不同氮肥基追比對冬小麥群體特征、水分利用效率及產(chǎn)量的影響

楊明達等

摘要：采用盆栽試驗研究了不同氮肥基追比對冬小麥群體特征、水分利用效率及產(chǎn)量的影響。共設(shè)置4種氮肥處理，分別為CK（基肥∶追肥=10∶0）、N1（基追比為7∶3）、N2（基追比為5∶5）和N3（基追比為3∶7）。結(jié)果表明，合理追施氮肥可以提高冬小麥的有效莖數(shù)和分蘗成穂率，并能顯著提高冬小麥花后葉面積，從而改善冬小麥的群體結(jié)構(gòu)。增加基施氮量可以顯著提高冬小麥的千粒重；隨著追氮比例的增加，冬小麥的水分利用效率和產(chǎn)量均呈先增加后降低的趨勢，過高的追氮比例不利于冬小麥水分利用效率和產(chǎn)量的提高。綜合考慮產(chǎn)量和水分利用效率等因素，在本試驗條件下，N1處理冬小麥群體結(jié)構(gòu)較好，耗水量最少，水分利用效率最高，產(chǎn)量較高，為最合理的氮肥運籌模式。

關(guān)鍵詞：冬小麥；氮肥基追比例；群體特征；產(chǎn)量；水分利用效率

中圖分類號：S512.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）12-2853-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.011

Effects of Different Nitrogen Ratio of Basal Fertilizer and Topdressing on Population Characteristics，Water Use Efficiency and Grain Yield of Winter Wheat

YANG Ming-da1，MA Shou-chen2，YANG Shen-jiao3，LI Chun-xi1，ZHANG Su-yu4，MA Shou-tian1，WANG Duo-duo1

（1.College of Life Sciences，Henan Normal University，Xinxiang 453007，Henan，China；2.School of Surveying and Land Information Engineering， Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，Henan，China；3. Farmland Irrigation Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Xinxiang 453003，Henan，China；4.College of Agriculture，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China）

Abstract： A pot experiment was conducted to study effect of different nitrogen ratio of basa and topdressing on population characteristics，water use efficiency and grain yield of winter wheat.Plants were subjected to 4 N treatments，CK（basal∶topdressing=10∶0），N1（basal∶topdressing=7∶3），N2（basal∶topdressing=5∶5） and N3（basal∶topdressing=3∶7）.The results showed that topdressing nitrogen reasonable could improve valid number of stem and spike rate of winter wheat，and improve post-anthesis leaf area of winter wheat significantly， thereby improving population structure of winter wheat. Increased the rate of basal nitrogen could improve 1 000-grain weight of winter wheat significantly；grain yield and water use efficiency of winter wheat increased first and then decreased with increasing the ratio of topdressing nitrogen，too high ratio of topdressing nitrogen was not conducive to improve water use efficiency and yield of winter wheat. Considering grain yield and water used efficiency and other factors，under the conditions of our experiment，the N1 treament obtained the better population structure，the least water consumption，the highest water used efficiency，the higher yield， for the most reasonable N Management Modes.

Key words： winter wheat； basal/topdressing nitrogen ratio； population characteristics； grain yield； water used efficiency

適宜的群體數(shù)量和良好的群體質(zhì)量是提高作物產(chǎn)量的重要基礎(chǔ)[1]，而合理施氮是改善小麥群體質(zhì)量的重要途徑。群體調(diào)控對小麥群體葉面積指數(shù)、單位面積穂數(shù)和產(chǎn)量均有重要影響[2]。研究表明，提高開花至成熟期干物質(zhì)積累量和成熟期生物產(chǎn)量，獲得最適的群體葉面積指數(shù)，在適宜穂數(shù)范圍內(nèi)提高成穂率，是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵[3]。氮素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和一些激素等的重要組成部分，是限制植物生長和產(chǎn)量形成的首要因素，因此，氮素的合理運籌是進一步提高小麥產(chǎn)量的重要技術(shù)措施之一[4]。有關(guān)氮肥運籌對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響前人已經(jīng)做過大量研究[5-7]。石玉等[7]研究認(rèn)為，在總氮量一定的情況下，適當(dāng)增加追肥氮比例可提高花后營養(yǎng)器官中氮素的轉(zhuǎn)運效率、開花后氮素同化量及其對子粒的貢獻率，促使氮素向子粒轉(zhuǎn)運，提高子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量。但關(guān)于氮素適宜的基追比例，由于受到生態(tài)條件、品種類型、產(chǎn)量水平等因素的制約，所得到的研究結(jié)論不盡一致。

