減量施氮及氮肥運籌對春小麥群體結構和產量的影響

羅靜靜， 王賀亞

[新疆生產建設兵團第九師農業科學研究所(畜牧科學研究所)，新疆塔城 834600]

我國主要糧食作物中，小麥的產量居第2位，是國家重要的貯備糧食，其總體生產能力持續提升，在我國農業生產中占有舉足輕重的地位[1]。在提升產量的同時也存在著化肥大量施用及低效率的施肥模式，氮肥利用率已由20世紀80年代的35.0%，降低到現在的28.3%[2]，遠低于發達國家 (40%～60%)[3]。氮素(N)是小麥生長不可或缺的養分，氮肥施用量對小麥干物質積累量產生顯著影響，增加施氮量能夠有效增加干物質累積量[4]，能夠促進小麥根、莖、葉等營養器官的生長，在生產中恰當的氮肥用量及氮肥運籌既能促成作物高產，又可以促進小麥對干物質和養分的積累，同時也是影響小麥干物質積累及轉運的關鍵因素[5-7]。小麥群體質量的優劣影響著小麥產量的多少，生產中肥料的合理使用可優化小麥的群體結構，是促使小麥豐產和水肥有效利用的重要路徑[8]，在施氮肥過程中，當施氮量增加到一定量時，再增施氮肥，小麥產量不再提升甚至減少，從而增加肥料成本。滴灌可以有效地控制施氮量及運籌，為實現合理的氮肥施用提供技術支持。已有諸多學者研究了不同作物，在豐產的前提下，通過減施氮肥，提高氮肥效率，從而促進植株生長，提升籽粒品質的關鍵技術，如在水稻、番茄、小麥和玉米等作物的生長、產量、品質、氮肥利用上已經取得了階段性的成果[9-11]。氮肥減量增效方面，合理的氮肥運籌可促進作物群體生長，促使群體結構優化，提高產量和氮肥利用率[12]。但對塔額墾區滴灌春小麥研究較少，并且對氮肥減量、氮肥運籌協同與產量的相關關系研究相對較少。塔額墾區春小麥在生產中存在多施多產的傳統觀念，化肥施用過高、利用效率低等問題。研究穩定產量的同時，合理高效施用氮肥及氮肥運籌已成為塔額墾區春小麥穩產高產的關鍵。本試驗通過氮肥減量和氮肥運籌協同作用，設置4個不同氮肥施肥量處理，9個氮肥運籌處理，對小麥群體結構變化、葉面積指數(LAI)、產量及產量構成、干物質積累、轉運與產量的關系等方面進行分析，研究氮肥減施模式下，春小麥干物質積累、轉運及產量的變化規律[13]。本研究采用裂區試驗設計，分析氮肥減量模式下及氮肥運籌處理，干物質積累、轉運及產量變化的規律等，尋找最佳氮肥施用量及最佳氮肥運籌比例，以期為塔額墾區春小麥高產穩產和節肥增效提供科學的數據基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2021年3—8月，在新疆生產建設兵團第九師農業科學研究所團結農場4連試驗地(46°31′N，83°29′E)進行小區控制試驗。該試驗區為中溫帶大陸性氣候，春季冷暖波動大，夏季熱而短促。供試土壤0～20 cm 土層中含有機質29.34 g/kg、堿解氮 101.5 mg/kg、有效磷46.66 mg/kg、速效鉀 371.97 mg/kg。供試品種為春小麥寧春16號。試驗為裂區設計，30個試驗小區，3次重復，小區面積為15 m2(2.0 m×7.5 m)，走道寬50 cm；主區為氮肥施用量，磷(P)、鉀(K)不變，即N1(減施10%)為N312P125K45、N2(減施20%)為N270P125K45、N3(減施30%)為N234P125K45；副區按照氮肥后移的原則，苗肥、分蘗肥按照N養分總量的10%、15%投入，其余氮肥圍繞拔節—孕穗期、孕穗—開花期進行調控，2個時期肥料施用比例共設置為A(7 ∶3)、B(6 ∶4)、C(5 ∶5)3種運籌方式，為區分，A、B、C后加1、2、3以示不同主區試驗。3月29播種，播量為 360 kg/hm2，供試肥料為磷酸二胺(N 18%、P2O546%)、尿素(N 46.4%)、硫酸鉀(K2O 52%)。對照(CK)為農戶常用施肥量，即N346P125K45，苗肥、分蘗肥、拔節—孕穗期、孕穗—開花期分別按照N養分總量的10%、15%、52%、23%投入。

