减量施氮对滴灌春小麦群体结构和产量的影响

祁静玉，蒋桂英，李彦旬

(石河子大学农学院，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意义】作物冠层结构的优劣左右着作物产量的高低，作物生育期间水肥的合理利用可优化作物冠层结构，促成作物高产和水肥高效利用的主要途径[1]。我国粮食生产多年来受到种植面积和单位面积生产能力的制约，为了保障粮食总量的供需平衡，需要提高单位面积生产能力，造成化肥用量连年不断的增加[2]。从作物营养学方向来说，肥料用量与产量之间呈二次函数关系，当施肥量达到一定高度时，再增加肥料用量，作物产量不再增加甚至降低，增加了农业成本，且造成环境污染[3-5]。自2008年起，小麦滴灌技术因其具有节肥、增产、省工等优势在新疆麦区得到迅速推广[6]。滴灌可以有效地控制施氮量，为实现合理的肥料供给提供技术上的可行性。【前人研究进展】目前新疆滴灌春小麦氮肥投入量一般在300～315 kg/hm2[7-8]，产量在5 772.45～6 689.72 kg/hm2。段丽娜等[9]研究表明，新疆滴灌小麦施氮量在180～270 kg/hm2时，根系生长和生理特征表现最好，产量在7 591.49～8 004.85 kg/hm2。长江中下游麦区氮肥投入量一般在240～300 kg/hm2，产量在6 635.44～7 403.88 kg/hm2，当施氮量超过300 kg/hm2时，小麦产量不升反降[10-12]。张磊等[13]研究表明，施氮量超过180 kg/hm2的处理之间无显著差异，且氮素利用率降低；黄淮海麦区小麦生育期间施氮量一般为270 kg/hm2左右，产量为8 689 kg/hm2，在此基础上降低25%～30%的施氮量，能够明显改善小麦群体结构，且产量高达9 420 kg/hm2[14]。【本研究切入点】相比黄淮海麦区和长江中下游麦区，新疆小麦在生产中依旧遵循多施多产出的传统观念，氮肥投入量过高、氮肥利用效率低[15-18]。稳定提高小麦产量的同时，合理高效的施用氮肥，已成为新疆小麦稳产高产的关键。研究减氮栽培模式下，滴灌春小麦源库特征及产量形成的动态及规律。【拟解决的关键问题】采用小区控制试验，分析减氮栽培下滴灌春小麦群体源库特征及产量形成动态及规律等，研究稳产高产滴灌春小麦群体结构调控方式，寻找最佳施氮量，为新疆滴灌春小麦氮肥利用率的提高，提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

2017年3～7月，在新疆石河子大学农学院试验站(44″30′N，88″4′E)，进行小区控制试验。供试土壤基本性状为0～40 cm土层含有机质28.4 g/kg，全氮1.3 g/kg，碱解氮71.3 mg/kg，速效磷15.2 mg/kg，速效钾159 mg/kg 。供试品种为新春31号(高秆)和新春6 号(矮秆)。采用两因素随机区组设计，设置全生育期施氮量300(N1)、275(N2)、250(N3)和225 kg/hm2(N4)4个氮肥处理，以不施氮肥(N5)为对照，随机排列。小区面积 12 m2(3 m×4 m)，重复三次，各小区之间埋置100 cm深的防渗膜，防止肥料外移。2017年4月7日，人工条播，播量为345 kg/hm2。全生育期灌水6 000 m3/hm2，分9次灌溉，施肥7次，其中氮肥20%基施，余下80%追肥随水分时期施入。磷肥(P2O5120 kg/hm2)作为基肥一次性施入。水分管理以 Watermark(Irrometer company, Inc)监测值来指示灌溉水量，以近行(距离毛管水平距10 cm)根区30 cm土层含水量 Watermark 读数升到 35 centibar(约75%相对田间持水量)时开始灌溉[19]，其它各项管理与大田生产相同。

1.2 方 法

1.2.1 茎蘖动态测定

每块试验地在拔节期、开花期，取1 m2具有代表性的，进行茎蘖总数的定点调查，并计算出茎蘖成穗率。

1.2.2 叶面积指数测定

各点分别在分蘖期、拔节期、孕穗期、开花期、乳熟期取10株具有代表性的植株连根挖出，带回实验室用LI-3000C叶面积仪测定叶面积，并计算出叶面积指数。

1.2.3 粒叶比测定

成熟期，测定粒数和粒重，计算粒叶比(包括粒数比和粒重比)。

1.2.4 干物质积累及转运特性测定

各点分别在各生育期取植株10株带回实验室将小麦分成叶片、茎、茎鞘、穗4部分，分别装入信封纸袋里，105℃杀青30 min，75℃下烘干至恒重，冷却称重。按以下公式计算：

