早熟型冬小麥群體性狀及產(chǎn)量對(duì)氮磷肥和種植密度的響應(yīng)

劉孝成,石書兵 ，趙廣才，常旭虹，王德梅，陶志強(qiáng)，

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早熟型冬小麥群體性狀及產(chǎn)量對(duì)氮磷肥和種植密度的響應(yīng)

劉孝成1,2,石書兵1，趙廣才2，常旭虹2，王德梅2，陶志強(qiáng)2，

楊玉雙2，王 美1,2，郭明明2，3，亓 振2，王 雨2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830000; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點(diǎn)試驗(yàn)室,

北京 100081; 3.徐淮地區(qū)連云港農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,江蘇連云港 222006)

摘要：為確定早熟型冬小麥品種中麥8號(hào)在高肥力田達(dá)到最佳群體質(zhì)量時(shí)合理的氮磷肥施用量和適宜的種植密度，采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)4個(gè)氮磷肥施用量水平，分別為N120P96(純氮120 kg·hm-2、P2O596 kg·hm-2)、N180P144(純氮180 kg·hm-2、P2O5144 kg·hm-2)、N240P192(純氮240 kg·hm-2，P2O5 192 kg·hm-2)、N300P240(純氮300 kg·hm-2、P2O5240 kg·hm-2)；副區(qū)設(shè)3個(gè)種植密度，分別為D180(180萬株·hm-2)、D240(240萬株·hm-2)和D300(300萬株·hm-2)，研究了氮磷肥和種植密度對(duì)小麥群體性狀、產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響。結(jié)果表明，隨著氮磷肥施用量的增加，小麥開花后干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量均降低；種植密度的增加提高了成熟期群體總莖數(shù)和單位面積穗數(shù)，而千粒重表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。在N180P144至N300P240范圍內(nèi)，同一施肥條件下花后干物質(zhì)積累量隨種植密度的增加而增加。在土壤肥力較高的條件下，早熟品種中麥8號(hào)在種植密度180萬株·hm-2、施純氮120 kg·hm-2和P2O5 96 kg·hm-2的條件下，產(chǎn)量達(dá)到最高。

關(guān)鍵詞：冬小麥；氮磷肥；種植密度；群體性狀；產(chǎn)量

氮、磷、鉀肥的施用對(duì)小麥產(chǎn)量的提高起到了重要作用，但氮、磷肥的大量施用也帶來了肥料利用率降低[1]、環(huán)境污染[2,3]等一系列問題。因此，在保證高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，如何降低土壤中的肥料殘留，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境是當(dāng)前重要的農(nóng)業(yè)科學(xué)研究課題。趙海波等[4]對(duì)超高產(chǎn)冬小麥品種濟(jì)麥22研究認(rèn)為，施用純氮300 kg·hm-2和P2O5150 kg·hm-2不但可以減弱甚至使小麥光合“午休”現(xiàn)象消失，并獲得高產(chǎn)，其產(chǎn)量達(dá)10 022 kg·hm-2。陳 磊等[5]對(duì)黃土塬區(qū)旱地小麥20年肥料定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示，氮磷配施不僅顯著提高了小麥產(chǎn)量，而且有助于小麥對(duì)氮、磷的吸收，最佳的施肥量為純氮90 kg·hm-2和P2O556.4 kg·hm-2。趙德明等[6]研究表明，氮磷肥施用量的增加促進(jìn)了小麥生長(zhǎng)，從而為高產(chǎn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。范亞寧等[7]研究發(fā)現(xiàn)，合理的氮磷配施有利于增加小麥葉面積指數(shù)和分蘗。目前，關(guān)于氮、磷肥互作對(duì)小麥產(chǎn)量和群體質(zhì)量的影響已有較多研究，但多通過不同氮磷肥組合來討論合理的氮磷肥施用量，對(duì)同比例增加氮磷肥施用量的研究較少。群體密度是作物栽培研究由來已久的內(nèi)容，但隨著生產(chǎn)水平的提高和生產(chǎn)目標(biāo)的變化，研究種植密度對(duì)作物群體指標(biāo)的影響仍然具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。北部冬麥區(qū)是我國(guó)秋播小麥的主產(chǎn)區(qū)，但灌漿期間干熱風(fēng)天氣的出現(xiàn)是限制冬小麥高產(chǎn)的主要原因。本試驗(yàn)選用早熟型品種中麥8號(hào)為材料，利用其生育期較短的特性，緩解小麥灌漿期間高溫的負(fù)效應(yīng)，并篩選達(dá)到高產(chǎn)的最優(yōu)氮磷肥和種植密度組合，以期為小麥高產(chǎn)高效栽培提供理論與技術(shù)參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014-2015年在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所中圃場(chǎng)試驗(yàn)地(北京)進(jìn)行，以早熟品種中麥8號(hào)為供試材料。試驗(yàn)地0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為23.83 g·kg-1，全氮0.93 g·kg-1，堿解氮98.98 mg·kg-1，速效磷19.03 mg·kg-1，速效鉀228 mg·kg-1，pH 7.93。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)。主區(qū)為4個(gè)氮、磷肥施用比例為1∶0.8的施肥量水平，分別為N120P96(純氮120 kg·hm-2、P2O596 kg·hm-2)、N180P144(純氮180 kg·hm-2、P2O5144 kg·hm-2)、N240P192(純氮240 kg·hm-2、P2O5192 kg·hm-2)、N300P240(純氮300 kg·hm-2、P2O5240 kg·hm-2)；副區(qū)為3個(gè)種植密度，分別為D180(180萬株·hm-2)、D240(240 萬株·hm-2)和D300(300萬株·hm-2)。根據(jù)肥料的有效成分含量，于整地前按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的施磷量底施磷酸二銨(含N 18%、P2O546%)，氮肥也按5∶5的比例分別作為底肥和拔節(jié)期追肥施用，氮肥中除底施的磷酸二銨外，其余全部用尿素(含N 46%)補(bǔ)足。小區(qū)面積為7.56 m2(6.3 m×1.2 m)，3次重復(fù)。小麥三葉期按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的種植密度人工間苗，其他田間管理均按大田常規(guī)管理措施統(tǒng)一進(jìn)行。

