氮肥運籌模式對小麥莖稈抗倒性能與產量的影響

周 潔，王 旭，朱玉磊，劉惠惠，陳 翔， 魏鳳珍，孫建強，宋有洪，李金才

(1.安徽農業大學農學院, 安徽合肥 230036；2.蒙城縣農業科學研究所，安徽蒙城 233500)

淮北平原是安徽省小麥(TriticumaestivumL.)主產區，小麥常年種植面積占全省總面積的75%以上[1]。該地區處于中國南北交界地區，屬于暖溫帶半濕潤季風氣候，其獨特的地理位置導致水分分布不均，連綿陰雨天氣和持續季節性干旱頻發；冬前干旱不利于小麥根系發育不良，生育后期較多的雨水和潮濕的土壤濕度增大了小麥倒伏的風險[2-3]，影響小麥高產穩產和品質。因此，如何提高小麥抗倒伏性已成為該地區小麥生產中亟待解決的關鍵問題[4-6]。

根倒和莖倒是小麥倒伏的兩種主要類型[7]。莖倒主要發生在小麥的孕穗期、灌漿期及乳熟期，發生時期越早，小麥產量損失就越大，其中孕穗期至揚花期倒伏時減產最嚴重，減產幅度能達到50%，甚至絕收[8]。小麥莖稈抗倒性受品種及栽培措施影響較大。有研究認為，莖倒與小麥株高關系密切，適當降低株高的同時增加基部節間機械強度能提高抗倒性，但降低株高會影響生物量的積累和產量形成[9-11]。小麥抗倒性還與穗重、穗頸彎曲度等穗型特征以及莖基部的節間長度、節間粗度、稈壁厚度、莖干重等莖稈物理性狀密切相關[12-15]。栽培管理尤以氮肥運籌影響最顯著。施氮過多會導致小麥的株高、節間長度、重心高度增加以及莖稈基部節間粗度、稈壁厚度、節間充實度的降低，顯著提高倒伏率。研究表明，合理氮肥運籌可顯著減少小麥生育后期的無效分蘗，改善主莖蘗的養分供應狀況，增加抗倒伏能力。適期追肥可調節小麥穗下節間與基部節間的比值，降低倒伏率[16-18]。

目前針對淮北平原砂姜黑土區小麥氮肥運籌的研究較多[19-22]。前人研究抗倒性多集中在基部第二節間[9-10]，而在實際生產中，小麥田間倒伏發生在基部第三節間的情況也常有發生。雖然已有學者對基部第三節間形態特征進行了初步探討，但是對基部第二、第三節間抗倒性比較研究并不深入[23]。本研究通過分析不同施氮量及基追比條件下小麥基部第二和第三節間形態、干物質轉運及產量等指標，揭示施氮量和基追比對小麥群體生長調節及其對抗倒性和產量的影響，以期尋找合理的氮肥運籌方式，為淮北平原小麥的高產和穩產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗品種與試驗設計

試驗于2017-2018年在安徽省亳州市蒙城縣科技示范場(33°9′44″N，116°32′56″E)進行。供試品種為煙農19(冬性、中強筋、抗倒性一般)和新麥26(半冬性、強筋、抗倒能力強)。試驗田土壤為砂姜黑土。播前0～20 cm土壤有機質含量 11.51 g·kg-1，全氮含量101.58 mg·kg-1，速效磷含量15.69 mg·kg-1，速效鉀含量 118.56 mg·kg-1。前茬作物為夏玉米，收獲后的秸稈全部機械粉碎還田。

試驗采用施氮量和基追比二因素隨機區組設計。施氮量設135、180、225和270 kg·hm-2四個水平，分別用N1～N4代表；基追比設10∶0、 7∶3、5∶5和3∶7四個水平，分別用R1～R4代表。共16個處理，3次重復。小區面積為12 m2(4 m×3 m)。播期為2017年10月29日，基本苗為225萬株·hm-2，磷、鉀肥全部基施，均為112.5 kg·hm-2。其他大田管理方式同當地高產栽培管理模式。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 倒伏時間、倒伏率及倒伏系數調查

倒伏時期(lodging period，LP)與倒伏率(lodging rate，LR)：在灌漿后期觀察小麥倒伏的時間，測定倒伏面積，倒伏率為每小區倒伏面積與小區總面積之比。倒伏系數(lodging coefficient，LC)=倒伏率/倒伏程度。倒伏程度(lodging degree，LD)以級別(莖稈與地面夾角)表示：0級為(90°～75°)、1級為(75°～45°)、2級為(45°～15°)、3級為(15°～0°)[24]。

