播种方式和施氮量对滴灌冬小麦群个体生长特征的影响

周相，张建芳，王冀川，李同蕊，高振，党旭伟

（塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

小麦是新疆地区重要的粮食作物，长期以来形成了以条播种植为主的“高密度、小株型”栽培模式。随着滴灌技术的应用以及土壤条件的改善，条播造成的群体分布不均匀加剧了群个体发展以及营养生长与生殖生长之间的矛盾，制约了高产潜力的更好发挥。如何改革播种方式，优化群体结构，促进群个体均衡生长，是目前进一步提高小麦产量研究的热点。Monsi[1]最早提出了作物群体结构的层切研究法，从群体光合作用系统的角度研究物质生产，取得了一定的基础性成果。赵姣等[2]认为，合理的群体结构可以使冬小麦拥有较好的冠层结构以及对逆境做出快速反应和调整机能的能力，能够最大程度地截取光能，增强群体的光能利用效率，提高植株的光合速率，促进营养器官干物质的积累与运转。李娜娜等[3]研究显示，播种方式能够改变植株的空间分布，对单株分蘖有较大影响。在小麦播种过程中，通过改革播种方式来改变群体密度、调控分蘖发生，形成合理的群体结构，能够提高光能利用率，协调源、库、流关系，提高作物产量并改善品质[4]。皮丕兰[5]指出，与条播和撒播相比，密点播的小麦自动调节分蘖发生的能力更强，群体的茎蘖及叶面积指数发展动态更为合理，群体干物质积累量较高。吴新胜等[6]发现，机械均匀撒播的小麦各生育阶段群体茎蘖总数多于其他播种方式，其中条播小麦生长得更加平稳，叶面积在抽穗期达到最大值，且之后一段时间仍维持在较高水平。而屠美英等[7]则认为，撒播与条播的小麦产量差异不大。研究表明，氮素对小麦生长影响较大，适量施氮可促进营养器官的生长发育，提高小麦群体叶面积指数（LAI）[8]；氮素还可以控制小麦群体茎蘖的发生与消亡，拔节期增施氮肥不仅能够在一定程度上维持小麦的茎蘖数，还能控制过多无效分蘖的产生[9]。这些研究对小麦群体质量理论发展起到了一定的推动作用，但截至目前，针对南疆极端干旱灌区滴灌冬小麦的相关研究较少。开展种植模式与施氮量对滴灌冬小麦群个体生长特征的影响研究，旨为进一步开展小麦群体质量理论研究以及生产实践中科学调控技术的制定提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

冬小麦品种为邯郸5316。所施化肥有尿素（N含量为46%，塔里木石化公司生产）、氮磷钾三元复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为10%、18%和25%，南京加农和信生物科技有限公司生产）和硫酸钾（K2O含量为50%，新疆农佳乐农业科技发展有限公司生产）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验在塔里木大学农学实验站网室中进行。采用两因素裂区试验设计，其中，主区为播种方式（B），设条播（B1）、穴播（B2）和撒播（B3）3个水平；副区为纯氮施用量（N），设0（不施，N0）、138（N1）、207（N2）和276 kg/hm2（N3）4个水平。小区面积8.16 m2（2.4 m×3.4 m），随机区组排列。2018年10月2日播种小麦，其中，条播方式为15 cm等行距播种，穴播方式为行距15 cm、穴距10 cm播种，撒播方式为均匀撒种后人工盖土3 cm，播种量均为578万粒/hm2。播种后立即人工镇压，以保证种子与土壤紧密接触；并及时安装滴灌设施，按照间距60 cm排布（1管4行模式）滴灌带。小麦全生育期滴灌7水，每次滴灌量为504～672 m3/hm2，共4 200 m3/hm2；尿素随水滴施，分别在拔节期、孕穗期、扬花期、灌浆期施用，施用量比例为0.4∶0.2∶0.3∶0.1。

小麦播种前整地时，所有试验地块均底施氮磷钾三元复合肥375 kg/hm2和硫酸钾225 kg/hm2；出苗至拔节期人工除草2次；越冬前（11月14日）采取畦灌方式灌水1次，灌水量1 200 m3/hm2。2019年6月24日收获。

