減量施氮及氮肥運籌對春小麥群體結構和產(chǎn)量的影響

羅靜靜， 王賀亞

[新疆生產(chǎn)建設兵團第九師農(nóng)業(yè)科學研究所(畜牧科學研究所)，新疆塔城 834600]

我國主要糧食作物中，小麥的產(chǎn)量居第2位，是國家重要的貯備糧食，其總體生產(chǎn)能力持續(xù)提升，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位[1]。在提升產(chǎn)量的同時也存在著化肥大量施用及低效率的施肥模式，氮肥利用率已由20世紀80年代的35.0%，降低到現(xiàn)在的28.3%[2]，遠低于發(fā)達國家 (40%～60%)[3]。氮素(N)是小麥生長不可或缺的養(yǎng)分，氮肥施用量對小麥干物質積累量產(chǎn)生顯著影響，增加施氮量能夠有效增加干物質累積量[4]，能夠促進小麥根、莖、葉等營養(yǎng)器官的生長，在生產(chǎn)中恰當?shù)牡视昧考暗蔬\籌既能促成作物高產(chǎn)，又可以促進小麥對干物質和養(yǎng)分的積累，同時也是影響小麥干物質積累及轉運的關鍵因素[5-7]。小麥群體質量的優(yōu)劣影響著小麥產(chǎn)量的多少，生產(chǎn)中肥料的合理使用可優(yōu)化小麥的群體結構，是促使小麥豐產(chǎn)和水肥有效利用的重要路徑[8]，在施氮肥過程中，當施氮量增加到一定量時，再增施氮肥，小麥產(chǎn)量不再提升甚至減少，從而增加肥料成本。滴灌可以有效地控制施氮量及運籌，為實現(xiàn)合理的氮肥施用提供技術支持。已有諸多學者研究了不同作物，在豐產(chǎn)的前提下，通過減施氮肥，提高氮肥效率，從而促進植株生長，提升籽粒品質的關鍵技術，如在水稻、番茄、小麥和玉米等作物的生長、產(chǎn)量、品質、氮肥利用上已經(jīng)取得了階段性的成果[9-11]。氮肥減量增效方面，合理的氮肥運籌可促進作物群體生長，促使群體結構優(yōu)化，提高產(chǎn)量和氮肥利用率[12]。但對塔額墾區(qū)滴灌春小麥研究較少，并且對氮肥減量、氮肥運籌協(xié)同與產(chǎn)量的相關關系研究相對較少。塔額墾區(qū)春小麥在生產(chǎn)中存在多施多產(chǎn)的傳統(tǒng)觀念，化肥施用過高、利用效率低等問題。研究穩(wěn)定產(chǎn)量的同時，合理高效施用氮肥及氮肥運籌已成為塔額墾區(qū)春小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的關鍵。本試驗通過氮肥減量和氮肥運籌協(xié)同作用，設置4個不同氮肥施肥量處理，9個氮肥運籌處理，對小麥群體結構變化、葉面積指數(shù)(LAI)、產(chǎn)量及產(chǎn)量構成、干物質積累、轉運與產(chǎn)量的關系等方面進行分析，研究氮肥減施模式下，春小麥干物質積累、轉運及產(chǎn)量的變化規(guī)律[13]。本研究采用裂區(qū)試驗設計，分析氮肥減量模式下及氮肥運籌處理，干物質積累、轉運及產(chǎn)量變化的規(guī)律等，尋找最佳氮肥施用量及最佳氮肥運籌比例，以期為塔額墾區(qū)春小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和節(jié)肥增效提供科學的數(shù)據(jù)基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2021年3—8月，在新疆生產(chǎn)建設兵團第九師農(nóng)業(yè)科學研究所團結農(nóng)場4連試驗地(46°31′N，83°29′E)進行小區(qū)控制試驗。該試驗區(qū)為中溫帶大陸性氣候，春季冷暖波動大，夏季熱而短促。供試土壤0～20 cm 土層中含有機質29.34 g/kg、堿解氮 101.5 mg/kg、有效磷46.66 mg/kg、速效鉀 371.97 mg/kg。供試品種為春小麥寧春16號。試驗為裂區(qū)設計，30個試驗小區(qū)，3次重復，小區(qū)面積為15 m2(2.0 m×7.5 m)，走道寬50 cm；主區(qū)為氮肥施用量，磷(P)、鉀(K)不變，即N1(減施10%)為N312P125K45、N2(減施20%)為N270P125K45、N3(減施30%)為N234P125K45；副區(qū)按照氮肥后移的原則，苗肥、分蘗肥按照N養(yǎng)分總量的10%、15%投入，其余氮肥圍繞拔節(jié)—孕穗期、孕穗—開花期進行調控，2個時期肥料施用比例共設置為A(7 ∶3)、B(6 ∶4)、C(5 ∶5)3種運籌方式，為區(qū)分，A、B、C后加1、2、3以示不同主區(qū)試驗。3月29播種，播量為 360 kg/hm2，供試肥料為磷酸二胺(N 18%、P2O546%)、尿素(N 46.4%)、硫酸鉀(K2O 52%)。對照(CK)為農(nóng)戶常用施肥量，即N346P125K45，苗肥、分蘗肥、拔節(jié)—孕穗期、孕穗—開花期分別按照N養(yǎng)分總量的10%、15%、52%、23%投入。

