减量施氮及氮肥运筹对春小麦群体结构和产量的影响

罗静静， 王贺亚

[新疆生产建设兵团第九师农业科学研究所(畜牧科学研究所)，新疆塔城 834600]

我国主要粮食作物中，小麦的产量居第2位，是国家重要的贮备粮食，其总体生产能力持续提升，在我国农业生产中占有举足轻重的地位[1]。在提升产量的同时也存在着化肥大量施用及低效率的施肥模式，氮肥利用率已由20世纪80年代的35.0%，降低到现在的28.3%[2]，远低于发达国家 (40%～60%)[3]。氮素(N)是小麦生长不可或缺的养分，氮肥施用量对小麦干物质积累量产生显著影响，增加施氮量能够有效增加干物质累积量[4]，能够促进小麦根、茎、叶等营养器官的生长，在生产中恰当的氮肥用量及氮肥运筹既能促成作物高产，又可以促进小麦对干物质和养分的积累，同时也是影响小麦干物质积累及转运的关键因素[5-7]。小麦群体质量的优劣影响着小麦产量的多少，生产中肥料的合理使用可优化小麦的群体结构，是促使小麦丰产和水肥有效利用的重要路径[8]，在施氮肥过程中，当施氮量增加到一定量时，再增施氮肥，小麦产量不再提升甚至减少，从而增加肥料成本。滴灌可以有效地控制施氮量及运筹，为实现合理的氮肥施用提供技术支持。已有诸多学者研究了不同作物，在丰产的前提下，通过减施氮肥，提高氮肥效率，从而促进植株生长，提升籽粒品质的关键技术，如在水稻、番茄、小麦和玉米等作物的生长、产量、品质、氮肥利用上已经取得了阶段性的成果[9-11]。氮肥减量增效方面，合理的氮肥运筹可促进作物群体生长，促使群体结构优化，提高产量和氮肥利用率[12]。但对塔额垦区滴灌春小麦研究较少，并且对氮肥减量、氮肥运筹协同与产量的相关关系研究相对较少。塔额垦区春小麦在生产中存在多施多产的传统观念，化肥施用过高、利用效率低等问题。研究稳定产量的同时，合理高效施用氮肥及氮肥运筹已成为塔额垦区春小麦稳产高产的关键。本试验通过氮肥减量和氮肥运筹协同作用，设置4个不同氮肥施肥量处理，9个氮肥运筹处理，对小麦群体结构变化、叶面积指数(LAI)、产量及产量构成、干物质积累、转运与产量的关系等方面进行分析，研究氮肥减施模式下，春小麦干物质积累、转运及产量的变化规律[13]。本研究采用裂区试验设计，分析氮肥减量模式下及氮肥运筹处理，干物质积累、转运及产量变化的规律等，寻找最佳氮肥施用量及最佳氮肥运筹比例，以期为塔额垦区春小麦高产稳产和节肥增效提供科学的数据基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2021年3—8月，在新疆生产建设兵团第九师农业科学研究所团结农场4连试验地(46°31′N，83°29′E)进行小区控制试验。该试验区为中温带大陆性气候，春季冷暖波动大，夏季热而短促。供试土壤0～20 cm 土层中含有机质29.34 g/kg、碱解氮 101.5 mg/kg、有效磷46.66 mg/kg、速效钾 371.97 mg/kg。供试品种为春小麦宁春16号。试验为裂区设计，30个试验小区，3次重复，小区面积为15 m2(2.0 m×7.5 m)，走道宽50 cm；主区为氮肥施用量，磷(P)、钾(K)不变，即N1(减施10%)为N312P125K45、N2(减施20%)为N270P125K45、N3(减施30%)为N234P125K45；副区按照氮肥后移的原则，苗肥、分蘖肥按照N养分总量的10%、15%投入，其余氮肥围绕拔节—孕穗期、孕穗—开花期进行调控，2个时期肥料施用比例共设置为A(7 ∶3)、B(6 ∶4)、C(5 ∶5)3种运筹方式，为区分，A、B、C后加1、2、3以示不同主区试验。3月29播种，播量为 360 kg/hm2，供试肥料为磷酸二胺(N 18%、P2O546%)、尿素(N 46.4%)、硫酸钾(K2O 52%)。对照(CK)为农户常用施肥量，即N346P125K45，苗肥、分蘖肥、拔节—孕穗期、孕穗—开花期分别按照N养分总量的10%、15%、52%、23%投入。