1.2.2 测定项目与方法 每小区均选取长势均匀且具有代表性的样点3个进行指标定点观测，其中，条播和穴播方式处理的定点样方面积为1.1 m×1行，撒播方式处理的定点样方面积为0.5 m×0.5 m。

1.2.2.1 株高。小麦返青后，每隔7～10 d，在每个样点选择连续10株进行测定。其中，拔节前量取地面与植株最长叶拉伸的距离；拔节后量取地面至顶部的距离；抽穗后量取地面至穗顶（不包括芒）的距离。

1.2.2.2 总茎数。小麦出苗后，每隔7 d定点测定1次代表性样段内的总茎数（主茎＋分蘖茎）。其中，以苗后第14天测定的总茎数作为基本苗数量；以越冬前（11月10日）测定的总茎数为冬前总茎数；以拔节期（4月8日）测定的总茎数为春季最高总茎数。

1.2.2.3 成穗数。小麦灌浆期（6月5日），测定各取样点的有效穗数（穗粒数≥4粒/穗）。

1.2.2.4LAI。每个样点选取连续小麦10株，在各关键生育时期测定所有绿叶的长和宽，采用长宽系数法计算叶面积：

1.2.2.5 冠层平均叶倾角。每小区选取具代表性的样点3个，分别于拔节期（4月10日）、孕穗期（4月23日）、子粒形成期（5月15日）和灌浆期（6月3日），采用美国LI-CORLAI-2200C植物冠层分析仪，测定12：00时的冠层平均叶倾角。

1.2.2.6 产量。小麦蜡熟期，每小区选择3个点，每点均割取1 m×1 m样方的小麦植株，脱粒后称重。折算成单位面积产量。

1.2.3 数据处理 利用Excel 2003软件对数据进行处理和制图；利用DPS（7.05）统计软件Duncan新复极差法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 播种方式与施氮量对滴灌冬小麦株高生长的影响

小麦生育期，所有处理的小麦株高均呈“S”型曲线变化，且均以拔节期—扬花期增速最快，灌浆期株高趋于稳定（图1）。

不同播种方式处理的小麦平均株高顺序为B2＞B1＞B3，B2处理的指标值分别较B1和B3处理高6.72%和8.40%。其中，返青期至拔节中期，不同播种方式处理的株高增速差异较小；自拔节后期开始，不同播种方式处理的各生育期株高增速出现差异，孕穗期B1、B2、B3处理的平均株高增速分别为32.87%、34.49%和32.44%，扬花期分别为15.43%、17.15%和15.64%，灌浆期分别为8.63%、10.41%和5.53%。表明播种方式对小麦中后期株高生长影响较大，其中穴播小麦株高增速最快，其次是条播，最后是撒播。

不同施氮量处理的小麦平均株高顺序为N2＞N3＞N1＞N0，指标值分别较N0处理增长了13.14%、23.02%和16.65%。其中，B1播种方式下，N1、N2、N3处理的株高分别较N0处理增加了15.34%、26.07%和19.02%；B2播种方式下，N1、N2、N3处理的株高分别较N0处理增长了8.55%、15.76和11.49%；B3播种方式下，N1、N2、N3处理的株高分别较N0处理增长了16.21%、28.27%和20.19%。表明施氮能明显促进小麦株高增长，施氮量在一定范围内，株高随着施氮量的增加而增加，但施氮量过高会导致促进作用降低。

2.2 播种方式和施氮量对滴灌冬小麦群体结构及产量的影响

图1 不同处理的冬小麦株高变化Fig.1 Changes of plant height of winter wheat under different treatments