1.2 試驗方法

1.2.1 莖蘗測定 在拔節期，每個小區取2個點，取1 m長度，測量相鄰3行，測定群體莖蘗數，得出莖蘗成穗率。

1.2.2 葉面積指數測量 分別在分蘗期、拔節期、開花期、灌漿期、成熟期連續取15株植株連根挖出，帶回實驗室測量葉片長、寬、每張葉質量、葉片總質量。采用長寬系數法計算葉面積及葉面積指數。

1.2.3 干物質量測定 分別在各生育期取10株帶回實驗室將小麥分成葉片、莖、莖鞘、穗4個部分，分別裝入信封紙袋里，105 ℃殺青，75 ℃條件下烘干至恒質量，冷卻稱質量。按以下公式計算：

花前干物質轉運量=花期地上部干物質質量-成熟期地上部營養器官干物質質量；

花前干物質貢獻率=(花前干物質質量-成熟期干物質質量)/成熟期籽粒質量×100%；

花后干物質積累量=成熟期干物質質量-開花期干物質質量；

花后干物質的貢獻率=(成熟期干物質質量-開花期干物質質量)/產量×100%。

1.2.4 產量及考種 收獲時在每個小區選取具有代表性的2個樣點，各取1 m2，人工收獲、脫粒、晾曬后稱質量計產，并換算為單位面積產量。調查 1 m2的收獲穗數，取20個穗進行考種，調查穗粒數、千粒質量和產量。

1.3 數據分析

采用Excel 2017和SPSS 19.0統計軟件進行數據整理、分析與繪圖。

2 結果與分析

2.1 減氮施肥和氮肥運籌下春小麥莖蘗動態變化

研究結果(表1)表明，減氮處理N1、N2、N3的莖蘗數變化趨勢表現一致，均高于CK，最高莖蘗數和莖蘗成穗率隨著氮肥施用量的增大均呈現先增加后減少的趨勢。氮肥運籌中，N1處理的莖蘗數以B1處理下最高，為684.44×104個/hm2，與處理A1、C1、CK呈現顯著差異(P<0.05)；N2處理的莖蘗數以B2處理下最高，為705.22×104個/hm2，與處理A2差異不顯著，與處理C2、CK呈現顯著差異(P<0.05)；N3處理的莖蘗數以B3處理下最高，為696.96×104個/hm2，與處理A3、C3、CK均呈現顯著差異(P<0.05)。

N1處理以B1的莖蘗成穗率最高，為72.59%，比A1、C1、CK處理提高了0.6%～2.3%，且與A1、CK差異不顯著；N2處理以B2的莖蘗成穗率最高，為73.56%，比A2、C2、CK處理提高了1.1%～2.0%，且B2與A2、C2之間差異不顯著；N3處理以B3的莖蘗成穗率最高，為72.26%，比其他處理提高了0.2%～1.2%。

2.2 減氮施肥和氮肥運籌對葉面積指數的影響

研究結果(圖1)表明，在春小麥生育進程推進中，隨著氮肥施用量的增加葉面積指數呈現先升高后降低的趨勢，在孕穗期達到峰值。孕穗期N2處理的LAI最高，為6.61，比對照CK提高了11.3%，N2處理與CK之間呈現顯著性差異(P<0.05)，比N1、N3處理分別提高了5.6%、1.4%。N2與N3處理相比無顯著差異。