1.2 试验方法

1.2.1 茎蘖测定 在拔节期，每个小区取2个点，取1 m长度，测量相邻3行，测定群体茎蘖数，得出茎蘖成穗率。

1.2.2 叶面积指数测量 分别在分蘖期、拔节期、开花期、灌浆期、成熟期连续取15株植株连根挖出，带回实验室测量叶片长、宽、每张叶质量、叶片总质量。采用长宽系数法计算叶面积及叶面积指数。

1.2.3 干物质量测定 分别在各生育期取10株带回实验室将小麦分成叶片、茎、茎鞘、穗4个部分，分别装入信封纸袋里，105 ℃杀青，75 ℃条件下烘干至恒质量，冷却称质量。按以下公式计算：

花前干物质转运量=花期地上部干物质质量-成熟期地上部营养器官干物质质量；

花前干物质贡献率=(花前干物质质量-成熟期干物质质量)/成熟期籽粒质量×100%；

花后干物质积累量=成熟期干物质质量-开花期干物质质量；

花后干物质的贡献率=(成熟期干物质质量-开花期干物质质量)/产量×100%。

1.2.4 产量及考种 收获时在每个小区选取具有代表性的2个样点，各取1 m2，人工收获、脱粒、晾晒后称质量计产，并换算为单位面积产量。调查 1 m2的收获穗数，取20个穗进行考种，调查穗粒数、千粒质量和产量。

1.3 数据分析

采用Excel 2017和SPSS 19.0统计软件进行数据整理、分析与绘图。

2 结果与分析

2.1 减氮施肥和氮肥运筹下春小麦茎蘖动态变化

研究结果(表1)表明，减氮处理N1、N2、N3的茎蘖数变化趋势表现一致，均高于CK，最高茎蘖数和茎蘖成穗率随着氮肥施用量的增大均呈现先增加后减少的趋势。氮肥运筹中，N1处理的茎蘖数以B1处理下最高，为684.44×104个/hm2，与处理A1、C1、CK呈现显著差异(P<0.05)；N2处理的茎蘖数以B2处理下最高，为705.22×104个/hm2，与处理A2差异不显著，与处理C2、CK呈现显著差异(P<0.05)；N3处理的茎蘖数以B3处理下最高，为696.96×104个/hm2，与处理A3、C3、CK均呈现显著差异(P<0.05)。

N1处理以B1的茎蘖成穗率最高，为72.59%，比A1、C1、CK处理提高了0.6%～2.3%，且与A1、CK差异不显著；N2处理以B2的茎蘖成穗率最高，为73.56%，比A2、C2、CK处理提高了1.1%～2.0%，且B2与A2、C2之间差异不显著；N3处理以B3的茎蘖成穗率最高，为72.26%，比其他处理提高了0.2%～1.2%。

2.2 减氮施肥和氮肥运筹对叶面积指数的影响

研究结果(图1)表明，在春小麦生育进程推进中，随着氮肥施用量的增加叶面积指数呈现先升高后降低的趋势，在孕穗期达到峰值。孕穗期N2处理的LAI最高，为6.61，比对照CK提高了11.3%，N2处理与CK之间呈现显著性差异(P<0.05)，比N1、N3处理分别提高了5.6%、1.4%。N2与N3处理相比无显著差异。