2.2.1 对小麦群体结构的影响 小麦生育期，所有处理的小麦群体分蘖动态均呈先增加后降低的变化，群体总茎数除B3播种方式下为冬前达到最高外，其他2种播种方式均为拔节期达到最高（表1）。从不同生育期的小麦群体结构看，出苗后至越冬前，不同播种方式处理的群体总茎数顺序为B3＞B2＞B1，其中，B3处理的冬小麦在冬前群体总茎数（1 936.01万～2 412.01万株/hm2）即达到最高，群体数量最多，但越冬后总茎数减少也最多，春季分蘖速度慢，拔节之后下降速度最快，至灌浆期平均成穗数最少，成穗率最低；其他2种播种方式的冬小麦总茎数在冬前相对较少且稳定在一定水平，春季返青后分蘖发生较多，群体总茎数在拔节期达到最高，之后群体数量下降相对较慢，最终B2处理的平均成穗数最多（分别较B1和B3处理多3.78%和4.67%）、成穗率最高（与B1处理差异不显著，但二者指标值均显著＞B3处理）。B1、B2和B3处理的不同生育期总茎数变异系数平均值分别为34.46%、35.24%和39.78%，表明条播对小麦群体总茎数的影响最小，穴播次之，撒播影响较大。返青时，B3处理的小麦总茎数较冬前大量减少，可能与小麦撒播后镇压不实造成越冬死苗严重有关；返青后总茎数开始增加，至拔节之后逐渐趋向平稳，表明撒播小麦虽然在生育前期分蘖快、总茎数高，但群体过大，导致后期总茎数大幅度减少，成穗率最低。B1和B2处理的冬小麦群体分蘖动态变化均比较平稳，成穗率较高，从而更易获得高产，其中B2处理效果最好。

不同施氮量处理的各时期小麦群体数量顺序均基本为N2＞N3＞N1＞N0，其中蜡熟期指标值分别较N0处理增长了11.65%、3.91%和3.65%。表明施氮能促进冬小麦生长，增加分蘖，从而提高群体数量，施氮量在一定范围内，群体数量随着施氮量的增加而增加，但施氮量过高会导致促进作用降低。3种播种方式下，不同施氮量处理的成穗数均以N2处理最大，且B2N2＞B1N2＞B3N2，其中B2N2与B3N2处理差异达到了显著水平，但二者均与B1N2处理差异不显著。成穗率是保证小麦高产的重要因素之一，N1和N3处理的平均成穗率均＜N2处理，这可能是因为施氮量过少限制了分蘖的发生，而氮肥过多又导致无效蘖增多，均造成分蘖成穗率降低。

2.2.2 对小麦产量的影响 不同播种方式处理的小麦平均产量顺序为B2＞B1＞B3，其中B2处理的指标值显著较高，分别较B1和B3处理提高了10.66%和11.31%。表明播种方式对小麦产量有较大影响，穴播较条播和撒播能够明显提高小麦产量。

不同施氮量处理的小麦平均产量顺序为N2＞N3＞N1＞N0，指标值分别较N0处理提高了2.02、1.74和1.54倍，与N0处理差异均达到了显著水平。表明施氮量对小麦产量有较大影响，施氮能明显促进小麦增产，施氮量在一定范围内，产量随着施氮量的增加而增加，但施氮量过高会导致促进作用降低。N0处理的产量显著＜各施氮处理，与不施肥条件下收获穗数最少、成穗率较低有关。

表1 不同处理的冬小麦群体结构及产量变化Table 1 Changes of population structure and yield of winter wheat under different treatments

所有组合中，B2N2处理产量最高，且与其他处理差异均达到了显著水平。表明穴播条件下施氮量为207 kg/hm2时邯郸5316产量最高，达到9 144.75 kg/hm2。

2.3 播种方式和施氮量对滴灌冬小麦群体叶面积指数的影响

LAI是反映作物群体大小的重要动态指标。小麦生育期，所有处理的小麦群体LAI均随生育进程呈先增加后降低的单峰曲线变化，且均在拔节期增速最快，孕穗期达到最大值，其中B2N2处理的LAI最大（图2，表2）。

图2 不同处理的冬小麦群体LAI动态变化Fig.2 Dynamics of population LAI of winter wheat under different treatments

播种方式和施氮量均对小麦各生育期的LAI有极显著影响，但其互作效应仅对拔节初期的小麦LAI影响显著。不同播种方式和施氮量处理对小麦群体各生育期平均LAI的变异系数分别为4.63%和12.49%，表明氮素效应较播种方式对冬小麦群体LAI的影响程度更大。

