氮肥减施对宽幅播种冬小麦产量形成和氮肥利用效率的影响

徐晓峰 焦念元

(1河南科技大学农学院/牡丹学院，河南 洛阳 471023；2洛阳市植物营养与环境生态重点实验室，河南 洛阳 471023)

我国的氮肥消费量占全球氮肥消费量的四分之一[1]，普遍存在过量施肥现象。减量施肥是为了应对种植业化肥过量施用，肥料利用率低等问题而发展的一种新型施肥技术，目标是减少化肥施用，同时保持作物产量[2-4]。研究表明，提高亩穗数[5-6]、改善干物质积累效率[7]是实现冬小麦高产稳产的主要技术途径。亩穗数与分蘖数密切相关，施氮能提高分蘖数[8]，从而增加亩穗数，并提高干物质积累效率[9-10]。因此增施氮肥已成为实现高产稳产的基本措施[1]，在氮肥减施的情况下如何有效保证足够的亩穗数，提高干物质积累效率，是目前亟待解决的关键问题。

宽幅播种技术是相对于常规条播的一项农技农艺高度结合的新型播种技术，具有行距大、播幅宽的特点[11]。与常规条播相比，宽幅播种具有显著的增蘖增穗的作用[12]。宽幅播种通过增大行距，提高透光率，改善下层叶片和茎秆的光合效率[13]；并可通过延缓衰老进程，延长灌浆时间[14]，提高干物质积累量。此外，宽幅播种还具有群体质量高[15]、氮肥利用效率优的特点[11]。采用宽幅播种对各小麦具有增穗增效的作用，因此在氮肥减施过程中采用宽幅播种可能更有利于实现稳产的目标。

河南省豫北地区是我国冬小麦主产区之一，产量水平高，农民习惯施肥量大[16]。针对该地区的冬小麦氮肥减施技术已有不少报道[7，14]。王小明等[17]研究表明施氮180～240 kg·hm-2能够满足该地区的冬小麦对氮素的需求。但氮肥减施对宽幅播种冬小麦产量形成和氮肥利用效率影响的报道较少[15]，尤其是在晚播条件下，其产量形成规律和氮肥利用效率特点尚不明确。为此，本研究采用大田试验，探究了氮肥减施和宽幅播种对冬小麦群体动态、氮肥利用效率、产量及产量形成的影响，旨在为建立冬小麦氮肥减施、稳产增产技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验于2018年11月至2019年6月在河南省济源市梨林镇小南程村(35.090°N，112.739°E)进行。该试验地属太行山山前平原，土壤类型为潮土，属于暖温带季风气候，年均降雨量609 mm，近60年日均温及月均降雨量分布见图1。前茬为大豆，耕层土壤硝态氮30.70 mg·kg-1、交换性钾183.7 mg·kg-1、有效磷74.5 mg·kg-1。供试品种为新麦26 号，是当地优质麦基地建设的选用品种。

1.2 试验设计

试验共设3 个处理:1)氮肥减施处理(减肥处理，N225):采用宽窄行设计，其中宽行行间距26 cm，窄行行间距10 cm(均不含小麦播幅)，小麦播幅为8 cm；各小区施纯氮225 kg·hm-2，按基追比1∶1两次施入。2)农民习惯施肥处理(习惯施肥处理，N300):采用宽窄行设计；各小区均施用纯氮300 kg·hm-2，按基追比6∶4两次施入。3)无肥处理(N0)，不施用氮肥，采用宽窄行设计。氮肥减施量根据文献[17]和前期试验结果确定。减肥处理、习惯施肥处理及对照各小区磷、钾肥分别为184、51 kg·hm-2，磷、钾肥基肥一次施入。基肥在深翻前撒施；追肥于拔节期用种肥同播机深施，追肥后灌水。在冬小麦生长期间，于12月中旬灌冬水225 m3·hm-2；于拔节期灌水225 m3·hm-2；于孕穗期灌水150 m3·hm-2；其他管理均按照常规高产田管理规范进行。各处理播种量均为225 kg·hm-2。各处理均重复3 次。于2018年11月4日播种，2019年5月30日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 基本苗、群体动态、亩穗数、成穗率及生物量 采用1 m 双行的调查方法，选取有代表性的相邻两行小麦，量取1 m，并分别在两端设置标志，分别于三叶期、冬前(12月15日)、返青期、拔节期、扬花期调查小麦茎蘖数，并于成熟期调查穗数，估算成穗率。分别于拔节期、扬花期、成熟期选取有代表性的1 m 双行植株，测定生物量。按照公式计算成穗率:

1.3.2 产量、产量构成要素及收获指数 于成熟期在各小区选取代表性的1 米8 行小麦，风干后测产。分别测定茎叶、穗轴颖壳和籽粒质量，以及千粒重，并根据式(2)计算收获指数，其中籽粒产量根据实测含水率转换为14%含水率后作为产量测定值。测产的同时，在田间取连续20 穗调查穗粒数。

1.3.3 花前干物质输出量、花后干物质积累量及对籽粒的贡献 于扬花期在田间标记长势均匀的40 个单茎。扬花初期取其中20 个单茎，分为茎叶和穗两部分，于75℃烘干至恒重后测定干重，为花前茎叶和穗的单茎干物质量；收获期取另20 个单茎，分为茎叶、籽粒、穗轴＋颖壳三部分，于75℃烘干至恒重后测定干重，为花后三部分的单茎干物质量。按照公式计算相关指标:

1.3.4 氮素积累量 于收获期结合脱粒，随机选取一部分秸秆和籽粒，分别烘干后粉碎，制成待测样。采用硫酸-双氧水消化法，凯氏定氮法测定氮含量，并计算秸秆和籽粒部分氮素积累量[18]。然后根据公式计算地上部氮吸收量和氮收获指数:

1.3.5 氮肥利用效率的计算 分别计算氮肥农学效率(nitrogen agronomic efficiency，NAE)、氮肥利用效率(nitrogen recovery rate，NRE)及氮肥偏生产力(nitrogen partial factor productivity，PFP):

1.4 数据处理

各指标分别进行单因素方差分析，并采用LSD 多重比较法在5%水平上检验各处理间均值的差异显著性。统计分析采用R 软件及其辅助包实现。

2 结果与分析

2.1 氮肥减施对宽幅播种冬小麦产量及其构成的影响

由表1可知，与习惯施肥处理相比，无肥处理产量降低36.83%，而减肥处理增产6.01%。此外，对照的成穗率和千粒重分别比习惯施肥处理显著提高6.60 个百分点和10.59%，但亩穗数和穗粒数却显著降低了19.67%和21.44%；减肥处理的成穗率和千粒重分别提高18.10 个百分点和1.30%，亩穗数也提高3.39%，仅穗粒数显著降低了4.68%。表明减肥处理可通过提高成穗率，克服穗粒数下降的影响，实现增产。

表1 氮肥减施对宽幅播种冬小麦产量及其构成的影响Table 1 Effects of reduced application of nitrogen fertilizer on grain yields and yield component of winter wheat with wide-range sowing

2.2 氮肥减施对宽幅播种冬小麦群体茎蘖动态的影响

由图2可知，与习惯施肥处理相比，无肥处理在冬前、返青期、拔节期、扬花期各阶段的茎蘖数分别显著降低24.01%、35.68%、30.27%、38.50%；减肥处理各生长阶段茎蘖数分别显著降低27.97%、29.36%、26.84%、24.60%。表明在宽幅播种条件下，氮肥减施并无增蘖作用。

2.3 氮肥减施对宽幅播种冬小麦生物量积累、产量形成和收获指数的影响

由表2可知，与习惯施肥处理相比，无肥处理在拔节期、扬花期、收获期的生物量分别显著降低24.16%、41.53%、40.00%，减肥处理在拔节期和扬花期生物量分别显著降低11.41%、31.08%，但收获期生物量仅降低0.19%，未达到显著水平。此外，减肥处理的收获指数也较习惯施肥处理显著提高2.97%。综上表明，氮肥减施结合宽幅播种可降低冬小麦群体花前生物量，促进群体花后生物量的积累，并提高收获指数。

表2 氮肥减施对宽幅播种冬小麦各生长阶段生物量积累及收获指数的影响Table 2 Effects of reduced application of nitrogen fertilizer on the biomass accumulation and harvest index of winter wheat with wide-range sowing

2.4 氮肥减施对宽幅播种冬小麦花前干物质转移、花后干物质积累的影响

由表3可知，与习惯施肥处理相比，无肥处理由于群体密度小，扬花期的单茎生物量反而显著提高8.93%，而减肥处理仅提高1.19%。到收获期，与习惯施肥处理相比，无肥处理的单茎生物量显著提高8.05%，花后干物质积累量提高5.34%；同期，减肥处理单茎生物量则比习惯施肥处理显著提高18.50%，花后干物质积累量显著提高39.70%。表明减肥处理对单茎花后干物质积累具有非常明显的促进作用。

与习惯施肥处理比，无肥处理花后干物质对籽粒贡献率提高1.26 个百分点，而减肥处理提高14.51 个百分点。同时，无肥处理的单茎花前干物质积输出量、花前干物质输出率以及花前干物质输出对籽粒的贡献率分别比习惯施肥处理提高16.00%、0.92 个百分点、1.44 个百分点，而减肥处理的这三项指标均显著低于习惯施肥处理。表明氮肥减施比习惯施肥能更有效实现花后干物质积累向籽粒的转移。

