早熟型冬小麦群体性状及产量对氮磷肥和种植密度的响应

刘孝成,石书兵 ，赵广才，常旭虹，王德梅，陶志强，



早熟型冬小麦群体性状及产量对氮磷肥和种植密度的响应

刘孝成1,2,石书兵1，赵广才2，常旭虹2，王德梅2，陶志强2，

杨玉双2，王 美1,2，郭明明2，3，亓 振2，王 雨2

(1.新疆农业大学农学院,新疆乌鲁木齐 830000; 2.中国农业科学院作物科学研究所/农业部作物生理生态重点试验室,

北京 100081; 3.徐淮地区连云港农业科学研究所/连云港市农业科学院,江苏连云港 222006)

摘要：为确定早熟型冬小麦品种中麦8号在高肥力田达到最佳群体质量时合理的氮磷肥施用量和适宜的种植密度，采用两因素裂区试验设计，主区设4个氮磷肥施用量水平，分别为N120P96(纯氮120 kg·hm-2、P2O596 kg·hm-2)、N180P144(纯氮180 kg·hm-2、P2O5144 kg·hm-2)、N240P192(纯氮240 kg·hm-2，P2O5 192 kg·hm-2)、N300P240(纯氮300 kg·hm-2、P2O5240 kg·hm-2)；副区设3个种植密度，分别为D180(180万株·hm-2)、D240(240万株·hm-2)和D300(300万株·hm-2)，研究了氮磷肥和种植密度对小麦群体性状、产量及其构成的影响。结果表明，随着氮磷肥施用量的增加，小麦开花后干物质积累量和产量均降低；种植密度的增加提高了成熟期群体总茎数和单位面积穗数，而千粒重表现出相反的趋势。在N180P144至N300P240范围内，同一施肥条件下花后干物质积累量随种植密度的增加而增加。在土壤肥力较高的条件下，早熟品种中麦8号在种植密度180万株·hm-2、施纯氮120 kg·hm-2和P2O5 96 kg·hm-2的条件下，产量达到最高。

关键词：冬小麦；氮磷肥；种植密度；群体性状；产量

氮、磷、钾肥的施用对小麦产量的提高起到了重要作用，但氮、磷肥的大量施用也带来了肥料利用率降低[1]、环境污染[2,3]等一系列问题。因此，在保证高产、优质、高效生产的基础上，如何降低土壤中的肥料残留，保护和改善生态环境是当前重要的农业科学研究课题。赵海波等[4]对超高产冬小麦品种济麦22研究认为，施用纯氮300 kg·hm-2和P2O5150 kg·hm-2不但可以减弱甚至使小麦光合“午休”现象消失，并获得高产，其产量达10 022 kg·hm-2。陈 磊等[5]对黄土塬区旱地小麦20年肥料定位试验数据的分析结果显示，氮磷配施不仅显著提高了小麦产量，而且有助于小麦对氮、磷的吸收，最佳的施肥量为纯氮90 kg·hm-2和P2O556.4 kg·hm-2。赵德明等[6]研究表明，氮磷肥施用量的增加促进了小麦生长，从而为高产奠定了物质基础。范亚宁等[7]研究发现，合理的氮磷配施有利于增加小麦叶面积指数和分蘖。目前，关于氮、磷肥互作对小麦产量和群体质量的影响已有较多研究，但多通过不同氮磷肥组合来讨论合理的氮磷肥施用量，对同比例增加氮磷肥施用量的研究较少。群体密度是作物栽培研究由来已久的内容，但随着生产水平的提高和生产目标的变化，研究种植密度对作物群体指标的影响仍然具有一定的现实意义。北部冬麦区是我国秋播小麦的主产区，但灌浆期间干热风天气的出现是限制冬小麦高产的主要原因。本试验选用早熟型品种中麦8号为材料，利用其生育期较短的特性，缓解小麦灌浆期间高温的负效应，并筛选达到高产的最优氮磷肥和种植密度组合，以期为小麦高产高效栽培提供理论与技术参考。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验于2014-2015年在中国农业科学院作物科学研究所中圃场试验地(北京)进行，以早熟品种中麦8号为供试材料。试验地0～20 cm耕层土壤有机质含量为23.83 g·kg-1，全氮0.93 g·kg-1，碱解氮98.98 mg·kg-1，速效磷19.03 mg·kg-1，速效钾228 mg·kg-1，pH 7.93。

