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

淮北平原是安徽省小麥(TriticumaestivumL.)主產區(qū)，小麥常年種植面積占全省總面積的75%以上[1]。該地區(qū)處于中國南北交界地區(qū)，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(xù)季節(jié)性干旱頻發(fā)；冬前干旱不利于小麥根系發(fā)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(wěn)產和品質。因此，如何提高小麥抗倒伏性已成為該地區(qū)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(fā)生在小麥的孕穗期、灌漿期及乳熟期，發(fā)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(jié)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(jié)間長度、節(jié)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(jié)間長度、重心高度增加以及莖稈基部節(jié)間粗度、稈壁厚度、節(jié)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(yǎng)分供應狀況，增加抗倒伏能力。適期追肥可調節(jié)小麥穗下節(jié)間與基部節(jié)間的比值，降低倒伏率[16-18]。

目前針對淮北平原砂姜黑土區(qū)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(jié)間[9-10]，而在實際生產中，小麥田間倒伏發(fā)生在基部第三節(jié)間的情況也常有發(fā)生。雖然已有學者對基部第三節(jié)間形態(tài)特征進行了初步探討，但是對基部第二、第三節(jié)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(jié)間形態(tài)、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(jié)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(wěn)產提供理論依據(jù)。

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(qū)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(qū)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?shù)馗弋a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(shù)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(qū)倒伏面積與小區(qū)總面積之比。倒伏系數(shù)(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(tài)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(qū)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)間粗度(節(jié)間中部直徑)及稈壁厚度(節(jié)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(jié)間干物質量。開花期至乳熟期基部節(jié)間干物質輸出率=(開花期基部節(jié)間干重-乳熟期基部節(jié)間干重)/開花期基部節(jié)間干重；開花期至蠟熟期基部節(jié)間干物質輸出率=(開花期基部節(jié)間干重-蠟熟期基部節(jié)間干重)/開花期基部節(jié)間干重。

1.2.3 莖稈機械強度及抗倒指數(shù)測定

莖稈機械強度(mechanical strength，MS)：于灌漿期每小區(qū)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(jié)間機械強度?；康诙?jié)間抗倒指數(shù)(lodging-resistant index，LRI)=基部第二節(jié)間機械強度/重心高度[4]，基部第三節(jié)間抗倒指數(shù)=基部第三節(jié)間機械強度/重心高度。

1.2.4 產量測定

于收獲期定點計數(shù)穗數(shù)(采用“一米雙行”定點調查方式)，計算每公頃穗數(shù)，每小區(qū)人工收割2 m2，取20穗調查穗粒數(shù)，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(shù)據(jù)分析

用Excel 2003整理數(shù)據(jù)并作圖, 用DPS 7.05和SPSS 18.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)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(fā)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(xiàn)為N4>N3>N2>N1，在相同施氮量下表現(xiàn)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(jié)間形態(tài)特征及抗倒指數(shù)的影響

隨著施氮水平的提高，小麥株高、重心高度、基部節(jié)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(shù)的平均值均表現(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(shù)在N3R4處理下最大?；康谌?jié)間抗倒指數(shù)顯著小于第二節(jié)間。這說明合理的氮肥運籌可降低小麥株高、節(jié)間長度和重心高度，增加莖稈粗度、基部節(jié)間機械強度和抗倒指數(shù)。

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(jié)間干重的影響

兩個小麥品種的基部第二、第三節(jié)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(jié)間干重表現(xiàn)為N2>N1>N3>N4，在蠟熟期則表現(xiàn)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(jié)間干重呈增加趨勢，基部節(jié)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(jié)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(jié)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(xiàn)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(shù)和穗粒數(shù)都表現(xiàn)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(shù)呈增加趨勢，而穗粒數(shù)呈下降趨勢。有效穗數(shù)在N3R4處理下最大，穗粒數(shù)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(xiàn)基本一致。這說明適量增加基施氮肥可增加小麥的穗粒數(shù)，適量提高追施氮肥比例可增加小麥的有效穗數(shù)，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(shù)和穗粒數(shù)。

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(yōu)化莖稈抗倒伏性能特征

氮肥運籌可以調節(jié)小麥基部節(jié)間長度與穗下節(jié)間長度比例關系，增加基部節(jié)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(jié)間長度、單株鮮重，但降低粗度、機械強度及抗倒指數(shù)，提高小麥倒伏的可能性。魏鳳珍等[26]認為，小麥基部節(jié)間長度、壁厚、穗下節(jié)間長度、充實度隨追肥比例的增加而增加，而株高和各節(jié)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(fā)現(xiàn)，隨著施氮量和追肥比例的增加，小麥基部節(jié)間變長變細，充實度降低，莖稈強度降低，田間發(fā)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(jié)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(jié)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(xù)增加施氮量，節(jié)間莖壁厚度和粗度并沒有出現(xiàn)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(jié)間性狀，增加小麥抗倒能力。

3.2 氮肥運籌對不同品種及節(jié)間抗倒性的影響

不同小麥品種的株高、根系發(fā)達程度、莖稈形態(tài)、力學特征、穗重和整株小麥形態(tài)結構都存在一定差異，其中莖稈形態(tài)特征是小麥倒伏的主要原因[27]。小麥基部節(jié)間越短、機械組織越發(fā)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(jié)間長度小于煙農19，在生育后期煙農19發(fā)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(jié)間形態(tài)特征有著密切聯(lián)系。李金才等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在不同播種密度條件下基部節(jié)間形態(tài)特征與倒伏相關程度為第二節(jié)間>第一節(jié)間>第三節(jié)間。本研究中，小麥莖稈基部第三節(jié)間節(jié)間長度、粗度、厚度大于基部第二節(jié)間，但基部第三節(jié)間強度和抗倒指數(shù)小于基部第二節(jié)間，說明小麥莖稈基部第三節(jié)間倒伏的可能性大于基部第二節(jié)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(jié)間形態(tài)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(xiàn)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(jié)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(wěn)產。