不同化肥減施模式對稻茬小麥莖稈抗倒性能與產量的影響

周劍雄，劉 威，鄒 娟，張春華，郭衛紅，武立舉，張隨成，熊又升，楊立軍

（1.湖北省農業科學院，a.植保土肥研究所/農業農村部廢棄物肥料化利用重點實驗室；b.糧食作物研究所，武漢 430064；2.華強化工集團有限公司，湖北 宜昌 444100；3.山東省聊城市農業農村局，山東 聊城 252000；4.襄陽市樊城區太平店鎮農業技術推廣服務中心，湖北 襄陽 441000）

江漢平原是長江中下游地區重要的小麥產區之一，小麥常年種植面積占湖北省全省總面積的50%以上［1］，該區小麥主要采取稻麥連作種植模式［2］。近年來，由于農業生產中化肥的大量使用導致土壤環境污染日益嚴重，直接影響到農作物的正常生長和農產品的質量安全［3～5］。研究表明，作物施用有機肥可以改善土壤理化性質，增加有機質含量。長期堅持施用有機肥可以在減少化肥施用的前提下，保證作物的產量和質量［6～8］。近年來，肥料增效劑在許多作物上已取得了較好的效果［9～11］。化肥的不合理施用，會降低肥料利用率，增加元素流失，造成土壤板結、水污染、大氣污染等一系列環境問題［12］。因此，合理的減施化肥模式在提高作物產量和肥料利用率方面具有一定效果［13］。江漢平原位于湖北省中南部地區，屬于亞熱帶季風氣候，該地區土壤肥沃、雨量充沛、光照充足、四季分明，適宜半冬性小麥生長［14］，但由于該地區小麥單產水平低，冬前干旱會導致小麥根系發育不良，生育后期雨水多、土壤濕潤，增加小麥倒伏風險，對小麥高產穩產造成影響［15］。 因此，如何提高小麥的抗倒伏能力成為該地區小麥生產亟待解決的關鍵問題［16］。

小麥倒伏的主要原因是根倒和莖倒［17］。在小麥的孕穗期、灌漿期和乳熟期都易發生莖倒，而且莖倒發生時期越早，小麥減產越嚴重。研究報道小麥孕穗期至揚花期倒伏產量損失最大，減產幅度達至小麥總量的50%，甚至絕收［18］。孟令志等［19］研究發現，小麥莖稈抗倒性與品種及栽培措施緊密相關，適當降低株高和增加莖稈基部節間機械強度均能提高其抗倒性，但降低株高會影響生物量的積累和產量形成。研究發現［20］，小麥抗倒性不僅受穗重、穗頸彎曲度等穗型特征的影響，還與莖稈基部的節間長度、節間粗度、稈壁厚度、莖稈鮮重等莖稈物理性狀有較大相關性。目前，栽培管理尤以氮肥影響最為顯著，過量增施氮肥不僅會增加小麥的株高、節間長度、重心高度，還會降低莖稈基部節間粗度、稈壁厚度、節間充實度，導致小麥田間倒伏率大大增加。有學者提出，合理的減施化肥是通過減少小麥生育后期的無效分蘗，改善主莖蘗的養分供應狀況，從而增加其抗倒伏能力［21］。此外，通過后期合理的追肥也可以調節小麥穗下節間與基部節間的比值，從而降低其倒伏率。

目前，針對化肥減施模式對小麥莖稈抗倒性與產量的影響已有較多研究，但大多研究集中在黃淮海地區，且研究是在單一土壤肥力水平下針對單一變量進行的，而關于江漢平原地區冬季小麥減施化肥模式的相關研究較少。本研究在江漢平原開展冬季小麥化肥減施試驗，通過分析減施20%化肥、減施20%化肥配施有機肥及增效劑模式下小麥基部第2 和第3 節間節間長度、莖稈厚度、莖稈機械強度及產量等指標，揭示不同減肥模式對小麥群體生長調節及其對抗倒性和產量的影響，以期尋找合理的施肥模式，為江漢平原不同土壤肥力水平下小麥的高產和穩產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2019 年11 月至2020 年5 月在湖北省鐘祥市石牌鎮真武村（E112°31′6″，N31°1′42″）進行。該區域位于江漢平原北端，屬亞熱帶季風性氣候，年均氣溫16.4 ℃，年平均日照數2 125.3 h，年均降雨量987.6 mm，無霜期260 d。供試土壤為長江沖積物母質發育的灰潮土，土壤質地為沙壤土。試驗前采集土壤測定基本理化性狀為：有機質含量為27.31 g/kg，堿解氮含量為116.79 mg/kg，速效磷含量32.44 mg/kg，速效鉀含量109.47 mg/kg，pH 7.20。前茬作物為水稻，收獲后的秸稈全部機械粉碎還田。

