匀播和施氮量对冬小麦群体、光合及干物质积累的影响

张金汕 贾永红 孙 鹏 刘 冲 王 欢 罗四维 石书兵*

(1.新疆农业大学 农学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆农业科学院 奇台麦类试验站，新疆 奇台 831800)

小麦匀播种植是生产上的一项增产新技术，与常规条播种植相比，匀播麦种的分布更均匀，更有利于小麦个体生长和构建合理群体，进而达到高产[1]。赵广才等[2]研究认为，小麦匀播种植创造了单株营养均衡的条件，使幼苗个体对土壤营养竞争减小，有利于壮苗和优势蘖的形成。匀播小麦群体能均匀接受光照，群体光合效率较高，有助于干物质积累和提高产量。郝德有等[3]研究表明，匀播麦苗疏密通过单株分蘖调节实现群体均匀，改善群体的通风透光性能，促进对光热资源的充分利用。张幸温等[4]研究表明，匀播小麦的株距和播深一致，使小麦个体能够充分有效利用土地农田资源，提高了小麦有效分蘖数，增加小麦产量。

氮是作物产量最重要的养分限制因子[5]。关于施氮对作物光合、干物质积累与转运、产量的影响，已有大量研究。一般认为，适宜的种植密度下，增加施氮量可使小麦群体净光合速率、干物质积累及产量在0～300 kg/hm2呈增大趋势，但超过300 kg/hm2时反而下降[6-8]。施氮能促进小麦的光合作用，主要体现在直接和间接影响2个方面，直接影响是提高小麦叶片叶绿素含量，增强光合作用及抗氧化酶活性，进而提高光合速率，间接影响是通过增加小麦叶片数、增大叶面积和延缓叶片衰老从而增加光合有效面积[9]。由此可知，有效延缓叶片的衰老，促进绿色叶片中光合产物持续地向籽粒中转运，是提高小麦产量的重要途径[10]，然而，匀播方式下关于施氮对小麦群体光合及干物质转运规律的相关研究则鲜见报道。本研究选用2个冬小麦品种，在不同种植方式下设5个施氮量处理，比较分析常规条播和匀播下小麦植株光合、干物质积累和产量构成的形成规律，旨在探究匀播小麦的增产机制，以期为新疆冬小麦匀播技术的推广运用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2017—2018年在新疆农业科学院奇台麦类试验站(83°74′ E，43°98′ N)进行。试验地土壤为灌溉灰漠土，试验前田间土壤肥力条件，见表1。播前施纯磷(P2O5)150 kg/hm2。供试小麦品种为当地普遍栽培的‘新冬22号’(‘XD 22’)和‘新冬46号’(‘XD 46’)。前茬作物为玉米。

表1 试验地土壤肥力条件Table 1 Soil fertility conditions of the trial site

采用裂区试验设计，设种植方式为主区，共2个水平：匀播(UN)，常规条播(DR)；裂区为施氮量(N)，共5个水平：0(N0)、150(N150)、300(N300)、450(N450)和600 kg/hm2(N600)。氮肥用量按施尿素的量进行，50%作为底肥施入，50%于拔节期施入(随滴灌水施入)，于分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和蜡熟期进行5次滴灌浇水，灌水总量为4 500 m3/hm2，其中当地生产上尿素施用量为400～450 kg/hm2。种植密度为225万株/hm2，播种分为人工匀播(采用打孔排种板固定株距)和人工条播，匀播株间距6.67 cm，常规条播行长5 m，行距20 cm，播深3～4 cm。试验小区为2 m×5 m=10 m2。其他管理措施同中产田一致。

1.2 测定项目及方法

1.2.1净光合速率(Pn)的测定

于花后0、7、14和21 d，用英国Hansatech公司生产的TPS-2光合仪，在晴天11:00—13:00，测定小麦群体上、中和下部叶片净光合速率(Pn)，闭路系统，LED光源，叶室CO2浓度为380 μmol/mol，光量子通量密度为1 200 μmol/(m2·s)，叶片温度为23～27 ℃，各处理选取挂牌标记的植株5株，取平均值。

1.2.2干物质和产量的测定

选取长势一致且同一天开花的植株挂牌标记，分别于开花后0和35 d(成熟期)取15株样，按茎鞘(茎秆+叶鞘)、叶片、籽粒、穗轴和颖壳等不同器官进行分样处理，于105 ℃杀青，80 ℃烘干至恒重，称重法测定干物质。成熟期选取10株样室内考种，并在各小区实收4 m2测产。干物质转运计算参照文献[11-12]：