水資源短缺是制約中國北方地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是中國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和緩解水資源供需矛盾的根本措施，其中提高作物水分利用效率和灌溉水利用率已成為迫切需要解決的關(guān)鍵問題[8]。前人對小麥水分利用效率的研究多集中在不同施氮量、不同耕作方式或者水分條件等因素對水分利用效率的影響方面[9-11]，但有關(guān)不同氮肥基追比例對冬小麥水分利用效率的研究報道甚少。黃淮海冬麥區(qū)為中國小麥的主產(chǎn)區(qū)，優(yōu)化該區(qū)的氮肥管理，探討提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率的技術(shù)途徑，對實現(xiàn)該區(qū)域小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)具有重要意義。為此，本研究以冬小麥為試驗材料，研究不同氮肥基追比對冬小麥群體特征、水分利用效率及產(chǎn)量的影響，旨在為指導(dǎo)黃淮海地區(qū)冬小麥合理運籌氮肥，實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗于2011年10月至2012年6月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所商丘農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)研究站移動式防雨棚內(nèi)進行。試驗場地位于河南省商丘市，東經(jīng)115°34′，北緯34°35′。采用盆栽土培法，盆為圓柱形，分母、子盆，母盆直徑31 cm，高35 cm，埋入土中；子盆直徑30 cm，高35 cm。為防止土壤表面水分過量蒸發(fā)和土壤板結(jié)，子盆兩側(cè)各放置直徑3 cm 的細(xì)管用于供水（細(xì)管周圍有小孔）。供試土壤取自試驗站內(nèi)農(nóng)田耕層下（15～25 cm）土，土壤類型為潮土，田間持水率為26.6%，土壤容重為1.44 g/cm3，有機質(zhì)含量為0.83%，全氮為0.45 g/kg，全磷為0.80 g/kg，速效氮為31.11 mg/kg，速效磷為5.51 mg/kg，速效鉀為38.62 mg/kg。裝盆前將土壤風(fēng)干碾碎并過篩，分層裝入子盆，并鎮(zhèn)壓達到土壤容重，每盆土量干重30.0 kg。試驗品種為周麥22，為半冬性品種，具有較好的耐旱性，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)田主推品種。

設(shè)置4個氮肥處理，生育期內(nèi)總施氮量相同，以氮肥基追比（基施氮量和追施氮量的比例）10∶0作為對照，記為CK；氮肥基追比為7∶3、5∶5和3∶7，分別記作N1、N2和N3，在拔節(jié)期追施氮肥。全生育期施氮量為180 kg/hm2， 施磷量為100 kg/hm2，施鉀量為180 kg/hm2；氮肥基肥部分和磷、鉀肥制成水溶液，在播種前分盆澆施入土中；拔節(jié)期追施氮肥，追施部分也以尿素水溶液澆施。全生育期正常供水（田間持水率為70%～75%），每個處理重復(fù)5次，共有20盆。

2011年10月23日播種，10月30日出苗，三葉期每盆留基本苗20株。采用移動式電子吊秤 （最大稱量100 kg，精度20 g）稱重法控制土壤水分，當(dāng)各盆土壤水分低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時用量杯加水，記錄各盆每次加水量，由水量平衡方程計算各時期總的耗水量。雜草和病蟲害防治與一般農(nóng)田管理方法相同。2012年6月5日收獲。

