水氮運籌對新疆滴灌春小麥群體質量和產量的影響

歐陽雪瑩，蔣桂英，冉 輝，彭 婷

(1.石河子大學農學院，新疆石河子 832000；2.新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832000)

小麥(TriticumaestivumL.)是新疆第一大糧食作物，2017年新疆小麥種植面積為117.33萬hm2，占新疆糧食作物播種面積的52%[1]。水肥是作物生產的重要物質保障，二者之間存在明顯的耦合效應[2]。合理的水肥運籌有助于小麥穩產和高產，同時促進資源高效利用，對農業可持續發展及糧食安全有著重要的意義。

小麥花后干物質積累量、葉面積指數(LAI)、粒葉比和成穗率是反映其群體質量的重要指標[3]。開花后的光合物質生產是小麥產量形成的主要物質來源，直接決定著小麥產量的高低[4-6]，因而開花后積累的干物質越多,小麥籽粒產量越高[6-7]。在適量增施氮肥的條件下，與常規漫灌相比，滴灌小麥的干物質積累量較高[8-9]。適量灌水有利于小麥干物質積累，促進籽粒灌漿和形成高產[10-13]。作物LAI與產量呈極顯著正相關[14-16]。合理的水分供給條件下，施氮可提高小麥LAI，但過量施氮會造成LAI過高，進而影響田間透光率，導致下部葉片發育不良而衰老死亡[17-19]。凌啟鴻等[20]指出，實現作物超高產的關鍵是在適宜的LAI基礎上提高粒葉比，粒葉比與產量呈正相關。此外，合理施氮對作物有明顯的增產效應，而不合理的施氮會使得作物庫源關系失調，導致減產[20-21]。小麥粒葉比對水分變化十分敏感，當水分匱乏時源庫活性被抑制，粒葉比減小[22]。也有人提出，小麥成穗率與產量有著密切的關系，滴灌條件下合理的水肥運籌可以提高成穗率、穗粒數以及千粒重，進而實現高產[23-24]。

近年來，滴灌技術在新疆小麥生產上的應用日益擴大，節水增益效果明顯，但目前有關滴灌春小麥水分或氮肥的單一因子效應研究較多，而圍繞滴灌條件下水氮運籌對春小麥群體質量和產量影響的研究較少。本研究以新春6號為供試材料，比較分析不同水氮處理下滴灌春小麥的群體質量和產量的特點，探求適宜的水氮配比組合，以期為新疆滴灌春小麥水氮管理模式提供理論及技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2017和2018年在新疆石河子大學農學院實驗站進行，地理位置為東經86°01′，北緯44°26′。供試土壤為中壤土。2017年土壤基礎養分含量：有機質24.3 g·kg-1、全氮1.1 g·kg-1、堿解氮64.8 mg·kg-1、速效磷19.1 mg·kg-1、速效鉀164 mg·kg-1。2018年土壤基礎養分含量：有機質25.7 g·kg-1、全氮1.8 g·kg-1、堿解氮66.1 mg·kg-1、速效磷19.5 mg·kg-1、速效鉀165.2 mg·kg-1。兩年春小麥生育期降水數據見表1。

表1 2017-2018年滴灌春小麥生育期降水量

1.2 試驗設計

試驗采用裂區設計，水分為主區，氮肥為副區，3次重復，小區面積16 m2(4 m×4 m)。供試小麥品種為新春6號。2017、2018年播期分別為4月9日和4月12日，播量均為345 kg·hm-2，寬窄行種植，行距配置為12.5+20+12.5+20 cm，每隔四行的中間位置20 cm處鋪一條滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量2.2 L·h-1。

在不同生育時期灌水量和氮肥量見表2和表3。整個生育期共灌水9次，施肥7次。灌水量通過水表精確控制。氮肥(尿素)的20%作為基肥，余下80%隨水分次追施。基施P2O560 kg·hm-2和K2O 36 kg·hm-2。其他田間管理措施同大田生產。