1.2试验设计

试验采用两因素裂区设计。主区为4个氮、磷肥施用比例为1∶0.8的施肥量水平，分别为N120P96(纯氮120 kg·hm-2、P2O596 kg·hm-2)、N180P144(纯氮180 kg·hm-2、P2O5144 kg·hm-2)、N240P192(纯氮240 kg·hm-2、P2O5192 kg·hm-2)、N300P240(纯氮300 kg·hm-2、P2O5240 kg·hm-2)；副区为3个种植密度，分别为D180(180万株·hm-2)、D240(240 万株·hm-2)和D300(300万株·hm-2)。根据肥料的有效成分含量，于整地前按照试验设计的施磷量底施磷酸二铵(含N 18%、P2O546%)，氮肥也按5∶5的比例分别作为底肥和拔节期追肥施用，氮肥中除底施的磷酸二铵外，其余全部用尿素(含N 46%)补足。小区面积为7.56 m2(6.3 m×1.2 m)，3次重复。小麦三叶期按照试验设计的种植密度人工间苗，其他田间管理均按大田常规管理措施统一进行。

1.3调查项目及方法

1.3.1群体总茎数调查

每个小区随机选取2个固定样点并做标记，分别于越冬前、返青期、拔节期、开花期和成熟期调查群体总茎数。

1.3.2 叶面积指数调查

在越冬前、返青期、拔节期、开花期和成熟期进行，每个小区随机选取10株长势基本一致的植株，通过干重法测定叶面积，进而计算叶面积指数。

1.3.3干物质积累动态调查

分别于越冬前、返青期、拔节期、开花期和成熟期，每个小区随机选取10株长势基本一致的植株，迅速带回试验室后，将茎秆+叶鞘、叶、穗等器官分开，105 ℃杀青15 min，80 ℃烘干至恒重，称干重后求和，再计算干物质积累量。

1.3.4产量及其构成因素调查

成熟期取样进行室内考种；各小区实打实收进行测产。

1.4试验数据分析方法

试验数据均采用Excel进行整理，方差分析采用DPS程序进行。

2结果与分析

2.1氮磷肥和种植密度对小麦群体性状的影响

2.1.1氮磷肥和种植密度对小麦总茎数的影响

各处理的小麦群体总茎数在整个生育期均呈先升再降趋势(表1)。除分蘖期和返青期外，氮磷肥在其他生育时期对小麦群体总茎数均有极显著的影响，提高施肥水平可增加小麦返青至开花阶段的群体数量，但在成熟期群体数量却以N120P96处理最高。种植密度对各生育时期总茎数的影响均达到极显著水平，除分蘖期外，种植密度越大，总茎数越多，且成熟期D300和D240处理的总茎数显著多于D180处理。

种植密度和氮磷肥间存在极显著的互作效应。由表2可知，分蘖期总茎数在相同的氮磷肥施用量条件下，D180和D240处理多于D300处理，表明分蘖期种植密度越小，越有利于总茎数的提高；返青期至开花期，当施肥量在N120P96至N240P192范围内，D300处理和D240处理的总茎数表现出较大的优势，而继续增施氮磷肥至N300P240时，D180处理的总茎数显著多于D300处理；成熟期在N120P96下，D180处理的总茎数显著多于D300处理，而在N180P144至N300P240施肥范围内，D300处理的总茎数显著多于D180处理。

表1　氮磷肥和种植密度对小麦每平方米总茎数的主效应

数值后不同大小写字母分别表示因素内不同水平间在0.01和0.05水平上差异显著

Different capital and small letters following values mean significantly different among different levels of a factor at 0.01 and 0.05 levels,respectively

表2　不同处理下小麦各生育时期的每平方米总茎数

数值后不同大小写字母表示处理间在0.01和0.05水平上差异显著。下表同

Different capital and small letters following values are significantly different among the treatments at 0.01 and 0.05 levels,respectively. The same as below

2.1.2氮磷肥和种植密度对叶面积指数的影响

方差分析表明，氮磷肥和氮磷肥与种植密度的互作对各个时期的叶面积指数的影响均达到显著或极显著水平，种植密度除返青期外对其他生育时期叶面积指数的影响均达到极显著水平。由表3可以看出，随着小麦生育期的推进，各处理叶面积指数呈先升后降的趋势，最高叶面积指数出现在拔节期或开花期。分蘖期在N120P96至N300P240范围内施肥，叶面积指数随种植密度的增加而增加；返青期在N120P96至N180P144范围内施肥，叶面积指数随种植密度的增加而增加，而在N240P192、N300P240施肥条件下则表现出相反趋势；拔节期叶面积指数除N120P96外，在其余施肥条件下表现与返青期相同；开花期在同一施肥条件下叶面积指数随种植密度的增加而降低，说明在高肥条件下种植密度不宜过大。

