不同氮肥基追比对冬小麦群体特征、水分利用效率及产量的影响

杨明达等

摘要：采用盆栽试验研究了不同氮肥基追比对冬小麦群体特征、水分利用效率及产量的影响。共设置4种氮肥处理，分别为CK（基肥∶追肥=10∶0）、N1（基追比为7∶3）、N2（基追比为5∶5）和N3（基追比为3∶7）。结果表明，合理追施氮肥可以提高冬小麦的有效茎数和分蘖成穂率，并能显著提高冬小麦花后叶面积，从而改善冬小麦的群体结构。增加基施氮量可以显著提高冬小麦的千粒重；随着追氮比例的增加，冬小麦的水分利用效率和产量均呈先增加后降低的趋势，过高的追氮比例不利于冬小麦水分利用效率和产量的提高。综合考虑产量和水分利用效率等因素，在本试验条件下，N1处理冬小麦群体结构较好，耗水量最少，水分利用效率最高，产量较高，为最合理的氮肥运筹模式。

关键词：冬小麦；氮肥基追比例；群体特征；产量；水分利用效率

中图分类号：S512.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）12-2853-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.011

Effects of Different Nitrogen Ratio of Basal Fertilizer and Topdressing on Population Characteristics，Water Use Efficiency and Grain Yield of Winter Wheat

YANG Ming-da1，MA Shou-chen2，YANG Shen-jiao3，LI Chun-xi1，ZHANG Su-yu4，MA Shou-tian1，WANG Duo-duo1

（1.College of Life Sciences，Henan Normal University，Xinxiang 453007，Henan，China；2.School of Surveying and Land Information Engineering， Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China；3. Farmland Irrigation Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Xinxiang 453003，Henan，China；4.College of Agriculture，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China）

Abstract： A pot experiment was conducted to study effect of different nitrogen ratio of basa and topdressing on population characteristics，water use efficiency and grain yield of winter wheat.Plants were subjected to 4 N treatments，CK（basal∶topdressing=10∶0），N1（basal∶topdressing=7∶3），N2（basal∶topdressing=5∶5） and N3（basal∶topdressing=3∶7）.The results showed that topdressing nitrogen reasonable could improve valid number of stem and spike rate of winter wheat，and improve post-anthesis leaf area of winter wheat significantly， thereby improving population structure of winter wheat. Increased the rate of basal nitrogen could improve 1 000-grain weight of winter wheat significantly；grain yield and water use efficiency of winter wheat increased first and then decreased with increasing the ratio of topdressing nitrogen，too high ratio of topdressing nitrogen was not conducive to improve water use efficiency and yield of winter wheat. Considering grain yield and water used efficiency and other factors，under the conditions of our experiment，the N1 treament obtained the better population structure，the least water consumption，the highest water used efficiency，the higher yield， for the most reasonable N Management Modes.

Key words： winter wheat； basal/topdressing nitrogen ratio； population characteristics； grain yield； water used efficiency

适宜的群体数量和良好的群体质量是提高作物产量的重要基础[1]，而合理施氮是改善小麦群体质量的重要途径。群体调控对小麦群体叶面积指数、单位面积穂数和产量均有重要影响[2]。研究表明，提高开花至成熟期干物质积累量和成熟期生物产量，获得最适的群体叶面积指数，在适宜穂数范围内提高成穂率，是实现小麦高产的关键[3]。氮素是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素和一些激素等的重要组成部分，是限制植物生长和产量形成的首要因素，因此，氮素的合理运筹是进一步提高小麦产量的重要技术措施之一[4]。有关氮肥运筹对小麦产量和品质的影响前人已经做过大量研究[5-7]。石玉等[7]研究认为，在总氮量一定的情况下，适当增加追肥氮比例可提高花后营养器官中氮素的转运效率、开花后氮素同化量及其对子粒的贡献率，促使氮素向子粒转运，提高子粒产量和蛋白质含量。但关于氮素适宜的基追比例，由于受到生态条件、品种类型、产量水平等因素的制约，所得到的研究结论不尽一致。