花前营养器官贮藏干物质的贡献率(%)=(营养器官花前干物质的重量-营养器官成熟期干物质的重量)/成熟期粒重×100%。

花后干物质累积量=植株成熟期干物质重量-植株开花期干物质重量。

花后干物质的贡献率(%)=(植株成熟期干物质重量-植株开花期干物质重量)/产量×100%。

1.2.5 产量及产量构成测定

成熟期取 1 m2人工收割，晒干称重计算出籽粒产量，测定 1 m2的穗数，再取20个单茎，测定穗粒数和千粒重。

1.3 数据处理

采用Excel 2017、Origin Pro 8.5、SPSS 19.0软件对试验数据进行计算、统计分析及绘图。

2 结果与分析

2.1 减量施氮下滴灌春小麦群体数量动态变化

研究表明，不同品种滴灌春小麦群体茎蘖动态，在不同处理下变化趋势基本一致，总茎蘖数和茎蘖成穗率随施氮量的增加均呈先升高后降低的趋向。在拔节期，新春31号总茎蘖数以N2(275 kg/hm2)处理下最高为706.67×104/hm2，与N1之间的差异不显著(P<0.05)；新春6号总茎蘖数以N3(250 kg/hm2)处理下达到最高为720.67×104/hm2，N3与N2之间差异未达显著水平。新春31号以N2处理下茎蘖成穗率最高为79.19%，比其他处理提高2.4%～11.8%，且与N1之间差异不显著；新春6号以N3处理下茎蘖成穗率最高为75.91%，分别比其他处理增长了1.2%～12.5%，且N3与N2之间差异未达显著水平。表1

表1 减量施氮下滴灌春小麦的茎蘖动态和茎蘖成穗率变化
Table 1 The effects of both nitrogen on spring wheat stem tillers dynamics and percentage of productive tiller

品种Variety处理Treatment茎蘖数 Tiller dynamic (104/hm2)拔节期Jointing stage开花期Heading stage茎蘖成穗率Ear bearing tiller Rate (%)新春31号Xinchun 31N1680.00abAB633.33abAB77.87abABN2706.67aA660.00aA79.19aAN3629.33bB582.00bcAB77.37bABN4611.33bB537.33cdBC75.31cCN5525.33cC488.00dC70.82dD新春6号Xinchun 6N1698.00bA647.83aA72.51bABN2716.33aA665.17aA74.98abAN3720.67aA666.17aA75.91aAN4655.33bB543.67bB69.65cBCN5566.67bB533.33bB67.45dD

注：同列数据后不同的小、大写字母分别表示处理间差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)。下同

The different capital and small letters after the figure in a column meandifferences significant between treatments at the 0.01 and 0.05 level.The same as below

2.2 减量施氮下滴灌春小麦叶面积指数(LAI)变化

研究表明，全部生育期内，滴灌春小麦的叶面积指数在孕穗期达到高峰，然后开始下降，随施氮量的提高两品种LAI表现基本一致，都随施氮量的升高呈现出先增加后降低的趋势。孕穗期，新春31号N2(275 kg/hm2)处理下LAI最高为7.7，比其他处理提高了3.96%～45.07%，且与N3相比显著提高(P<0.05)，与N1相比无显著差异；新春6号N3(250 kg/hm2)处理下LAI最高为6.8，比其他处理提高了2.47%～41.33%，且与N1、N2之间无显著差异。图1

图1 减量施氮下滴灌春小麦叶面积指数变化
Fig.1 The effects of both nitrogen treatments on drip irrigation spring wheat LAI

2.3 减量施氮下滴灌春小麦群体粒叶比变化

研究表明，在不同处理下，两品种粒叶比均随着施氮量的不断提高，呈现出先增后降的变化趋势。新春31号在N2(275 kg/hm2)处理下粒数叶比和粒重叶比达到最高分别为4 215.8粒/m2、199 g/m2，粒数叶比比其他处理增加了2.96%～27.46%，且N2处理显著高于N1与N3(P<0.05)；粒重叶比比其他处理增加了4.09%～47.07%，N2处理极显著高于N1；新春6号在N3(250 kg/hm2)处理下粒数叶比和粒重叶比达到最高分别为4 233.2粒/m2、203.9 g/m2，粒数叶比比其他处理增加1.16%～27.77%，且N3处理显著高于N2、N4；粒重叶比比其他处理增加了2.92%～40.59%，且N3与N2之间无显著差异，与N4呈极显著水平。图2

图2 减量施氮下滴灌春小麦粒叶比变化
Fig.2 The effects of both nitrogen treatments on drip irrigation spring wheat Grain-Leaf Ratio

