早熟型冬小麥群體性狀及產量對氮磷肥和種植密度的響應

劉孝成,石書兵 ，趙廣才，常旭虹，王德梅，陶志強，

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早熟型冬小麥群體性狀及產量對氮磷肥和種植密度的響應

劉孝成1,2,石書兵1，趙廣才2，常旭虹2，王德梅2，陶志強2，

楊玉雙2，王 美1,2，郭明明2，3，亓 振2，王 雨2

(1.新疆農業大學農學院,新疆烏魯木齊 830000; 2.中國農業科學院作物科學研究所/農業部作物生理生態重點試驗室,

北京 100081; 3.徐淮地區連云港農業科學研究所/連云港市農業科學院,江蘇連云港 222006)

摘要：為確定早熟型冬小麥品種中麥8號在高肥力田達到最佳群體質量時合理的氮磷肥施用量和適宜的種植密度，采用兩因素裂區試驗設計，主區設4個氮磷肥施用量水平，分別為N120P96(純氮120 kg·hm-2、P2O596 kg·hm-2)、N180P144(純氮180 kg·hm-2、P2O5144 kg·hm-2)、N240P192(純氮240 kg·hm-2，P2O5 192 kg·hm-2)、N300P240(純氮300 kg·hm-2、P2O5240 kg·hm-2)；副區設3個種植密度，分別為D180(180萬株·hm-2)、D240(240萬株·hm-2)和D300(300萬株·hm-2)，研究了氮磷肥和種植密度對小麥群體性狀、產量及其構成的影響。結果表明，隨著氮磷肥施用量的增加，小麥開花后干物質積累量和產量均降低；種植密度的增加提高了成熟期群體總莖數和單位面積穗數，而千粒重表現出相反的趨勢。在N180P144至N300P240范圍內，同一施肥條件下花后干物質積累量隨種植密度的增加而增加。在土壤肥力較高的條件下，早熟品種中麥8號在種植密度180萬株·hm-2、施純氮120 kg·hm-2和P2O5 96 kg·hm-2的條件下，產量達到最高。

關鍵詞：冬小麥；氮磷肥；種植密度；群體性狀；產量

氮、磷、鉀肥的施用對小麥產量的提高起到了重要作用，但氮、磷肥的大量施用也帶來了肥料利用率降低[1]、環境污染[2,3]等一系列問題。因此，在保證高產、優質、高效生產的基礎上，如何降低土壤中的肥料殘留，保護和改善生態環境是當前重要的農業科學研究課題。趙海波等[4]對超高產冬小麥品種濟麥22研究認為，施用純氮300 kg·hm-2和P2O5150 kg·hm-2不但可以減弱甚至使小麥光合“午休”現象消失，并獲得高產，其產量達10 022 kg·hm-2。陳 磊等[5]對黃土塬區旱地小麥20年肥料定位試驗數據的分析結果顯示，氮磷配施不僅顯著提高了小麥產量，而且有助于小麥對氮、磷的吸收，最佳的施肥量為純氮90 kg·hm-2和P2O556.4 kg·hm-2。趙德明等[6]研究表明，氮磷肥施用量的增加促進了小麥生長，從而為高產奠定了物質基礎。范亞寧等[7]研究發現，合理的氮磷配施有利于增加小麥葉面積指數和分蘗。目前，關于氮、磷肥互作對小麥產量和群體質量的影響已有較多研究，但多通過不同氮磷肥組合來討論合理的氮磷肥施用量，對同比例增加氮磷肥施用量的研究較少。群體密度是作物栽培研究由來已久的內容，但隨著生產水平的提高和生產目標的變化，研究種植密度對作物群體指標的影響仍然具有一定的現實意義。北部冬麥區是我國秋播小麥的主產區，但灌漿期間干熱風天氣的出現是限制冬小麥高產的主要原因。本試驗選用早熟型品種中麥8號為材料，利用其生育期較短的特性，緩解小麥灌漿期間高溫的負效應，并篩選達到高產的最優氮磷肥和種植密度組合，以期為小麥高產高效栽培提供理論與技術參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2014-2015年在中國農業科學院作物科學研究所中圃場試驗地(北京)進行，以早熟品種中麥8號為供試材料。試驗地0～20 cm耕層土壤有機質含量為23.83 g·kg-1，全氮0.93 g·kg-1，堿解氮98.98 mg·kg-1，速效磷19.03 mg·kg-1，速效鉀228 mg·kg-1，pH 7.93。