水资源短缺是制约中国北方地区农业可持续发展的重要因素之一，发展节水农业是中国农业可持续发展和缓解水资源供需矛盾的根本措施，其中提高作物水分利用效率和灌溉水利用率已成为迫切需要解决的关键问题[8]。前人对小麦水分利用效率的研究多集中在不同施氮量、不同耕作方式或者水分条件等因素对水分利用效率的影响方面[9-11]，但有关不同氮肥基追比例对冬小麦水分利用效率的研究报道甚少。黄淮海冬麦区为中国小麦的主产区，优化该区的氮肥管理，探讨提高小麦产量和水分利用效率的技术途径，对实现该区域小麦高产高效生产具有重要意义。为此，本研究以冬小麦为试验材料，研究不同氮肥基追比对冬小麦群体特征、水分利用效率及产量的影响，旨在为指导黄淮海地区冬小麦合理运筹氮肥，实现高产优质栽培提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2011年10月至2012年6月在中国农业科学院农田灌溉研究所商丘农田生态系统研究站移动式防雨棚内进行。试验场地位于河南省商丘市，东经115°34′，北纬34°35′。采用盆栽土培法，盆为圆柱形，分母、子盆，母盆直径31 cm，高35 cm，埋入土中；子盆直径30 cm，高35 cm。为防止土壤表面水分过量蒸发和土壤板结，子盆两侧各放置直径3 cm 的细管用于供水（细管周围有小孔）。供试土壤取自试验站内农田耕层下（15～25 cm）土，土壤类型为潮土，田间持水率为26.6%，土壤容重为1.44 g/cm3，有机质含量为0.83%，全氮为0.45 g/kg，全磷为0.80 g/kg，速效氮为31.11 mg/kg，速效磷为5.51 mg/kg，速效钾为38.62 mg/kg。装盆前将土壤风干碾碎并过筛，分层装入子盆，并镇压达到土壤容重，每盆土量干重30.0 kg。试验品种为周麦22，为半冬性品种，具有较好的耐旱性，为当地农田主推品种。

设置4个氮肥处理，生育期内总施氮量相同，以氮肥基追比（基施氮量和追施氮量的比例）10∶0作为对照，记为CK；氮肥基追比为7∶3、5∶5和3∶7，分别记作N1、N2和N3，在拔节期追施氮肥。全生育期施氮量为180 kg/hm2， 施磷量为100 kg/hm2，施钾量为180 kg/hm2；氮肥基肥部分和磷、钾肥制成水溶液，在播种前分盆浇施入土中；拔节期追施氮肥，追施部分也以尿素水溶液浇施。全生育期正常供水（田间持水率为70%～75%），每个处理重复5次，共有20盆。

2011年10月23日播种，10月30日出苗，三叶期每盆留基本苗20株。采用移动式电子吊秤 （最大称量100 kg，精度20 g）称重法控制土壤水分，当各盆土壤水分低于设计标准时用量杯加水，记录各盆每次加水量，由水量平衡方程计算各时期总的耗水量。杂草和病虫害防治与一般农田管理方法相同。2012年6月5日收获。

1.2 测定项目与方法

叶面积测定：在5月7日，每盆随机选取5径，测定其叶长和叶宽。叶面积=叶长×叶宽×0.83。

光合速率测定：分别在3月25日和5月8日9：00～11：00，使用Licor-6400型光合仪测定各处理小麦旗叶的光合速率。每个处理选取3株小麦进行测定，取其平均值。

产量及其构成要素的测定：于成熟期统计每盆小麦有效穗数，每盆选取20个麦穗，烘干脱粒后测定穗粒数，同时测定子粒产量。

水分利用效率（g/cm3）=每盆的子粒产量/耗水量。其中，耗水量为播种与收获时土壤水分的差值加上生育期的灌水量。

1.3 数据分析

使用Excel软件对试验数据进行分析与作图，并用DPS 7.05软件对试验数据进行统计分析，首先对不同处理间的指标进行方差分析，若差异显著，再进行LSD多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥基追比处理冬小麦的群体特征

不同的氮肥基追比对冬小麦群体特征的影响如表1所示。由表1可知，各氮肥处理的总茎数和有效茎数均以N2处理最高，与CK差异达显著水平（P<0.05）。N2处理的无效茎数与CK处理相比无显著差异，且N2分蘖成穂率也高于CK。N1和N3处理的总茎数和无效茎数低于CK，但其有效茎数显著高于CK。分蘖成穗率以N3处理最高，N1处理次之，CK处理最低。不同氮肥处理对花后单茎叶面积有不同程度的影响，随着追氮比例的增加，冬小麦花后单茎叶面积呈增大趋势。N1、N2和N3处理的花后单茎叶面积均显著高于CK，分别比CK高8.9%、14.0%和22.2%。N3处理花后单茎叶面积显著高于N1和N2处理，但N1和N2处理间差异不显著。综上所述，拔节期追施氮肥有利于冬小麦花后单茎叶面积的提高。各处理的单茎重随着追氮比例的增加呈降低趋势，N1和N2处理与CK间差异不显著，N3处理显著低于CK处理。