表1 減量施肥下滴灌春小麥的莖蘗動態和莖蘗成穗率變化

由圖2、圖3、圖4可知，全部生育期，氮肥運籌對LAI的影響表現基本一致，均呈現先增加后降低的趨勢。孕穗期，N1處理條件下，LAI在B1(6 ∶4)處理下最高，為6.42，比對照提高8.1%，B1比對照CK呈顯著性增長(P<0.05)，和其他處理相比提高了2.9%～4.9%，且與C1相比差異顯著；N2處理條件下，B2(6 ∶4)處理的LAI最高，為6.83，比對照提高15.0%，且與對照相比差異顯著(P<0.05)，比其他處理提高了4.8%～5.7%；N3處理條件下LAI在B3(6 ∶4)處理下達到最高，為6.65，比對照提高12.0%，且與對照相比差異顯著(P<0.05)，與其他處理相比提高了2.8%～3.4%。由圖1、圖2、圖3、圖4得出，減氮條件下孕穗期葉面積指數表現為 N2>N3>N1，氮肥運籌下孕穗期葉面積指數表現為B2>B3>B1。

2.3 氮肥減量及氮肥運籌對春小麥的干物質累積及轉運的影響

研究結果(表2)表明，在不同處理下，滴灌春小麥干物質累積量、轉運特性對產量的貢獻率基本表現一致，隨施氮量的增加呈現先降低后升高的趨勢；花后干物質積累量對產量的貢獻率表現一致，隨施氮量的增加呈現先升高后降低的趨勢。N1處理下干物質轉運特性以B1處理表現最優，花前干物質量貢獻率與其他處理相比降低了12.8%～22.5%；花后干物質累積量的貢獻率相比其他處理提高了4.3%～9.9%，B1花后干物質積累量的貢獻率相比其他處理呈現顯著提升(P<0.05)；N2處理下干物質轉運特性以B2表現最優，花前干物質量的貢獻率與其他處理相比降低了15.8%～30.4%；花后干物質累積量的貢獻率相比其他處理提高了5.2%～12.9%，B2花后干物質積累量的貢獻率相比其他處理呈現顯著提升(P<0.05)；N3處理下干物質積累轉運特性以B3表現最優，花前干物質量的貢獻率與其他處理相比降低了5.9%～21.5%；花后干物質積累量的貢獻率相比其他處理提高了2.7%～9.3%，B3花后干物質積累量的貢獻率相比其他處理呈現顯著提升(P<0.05)。綜上可知，減氮條件下表現最優的處理排序為N2>N3>N1，氮肥運籌下表現最優的處理排序為B2>B3>B1。

表2 氮肥減量及氮肥運籌對春小麥的干物質累積及轉運的影響

2.4 氮肥減量和氮肥運籌下春小麥的產量及其產量構成

研究結果(表3)表明，減氮施肥處理下產量及產量構成因素隨著施氮量的增加，均呈現先增長后降低的趨勢；氮肥運籌中從產量因子上看，N1處理下，穗數、千粒質量、每穗粒數、理論產量均以B1處理最高，分別為504.20萬穗/hm2、47.89 g、36.53粒和 8 814.01 kg/hm2，且B1處理顯著高于其他處理；實際產量以B1處理最高，為7 315.50 kg/hm2，且B1、A1、CK 之間差異不顯著。N2處理下，穗數以B2處理最高，為518.80萬穗/hm2，A2、B2之間差異不顯著；千粒質量以B2處理最高，為48.38 g，且A2、B2、C2之間差異不顯著；每穗粒數和實際產量以B2處理最高，分別為36.97粒和7 560.00 kg/hm2，且A2、B2、C2之間差異不顯著；理論產量同樣以B2處理最高，為9 279.58 kg/hm2，且B2處理顯著高于其他處理。N3處理條件下，穗數以B3處理最高，為503.63萬穗/hm2，A3、B3之間差異不顯著；千粒質量以B3處理最高，為48.07 g，且A3、B3、C3之間差異不顯著；每穗粒數以B3處理最高，為36.16粒，且A3、B3之間差異不顯著；實際產量以CK最高，為 7 203.00 kg/hm2，且CK、B3之間差異不顯著；理論產量以B3處理最高，為8 755.76 kg/hm2，且B3處理顯著高于其他處理。

