密度和施氮量對強筋小麥藁優2018產量和抗倒性的影響

劉慧婷，李瑞奇，王紅光，李東曉，李浩然

(河北農業大學農學院/作物生長調控河北省重點實驗室，河北保定 071000)

密度和施氮量對強筋小麥藁優2018產量和抗倒性的影響

劉慧婷，李瑞奇，王紅光，李東曉，李浩然

(河北農業大學農學院/作物生長調控河北省重點實驗室，河北保定 071000)

為明確減量播種和減施氮肥對強筋小麥品種藁優2018莖稈質量和抗倒性的影響，采用雙因素裂區試驗，研究了種植密度(D210，210萬株·hm-2；D330，330萬株·hm-2；D450，450萬株·hm-2)和施氮量(N0，0 kg·hm-2；N120，120 kg·hm-2；N240，240 kg·hm-2)對小麥倒伏高發期莖稈形態的影響，以及抗倒伏指數與莖稈形態指標的相關性。結果表明，在籽粒形成期和蠟熟期，密度由D210增加至D330，小麥莖稈重心高度顯著增加，基部節間充實度、稈壁厚度、莖稈機械強度和抗倒伏指數降低；莖稈重心高度以N0最小，N240最高；基部節間稈壁厚度在3個施氮量處理間差異不顯著；莖稈充實度、莖稈機械強度和抗倒伏指數隨施氮量增加呈降低趨勢，但在乳熟期和蠟熟期N120和N240差異不顯著。相關分析表明，基部第1節間抗倒伏指數與節間粗度、充實度和第1節間稈壁厚度呈極顯著正相關，與第2節間稈壁厚度相關性不顯著。逐步回歸分析表明，種植密度對小麥抗倒性的影響大于施氮水平。籽粒產量在不同密度處理間差異性不顯著，但在不同施氮量間表現為N120和N240處理顯著高于N0處理。因此，210萬株·hm-2至330萬株·hm-2的種植密度和120 kg·hm-2的氮素水平在獲得較高產量的同時具有較強的抗倒伏能力，是本試驗條件下小麥抗倒高產的最優組合。

小麥；種植密度；施氮量；莖稈質量；抗倒性

小麥倒伏多發生在開花后，隨著花前營養器官干物質向籽粒的轉運和穗部重量的增加，小麥抗倒伏性能逐漸降低。小麥的一般倒伏會造成產量降低20%～30%，嚴重倒伏減產超過50%以上。倒伏在造成小麥減產的同時，也顯著降低了籽粒的加工品質和營養品質。前人對小麥的抗倒伏性進行了大量研究[1-4]。結果表明，小麥倒伏多發生在基部第1和第2節間，基部節間性狀與莖稈的抗倒伏性有著密切的關系[5]，并且株高、莖稈粗度、基部節間稈壁厚度和充實度與莖稈抗倒性密切相關，降低株高能夠有效提高植株抗倒性[4,6]。因此，改善小麥莖稈質量，增加基部節間充實度，增強小麥莖稈機械強度是增強小麥抗倒伏能力的重要措施[7-9]。適宜的種植密度有利于構建合理的群體結構，促進產量三要素的協同提高[10]。密度過小雖然能提高單株的抗倒伏能力，但是會導致有效穗數不足，降低籽粒產量；密度過大，則導致田間通風透光不足，個體變弱，抗倒伏能力降低[8,11]。隨著氮肥施用量的增加，小麥莖稈節間變得細長，增加莖稈倒伏的風險[12-13]，過量施氮或者種植密度過大都會增加小麥倒伏指數，使小麥抗倒伏能力降低，進而影響小麥籽粒產量[6]。因此，合理配置密度和施氮量對于構建小麥高產抗倒群體至關重要。

河北省是我國小麥主產區之一，一般通過多穗型品種獲得大群體，實現高產。大群體小麥生育后期的多風雨氣象條件又容易增加倒伏風險。因此，研究河北省小麥高產和群體抗倒伏指數的平衡關系是實現該地區小麥高產穩產的重要內容。前人對種植密度和施氮量與小麥抗倒伏的關系進行了大量研究，但在發展節能減排高效農業的新形勢下，通過降低小麥播種量和施氮量，構建高產抗倒伏小麥群體的研究還鮮見報道。本試驗通過研究不同種植密度和施氮量對小麥莖稈抗折機械強度、抗倒指數，以及莖稈基部第1、2節間形態特征的變化，探討其對小麥莖稈抗倒伏能力的影響，從而進一步明確小麥莖稈質量特征與莖稈抗倒伏能力的關系，為小麥高產防倒栽培提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗于2015-2016年度在河北農業大學糧油作物試驗站(河北省保定市清苑區，經度115.5、緯度38.79)進行。試驗田0～20 cm 土壤有機質含量為16.20 g·kg-1，全氮含量為0.45 g·kg-1，堿解氮含量為96.25 mg·kg-1，速效磷含量為20.44 mg·kg-1，速效鉀含量為94.74 mg·kg-1。以強筋小麥品種藳優2018為材料。