1.3調(diào)查項(xiàng)目及方法

1.3.1群體總莖數(shù)調(diào)查

每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取2個(gè)固定樣點(diǎn)并做標(biāo)記，分別于越冬前、返青期、拔節(jié)期、開花期和成熟期調(diào)查群體總莖數(shù)。

1.3.2 葉面積指數(shù)調(diào)查

在越冬前、返青期、拔節(jié)期、開花期和成熟期進(jìn)行，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株，通過干重法測(cè)定葉面積，進(jìn)而計(jì)算葉面積指數(shù)。

1.3.3干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)調(diào)查

分別于越冬前、返青期、拔節(jié)期、開花期和成熟期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株，迅速帶回試驗(yàn)室后，將莖稈+葉鞘、葉、穗等器官分開，105 ℃殺青15 min，80 ℃烘干至恒重，稱干重后求和，再計(jì)算干物質(zhì)積累量。

1.3.4產(chǎn)量及其構(gòu)成因素調(diào)查

成熟期取樣進(jìn)行室內(nèi)考種；各小區(qū)實(shí)打?qū)嵤者M(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

1.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel進(jìn)行整理，方差分析采用DPS程序進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1氮磷肥和種植密度對(duì)小麥群體性狀的影響

2.1.1氮磷肥和種植密度對(duì)小麥總莖數(shù)的影響

各處理的小麥群體總莖數(shù)在整個(gè)生育期均呈先升再降趨勢(shì)(表1)。除分蘗期和返青期外，氮磷肥在其他生育時(shí)期對(duì)小麥群體總莖數(shù)均有極顯著的影響，提高施肥水平可增加小麥返青至開花階段的群體數(shù)量，但在成熟期群體數(shù)量卻以N120P96處理最高。種植密度對(duì)各生育時(shí)期總莖數(shù)的影響均達(dá)到極顯著水平，除分蘗期外，種植密度越大，總莖數(shù)越多，且成熟期D300和D240處理的總莖數(shù)顯著多于D180處理。

種植密度和氮磷肥間存在極顯著的互作效應(yīng)。由表2可知，分蘗期總莖數(shù)在相同的氮磷肥施用量條件下，D180和D240處理多于D300處理，表明分蘗期種植密度越小，越有利于總莖數(shù)的提高；返青期至開花期，當(dāng)施肥量在N120P96至N240P192范圍內(nèi)，D300處理和D240處理的總莖數(shù)表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)，而繼續(xù)增施氮磷肥至N300P240時(shí)，D180處理的總莖數(shù)顯著多于D300處理；成熟期在N120P96下，D180處理的總莖數(shù)顯著多于D300處理，而在N180P144至N300P240施肥范圍內(nèi)，D300處理的總莖數(shù)顯著多于D180處理。