1.2 測定項目與方法

葉面積測定：在5月7日，每盆隨機選取5徑，測定其葉長和葉寬。葉面積=葉長×葉寬×0.83。

光合速率測定：分別在3月25日和5月8日9：00～11：00，使用Licor-6400型光合儀測定各處理小麥旗葉的光合速率。每個處理選取3株小麥進行測定，取其平均值。

產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的測定：于成熟期統(tǒng)計每盆小麥有效穗數(shù)，每盆選取20個麥穗，烘干脫粒后測定穗粒數(shù)，同時測定子粒產(chǎn)量。

水分利用效率（g/cm3）=每盆的子粒產(chǎn)量/耗水量。其中，耗水量為播種與收獲時土壤水分的差值加上生育期的灌水量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析與作圖，并用DPS 7.05軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，首先對不同處理間的指標(biāo)進行方差分析，若差異顯著，再進行LSD多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥基追比處理冬小麥的群體特征

不同的氮肥基追比對冬小麥群體特征的影響如表1所示。由表1可知，各氮肥處理的總莖數(shù)和有效莖數(shù)均以N2處理最高，與CK差異達顯著水平（P<0.05）。N2處理的無效莖數(shù)與CK處理相比無顯著差異，且N2分蘗成穂率也高于CK。N1和N3處理的總莖數(shù)和無效莖數(shù)低于CK，但其有效莖數(shù)顯著高于CK。分蘗成穗率以N3處理最高，N1處理次之，CK處理最低。不同氮肥處理對花后單莖葉面積有不同程度的影響，隨著追氮比例的增加，冬小麥花后單莖葉面積呈增大趨勢。N1、N2和N3處理的花后單莖葉面積均顯著高于CK，分別比CK高8.9%、14.0%和22.2%。N3處理花后單莖葉面積顯著高于N1和N2處理，但N1和N2處理間差異不顯著。綜上所述，拔節(jié)期追施氮肥有利于冬小麥花后單莖葉面積的提高。各處理的單莖重隨著追氮比例的增加呈降低趨勢，N1和N2處理與CK間差異不顯著，N3處理顯著低于CK處理。

2.2 不同氮肥基追比處理冬小麥的光合速率

不同氮肥基追比對不同生育期冬小麥的光合速率產(chǎn)生不同的影響（圖1）。在拔節(jié)期，N2處理和CK均具有較高的光合速率；N3處理的光合速率最低，明顯低于CK、N1和N2處理，這可能與N3處理基施氮肥量少導(dǎo)致養(yǎng)分供應(yīng)不足有關(guān)。在灌漿期，以N2處理的光合速率最高，明顯高于對照CK處理，N1和N3處理間無明顯差異，但高于CK處理，且隨著追氮比例的增加，各處理的光合速率呈先增加后降低的趨勢，由此可見，過高的追氮比例不利于冬小麥生育后期光合速率的提高。

2.3 不同氮肥基追比處理冬小麥的耗水量和水分利用效率

不同氮肥基追比對冬小麥的耗水量和水分利用效率均產(chǎn)生了較大影響（圖2）。N2處理的耗水量最高，N1處理的耗水量最低，這可能是因為N2處理具有較高的總莖數(shù)和有效莖數(shù)，消耗了大量水分，導(dǎo)致耗水量高。方差分析表明，N2處理和N3處理的耗水量顯著（P<0.05）高于對照CK和N1處理，N1處理和CK處理間差異不顯著（圖2A）。N1處理的水分利用效率最高，顯著（P<0.05）高于其他3種氮肥處理，N3處理的水分利用效率最低，N2處理與CK處理間差異不顯著（圖2B）。隨著追氮比例的增加，冬小麥的水分利用效率呈先增高后降低的趨勢，過高的追氮比不利于水分利用效率的提高。

