氮肥施用對豫南稻茬小麥群體質量指標及產量的影響

謝迎新，謝旭東，白雪瑩，周國勤，馬冬云，王晨陽

(1.河南農業大學 農學院，小麥玉米作物學國家重點實驗室，國家小麥工程技術研究中心，河南 鄭州 450002；2.信陽市農業科學院，河南 信陽 464000)

適宜的群體結構是小麥實現高產穩產的基礎[1-2]。于振文等[3]研究指出，在合理群體結構基礎上，提高小麥開花至成熟階段的干物質積累和分配是實現黃淮麥區小麥高產向超高產發展的主要限制因素。Li等[4]認為，提高長江三角洲地區小麥產量應從增加穗粒數、提高成穗率以及花前在莖稈中貯存更多的非結構性碳水化合物等方向著手。訾妍等[5]研究也認為，提高小麥群體的生產能力，增加開花期和花后干物質積累量是實現小麥產量達9 000 kg/hm2的重要保證。因此，提高花后同化物向籽粒的貢獻率，獲得最適孕穗期葉面積指數(LAI)和開花期干物質積累量，在適宜穗數范圍內提高成穗率，是實現小麥高產的關鍵，也是反映小麥高產群體質量的關鍵指標[6-9]。

隨著種植業結構調整，近年來黃淮流域稻茬小麥種植面積在不斷增加。然而，由于稻茬麥區常年稻麥輪作造成耕作層淺、土質黏重、土壤耕性差、適耕期短，加之降水時空分布不均，漬害、病蟲害等危害程度較重，以及田間管理粗放等問題，導致該區小麥產量長期低而不穩，已成為我國當前重要的中低產田麥區之一。而作為黃淮流域重要的稻茬麥區—豫南稻茬麥區當前普遍存在重稻輕麥和氮肥施用不合理現象，嚴重制約該區糧食綜合能力快速提升，導致該區小麥平均產量常年僅維持在4 500 kg/hm2左右[10]。

其中，優化栽培是提高小麥產量的重要途徑，構建適宜的群體結構是小麥實現高產穩產的基礎，而氮肥施用在提高小麥產量和改善品質方面發揮著重要作用[11-12]。 為此，通過在河南南部信陽稻茬麥區布置不同氮肥用量對小麥主要生育期群體質量和產量影響的試驗，調查分析不同小麥產量水平下的群體莖蘗數、LAI、干物質積累動態、總結實粒數與粒葉比特征及其籽粒產量的關系，以期為豫南稻茬小麥氮肥合理施用與精確定量栽培管理提供理論依據和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗于 2014-2015年在河南省信陽市農業科學院試驗基地(32.10°E，114.06°N)進行。試驗田前茬為水稻，土壤為砂姜黑土，中等土壤肥力，播前0～20 cm基礎養分含量為全氮(N) 0.79 g/kg，有機質 14.50 g/kg，有效磷(P2O5) 8.71 mg/kg， 速效鉀(K2O) 82.7 mg/kg， pH值 6.05。

試驗采用品種和氮肥兩因素裂區設計，其中，主區為小麥品種，供試品種是國審小麥品種揚麥15和蘭考198，副區為施氮(純氮)處理，設 N0(0 kg/hm2)、N150(150 kg/hm2)和 N225(225 kg/hm2)3個供氮水平。于2014 年10月 20日采用機械條播方式按照播量 150 kg/hm2進行等行距播種(行距20 cm)。試驗小區面積為 3 m×4 m， 3 次重復。分別選用尿素(N 46%)、普通過磷酸鈣(P2O515%)和氯化鉀(K2O 60%)作為供試用氮磷鉀肥源，其中，N肥60%、全部磷、鉀肥(P2O5150 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2)在小麥播種時作為基肥施用，剩余40% N肥在小麥起身-拔節期追施，其他田間管理措施同當地常規大田栽培。

1.2 測定項目與方法

莖蘗動態：在小麥主要生育時期(越冬期、返青期、拔節期、開花期、成熟期)，根據在小麥三葉期各處理選取均勻一致的1 m雙行定苗樣點調查小麥群體莖蘗動態變化情況。

LAI：與小麥莖蘗動態調查同步，在小麥主要生育時期各處理隨機選取10株生長一致的植株，采用長寬系數法測定LAI。

干物質積累：與小麥莖蘗動態調查同步，樣品按器官分開，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重計算干物質積累。

成熟期調查各小區穗數、穗粒數及千粒質量，試驗處理全部收獲計產，并折算成籽粒含水量13%時的籽粒產量。

1.3 數據分析

采用Office 2010和 SPSS 18.0軟件對數據進行整理統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 氮肥施用對小麥產量及產量構成的影響

表1表明，氮肥施用可顯著提高揚麥15和蘭考198小麥品種籽粒產量，具體表現為N225>N150>N0。相同施氮水平下，蘭考198籽粒產量顯著高于揚麥15，表明蘭考198相對較適宜于在該區種植，具有較高的增產潛力。通過對產量構成因素分析發現，增施氮肥提高小麥產量主要是通過增加單位面積成穗數和穗粒數來實現的，而對千粒質量影響相對較小。調查分析表明，該區域小麥單產達6 000 kg時產量構成應達到成穗數490萬～620萬穗/hm2、穗粒數742粒及千粒質量737 g。

表1 不同氮處理小麥產量及其產量構成Tab.1 Grain yield and its components of winter wheat under different nitrogen levels

注：同一列數據后不同字母代表數據間差異達5%顯著水平。表2-3同。

Note:Different letters after values in same column indicate significant difference among treatments at 5% level. The same as Tab.2-3.

