稻茬過晚播揚(yáng)麥25產(chǎn)量形成與氮素積累利用特征

王夢堯,馬 泉,陶 源，張明偉,2,丁錦峰,朱 敏,李春燕，朱新開,郭文善

(1.揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇揚(yáng)州 225009;2.揚(yáng)州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，江蘇揚(yáng)州 225009)

稻麥兩熟是江蘇省糧食作物主要種植模式。近年來由于生產(chǎn)中大面積推廣偏遲熟粳稻品種以及小苗機(jī)插秧方式或直播方式的應(yīng)用，水稻收獲期推遲,加之水稻收獲后多遇陰雨天氣,土壤墑情差，導(dǎo)致稻茬晚播小麥面積逐年增加，晚播面積占江蘇省小麥播種面積的50%以上，播期甚至推遲至12月份(江蘇省夏熟生產(chǎn)技術(shù)總結(jié)資料匯編，2014-2017)。江蘇省蘇中地區(qū)稻茬小麥的適宜播期為10月25日至11月5日，播期較適播期推遲10 d以上稱為晚播，較適播期推遲30 d以上稱為過晚播[1]。小麥播種推遲會引起溫光條件不足，導(dǎo)致小麥播種后出苗緩慢和苗小苗弱，越冬期難以形成壯苗越冬，生育期縮短，后期干物質(zhì)積累量減少，產(chǎn)量下降[2]；與適期播種比較，每晚播5 d小麥減產(chǎn)7%～10%[3]。晚播小麥要實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),除了選擇前期出苗快、分蘗性好、后期耐高溫抗穗發(fā)芽品種外[4-5]，關(guān)鍵要建立合理的群體結(jié)構(gòu)[6-7]。張明偉等[8]研究表明，揚(yáng)麥23在施氮量225 kg·hm-2條件下,晚播10 d的適宜密肥組合為基本苗270×104株·hm-2，氮肥運(yùn)籌為 5∶1∶2∶2或4∶2∶1∶3；晚播30 d的適宜密肥組合為基本苗330×104株·hm-2，氮肥運(yùn)籌 5∶1∶2∶2或6∶0∶2∶2，群體結(jié)構(gòu)合理，可以實(shí)現(xiàn)6 750 kg·hm-2以上產(chǎn)量水平。

小麥?zhǔn)切璧^多的糧食作物之一,產(chǎn)量與需氮量呈顯著正相關(guān)。李瑞珂等[9]研究表明,花前積累的氮素占小麥籽粒氮素的70%左右,而花后積累的氮素僅占30%左右。播期和種植密度都是調(diào)節(jié)小麥氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)、分配的有效途徑[10]，適當(dāng)增加密度可以促進(jìn)晚播小麥植株花前與花后干物質(zhì)及氮素的積累,提高氮素積累對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率,從而增加產(chǎn)量和氮肥利用率[11-12]。有關(guān)晚播小麥產(chǎn)量形成以及穩(wěn)產(chǎn)栽培調(diào)控途徑已有大量研究報道，而有關(guān)過晚播對小麥產(chǎn)量及氮肥吸收利用影響的報道較少，且晚播及過晚播亦是江蘇省小麥生產(chǎn)中限制產(chǎn)量提升的關(guān)鍵因素。本研究擬采用大面積推廣應(yīng)用的揚(yáng)麥25，分析兩種種植密度下適期播和過晚播小麥產(chǎn)量及氮素吸收利用的差異，以期為稻茬過晚播小麥穩(wěn)產(chǎn)和氮素高效利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2018-2019和2019-2020年度在揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)場進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬為水稻，土質(zhì)為砂壤土，兩年度 0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量分別為14.2和22.8 g·kg-1，全氮含量分別為1.06和1.20 g·kg-1，速效氮含量分別為74.2和96.4 mg·kg-1，速效磷含量為47.6和65.3 mg·kg-1，速效鉀含量為102.0和174.6 mg·kg-1。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

供試小麥品種為揚(yáng)麥25。以播種期為主區(qū)，設(shè)11月1日(適期播種)和12月1日(過晚播種)2個水平；以密度為副區(qū)，設(shè)225×104株·hm-2和375×104株·hm-22個水平。施氮量為225 kg·hm-2，氮肥運(yùn)籌(基肥∶分蘗肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥比例)為5∶1∶2∶2，基肥于播種前施用，分蘗肥于4到5葉期施用，拔節(jié)肥于葉齡余數(shù) 2.5葉時施用，孕穗肥于葉齡余數(shù)0.8～1.2葉施用；磷(P2O5)、鉀肥(K2O)為90 kg·hm-2，基施與拔節(jié)期追施各占50%，施用肥料為尿素(含N量為46%)和復(fù)合肥(N―P2O5―K2O含量為15%―15%―15%)。人工條播，行距27 cm，3葉期定苗，重復(fù)3次，小區(qū)面積為9 m2，適期播小麥5月29日收獲，過晚播小麥6月1日收獲。

