苗期调控对晚播小麦产量及氮素利用的影响

刘阿康 王德梅 王艳杰 杨玉双 马瑞琦 高甜甜 王玉娇 阚茗溪 赵广才 常旭虹

（中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态重点实验室，100081，北京）

作为重要的粮食作物，小麦高产稳产一直是其生产中的重要目标。受不同地区生态环境、地力、播期和栽培方式等因素的影响，小麦产量及其构成因素往往存在差异。其中播期是影响小麦产量的主要因素之一，在我国不同小麦生产区，因生态环境、气象因素、土壤条件和品种特性的差异，播期往往不同。但同一生态区的小麦生产，一般有相近的适宜播期范围，根据气象条件和土壤墒情等因素选择适宜的播种时期是实现小麦高产稳产的重要条件[1-2]。但实际生产中，常因天气、土壤和茬口等原因不能保证小麦适期播种，往往导致播期推迟，致使晚播小麦冬前积温和日照不足，生长缓慢，干物质积累少，分蘖减少或无分蘖发生，难以形成冬前壮苗，最终影响产量[3]。生产中常常通过增加播种量，以弥补晚播分蘖减少造成的产量损失。适宜的种植密度有利于构建合理的群体结构，增大叶面积指数，提高群体的光能截获率和利用率[4]，但密度过大易造成群体结构不合理，植株间水肥竞争大，个体发育不健壮，后期倒伏[5]。此外，对晚播小麦采用全膜覆盖技术[6]和冬前补施氮肥[7]均可一定程度上为晚播小麦提供生长所需要的温度和氮素营养，促进冬前分蘖，加快生长，有利于形成冬前壮苗，弥补晚播小麦因播期推迟造成生育进程的延后，进而提高产量。也有研究[8]发现，播种期对小麦穗数、穗粒数和千粒重的影响均不显著，但对产量影响显著。

以上研究多限于同一播期下或一种栽培调控措施对晚播小麦生长和产量的影响，而对于多个播期且不增加播种量的前提下，比较不同调控措施对晚播小麦产量的影响研究报道较少。因此，本研究针对生产中实际存在的播期推迟问题，以分蘖力不同的小麦为研究对象，在不增加播种量的前提下，通过设置不同播期的晚播条件，研究苗期覆膜和补施氮肥调控措施对晚播条件下不同分蘖力小麦生长的调控效应，探讨覆膜和补施氮肥的调控差异及原因，为实现小麦稳产高产提供理论参考和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019-2020年在中国农业科学院作物科学研究所北京试验基地（39.97°N，116.33°E）进行，该地属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，年平均气温12.5℃，无霜期211d，年降雨量628.9mm，集中于6-8月，土壤质地为壤土，月平均气温及土壤养分条件分别见图1和表1。

图1 2019-2020年田间月平均温度Fig.1 Mean monthly temperature in the field in 2019-2020

表1 不同土层基础养分条件Table 1 Nutrient conditions of different soil layers

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，供试材料选用分蘖力不同的2个小麦品种：中麦8号（多穗型，分蘖力较强）和航麦501（大穗型，分蘖力较弱）。设3个播期：以10月5日适期播种（S0）为对照，10月15日为适当晚播（S1），10月25日为过晚播（S2），调控措施为覆膜（F）和补施氮肥（N），具体处理为：于连续3d日平均温度低于0℃时开始覆膜；于11月中旬小麦缓慢生长时补施氮肥（尿素），用量为纯氮45kg/hm2。

小区面积6m2（5m×1.2m），3次重复。试验田统一施纯氮240kg/hm2，P2O5172.5kg/hm2，磷肥一次性基施，氮肥底追各半，于拔节期随水追施，根据土壤测定结果，该试验田钾元素丰富，因此不施钾肥。基本苗为270万株/hm2，其他管理措施同一般高产田。试验处理见表2。

表2 试验详细处理Table 2 Detailed treatments of experiment

1.3 测定项目与方法

采用温湿度记录仪记录自然条件和覆膜条件下的温度。分别在冬前分蘖期、越冬前、返青期、拔节期、抽穗期和收获期调查标记样点内分蘖数量，观察分蘖发生动态。于成熟期随机选取5株小麦，测定干物重，并将植株茎秆和籽粒分开，样品在420℃下经硫酸消煮后，采用海能k9860全自动凯氏定氮仪分别测定全氮含量。收获前从标记的样点中选取10株，收获期将植株连根一起收获，进行室内考种，测定株高、穗长、穗粒数、总小穗数、不孕小穗数和千粒重。全小区收获测产。

