施氮量对滴灌冬小麦茎部特征及其抗倒伏性的影响

梁玉超，张永强，石书兵，陈兴武，赛力汗·赛，薛丽华，雷钧杰

(1.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，新疆乌鲁木齐 830091)

施氮量对滴灌冬小麦茎部特征及其抗倒伏性的影响

梁玉超1，张永强2，石书兵1，陈兴武2，赛力汗·赛2，薛丽华2，雷钧杰2

(1.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，新疆乌鲁木齐 830091)

为了研究施氮量对滴灌冬小麦茎部形态特征及其抗倒伏能力的影响，在2014-2015年冬小麦生长季，以新冬18号为试验材料，在大田滴灌条件下研究了300(N1)、360(N2)、420(N3)和480(N4)kg·hm-2四个不同氮肥水平对冬小麦茎部形态特征、力学特征及抗倒伏性能的影响。结果表明，随着施氮量的增加，滴灌冬小麦的株高逐渐增高，重心高度升高，平均节间长度增长，单株鲜重增加，而基部节间直径减小，茎秆基部的机械强度及抗倒伏指数降低；随着生育进程的推进，冬小麦茎秆基部的机械强度及抗倒伏指数均呈降低的趋势。茎秆的机械强度和抗倒伏指数与株高、重心高度、单茎鲜重显著负相关，与基部节间直径呈显著正相关。N2处理小麦倒伏率较低，产量最高，为6 315.76 kg·hm-2，分别较N1、N3、N4处理产量高4.72%、6.69%和13.59%。在本试验条件下，适当控制施氮量可以降低滴灌小麦倒伏率，增加产量。

冬小麦；滴灌；施氮量；茎部特征；抗倒伏性

新疆小麦滴灌技术发展迅速，目前已达到20万公顷。由于没有掌握滴灌小麦生长发育特性、群体调控及氮肥高效利用等关键技术，生产中大多采用常规滴灌，小麦倒伏、早衰或贪青旺长等问题突出，使产量和效益下降，阻碍了滴灌技术的运用。因而，对该技术进行系统研究迫在眉睫，特别是滴灌小麦的合理施氮量。增加施氮量可促进小麦成穗，是提高小麦产量的主要栽培措施，但增加施氮量会导致小麦株高增加，茎秆重心高度增大，节间增长，茎秆变细，抗倒伏指数降低，倒伏风险增大。小麦倒伏主要集中在茎秆基部的位置，小麦倒伏后，群体结构遭到破坏，叶片的空间分布状态被打乱，植株间通风受阻，植株接受光照量减少，使叶片的光合效率锐减，茎折断后破坏茎干的输导系统，进而影响根系向叶片运输水分和养分，最终造成小麦减产[1-3]。而近年来，随着全球气候的变化，在小麦灌浆期至成熟期，新疆降雨次数及降雨量增多，并伴有大风天气，导致小麦倒伏现象严重[4]。利用施氮量调节小麦植株株型结构与产量的矛盾，对实现滴灌小麦高产、优质、高效具有重要意义。

小麦的抗倒伏性能主要由株高、基部节间长度、重心高度、基部茎粗、茎干机械强度决定。陈晓光等[5]、姚瑞亮等[6]研究表明，株高和相对重心高度降低、单株鲜重增加、基部节间增粗有利于提高小麦抗倒伏能力，抗倒伏指数与基部第二节间直径呈显著正相关，与基部第1、2节间长、穗下节间长、株高和重心高度呈显著负相关。卢昆丽等[7]认为，前氮后移可以提高小麦抗倒伏能力。 在造成小麦倒伏的诸多因素中，氮肥是最关键的因素，因此有必要明确滴灌条件下的最佳施氮量。