干物质转运量(TAA) =开花期营养器官干物质重-成熟期营养器官干物质重；

干物质转运率(TAR)=(开花期营养器官干物质-成熟期营养器官干物质)/开花期营养器官干物质×100%。

1.3 数据处理及分析

用Excel 2007和DPS 7.05统计软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 匀播和施氮量对冬小麦群体的影响

2.1.1对冬小麦分蘖成穗的影响

由表2可知，施氮量对单株成穗率无规律性影响。随着施氮量增大，‘新冬22号’单株茎数、单株成穗数均增大，‘新冬46号’单株茎数增大，而单株成穗数表现为先增大后减小。与DR相比，UN方式下‘新冬22号’和‘新冬46号’单株茎数分别提高10.18%和30.19%(P<0.05)；单株成穗数分别增高5.88%和17.25%(P>0.05)。‘新冬22号’单株成穗率UN比DR低0.10%(P>0.05)，而‘新冬46号’UN比DR高13.67%(P>0.05)。综上，匀播方式和一定范围内增施氮肥都能显著提高小麦单株茎数和单株成穗数，但对单株成穗率无显著影响。

表2 不同播种方式和施氮量下冬小麦的分蘖成穗情况Table 2 Second tillers of winter wheat under different planting patterns and N application treatments

2.1.2对冬小麦叶面积指数的影响

由图1可知，不同生育时期，播种方式和施氮量对小麦群体上、中和下部叶的影响不同。随着施氮量增大，不同播种方式下各冠层叶面积指数均呈增大趋势。播种方式对叶面积指数影响显著，与DR相比，在开花期和灌浆期，UN处理的‘新冬22号’上部叶叶面积指数分别提高1.59%和0.58%，中部叶分别提高2.58%和3.38%，下部叶分别提高 5.99% 和11.02%；‘新冬46号’在开花期和灌浆期，上部叶叶面积指数UN处理比DR高5.99%和11.02%，中部叶分别高6.06%和11.21%，下部叶分别高4.60%和5.64%。综上，增施氮肥和匀播方式均能增加小麦群体叶面积指数，且匀播方式对小麦灌浆期叶面积指数的影响显著。

图1 不同播种方式和施氮量下冬小麦群体不同冠层叶面积指数的变化Fig.1 Change of leaf area index of winter wheat under different planting patterns and N application treatments

2.2 匀播和施氮量对冬小麦叶片净光合速率的影响

由表3可知，随着施氮量增加，‘新冬22号’和‘新冬46号’不同冠层叶片在不同播种方式和生育时期，叶片Pn均表现为先增大后减小；在2种播种方式下，小麦的上、中和下部叶Pn均于N450处理达到最大。

‘新冬22号’的上部叶片Pn在N0、N150、N300、N450和N600处理下，UN比DR分别高5.75%、5.73%、5.53%、5.16%和1.33%，中部叶分别高4.84%、16.79%、2.56%、8.33%和11.31%，下部叶分别高20.18%、9.32%、3.19%、9.22%和27.95%。

‘新冬46号’上部叶片Pn在N0,N150，N300，N450和N600处理下，UN比DR分别高7.74%、4.74%、1.60%、5.95%和17.09%，中部叶在N0和N600处理下分别下降0.45%和2.78%，而在N150、N300和N450处理下，分别增大8.11%、13.16%和20.86%，下部叶分别比DR高19.96%、3.83%、16.20%、21.53%和5.64%。综上，匀播方式能显著提高叶片Pn，且对不同冠层的影响由大到小为下部>中部>上部。

2.3 匀播和施氮量对冬小麦干物质转运、分配及产量的影响

2.3.1对冬小麦成熟期干物质分配比例的影响

由表4可知，施氮量对成熟期小麦茎秆干物质占全株干物质的比例无显著影响，而叶片干物质比例、穗轴及颖壳干物质比例因品种和种植方式的不同而差异显著。其中，施氮量对‘新冬22号’干物质在叶片中的分配比例无显著影响，但对‘新冬46号’有显著影响；随着施氮量的增高，‘新冬22号’干物质在籽粒中的分配比例呈增高趋势，而对‘新冬46号’无显著影响。