2.2 氮肥施用對小麥群體動態變化的影響

圖1可知，氮肥施用可明顯提高小麥群體莖蘗數，尤其是在小麥起身期之后，具體表現為N225>N150>N0。該研究結果表明，氮素營養仍是當前影響豫南稻茬麥區小麥成穗數的最重要因素之一，這與產量結果趨勢一致。在整個生育時期內，2個小麥品種施氮處理群體莖蘗數均呈先升高后降低趨勢，其中，揚麥 15在拔節期達到最大值，蘭考198在起身期達到最大值，這可能主要與2個品種特性存在差異有關。

通過進一步分析發現，在本試驗條件下，結合豫南稻茬麥區生產實際情況，實現該區域小麥產量6 000 kg/hm2應達到以下群體莖蘗指標：最終成穗數為560萬～620萬穗/hm2，起身期莖蘗數為680萬～780萬穗/hm2，拔節期為660萬～720萬穗/hm2。

2.3 氮肥施用對小麥LAI變化的影響

圖2表明，越冬期至開花期，2個品種LAI均呈逐漸增加趨勢，其中，蘭考198的LAI值均高于揚麥15。氮肥施用對小麥群體LAI有重要影響，施氮有利于提高小麥群體LAI，各生育時期均表現為N225>N150>N0。結合產量數據進一步分析發現，本試驗下，6 000 kg/hm2產量水平適宜LAI指標為：越冬期0.89～1.30，起身期2.89～3.20，拔節期4.08～5.60，開花期6.09～7.61。因此，在小麥關鍵生育期，可根據小麥群體LAI值進行精確定量栽培管理，低于正常值時需要及早進行水肥等田間管理。

WS.越冬期；SS.起身期；JS.拔節期；AS.開花期；MS.成熟期。圖2同。WS.Overwintering stage； SS.Erecting stage； JS.Jointing stage； AS.Anthesis stage； MS.Maturity stage.The same as Fig.2.

圖2 不同氮處理小麥LAI動態Fig.2 Dynamics of leaf area index of wheat under different nitrogen levels

2.4 氮肥施用對小麥干物質積累變化的影響

由表 2可以看出，在豫南稻茬麥區，兩小麥品種群體干物質積累(DMA)均隨生育進程推進逐漸升高，且在成熟期干物質積累達到最高，相同生育期內以蘭考198 小麥品種干物質積累相對較高。施氮可顯著提高小麥干物質積累，具體表現為N225>N150>N0。在本試驗條件下，結合豫南稻茬麥區生產實際，實現該區域小麥產量6 000 kg/hm2左右水平群體干物質積累需達到以下要求：越冬期、起身期、拔節期、開花期和成熟期分別為521～717 kg/hm2，3 693～4 244 kg/hm2，6 665～9 683 kg/hm2，13 025～16 568 kg/hm2，20 888～24 090 kg/hm2。

表2 不同氮處理的小麥群體干物質積累動態Tab.2 Dynamics of dry matter accumulation of wheat under different nitrogen levels

2.5 氮肥施用對小麥結實粒數的影響

由表3可知，與不施氮處理相比，施氮處理(N150、N225)可顯著增加小麥結實粒數，且高氮處理(N225)蘭考198結實粒數均高于揚麥15，蘭考198品種N150和N225處理間差異達顯著水平，但揚麥15品種N150和N225處理間無明顯差異，表明通過增加氮肥提高結實粒數進而起到增加籽粒產量的途徑存在品種間差異。

相關分析表明，2個小麥品種籽粒產量(y， kg/hm2)與最終結實粒數(x， 106粒/hm2)呈極顯著線性關系，其回歸方分別為y揚麥15=26.29x+587.05(R2=0.895 5**)和y蘭考198=25.187x+1 076 (R2=0.826 7**)。

綜合分析認為，實現該區域小麥產量6 000 kg/hm2左右水平，結實粒數應在192×106粒/hm2以上，且在本試驗條件下，氮肥施用對增加蘭考198結實粒數效果相對更加明顯，表明該品種更能適應高肥力(高氮)麥田，在當地具有相對較高的增產潛力。

表3 不同氮處理小麥粒葉比及總結實粒數

2.6 氮肥施用對小麥小麥粒葉比特征的影響

由表3可知，氮肥施用均可提高2個小麥品種的粒重葉比，揚麥 15表現為先增加后降低趨勢，蘭考198則表現為持續增加趨勢，但蘭考198的N150與N225處理間無明顯差異。在同一氮肥水平下，蘭考198具有適宜的粒數葉比和相對較高的粒質量葉比。進一步分析可知，在本試驗條件下，實現該區域小麥產量6 000 kg/hm2左右水平，開花期和成熟期粒數葉比和粒重葉比分別應高于0.38粒/cm2和9.45 mg/cm2。

