種植密度與施肥量對(duì)小麥抗倒伏性能的影響

馮盛燁 王光祿 王懷恩 程倩倩 王寶峰 閆樹平 于洋 趙楊 孫允超

摘要：為明確小麥抗倒伏能力與種植密度（Z）、施氮量（N）、施磷量（P）、施鉀量（K）間的關(guān)系，并為完善小麥高產(chǎn)栽培理論提供參考，以倒伏指數(shù)作為評(píng)價(jià)小麥抗倒伏能力的指標(biāo)，通過四元二次旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，研究了倒伏指數(shù)與莖稈機(jī)械強(qiáng)度、鮮重、重心高度間的相關(guān)性，并建立了倒伏指數(shù)與Z、N、P、K的回歸方程。結(jié)果表明：倒伏指數(shù)與莖稈機(jī)械強(qiáng)度（-0.826**）相關(guān)性最大，其次為莖稈鮮重（-0.489**），均呈極顯著負(fù)相關(guān)；四個(gè)因素對(duì)倒伏指數(shù)的影響程度為施鉀量（88.921）>種植密度（77.061）>施氮量（38.639）>施磷量（3.736）；倒伏指數(shù)與四個(gè)因素均成二次曲線關(guān)系，表現(xiàn)為隨著種植密度增大，倒伏指數(shù)逐漸增大，但增速逐漸變緩；隨著施氮量與施鉀量增加，倒伏指數(shù)先增加后緩慢減小，隨著施磷量增加，倒伏指數(shù)先緩慢增加后迅速增加。

關(guān)鍵詞：種植密度；施肥量；小麥；倒伏指數(shù)

中圖分類號(hào)：S512.103.4+S512.104.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2016）06-0050-04

小麥?zhǔn)鞘澜缟现匾募Z食作物[1]，倒伏是制約小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主要限制因素之一。倒伏對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響程度與倒伏發(fā)生的時(shí)期有關(guān)[2]，根據(jù)倒伏時(shí)期不同，小麥產(chǎn)量會(huì)有5%～50%的減產(chǎn)，倒伏時(shí)期越早，減產(chǎn)程度越高。關(guān)于怎樣提高小麥抗倒性能，國內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了許多廣泛深入的研究，如：劉天華等[3]指出基部第一節(jié)間長度和單莖根重會(huì)顯著影響小麥品種的抗倒力；Murthy、Wiersma和Zahour等[4～6]研究發(fā)現(xiàn)根冠比、株高和莖粗與小麥抗倒性顯著相關(guān)，降低株高是提高小麥抗倒性能的最有效措施；于洋等[7]研究發(fā)現(xiàn)小麥倒伏指數(shù)與莖稈機(jī)械強(qiáng)度的相關(guān)性最大；董琦等[8]研究表明，小麥基部節(jié)間健壯程度與小麥抗倒性的相關(guān)性為：第二節(jié)間>第一節(jié)間>第三節(jié)間。但前人研究多集中于小麥莖稈形態(tài)結(jié)構(gòu)與抗倒性能的關(guān)系，而有關(guān)種植密度、施肥量對(duì)小麥抗倒性能影響的研究較少，本研究通過建立倒伏指數(shù)與種植密度和氮磷鉀施用量的回歸關(guān)系，明確了小麥抗倒伏能力與種植密度和施肥量的相互關(guān)系，為完善小麥栽培理論提供了參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

小麥品種為魯原502；所用肥料為尿素（含氮46.4%）、過磷酸鈣、硫酸鉀。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014～2015年在山東省聊城市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院科技示范園進(jìn)行。前茬作物夏玉米，土質(zhì)為粘土；2014年10月耕層土壤有機(jī)質(zhì)1.22%，全氮0.15%，堿解氮86.75 mg·kg-1，速效磷35.2 mg·kg-1，速效鉀67.5 mg·kg-1。于2014年10月12日人工播種。

試驗(yàn)采用四元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，因素水平及編碼見表1。試驗(yàn)共36個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積13.5 m2（1.5 m×9.0 m），每小區(qū)種植6行，

1.3測(cè)定項(xiàng)目

根據(jù)本地區(qū)多年的小麥倒伏情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，乳熟后期至蠟熟期小麥最易發(fā)生倒伏。因此，于2015年5月28日進(jìn)行田間取樣，每小區(qū)取20個(gè)單莖用于考察莖稈的重心高度、鮮重，蠟熟末期收獲，小區(qū)記產(chǎn)，考種，測(cè)定千粒重等。

莖稈機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)定：相關(guān)研究[8，9]發(fā)現(xiàn)，基部第二節(jié)間的健壯程度與小麥抗倒伏性能相關(guān)性最大。因此，本試驗(yàn)選取新鮮莖稈基部第二節(jié)間中部5 cm，放在固定好的支架上，用AH-20型數(shù)字型測(cè)力儀的彈簧掛鉤勾住莖稈中央，緩慢向下拉，直到將莖稈拉折，此時(shí)拉力計(jì)上的數(shù)值即為莖稈機(jī)械強(qiáng)度。

品種倒伏指數(shù)的測(cè)定：借鑒王勇等[10]提出的品種倒伏指數(shù)來衡量試驗(yàn)材料抗倒性的強(qiáng)弱。品種倒伏指數(shù)=H×G/S，公式中S為莖稈機(jī)械強(qiáng)度，H為莖稈重心高度（帶葉、穗），G為地上部鮮重（帶葉、穗）。

1.4數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析。

2結(jié)果與分析

2.1倒伏指數(shù)與機(jī)械強(qiáng)度、莖稈鮮重、重心高度的相關(guān)性分析

從表2中可以看出，3個(gè)性狀與倒伏指數(shù)的相關(guān)性表現(xiàn)為：莖稈機(jī)械強(qiáng)度（-0.826**）>莖稈鮮重（-0.489**）>重心高度（0.114）。表明，小麥莖稈倒伏與其機(jī)械強(qiáng)度的相關(guān)性最大。