2.2 不同氮肥基追比处理冬小麦的光合速率

不同氮肥基追比对不同生育期冬小麦的光合速率产生不同的影响（图1）。在拔节期，N2处理和CK均具有较高的光合速率；N3处理的光合速率最低，明显低于CK、N1和N2处理，这可能与N3处理基施氮肥量少导致养分供应不足有关。在灌浆期，以N2处理的光合速率最高，明显高于对照CK处理，N1和N3处理间无明显差异，但高于CK处理，且随着追氮比例的增加，各处理的光合速率呈先增加后降低的趋势，由此可见，过高的追氮比例不利于冬小麦生育后期光合速率的提高。

2.3 不同氮肥基追比处理冬小麦的耗水量和水分利用效率

不同氮肥基追比对冬小麦的耗水量和水分利用效率均产生了较大影响（图2）。N2处理的耗水量最高，N1处理的耗水量最低，这可能是因为N2处理具有较高的总茎数和有效茎数，消耗了大量水分，导致耗水量高。方差分析表明，N2处理和N3处理的耗水量显著（P<0.05）高于对照CK和N1处理，N1处理和CK处理间差异不显著（图2A）。N1处理的水分利用效率最高，显著（P<0.05）高于其他3种氮肥处理，N3处理的水分利用效率最低，N2处理与CK处理间差异不显著（图2B）。随着追氮比例的增加，冬小麦的水分利用效率呈先增高后降低的趋势，过高的追氮比不利于水分利用效率的提高。

2.4 不同氮肥基追比处理冬小麦的产量及产量构成要素

不同氮肥基追比对冬小麦的产量及构成要素的影响如表2所示。由表2可知，冬小麦的产量以N2处理最高，显著高于CK和N3处理，分别高出9.7%和18.3%。N1和N2处理间的产量差异不显著，N3处理的产量显著低于CK处理。随着追氮比例的增加，冬小麦的产量呈先增加后降低的趋势。冬小麦的千粒重以CK处理最高，且显著高于N2和N3处理。由此可见，过高的追氮比例不利于冬小麦产量的提高，增加基施氮量可提高冬小麦的千粒重，随着追氮比例的增加冬小麦的千粒重呈降低趋势。N1、N2和N3处理之间成穗数差异不显著，但显著高于CK处理。N3处理的收获指数最低，且显著低于其他氮肥处理，N1、N2和CK处理间差异不显著。

2.5 不同氮肥运筹的产量效应曲线

为了分析本试验条件下氮肥基追比的产量效应，求得相应的基施氮量（N）的单因子产量（Y）效应方程为Y=-26.53N2+51.384N+30.576，R2=0.851 2。绘出两者的拟合曲线（图3），对基施氮量（N）进行求导，得出产量（Y）最大值为54.46，基施氮量（N）为0.968 4 g/盆，此时氮肥基追比为6.9∶3.1。由图3可知，基施氮量与产量呈抛物线关系，且存在最大值。随着基施氮量的减少，即随氮肥基追比的减小，冬小麦的产量呈先增加后降低的趋势。过高或过低的基施氮量均不利于冬小麦产量的提高。

3 小结与讨论

追施氮肥可以提高植株叶片叶绿素含量，改善光合性能，并延长绿叶功能期，增加光合产物的积累，从而提高小麦产量[12]。但是拔节期追氮过多会造成光合面积过大，植株中下部受光变差，中下部叶片衰老加快[13]。在本研究中，CK处理在拔节期的光合速率较高，但到了灌浆期，CK处理的光合速率最低，氮肥全部基施虽然使前期群体光合速率得以提高，但后期光合速率下降快，不利于旗叶光合速率的提高。在灌浆期，随着追氮比例的增加，各处理的光合速率呈先升高后降低趋势，这与康国章等[13]研究认为的超高产小麦拔节至孕穗期在适宜的供氮范围内，随供氮水平增加光合速率随之提高，而拔节期与孕穗期追氮过多光合速率反而呈现下降趋势的结论相一致。