試驗采用雙因素裂區設計，主區為種植密度(D)，設3個水平，基本苗分別為210萬株·hm-2(半精量播種，D210)、330萬株·hm-2(試驗所在地超高產播種，D330)、450萬株·hm-2(當地普通麥田常年播種，D450)；副區為施氮量(N)，設3個水平，分別為：超高產麥田全生育期施純N 240 kg·hm-2(N240)、減半施氮量120 kg·hm-2(N120) 和不施氮(N0)。共9個處理，3次重復，27個小區，小區面積為45 m2。

前茬玉米收獲后立即將秸稈粉碎2遍還田。氮肥基追比為5∶5，追氮時期為小麥拔節期。追施氮肥為尿素(含N 46%)。底施P2O5135 kg·hm-2、K2O 145 kg·hm-2，肥料分別為重過磷酸鈣(含P2O546%)和氯化鉀(含K2O 60%)。旋耕3遍，最后一次旋耕后鎮壓。2015年10月13日采用15 cm等行距播種，播后做畦。三葉期按試驗設計的基本苗數進行疏苗。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 莖稈性狀及抗倒指數的測定

在開花期掛牌標記長勢和開花日期一致的主莖，并在籽粒形成期、乳熟期和蠟熟期于每小區隨機取標記的10株小麥，測定主莖莖稈的以下性狀。

莖稈機械強度測定：取基部第1、2節間，剝除葉鞘，兩端置于高50 cm、間隔4 cm的支撐木架凹槽內，將YYD-1A 型莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司，杭州)置于莖稈中部并勻速下壓，莖稈折斷時的峰值即為莖稈抗折力(N)的大小。

莖稈重心高度測定：測定莖稈基部至該莖(帶穗、葉和鞘)平衡支點的距離(cm)，取3次測定平均值。

莖稈基部節間抗倒伏指數=莖稈基部節間機械強度/莖稈重心高度[8]。

基部節間充實度測定：即小麥基部節間單位長度干重。基部節間干重：將剝出葉鞘的主莖節間分別在105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘干至恒重后稱重。

基部節間粗度和厚度測定：在小麥籽粒形成期、乳熟期和蠟熟期，用游標卡尺測量基部第1、第2節間中部內徑和外徑。外徑代表粗度，節間厚度=(外徑-內徑)/2

1.2.2 產量及其構成因素的測定

收獲前定點調查各小區穗數，計算每公頃穗數。連續取20穗，計數每穗平均粒數。成熟期每小區收獲5 m2脫粒，風干后稱重，計算實際產量。

用各樣點曬干的籽粒測定千粒重。從各小區籽粒中隨機數兩個500粒并稱重，兩份重量的差值除以兩份重量的平均值，如得數小于或等于5%，將兩份重量相加即為千粒重，超過5%的再數第3份，將兩份重量相近的相加即為千粒重。

1.3 數據分析

利用Microsoft Excel 2003和SPSS version 19.0軟件進行數據統計分析。除籽粒形成期基部第1節間抗倒伏指數外，密度和氮肥水平的互作效應對其他指標的影響均未達到0.05顯著水平，因此本文主要分析了這兩個因素的主效應。

2 結果與分析

2.1 密度和施氮量對小麥莖稈抗倒伏指數的影響

表1和表2可見，從籽粒形成期至蠟熟期，同一處理的小麥植株重心高度逐漸提高，而小麥莖稈基部節間機械強度和節間的抗倒伏指數逐漸降低。說明小麥開花后，隨著生育進程的后延，小麥植株的抗倒伏能力逐漸降低。這可能與小麥開花后頂部穗重持續增加，莖稈積累的干物質因向籽粒轉運而減少有關。在小麥花后同一時期，同一處理莖稈基部第1節間的機械強度和抗倒伏指數都大于基部第2節間，說明莖稈基部第1節間性狀對小麥植株抗倒伏性能的貢獻率較大。