1.2 測定項(xiàng)目

1.2.1 生育進(jìn)程調(diào)查與氣象數(shù)據(jù)記錄

觀察記載播種期、出苗期、越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期的具體日期。采用ZQZ-A型(英國)自動氣象站記錄氣象數(shù)據(jù)。

1.2.2 植株氮素含量測定

分別于分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、成熟期在每個小區(qū)取樣20株，每個處理按不同器官分樣，樣品在105 ℃殺青60 min，80 ℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)積累量。采用H2SO4-H2O2靛酚藍(lán)比色法測定植株氮含量，重復(fù)3次。

1.2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

成熟期每個小區(qū)調(diào)查單位面積有效穗數(shù)和每穗結(jié)實(shí)粒數(shù)，收獲1 m2計實(shí)際產(chǎn)量，水分含量用FOSS-370型(美國)近紅外線谷物分析儀測定，折算成籽粒含水率為13%的產(chǎn)量，重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2014進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和繪圖,用DPS進(jìn)行統(tǒng)計分析，用LSD法進(jìn)行顯著性及方差分析。氮素相關(guān)指標(biāo)計算公式參考江東國等[13]和馬尚宇等[14]的方法。2020年小麥拔節(jié)至開花期因疫情未能及時取樣，部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失。

2 結(jié)果與分析

2.1 過晚播對小麥溫光資源及生育進(jìn)程的影響

播期對小麥生育進(jìn)程有顯著的影響(表1)。與11月1日適期播小麥相比，12月1日過晚播種小麥因氣溫降低，播種至出苗≥0 ℃積溫減少28.5 ℃,所需時間延長9 d；出苗至分蘗始期日照減少了62.3 h，積溫減少253.0 ℃，降雨量減少55.6 mm，該生育階段天數(shù)縮短13 d；氣溫在2月初開始回升，拔節(jié)至開花期階段縮短9 d；開花至成熟期日照減少46.1 h,積溫減少125.0 ℃，生育進(jìn)程時間縮短9 d；全生育進(jìn)程縮短27 d。過晚播小麥分蘗至開花期積溫明顯高于適播小麥，占全生育期積溫的46.12%，全生育期≥0 ℃積溫與適期播種相比減少250.5 ℃，收獲推遲2 d。

表1 過晚播與適播小麥生育期及溫光資源的差異(2018―2019)Table 1 Differences in temperature and light resources at various growth stages between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat(2018―2019)

2.2 播期和種植密度對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

播期和種植密度均顯著影響小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成(表2)。在相同密度條件下，過晚播處理的產(chǎn)量均低于適播處理，在低密度(225×104株·hm-2)條件下兩年度分別減產(chǎn)21.57%和 19.17%，在高密度(375×104株·hm-2)條件下分別減產(chǎn)3.50%和5.26%。適播條件下，高密度處理的穗數(shù)高達(dá)608.33×104·hm-2，但穗粒數(shù)和千粒重較低，因此兩年產(chǎn)量較低密度處理分別減少666.96和898.93 kg·hm-2，說明適播小麥密度過高時，穗粒數(shù)和千粒重的顯著下降是其產(chǎn)量難以提高的主要原因。過晚播條件下，基本苗增加至375×104株·hm-2時，兩年度穗數(shù)分別達(dá)到587.65×104和526.23 ×104·hm-2，與過晚播低密度處理相比均顯著增加，與適播低密度處理相比略增或差異不顯著，充足的穗數(shù)彌補(bǔ)了過晚播導(dǎo)致穗粒數(shù)的不足；兩年度過晚播高密度處理產(chǎn)量分別達(dá)到8 056.14和8 203.45 kg·hm-2，較過晚播低密度處理分別增加 13.93%和6.18%，較適播低密度處理分別減少 10.64%和14.17%，差異均顯著。

表2 過晚播與適播小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的差異Table 2 Differences in grain yield and its components between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat

2.3 過晚播小麥的氮素積累分配與轉(zhuǎn)運(yùn)特征

2.3.1 氮素積累量

播期和密度均顯著影響各生育時期植株氮素積累量(表3)。相同密度條件下，過晚播處理的各生育時期植株氮素積累量均低于11月1日適播處理，低密度條件下成熟期植株氮素積累量在兩年度分別較適播處理減少52.52和54.92 kg·hm-2，在高密度條件下分別減少19.68和21.36 kg·hm-2，且莖鞘和籽粒的氮素積累量顯著低于適播處理。適播條件下，高密度處理分蘗期和拔節(jié)期植株氮素積累量均高于低密度處理，但孕穗期之后逐漸低于低密度處理，成熟期各器官的氮素積累量除葉片氮素積累外(2019―2020)均低于低密度處理，其中莖鞘和籽粒的差異達(dá)到顯著，因此兩年度成熟期植株氮素積累量較低密度處理分別減少19.53和14.75 kg·hm-2，說明密度過高不利于適播小麥孕穗期、開花期及成熟期植株積累氮素，成熟期營養(yǎng)器官總的氮素積累量和籽粒的氮素積累量均減少；過晚播條件下，高密度處理各生育時期的植株氮素積累量均高于低密度處理，成熟期各器官氮素積累量除莖鞘外均高于低密度處理，除葉片外差異均顯著，兩年度成熟期氮素積累量較低密度處理分別提高了13.31和18.81 kg·hm-2，說明過晚播時增加密度有利于小麥各生育時期植株積累氮素，促進(jìn)成熟期營養(yǎng)器官及籽粒的氮素積累。

表3 過晚播與適播小麥生育期氮素積累量 Table 3 Nitrogen accumulation during growth period between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat kg·hm-2

2.3.2 不同生育階段氮素吸收量、吸收速率及吸收百分率

不同播期下小麥花前各生育階段的氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率均在拔節(jié)至開花期達(dá)最大值(表4)。相同密度條件下，過晚播小麥的開花前各生育階段氮素吸收量均低于適播處理，氮素吸收速率和吸收百分率在分蘗至拔節(jié)期低于適播處理，但播種至分蘗期和拔節(jié)至成熟期高于適播處理或差異不顯著。低密度條件下過晚播處理的開花至成熟期氮素吸收量、吸收速率和吸收百分比分別較適播處理減少29.42%、0.10 kg·hm-2·d-1和1.32%，而在高密度條件下分別提高24.90%、0.30 kg·hm-2·d-1和 4.85%。適播條件下，高密度處理的播種至分蘗、分蘗至拔節(jié)期氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率高于低密度處理，但拔節(jié)至開花期、開花至成熟期顯著低于低密度處理，開花至成熟期氮素吸收量、吸收速率和吸收百分比較低密度處理分別減少28.57%、0.22 kg·hm-2·d-1和3.56%，說明高密度有利于適播小麥生育前期的氮素吸收，但顯著降低其拔節(jié)后階段氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率；過晚播條件下，高密度會促進(jìn)小麥分蘗至拔節(jié)期和開花至成熟期的氮素吸收，開花至成熟期氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率較低密度處理分別提高了26.38%、0.18 kg·hm-2·d-1和 2.61%，說明小麥過晚播時提高密度有利于增加分蘗至拔節(jié)期和開花至成熟期階段氮素吸收速率，從而促進(jìn)階段氮素的吸收。

表4 過晚播小麥與適播小麥不同生育階段氮素吸收量、吸收速率及吸收百分率的差異(2018―2019)Table 4 Differences in nitrogen uptake amount,nitrogen absorption rate and percentage of nitrogen absorption between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat at different growth stages(2018―2019)

2.3.3 氮素利用率

過晚播處理的小麥氮素利用率較適播處理均有所下降(表5)。相同密度下，過晚播處理的氮肥偏生產(chǎn)力、氮素生理效率、農(nóng)學(xué)利用效率、氮收獲指數(shù)均低于適播處理。低密度下，過晚播處理的氮肥表觀利用率兩年度較適播處理分別降低了12.14%和11.09%；高密度下，過晚播處理分別較適播處理增加了4.45%和2.48%，較適播低密度處理僅下降8.8%和4.1%。適播條件下，低密度處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮素收獲指數(shù)和氮肥表觀利用率均高于高密度處理，氮素生理效率低于高密度處理；過晚播條件下，除氮素生理效率外，氮肥農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和氮肥表觀利用率以及氮收獲指數(shù)均高于高密度處理。表明適播低密度處理和過晚播高密度處理的氮肥吸收利用能力較強(qiáng)。

