底肥分層條施提高冬小麥干物質(zhì)積累及產(chǎn)量

溫 櫻，王 東

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，山東泰安 271018）

底肥分層條施提高冬小麥干物質(zhì)積累及產(chǎn)量

溫 櫻，王 東*

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點實驗室/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，山東泰安 271018）

【目的】探討底肥按比例分層條施對冬小麥群體動態(tài)變化、干物質(zhì)積累與分配及籽粒產(chǎn)量的調(diào)節(jié)作用，為創(chuàng)建合理的耕層供肥條件提供理論依據(jù)?！痉椒ā坑?014～2015年和2015～2016年冬小麥生長季，在大田條件下，設(shè)置5種底肥施用方式：不施底肥 (T1)；底肥單層條施在地表下8、16和24 cm (T2、T3和T4)；底肥按1∶2∶3分為三份，分別施在地表下8、16和24 cm土層 (T5)。各處理均于拔節(jié)期隨灌溉水追施氮肥，施肥量一致。調(diào)查了小麥關(guān)鍵生育期的生長和發(fā)育狀況以及養(yǎng)分利用率?！窘Y(jié)果】底肥單層條施時，在一定范圍內(nèi)隨施肥深度增加，冬小麥分蘗和成穗數(shù)減少，但穗粒數(shù)顯著增加，開花后干物質(zhì)同化量提高，成熟期單莖干物質(zhì)在各器官中的分配量增加，盡管開花后營養(yǎng)器官貯存的干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)移再分配受到抑制，但籽粒產(chǎn)量仍有一定程度的提高。與T4相比，T5的穗粒數(shù)和千粒重?zé)o明顯變化，但植株分蘗和成穗數(shù)顯著提高，開花后單位面積干物質(zhì)積累量和籽粒產(chǎn)量均顯著增加。【結(jié)論】通過優(yōu)化養(yǎng)分在耕層土壤的分布，調(diào)節(jié)各生育階段的養(yǎng)分供給，進(jìn)而協(xié)調(diào)開花后干物質(zhì)同化與營養(yǎng)器官臨時貯存干物質(zhì)再分配，及穗數(shù)與穗粒重之間的關(guān)系，在增加穗數(shù)的同時仍保持較高的穗粒數(shù)和千粒重，是底肥按比例分層條施實現(xiàn)冬小麥高產(chǎn)的重要原因。

冬小麥；分層施肥；干物質(zhì)積累與分配；籽粒產(chǎn)量

肥料對糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率高達(dá)40%以上，對保障國家糧食安全和促進(jìn)農(nóng)民增收有重要作用[1–2]。然而，近年來在小麥生產(chǎn)中由于盲目追求高產(chǎn)，肥料投入量過大，不僅浪費資源、增加成本、降低肥料利用效率，而且污染環(huán)境[3]。不當(dāng)?shù)氖┓史绞揭鄷?dǎo)致氨揮發(fā)和氧化亞氮排放等氣態(tài)氮素?fù)p失、硝態(tài)氮淋失及磷素在土壤表層大量積累等問題，增加溫室效應(yīng)和水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險。有研究表明，深層土壤剖面養(yǎng)分缺乏是影響小麥產(chǎn)量潛力發(fā)揮的一個重要原因[4]。肥料表層撒施改為深施，可大幅提高作物的肥料利用率[5]。與肥料淺施處理相比，肥料深施顯著增加作物氮、磷、鉀吸收量，氮磷利用率分別提高20.9%～41.1%和7.1%～15.4%[6]。潘幸來等[7]的研究也表明，黃土高原表層熟土的養(yǎng)分含量高，而深層生土較貧瘠, 肥料深施能顯著提高作物產(chǎn)量。另有研究認(rèn)為，在干旱地區(qū)由于表層土壤水分散失較快，含水量通常較低，影響上層土壤養(yǎng)分的有效性，導(dǎo)致作物對養(yǎng)分的吸收利用效率降低[8]。在0—20 cm土層重度水分脅迫條件下，于20—60 cm土層深施肥的處理小麥穗數(shù)顯著高于在0—20 cm土層施肥的處理[9]。旱地條件下，氮肥深施至20 cm可顯著增加冬小麥開花后干物質(zhì)積累量，提高千粒重[10]。深層施肥亦有利于地膜春小麥各生育時期地上部干物質(zhì)積累量的提高，尤其促進(jìn)開花后干物質(zhì)的積累[11]。而在水澆地條件下不同深度施肥對小麥的調(diào)節(jié)作用還鮮有報道。另外，有研究指出將肥料分層施用，深淺結(jié)合，可獲得更高的產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力[4,12]。因此亟待開展關(guān)于土壤養(yǎng)分空間供給結(jié)構(gòu)對作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用調(diào)節(jié)作用與機(jī)理的系統(tǒng)研究。本試驗在水澆地高產(chǎn)條件下，設(shè)置底肥單層條施和按比例分層條施處理，研究各處理冬小麥群體發(fā)育和干物質(zhì)積累與分配的差異，以期揭示分層施肥實現(xiàn)冬小麥增產(chǎn)的生理基礎(chǔ)，為創(chuàng)建合理的耕層供肥條件提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2014～2015年和2015～2016年冬小麥生長季在山東省肥城市邊院鎮(zhèn)南仇村 (35.99°N, 116.88°E)大田進(jìn)行。供試冬小麥品種為山農(nóng)24。前茬種植夏玉米，水肥統(tǒng)一管理，玉米收獲后秸稈全部粉碎還田。2014年冬小麥播種前試驗地0—20 cm土層含有機(jī)質(zhì)15.1 g/kg、全氮0.8 g/kg、堿解氮92.40 mg/kg、有效磷54.65 mg/kg和速效鉀106.50 mg/kg。