表2 不同生育時期滴灌春小麥灌水量配置

表3 不同生育時期滴灌春小麥施氮量配置

1.3 測定項目與方法

1.3.1 莖蘗動態的測定

小麥兩葉一心期后，每個小區內選擇具有代表性的1 m2植株標記，在拔節期、抽穗期進行莖蘗總數的定點調查，并計算其莖蘗成穗率(成熟期總穗數/最高總莖數)。

1.3.2 葉面積指數(LAI)的測定

在分蘗期、拔節期、孕穗期、抽穗揚花期、籽粒形成期、乳熟期，各處理選取有代表性的1 m2小麥植株，使用美國Li-COR公司LI-3000C葉面積儀測定葉面積，并計算葉面積指數。

1.3.3 粒葉比的測定

在成熟期，測定粒數，并計算粒葉比。

粒葉比=單位土地面積上總結實粒數/開花期相同土地面積上總葉面積

1.3.4 干物質積累的測定

在小麥分蘗期、拔節期、孕穗期、抽穗揚花期、籽粒形成期、乳熟期，每個小區內選取1 m2植株。將植株按葉片、莖鞘、穗分成三個部分，分別暫存于牛皮紙袋，置于105 ℃ 烘箱中殺青30 min，75 ℃下烘干至恒重，取出冷卻后再進行稱重，并計算干物質積累量和花前干物質的轉運效率及其貢獻率。

開花前營養器官物質轉運效率=(開花期干物重-成熟期營養器官干物重)/開花期干物重×100%

開花前營養器官物質轉運貢獻率=(開花期干物重-成熟期營養器官干物重)/粒重×100%

花后干物質生產力=花后干物質積累量/開花期總葉面積

1.3.5 產量的測定

小麥成熟期時在每個小區內選取1 m2小麥植株，人工收割脫粒，自然曬干后稱重，計算籽粒產量，并測定每平米穗數。同時于小區總取20株小麥測定穗粒數和千粒重。

1.4 數據分析

用Microsoft Excel 2010進行數據統計方差分析(ANOA)，相關分析使用SPSS 19.0軟件，鄧肯氏新復極差檢驗法(DMRT)，0.05水平下檢驗差異，Origin Pro 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 水氮運籌對滴灌小麥莖蘗動態的影響

兩年中拔節期和抽穗期春小麥莖蘗數在同一施氮量下隨灌水量的增大均呈先升后降的趨勢，且以W3水平最大；在同一灌水量下，兩個年度兩個時期的莖蘗數隨施氮量的增加也呈相同變化趨勢，且均以N2水平最高(表4)。成穗率也表現出與莖蘗數相同的趨勢。在所有處理中，W3N2處理在兩個年度兩個時期的莖蘗數和成穗率均高于其他處理。

表4 不同水氮處理對滴灌春小麥的莖蘗動態和成穗率的影響

2.2 水氮運籌對滴灌小麥葉面積指數(LAI)的影響

春小麥LAI在兩年中均隨生育進程呈先增后減趨勢，均以孕穗期最大(圖1)。同一灌水量下各時期的LAI隨施氮量的增大均先升后降，以N2水平最高；同一施氮量下LAI隨灌水量的增加也呈相同變化趨勢，且以W3水平最高。所有處理中兩年各時期均以W3N2處理最大。

T:分蘗期;S:拔節期;B:孕穗期;H:抽穗期;G:籽粒灌漿期;M:乳熟期。

2.3 水氮運籌對滴灌小麥粒葉比的影響

兩年中春小麥粒葉比在同一灌水量下隨施氮量的增大均先升后降，以N2處理最高；同一施氮量下粒葉比隨灌水量的增加也表現出相似的趨勢，且在W3水平為最高(圖2)。在所有處理中兩年粒葉比均以W3N2處理最大。

2.4 水氮運籌對滴灌小麥花前干物質轉運和花后物質生產力的影響

兩年中春小麥花前干物質轉運效率及其對籽粒產量貢獻率在同一灌水量下隨施氮量的增加均呈先降后升的趨勢，且以N2水平最小；同一施氮量下花前干物質轉運效率及其對籽粒產量貢獻率隨灌水量的增大也表現出相同的趨勢，以W3水平最小(表5)。花后物質生產力對灌水和施氮的響應趨勢與花前干物質貢獻率和轉運效率相反。同一灌水量下花后干物質生產力隨施氮量的增加呈先增后減趨勢；同一施氮量下的花后干物質生產力也呈相同變化。在所有處理中，以W3N2處理的花前干物質轉運效率與貢獻率均最低，花后干物質生產力最高。