表2 不同处理的冬小麦叶面积指数变化Table 2 Changes of LAI of winter wheat under different treatments

不同时期，各播种方式处理的小麦LAI顺序不同。在生育前期，不同播种方式处理的小麦平均LAI顺序为B1＞B3＞B2；自拔节中期开始一直到蜡熟期，不同播种方式处理的小麦平均LAI顺序均为B2＞B1＞B3。表明穴播（B2）能显著提高小麦生育中后期的群体LAI，维持较长的绿叶功能期，有效提高小麦光合效率以及干物质积累，为产量的进一步提高奠定了基础。

不同施氮量处理的小麦生育期平均LAI顺序为N2＞N3＞N1＞N0，指 标 值 分 别 为5.00、4.63、4.31和3.74。表明施氮能有效提高冬小麦群体LAI，其中N2处理效果最好。适氮（N2）条件下，B1、B2和B3处理的孕穗期LAI分别为7.84、7.99和7.65，其中，B1N2处理的LAI分别较B1N0、B1N1、B1N3处理高32.23%、15.16%和6.51%，B2N2处理的LAI分别较B2N0、B2N1、B2N3处理高29.60%、10.89%和6.92%，B3N2处理的LAI分别较B3N0、B3N1、B3N3处理高40.67%、20.90%和7.72%。表明不同播种方式下，施氮能显著提高冬小麦的叶面积指数，其中适量施氮效果最好。

2.4 播种方式和施氮量对滴灌冬小麦冠层平均叶倾角的影响

平均叶倾角是指叶片法线与水平面的夹角，为反映作物冠层结构透光性的重要参数，一般处于30°（水平叶片占优势）～60°（垂直叶片占优势）。小麦生育期，所有处理的小麦冠层平均叶倾角均从拔节期开始逐渐减小，孕穗至扬花期减小速度变缓，灌浆期下降速度较快（图3）。

不同播种方式处理的小麦冠层全生育期平均叶倾角顺序为B1（56.58°）＞B3（55.73°）＞B2（53.06°）。表明穴播的冬小麦群体叶片与主茎的夹角小于条播和撒播小麦，即穴播小麦群体通风透光性最好，有利于小麦子粒产量的提高。

不同施氮处理的小麦冠层平均叶倾角随施氮量的增加呈先减小后增大的变化，其中，拔节期和乳熟期指标值顺序为N0＞N1＞N3＞N2，孕穗期和扬花期指标值顺序为N0＞N3＞N1＞N2。可以看出，拔节期—扬花期N2处理的冠层平均叶倾角均最小，效果最好。

图3 不同处理的冬小麦各生育期叶倾角变化Fig.3 Changes of leaf inclination of winter wheat at different growth under different treatments

3 结论与讨论

3.1 讨论

3.1.1 不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦群体动态的影响 总茎数是决定冬小麦群体大小的重要指标，也是构建合理群体结构的关键因素[10]。本研究结果表明，撒播和条播的冬小麦基本苗较多，冬前群体数量多于穴播。其中，撒播的冬小麦在冬前群体总茎数即达到最高，茎蘖数最多，但越冬后总茎数减少也最多，春季分蘖速度慢，拔节之后下降速度最快；穴播和条播的冬小麦在冬前总茎数较少，且稳定在一定水平，这与前人研究结果[11]相似。撒播的冬小麦虽然冬前群体很大，但由于播种较浅、镇压不实等，导致弱苗偏多，越冬死苗严重，拔节后群体偏小，平均总成穗数和分蘖成穗率均低于穴播和条播，这与皮丕兰[5]的研究结果一致。