1.2.2 莖稈主要形態指標和干物質輸出率測定

株高(plant height，PH)：于灌漿期不同處理間各小區選取大小長勢均勻一致的小麥植株15株，去除小麥根系后用米尺測量每株主莖長度，求平均值。重心高度(height of center of gravity，HCG)：將莖稈(帶葉、葉鞘及穗)中部左右位置放于支點上，調節莖稈位置，直至莖稈平衡在支點上，莖稈基部頂端至平衡支點距離記為重心高度。節間長度(stem length，SL)：取植株主莖(去除葉、葉鞘)用20 cm直尺分別測量每個單莖的基部節間長度。莖稈粗度及稈壁厚度(stem diameter/Stem wall thickness，SD/SWT)：用電子游標卡尺測量每個單莖的基部節間粗度(節間中部直徑)及稈壁厚度(節間中部雙層壁厚)，稈壁厚度=(外徑-內徑)/2。干物質重測定(dry matter weight)：在105 ℃下殺青30 min后，75 ℃烘干至恒重，稱重，并折算基部節間干物質量。開花期至乳熟期基部節間干物質輸出率=(開花期基部節間干重-乳熟期基部節間干重)/開花期基部節間干重；開花期至蠟熟期基部節間干物質輸出率=(開花期基部節間干重-蠟熟期基部節間干重)/開花期基部節間干重。

1.2.3 莖稈機械強度及抗倒指數測定

莖稈機械強度(mechanical strength，MS)：于灌漿期每小區選取5株長勢均勻一致植株，用莖稈強度測定儀(YYD-1A型浙江托普儀器有限公司，杭州)測量基部節間機械強度。基部第二節間抗倒指數(lodging-resistant index，LRI)=基部第二節間機械強度/重心高度[4]，基部第三節間抗倒指數=基部第三節間機械強度/重心高度。

1.2.4 產量測定

于收獲期定點計數穗數(采用“一米雙行”定點調查方式)，計算每公頃穗數，每小區人工收割2 m2，取20穗調查穗粒數，風干后小型脫粒機脫粒，按13%含水量計算千粒重及產量。

1.3 數據分析

用Excel 2003整理數據并作圖, 用DPS 7.05和SPSS 18.0對數據進行統計分析, 采用Duncan氏新復極差法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 氮肥運籌對冬小麥倒伏率和倒伏程度的影響

小麥品種新麥26的倒伏率和倒伏程度低于煙農19，且其倒伏主要發生在乳熟和蠟熟期(表1)。增加總施氮量和基施氮量后，小麥莖稈倒伏性明顯提高。倒伏率和倒伏程度在相同追肥比例條件下表現為N4>N3>N2>N1，在相同施氮量下表現出R1>R2>R3>R4。在所有處理中，N4R1處理的莖稈倒伏最嚴重，倒伏率達到56%。

2.2 氮肥運籌對小麥基部節間形態特征及抗倒指數的影響

隨著施氮水平的提高，小麥株高、重心高度、基部節間長度的平均值均呈增加趨勢，莖稈粗度、稈壁厚度、機械強度和抗倒指數的平均值均表現為N3>N2>N4>N1(表2和表3)。相同氮肥施用總量下，兩個品種的株高、重心高度、基部節間長度均隨基施氮肥比例的降低而降低，莖稈粗度、稈壁厚度和機械強度均表現為R3>R2>R4>R1。在所有處理中，莖稈粗度、稈壁厚度在N3R3處理下最大，機械強度和抗倒指數在N3R4處理下最大。基部第三節間抗倒指數顯著小于第二節間。這說明合理的氮肥運籌可降低小麥株高、節間長度和重心高度，增加莖稈粗度、基部節間機械強度和抗倒指數。

MR:乳熟期；DS:蠟熟期。

MR:Milk ripe stage;DS:Dough stage.