1.2 試驗方法

1.2.1 莖蘗測定 在拔節(jié)期，每個小區(qū)取2個點，取1 m長度，測量相鄰3行，測定群體莖蘗數(shù)，得出莖蘗成穗率。

1.2.2 葉面積指數(shù)測量 分別在分蘗期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期、成熟期連續(xù)取15株植株連根挖出，帶回實驗室測量葉片長、寬、每張葉質量、葉片總質量。采用長寬系數(shù)法計算葉面積及葉面積指數(shù)。

1.2.3 干物質量測定 分別在各生育期取10株帶回實驗室將小麥分成葉片、莖、莖鞘、穗4個部分，分別裝入信封紙袋里，105 ℃殺青，75 ℃條件下烘干至恒質量，冷卻稱質量。按以下公式計算：

花前干物質轉運量=花期地上部干物質質量-成熟期地上部營養(yǎng)器官干物質質量；

花前干物質貢獻率=(花前干物質質量-成熟期干物質質量)/成熟期籽粒質量×100%；

花后干物質積累量=成熟期干物質質量-開花期干物質質量；

花后干物質的貢獻率=(成熟期干物質質量-開花期干物質質量)/產(chǎn)量×100%。

1.2.4 產(chǎn)量及考種 收獲時在每個小區(qū)選取具有代表性的2個樣點，各取1 m2，人工收獲、脫粒、晾曬后稱質量計產(chǎn)，并換算為單位面積產(chǎn)量。調查 1 m2的收獲穗數(shù)，取20個穗進行考種，調查穗粒數(shù)、千粒質量和產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2017和SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)整理、分析與繪圖。

2 結果與分析

2.1 減氮施肥和氮肥運籌下春小麥莖蘗動態(tài)變化

研究結果(表1)表明，減氮處理N1、N2、N3的莖蘗數(shù)變化趨勢表現(xiàn)一致，均高于CK，最高莖蘗數(shù)和莖蘗成穗率隨著氮肥施用量的增大均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。氮肥運籌中，N1處理的莖蘗數(shù)以B1處理下最高，為684.44×104個/hm2，與處理A1、C1、CK呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05)；N2處理的莖蘗數(shù)以B2處理下最高，為705.22×104個/hm2，與處理A2差異不顯著，與處理C2、CK呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05)；N3處理的莖蘗數(shù)以B3處理下最高，為696.96×104個/hm2，與處理A3、C3、CK均呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05)。

N1處理以B1的莖蘗成穗率最高，為72.59%，比A1、C1、CK處理提高了0.6%～2.3%，且與A1、CK差異不顯著；N2處理以B2的莖蘗成穗率最高，為73.56%，比A2、C2、CK處理提高了1.1%～2.0%，且B2與A2、C2之間差異不顯著；N3處理以B3的莖蘗成穗率最高，為72.26%，比其他處理提高了0.2%～1.2%。

2.2 減氮施肥和氮肥運籌對葉面積指數(shù)的影響

研究結果(圖1)表明，在春小麥生育進程推進中，隨著氮肥施用量的增加葉面積指數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在孕穗期達到峰值。孕穗期N2處理的LAI最高，為6.61，比對照CK提高了11.3%，N2處理與CK之間呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)，比N1、N3處理分別提高了5.6%、1.4%。N2與N3處理相比無顯著差異。