氮素吸收利用相关指标计算公式如下：

植株氮素积累量（PNA，kg/hm2）=成熟期植株干重×植株含氮量；氮素籽粒生产效率（NGPE，kg/kg）=籽粒产量/植株氮素积累量；氮肥偏生产力（PFP，kg/kg）=籽粒产量/施氮量；氮素收获指数（NHI）=籽粒氮素积累量/植株氮素积累量。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2016整理作图，采用SPSS 25.0进行数据处理与分析，采用Duncan多重比较法进行方差显著性分析。

2 结果与分析

2.1 播期和覆膜对积温的影响

由图2可知，随着播期推迟，小麦苗期≥0℃积温逐渐减少，其中适期播种为688.0℃，适当晚播为547.5℃，过晚播为417.5℃，分别较适期播种减少140.5℃和270.5℃。而覆膜可提高苗期≥0℃积温，与同期不覆膜相比，适当晚播积温增加107.1℃，过晚播增加107.6℃，缩小了与适期播种处理间的积温差距，有利于促进小麦生长。

图2 不同处理小麦苗期（播种—覆膜结束期间）≥0℃积温Fig.2 The accumulated temperature more than 0℃of different treatments at seedling stage(from sowing to the end of mulching)

2.2 苗期调控措施对晚播小麦产量及农艺性状的影响

2.2.1 苗期调控措施对晚播小麦产量及构成因素的影响 由表3可得出，播期对小麦产量影响较大，播期越晚，产量越低。苗期调控措施在一定程度上可以缓解晚播对产量的不利影响。不同分蘖能力的品种对播期及调控措施的响应不完全一致。对于中麦8号，适当晚播对产量影响较小，与适期播种的产量差异不显著；两种调控措施可以提高适当晚播条件下的小麦产量，但差异未达到显著水平。与适期播种相比，过晚播条件下，中麦8号产量显著降低，覆膜和补施氮肥可缓解晚播影响，产量水平虽与适期播种间仍差异显著，但较该播期条件下无调控措施的处理显著提高。在适当晚播条件下，分蘖力较弱的大穗型品种航麦501产量变化及对调控措施的响应与中麦8号相近，但在过晚播条件下，覆膜可提高其产量，显著高于该播期无调控措施的处理，接近适期播种条件下的产量；而补施氮肥对该播期下航麦501的产量影响不显著。

表3 晚播条件下小麦产量及其构成因素对调控措施的响应Table 3 The response of wheat yield and components to regulation measures under late sowing

不同品种产量构成因素对苗期调控措施的响应存在差异。对于中麦8号，随着播期推迟，千粒重逐渐降低。晚播条件下，补施氮肥对中麦8号千粒重无显著影响，覆膜可显著提高过晚播条件下的千粒重；适当晚播对中麦8号穗粒数影响较小，过晚播无调控措施处理的穗粒数显著低于适期播种。适当晚播条件下，覆膜和补施氮肥可一定程度上增加穗粒数，但与无调控措施处理间差异不显著。过晚播条件下，覆膜可显著增加穗粒数。穗数受播期和调控措施的影响较小。对于大穗型品种航麦501，播期的推迟对千粒重无显著影响。适当晚播条件下，覆膜不利于千粒重的提高，与同期无调控措施处理间差异显著；过晚播条件下，覆膜和补施氮肥对千粒重无显著影响。晚播条件下，覆膜可显著提高航麦501的穗粒数，补施氮肥则在过晚播条件下可显著提高航麦501的穗粒数。播期推迟对航麦501的穗数无显著影响。

2.2.2 苗期调控措施对晚播小麦农艺性状的影响 由表4可知，随播期推迟，中麦8号株高和穗长均显著降低。覆膜有利于增加株高，其效果优于补施氮肥，其中过晚播条件下，与无调控措施处理相比，覆膜可显著提高中麦8号的株高和穗长；适当晚播条件下，覆膜可显著增加总小穗数，较无调控处理提高13.35%，而补施氮肥效果不显著；过晚播条件下，覆膜和补施氮肥均可以显著提高总小穗数，增幅分别为23.40%和7.46%。对于大穗型品种航麦501，随播期的推迟，株高、穗长和总小穗数逐渐降低。适当晚播条件下，覆膜可显著增加穗长和总小穗数。过晚播条件下，覆膜和补施氮肥均可显著提高株高、穗长及总小穗数。2个品种的不孕小穗数在适当晚播条件下，覆膜和补施氮肥处理间差异显著，且覆膜和补施氮肥对2个品种不孕小穗数的调控效果相反，其他各处理间均无显著差异。