1.2試驗設計

試驗采用兩因素裂區設計。主區為4個氮、磷肥施用比例為1∶0.8的施肥量水平，分別為N120P96(純氮120 kg·hm-2、P2O596 kg·hm-2)、N180P144(純氮180 kg·hm-2、P2O5144 kg·hm-2)、N240P192(純氮240 kg·hm-2、P2O5192 kg·hm-2)、N300P240(純氮300 kg·hm-2、P2O5240 kg·hm-2)；副區為3個種植密度，分別為D180(180萬株·hm-2)、D240(240 萬株·hm-2)和D300(300萬株·hm-2)。根據肥料的有效成分含量，于整地前按照試驗設計的施磷量底施磷酸二銨(含N 18%、P2O546%)，氮肥也按5∶5的比例分別作為底肥和拔節期追肥施用，氮肥中除底施的磷酸二銨外，其余全部用尿素(含N 46%)補足。小區面積為7.56 m2(6.3 m×1.2 m)，3次重復。小麥三葉期按照試驗設計的種植密度人工間苗，其他田間管理均按大田常規管理措施統一進行。

1.3調查項目及方法

1.3.1群體總莖數調查

每個小區隨機選取2個固定樣點并做標記，分別于越冬前、返青期、拔節期、開花期和成熟期調查群體總莖數。

1.3.2 葉面積指數調查

在越冬前、返青期、拔節期、開花期和成熟期進行，每個小區隨機選取10株長勢基本一致的植株，通過干重法測定葉面積，進而計算葉面積指數。

1.3.3干物質積累動態調查

分別于越冬前、返青期、拔節期、開花期和成熟期，每個小區隨機選取10株長勢基本一致的植株，迅速帶回試驗室后，將莖稈+葉鞘、葉、穗等器官分開，105 ℃殺青15 min，80 ℃烘干至恒重，稱干重后求和，再計算干物質積累量。

1.3.4產量及其構成因素調查

成熟期取樣進行室內考種；各小區實打實收進行測產。

1.4試驗數據分析方法

試驗數據均采用Excel進行整理，方差分析采用DPS程序進行。

2結果與分析

2.1氮磷肥和種植密度對小麥群體性狀的影響

2.1.1氮磷肥和種植密度對小麥總莖數的影響

各處理的小麥群體總莖數在整個生育期均呈先升再降趨勢(表1)。除分蘗期和返青期外，氮磷肥在其他生育時期對小麥群體總莖數均有極顯著的影響，提高施肥水平可增加小麥返青至開花階段的群體數量，但在成熟期群體數量卻以N120P96處理最高。種植密度對各生育時期總莖數的影響均達到極顯著水平，除分蘗期外，種植密度越大，總莖數越多，且成熟期D300和D240處理的總莖數顯著多于D180處理。

種植密度和氮磷肥間存在極顯著的互作效應。由表2可知，分蘗期總莖數在相同的氮磷肥施用量條件下，D180和D240處理多于D300處理，表明分蘗期種植密度越小，越有利于總莖數的提高；返青期至開花期，當施肥量在N120P96至N240P192范圍內，D300處理和D240處理的總莖數表現出較大的優勢，而繼續增施氮磷肥至N300P240時，D180處理的總莖數顯著多于D300處理；成熟期在N120P96下，D180處理的總莖數顯著多于D300處理，而在N180P144至N300P240施肥范圍內，D300處理的總莖數顯著多于D180處理。

表1　氮磷肥和種植密度對小麥每平方米總莖數的主效應

數值后不同大小寫字母分別表示因素內不同水平間在0.01和0.05水平上差異顯著

Different capital and small letters following values mean significantly different among different levels of a factor at 0.01 and 0.05 levels,respectively

表2　不同處理下小麥各生育時期的每平方米總莖數

數值后不同大小寫字母表示處理間在0.01和0.05水平上差異顯著。下表同

Different capital and small letters following values are significantly different among the treatments at 0.01 and 0.05 levels,respectively. The same as below

2.1.2氮磷肥和種植密度對葉面積指數的影響

方差分析表明，氮磷肥和氮磷肥與種植密度的互作對各個時期的葉面積指數的影響均達到顯著或極顯著水平，種植密度除返青期外對其他生育時期葉面積指數的影響均達到極顯著水平。由表3可以看出，隨著小麥生育期的推進，各處理葉面積指數呈先升后降的趨勢，最高葉面積指數出現在拔節期或開花期。分蘗期在N120P96至N300P240范圍內施肥，葉面積指數隨種植密度的增加而增加；返青期在N120P96至N180P144范圍內施肥，葉面積指數隨種植密度的增加而增加，而在N240P192、N300P240施肥條件下則表現出相反趨勢；拔節期葉面積指數除N120P96外，在其余施肥條件下表現與返青期相同；開花期在同一施肥條件下葉面積指數隨種植密度的增加而降低，說明在高肥條件下種植密度不宜過大。