表3　不同处理对小麦叶面积指数的影响

2.1.3氮磷肥和种植密度对小麦植株干物质积累的影响

经方差分析，氮磷肥(拔节期除外)和种植密度及二者的互作对小麦植株各生育时期干物质积累量的影响均达到显著甚至极显著水平。小麦植株干物质积累量在整个生育期持续增加，干物质积累在拔节期前缓慢，拔节期后加快，成熟期干物质量达到最高(表4)。整个生育期在N120P96条件下D240处理干物质重高于D180处理；在N180P144下拔节前D300处理高于D240处理，拔节后反之；在N240P192下，种植密度越大，干物质积累量越多；在N300P240下，除返青期D180处理高于D240处理外，其余时期都表现为D300>D240>D180。此外，开花后干物质积累量在N120P96条件下随种植密度的增加而降低，而在N180P144至N300P240范围内施肥，则随种植密度的增加而增加；在所有处理中，开花后干物质积累量以N120P96D180处理最高。

2.2氮磷肥和种植密度对小麦产量及其构成的影响

氮磷肥与种植密度的互作对小麦产量构成因素的影响均达到极显著水平；氮磷肥对穗粒数、千粒重、穗数的影响均达到显著或极显著水平；种植密度对穗粒数无显著影响，对穗数和千粒重的影响均极显著;氮磷肥和种植密度及二者的互作对小麦产量的影响均达到极显著水平。

在N120P96下，产量随种植密度增加而降低；在N180P144下，D240处理显著高于D180和D300处理；在N240P192和N300P240下，种植密度越大，产量越高(表5)；总体来看，随着施肥量的增加，调节密度虽然可以影响产量，但产量依然呈下降趋势，说明肥料在其与密度互作效应中起主导作用；在所有处理中以N120P96D108处理产量最高。从产量构成看，在N120P96下产量较高的原因主要与穗数和千粒重较高有关，虽然增加密度可以增加穗数，但会导致穗粒数和千粒重下降，最终不会带来高产。

表4　不同处理对小麦干物质积累的影响

表5　不同处理对小麦产量及其构成因素的影响

3讨 论

3.1氮磷肥和种植密度对小麦群体性状的影响

董 琦[8]的研究表明，种植密度越大，拔节后小麦茎蘖数降低越快。本研究结果却表明，不同种植密度处理下拔节后总茎数降低57.5%～58.3%，密度间差异较小；氮磷肥施用量越大，降低幅度越大，其中N120P96处理降低了51.2%，而N300P240处理为63.2%。对此本研究认为，虽然在高肥条件下，小麦分蘖期至拔节期总茎数较高，但氮磷肥施用量的增加使得生育前期无效分蘖大量生长，拔节后无效分蘖的大量衰亡导致群体总茎数大幅度下降。而高密度处理下小麦虽然分蘖期总茎数较低，但由于土壤肥力较高，保证了养分的供应，所以在返青期至成熟期小麦总茎数均高于低密度处理。

叶面积指数是小麦群体光合性能的重要指标之一，在小麦全生育期特别是孕穗期之后维持较高的叶面积指数是提高小麦产量的基础[9]。有研究表明，播量较小时，株间光照增加，个体营养面积增大，从而延缓了中下部叶片的衰老，保证了上部叶片良好的光合能力，而播量较大时，因光照不足导致叶片衰老甚至死亡[10-11]。本试验结果表明，开花期低肥低密条件下小麦可以获得较高的叶面积指数，或在较高的种植密度下通过增施氮磷肥的措施也可获得较大的叶面积指数，并且这两种处理组合均使得最大叶面积指数出现后移现象。可能是由于在低种植密度条件下，土壤较高的供肥能力满足了群体对于养分的需求[12]，加之本试验材料为早熟品种，从而使得在小麦成熟之前个体光合能力较高，群体叶面积较大；而种植密度在180万～240万株·hm-2范围内，较高的氮肥施用量延缓了植株衰老，延长了绿叶持续期(功能期)[13]，最终使得叶面积指数较大；也有研究认为较低的基本苗提高了小麦花后植株的生理活性，从而延长了叶片衰老缓降期[14]。

小麦产量是光合产物积累、转运和分配的最终体现，因而可以通过对光合产物的调控提高产量。有研究表明，小麦花后干物质的合成量越高，产量也越高[15]。本研究表明，随施肥量的增加，小麦开花后干物质积累量和产量都降低，并且在N120P96条件下随种植密度的增加而降低，而在N180P144至N300P240范围内，同一施肥量条件下，开花后干物质积累量随种植密度的增加而增加。在种植密度为180万株·hm-2、氮磷肥施用量为N120P96时，开花后干物质积累量较高是以下两方面的原因：一方面是由于种植密度较小，群体透光性能较好，下层光照强度下降幅度小，因而群体干物质积累量较高，而继续增加种植密度，群体质量变差，个体发育受到影响，干物质积累量下降；另一方面可能是在此处理下，氮磷肥施用量较为合适，有利于小麦在开花前将营养体内贮存的同化物向籽粒中转运，而继续增施氮磷肥的其他处理，干物质转运量的降低导致减产现象的发生[16-17]。