表1 減量施肥下滴灌春小麥的莖蘗動態(tài)和莖蘗成穗率變化

由圖2、圖3、圖4可知，全部生育期，氮肥運籌對LAI的影響表現(xiàn)基本一致，均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。孕穗期，N1處理條件下，LAI在B1(6 ∶4)處理下最高，為6.42，比對照提高8.1%，B1比對照CK呈顯著性增長(P<0.05)，和其他處理相比提高了2.9%～4.9%，且與C1相比差異顯著；N2處理條件下，B2(6 ∶4)處理的LAI最高，為6.83，比對照提高15.0%，且與對照相比差異顯著(P<0.05)，比其他處理提高了4.8%～5.7%；N3處理條件下LAI在B3(6 ∶4)處理下達到最高，為6.65，比對照提高12.0%，且與對照相比差異顯著(P<0.05)，與其他處理相比提高了2.8%～3.4%。由圖1、圖2、圖3、圖4得出，減氮條件下孕穗期葉面積指數(shù)表現(xiàn)為 N2>N3>N1，氮肥運籌下孕穗期葉面積指數(shù)表現(xiàn)為B2>B3>B1。

2.3 氮肥減量及氮肥運籌對春小麥的干物質累積及轉運的影響

研究結果(表2)表明，在不同處理下，滴灌春小麥干物質累積量、轉運特性對產(chǎn)量的貢獻率基本表現(xiàn)一致，隨施氮量的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢；花后干物質積累量對產(chǎn)量的貢獻率表現(xiàn)一致，隨施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。N1處理下干物質轉運特性以B1處理表現(xiàn)最優(yōu)，花前干物質量貢獻率與其他處理相比降低了12.8%～22.5%；花后干物質累積量的貢獻率相比其他處理提高了4.3%～9.9%，B1花后干物質積累量的貢獻率相比其他處理呈現(xiàn)顯著提升(P<0.05)；N2處理下干物質轉運特性以B2表現(xiàn)最優(yōu)，花前干物質量的貢獻率與其他處理相比降低了15.8%～30.4%；花后干物質累積量的貢獻率相比其他處理提高了5.2%～12.9%，B2花后干物質積累量的貢獻率相比其他處理呈現(xiàn)顯著提升(P<0.05)；N3處理下干物質積累轉運特性以B3表現(xiàn)最優(yōu)，花前干物質量的貢獻率與其他處理相比降低了5.9%～21.5%；花后干物質積累量的貢獻率相比其他處理提高了2.7%～9.3%，B3花后干物質積累量的貢獻率相比其他處理呈現(xiàn)顯著提升(P<0.05)。綜上可知，減氮條件下表現(xiàn)最優(yōu)的處理排序為N2>N3>N1，氮肥運籌下表現(xiàn)最優(yōu)的處理排序為B2>B3>B1。

表2 氮肥減量及氮肥運籌對春小麥的干物質累積及轉運的影響

2.4 氮肥減量和氮肥運籌下春小麥的產(chǎn)量及其產(chǎn)量構成

研究結果(表3)表明，減氮施肥處理下產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素隨著施氮量的增加，均呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢；氮肥運籌中從產(chǎn)量因子上看，N1處理下，穗數(shù)、千粒質量、每穗粒數(shù)、理論產(chǎn)量均以B1處理最高，分別為504.20萬穗/hm2、47.89 g、36.53粒和 8 814.01 kg/hm2，且B1處理顯著高于其他處理；實際產(chǎn)量以B1處理最高，為7 315.50 kg/hm2，且B1、A1、CK 之間差異不顯著。N2處理下，穗數(shù)以B2處理最高，為518.80萬穗/hm2，A2、B2之間差異不顯著；千粒質量以B2處理最高，為48.38 g，且A2、B2、C2之間差異不顯著；每穗粒數(shù)和實際產(chǎn)量以B2處理最高，分別為36.97粒和7 560.00 kg/hm2，且A2、B2、C2之間差異不顯著；理論產(chǎn)量同樣以B2處理最高，為9 279.58 kg/hm2，且B2處理顯著高于其他處理。N3處理條件下，穗數(shù)以B3處理最高，為503.63萬穗/hm2，A3、B3之間差異不顯著；千粒質量以B3處理最高，為48.07 g，且A3、B3、C3之間差異不顯著；每穗粒數(shù)以B3處理最高，為36.16粒，且A3、B3之間差異不顯著；實際產(chǎn)量以CK最高，為 7 203.00 kg/hm2，且CK、B3之間差異不顯著；理論產(chǎn)量以B3處理最高，為8 755.76 kg/hm2，且B3處理顯著高于其他處理。