表5 過晚播小麥與適播小麥各生育時期氮素利用率的差異Table 5 Differences in nitrogen use efficiency between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat

3 討 論

3.1 過晚播小麥生育進(jìn)程與產(chǎn)量

前人研究認(rèn)為,隨著播期的推遲及生態(tài)條件的改變，晚播小麥生長發(fā)育形成了與適期播種不同的特點(diǎn)，各主要生育時期均延遲，每推遲10 d播種，播種至出苗所需天數(shù)增加1～5 d，成熟收獲期推遲1～2 d；而密度對晚播小麥生育進(jìn)程的影響不大[15]。本研究結(jié)果則表明，播期推遲30 d后，小麥播種至出苗時期延長9 d，分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期相應(yīng)推遲，但收獲期僅推遲 2 d，生育進(jìn)程縮短27 d。王云彬[16]也認(rèn)為，小麥各生育階段的氣溫變化影響著小麥的出苗、分蘗以及籽粒灌漿,最終影響著小麥的產(chǎn)量，日照時間的長短影響積溫的變化，進(jìn)而影響產(chǎn)量，降雨量對各生育期的生長狀況影響較小。本研究也發(fā)現(xiàn)，從12月1日播種至出苗的日照時數(shù)雖增加10.4 h，但積溫減少28.5 ℃，導(dǎo)致出苗緩慢。隨著外界氣溫逐漸升高，分蘗至開花期積溫顯著增加，提供全生育期46.11%的積溫，相比適播處理增加了 21.02%，小麥生育進(jìn)程明顯加快。

播期、密度等栽培措施均對小麥產(chǎn)量有不同程度的影響。趙 倩等[17]研究指出，小麥產(chǎn)量構(gòu)成三因素的變異系數(shù)表現(xiàn)為穗數(shù)>穗粒數(shù)>千粒重，通過增加播種密度穩(wěn)定穗數(shù)來實(shí)現(xiàn)晚播小麥穩(wěn)產(chǎn)相對容易。本試驗(yàn)中，過晚播低密度處理的穗數(shù)相比適播低密度處理在兩個年度分別下降了3.58%和8.44%，過晚播高密度處理的穗數(shù)相比過晚播低密度處理在兩個年度分別增加了 15.81%和7.70%，兩個年度分別增產(chǎn)13.93%和 6.17%；與適播低密度處理相比，過晚播高密度處理的穗數(shù)變化不顯著或略有提升，兩年度分別減產(chǎn)10.64%和14.17%。這說明在過晚播條件下增加密度可以構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu),促進(jìn)產(chǎn)量構(gòu)成因素的協(xié)調(diào)發(fā)展。小麥晚播后增加了籽粒灌漿期間高溫逼熟的風(fēng)險，尤其是灌漿前期(花后0～10 d)遇高溫天數(shù)較長和灌漿速率降低，導(dǎo)致千粒重顯著降低[18-21]。何井瑞等[22]研究表明,晚播 7 d、14 d、21 d條件下，同一播期下隨著基本苗的增加，穗數(shù)均顯著增加，穗粒數(shù)呈下降趨勢，但千粒重沒有明顯變化規(guī)律，與上述研究結(jié)果的不同原因可能是種植區(qū)域生態(tài)環(huán)境差異大或是濟(jì)麥22的耐熱性較好，導(dǎo)致千粒重變化不顯著。本研究結(jié)果與何井瑞等[23]研究結(jié)果基本一致，過晚播種的小麥分蘗能力減弱，有效穗數(shù)低于適播，無效小穗數(shù)增多，導(dǎo)致穗粒數(shù)下降，千粒重規(guī)律不明顯。本試驗(yàn)中，適播下高密度處理的穗數(shù)高于低密度處理，穗粒數(shù)和千粒重則表現(xiàn)相反，導(dǎo)致產(chǎn)量偏低，兩年度分別減產(chǎn)666.96和878.93 kg·hm-2；過晚播下高密度處理的穗數(shù)和千粒重顯著高于低密度處理，穗粒數(shù)則相對較低，在35粒左右，產(chǎn)量構(gòu)成三因素相互協(xié)調(diào)，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)。因此，適播小麥采用225×104株·hm-2密度就能使產(chǎn)量構(gòu)成因素相互協(xié)調(diào)，最終獲得高產(chǎn)，而密度過高反而減產(chǎn)；過晚播小麥適當(dāng)增加種植密度可提高單位面積的穗數(shù)和千粒重，能夠彌補(bǔ)播種過晚導(dǎo)致的小麥穗分化進(jìn)程縮短引起穗粒數(shù)低的負(fù)效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)。