表1 减量施肥下滴灌春小麦的茎蘖动态和茎蘖成穗率变化

由图2、图3、图4可知，全部生育期，氮肥运筹对LAI的影响表现基本一致，均呈现先增加后降低的趋势。孕穗期，N1处理条件下，LAI在B1(6 ∶4)处理下最高，为6.42，比对照提高8.1%，B1比对照CK呈显著性增长(P<0.05)，和其他处理相比提高了2.9%～4.9%，且与C1相比差异显著；N2处理条件下，B2(6 ∶4)处理的LAI最高，为6.83，比对照提高15.0%，且与对照相比差异显著(P<0.05)，比其他处理提高了4.8%～5.7%；N3处理条件下LAI在B3(6 ∶4)处理下达到最高，为6.65，比对照提高12.0%，且与对照相比差异显著(P<0.05)，与其他处理相比提高了2.8%～3.4%。由图1、图2、图3、图4得出，减氮条件下孕穗期叶面积指数表现为 N2>N3>N1，氮肥运筹下孕穗期叶面积指数表现为B2>B3>B1。

2.3 氮肥减量及氮肥运筹对春小麦的干物质累积及转运的影响

研究结果(表2)表明，在不同处理下，滴灌春小麦干物质累积量、转运特性对产量的贡献率基本表现一致，随施氮量的增加呈现先降低后升高的趋势；花后干物质积累量对产量的贡献率表现一致，随施氮量的增加呈现先升高后降低的趋势。N1处理下干物质转运特性以B1处理表现最优，花前干物质量贡献率与其他处理相比降低了12.8%～22.5%；花后干物质累积量的贡献率相比其他处理提高了4.3%～9.9%，B1花后干物质积累量的贡献率相比其他处理呈现显著提升(P<0.05)；N2处理下干物质转运特性以B2表现最优，花前干物质量的贡献率与其他处理相比降低了15.8%～30.4%；花后干物质累积量的贡献率相比其他处理提高了5.2%～12.9%，B2花后干物质积累量的贡献率相比其他处理呈现显著提升(P<0.05)；N3处理下干物质积累转运特性以B3表现最优，花前干物质量的贡献率与其他处理相比降低了5.9%～21.5%；花后干物质积累量的贡献率相比其他处理提高了2.7%～9.3%，B3花后干物质积累量的贡献率相比其他处理呈现显著提升(P<0.05)。综上可知，减氮条件下表现最优的处理排序为N2>N3>N1，氮肥运筹下表现最优的处理排序为B2>B3>B1。

表2 氮肥减量及氮肥运筹对春小麦的干物质累积及转运的影响

2.4 氮肥减量和氮肥运筹下春小麦的产量及其产量构成

研究结果(表3)表明，减氮施肥处理下产量及产量构成因素随着施氮量的增加，均呈现先增长后降低的趋势；氮肥运筹中从产量因子上看，N1处理下，穗数、千粒质量、每穗粒数、理论产量均以B1处理最高，分别为504.20万穗/hm2、47.89 g、36.53粒和 8 814.01 kg/hm2，且B1处理显著高于其他处理；实际产量以B1处理最高，为7 315.50 kg/hm2，且B1、A1、CK 之间差异不显著。N2处理下，穗数以B2处理最高，为518.80万穗/hm2，A2、B2之间差异不显著；千粒质量以B2处理最高，为48.38 g，且A2、B2、C2之间差异不显著；每穗粒数和实际产量以B2处理最高，分别为36.97粒和7 560.00 kg/hm2，且A2、B2、C2之间差异不显著；理论产量同样以B2处理最高，为9 279.58 kg/hm2，且B2处理显著高于其他处理。N3处理条件下，穗数以B3处理最高，为503.63万穗/hm2，A3、B3之间差异不显著；千粒质量以B3处理最高，为48.07 g，且A3、B3、C3之间差异不显著；每穗粒数以B3处理最高，为36.16粒，且A3、B3之间差异不显著；实际产量以CK最高，为 7 203.00 kg/hm2，且CK、B3之间差异不显著；理论产量以B3处理最高，为8 755.76 kg/hm2，且B3处理显著高于其他处理。

