減量施氮及氮肥運(yùn)籌對(duì)春小麥群體結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的影響

羅靜靜， 王賀亞

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

我國(guó)主要糧食作物中，小麥的產(chǎn)量居第2位，是國(guó)家重要的貯備糧食，其總體生產(chǎn)能力持續(xù)提升，在我國(guó)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(shí)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(jì)80年代的35.0%，降低到現(xiàn)在的28.3%[2]，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家 (40%～60%)[3]。氮素(N)是小麥生長(zhǎng)不可或缺的養(yǎng)分，氮肥施用量對(duì)小麥干物質(zhì)積累量產(chǎn)生顯著影響，增加施氮量能夠有效增加干物質(zhì)累積量[4]，能夠促進(jìn)小麥根、莖、葉等營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)，在生產(chǎn)中恰當(dāng)?shù)牡视昧考暗蔬\(yùn)籌既能促成作物高產(chǎn)，又可以促進(jìn)小麥對(duì)干物質(zhì)和養(yǎng)分的積累，同時(shí)也是影響小麥干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵因素[5-7]。小麥群體質(zhì)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(jié)構(gòu)，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(dāng)施氮量增加到一定量時(shí)，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(yùn)籌，為實(shí)現(xiàn)合理的氮肥施用提供技術(shù)支持。已有諸多學(xué)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(jìn)植株生長(zhǎng)，提升籽粒品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)，如在水稻、番茄、小麥和玉米等作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)、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(yùn)籌可促進(jìn)作物群體生長(zhǎng)，促使群體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高產(chǎn)量和氮肥利用率[12]。但對(duì)塔額墾區(qū)滴灌春小麥研究較少，并且對(duì)氮肥減量、氮肥運(yùn)籌協(xié)同與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系研究相對(duì)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(shí)，合理高效施用氮肥及氮肥運(yùn)籌已成為塔額墾區(qū)春小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的關(guān)鍵。本試驗(yàn)通過氮肥減量和氮肥運(yùn)籌協(xié)同作用，設(shè)置4個(gè)不同氮肥施肥量處理，9個(gè)氮肥運(yùn)籌處理，對(duì)小麥群體結(jié)構(gòu)變化、葉面積指數(shù)(LAI)、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成、干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)與產(chǎn)量的關(guān)系等方面進(jìn)行分析，研究氮肥減施模式下，春小麥干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的變化規(guī)律[13]。本研究采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析氮肥減量模式下及氮肥運(yùn)籌處理，干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)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(xué)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2021年3—8月，在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第九師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所團(tuán)結(jié)農(nóng)場(chǎng)4連試驗(yàn)地(46°31′N，83°29′E)進(jìn)行小區(qū)控制試驗(yàn)。該試驗(yàn)區(qū)為中溫帶大陸性氣候，春季冷暖波動(dòng)大，夏季熱而短促。供試土壤0～20 cm 土層中含有機(jī)質(zhì)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(hào)。試驗(yàn)為裂區(qū)設(shè)計(jì)，30個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，3次重復(fù)，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(jìn)行調(diào)控，2個(gè)時(shí)期肥料施用比例共設(shè)置為A(7 ∶3)、B(6 ∶4)、C(5 ∶5)3種運(yùn)籌方式，為區(qū)分，A、B、C后加1、2、3以示不同主區(qū)試驗(yàn)。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(duì)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(yàn)方法

1.2.1 莖蘗測(cè)定 在拔節(jié)期，每個(gè)小區(qū)取2個(gè)點(diǎn)，取1 m長(zhǎng)度，測(cè)量相鄰3行，測(cè)定群體莖蘗數(shù)，得出莖蘗成穗率。

1.2.2 葉面積指數(shù)測(cè)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(shí)驗(yàn)室測(cè)量葉片長(zhǎng)、寬、每張葉質(zhì)量、葉片總質(zhì)量。采用長(zhǎng)寬系數(shù)法計(jì)算葉面積及葉面積指數(shù)。