目前，关于小麦抗倒伏性的研究大多集中在黄淮海地区，而针对滴灌冬小麦抗倒伏性的报道较少。本研究拟在大田滴灌条件下，研究不同施氮量对滴灌冬小麦茎秆形态特征、力学特征、产量构成因素及抗倒伏性的影响，以期为新疆滴灌冬小麦的高产、优质栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2014-2015年在新疆农业科学院玛纳斯试验站(N44°18′，E86°13′)进行。该区属温带大陆性干旱半干旱气候，年均日照时数2 700～2 800 h，年均气温7.2 ℃。年均降雨量173.3 mm，蒸发量2 141 mm，极端最高气温39.6 ℃，极端最低气温-37.4 ℃，全年无霜期165～172 d。试验地土壤类型为灌溉灰漠土，土壤质地为沙壤土，前茬为大豆，播前0～40 cm土层土壤有机质16.8 g·kg-1，碱解氮62.3 mg·kg-1，速效磷14.5mg·kg-1，速效钾164 mg·kg-1。

1.2 试验设计

采用单因素随机区组试验设计，在大田滴灌条件下，设置了4个施氮水平，依次为300 kg·hm-2(N1)，360 kg·hm-2(N2)，420 kg·hm-2(N3)，480 kg·hm-2(N4)，重复3次，各处理施肥方案见表1。小区面积48 m2(6 m×8 m)，小区之间间隔带60 cm。供试品种为新冬18号。于2014年9月25日采用机械播种，行距15 cm，播种量375 kg·hm-2。播前结合翻地，基施磷肥(P2O5)172.5 kg·hm-2，钾肥(K2O)52.5 kg·hm-2。分别于冬小麦开花期、灌浆期结合滴灌增施KH2PO4(98%) 22.5 kg·hm-2。在冬前、起身期、拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期、灌浆前期与中期各滴灌1次，滴灌量分别为900、525、1 050、1 315、525、785、525、525 m3·hm-2，总量6 150 m3·hm-2，用水表计量。

1.3 测定项目与方法

于冬小麦开花期、乳熟期和蜡熟期取长势一致植株 20株，参照李金才等[8]、肖世和等[9]方法测定茎秆抗折力和抗倒伏指数。取基部第2节间，剥除叶鞘，置两端于高50 cm、间隔5 cm 的支撑木架凹槽内，将 YYD-1型茎秆强度测定仪(浙江托普仪器有限公司)置茎秆中部并匀速下压, 茎秆折断时屏幕上显示的峰值即为茎秆机械强度(N)。茎秆重心高度为茎秆基部至该茎(带穗、叶和鞘)平衡支点的距离(cm)。

表1 滴灌小麦的不同氮肥设置Table 1 Nitrogen treatments for winter wheat under drip irrigation kg·hm-2

抗倒伏指数=抗折力/植株重心高度

1.4 数据处理

采用Excel 2010 进行数据整理，运用 DPS 7.05进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对小麦茎秆基部特征及植株鲜重的影响

由表2可知，小麦的株高、重心高度及平均节间长度均表现为N4>N3>N2>N1处理，其中，N4处理的株高较N1、N2、N3处理分别增高了20.26%、16.18%和14.45%，差异达极显著水平；N3与N1处理间株高差异达显著水平(P<0.05)。N4处理小麦的重心高度最高，为55.83 cm，分别较N1、N2、N3处理上升了19.49%、13.08%、6.06%，各处理间差异显著(P<0.05)，且N4处理与N2处理及N1处理间差异达极显著水平。基部节间直径表现为N1>N2>N3>N4，其中，N1、N2、N3处理间差异不显著，但均显著高于N4处理。冬小麦单茎鲜重随着施氮量的增加而增重，N3与N4处理间差异不显著，但二者均显著高于N1和N2处理，且N4与N2、N1处理间、N3与N1处理间、N2与N1处理间差异均达极显著水平。

表2 不同处理小麦茎秆的形态特征及单茎鲜重Table 2 Stem morphology characteristics and fresh weight of wheat under different treatments

同列数据后不同大小写字母分别为处理间差异在0.01和0.05水平显著。下表同。

Values followed by the capital and lower-case letters in same column mean significant difference among treatments at 0.01 and 0.05 levels. The same in table 3 and 5.