表3　不同處理對小麥葉面積指數的影響

2.1.3氮磷肥和種植密度對小麥植株干物質積累的影響

經方差分析，氮磷肥(拔節期除外)和種植密度及二者的互作對小麥植株各生育時期干物質積累量的影響均達到顯著甚至極顯著水平。小麥植株干物質積累量在整個生育期持續增加，干物質積累在拔節期前緩慢，拔節期后加快，成熟期干物質量達到最高(表4)。整個生育期在N120P96條件下D240處理干物質重高于D180處理；在N180P144下拔節前D300處理高于D240處理，拔節后反之；在N240P192下，種植密度越大，干物質積累量越多；在N300P240下，除返青期D180處理高于D240處理外，其余時期都表現為D300>D240>D180。此外，開花后干物質積累量在N120P96條件下隨種植密度的增加而降低，而在N180P144至N300P240范圍內施肥，則隨種植密度的增加而增加；在所有處理中，開花后干物質積累量以N120P96D180處理最高。

2.2氮磷肥和種植密度對小麥產量及其構成的影響

氮磷肥與種植密度的互作對小麥產量構成因素的影響均達到極顯著水平；氮磷肥對穗粒數、千粒重、穗數的影響均達到顯著或極顯著水平；種植密度對穗粒數無顯著影響，對穗數和千粒重的影響均極顯著;氮磷肥和種植密度及二者的互作對小麥產量的影響均達到極顯著水平。

在N120P96下，產量隨種植密度增加而降低；在N180P144下，D240處理顯著高于D180和D300處理；在N240P192和N300P240下，種植密度越大，產量越高(表5)；總體來看，隨著施肥量的增加，調節密度雖然可以影響產量，但產量依然呈下降趨勢，說明肥料在其與密度互作效應中起主導作用；在所有處理中以N120P96D108處理產量最高。從產量構成看，在N120P96下產量較高的原因主要與穗數和千粒重較高有關，雖然增加密度可以增加穗數，但會導致穗粒數和千粒重下降，最終不會帶來高產。

表4　不同處理對小麥干物質積累的影響

表5　不同處理對小麥產量及其構成因素的影響

3討 論

3.1氮磷肥和種植密度對小麥群體性狀的影響

董 琦[8]的研究表明，種植密度越大，拔節后小麥莖蘗數降低越快。本研究結果卻表明，不同種植密度處理下拔節后總莖數降低57.5%～58.3%，密度間差異較??；氮磷肥施用量越大，降低幅度越大，其中N120P96處理降低了51.2%，而N300P240處理為63.2%。對此本研究認為，雖然在高肥條件下，小麥分蘗期至拔節期總莖數較高，但氮磷肥施用量的增加使得生育前期無效分蘗大量生長，拔節后無效分蘗的大量衰亡導致群體總莖數大幅度下降。而高密度處理下小麥雖然分蘗期總莖數較低，但由于土壤肥力較高，保證了養分的供應，所以在返青期至成熟期小麥總莖數均高于低密度處理。

葉面積指數是小麥群體光合性能的重要指標之一，在小麥全生育期特別是孕穗期之后維持較高的葉面積指數是提高小麥產量的基礎[9]。有研究表明，播量較小時，株間光照增加，個體營養面積增大，從而延緩了中下部葉片的衰老，保證了上部葉片良好的光合能力，而播量較大時，因光照不足導致葉片衰老甚至死亡[10-11]。本試驗結果表明，開花期低肥低密條件下小麥可以獲得較高的葉面積指數，或在較高的種植密度下通過增施氮磷肥的措施也可獲得較大的葉面積指數，并且這兩種處理組合均使得最大葉面積指數出現后移現象?？赡苁怯捎谠诘头N植密度條件下，土壤較高的供肥能力滿足了群體對于養分的需求[12]，加之本試驗材料為早熟品種，從而使得在小麥成熟之前個體光合能力較高，群體葉面積較大；而種植密度在180萬～240萬株·hm-2范圍內，較高的氮肥施用量延緩了植株衰老，延長了綠葉持續期(功能期)[13]，最終使得葉面積指數較大；也有研究認為較低的基本苗提高了小麥花后植株的生理活性，從而延長了葉片衰老緩降期[14]。

小麥產量是光合產物積累、轉運和分配的最終體現，因而可以通過對光合產物的調控提高產量。有研究表明，小麥花后干物質的合成量越高，產量也越高[15]。本研究表明，隨施肥量的增加，小麥開花后干物質積累量和產量都降低，并且在N120P96條件下隨種植密度的增加而降低，而在N180P144至N300P240范圍內，同一施肥量條件下，開花后干物質積累量隨種植密度的增加而增加。在種植密度為180萬株·hm-2、氮磷肥施用量為N120P96時，開花后干物質積累量較高是以下兩方面的原因：一方面是由于種植密度較小，群體透光性能較好，下層光照強度下降幅度小，因而群體干物質積累量較高，而繼續增加種植密度，群體質量變差，個體發育受到影響，干物質積累量下降；另一方面可能是在此處理下，氮磷肥施用量較為合適，有利于小麥在開花前將營養體內貯存的同化物向籽粒中轉運，而繼續增施氮磷肥的其他處理，干物質轉運量的降低導致減產現象的發生[16-17]。