表3 氮肥減量及氮肥運籌對春小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量因子的影響

3 討論

調控小麥群體結構維持合理穗數(shù)，可以有效增加莖蘗成穗率，獲得增產(chǎn)[14]。氮肥對小麥群體結構的調整具有明顯的影響，最高莖蘗數(shù)在小麥生育期過程中呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，獲得更多的有效穗數(shù)方法之一是增加氮肥的施用量，并獲得更多的單位面積莖蘗數(shù)[15]；有研究表明，小麥氮肥施用量超過180 kg/hm2時，群體莖蘗總數(shù)在每個處理均無明顯差異[16]。在本試驗中，減氮施肥中群體莖蘗總數(shù)以N2處理下為最佳，隨氮肥施用量的不斷增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，說明合理減施氮肥能夠促進莖蘗數(shù)的增加，保持較高的莖蘗成穗率，這與董文華等的研究結果[17]一致。氮肥運籌處理中莖蘗總數(shù)和莖蘗成穗率表現(xiàn)一致，均以B(6 ∶4)處理為最高，且表現(xiàn)為B2>B3>B1，B2(6 ∶4)群體莖蘗動態(tài)指標最優(yōu)，表明氮肥運籌比例在6 ∶4處理下能夠有效增加莖蘗總數(shù)，可以維持較高的莖蘗成穗率。因此，選擇最優(yōu)的氮肥施用量和氮肥運籌比例，對于塔額墾區(qū)滴灌春小麥保持良好的群體數(shù)量至關重要。

LAI的高低影響著小麥產(chǎn)量的高低，它是用于反映作物產(chǎn)量的重要指標[18-19]。祁靜玉等的研究表明，合理的減量施氮和氮肥運籌比例使小麥在成熟期的葉片長、寬和葉面積呈現(xiàn)明顯增大[20]。本試驗結果表明，塔額墾區(qū)滴灌春小麥寧春16號在減氮施肥中葉面積指數(shù)以N2處理下最高，表明適宜的施氮量能夠對葉面積指數(shù)具有提升作用，這與楊鯉糠等的研究結果[21]表現(xiàn)一致。氮肥運籌中葉面積指數(shù)表現(xiàn)一致，葉面積指數(shù)均以B(6 ∶4)處理下為最高，且表現(xiàn)為B2>B3>B1，表明適宜的氮肥運籌比例，能夠有效促進葉面積指數(shù)的增加。

產(chǎn)量形成的基礎要素是干物質積累量，能夠有效地反映出群體及個體質量的優(yōu)劣。氮肥施用量對小麥干物質積累量有著明顯作用，增加氮肥施用量有利于干物質積累量的提高，一般花后干物質積累量的轉運能達到籽粒產(chǎn)量的70%左右[22]。在本試驗中，減量施氮條件下，花后干物質隨著施氮量的增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。寧春16號在N2(N270P125K45)處理下花前地上部干物質量的平均貢獻率最小，為24.45%，花后地上部干物質累積量在N2處理下對產(chǎn)量的平均貢獻率達到最大，為75.54%。這與孟維偉等的研究結果[23]一致。可見恰當?shù)牡适┯昧磕艽龠M春小麥花后干物質累積量的增加，但施氮量過高或過低時，產(chǎn)量均會減少[13，24]。氮肥運籌中，各處理干物質積累轉運特性表現(xiàn)一致，均以B(6 ∶4)處理下為最優(yōu)，花前地上部干物質量貢獻率均表現(xiàn)最低，且B2

試驗中的小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構成表現(xiàn)為，減氮施肥處理下產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素隨著施氮量的增加，呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，以N2(N270P125K45)處理下增產(chǎn)效果最好，實際產(chǎn)量平均為7 458.33 kg/hm2。可見，適當?shù)販p少氮肥施用對小麥產(chǎn)量的提高有著顯著作用；氮肥運籌下，各處理均以B(6 ∶4)處理下增產(chǎn)效果最好，且表現(xiàn)為B2>B1>B3。綜上可知，減量施氮和氮肥運籌協(xié)同作用下，以N2(B2)處理增產(chǎn)效果最好。

4 結論

本研究表明，施氮量和氮肥運籌對小麥的群體指數(shù)、葉面積指數(shù)、干物質積累量、轉運特性和產(chǎn)量均呈現(xiàn)明顯作用，寧春16號在減量施氮和氮肥運籌協(xié)同N2(B2)處理下，綜合表現(xiàn)為群體質量指標最佳，有利于葉面積指數(shù)的提高，干物質積累及轉運特性方面表現(xiàn)最優(yōu)，并且增產(chǎn)效果最好。恰當?shù)販p量施氮和氮肥運籌比例協(xié)同，可以優(yōu)化群體結構，進而獲得高產(chǎn)。綜上表明，減量施氮和氮肥運籌協(xié)同N2(B2)處理具有較高的推廣價值，更適合塔額墾區(qū)春小麥種植。