2.2 施氮量对小麦茎秆基部力学特征及抗倒伏指数的影响

由表3可知，冬小麦在开花期、乳熟期和蜡熟期，茎秆基部的机械强度及抗倒伏指数均随着施氮量的增加而降低，N3和N4与N1处理间差异显著，N3与N4处理间差异达极显著水平。说明增加施氮量增大了滴灌冬小麦倒伏的风险。冬小麦茎秆基部的机械强度及抗倒伏指数在不同的生育时期均表现为开花期>乳熟期>蜡熟期，说明越到冬小麦的生育后期，其倒伏风险越高。

表3 不同处理小麦茎秆基部的机械强度和抗倒伏指数Table 3 Stem mechanical strength and lodging index of wheat under different treatments

2.3 小麦茎秆形态特征与茎秆机械强度及抗倒伏指数的相关性分析

由表4可知，小麦茎秆的机械强度和抗倒伏指数均与株高、重心高度、单茎鲜重呈显著负相关，与基部节间直径呈显著正相关。株高与基部节间直径呈显著负相关，与重心高度呈显著正相关，与平均节长呈显著正相关，与单茎鲜重相关不显著。由于株高的增高使茎秆重心高度上升，并且导致了茎秆基部节间直径减小、机械强度降低、茎秆抗倒伏指数降低。由此可见，株高的变化会引起小麦茎秆各个形态特征的变化，株高是影响小麦抗倒伏性的关键因素。

表4 小麦茎秆形态特征与茎秆机械强度及抗倒伏指数的相关系数矩阵Table 4 Correlation coefficient matrix of stem morphology characteristics and mechanical strength of wheat under different treatments

*:P<0.05; **:P<0.01.

表5 不同处理滴灌冬小麦的产量及田间倒伏情况Table 5 Yield and lodging occurrence of wheat under different treatments

2.4 施氮量对小麦产量及田间倒伏率的影响

由表5可知，随着施氮量的增加，小麦有效穗数呈先增加后降低趋势，但处理间差异不显著；穗粒数亦呈先增后降的变化趋势，以N2处理最多，为33.93粒，比N1、N3、N4处理分别多0.38%、6.50%和10.52%,且与N3处理差异达到显著水平(P<0.05)，与N4处理差异达极显著水平(P<0.01)。千粒重随着施氮量的增加表现为N2>N3>N1>N4， N2与N4处理间差异显著，但与N1、N3处理间差异不显著，N1、N3处理与N4处理之间差异不显著。产量以N2处理最高，为6 315.76 kg·hm-2，分别较N1、N3、N4处理提高了4.72%、6.69%和13.59%，与后两者差异显著。说明适宜施氮量可以协调滴灌冬小麦产量构成因素的关系，从而提高产量，过量施氮则会导致滴灌冬小麦减产。随着施氮量增加，滴灌小麦倒伏率逐渐增大，最大倒伏率高达84.62%，各处理间差异均达极显著水平。

3 讨 论

茎秆抗倒伏指数是评价小麦抗倒伏能力的一个综合指标，抗倒伏指数越高，小麦的抗倒伏能力越强。研究表明，小麦抗倒伏能力与茎秆的长度、植株重心高度、茎秆基部直径、各节间的长度等高度相关[2]。本研究结果表明，株高与茎秆抗倒伏指数呈显著正相关，这与陈晓光等[5]、姚瑞亮等[6]研究结果一致。说明降低小麦株高是提高其植株抗倒性最有效的措施，这已被王 勇等[10]的矮化育种的实践证实。小麦的茎秆是一个近似中空的细长圆柱体，从材料力学角度上分析，茎秆越粗则抗折能力越好[11-12]。王成雨等[13]、王 勇等[10]研究表明，小麦茎秆基部直径和单位节间干重呈显著负相关，基部节间短而厚的茎秆抗倒伏性能强。本试验结果表明，茎秆基部直径与抗倒伏指数呈显著正相关，这与王 勇等[10]观点相同。