氮素是调控作物生长、群体发育、提高同化能力和水分利用效率的重要措施[14]。在冬麦区，分蘖对个体生长发育和群体发展具有重要作用，氮素营养有利于提高群体光合同化能力。有研究表明，底氮量对群体发育有一定的影响，适宜的底氮量可以使群体保持较优的水平，减少无效生长。传统的全底追氮习惯极易造成返青期和拔节期的群体数量较大，后期容易造成倒伏[15]。在本研究中，N1、N2和N3处理的有效茎数显著高于CK处理，说明氮肥分施可以显著提高冬小麦的有效分蘖。N2处理虽然具有最大的有效茎数，但其总茎数和无效茎数也为最大，无效水分消耗量大，耗水量高，这可能是N2处理耗水量高和水分利用效率偏低的重要原因；而N1处理的有效茎数和总茎数均适中，茎蘖成穂率较高，单茎重也较大，具有较好的群体结构，与N2处理相比，其产量差异不显著，但耗水量显著低于N2处理，因此其水分利用效率显著高于N2处理；CK处理虽然具有较大的总茎数，但其有效茎数最低，茎蘖成穂率低，最终影响产量。

追施氮肥可以促进冬小麦冠部发育，小麦各生育时期的叶面积均随氮肥基追比增大而增大，在拔节期不同氮肥基追比对叶面积影响尤为显著[16]，这与本研究结果一致。叶片是植物体与外界进行气体交换的主要器官，CO2的吸收和植物体水分的蒸发主要通过叶片进行，因此，植物体的叶面积对植物光合固碳和蒸腾失水具有重要的影响。在相同光合速率和蒸腾速率条件下，叶面积越大光合产物越高，蒸腾失水量也越高。在本研究中，不同追氮比均提高了小麦的叶面积，但对光合速率的影响却有所差异，N3处理小麦的光合速率与对照相比无显著差异，但叶面积显著大于对照，提高了蒸腾失水量，这可能是造成耗水量高和水分利用效率低的原因之一。另一方面，过高的追氮比例，导致生育后期光合面积过大，植株中下部受光变差，使叶片衰老加快，影响光合产物的积累，使产量降低，这也是N3处理水分利用效率低的重要原因。因此，水分利用效率与群体结构密切相关，适宜追氮比例可以改善冬小麦群体结构，提高冬小麦的水分利用效率，但是过高的追氮比例反而会降低冬小麦的水分利用效率。

在总氮量一定的前提下，氮肥的基追比和追肥时期是小麦生长调控的关键栽培措施，直接关系到植株生长生理和子粒产量。适宜的施氮量和追氮比能够增加氮利用效率和子粒产量[17]。大量研究认为，前氮后移对提高产量有利[18，19]，因为氮肥后移有利于植株前期体内物质的积累，降低后期细胞膜脂过氧化水平，保持高水平的保护酶活性，延长叶片功能期，提高产量[20]。但也有学者认为，氮素后移施入并没有取得理想的增产效果[21]，在小麦生产过程中应重施基肥[22]；前氮后移施入较氮肥全底施入明显提高氮肥吸收利用率，同时显著改善小麦子粒品质，但对子粒产量影响不显著，孕穗期追氮比例过大导致产量显著降低[23]。本研究中，CK处理的产量显著低于N1和N2处理，说明适当的增加追氮比例可以显著提高冬小麦的产量，基施氮素比例过大，冬小麦在生育前期氮素营养水平高，但后期氮素营养水平急剧下降，供养能力不足，不利于产量的形成[5]；N3处理的产量显著低于其他氮肥处理，说明追氮比例大反而会降低冬小麦的产量，这与黄严帅等[20]研究认为的追氮比例过高或过低均不利于高产的实现，而是要有一个适宜的追氮量值的结论相一致；冬小麦的产量随着追氮比例的增加呈先增加后降低的趋势，这可能是由于过量的追施氮肥，使植株贪青晚熟，影响同化物向子粒的运转，导致粒重降低产量下降[24]。

本试验通过绘制产量与氮肥基追比（基施氮量）的拟合曲线，理论上得出本试验条件下获得最高产量的氮肥基追比为6.9∶3.1。综合考虑群体质量、产量和水分利用效率等因素，本试验条件下，氮肥基追比为7∶3（N1处理）冬小麦群体结构较好，耗水量最少，水分利用效率最高，产量较高，为最合理的氮肥运筹模式。

本研究只进行了小麦盆栽试验，未进行大田试验，因此还需进一步通过大田试验来证明相关结论，以期能更全面地为黄淮海平原冬小麦产区合理施肥提供科学依据。

参考文献：

[1] 陆增根，戴廷波，姜 东，等.氮肥运筹对弱筋小麦群体指标与产量和品质形成的影响[J].作物学报，2007，33（4）：590-597.