1.2.3 干物質(zhì)量測(cè)定 分別在各生育期取10株帶回實(shí)驗(yàn)室將小麥分成葉片、莖、莖鞘、穗4個(gè)部分，分別裝入信封紙袋里，105 ℃殺青，75 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，冷卻稱質(zhì)量。按以下公式計(jì)算：

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量=花期地上部干物質(zhì)質(zhì)量-成熟期地上部營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)質(zhì)量；

花前干物質(zhì)貢獻(xiàn)率=(花前干物質(zhì)質(zhì)量-成熟期干物質(zhì)質(zhì)量)/成熟期籽粒質(zhì)量×100%；

花后干物質(zhì)積累量=成熟期干物質(zhì)質(zhì)量-開花期干物質(zhì)質(zhì)量；

花后干物質(zhì)的貢獻(xiàn)率=(成熟期干物質(zhì)質(zhì)量-開花期干物質(zhì)質(zhì)量)/產(chǎn)量×100%。

1.2.4 產(chǎn)量及考種 收獲時(shí)在每個(gè)小區(qū)選取具有代表性的2個(gè)樣點(diǎn)，各取1 m2，人工收獲、脫粒、晾曬后稱質(zhì)量計(jì)產(chǎn)，并換算為單位面積產(chǎn)量。調(diào)查 1 m2的收獲穗數(shù)，取20個(gè)穗進(jìn)行考種，調(diào)查穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

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

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮施肥和氮肥運(yùn)籌下春小麥莖蘗動(dòng)態(tài)變化

研究結(jié)果(表1)表明，減氮處理N1、N2、N3的莖蘗數(shù)變化趨勢(shì)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(shì)。氮肥運(yùn)籌中，N1處理的莖蘗數(shù)以B1處理下最高，為684.44×104個(gè)/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(gè)/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(gè)/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(yùn)籌對(duì)葉面積指數(shù)的影響

研究結(jié)果(圖1)表明，在春小麥生育進(jìn)程推進(jìn)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(shì)，在孕穗期達(dá)到峰值。孕穗期N2處理的LAI最高，為6.61，比對(duì)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(dòng)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(yùn)籌對(duì)LAI的影響表現(xiàn)基本一致，均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。孕穗期，N1處理?xiàng)l件下，LAI在B1(6 ∶4)處理下最高，為6.42，比對(duì)照提高8.1%，B1比對(duì)照CK呈顯著性增長(zhǎng)(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?xiàng)l件下，B2(6 ∶4)處理的LAI最高，為6.83，比對(duì)照提高15.0%，且與對(duì)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?xiàng)l件下LAI在B3(6 ∶4)處理下達(dá)到最高，為6.65，比對(duì)照提高12.0%，且與對(duì)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(yùn)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(yùn)籌對(duì)春小麥的干物質(zhì)累積及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

研究結(jié)果(表2)表明，在不同處理下，滴灌春小麥干物質(zhì)累積量、轉(zhuǎn)運(yùn)特性對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)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(shì)；花后干物質(zhì)積累量對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)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(shì)。N1處理下干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特性以B1處理表現(xiàn)最優(yōu)，花前干物質(zhì)量貢獻(xiàn)率與其他處理相比降低了12.8%～22.5%；花后干物質(zhì)累積量的貢獻(xiàn)率相比其他處理提高了4.3%～9.9%，B1花后干物質(zhì)積累量的貢獻(xiàn)率相比其他處理呈現(xiàn)顯著提升(P<0.05)；N2處理下干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特性以B2表現(xiàn)最優(yōu)，花前干物質(zhì)量的貢獻(xiàn)率與其他處理相比降低了15.8%～30.4%；花后干物質(zhì)累積量的貢獻(xiàn)率相比其他處理提高了5.2%～12.9%，B2花后干物質(zhì)積累量的貢獻(xiàn)率相比其他處理呈現(xiàn)顯著提升(P<0.05)；N3處理下干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性以B3表現(xiàn)最優(yōu)，花前干物質(zhì)量的貢獻(xiàn)率與其他處理相比降低了5.9%～21.5%；花后干物質(zhì)積累量的貢獻(xiàn)率相比其他處理提高了2.7%～9.3%，B3花后干物質(zhì)積累量的貢獻(xiàn)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?yàn)镹2>N3>N1，氮肥運(yùn)籌下表現(xiàn)最優(yōu)的處理排序?yàn)锽2>B3>B1。