表4 不同播期条件下小麦农艺性状对调控措施的响应Table 4 The response of wheat agronomic traits to regulation measures under different sowing dates

结果表明，播期对小麦株高、穗长和总小穗数影响较大，适宜的调控措施可以弥补晚播造成的不利影响。但不同分蘖力的品种对播期和调控措施的响应略有差异，总体而言，播期越晚受影响越大，调控措施的补偿效应越明显。

2.3 苗期调控措施对晚播小麦群体动态及成穗率的影响

由图3可知，2个品种茎蘖动态变化趋势对苗期调控措施的响应基本一致，均呈现出先升后降的变化规律，但不同处理总茎数达到最大值时期不完全相同。其中适期播种及适当晚播各处理的田间茎蘖总数均在返青期达到最大值，然后逐渐下降；而过晚播条件下，各处理田间茎蘖总数达到最大值的时期明显推后。到拔节期，相同调控措施下，播期越晚，群体越小。

图3 不同处理条件下各生育时期茎蘖数Fig.3 Tiller number of different treatments at different growth stages

晚播不利于冬前茎蘖生长，群体显著降低，但覆膜和补施氮肥均有利于提高群体数量，其中覆膜效果优于补施氮肥。返青后，覆膜处理的茎蘖数量较相同条件下其他处理有所降低，补施氮肥处理的茎蘖总数迅速增加。到小麦拔节时，适期播种和适当晚播各处理的茎蘖数开始下降，而过晚播各处理的茎蘖值达到最高值，且无调控措施的处理均高于各苗期调控处理的茎蘖数，其中补施氮肥的处理茎蘖数高于覆膜处理，适当晚播的高于过晚播。

2个品种各处理的田间茎蘖数变化趋势基本一致，但成熟期大穗型品种航麦501田间成穗数总体上少于中麦8号，但相同种植密度条件下，适当补施氮肥可以提高分蘖能力较弱品种的成穗数（图 4）。

图4 不同处理对成穗率的影响Fig.4 Effects of different treatments on spike rate

由图4可知，苗期不同调控措施对小麦成穗率的影响不同，多穗型品种中麦8号成穗率整体高于大穗型品种航麦501。晚播条件下，覆膜可显著提高小麦成穗率。过晚播条件下，覆膜和补施氮肥可同时提高中麦8号和航麦501成穗率，其中覆膜调控效果优于补施氮肥，覆膜处理下，2个品种的成穗率均最大，分别为62.04%和48.81%，显著高于同播期无调控措施的处理。

2.4 苗期调控措施对晚播小麦氮素吸收利用的影响

由表5可知，随着播期推迟，中麦8号植株氮素积累量呈下降趋势，适期播种显著高于晚播处理；适当晚播条件下，覆膜和补施氮肥不利于植株氮素积累量的提高；过晚播条件下，覆膜和补施氮肥可显著提高植株氮素积累量，促进植株对氮素的吸收。晚播条件下，各处理氮素籽粒生产效率均显著高于适期播种。适当晚播条件下，覆膜和补施氮肥可显著提高氮素籽粒生产效率；过晚播条件下，调控措施对氮素籽粒生产效率的影响不显著。随着播期推迟，氮肥偏生产力逐渐降低，过晚播与适期播种间差异显著。覆膜对适当晚播的氮肥偏生产力无显著影响，补施氮肥则显著降低适当晚播的氮肥偏生产力；过晚播条件下，覆膜可显著提高氮肥偏生产力，但补施氮肥则无显著影响。氮素收获指数随播期推迟呈上升趋势，处理间差异显著。适当晚播条件下，覆膜和补施氮肥均可显著提高氮素收获指数；过晚播条件下调控措施对氮素收获指数无显著影响。

表5 不同调控措施下小麦氮素的吸收和利用Table 5 Nitrogen absorption and utilization of wheat under different regulation measures