小麥植株抗倒性在相同生育時期的不同密度間差異表現為：重心高度隨著密度的增加而增高，莖稈基部節間機械強度和抗倒伏指數都隨著密度的增加而降低。在乳熟期和蠟熟期，基部第1節間的機械強度在3個密度間差異顯著；基部第1和第2節間抗倒伏指數在3個密度間差異均顯著。說明低密度處理有利于降低重心高度，提高莖稈基部節間機械強度和抗倒伏能力。

表1 密度和施氮量對小麥重心高度和機械強度的主效應Table 1 Effect of planting density and nitrogen level on height of gravity center and stem mechanical strength of wheat

同列數據后不同字母表示因素水平間差異達0.05顯著水平。下同。

Different letters after the same column values mean significant difference among factor levels at 0.05 level.The same below.

小麥植株抗倒性在相同生育時期的不同施氮量處理間差異表現為：重心高度隨著施氮量的增加而增加，基部第1和第2節間的機械強度和抗倒伏指數隨施氮量的增加而降低。說明適當降低高產麥田施氮量，有利于提高植株抗倒伏能力。

2.2 密度和施氮量對小麥莖稈基部節間充實度的影響

表3顯示，從籽粒形成期至蠟熟期，同一處理的基部第1、2節間充實度均逐漸降低。 同一生育時期的不同密度之間，小麥莖稈基部第1、2節間充實度均表現為隨密度的增加而降低。同一生育時期的不同施氮量間表現為：在籽粒形成期，基部第1節間充實度隨施氮量增加顯著降低；基部第2節間充實度表現為N0和N120 顯著高于N240處理。在乳熟期和蠟熟期，N120基部第1、2節間充實度顯著低于N0處理，與N240處理無顯著差異。說明在本試驗條件下，降低種植密度和施氮量有利于提高小麥基部節間的充實度，從而提高小麥植株的抗倒伏性。

表2 密度和施氮量對小麥抗倒伏指數的主效應Table 2 Effect of planting density and nitrogen level on lodging resistance index of wheat

表3 密度和施氮量對小麥基部節間充實度的主效應Table 3 Effect of planting density and nitrogen level on the filling degree of basal internode of wheat

2.3 密度和施氮量對小麥莖稈基部節間粗度和稈壁厚度的影響

由表4可見，從籽粒形成期至蠟熟期，同一處理的小麥莖稈基部第1、2節間粗度都呈降低趨勢。在籽粒形成期和乳熟期，各處理的小麥莖稈基部第1節間粗度均小于第2節間。而小麥莖稈基部第1節間稈壁厚度大于第2節間。

同一生育時期的不同密度之間比較，除個別處理外，小麥莖稈基部第1、2節間粗度和稈壁厚度隨密度增加而降低(直徑變小，稈壁變薄)，D210的小麥莖稈基部第1、2節間稈壁厚度顯著高于D330和D450，表明D210更有利于提高小麥的莖稈質量，提高抗倒性，防止倒伏。同一種植密度下的不同施氮量之間比較，在乳熟期和蠟熟期，施氮量對基部第1、2節間粗度的影響不顯著；在籽粒形成期，N120的基部第1、2節間粗度顯著大于N0。基部第1、2節間稈壁厚度在各施氮量處理間差異均不顯著。說明施氮量對小麥籽粒形成期基部節間粗度的影響較大，適宜的施氮量有利于小麥基部節間增粗，防止灌漿前期的倒伏。

表4 密度和施氮量對小麥基部節間粗度和稈壁厚度的主效應Table 4 Effect of planting density and nitrogen level on the diameter and wall thickness of wheat

2.4 莖稈形態指標與抗倒伏指數的相關性

通過莖稈形態指標與小麥莖稈抗倒伏指數的相關性分析(表5)發現，基部第1節間充實度和第2節間粗度分別與基部兩個節間的抗倒伏指數的相關性都達到0.01的顯著水平；基部第1節間桿壁厚度和粗度分別與基部兩個節間的抗倒伏指數的相關性達到0.01或0.05的顯著水平；基部第2節間充實度與基部第1節間的抗倒伏指數的相關性達到0.01的顯著水平；基部第2節間桿壁厚度與基部兩個節間的抗倒伏指數的相關性都不顯著。說明基部第1節間莖稈形態對小麥抗倒性的影響程度高于基部第2節間。結合不同種植密度和施氮量對小麥莖稈形態的主效應分析結果可知，通過適當減少播種量和施氮量可有效增加莖稈節間充實度和粗度，改善莖稈質量，有利于增強小麥莖稈抗倒性能。

表5 小麥莖稈形態指標與抗倒伏指數的相關系數Table 5 Correlation coefficients between stem lodging resistance index with stem morphological characters of wheat

*：P<0.05；**：P<0.01.