3.1.2 不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦株高动态的影响 株高是冬小麦重要的生物学性状。赵奇等[12]研究表明，相同品种在不同播种方式下株高略有不同，但差异不显著。本试验中穴播处理的小麦平均株高分别较条播、撒播高6.72%和8.4%，这有可能与穴播小麦成簇生长、簇内个体竞争较激烈有关，导致麦株偏向纵向生长，株高增大[13]。施氮能明显促进小麦株高增长，低氮（N1）、中氮（N2）、高氮（N3）处理的小麦平均株高分别较不施氮（N0）处理高13.14%、23.02%和16.65%，即在一定施氮量范围内，小麦株高随着施氮量的增加而增加，但施氮量过高会导致促进作用降低，这与前人[14，15]的研究结果基本一致。

3.1.3 不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦群体LAI的影响LAI是衡量群体光合面积大小的重要指标。本试验中，所有处理的冬小麦LAI均在孕穗期达到最大，与颜景义等[16]认为的抽穗期是LAI高峰期有所不同，这可能与滴灌改善了水肥供应条件造成冬小麦前期生长较快有关。3种播种方式的群体最高LAI顺序为穴播＞条播＞撒播，其中条播小麦的群体LAI在返青—拔节期大于穴播、生育中后期小于穴播，而撒播小麦的群体LAI始终最小，可见，穴播小麦的群体LAI发展比较稳健，在中后期维持较高LAI的时间长，这可能与穴播个体基础发育较好、后期叶片不早衰的高质量群体结构培育有关。

3.1.4 不同播种方式与施氮量对滴灌冬小麦群体叶倾角的影响 冠层平均叶倾角是反映群体透光率的指标之一。本研究发现，滴灌冬小麦的群体平均叶倾角随生育进程逐渐减小，且增加施氮量后也有减小趋势，其中施氮量为207 kg/hm2时群体平均叶倾角最小，施氮量过大（276 kg/hm2）时平均叶倾角又有所增大，这与张艳敏等[17]“施氮量为450 kg/hm2时平均叶倾角最小”的观点有所不同，可能与品种和区域生产条件不同有关；本研究还表明，播种方式对滴灌冬小麦群体平均叶倾角有较大影响，穴播小麦的群体平均叶倾角最小，撒播次之，条播小麦的叶倾角最小，这可能与不同播种方式的个体基础生长与群体分布的差异有关。

3.2 结论

（1）滴灌冬小麦的株高在拔节期—扬花期增速最快，穴播小麦平均株高较条播和撒播分别高6.72%和8.40%，其中适量施氮对冬小麦株高增长有显著的促进作用。

（2）撒播小麦冬前分蘖数最多，冬前总茎数达1 936.01万～2 412.01万株/hm2，但麦苗素质较差；条播和穴播小麦茎蘖增长比较平稳，成穗数和成穗率均较高，收获时穴播小麦的成穗数分别较条播和撒播分别增加3.78%和4.67%。N2处理的成穗数和成穗率均最大，与N0、N1、N3处理相比，成穗数分别增加了11.65%、7.69%和7.56%，成穗率分别增加了3.56%、1.51%和0.53%。

（3）生育前期，条播小麦LAI增长较快；拔节以后，穴播小麦LAI增加最快，撒播增加最慢；孕穗期LAI达到最大值，其中穴播为7.21，条播为6.99，撒播为6.64。抽穗—蜡熟期，穴播、条播、撒播小麦的平均LAI分别为4.49、4.22和4.06，表明穴播小麦LAI在生长后期下降较慢，叶功能表现最好。施氮明显促进LAI增大，N1、N2和N3处理的群体平均LAI较N0处理增加了15.33%、33.74%和23.78%，N2处理效果最好。

（4）冠层叶倾角随生育进程逐渐减小，全生育期平均值以穴播最小（53.06°），撒播（55.73°）次之，条播（56.58°）最大；不同氮素处理的平均叶倾角顺序为N2＜N3＜N1＜N0，即适量氮肥（N2）能保持冠层叶片上举、株型紧凑，有利于群体的通风透光。

（5）本试验中，B2N2组合的群体质量最优，该处理下株高83.94 cm，冬前总茎数1 479.81万株/hm2，拔节期最高总茎数1 847.18万株/hm2，成熟期收获穗数达到721.35万穗/hm2，成穗率为39.05%；拔节期、孕穗期、灌浆期的LAI分别为3.66、7.99和4.32。