供試肥料：尿素（N，46%）、過磷酸鈣（P2O5，12%）、氯化鉀（K2O，60%）、顆粒復合肥（15-15-15）、宜施壯緩釋肥（25-13-7）；供試有機肥由武漢合緣綠色生物股份有限公司生產；供試肥料增效劑主要含脲酶抑制劑、硝化抑制劑等成分。供試小麥品種為鄭麥9023。

1.2 試驗設計

試驗設置3 個施肥處理，分別為CK、M1、M2。CK 為當地農戶的常規施肥，N 177 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 82.5 kg/hm2，M1 化肥養分用量為N 133.5 kg/hm2、P2O563 kg/hm2、K2O 70.5 kg/hm2+750 kg/hm2有機 肥+22.5 kg/hm2增 效 劑，M2 化 肥 養分 用量為N 150 kg/hm2、P2O578 kg/hm2、K2O 42 kg/hm2。3個處理均為一次性基施。

每個處理設3 次重復，隨機區組排列，小區面積為100 m2（10 m×10 m）。小區間筑田埂，高約35 cm，寬約25 cm。小麥播期為2019 年11 月2 日，播種量為225 kg/hm2，基本苗為220 萬株/hm2，2020 年2 月27 日返青分蘗，5 月19 日收獲；大田管理方式與當地高產栽培管理模式一致。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 倒伏率、倒伏程度及倒伏系數調查 倒伏率：在成熟期測定小麥倒伏面積，倒伏率為小麥的倒伏面積與總面積之比；倒伏程度以小麥莖稈與地面夾角表示：0 級為75°～90°、1 級為45°～75°、2 級為15°～45°、3 級為0°～15°；倒伏系數＝倒伏率/倒伏程度［22］。

1.3.2 莖稈主要形態指標 株高：每個小區于成熟期選取3 塊0.5 m×0.5 m 的小麥混合，從混合樣品中選取10 株長勢均勻一致的小麥植株，去除小麥根系后用米尺測量每株主莖長度，求平均值；重心高度：將莖稈（帶葉、葉鞘及穗）中部左右位置放于支點上，調節莖稈位置，直至莖稈平衡在支點上，莖稈基部頂端至平衡支點距離記為重心高度。節間長度：取植株主莖（去除葉、葉鞘）用直尺分別測量每個單莖的基部節間長度。莖稈厚度：用電子游標卡尺測量每個單莖的外徑及內徑，莖稈厚度＝（外徑－內徑）/2［23］。

1.3.3 莖稈機械強度測定 莖稈機械強度：試驗小區于成熟期選取10 株長勢均勻一致的植株，用剪刀無損剪下小麥秸稈基部第2、3 節莖稈，將待測莖稈水平放在搭好的鐵架臺上，將小吊籃系在莖稈中間部位，最后緩緩向小吊籃加入小麥粒，當待測莖稈折斷時停止加小麥粒，用電子天平記錄吊籃及加入小麥粒重量即為該莖稈機械強度。

1.3.4 產量測定 于收獲期將每個試驗小區小麥全部收割測產，取50 穗調查穗粒數，風干后脫粒，計算千粒重及理論產量。

1.4 數據處理

采用Excel 2010 軟件整理數據并作圖，用SPSS17.0 軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對小麥倒伏率和倒伏程度的影響

鄭麥9023 的倒伏率和倒伏程度如表1 所示。由于氣候原因，所有試驗處理均出現嚴重倒伏，且倒伏主要發生在乳熟期和蠟熟期。化肥施用量減少后，小麥田間倒伏率有所增加，M1 處理的倒伏系數高達90.3%。與CK 相比，M1、M2 處理倒伏程度均較低，在收獲期機械收割小麥造成的產量損失也會相對較低。

表1 小麥倒伏率和倒伏程度

2.2 不同施肥處理對小麥基部節間形態特征及抗倒指數的影響

由表2 可知，M1、M2 與CK 處理的小麥株高、重心高度、基部第2、3 節間長度無顯著差異（P＞0.05）。這是由于試驗地基礎地力比較高，試驗小麥又是第一茬，所以即使在減量20%化肥情況下，小麥的形態特征指標并無明顯差異。與CK 處理相比，M1、M2 處理的小麥基部第2、3 節莖稈厚度明顯增加，基部第3 節莖稈厚度均增加了33.96%。與CK 處理相比，M1、M2 處理的小麥基部第2、3 節機械強均顯著增強（P＜0.05），第2 節增幅分別為50.68%、55.76%，第3 節增幅分別為60.02%、64.17%。M2 處理下的小麥莖稈厚度、機械強度以及莖稈鮮重均為最大，這說明合理減施化肥可以增加小麥莖稈厚度及基部節間機械強度，從而提高小麥的抗倒指數。