2.2各處理組合對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

從各處理組合小麥產(chǎn)量結(jié)果（表3）可以看出， 在Z1N1P1K1組合（即666.7m2種植密度18萬株，施N量15.5 kg，施P2O5量7.5 kg，施K2O量5.0 kg）條件下小麥產(chǎn)量最高，達(dá)9 675.0 kg·hm-2。可見，適宜的種植密度和氮磷鉀施用量有利于小麥獲得高產(chǎn)，過高或過低均不利于產(chǎn)量提高。

2.3倒伏指數(shù)與各因素間的回歸分析

2.3.1回歸方程的建立以倒伏指數(shù)為目標(biāo)性狀（Y），對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，建立起其與X1、X2、X3、X4四因素間的數(shù)學(xué)模型：

Y=816.015+77.061X1+38.639X2-3.736X3+88.921X4-0.740X1X2-1.558X1X3-2.000X1X4-0.081X2X3+1.739X2X4-0.970X3X4-1.579X12-1.460X22+2.612X32-10.475X42

回歸方程的F回歸=3.5586>F0.05=0.9143，達(dá)顯著水平；對(duì)方程進(jìn)行失擬性檢驗(yàn)，得復(fù)決定系數(shù)R2=0.802，說明四因素對(duì)倒伏指數(shù)的影響為80.2%，另有19.8%是由其他未控制因素和誤差所造成的，表明模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際值吻合性較好。

對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，在α=0.05水平下剔除不顯著項(xiàng)，得到優(yōu)化方程：

Y=816.015+77.061X1+38.639X2-3.736X3+88.921X4-1.558X1X3-2.000X1X4+1.739X2X4-0.970X3X4-1.579X12-1.460X22+2.612X32-10.475X42

2.3.2單因素效應(yīng)分析各因素一次項(xiàng)系數(shù)大小決定了其對(duì)小麥倒伏指數(shù)的影響程度，從回歸方程可知，四因素對(duì)倒伏指數(shù)的影響程度為施鉀量>種植密度>施氮量>施磷量。

采用“降維法”對(duì)各因素與倒伏指數(shù)間的效應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析，將其余三個(gè)因素均固定在零水平，可分別得到各因素與倒伏指數(shù)的效應(yīng)方程：

種植密度：Y1=816.015+77.061X1-1.579X12

施氮量：Y2=816.015+38.639X2-1.460X22

施磷量：Y3=816.015-3.736X3+2.612X32

施鉀量：Y4=816.015+88.921X4-10.475X42

根據(jù)降維方程，在四因素取值范圍內(nèi)作倒伏指數(shù)隨各因素變化的曲線圖，從圖1可以看出，在取值范圍內(nèi)，倒伏指數(shù)與四個(gè)因素均呈現(xiàn)二次曲線關(guān)系。隨著播種密度增加，倒伏指數(shù)逐漸增加，但后期增速變緩；施氮量與施鉀量呈相同的曲線走勢(shì)，即倒伏指數(shù)先增加后緩慢減少；而隨著施磷量增加，倒伏指數(shù)開始增加較為緩慢，之后迅速增加。可見，生產(chǎn)上盲目增加播量不僅不會(huì)帶來產(chǎn)量增加，反而會(huì)增加小麥倒伏指數(shù)；磷肥施用過量也會(huì)大大增加小麥倒伏指數(shù)。

3討論與結(jié)論

隨著小麥單產(chǎn)水平的不斷提高，群體數(shù)量不斷上升，高產(chǎn)和倒伏問題的矛盾越來越突出。如何在不降低群體數(shù)量保證產(chǎn)量的前提下增強(qiáng)小麥的抗倒伏能力，是很多學(xué)者長期研究的問題。王勇等[10]研究發(fā)現(xiàn)倒伏指數(shù)可以較好地評(píng)價(jià)小麥抗倒伏能力。本研究以種植密度、施氮量、施磷量、施鉀量為試驗(yàn)因素，分析了倒伏指數(shù)與莖稈機(jī)械強(qiáng)度、鮮重、重心高度間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)倒伏指數(shù)與莖稈機(jī)械強(qiáng)度的相關(guān)性最大，這與于洋等[7]的研究結(jié)果一致。

栽培方式與種植習(xí)慣會(huì)影響小麥的抗倒伏能力[11]，本研究通過四元二次旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)及回歸分析，明確了倒伏指數(shù)與四個(gè)因素間均呈二次曲線關(guān)系。表明四個(gè)因素均能影響小麥莖稈的形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而影響其抗倒伏能力，尤其是磷元素，過多施入磷肥會(huì)大大增加小麥倒伏指數(shù)，具體原因需要通過對(duì)小麥莖稈解剖生理研究后進(jìn)一步明確。

肥料是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。但目前生產(chǎn)上化肥過量施入的問題較為突出，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題，如化學(xué)氮肥的過量施入大大增加了地下水中硝態(tài)氮含量，世界衛(wèi)生組織頒布的飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硝態(tài)氮最大允許濃度為10 mg·L-1，而北京郊區(qū)蔬菜種植區(qū)地下水中硝態(tài)氮含量高達(dá)62～120 mg·L-1[12]。本研究結(jié)果表明，過量施入氮磷鉀肥和增加種植密度不僅不會(huì)帶來小麥高產(chǎn)，反而會(huì)大大增加小麥倒伏指數(shù)，降低小麥抗倒伏能力，進(jìn)而影響小麥產(chǎn)量。本研究結(jié)果可為實(shí)際生產(chǎn)中合理選擇種植密度和施肥量提供參考。

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