对于航麦501，随着播期推迟，植株氮素积累量显著降低。适当晚播条件下，覆膜和补施氮肥可显著提高植株氮素积累量，其中覆膜效果显著优于补施氮肥；过晚播条件下，覆膜和补施氮肥可显著提高植株氮素积累量，2种调控措施间无显著差异；晚播条件下，无调控措施处理的氮素籽粒生产效率显著高于适期播种，覆膜和补施氮肥不利于氮素籽粒生产效率的提高。随着播期推迟，氮肥偏生产力逐渐降低，过晚播与适期播种间差异显著。适当晚播条件下，覆膜对氮肥偏生产力无显著影响，补施氮肥则显著降低晚播小麦的氮肥偏生产力。氮素收获指数随播期的推迟逐渐升高。覆膜和补施氮肥显著降低适当晚播的氮素收获指数，过晚播时，覆膜对氮素收获指数无显著影响，补施氮肥则显著降低氮素收获指数。

3 讨论

3.1 播期和覆膜对积温的影响

小麦的生长受气候变化的影响较大[9]。其中，积温是影响小麦生长的重要气象因素之一。冬小麦播种后，需要满足一定的积温方可顺利出苗[10]。在我国北部冬麦区，冬前积温达到600℃左右时，有利于形成冬前壮苗。本研究结果表明，随着播期推迟，冬小麦≥0℃积温呈下降趋势，不能满足冬前壮苗所需积温。但晚播条件下，覆膜可适当增加积温，一定程度上弥补晚播造成的积温不足，促进小麦生长。

3.2 苗期调控措施对晚播小麦生长和产量的影响

覆膜和补施氮肥是小麦生产中重要的栽培调控措施。对晚播小麦而言，由于播期的推迟，冬前积温不足，植株生长发育缓慢，导致冬前苗情较弱，不利于安全越冬。已有研究表明，覆膜栽培可有效减少土壤水分蒸发，增加贮水量，降低水分亏缺程度，提高小麦产量[11-12]，与不覆膜相比，覆膜栽培可显著提高旱地小麦穗数，增加籽粒产量，对穗粒数和千粒重无显著影响[13]。苗期补施氮肥可促进植株总鲜重和地上部鲜重的积累，有利于增加分蘖数和提高叶绿素含量，从而有利于促进光合产物的形成，增加植株冬前干物质积累量[14]。黄寅玲等[15]研究认为，与常规施肥相比，减施氮肥不利于冬小麦次生根的生长，单株分蘖减少，株高和穗长等农艺性状降低，最终导致产量降低。本研究结果表明，晚播条件下，覆膜有利于增加小麦株高、穗长和总小穗数。适当晚播条件下，覆膜有利于提高多穗型品种中麦8号千粒重，而不利于大穗型品种航麦501千粒重的提高。过晚播条件下，覆膜可显著增加中麦8号和航麦501穗粒数，补施氮肥显著提高大穗型品种航麦501的穗粒数、穗数、株高、穗长和总小穗数。晚播条件下，覆膜和补施氮肥均可提高冬小麦产量，且可使适当晚播的产量与适期播种条件下无显著差异。分析其原因，主要是覆膜可提高温度，增加冬前积温，保持土壤水分，越冬时间相对缩短，延长了小麦穗分化期和营养生长期，促进小麦各营养器官的生长和发育；补施氮肥也可以在一定程度上加快生长，越冬前随着温度降低，植株对氮素的吸收逐渐减弱，但在春季温度升高时效果显著，促进返青期分蘖的发生，为春季返青和拔节提供氮素营养，进一步促进小麦营养生长向生殖生长的过渡。