3 結論與討論

有關小麥高產群體特征和產量結構已有諸多報道。于振文等[3]提出黃淮麥區首先要選用具有較高生物產量和經濟系數潛力的品種，然后通過栽培措施協調兩者的關系，使生物產量和經濟系數同步提高，從而獲得超高產經濟產量。丁錦峰等[13]研究認為，淮南地區揚麥20達到9 000 kg/hm2產量水平的栽培技術關鍵點是在獲得適宜穗數的基礎上主攻穗粒數與粒重。盧百關等[14]提出，黃淮地區稻茬小麥超高產9 000 kg/hm2群體產量結構為單位面積穗數>700×104/hm2、每穗>32粒及千粒質量>42 g。湯永祿等[15]通過對四川盆地9 000 kg/hm2以上超高產小麥品種產量結構研究認為，4個環境下平均產量達9 338 kg/hm2的超高產品種的穗數、穗粒數、粒數和千粒質量分別達4.49×106穗/hm2，42.3，18 825粒/m2，47.8 g，且較對照分別高8.2%，10.7%，18.3%，0.6%。王紅光等[16]通過對河北冬小麥產量結構研究認為，8.00×106穗/hm2、穗粒數30～35 粒、千粒質量43 g 以上、成熟期干物質積累量22 000 kg/hm2以及收獲指數0.46為河北省10 000 kg/hm2以上超高產小麥比較理想的產量結構和調控指標。本試驗針對豫南稻茬小麥常年平均產量徘徊在4 500 kg/hm2左右的現狀[10]，初步研究認為，實現該區域小麥產量6 000 kg/hm2需達到成穗數4.90×106～6.20×106穗/hm2、單穗平均穗粒數>42粒以及千粒質量>37 g的產量結構，且以弱春性小麥品種蘭考198更適宜于該區高產種植，該研究結果與其他稻茬麥區研究結果相比略有差異，可能主要與本試驗所處的氣候條件以及選用小麥品種有關。

關于小麥高產群體的質量指標，前人也做了諸多研究[5，17-20]。訾妍等[5]研究認為，揚糯麥1號8 000 kg/hm2以上高產群體孕穗期和乳熟期最適LAI分別為6.2～6.5和3.2～4.0，拔節期最適莖蘗數為穗數的2.3～2.5倍，莖蘗成穗率為44%～49%，分蘗成穗率為25%～33%，開花期和花后干物質積累量分別為10 000～11 600 kg/hm2和5 900 kg/hm2以上，適宜粒數葉比和粒重葉比達0.36和12.40以上。于經川等[17]通過2年對20多個小麥品種(系)粒葉比、粒重比與產量的關系分析認為，粒數葉比、粒重葉比等指標可作為高產育種的重要篩選指標。吳中偉等[18]對四川丘陵區機播套作小麥研究認為，產量達4 800 kg/hm2的LAI孕穗期4.68, 灌漿期2.11, 花后干物質積累量3 201.2 kg/hm2, 粒葉比11.501 mg/cm2。徐月明[20]通過對揚州地區弱筋小麥揚麥15研究認為，產量>7 500 kg/hm2的 LAI動態指標為越冬始期約0.9, 拔節期約3.0, 孕穗期出現最大值7.0, 開花期為4.5～5.0。此外，凌啟鴻[1]也總結了江淮流域小麥達7 500 kg/hm2產量水平時小麥主要生育時期相關最適LAI指標。上述研究結果對指導當地小麥精確定量高產栽培具有實踐意義，但針對豫南稻茬小麥的本土化研究則相對較少。

本研究在3個施氮水平下對豫南稻茬小麥達到6 000 kg/hm2產量水平群體質量指標進行了系統分析，認為，在主要生育時期同一氮肥處理下，蘭考198 品種LAI、干物質積累、粒葉比、結實粒數均相對較高，這可能是導致蘭考198產量相對較高的主要原因。進一步分析認為，在當前，實現該區域小麥產量6 000 kg/hm2需達到以下群體質量指標：起身期最適莖蘗數為680萬～780萬穗，在起身期、拔節和開花期最適宜LAI值分別為2.89～3.20，4.08～5.60，6.09～7.61；開花期干物質積累量為13 025～16 568 kg/hm2，成熟期干物質積累量為20 888 ～24 090 kg/hm2，結實粒數在192×106粒/hm2以上，適宜粒數葉比和粒重葉比在0.38粒/cm2和9.45 mg/cm2以上。根據本試驗結果，初步認為，蘭考198更適宜豫南稻茬麥區種植，且實現甚至超過小麥6 000 kg/hm2產量除了滿足土壤肥力和在主要生育期達到適宜群體質量指標參數外，全生育期施氮量應在225 kg/hm2左右。

關于豫南稻茬麥區小麥產量超過7 500 kg/hm2時的產量結構以及群體質量指標還有待進一步深入研究。