2.5 種植密度和施氮量與抗倒伏指數的回歸分析

利用逐步回歸分析法，分別獲得小麥莖稈基部第1和第2節間抗倒伏指數的回歸方程y=0.613-0.011x1-0.001x2和y=0.453-0.007x1-0.001x2。其中，x1為種植密度，x2為施氮量，y為抗倒伏指數。說明密度效應對抗倒伏指數的影響大于氮肥效應。

2.6 密度和施氮量對小麥產量及其構成因素的影響

由表6可見，不同密度處理間，籽粒產量差異不顯著，但在不同產量構成因素方面表現出不同的差異規律。單位面積穗數隨著密度的增加而顯著增加；穗粒數隨著密度的增加呈降低趨勢，D450的穗粒數顯著低于D210；千粒重隨著密度的增加呈先增加后降低的趨勢，D450的千粒重顯著低于D330。說明降低高產麥田密度不會顯著降低小麥產量，但對各項產量構成因素有顯著影響。

不同施氮量處理間，小麥籽粒產量隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，以N120產量最高。隨施氮量的增加，穗數和穗粒數增加，千粒重降低。各施氮量處理間穗數的差異均達到顯著水平。說明在本試驗條件下，適當減少施氮量可以保證高產。

表6 密度和施氮量對小麥產量及其構成因素的主效應Table 6 Effect of planting density and nitrogen level on yield and yield components

3 討 論

3.1 小麥莖稈形態指標與莖稈抗倒伏性的關系

小麥莖稈形態與植株倒伏程度關系密切。植株高矮并不代表某一品種抗倒能力的強弱，還應與該品種莖稈性狀聯系起來統一考慮[6]。有關研究發現，小麥莖稈抗倒伏能力與基部第2節間的健壯程度相關性最大[15-16]，小麥莖稈抗倒指數與基部第2節間的外徑和壁厚呈極顯著正相關[17]，第1和第2節間單位長度干重與莖稈抗倒伏指數呈正相關[18]。本試驗中，小麥基部第1節間抗倒指數與基部兩個節間粗度、充實度和第1節間稈壁厚度呈極顯著正相關，這與王成雨等[16]研究結果相似。而基部第2節間的稈壁厚度和莖稈的抗倒指數的相關性不顯著。比較而言，提高小麥植株的抗倒伏性的重點應是提高基部第1節間的抗倒能力。

3.2 種植密度對小麥莖稈抗倒伏性的影響

種植密度和氮肥能影響小麥莖稈形態結構和抗倒性[19]。從籽粒形成期至蠟熟期，高氮處理和高密度處理的倒伏率均顯著大于低氮處理和低密度處理[16]。本研究中，密度和施氮量對莖稈重心高度、基部節間粗度、充實度、機械強度以及抗倒伏指數均無交互作用。種植密度對小麥抗倒伏性能的影響大于施氮水平的影響，這與馮盛燁[20]的研究結果相似。降低種植密度可以降低小麥株高，莖稈粗壯，但是種植密度過低會導致有效穗數不足，降低籽粒產量[8]；密度過大，則導致田間通風透光不足，基部節間儲藏物質過多過早地向穗部轉運，個體變弱[10,12,21]。本研究結果表明，低密度處理(即D210)獲得了最低的重心高度和最高的基部節間粗度、充實度和機械強度，莖稈基部第1、第2節間的抗倒伏指數最高，有利于提高作物的抗倒伏能力。高密度不利于葉片的伸展，通風透光差，導致群體光合性能和干物質的積累與轉運受到影響，植株莖稈變細，莖稈中可溶性總糖、氮、淀粉和木質素含量降低[9,11,16,20]，增加倒伏風險。在一定范圍內隨著密度的提高，基本苗最多的產量最高[22]。本試驗中，密度對產量的影響差異不顯著。因此，在本試驗條件下，從確保獲得較高產量和降低小麥倒伏風險兩方面同時考慮，D210和D330為較適宜的種植密度。