表1　氮磷肥和種植密度對(duì)小麥每平方米總莖數(shù)的主效應(yīng)

數(shù)值后不同大小寫字母分別表示因素內(nèi)不同水平間在0.01和0.05水平上差異顯著

Different capital and small letters following values mean significantly different among different levels of a factor at 0.01 and 0.05 levels,respectively

表2　不同處理下小麥各生育時(shí)期的每平方米總莖數(shù)

數(shù)值后不同大小寫字母表示處理間在0.01和0.05水平上差異顯著。下表同

Different capital and small letters following values are significantly different among the treatments at 0.01 and 0.05 levels,respectively. The same as below

2.1.2氮磷肥和種植密度對(duì)葉面積指數(shù)的影響

方差分析表明，氮磷肥和氮磷肥與種植密度的互作對(duì)各個(gè)時(shí)期的葉面積指數(shù)的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平，種植密度除返青期外對(duì)其他生育時(shí)期葉面積指數(shù)的影響均達(dá)到極顯著水平。由表3可以看出，隨著小麥生育期的推進(jìn)，各處理葉面積指數(shù)呈先升后降的趨勢(shì)，最高葉面積指數(shù)出現(xiàn)在拔節(jié)期或開花期。分蘗期在N120P96至N300P240范圍內(nèi)施肥，葉面積指數(shù)隨種植密度的增加而增加；返青期在N120P96至N180P144范圍內(nèi)施肥，葉面積指數(shù)隨種植密度的增加而增加，而在N240P192、N300P240施肥條件下則表現(xiàn)出相反趨勢(shì)；拔節(jié)期葉面積指數(shù)除N120P96外，在其余施肥條件下表現(xiàn)與返青期相同；開花期在同一施肥條件下葉面積指數(shù)隨種植密度的增加而降低，說明在高肥條件下種植密度不宜過大。

表3　不同處理對(duì)小麥葉面積指數(shù)的影響

2.1.3氮磷肥和種植密度對(duì)小麥植株干物質(zhì)積累的影響

經(jīng)方差分析，氮磷肥(拔節(jié)期除外)和種植密度及二者的互作對(duì)小麥植株各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量的影響均達(dá)到顯著甚至極顯著水平。小麥植株干物質(zhì)積累量在整個(gè)生育期持續(xù)增加，干物質(zhì)積累在拔節(jié)期前緩慢，拔節(jié)期后加快，成熟期干物質(zhì)量達(dá)到最高(表4)。整個(gè)生育期在N120P96條件下D240處理干物質(zhì)重高于D180處理；在N180P144下拔節(jié)前D300處理高于D240處理，拔節(jié)后反之；在N240P192下，種植密度越大，干物質(zhì)積累量越多；在N300P240下，除返青期D180處理高于D240處理外，其余時(shí)期都表現(xiàn)為D300>D240>D180。此外，開花后干物質(zhì)積累量在N120P96條件下隨種植密度的增加而降低，而在N180P144至N300P240范圍內(nèi)施肥，則隨種植密度的增加而增加；在所有處理中，開花后干物質(zhì)積累量以N120P96D180處理最高。

2.2氮磷肥和種植密度對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

氮磷肥與種植密度的互作對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響均達(dá)到極顯著水平；氮磷肥對(duì)穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平；種植密度對(duì)穗粒數(shù)無顯著影響，對(duì)穗數(shù)和千粒重的影響均極顯著;氮磷肥和種植密度及二者的互作對(duì)小麥產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平。

在N120P96下，產(chǎn)量隨種植密度增加而降低；在N180P144下，D240處理顯著高于D180和D300處理；在N240P192和N300P240下，種植密度越大，產(chǎn)量越高(表5)；總體來看，隨著施肥量的增加，調(diào)節(jié)密度雖然可以影響產(chǎn)量，但產(chǎn)量依然呈下降趨勢(shì)，說明肥料在其與密度互作效應(yīng)中起主導(dǎo)作用；在所有處理中以N120P96D108處理產(chǎn)量最高。從產(chǎn)量構(gòu)成看，在N120P96下產(chǎn)量較高的原因主要與穗數(shù)和千粒重較高有關(guān)，雖然增加密度可以增加穗數(shù)，但會(huì)導(dǎo)致穗粒數(shù)和千粒重下降，最終不會(huì)帶來高產(chǎn)。