3.2氮磷肥和種植密度對小麥產量的影響

已有研究表明，在一定范圍內增施氮磷肥和提高種植密度有助于小麥產量的提高，但超過一定限度后，增施氮磷肥和提高種植密度反而導致減產[7,18]。合理的氮磷肥施用量和適宜的種植密度因具體環境條件和品種特性而異，所以不同的研究結果之間差異很大。

本研究表明，當施肥量為N120P96時，在D180條件下，雖然小麥穗粒數最少，但穗數最多，千粒重和產量最高，而繼續增施氮磷肥的其他處理，雖然穗粒數均比N120P96D180處理多，但穗數較少，千粒重和產量也較低。對此，有研究也表明，穗粒數的增加彌補不了穗數、千粒重帶來的減產效應，最終導致產量的降低[19]。

綜上所述，本研究認為，雖然在種植密度為300萬株·hm-2、N300P240條件下小麥葉面積指數在拔節期就達到最高值，但由于穗數、千粒重都較N120P96D180處理低，且開花后干物質積累量也較低，最終產量也較低。有研究認為，千粒重的降低是由于氮肥的大量施用縮短了小麥籽粒灌漿期[19]。另有研究認為，在重度缺磷的土壤上，施磷量不得超過180 kg·hm-2，否則小麥葉面積指數、植株莖蘗數、花后干物質積累將呈下降趨勢，籽粒產量也會隨之降低[20]。而本試驗表明，施磷量達到144 kg·hm-2時上述指標均有不同程度的下降，這可能與試驗品種、栽培環境有關。

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收稿日期：2015-12-20修回日期：2016-01-08

基金項目：國家現代農業小麥產業技術體系(CARS-3-1-26)；中央級公益性科研院所基本科研業務費專項(1610092015001-06)；中國農業科學院科技創新工程項目

通訊作者：石書兵(E-mail:ssb@xjau.edu.cn)；趙廣才(E-mail:zhaogc1@163.com)

中圖分類號：S512.1；S311

文獻標識碼：A

文章編號：1009-1041(2016)06-0752-07

Population Characteristics and Yield Response of Early Maturity Winter Wheat to Nitrogen and Phosphorus Fertilization and Planting Density

LIU Xiaocheng1,2,SHI Shubing1,ZHAO Guangcai2,CHANG Xuhong2,WANG Demei2,TAO Zhiqiang1,YANG Yushuang2,WANG Mei1,2,GUO Mingming2，3,QI Zhen2,WANG Yu2

(1.College of Agronomy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830000,China; 2.Institute of Crop Sciences,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Ministry of Agriculture Key Laboratory of Crop Physiology an Ecology,Beijing 100081,China; 3.Institute of Lianyungang Agricultural Science of Xuhuai Area/Lianyungang Academy of Agricultural Sciences,Lianyungang,Jiangsu 222006,China)

Abstract:In order to determine the reasonable application amount of nitrogen and phosphorus and the suitable planting density for early maturity winter wheat Zhongmai 8,a split-plot design field experiment was conducted to study the effects of the population characteristics,yield and its component factors. The main plot was treated with four levels of N and P2O5 application rate: N 120 kg·hm-2and P2O5 96 kg·hm-2(N120P96),N 180 kg·hm-2and P2O5 144 kg·hm-2(N180P144),N 240 kg·hm-2and P2O5 192 kg·hm-2(N240P192),and N 300kg·hm-2and P2O5 240 kg·hm-2(N300P240),and subplot was treated with three planting density: 1.80(D180),2.40(D240) and 3.00(D300) million plants per hectare. The results showed that,with the increase of the fertilizer amount,both the dry matter accumulation after blooming and the yield were reduced; the increase of the planting density could improve the total number of population stems and spike number per unit area,but 1 000-grain weight performed the reverse trend. Within the range between N180P144and N300P240,the dry matter accumulation after blooming was increased with the increase of the planting density. In conclusion,under the experimental condition of the higher soil fertility,Zhongmai 8 will obtain the maximum yield with the conditions of 120 kg·hm-2of nitrogen fertilizer,96 kg·hm-2of phosphorous fertilizer,and 1.80 million plants per hectare of the planting density.

Key words:Winter wheat; Nitrogen and phosphorus; Planting Density; Population Characteristics; Yield

網絡出版時間：2016-05-30

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