴灌春小麥莖蘗高峰苗數維持合理穗數，可以推動莖蘗成穗率和粒葉比的提高，最終增產[20]。有研究表明，拔節期施氮量超過180 kg/hm2時，各處理間群體莖蘗總數沒有顯著差別，且在冬前，不施氮肥就可以滿足小麥群體莖蘗的需要，拔節期施氮維持在180 kg/hm2，土體中硝態氮的含量就可以滿足小麥群體后期的需求[21]。在研究中，新春31號和新春6號分別以N2(275 kg/hm2)和N3(250 kg/hm2)處理下群體莖蘗動態指標最優，兩品種莖蘗動態指標表現一致，隨著氮肥施用量的不斷增進均呈現出先增加后減少的趨向。表明適當減氮能夠有效的增加莖蘗數，能維持較高的莖孽成穗率，這與安霞等[22]研究一致。因此，對于不同品種類型，選擇適宜當地栽培條件的施氮量，對于新疆滴灌小麥維持較高的群體動態十分重要。

小麥高產的主要標志之一是合適的LAI，其是用于權衡作物源庫關系是不是協調的重要指標[23-24]。梁靖越等[25]研究表明，控釋尿素使小麥成熟期旗葉長、葉寬及葉面積顯著增加。研究表明，新春31號和新春6號分別在N2(275 kg/hm2)和N3(250 kg/hm2)處理下葉面積指數最高。表明適宜的施氮量，對葉面積指數的提高具有促進作用，這與房琴的研究結果一致[26]。粒葉比是能夠充分衡量作物群體源庫是否協調的指標，當葉面積達到一定限度時，可以通過提高粒葉比，進而提高產量。吳中偉等[27]研究表明，高產小麥的粒葉比在3 500粒/m2、125 g/m2以上。在研究實驗條件下，隨著施氮量水平的不斷提高，粒葉比呈先增加后降低的變化趨勢，這與張娜等[14]研究一致。說明雖然增施氮肥相應提高了小麥的單穗粒數和粒重，但對葉面積的增大作用更為明顯，因此，導致其粒葉比降低?？梢娭挥泻侠淼卣{控氮肥才能更好地協調小麥植株的“源-庫”關系，達到提高單位面積承載庫容量以及庫對源物質的調運能力的目的。

推動花后干物質累積對于小麥高產穩產起重要作用，一般認為籽粒產量70%左右來源于花后干物質積累[28]。李友軍等[29]研究認為，在拔節期增加施氮量，可以明顯增加籽粒干物質積累。在試驗中，兩品種花后植株干物質累積量，隨施氮量的提高，均呈先增加后減少的趨勢。新春31號N2(275 kg/hm2)和新春6號N3(250 kg/hm2)花前營養器官貯藏干物質對產量的貢獻率最低，分別為22.7%和23.46%，花后植株干物質積累對產量的貢獻率在此處理下分別達到最高，為75.04%和75.52%，這與孟維偉等[30]研究一致?？梢姡m宜的施氮量能夠促進小麥花后干物質累積，但各品種的適宜施氮量有所不同。施氮量的大小對于小麥是否高產起著決定作用，適宜的施氮量促進產量增加，但施氮量過低或過高時，產量降低[31-32]。

4 結 論

兩品種的滴灌春小麥的產量及產量組成因子，隨施氮量的增加均呈先增加后降低的趨勢，新春31號與新春6號分別以275 kg/hm2(N2)和250 kg/hm2(N3)增產效果最好，通過對產量及產量構成進行通徑分析還發現，新春31號和新春6號分別以千粒重和穗粒數對產量的綜合作用最大，系數分別為0.755 9和0.525 2，說明要實現產量的進一步提高，針對不同的品種，應當通過增加不同的產量構成因子；經函數擬合，當兩品種施氮量分別達到285和258 kg/hm2時，產量達最高分別為7 079.1和7 252 kg/hm2。適當的減氮能有效提高小麥產量。

新春31號與新春6號分別在275 kg/hm2(N2)和250 kg/hm2(N3)群體質量指標表現最佳，為最優減氮處理。恰當的減量施氮，可以優化群體結構，進而獲取高產。

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