3.2 過晚播小麥氮素積累分配與轉(zhuǎn)運(yùn)特征

小麥籽粒中的氮素約有20%～30%來自開花后植株同化，70%～80%來自營養(yǎng)器官的花后轉(zhuǎn)運(yùn)[8,23]，且開花至成熟期是決定小麥籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率高低的關(guān)鍵時期[13，24-25]。沈?qū)W善等[26]研究指出，密度提高至225×104～300×104株·hm-2時能夠有效調(diào)節(jié)晚播14 d小麥群體的氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配，兼顧高產(chǎn)和高效。石祖梁[27]研究認(rèn)為,在一定范圍內(nèi)，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率隨種植密度的增加而增加，但是張娟[28]認(rèn)為，增加密度雖然能促進(jìn)泰農(nóng)18的氮素吸收，但密度過高不利于氮素在植株體內(nèi)的再循環(huán)利用，在270×104～405×104株·hm-2密度條件下，營養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率顯著增加，可促進(jìn)氮素在植株體內(nèi)向籽粒的再分配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和氮素利用效率的同步提高。本研究結(jié)果表明，適播條件下，高密度處理的成熟期和花后氮素積累量低于低密度處理；而過晚播條件下，增加密度可使氮素吸收速率和吸收百分比顯著提高至0.85 kg·hm-2·d-1和17.61%，籽粒氮素積累比例也提高，說明過晚播小麥提高密度可增加氮素從源到庫的轉(zhuǎn)運(yùn)量，有利于穩(wěn)定穗粒數(shù)和千粒重，從而穩(wěn)定產(chǎn)量。

有研究表明，相同施氮量下適當(dāng)增加播種密度雖然降低了植株氮素含量[29-30]，但顯著增加群體開花后氮素同化量，有利于增加氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)效率；在適播條件下,增大播種密度有利于提高花前同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率[31-32]。而張小濤等[33]研究表明,增大播量顯著提高了花后同化物的積累及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率,但不利于花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)。馬尚宇[14]以小麥品種安農(nóng)大1216為試驗(yàn)材料，研究得出，11月12日晚播處理相比10月12日適播處理顯著降低了花后干物質(zhì)積累量，增加氮素利用效率。Arduini等[30]和李 瑞等[34]認(rèn)為，晚播顯著影響小麥花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)與其貢獻(xiàn)率。這些研究結(jié)果存在差異，可能是由于晚播的天數(shù)及參試品種的差異造成的。在本研究中，當(dāng)密度提高至375×104株·hm-2時，12月1日過晚播小麥的各生育時期氮素積累量及分蘗至拔節(jié)和開花至成熟階段氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率均顯著增加，拔節(jié)至開花期的階段氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率會降低，這可能歸因于種植密度過大會限制花前小麥根系生長,地下部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)同化物受到抑制。過晚播下高密度處理的氮肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用效率和氮收獲指數(shù)較低密度處理均顯著升高，氮肥表觀利用率在40%左右，說明過晚播小麥在375×104株·hm-2密度條件下可保證花前貯藏氮素轉(zhuǎn)運(yùn)至籽粒中，提高花后氮素貢獻(xiàn)率，從而提高氮素利用效率。

4 結(jié) 論

播種過晚會延長小麥播種至出苗天數(shù)，加快小麥拔節(jié)后的生育進(jìn)程，全生育期縮短27 d。過晚播條件下適度增大密度可因?yàn)樵黾铀霐?shù)彌補(bǔ)了穗粒數(shù)不足對產(chǎn)量造成的損失，平均產(chǎn)量達(dá)8 000 kg·hm-2以上，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)。播種過晚降低了小麥花前各階段氮素積累和部分氮素利用率指標(biāo)。與過晚播低密度相比，過晚播小麥密度增加至375×104株·hm-2時，各生育時期氮素積累量和播種至分蘗、分蘗至拔節(jié)、開花至成熟期的階段氮素吸收量顯著提高，成熟期除莖鞘外各器官的氮素積累量亦顯著增加，促進(jìn)花后氮素的吸收轉(zhuǎn)化，氮肥吸收利用能力顯著提升。在過晚播條件下，揚(yáng)麥25采用375×104株·hm-2密度可穩(wěn)定穗數(shù)，協(xié)調(diào)穗粒數(shù)與粒重，提高氮素高效吸收和利用能力。