表3 氮肥减施对宽幅播种冬小麦花后干物质积累及花前干物质输出的影响Table 3 Effects of reduced application of nitrogen fertilizer on photo-assimilate translocation amount from vegetative organs to grain and its accumulation amount after anthesis of winter wheat with wide-range sowing

2.5 氮肥减施对宽幅播种冬小麦氮肥利用效率的影响

由表4可知，减肥处理的籽粒和秸秆氮浓度、地上部氮吸收量均显著高于无肥处理，氮收获指数则无显著差异。而减肥处理的籽粒和秸秆氮浓度虽低于习惯施肥处理，但两处理间地上部氮吸收量无显著差异，且减肥处理的氮收获指数显著高于习惯施肥处理。

氮肥减施减少了氮肥的投入量，但并未显著减少地上部的氮吸收量和产量，因此有效提高了氮肥利用效率。与习惯施肥处理相比，减肥处理的氮肥农学效率提高12.94%，氮肥偏生产力提高41.09%，氮肥利用率提高11.90 个百分点，且三项指标均达到显著差异水平。表明氮肥减施可通过有效提高秸秆氮向籽粒的转移效率，改善氮收获指数，实现增产稳产条件下氮肥利用效率的提高。

表4 氮肥减施对宽幅播种冬小麦氮肥吸收与利用效率的影响Table 4 Effects of reduced application of nitrogen fertilizer on nitrogen uptake and utilization efficiency of winter wheat with wide-range sowing

3 讨论

氮肥减施通过降低群体密度，提高成穗率，保障了足够的亩穗数；并通过促进花后干物质积累以及向籽粒转移，实现了氮肥利用效率和产量的提高，说明短期内宽幅播种配合氮肥减施在冬小麦生产中是可行的。

增蘖增穗是宽幅播种的突出优势[19，12]。但本研究发现采用氮肥减施时，宽幅播种不增蘖也能实现增穗。可能有两方面原因，一方面宽幅播种有较高的出苗率。王晓红[20]在总结宽幅播种的推广经验时认为，宽幅播种具有前期苗齐、苗匀的特点，王立梅[21]也报道宽幅播种能提高3.2%的出苗率。更高的基本苗贡献了更多的主茎穗[22]，减轻了亩穗数对分蘖成穗的依赖。另一方面可能与成穗率的提高有关。春生分蘖，尤其是返青后的分蘖，生长期短，干物质积累少，难以形成有效穗[23-25]。通过氮肥减施降低返青期后的分蘖数[26]，既能改善群体内环境，也有利于减少水与养分资源的消耗，提高成穗率，改善后期生长条件[17]。

冬小麦产量的形成依赖于花后干物质的高效积累和花前干物质顺利转移[17]。王小明等[17]报道冬小麦的花后干物质积累量并未随施氮量的增加而增加，施氮量为180～240 kg·hm-2时最高。王林林等[27]也发现，与施氮量300 kg·hm-2相比，施氮量为195 kg·hm-2的花后干物质积累量更高。本研究也证实氮肥减施处理的花后干物质积累量高于习惯施肥处理。宽幅播种行距大，能改善冠层微环境[13]，减少冠层光截获量，增加漏光率，改善冠层光合效率[28-29]，有利于提高干物质积累效率。另外，灌浆持续时间是影响干物质积累的主要因素[30]，宽幅播种能延缓冬小麦的衰老过程[14]，延长灌浆时间[31]。本研究中，宽幅播种配合氮肥减施处理的花后干物质贡献率偏高，而花前干物质输出的贡献率则偏低。这与王玉杰等[32]、郝启飞等[33]报道结果不一致，但与王小明等[17]的结果比较接近。其是否与习惯施肥和减肥处理的熟期不一致有关，值得进一步研究。

研究表明，氮肥减施能有效提高氮肥利用效率[34-35]。本研究也证实了该结论。本研究中减肥处理与习惯施肥处理的地上部氮吸收量无显著差异[11]。可能与2 种处理在收获期的生物量无明显差异有关。冬小麦地上部对氮肥的吸收与地上部生物量密切关系[36-37]，2 种施肥处理在收获期地上部生物量相近，可能是收获期地上部氮吸收量相近的原因。

4 结论

晚播条件下宽幅播种配合氮肥减施能提高冬小麦籽粒产量。氮肥减施处理冬小麦主要通过降低最大分蘖数，提高成穗率，保障亩穗数，促进花后干物质积累和向籽粒分配，实现氮肥利用效率和产量的提高。本研究结果表明，短期内宽幅播种配合氮肥减施在冬小麦生产上是可行的，但持续氮肥减施对宽幅播种冬小麦产量形成的影响和配合措施还需进一步研究。