3.3 苗期调控措施对晚播小麦群体动态及成穗率的影响

合理的群体结构是获得小麦高产的基础，适宜的群体质量，可促进穗数、穗粒数和千粒重的协调发展。有研究[16]表明，在适期播种条件下，氮肥施用过多，将导致小麦苗期旺长，冬前群体过大，后期养分供应不足，最终导致产量降低。适宜的施氮量，有利于小麦生育后期群体总茎蘖数和茎蘖成穗率的提高[17]。随着施氮量的增加，小麦单位面积成穗数呈先增加后减少的变化趋势[18]。另有研究[19]表明，在基本苗相同的条件下，覆膜后小麦群体结构趋于合理，质量提高，覆膜后主茎分蘖比露地提前，一定程度上提高了冬前蘖的竞争能力，冬前群体总茎数高于未覆膜处理。本研究表明，2个不同分蘖能力的小麦品种各生育期茎蘖动态变化基本一致，均呈先升后降的变化趋势。随播期的推迟，最高群体茎蘖数出现时期后移。适当晚播条件下，各处理均在返青期达到最大值；过晚播条件下，则推迟到拔节期。在冬前分蘖期，覆膜可显著提高茎蘖群体和晚播条件下的分蘖成穗率，这与张睿等[19]研究结果一致。春季返青期，随着气温升高，过晚播条件下补施氮肥处理的群体茎蘖数增长速率较快，逐渐赶上甚至超过覆膜处理。覆膜和补施氮肥均有利于过晚播条件下小麦成穗率的提高，其原因是进入春季后，日平均气温逐渐升高，此期覆膜处理的薄膜已经撤掉，各处理间温度与田间周边环境温度一致，覆膜处理不再有温度优势，成熟期各处理茎蘖总数趋于一致，表明覆膜有利于冬前分蘖发生，但最大分蘖数较低，因此分蘖成穗率较高。随着春季气温逐渐升高，植株氮肥吸收速率加快，过晚播条件下补施氮肥有利于春季分蘖的发生，直到拔节期达到分蘖高峰。

3.4 苗期调控措施对晚播小麦氮素吸收利用的影响

冬小麦对氮素的吸收和利用是其产量形成的生理基础。有研究表明，覆膜栽培有利于植株对土壤水分的利用，改善地表温度、活化土壤养分以及促进作物地上部氮素积累和转移，进而提高产量和氮肥利用率[20]。覆膜提高冬小麦地上部植株氮素积累量，但降低氮素生产效率[21-22]。但也有研究[23]指出，地膜覆盖提高了冬小麦产量和氮生理效率，却降低了地上部氮素积累量和籽粒氮含量。在小麦生育时期适当补施氮肥是提高氮素利用率的有效途径。但随施氮量的增加，小麦氮素表观利用率、氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力均降低[24]。本研究结果表明，不同类型的品种，晚播条件下，对调控措施的响应不尽相同。随着播期推迟，植株氮素积累量呈下降趋势；适当晚播条件下，覆膜和补施氮肥可显著提高多穗型品种中麦8号氮素籽粒生产效率和氮素收获指数，有利于植株氮素向籽粒中转移。而对于大穗型品种航麦501，覆膜处理可显著提高植株氮素积累量和过晚播条件下氮肥偏生产力，其原因是晚播缩短了小麦出苗到成熟期的时间，植株氮素积累量降低。冬前积温不足且温度过低，苗情较弱，不利于植株氮素的吸收和积累。覆膜提高温度，缩短春化时间，延长植株营养生长期，促进植株干物质增加和氮素积累，从而提高对氮素的吸收、利用和生产效率。补施氮肥为冬前及返青期幼苗生长提供氮素营养，延长籽粒灌浆期，有利于氮素向籽粒中转移，促进小麦植株对氮素的吸收和积累。

4 结论

随着播期的推迟，小麦产量显著降低。通过在苗期对晚播小麦覆膜和补施氮肥，均可一定程度上调控其产量构成因素、农艺性状、茎蘖生长、成穗率以及氮素的吸收利用，协调各因素间的关系，弥补晚播造成的产量损失。但不同品种对播期及苗期调控措施的响应存在差异。对于多穗型品种中麦8号而言，晚播条件下，覆膜有利于提高积温，促进生长，增加千粒重、成穗率、氮素籽粒生产效率及氮素收获指数，提高小麦株高、穗长和总小穗数；而对于大穗型品种航麦501，适当晚播条件下，覆膜不利于千粒重的提高，但有利于提高株高、穗长和总小穗数，在过晚播条件下，覆膜和补施氮肥可显著增加穗粒数，提高植株氮素积累量。此外，相比于补施氮肥，覆膜对晚播小麦生长及弥补产量损失方面的调控效应更明显，但在实际操作和节约生产成本方面，前者优于后者。因此，在实际小麦生产过程中，需要根据晚播小麦的品种特性和现实条件进行择优选择，以达到弥补产量损失和降低生产成本的目的。