3.3 施氮量對小麥莖稈抗倒伏性的影響

施氮量過低，會導致群體數量下降，最終產量降低[23]；施氮量過多，則會導致小麥營養生長過旺，無效分蘗增加，并且貪青晚熟，容易發生倒伏[6,13]。氮肥的大量施用可促使節間細長，株高增加，重心高度上升，莖稈機械強度降低，導致小麥倒伏風險增加[24]。本試驗中穗數和穗粒數隨著施氮量的增加而增加，千粒重隨施氮量的增加而降低。產量隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，即施氮量過低或過高均不利于產量的提高，這與房琴等[25]研究結果一致。N240處理的重心高度高于N0，但是N240處理的基部節間機械強度和抗倒伏指數低于N0，N120處理各項莖桿形態學和力學指標值多介于N0和N240之間，這是由于肥用量過大，會造成小麥群體過大，過早過多地消耗莖稈基部節間的可溶性碳水化合物，木質素和纖維素合成減少，C/N比下降，導致基部莖稈細弱，莖稈基部節間機械強度和抗倒伏指數下降，增加小麥倒伏風險[17,26-27]。因此，本研究從確保獲得較高產量和降低小麥倒伏風險兩方面同時考慮，中等施氮量(N120)較為適宜。

4 結 論

綜合本研究結果，在本試驗條件下，較低密度(即D210和D330)和減施氮量(即N120)處理為較適宜組合。在適宜施氮量條件下，通過適當降低密度，建立合理的群體結構，能夠降低重心高度，增加基部節間粗度、厚度和充實度，增加莖稈機械強度，提升莖稈質量及抗倒性能，為小麥高產栽培奠定良好的群體和個體生長基礎。

由于2015年小麥播種期較正常年份推遲7 d，加之冬前降溫提早14 d，各生育時期的群體總莖數較正常年份降低30%左右，使得各密度處理間產量差異不顯著。因此，在小麥生產中還應該根據具體的播期和溫度年型等，確定適宜播種量，確保適宜成穗數。

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EffectofPlantingDensityandNitrogenFertilizationRateonLodgingResistanceandGrainYieldofStrongGlutenWheatGaoyou2018

LIUHuiting,LIRuiqi,WANGHongguang,LIDongxiao,LIHaoran
(College of Agronomy,Hebei Agricultural University/ Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province,Baoding,Hebei 071000,China )

In order to clarify the effects of reducing sowing and reducing nitrogen fertilization on stem quality and lodging resistance of strong gluten wheat and the correlations between lodging resistance index and morphological characters of stem in the test area, a split plot design was carried out, with planting density (including 2.1 million, 3.3 million, and 4.5 million plants per hectare) as main plot, and nitrogen fertilization rate (including 0 kg·hm-2, 120 kg·hm-2(N120), and 240 kg·hm-2(N240)) as split plots. The results showed that planting density (2.1 million, 3.3 million plants per hectare) significantly increased the height of gravity center,but decreased filling degree and wall thickness of basal internodes,stem mechanical strength and lodging resistance index during grain forming stage to ripening stage. Height of gravity center in N0 was the shortest, but was the tallest in N240 among the three nitrogen levels. It is insignificantly correlated with the wall thickness of the basal internodes among the three nitrogen levels. Higher nitrogen decreased filling degree of basal internodes,stem mechanical strength and lodging resistance index,the differences of which were insignificantly in nitrogen treatments (N120 and N240) during milking stage to ripening stage. Correlation analysis showed that the lodging resistance index of the 1st internode was significantly positively correlated with the diameter, filling degree of basal internodes and wall thickness of the 1st internode, but it was insignificantly correlated with the wall thickness of the 2nd internode. Stepwise regression analysis indicated that planting density had more important effects on lodging resistance than nitrogen application. The grain yield was not significantly different under different densities, but those under N120 and N240 treatments were significantly higher than that under N0 treatment among different nitrogen levels. The model (plant density of 2.1 or 3.3 million plants per hectare and nitrogen application of 120 kg·hm-2) is optimal for lodging resistance and yield components of Gaoyou 2018 under the conditions of this experiment.

Wheat; Planting density; Nitrogen fertilization rate; Stem quality; Lodging resistance

時間：2017-12-11

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20171211.1106.026.html

2017-03-28

2017-10-09

國家小麥產業體系專項(CARS-03-05)

E-mail：534558064@qq.com

李瑞奇(E-mail：li-rq69@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)12-1619-08