表4 不同播种方式和施氮量下冬小麦成熟期干物质在不同器官中分配的比例Table 5 Dry matter percentage in different varieties of winter wheat under differentplanting patterns and N application treatments %

播种方式对茎秆干物质比例无显著影响。‘新冬22号’成熟期叶片干物质分配比例在不同播种方式下，无显著影响，而‘新冬46号’在匀播方式下比条播平均高6.91%；‘新冬22号’穗轴+颖壳中的干物质分配在匀播下比条播高7.79%，而‘新冬46号’则无显著差异；‘新冬22号’籽粒中的干物质分配比例在匀播方式下比条播高10.06%，但‘新冬46号’无显著差异。

2.3.2对冬小麦花后干物质转运的影响

由表5可知，‘新冬22号’茎鞘花后干物质转运量在DR下，N600处理最大，UN下，N450处理最大；花后干物质转运率在2种播种方式下，均是N600处理达到最大；叶片干物质转运量随施氮量增大，在DR下先增大后下降，而转运率则无显著差异；营养器官总干物质转运量和转运率均随施氮量先增大后减小，且于N300处理下达到最大；与DR相比，UN的转运量和转运率分别高出34.22%和48.50%。‘新冬46号’茎鞘花后干物质转运量与‘新冬22号’表现一致；花后干物质转运率在2种播种方式下，则均于N450处理下达到最大；叶片干物质转运量和转运率均随着施氮量的增加先增大后下降。施氮量对穗轴+颖壳的干物质转运量和转运量影响不显著。

UN显著提高小麦植株营养器官干物质转运量和转运率。‘新冬22号’茎鞘干物质转运量和转运率UN比DR分别高30.89%和21.32%，叶片干物质转运量和转运率分别高19.23%和3.96%，穗轴+颖壳干物质转运量和转运率分别高21.04%和8.61%。‘新冬46号’茎鞘的干物质转运量和转运率UN 比DR高5.27%和2.76%，叶片干物质转运量高9.43%，干物质转运率无显著影响，穗轴+颖壳干物质转运量和转运率则分别高8.57%和2.22%。综上，在一定范围内，提高施氮量可以提高小麦营养器官干物质转运量和转运率，施氮量过度，则呈现下降趋势。匀播方式能提高植株营养器官干物质转运量和转运率。

2.3.3对冬小麦花前干物质转运对籽粒贡献的影响

由表6可知，施氮量和播种方式对植株营养器官干物质向籽粒转运的贡献率均有显著影响。2个品种在2种播种方式下，随着施氮量增加，呈先增大后下降。‘新冬22号’叶片干物质转运对籽粒的贡献随施氮量增大先增大后下降，而对‘新冬46号’则无显著影响。穗轴+颖壳的贡献率随施氮量不同无显著变化。‘新冬22号’营养器官对籽粒总贡献率随施氮量先增大后下降，且2种方式下均于N300处理最大。不同播种方式对‘新冬22号’营养器官总干物质贡献率有显著影响，而对‘新冬46号’营养器官总干物质贡献率无显著影响。

表6 不同播种方式和施氮量下冬小麦花前贮藏物对籽粒的贡献率Table 6 Contribution rate of pre-anthesis storage to grains of winter wheat under differentplanting patterns and N application treatments

2.3.4匀播和施氮量对冬小麦产量的影响

由表7可知，播种方式和施氮量对小麦穗数和产量构成的影响均显著。随着施氮量增大，2个品种穗数、穗粒数和产量均表现为先增加后减小。‘新冬22号’的穗数在2种播种方式下均于N300水平下达到最大，‘新冬46号’在2种播种方式下表现不同，DR于N150水平达到最大，而UN在N300水平最大。2个品种穗粒数均于N450水平下达到最大。‘新冬22号’的千粒重在DR下表现为增加趋势，UN下表现为先增加后下降的趋势，‘新冬46号’在2种播种方式下均表现为先增加后下降。

表7 不同播种方式和施氮量下冬小麦的产量和产量构成Table 7 Yield and its components of winter wheat under different planting patterns and N application treatments