表3 氮肥減量及氮肥運籌對春小麥產量及產量因子的影響

3 討論

調控小麥群體結構維持合理穗數，可以有效增加莖蘗成穗率，獲得增產[14]。氮肥對小麥群體結構的調整具有明顯的影響，最高莖蘗數在小麥生育期過程中呈現先升高后降低的趨勢，獲得更多的有效穗數方法之一是增加氮肥的施用量，并獲得更多的單位面積莖蘗數[15]；有研究表明，小麥氮肥施用量超過180 kg/hm2時，群體莖蘗總數在每個處理均無明顯差異[16]。在本試驗中，減氮施肥中群體莖蘗總數以N2處理下為最佳，隨氮肥施用量的不斷增加呈現先升高后降低的趨勢，說明合理減施氮肥能夠促進莖蘗數的增加，保持較高的莖蘗成穗率，這與董文華等的研究結果[17]一致。氮肥運籌處理中莖蘗總數和莖蘗成穗率表現一致，均以B(6 ∶4)處理為最高，且表現為B2>B3>B1，B2(6 ∶4)群體莖蘗動態指標最優，表明氮肥運籌比例在6 ∶4處理下能夠有效增加莖蘗總數，可以維持較高的莖蘗成穗率。因此，選擇最優的氮肥施用量和氮肥運籌比例，對于塔額墾區滴灌春小麥保持良好的群體數量至關重要。

LAI的高低影響著小麥產量的高低，它是用于反映作物產量的重要指標[18-19]。祁靜玉等的研究表明，合理的減量施氮和氮肥運籌比例使小麥在成熟期的葉片長、寬和葉面積呈現明顯增大[20]。本試驗結果表明，塔額墾區滴灌春小麥寧春16號在減氮施肥中葉面積指數以N2處理下最高，表明適宜的施氮量能夠對葉面積指數具有提升作用，這與楊鯉糠等的研究結果[21]表現一致。氮肥運籌中葉面積指數表現一致，葉面積指數均以B(6 ∶4)處理下為最高，且表現為B2>B3>B1，表明適宜的氮肥運籌比例，能夠有效促進葉面積指數的增加。

產量形成的基礎要素是干物質積累量，能夠有效地反映出群體及個體質量的優劣。氮肥施用量對小麥干物質積累量有著明顯作用，增加氮肥施用量有利于干物質積累量的提高，一般花后干物質積累量的轉運能達到籽粒產量的70%左右[22]。在本試驗中，減量施氮條件下，花后干物質隨著施氮量的增加，呈現先增加后降低的趨勢。寧春16號在N2(N270P125K45)處理下花前地上部干物質量的平均貢獻率最小，為24.45%，花后地上部干物質累積量在N2處理下對產量的平均貢獻率達到最大，為75.54%。這與孟維偉等的研究結果[23]一致。可見恰當的氮肥施用量能促進春小麥花后干物質累積量的增加，但施氮量過高或過低時，產量均會減少[13，24]。氮肥運籌中，各處理干物質積累轉運特性表現一致，均以B(6 ∶4)處理下為最優，花前地上部干物質量貢獻率均表現最低，且B2

試驗中的小麥產量及產量構成表現為，減氮施肥處理下產量及產量構成因素隨著施氮量的增加，呈現先增加后減少的趨勢，以N2(N270P125K45)處理下增產效果最好，實際產量平均為7 458.33 kg/hm2。可見，適當地減少氮肥施用對小麥產量的提高有著顯著作用；氮肥運籌下，各處理均以B(6 ∶4)處理下增產效果最好，且表現為B2>B1>B3。綜上可知，減量施氮和氮肥運籌協同作用下，以N2(B2)處理增產效果最好。

4 結論

本研究表明，施氮量和氮肥運籌對小麥的群體指數、葉面積指數、干物質積累量、轉運特性和產量均呈現明顯作用，寧春16號在減量施氮和氮肥運籌協同N2(B2)處理下，綜合表現為群體質量指標最佳，有利于葉面積指數的提高，干物質積累及轉運特性方面表現最優，并且增產效果最好。恰當地減量施氮和氮肥運籌比例協同，可以優化群體結構，進而獲得高產。綜上表明，減量施氮和氮肥運籌協同N2(B2)處理具有較高的推廣價值，更適合塔額墾區春小麥種植。