表4　不同處理對(duì)小麥干物質(zhì)積累的影響

表5　不同處理對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

3討 論

3.1氮磷肥和種植密度對(duì)小麥群體性狀的影響

董 琦[8]的研究表明，種植密度越大，拔節(jié)后小麥莖蘗數(shù)降低越快。本研究結(jié)果卻表明，不同種植密度處理下拔節(jié)后總莖數(shù)降低57.5%～58.3%，密度間差異較??；氮磷肥施用量越大，降低幅度越大，其中N120P96處理降低了51.2%，而N300P240處理為63.2%。對(duì)此本研究認(rèn)為，雖然在高肥條件下，小麥分蘗期至拔節(jié)期總莖數(shù)較高，但氮磷肥施用量的增加使得生育前期無效分蘗大量生長(zhǎng)，拔節(jié)后無效分蘗的大量衰亡導(dǎo)致群體總莖數(shù)大幅度下降。而高密度處理下小麥雖然分蘗期總莖數(shù)較低，但由于土壤肥力較高，保證了養(yǎng)分的供應(yīng)，所以在返青期至成熟期小麥總莖數(shù)均高于低密度處理。

葉面積指數(shù)是小麥群體光合性能的重要指標(biāo)之一，在小麥全生育期特別是孕穗期之后維持較高的葉面積指數(shù)是提高小麥產(chǎn)量的基礎(chǔ)[9]。有研究表明，播量較小時(shí)，株間光照增加，個(gè)體營(yíng)養(yǎng)面積增大，從而延緩了中下部葉片的衰老，保證了上部葉片良好的光合能力，而播量較大時(shí)，因光照不足導(dǎo)致葉片衰老甚至死亡[10-11]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，開花期低肥低密條件下小麥可以獲得較高的葉面積指數(shù)，或在較高的種植密度下通過增施氮磷肥的措施也可獲得較大的葉面積指數(shù)，并且這兩種處理組合均使得最大葉面積指數(shù)出現(xiàn)后移現(xiàn)象?？赡苁怯捎谠诘头N植密度條件下，土壤較高的供肥能力滿足了群體對(duì)于養(yǎng)分的需求[12]，加之本試驗(yàn)材料為早熟品種，從而使得在小麥成熟之前個(gè)體光合能力較高，群體葉面積較大；而種植密度在180萬～240萬株·hm-2范圍內(nèi)，較高的氮肥施用量延緩了植株衰老，延長(zhǎng)了綠葉持續(xù)期(功能期)[13]，最終使得葉面積指數(shù)較大；也有研究認(rèn)為較低的基本苗提高了小麥花后植株的生理活性，從而延長(zhǎng)了葉片衰老緩降期[14]。

小麥產(chǎn)量是光合產(chǎn)物積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配的最終體現(xiàn)，因而可以通過對(duì)光合產(chǎn)物的調(diào)控提高產(chǎn)量。有研究表明，小麥花后干物質(zhì)的合成量越高，產(chǎn)量也越高[15]。本研究表明，隨施肥量的增加，小麥開花后干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量都降低，并且在N120P96條件下隨種植密度的增加而降低，而在N180P144至N300P240范圍內(nèi)，同一施肥量條件下，開花后干物質(zhì)積累量隨種植密度的增加而增加。在種植密度為180萬株·hm-2、氮磷肥施用量為N120P96時(shí)，開花后干物質(zhì)積累量較高是以下兩方面的原因：一方面是由于種植密度較小，群體透光性能較好，下層光照強(qiáng)度下降幅度小，因而群體干物質(zhì)積累量較高，而繼續(xù)增加種植密度，群體質(zhì)量變差，個(gè)體發(fā)育受到影響，干物質(zhì)積累量下降；另一方面可能是在此處理下，氮磷肥施用量較為合適，有利于小麥在開花前將營(yíng)養(yǎng)體內(nèi)貯存的同化物向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，而繼續(xù)增施氮磷肥的其他處理，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量的降低導(dǎo)致減產(chǎn)現(xiàn)象的發(fā)生[16-17]。

3.2氮磷肥和種植密度對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

已有研究表明，在一定范圍內(nèi)增施氮磷肥和提高種植密度有助于小麥產(chǎn)量的提高，但超過一定限度后，增施氮磷肥和提高種植密度反而導(dǎo)致減產(chǎn)[7,18]。合理的氮磷肥施用量和適宜的種植密度因具體環(huán)境條件和品種特性而異，所以不同的研究結(jié)果之間差異很大。