表2 不同處理的小麥莖稈抗折力及其相關指標

2.3 不同施肥處理對小麥產量及其構成的影響

由表3 可知，3 個處理的小麥有效穗數無顯著差異，這也是因為試驗地基礎地力較高造成的。試驗小區實際收獲產量較往年也有一定幅度的減產，這是由于當年小麥在乳熟期和蠟熟期遭遇極端天氣導致試驗田小麥倒伏嚴重，機收測產過程中小麥損失嚴重造成的。與CK 處理相比，M1、M2 處理的實際產量增幅分別為66.62%、51.24%。M1、M2 處理的理論產量、千粒重均顯著高于CK（P＜0.05），M1、M2 處理的理論產量增幅分別為43.30%、42.70%。這說明即使在小麥嚴重倒伏情況下，適量減施化肥或適量減施化肥配施有機肥和肥料增效劑也可以提高小麥產量，M1、M2 處理的綜合效果均優于常規施肥模式。

表3 不同施肥處理對小麥產量及其構成因素的影響

2.4 小麥節間形態特征的相關性分析

由表4 可知，小麥的田間倒伏率與基部第3 節莖稈厚度（0.744）及機械強度（0.738）均呈顯著正相關（P＜0.05）。小麥的穗粒數與基部第2 節莖稈厚度（0.787）呈顯著正相關（P＜0.05），與第2 節莖稈機械強度（0.887）呈極顯著正相關（P＜0.01）。這表明小麥基部第2、3 節莖稈是制約小麥倒伏的關鍵因素，加強基部第2、3 節莖稈厚度和機械強度對小麥抗倒伏以及增產具有重要意義。

表4 小麥節間形態特征的相關性分析

3 討論

在減氮施肥對小麥倒伏性影響方面已有大量研究，結果發現減氮施肥模式不僅可以調節小麥基部節間長度與穗下節間長度比例，還可以增加基部節間粗度及稈壁厚度，進而提高小麥抗倒伏能力［23］。有研究表明，增施氮肥可以增加小麥株高、重心高度、節間長度、單株鮮重等理化指標，但會降低小麥莖稈粗度、機械強度及抗倒指數，從而加大小麥的田間倒伏率［24，25］。小麥基部節間長度、充實度、稈壁厚度及穗下節間長度均會隨減施氮肥比例的增加而增加，而株高和各節間長度與之相反［26］，說明合理減少氮肥用量，可以為小麥形成良好的株型結構、降低倒伏率奠定基礎。張明偉等［22］研究發現，隨著施氮量的增加，小麥由于莖稈節間變長變細，充實度減少，強度降低，田間倒伏率增加。本研究發現，在M1、M2 條件下，小麥株高、重心高度較常規施肥差異均不顯著，但小麥基部節間莖稈厚度和機械強度均顯著增加。說明減施化肥M1、M2 均有利于改善小麥基部節間性狀，從而增強了小麥的抗倒能力。

不同小麥品種的株高、根系發達程度、莖稈形態、力學特征、穗重都存在一定差異，其中莖稈形態特征是影響小麥倒伏的主要因素［27］。小麥基部節間越短、機械組織越發達、重心高度越低，小麥的抗倒伏能力就越強［28］。本研究發現，小麥莖稈基部第3 節間節間長度、厚度大于基部第2 節間，近年來隨著產量的增加，植株重心高度提高，莖稈基部第3 節間形態特征對倒伏產生的影響也不可忽視。為防止小麥的倒伏并實現豐產，需要確定適宜的化肥減施量。本試驗條件下，化肥減施20%以及化肥減施20%配施有機肥及肥料增效劑處理下，小麥群體結構合理，莖稈節間綜合抗倒性狀較好，可以降低莖稈倒伏率及倒伏程度，有利于高產穩產。

4 結論

研究結果表明，在本試驗條件下，減施20%化肥及減施20%化肥配施有機肥和增效劑均能夠替代常規化肥而不會導致減產。增效劑與化肥配合施用能提高小麥的有效穗數，并且能增加每穗粒數和千粒重，改善了小麥產量構成因素，這與李志堅等［29］的研究結果一致。增效劑與有機肥配合施用能夠起到節省施肥成本、提高小麥種植經濟效益的作用。本研究還發現，小麥減量化肥配施增效劑對其抗倒性還存在一定的影響。因此，在充分利用有機肥的基礎上，減少化肥的施用量對于節省資源、減少環境污染、增產增效具有重要意義。