2.4 减量施氮下滴灌春小麦的干物质积累及转运特性变化

研究表明，在不同处理下，两品种干物质转特性的变化表现一致，花后干物质累积量连同对产量的贡献率，随氮肥施用量的增长呈先增加后减少的走势。新春31号N2(275 kg/hm2)和新春6号N3(250 kg/hm2)干物质积累转运特性的变化表现最优，与其他处理之间相比花后干物质累积量及其对产量贡献率显著提高(P<0.05)；花前营养器官贮藏干物质对产量的贡献率，与其他处理相比分别降低了10.48%～16.58%和6.97%～13.7%；花后干物质积累对产量的贡献率，与其他处理相比分别提高了2.63%～23.89%和2.27%～16.18%。表2

表2 减量施氮下滴灌春小麦干物质积累及转运特性变化
Table 2 The effects of both nitrogen treatments on drip irrigation spring wheat capacity content

处理Treatment营养器官花前贮存干物质 Dry matter in vegetative organs before anthesis花后干物质 Dry matter after anthesis转运量Transfer amount(kg/hm2)转运效率Transfer rate(%)贡献率Contribution rate(%)积累量Accumulation amoune(kg/hm2)贡献率Contribution rate(%)新春31号Xinchun 31N11 924.4520.45dCD25.36bA5 601.37bB73.11bABN22 061.1719.08eD22.70cAB6 288.72aA75.04aAN31 948.1721.49cC26.21abA5 306.95cB70.77cBCN41 825.5822.97bB26.81aA4 716.41dC68.20dCN51 658.8433.04aA27.30aA3 994.34eD60.57eD新春6号Xinchun 6N12 053.0124.83cC25.22bAB6 186.00bB73.84cBN22 11222.16dD25.33bAB6 243.39bB74.68bABN32 273.3419.73eE23.46cB7 220.02aA75.52aAN41 999.4827.43bB26.81aA5 074.25cC71.65dCN51 950.0932.47aA27.21aA4 529.43dD65.00eD

2.5 减量施氮下滴灌春小麦产量及产量构成

研究表明，两品种产量及产量构成因素均随施氮量增加，呈先增长后降低的变化趋向。从产量构成因子上看，两品种穗数对减氮栽培的响应表现一致，均以N5处理极显著低于其他处理；两品种千粒重和每穗粒数对氮肥的敏感度表现不一致，新春31号表现为N1、N2、N3之间差异不显著；新春6号则表现为N1、N2、N3、N4之间差异不显著。通过通径分析发现，两品种三个构成因子的综合通径系数均为正值，说明三个产量构成因子对产量的提高均有助长作用，其中新春31号和新春6号分别以千粒重和穗粒数对产量产生的综合作用最大，系数分别为0.755 9和0.525 2。新春31号以N2(275 kg/hm2)处理下产量最高为7 111.1 kg/hm2，比其他处理提高0.7%～30.3%，且N2与N1、N3处理之间差异不显著，但显著高于N4处理(P<0.05)，施氮量(x)与产量(y)呈二次抛物线函数关系(y31= - 0.019 9x2+11.372x-5 454.4，r=0.999 1**)，当施氮量286 kg/hm2时，产量达到7 079.1 kg/hm2；新春6号在N3(250 kg/hm2)处理下产量达到最高为7 522.9 kg/hm2，比其他处理提高2.5%～33.5%，且N3与N2之间差异不显著(P<0.05)，与N4存在极显著差异(P<0.01)，经拟合，施氮量(x)与产量(y)呈二次抛物线函数关系(y6= - 0.024 3x2+12.558x-5 629.6，r=0.929 4**)，当施氮量258 kg/hm2时，产量达到7 252 kg/hm2。表3，表4

表3 减量施氮下滴灌春小麦产量及产量构成
Table 3 Yield and yield components of drip-irrigated spring wheat under both nitrogen

品种Variety处理Treatment千粒重1 000-grainweight/g穗数Spike number(104/hm2)每穗数粒Spike number实际产量Actual output(kg/hm2)理论产量Theoretical yield(kg/hm2)新春31号Xinchun 31N146.80abAB427aA39.19abAB7 055.1abA7 831.6abABN247.23aA432aA40.48aA7 111.1aA8 259.3aAN346.99abAB430aA39.78abAB7 059.1abA8 037.8aAN446.39bB427aA39.07bB6 989.8bAB7 572.4bBN544.47cC362bB37.52cC5 455.1cC6 040cC新春6号Xinchun 6N148.93abAB418aA38.33aA7 079.8bAB7 839.5bBN249.19aA422aA39.15aA7 339.9abAB8 126.8aAN349.00aA424aA39.81aA7 522.9aA8 270.9aAN448.86abAB420aA37.7abAB6 987.4bB7 736.5bBN547.86cC360bB36.22cC5 636.3cC6 240.6cC