2.4 不同氮肥基追比處理冬小麥的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素

不同氮肥基追比對冬小麥的產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響如表2所示。由表2可知，冬小麥的產(chǎn)量以N2處理最高，顯著高于CK和N3處理，分別高出9.7%和18.3%。N1和N2處理間的產(chǎn)量差異不顯著，N3處理的產(chǎn)量顯著低于CK處理。隨著追氮比例的增加，冬小麥的產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢。冬小麥的千粒重以CK處理最高，且顯著高于N2和N3處理。由此可見，過高的追氮比例不利于冬小麥產(chǎn)量的提高，增加基施氮量可提高冬小麥的千粒重，隨著追氮比例的增加冬小麥的千粒重呈降低趨勢。N1、N2和N3處理之間成穗數(shù)差異不顯著，但顯著高于CK處理。N3處理的收獲指數(shù)最低，且顯著低于其他氮肥處理，N1、N2和CK處理間差異不顯著。

2.5 不同氮肥運籌的產(chǎn)量效應(yīng)曲線

為了分析本試驗條件下氮肥基追比的產(chǎn)量效應(yīng)，求得相應(yīng)的基施氮量（N）的單因子產(chǎn)量（Y）效應(yīng)方程為Y=-26.53N2+51.384N+30.576，R2=0.851 2。繪出兩者的擬合曲線（圖3），對基施氮量（N）進行求導(dǎo)，得出產(chǎn)量（Y）最大值為54.46，基施氮量（N）為0.968 4 g/盆，此時氮肥基追比為6.9∶3.1。由圖3可知，基施氮量與產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，且存在最大值。隨著基施氮量的減少，即隨氮肥基追比的減小，冬小麥的產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢。過高或過低的基施氮量均不利于冬小麥產(chǎn)量的提高。

3 小結(jié)與討論

追施氮肥可以提高植株葉片葉綠素含量，改善光合性能，并延長綠葉功能期，增加光合產(chǎn)物的積累，從而提高小麥產(chǎn)量[12]。但是拔節(jié)期追氮過多會造成光合面積過大，植株中下部受光變差，中下部葉片衰老加快[13]。在本研究中，CK處理在拔節(jié)期的光合速率較高，但到了灌漿期，CK處理的光合速率最低，氮肥全部基施雖然使前期群體光合速率得以提高，但后期光合速率下降快，不利于旗葉光合速率的提高。在灌漿期，隨著追氮比例的增加，各處理的光合速率呈先升高后降低趨勢，這與康國章等[13]研究認(rèn)為的超高產(chǎn)小麥拔節(jié)至孕穗期在適宜的供氮范圍內(nèi)，隨供氮水平增加光合速率隨之提高，而拔節(jié)期與孕穗期追氮過多光合速率反而呈現(xiàn)下降趨勢的結(jié)論相一致。

氮素是調(diào)控作物生長、群體發(fā)育、提高同化能力和水分利用效率的重要措施[14]。在冬麥區(qū)，分蘗對個體生長發(fā)育和群體發(fā)展具有重要作用，氮素營養(yǎng)有利于提高群體光合同化能力。有研究表明，底氮量對群體發(fā)育有一定的影響，適宜的底氮量可以使群體保持較優(yōu)的水平，減少無效生長。傳統(tǒng)的全底追氮習(xí)慣極易造成返青期和拔節(jié)期的群體數(shù)量較大，后期容易造成倒伏[15]。在本研究中，N1、N2和N3處理的有效莖數(shù)顯著高于CK處理，說明氮肥分施可以顯著提高冬小麥的有效分蘗。N2處理雖然具有最大的有效莖數(shù)，但其總莖數(shù)和無效莖數(shù)也為最大，無效水分消耗量大，耗水量高，這可能是N2處理耗水量高和水分利用效率偏低的重要原因；而N1處理的有效莖數(shù)和總莖數(shù)均適中，莖蘗成穂率較高，單莖重也較大，具有較好的群體結(jié)構(gòu)，與N2處理相比，其產(chǎn)量差異不顯著，但耗水量顯著低于N2處理，因此其水分利用效率顯著高于N2處理；CK處理雖然具有較大的總莖數(shù)，但其有效莖數(shù)最低，莖蘗成穂率低，最終影響產(chǎn)量。