3.2氮磷肥和种植密度对小麦产量的影响

已有研究表明，在一定范围内增施氮磷肥和提高种植密度有助于小麦产量的提高，但超过一定限度后，增施氮磷肥和提高种植密度反而导致减产[7,18]。合理的氮磷肥施用量和适宜的种植密度因具体环境条件和品种特性而异，所以不同的研究结果之间差异很大。

本研究表明，当施肥量为N120P96时，在D180条件下，虽然小麦穗粒数最少，但穗数最多，千粒重和产量最高，而继续增施氮磷肥的其他处理，虽然穗粒数均比N120P96D180处理多，但穗数较少，千粒重和产量也较低。对此，有研究也表明，穗粒数的增加弥补不了穗数、千粒重带来的减产效应，最终导致产量的降低[19]。

综上所述，本研究认为，虽然在种植密度为300万株·hm-2、N300P240条件下小麦叶面积指数在拔节期就达到最高值，但由于穗数、千粒重都较N120P96D180处理低，且开花后干物质积累量也较低，最终产量也较低。有研究认为，千粒重的降低是由于氮肥的大量施用缩短了小麦籽粒灌浆期[19]。另有研究认为，在重度缺磷的土壤上，施磷量不得超过180 kg·hm-2，否则小麦叶面积指数、植株茎蘖数、花后干物质积累将呈下降趋势，籽粒产量也会随之降低[20]。而本试验表明，施磷量达到144 kg·hm-2时上述指标均有不同程度的下降，这可能与试验品种、栽培环境有关。

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收稿日期：2015-12-20修回日期：2016-01-08

基金项目：国家现代农业小麦产业技术体系(CARS-3-1-26)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(1610092015001-06)；中国农业科学院科技创新工程项目

通讯作者：石书兵(E-mail:ssb@xjau.edu.cn)；赵广才(E-mail:zhaogc1@163.com)

中图分类号：S512.1；S311

文献标识码：A

文章编号：1009-1041(2016)06-0752-07

Population Characteristics and Yield Response of Early Maturity Winter Wheat to Nitrogen and Phosphorus Fertilization and Planting Density

LIU Xiaocheng1,2,SHI Shubing1,ZHAO Guangcai2,CHANG Xuhong2,WANG Demei2,TAO Zhiqiang1,YANG Yushuang2,WANG Mei1,2,GUO Mingming2，3,QI Zhen2,WANG Yu2

(1.College of Agronomy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830000,China; 2.Institute of Crop Sciences,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Ministry of Agriculture Key Laboratory of Crop Physiology an Ecology,Beijing 100081,China; 3.Institute of Lianyungang Agricultural Science of Xuhuai Area/Lianyungang Academy of Agricultural Sciences,Lianyungang,Jiangsu 222006,China)

Abstract:In order to determine the reasonable application amount of nitrogen and phosphorus and the suitable planting density for early maturity winter wheat Zhongmai 8,a split-plot design field experiment was conducted to study the effects of the population characteristics,yield and its component factors. The main plot was treated with four levels of N and P2O5 application rate: N 120 kg·hm-2and P2O5 96 kg·hm-2(N120P96),N 180 kg·hm-2and P2O5 144 kg·hm-2(N180P144),N 240 kg·hm-2and P2O5 192 kg·hm-2(N240P192),and N 300kg·hm-2and P2O5 240 kg·hm-2(N300P240),and subplot was treated with three planting density: 1.80(D180),2.40(D240) and 3.00(D300) million plants per hectare. The results showed that,with the increase of the fertilizer amount,both the dry matter accumulation after blooming and the yield were reduced; the increase of the planting density could improve the total number of population stems and spike number per unit area,but 1 000-grain weight performed the reverse trend. Within the range between N180P144and N300P240,the dry matter accumulation after blooming was increased with the increase of the planting density. In conclusion,under the experimental condition of the higher soil fertility,Zhongmai 8 will obtain the maximum yield with the conditions of 120 kg·hm-2of nitrogen fertilizer,96 kg·hm-2of phosphorous fertilizer,and 1.80 million plants per hectare of the planting density.

Key words:Winter wheat; Nitrogen and phosphorus; Planting Density; Population Characteristics; Yield

网络出版时间：2016-05-30

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160530.1536.018.html

第一作者E-mail：liuxcrop@foxmail.com