2.3 氮肥運籌對小麥莖稈基部節間干重的影響

兩個小麥品種的基部第二、第三節間干重隨著開花后時間的推移而逐漸減少(表4和5)。在相同追肥比例條件下，開花期和乳熟期基部第二、第三節間干重表現為N2>N1>N3>N4，在蠟熟期則表現為N2>N3>N1>N4。在相同氮肥施用總量條件下，隨著追肥比例的增加，小麥基部節間干重呈增加趨勢，基部節間干物質在花后向籽粒的輸出率呈降低趨勢。與新麥26相比，煙農19的莖稈基部第二、第三節間干重較小，干物質輸出率較大。這表明合理氮肥運籌可以增加小麥基部節間充實度，提高小麥抗倒伏能力。

2.4 氮肥運籌對小麥產量及其構成的影響

在135～225 kg·hm-2施氮量范圍內，相同追肥比例下，兩個品種的籽粒產量隨著施氮量的增加呈增加趨勢(表6)，當施氮量超過225 kg·hm-2時產量略降。在總施氮量相同條件下，產量表現為R3>R2>R1>R4。煙農19和新麥26的產量均在N3R3處理下達到最大，在N1R1處理下均最低。兩品種產量最高處理比最低處理分別增產21.75%和15.82%。

從產量構成因素看，在相同追肥比例下，隨施氮量的增加，有效穗數和穗粒數都表現為N3>N4>N2>N1；在相同施氮量下，隨著追肥比例的增加，有效穗數呈增加趨勢，而穗粒數呈下降趨勢。有效穗數在N3R4處理下最大，穗粒數在N3R1處理下最大。千粒重在不同施氮總量和追肥比例條件下差異并不明顯，兩品種表現基本一致。這說明適量增加基施氮肥可增加小麥的穗粒數，適量提高追施氮肥比例可增加小麥的有效穗數，在施氮量225 kg·hm-2、基追比5∶5處理下可獲得較高的有效穗數和穗粒數。

表6 氮肥運籌對小麥籽粒產量及其構成因素的影響Table 6 Effects of nitrogen fertilizer managements on wheat grain yield and its components

3 討 論

3.1 氮肥運籌優化莖稈抗倒伏性能特征

氮肥運籌可以調節小麥基部節間長度與穗下節間長度比例關系，增加基部節間粗度及稈壁厚度，進而提高小麥抗倒伏能力。梁玉超等[25]研究表明，增施氮肥可以增加小麥株高、重心高度、節間長度、單株鮮重，但降低粗度、機械強度及抗倒指數，提高小麥倒伏的可能性。魏鳳珍等[26]認為，小麥基部節間長度、壁厚、穗下節間長度、充實度隨追肥比例的增加而增加，而株高和各節間長度則相反，說明減少基肥用量、增加追肥比例，可以為小麥形成良好的株型結構、降低倒伏風險奠定基礎。張明偉等[24]研究發現，隨著施氮量和追肥比例的增加，小麥基部節間變長變細，充實度降低，莖稈強度降低，田間發生倒伏的可能性及危害增加。本研究中，小麥株高、重心高度及基部節間長度在一定施氮量范圍(135～225 kg·hm-2)內，隨著施氮量和前期基肥量的增加而增加，與前人研究結果一致；但小麥基部節間莖壁厚度和粗度在施氮量為225 kg·hm-2及基追比為 5∶5時最大，繼續增加施氮量，節間莖壁厚度和粗度并沒有出現增加的趨勢。相反，當施氮量大于225 kg·hm-2時，增加了小麥的倒伏率和倒伏程度。說明在此氮肥運籌模式下可以有利于改善小麥基部節間性狀，增加小麥抗倒能力。

3.2 氮肥運籌對不同品種及節間抗倒性的影響

不同小麥品種的株高、根系發達程度、莖稈形態、力學特征、穗重和整株小麥形態結構都存在一定差異，其中莖稈形態特征是小麥倒伏的主要原因[27]。小麥基部節間越短、機械組織越發達、重心高度越低時，小麥的抗倒伏能力越強[28]。本研究表明，新麥26株高、基部節間長度小于煙農19，在生育后期煙農19發生倒伏面積和倒伏程度顯著大于新麥26，說明小麥倒伏與基部節間形態特征有著密切聯系。李金才等[4]研究發現，在不同播種密度條件下基部節間形態特征與倒伏相關程度為第二節間>第一節間>第三節間。本研究中，小麥莖稈基部第三節間節間長度、粗度、厚度大于基部第二節間，但基部第三節間強度和抗倒指數小于基部第二節間，說明小麥莖稈基部第三節間倒伏的可能性大于基部第二節間。近年來隨著產量的增加，植株重心高度提高，莖稈基部第三節間形態特征對倒伏產生的影響也不可忽視。因此，為了防止小麥的倒伏并實現豐產，需要確定適宜的施氮量和施氮比例。本試驗條件下，在施氮180～225 kg·hm-2、基追比5∶5下，小麥群體結構合理，莖稈節間綜合抗倒性狀較好，可以降低莖稈倒伏率及倒伏程度，有利于高產穩產。