小麦的茎部形态特征不仅受基因控制，而且受栽培技术的影响，其中，施氮量对小麦茎秆形态特征的影响显著。研究表明，降低施氮量可以显著减小冬小麦重心高度、基部节间长度、节间直径以及机械强度[13-14]。陈晓光等[5]研究认为，基部节间长度和含氮量均随施氮水平和基肥比例的增加而增加，基部节间粗度、秆壁厚度、节间充实度、机械强度则表现相反。张明伟等[15]研究表明，随着施氮量以及基施氮肥的比例增加，基部节间与株高的比值显著增加，茎秆抗折力与抗倒伏指数均降低。魏凤珍等[16]研究表明，随施氮量的增加，株高与基部第一、二节间长度有增加的趋势，基部第一、第二节间的直径、秆壁厚度和充实度下降，倒伏风险增加；且倒伏的发生时期不同、倒伏程度不同，对小麦产量的影响也不同。本研究结果表明，随施氮量的增加，滴灌冬小麦植株增高，平均节间增长，重心高度上升，茎秆基部直径减小，茎秆机械强度降低，抗倒伏指数减小，增大了滴灌冬小灌浆期倒伏风险，不利于提高产量，这与前人在常规灌溉条件下的研究结论基本一致。本试验条件下，施氮量为360 kg·hm-2(N2处理)时，滴灌冬小麦籽粒产量最高为6 315.76 kg·hm-2，茎秆高度适宜，重心高度相对较低，抗倒伏指数相对较高。说明适宜的施氮量，不仅可提高滴灌冬小麦的抗倒伏能力，还可以协调冬小麦产量构成因素的关系，从而可以提高产量。

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EffectofNitrogenFertilizerRateonStemMorphologyCharacteristicsandLodgingResistanceinWinterWheatwithDripIrrigation

LIANGYuchao1,ZHANGYongqiang2,SHIShubing1,CHENXingwu2,SAILihan1，XUELihua2,LEIJunjie2

(1.College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University,Urumqi, Xinjiang 830052, China; 2.Research Institute of Grain Crops, Xinjiang Academy of Agricultural Science/Key Laboratory of Desert-Oasis Crop Physiology, Ecology and Cultivation, Ministry of Agriculture, Urumqi, Xinjiang 830091, China)

In order to determine the effects of nitrogen fertilizer rate on stem morphology characteristics and lodging resistance in winter wheat with drip irrigation, the experiment was carried out in 2014-2015 growing season, with cultivar Xindong 18 as material under four N fertilizer levels, i.e. 300 kg·hm-2(N1), 360 kg·hm-2(N2), 420 kg·hm-2(N3) and 480 kg·hm-2(N4). The results showed that with the increase of nitrogen fertilizer rate, the plant height and the height of gravity center were increased, and the internode length became longer, and the fresh weight per stem was gradually increased, while the diameter of basal stem tended to be decreased. With the increase of nitrogen fertilizer rate, the stem strength and lodging index of winter wheat were decreased. Moreover, the basal stem strength and lodging index of winter wheat declined gradually with the growth process.Correlation analysis showed that the stem strength and lodging index have a significantly negative correlation with plant height, the height of gravity centre and the fresh weight per plant, but had a significantly positive correlation with the diameter of basal stem. The nitrogen fertilizer rate of 360 kg·hm-2(N2) gave the low lodging rate and highest yield, which was 4.72%, 6.69% and 13.59% higher than that of N1, N3and N4, respectively. The results showed that the appropriate rate of nitrogen application can reduce the lodging rate and increase grain yield of winter wheat with drip irrigation under the conditions of this experiment.

Winter wheat; Drip irrigation; Nitrogen fertilizer rate; Stem morphology characteristics; Lodging resistance

时间：2017-11-14

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20171114.1027.020.html

2016-12-12

2017-01-09

新疆自治区公益性科研院所基本科研业务经费资助项目(KY2015002)；新疆农业大学研究生科研创新项目(XJAUGRI2016014)；新疆自治区重点研发计划项目(2016B01002-3)；国家小麦产业技术体系专项(CARS-3-65)

E-mail：1103747100@qq.com

雷钧杰(E-mail：leijunjie@sohu.com); 陈兴武(E-mail:cxw0723@sina.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)11-1467-06