表3 氮肥减量及氮肥运筹对春小麦产量及产量因子的影响

3 讨论

调控小麦群体结构维持合理穗数，可以有效增加茎蘖成穗率，获得增产[14]。氮肥对小麦群体结构的调整具有明显的影响，最高茎蘖数在小麦生育期过程中呈现先升高后降低的趋势，获得更多的有效穗数方法之一是增加氮肥的施用量，并获得更多的单位面积茎蘖数[15]；有研究表明，小麦氮肥施用量超过180 kg/hm2时，群体茎蘖总数在每个处理均无明显差异[16]。在本试验中，减氮施肥中群体茎蘖总数以N2处理下为最佳，随氮肥施用量的不断增加呈现先升高后降低的趋势，说明合理减施氮肥能够促进茎蘖数的增加，保持较高的茎蘖成穗率，这与董文华等的研究结果[17]一致。氮肥运筹处理中茎蘖总数和茎蘖成穗率表现一致，均以B(6 ∶4)处理为最高，且表现为B2>B3>B1，B2(6 ∶4)群体茎蘖动态指标最优，表明氮肥运筹比例在6 ∶4处理下能够有效增加茎蘖总数，可以维持较高的茎蘖成穗率。因此，选择最优的氮肥施用量和氮肥运筹比例，对于塔额垦区滴灌春小麦保持良好的群体数量至关重要。

LAI的高低影响着小麦产量的高低，它是用于反映作物产量的重要指标[18-19]。祁静玉等的研究表明，合理的减量施氮和氮肥运筹比例使小麦在成熟期的叶片长、宽和叶面积呈现明显增大[20]。本试验结果表明，塔额垦区滴灌春小麦宁春16号在减氮施肥中叶面积指数以N2处理下最高，表明适宜的施氮量能够对叶面积指数具有提升作用，这与杨鲤糠等的研究结果[21]表现一致。氮肥运筹中叶面积指数表现一致，叶面积指数均以B(6 ∶4)处理下为最高，且表现为B2>B3>B1，表明适宜的氮肥运筹比例，能够有效促进叶面积指数的增加。

产量形成的基础要素是干物质积累量，能够有效地反映出群体及个体质量的优劣。氮肥施用量对小麦干物质积累量有着明显作用，增加氮肥施用量有利于干物质积累量的提高，一般花后干物质积累量的转运能达到籽粒产量的70%左右[22]。在本试验中，减量施氮条件下，花后干物质随着施氮量的增加，呈现先增加后降低的趋势。宁春16号在N2(N270P125K45)处理下花前地上部干物质量的平均贡献率最小，为24.45%，花后地上部干物质累积量在N2处理下对产量的平均贡献率达到最大，为75.54%。这与孟维伟等的研究结果[23]一致。可见恰当的氮肥施用量能促进春小麦花后干物质累积量的增加，但施氮量过高或过低时，产量均会减少[13，24]。氮肥运筹中，各处理干物质积累转运特性表现一致，均以B(6 ∶4)处理下为最优，花前地上部干物质量贡献率均表现最低，且B2

试验中的小麦产量及产量构成表现为，减氮施肥处理下产量及产量构成因素随着施氮量的增加，呈现先增加后减少的趋势，以N2(N270P125K45)处理下增产效果最好，实际产量平均为7 458.33 kg/hm2。可见，适当地减少氮肥施用对小麦产量的提高有着显著作用；氮肥运筹下，各处理均以B(6 ∶4)处理下增产效果最好，且表现为B2>B1>B3。综上可知，减量施氮和氮肥运筹协同作用下，以N2(B2)处理增产效果最好。

4 结论

本研究表明，施氮量和氮肥运筹对小麦的群体指数、叶面积指数、干物质积累量、转运特性和产量均呈现明显作用，宁春16号在减量施氮和氮肥运筹协同N2(B2)处理下，综合表现为群体质量指标最佳，有利于叶面积指数的提高，干物质积累及转运特性方面表现最优，并且增产效果最好。恰当地减量施氮和氮肥运筹比例协同，可以优化群体结构，进而获得高产。综上表明，减量施氮和氮肥运筹协同N2(B2)处理具有较高的推广价值，更适合塔额垦区春小麦种植。