[2] 徐恒永，赵振东，刘建军，等.群体调控与氮肥运筹对强筋小麦济南17号产量和品质的影响[J].麦类作物学报，2002，22（1）：56-62.

[3] WILHELM W W.Dry-matter partitioning and leaf area of winter wheat grown in a long-term fallow tillage comparisons in the US Central Great Plain[J]. Soil Tillage Res，1998，49：49-56.

[4] 孙 曦.植物营养原理[M].北京：中国农业出版社，1997.

[5] 杜世州，曹承富，张耀兰，等.氮肥基追比对淮北地区超高产小麦产量和品质的影响[J].麦类作物学报，2009，29（6）：1027-1033.

[6] 赵广才，张 艳，刘利华，等.不同施肥处理对冬小麦产量、蛋白组分和加工品质的影响[J].作物学报，2005，31（6）：772-776.

[7] 石 玉，于振文，王 东，等.施氮量和底追比例对小麦氮素吸收转运及产量的影响[J].作物学报，2006，32（12）：1860-1866.

[8] 康绍忠，蔡焕杰.作物根系分区交替灌溉和调亏灌溉的理论与实践[M].北京：中国农业出版社，2000.

[9] 门洪文，张 秋，代兴龙，等.不同灌水模式对冬小麦子粒产量和水、氮利用效率的影响[J].应用生态学报，2011，22（10）：2517-2523.

[10] 王 琦，李锋瑞，赵文智.黑河绿洲新垦沙地农田灌溉与施氮量对春小麦产量及水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2007，23（12）：51-57.

[11] 李友军，吴金芝，黄 明，等.不同耕作方式对小麦旗叶光合特性和水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2006，22（12）：44-48.

[12] 王晨阳，朱云集，夏国军，等.氮肥后移对超高产小麦产量及生理特性的影响[J].作物学报，1998，24（6）：978-983.

[13] 康国章，王永华，郭天财，等.氮素施用对超高产小麦生育后期光合特性及产量的影响[J].作物学报，2003，29（1）：82-86.

[14] 任书杰，张雷明，张岁岐，等.氮素营养对小麦根冠协调生长的调控[J].西北植物学报，2003，23（3）：395-400.

[15] 魏凤珍，李金才，王成雨，等.氮肥运筹模式对小麦茎杆抗倒性能的影响[J].作物学报，2008，34（6）：1080-1085.

[16] 卜冬宁，李瑞奇，张 晓，等.氮肥基追比和追氮时期对超高产冬小麦生育及产量形成的影响[J].河北农业大学学报，2007， 35（4）：6-12.

[17] ZU L S，DAN D L，QI J，et al.Effects of nitrogen applications on soil nitrogen balance and nitrogen utilization of winter wheat in a rice-wheat rotation[J]. Field Crops Research， 2012，11（25）：241-247.

[18] 姜丽娜，郑冬云，王言景，等.氮肥施用时期及基追比对豫中地区小麦叶片生理及产量的影响[J].麦类作物学报，2010， 30（1）：149-153.

[19] 田纪春，陈建省，王延训，等.氮素追肥后移对小麦子粒产量和旗叶光合特性的影响[J].中国农业科学，2001，34（1）：101-103.

[20] 黄严帅，范袁斌，李炳生，等.氮肥运筹对弱筋小麦宁麦9号群体结构和产量的影响[J].中国农学通报，2008，24（9）：122-126.

[21] 王允青，汪建来，郭熙盛，等.氮肥不同施用方法对小麦生长、养分吸收利用的影响[J].土壤通报，2007，38（5）：919-923.

[22] 苗艳芳，常爱芬.氮肥分配比例对小麦产量及群体质量的影响[J].麦类作物学报，1999，19（4）：43-45.

[23] 武 际，郭熙盛，杨晓虎，等.氮肥施用时期及基追比例对土壤矿质氮含量时空变化及小麦产量和品质的影响[J].应用生态学报，2008，19（11）：2382-2387.

[24] 黄祥辉，胡茂兴.小麦栽培生理[M].上海：上海科学技术出版社，1994.