本研究表明，當(dāng)施肥量為N120P96時(shí)，在D180條件下，雖然小麥穗粒數(shù)最少，但穗數(shù)最多，千粒重和產(chǎn)量最高，而繼續(xù)增施氮磷肥的其他處理，雖然穗粒數(shù)均比N120P96D180處理多，但穗數(shù)較少，千粒重和產(chǎn)量也較低。對(duì)此，有研究也表明，穗粒數(shù)的增加彌補(bǔ)不了穗數(shù)、千粒重帶來的減產(chǎn)效應(yīng)，最終導(dǎo)致產(chǎn)量的降低[19]。

綜上所述，本研究認(rèn)為，雖然在種植密度為300萬株·hm-2、N300P240條件下小麥葉面積指數(shù)在拔節(jié)期就達(dá)到最高值，但由于穗數(shù)、千粒重都較N120P96D180處理低，且開花后干物質(zhì)積累量也較低，最終產(chǎn)量也較低。有研究認(rèn)為，千粒重的降低是由于氮肥的大量施用縮短了小麥籽粒灌漿期[19]。另有研究認(rèn)為，在重度缺磷的土壤上，施磷量不得超過180 kg·hm-2，否則小麥葉面積指數(shù)、植株莖蘗數(shù)、花后干物質(zhì)積累將呈下降趨勢(shì)，籽粒產(chǎn)量也會(huì)隨之降低[20]。而本試驗(yàn)表明，施磷量達(dá)到144 kg·hm-2時(shí)上述指標(biāo)均有不同程度的下降，這可能與試驗(yàn)品種、栽培環(huán)境有關(guān)。

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收稿日期：2015-12-20修回日期：2016-01-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-3-1-26)；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(1610092015001-06)；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目

通訊作者：石書兵(E-mail:ssb@xjau.edu.cn)；趙廣才(E-mail:zhaogc1@163.com)

中圖分類號(hào)：S512.1；S311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-1041(2016)06-0752-07

Population Characteristics and Yield Response of Early Maturity Winter Wheat to Nitrogen and Phosphorus Fertilization and Planting Density

LIU Xiaocheng1,2,SHI Shubing1,ZHAO Guangcai2,CHANG Xuhong2,WANG Demei2,TAO Zhiqiang1,YANG Yushuang2,WANG Mei1,2,GUO Mingming2，3,QI Zhen2,WANG Yu2

(1.College of Agronomy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830000,China; 2.Institute of Crop Sciences,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Ministry of Agriculture Key Laboratory of Crop Physiology an Ecology,Beijing 100081,China; 3.Institute of Lianyungang Agricultural Science of Xuhuai Area/Lianyungang Academy of Agricultural Sciences,Lianyungang,Jiangsu 222006,China)

Abstract:In order to determine the reasonable application amount of nitrogen and phosphorus and the suitable planting density for early maturity winter wheat Zhongmai 8,a split-plot design field experiment was conducted to study the effects of the population characteristics,yield and its component factors. The main plot was treated with four levels of N and P2O5 application rate: N 120 kg·hm-2and P2O5 96 kg·hm-2(N120P96),N 180 kg·hm-2and P2O5 144 kg·hm-2(N180P144),N 240 kg·hm-2and P2O5 192 kg·hm-2(N240P192),and N 300kg·hm-2and P2O5 240 kg·hm-2(N300P240),and subplot was treated with three planting density: 1.80(D180),2.40(D240) and 3.00(D300) million plants per hectare. The results showed that,with the increase of the fertilizer amount,both the dry matter accumulation after blooming and the yield were reduced; the increase of the planting density could improve the total number of population stems and spike number per unit area,but 1 000-grain weight performed the reverse trend. Within the range between N180P144and N300P240,the dry matter accumulation after blooming was increased with the increase of the planting density. In conclusion,under the experimental condition of the higher soil fertility,Zhongmai 8 will obtain the maximum yield with the conditions of 120 kg·hm-2of nitrogen fertilizer,96 kg·hm-2of phosphorous fertilizer,and 1.80 million plants per hectare of the planting density.

Key words:Winter wheat; Nitrogen and phosphorus; Planting Density; Population Characteristics; Yield

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-05-30

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160530.1536.018.html

第一作者E-mail：liuxcrop@foxmail.com