追施氮肥可以促進冬小麥冠部發(fā)育，小麥各生育時期的葉面積均隨氮肥基追比增大而增大，在拔節(jié)期不同氮肥基追比對葉面積影響尤為顯著[16]，這與本研究結(jié)果一致。葉片是植物體與外界進行氣體交換的主要器官，CO2的吸收和植物體水分的蒸發(fā)主要通過葉片進行，因此，植物體的葉面積對植物光合固碳和蒸騰失水具有重要的影響。在相同光合速率和蒸騰速率條件下，葉面積越大光合產(chǎn)物越高，蒸騰失水量也越高。在本研究中，不同追氮比均提高了小麥的葉面積，但對光合速率的影響卻有所差異，N3處理小麥的光合速率與對照相比無顯著差異，但葉面積顯著大于對照，提高了蒸騰失水量，這可能是造成耗水量高和水分利用效率低的原因之一。另一方面，過高的追氮比例，導(dǎo)致生育后期光合面積過大，植株中下部受光變差，使葉片衰老加快，影響光合產(chǎn)物的積累，使產(chǎn)量降低，這也是N3處理水分利用效率低的重要原因。因此，水分利用效率與群體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，適宜追氮比例可以改善冬小麥群體結(jié)構(gòu)，提高冬小麥的水分利用效率，但是過高的追氮比例反而會降低冬小麥的水分利用效率。

在總氮量一定的前提下，氮肥的基追比和追肥時期是小麥生長調(diào)控的關(guān)鍵栽培措施，直接關(guān)系到植株生長生理和子粒產(chǎn)量。適宜的施氮量和追氮比能夠增加氮利用效率和子粒產(chǎn)量[17]。大量研究認(rèn)為，前氮后移對提高產(chǎn)量有利[18，19]，因為氮肥后移有利于植株前期體內(nèi)物質(zhì)的積累，降低后期細(xì)胞膜脂過氧化水平，保持高水平的保護酶活性，延長葉片功能期，提高產(chǎn)量[20]。但也有學(xué)者認(rèn)為，氮素后移施入并沒有取得理想的增產(chǎn)效果[21]，在小麥生產(chǎn)過程中應(yīng)重施基肥[22]；前氮后移施入較氮肥全底施入明顯提高氮肥吸收利用率，同時顯著改善小麥子粒品質(zhì)，但對子粒產(chǎn)量影響不顯著，孕穗期追氮比例過大導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低[23]。本研究中，CK處理的產(chǎn)量顯著低于N1和N2處理，說明適當(dāng)?shù)脑黾幼返壤梢燥@著提高冬小麥的產(chǎn)量，基施氮素比例過大，冬小麥在生育前期氮素營養(yǎng)水平高，但后期氮素營養(yǎng)水平急劇下降，供養(yǎng)能力不足，不利于產(chǎn)量的形成[5]；N3處理的產(chǎn)量顯著低于其他氮肥處理，說明追氮比例大反而會降低冬小麥的產(chǎn)量，這與黃嚴(yán)帥等[20]研究認(rèn)為的追氮比例過高或過低均不利于高產(chǎn)的實現(xiàn)，而是要有一個適宜的追氮量值的結(jié)論相一致；冬小麥的產(chǎn)量隨著追氮比例的增加呈先增加后降低的趨勢，這可能是由于過量的追施氮肥，使植株貪青晚熟，影響同化物向子粒的運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致粒重降低產(chǎn)量下降[24]。

本試驗通過繪制產(chǎn)量與氮肥基追比（基施氮量）的擬合曲線，理論上得出本試驗條件下獲得最高產(chǎn)量的氮肥基追比為6.9∶3.1。綜合考慮群體質(zhì)量、產(chǎn)量和水分利用效率等因素，本試驗條件下，氮肥基追比為7∶3（N1處理）冬小麥群體結(jié)構(gòu)較好，耗水量最少，水分利用效率最高，產(chǎn)量較高，為最合理的氮肥運籌模式。

本研究只進行了小麥盆栽試驗，未進行大田試驗，因此還需進一步通過大田試驗來證明相關(guān)結(jié)論，以期能更全面地為黃淮海平原冬小麥產(chǎn)區(qū)合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

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