表5 不同水氮處理對滴灌春小麥花前貯藏同化物轉運和花后同化物生產的影響

2.5 水氮運籌對滴灌小麥產量及其構成的影響

水氮運籌對春小麥產量及其構成有顯著影響(表6)。從產量構成來看，在相同的灌水量下穗數、穗粒數及千粒重隨施氮量的增加均呈先增后減趨勢，且均以N2水平最大；相同施氮量下穗數、穗粒數及千粒重隨灌水量的增加也呈相同變化趨勢，以W3水平最大。產量也表現出相似的變化趨勢。W3N2處理的產量及其構成因素均顯著高于其他處理；2017年、2018年W3N2處理的產量較其他處理分別提高了 12.5%～114.9%、11.3%～112.0%。這說明合理水氮運籌可改善春小麥產量構成，進而實現高產。

表6 不同水氮處理對滴灌春小麥產量的影響

3 討 論

3.1 水氮運籌對滴灌春小麥群體質量的影響

隨著生產的不斷提高，小麥高產的實現是在一定群體數量的基礎上很大程度上取決于群體質量的提升，通過施氮運籌可對群體數量和質量進行調節，從而為小麥高產創造條件。春小麥高產群體構建過程中，在適宜穗數的基礎上，成穗率、粒葉比及花后積累越高，獲得的產量也就越高[25]。本研究表明，不同水氮處理下滴灌春小麥的莖蘗數與成穗率均不同，在W3N2(6 000 m3·hm-2，300 kg·hm-2)處理下均最大，這與前人研究所得出的結果相似[26]，說明適宜的水氮運籌可保證春小麥獲得合理的群體數量和質量。

葉片光合能力對作物生產力有重要作用，水氮兩因子通過調控LAI等指標促進光合作用，進而影響產量形成[18]。春小麥LAI在生育期內呈現先升后降趨勢[27]，在一定范圍內，增加灌水量或施氮量可提高小麥LAI，但超過該范圍后LAI反而減小[28]。本試驗也發現相似的變化趨勢，表明適宜的水氮運籌有利于增加小麥光合面積。

粒葉比可以用作判斷作物群體源庫是否協調的指標，當LAI達到某一范圍時，提高粒葉比可以提高產量[29]。本試驗結果顯示，滴灌春小麥粒葉比兩年均以W3N2處理最大，與前人研究結果一致[4]。這可能是因為一定范圍內適宜的水氮運籌提高了小麥庫容量，促進了源庫間的物質轉運，但超出某個范圍后則源庫關系失調，最終導致產量降低[30]。

一般認為小麥成熟期的籽粒干物質有 20%～30%是旗葉光合作用產生的[31]，且適宜的水氮管理有利于干物質積累。本試驗中以W3N2處理的花前干物質轉運效率與貢獻率最小，花后干物質生產力最大，王 磊等[18]也提出了相似的結論，說明適宜的水氮運籌能夠促進花后光合產物的積累，從而增加產量。

3.2 水氮運籌對滴灌春小麥產量及其構成的影響

作物群體質量的優劣對小麥產量構成因素及產量水平的高低有著重要的作用。水氮運籌對小麥產量有顯著的調控效應，水氮兩因素間存在互作效應[32]。本試驗表明，春小麥產量及其構成均隨灌水量和施氮量的增大呈現先增后減的趨勢，且以W3N2處理為最大，這與前人的研究結果相似[33]。這可能是因為合理的水氮運籌有利于植株光合產物的生產與積累，促進穗數、穗粒數的增加，進而提高產量。

綜上所述，本試驗條件下，以W3N2處理的滴灌春小麥群體質量和產量及其構成最佳。因此，從資源利用、區域環境等綜合方面考慮，灌水量(6 000 m3·hm-2)和施氮量(300 kg·hm-2)為當地最適宜的水氮組合。