表4 滴灌小麦产量及其产量构成因素通径分析
Table 4 Yield and yield components of drip-irrigated spring wheat of path analysis

品种Variety自变量Independt通径系数Path coefficient间接通径系数 Indirect path coefficients通过X1通过X2通过X3总计Total新春31号Xinchun 31穗数X10.554 80.2360.195 50.431 5穗粒数X20.271 50.482 30.177 50.659 8千粒重X30.207 20.523 40.232 50.755 9新春6号Xinchun 6穗数X10.617 40.321 10.030 10.351 2穗粒数X20.390 10.508 20.0170.525 2千粒重X30.139 70.1330.047 50.180 5

3 讨 论

控制滴灌春小麦茎蘖高峰苗数维持合理穗数，可以推动茎蘖成穗率和粒叶比的提高，最终增产[20]。有研究表明，拔节期施氮量超过180 kg/hm2时，各处理间群体茎蘖总数没有显著差别，且在冬前，不施氮肥就可以满足小麦群体茎蘖的需要，拔节期施氮维持在180 kg/hm2，土体中硝态氮的含量就可以满足小麦群体后期的需求[21]。在研究中，新春31号和新春6号分别以N2(275 kg/hm2)和N3(250 kg/hm2)处理下群体茎蘖动态指标最优，两品种茎蘖动态指标表现一致，随着氮肥施用量的不断增进均呈现出先增加后减少的趋向。表明适当减氮能够有效的增加茎蘖数，能维持较高的茎孽成穗率，这与安霞等[22]研究一致。因此，对于不同品种类型，选择适宜当地栽培条件的施氮量，对于新疆滴灌小麦维持较高的群体动态十分重要。

小麦高产的主要标志之一是合适的LAI，其是用于权衡作物源库关系是不是协调的重要指标[23-24]。梁靖越等[25]研究表明，控释尿素使小麦成熟期旗叶长、叶宽及叶面积显著增加。研究表明，新春31号和新春6号分别在N2(275 kg/hm2)和N3(250 kg/hm2)处理下叶面积指数最高。表明适宜的施氮量，对叶面积指数的提高具有促进作用，这与房琴的研究结果一致[26]。粒叶比是能够充分衡量作物群体源库是否协调的指标，当叶面积达到一定限度时，可以通过提高粒叶比，进而提高产量。吴中伟等[27]研究表明，高产小麦的粒叶比在3 500粒/m2、125 g/m2以上。在研究实验条件下，随着施氮量水平的不断提高，粒叶比呈先增加后降低的变化趋势，这与张娜等[14]研究一致。说明虽然增施氮肥相应提高了小麦的单穗粒数和粒重，但对叶面积的增大作用更为明显，因此，导致其粒叶比降低。可见只有合理地调控氮肥才能更好地协调小麦植株的“源-库”关系，达到提高单位面积承载库容量以及库对源物质的调运能力的目的。

推动花后干物质累积对于小麦高产稳产起重要作用，一般认为籽粒产量70%左右来源于花后干物质积累[28]。李友军等[29]研究认为，在拔节期增加施氮量，可以明显增加籽粒干物质积累。在试验中，两品种花后植株干物质累积量，随施氮量的提高，均呈先增加后减少的趋势。新春31号N2(275 kg/hm2)和新春6号N3(250 kg/hm2)花前营养器官贮藏干物质对产量的贡献率最低，分别为22.7%和23.46%，花后植株干物质积累对产量的贡献率在此处理下分别达到最高，为75.04%和75.52%，这与孟维伟等[30]研究一致。可见，适宜的施氮量能够促进小麦花后干物质累积，但各品种的适宜施氮量有所不同。施氮量的大小对于小麦是否高产起着决定作用，适宜的施氮量促进产量增加，但施氮量过低或过高时，产量降低[31-32]。

4 结 论

两品种的滴灌春小麦的产量及产量组成因子，随施氮量的增加均呈先增加后降低的趋势，新春31号与新春6号分别以275 kg/hm2(N2)和250 kg/hm2(N3)增产效果最好，通过对产量及产量构成进行通径分析还发现，新春31号和新春6号分别以千粒重和穗粒数对产量的综合作用最大，系数分别为0.755 9和0.525 2，说明要实现产量的进一步提高，针对不同的品种，应当通过增加不同的产量构成因子；经函数拟合，当两品种施氮量分别达到285和258 kg/hm2时，产量达最高分别为7 079.1和7 252 kg/hm2。适当的减氮能有效提高小麦产量。

新春31号与新春6号分别在275 kg/hm2(N2)和250 kg/hm2(N3)群体质量指标表现最佳，为最优减氮处理。恰当的减量施氮，可以优化群体结构，进而获取高产。

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