表2 氮肥減量及氮肥運(yùn)籌對(duì)春小麥的干物質(zhì)累積及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

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

研究結(jié)果(表3)表明，減氮施肥處理下產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素隨著施氮量的增加，均呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)；氮肥運(yùn)籌中從產(chǎn)量因子上看，N1處理下，穗數(shù)、千粒質(zhì)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(shí)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(zhì)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(shí)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?xiàng)l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(zhì)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(shí)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(yùn)籌對(duì)春小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量因子的影響

3 討論

調(diào)控小麥群體結(jié)構(gòu)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(duì)小麥群體結(jié)構(gòu)的調(diào)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(shì)，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(shí)，群體莖蘗總數(shù)在每個(gè)處理均無明顯差異[16]。在本試驗(yàn)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(shì)，說明合理減施氮肥能夠促進(jìn)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(jié)果[17]一致。氮肥運(yùn)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(dòng)態(tài)指標(biāo)最優(yōu)，表明氮肥運(yùn)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(yùn)籌比例，對(duì)于塔額墾區(qū)滴灌春小麥保持良好的群體數(shù)量至關(guān)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(biāo)[18-19]。祁靜玉等的研究表明，合理的減量施氮和氮肥運(yùn)籌比例使小麥在成熟期的葉片長(zhǎng)、寬和葉面積呈現(xiàn)明顯增大[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，塔額墾區(qū)滴灌春小麥寧春16號(hào)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?qū)θ~面積指數(shù)具有提升作用，這與楊鯉糠等的研究結(jié)果[21]表現(xiàn)一致。氮肥運(yùn)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(yùn)籌比例，能夠有效促進(jìn)葉面積指數(shù)的增加。

產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)要素是干物質(zhì)積累量，能夠有效地反映出群體及個(gè)體質(zhì)量的優(yōu)劣。氮肥施用量對(duì)小麥干物質(zhì)積累量有著明顯作用，增加氮肥施用量有利于干物質(zhì)積累量的提高，一般花后干物質(zhì)積累量的轉(zhuǎn)運(yùn)能達(dá)到籽粒產(chǎn)量的70%左右[22]。在本試驗(yàn)中，減量施氮條件下，花后干物質(zhì)隨著施氮量的增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。寧春16號(hào)在N2(N270P125K45)處理下花前地上部干物質(zhì)量的平均貢獻(xiàn)率最小，為24.45%，花后地上部干物質(zhì)累積量在N2處理下對(duì)產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率達(dá)到最大，為75.54%。這與孟維偉等的研究結(jié)果[23]一致?？梢娗‘?dāng)?shù)牡适┯昧磕艽龠M(jìn)春小麥花后干物質(zhì)累積量的增加，但施氮量過高或過低時(shí)，產(chǎn)量均會(huì)減少[13，24]。氮肥運(yùn)籌中，各處理干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhì)量貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)最低，且B2

試驗(yàn)中的小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成表現(xiàn)為，減氮施肥處理下產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素隨著施氮量的增加，呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，以N2(N270P125K45)處理下增產(chǎn)效果最好，實(shí)際產(chǎn)量平均為7 458.33 kg/hm2?？梢?，適當(dāng)?shù)販p少氮肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量的提高有著顯著作用；氮肥運(yùn)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(yùn)籌協(xié)同作用下，以N2(B2)處理增產(chǎn)效果最好。

4 結(jié)論

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