‘新冬22号’的产量在DR下于N450水平下达到最大，‘新冬46号’在2种播种方式下，均于N300水平下达到最大。与DR相比，UN显著提高小麦成穗数、穗粒数和产量，而千粒重表现为下降，其中，‘新冬22号’和‘新冬46号’在不同施氮水平下，穗数平均显著提高7.01%和12.86%；UN下‘新冬22号’的穗粒数平均增加7.75%，‘新冬46号’增加1.68%。在N0、N150、N300、N450和N600水平下，‘新冬22号’的产量UN比DR分别提高11.79%、5.36%、4.55%、5.24%和8.73%；‘新冬46号’则分别提高10.98%、7.07%、14.81%、14.55%和16.10%。这表明，在一定范围内增施氮肥可以提高冬小麦产量及产量构成，而匀播则主要是通过增加小麦穗数进而增加产量。

3 讨 论

3.1 播种方式和施氮量对小麦群体及光合特性的影响

小麦植株较高的干物质积累是小麦高产的前提[13]。播种方式可以改变小麦群体的通风、透光状况，尤其能改变植株下部叶片的光合能力，进而改变小麦生物产量[14]。De Bruin等[15]和Jost等[16]研究表明，农作物产量与播种方式密切相关，优化作物空间布局和冠层结构，能提高群体光合效率，有利于提高单产。氮素对光合和产量形成有重要影响[17]。研究表明，增大施氮量，小麦叶片的叶绿素含量提高，旗叶光合性能得到改善，可有效延长其绿色叶面积持续时间，进而有利于提高灌浆中、后期旗叶的光合速率[18-19]。

本研究表明，施氮量和匀播都能显著提高小麦单株茎数和单株成穗数。这可能是由于匀播方式下氮肥在土壤中分布均匀，吸收也较均匀缓慢，不但满足了小麦生育前期的氮素需求，也为后期提供一定量的氮需求。研究还表明，施氮和匀播均提高群体叶面积指数，尤其生育后期，匀播方式主要增大群体中、下部的叶面积指数，这一结果主要由于匀播小麦群体结构更合理，改善群体微环境，延长中、下部叶的衰老，且条播方式下，行内和行间的透光差异较大，行内透光弱，行间透光强，而太弱或太强的光照均不利于叶绿素的生物合成，匀播方式小麦植株透光均匀，这可能是导致匀播小麦叶绿素含量提高的原因之一。

3.2 播种方式和施氮量对小麦干物质积累与转运的影响

Wang等[20]研究表明，在常规条播种植方式下，因株距过小，常造成小麦个体发育不良、田间通风透光条件差、资源利用率低和病虫滋生的现象，进而影响产量。孙运红等[21]研究发现，小麦施氮量在0～240 kg/hm2时，随施氮量增加干物质积累增加。叶优良等[13]认为，随着施氮增加，对小麦叶片、茎鞘花前贮存干物质向籽粒中转移的转运量呈增加趋势，其转运率和对籽粒的贡献率表现相同的变化规律。王月福等[12]研究认为，随施氮量的增加，开花后营养器官贮存干物质的转运量、转运率和干物质转运对籽粒的贡献率均表现为先增大后下降，且于180 kg/hm2时达最大。史力超等[22]研究表明，在滴灌条件下，增施适量的氮肥有利于小麦干物质的积累及其向籽粒的转运。本研究表明，在一定的范围内，增加施氮量有利于小麦茎鞘、叶片干物质的积累，同时，可以提高小麦营养器官干物质转运量、转运率和干物质转运对籽粒的贡献率；施氮量过度，则呈现下降趋势。与条播相比较，匀播方式增大了小麦叶片干物质的积累，尤其是能提高群体抽穗和开花期叶片、穗轴+颖壳的干物质的积累，且能提高植株营养器官干物质转运量和转运率。而匀播方式下，群体中下部叶的衰老延长，光合增强，因此，植株营养器官干物质转运量和转运率提高可能是合理的群体结构改变了不同冠层叶片干物质向籽粒中的转运比例。今后，可进一步研究匀播方式下，群体上、中和下部叶干物质的积累、分配和转运规律。

4 结 论

一定范围内增施氮素能提高冬小麦单株茎数、单株成穗数，不同冠层叶片Pn均成先增大后下降，增加了小麦茎鞘、叶片干物质的积累，同时提高小麦营养器官干物质转运量和转运率，施氮量过度，则呈现下降趋势。匀播方式改善了群体结构，提高群体中、下部的光合特性，促进营养器官干物质积累和向籽粒中的转移，尤其提高群体穗数，进而提高产量，且本试验条件下，匀播方式施氮量为300～450 kg/hm2效果最佳。