試驗設(shè)置T1～T5共5種不同的底肥施用方式，其中，T1處理不施底肥；T2、T3和T4處理均為底肥單層條施，施肥深度分別為8、16和24 cm；T5處理為底肥分層條施，施在8、16和24 cm土層深處的肥料用量分別占總底肥用量的1/6、2/6和3/6，即三者的比例為1∶2∶3。采用雙旋耕按比例分層施肥寬苗幅精量播種機(jī) (ZL201521098389.4)[13]分層施肥并播種。小麥條播的實際行距為22.9 cm，每隔兩行小麥在行間條施一行底肥，底肥條施的實際行距為45.8 cm。底肥使用N、P2O5、K2O含量各為15%的三元復(fù)合肥，施用量為900 kg/hm2。各處理均于小麥拔節(jié)期采用肥水一體化灌溉系統(tǒng) (ZL201410499375.7)[14]，在灌水的同時追施尿素 (含N 46%) 150 kg/hm2。追肥時先將所需追施的尿素溶解成肥液，再將肥液注入輸水管，使其隨灌溉水均勻施入田間。

采用隨機(jī)區(qū)組排列，每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為42 m2(2 m × 21 m)。2014～2015年度的試驗于2014年10月12日播種，2015年6月15日收獲，種植密度為180 × 104plants/hm2。2015～2016年度的試驗于2015年10月10日播種，2016年6月9日收獲，種植密度為120 × 104plants/hm2。其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 干物質(zhì)積累與分配的測定 于越冬前期、返青期、拔節(jié)期、開花期和成熟期調(diào)查單位面積總莖數(shù)并采集植株樣品，其中越冬前期、返青期、拔節(jié)期取整株，開花期按葉、莖稈+葉鞘、穗分樣，成熟期按葉、莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼和籽粒分樣，70℃烘至恒重，稱干重并按以下公式[15–16]計算：

各器官干物質(zhì)分配比例 = 各器官的干物質(zhì)積累量/植株地上部干物質(zhì)積累量 × 100%

開花前營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量 (g/stem) = 開花期地上部干重 – 成熟期地上部營養(yǎng)器官干重

開花前營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率 = (開花期地上部干重 – 成熟期地上部營養(yǎng)器官干重)/開花期地上部干重 × 100%

開花后同化的干物質(zhì)輸入籽粒量 (g/stem) = 成熟期籽粒干重 – 開花前營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量

開花前營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率 = 開花前營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干重 × 100%

開花后同化的干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率 = 開花后同化的干物質(zhì)輸入籽粒量/成熟期籽粒干重 × 100%

1.2.2 成熟期籽粒產(chǎn)量的測定 于成熟期調(diào)查每公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，每個試驗小區(qū)收獲3 m2脫粒，自然風(fēng)干至籽粒含水量為12.5%左右時稱重，并折算成公頃產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和繪圖，用DPS 7.05統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗 (LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可以看出，兩個年度試驗結(jié)果基本一致。各單層條施肥處理的穗數(shù)隨施肥深度的增加呈降低趨勢，而穗粒數(shù)、千粒重和籽粒產(chǎn)量均隨施肥深度的增加呈升高趨勢。T1處理的穗數(shù)與T4處理的無顯著差異，但籽粒產(chǎn)量顯著低于T2、T3和T4處理的。T5處理的穗粒數(shù)和千粒重與T4處理的無顯著差異，但穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量均顯著高于T4處理的。說明底肥單層條施時，增加施肥深度會降低成穗數(shù)，但穗粒數(shù)增加，產(chǎn)量有一定程度的提高。底肥按1∶2∶3的比例分層條施，小麥成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均達(dá)到較高水平，與各單層條施肥處理相比籽粒產(chǎn)量顯著提高。

2.2 不同處理對冬小麥群體發(fā)育動態(tài)的影響

表2表明，各處理第一年度各生育時期的單位面積莖數(shù)均高于第二年度的，這與第二年度種植密度降低有關(guān)。各單層條施處理 (T2、T3和T4) 之間比較，各生育時期單位面積莖數(shù)兩年度均隨施肥深度的增加呈降低趨勢，成穗率則無明顯變化。T1處理越冬前期的單位面積莖數(shù)顯著低于其余處理，返青期、拔節(jié)期和開花期的單位面積莖數(shù)與T4處理的無顯著差異。T4處理各生育時期的單位面積莖數(shù)均低于T5處理，成穗率在第一年度與T5處理的無顯著差異，第二年度則明顯高于T5處理的。說明底肥單層條施于8 cm土層或按1∶2∶3的比例分層條施可促進(jìn)冬小麥分蘗，增加成穗數(shù)；底肥單層條施深度過大 (24 cm) 對冬小麥分蘗不利，但對成穗率無不利影響。

表1 不同處理冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 1 Yield and its components of winter wheat under different treatments

表2 不同生育時期各處理冬小麥單位面積莖數(shù)的變化Table 2 Changes of stem numbers per unit area at different growth stages of winter wheat under different treatments

2.3 不同處理對冬小麥干物質(zhì)積累動態(tài)的影響

兩年度試驗均表明，各處理越冬前期和返青期的干物質(zhì)積累量無顯著差異 (圖1)。T1處理拔節(jié)期、開花期和成熟期的干物質(zhì)積累量顯著低于其余處理，T5處理開花期和成熟期的干物質(zhì)積累量高于其余處理。各單層條施處理 (T2、T3和T4) 之間比較，成熟期干物質(zhì)積累量隨施肥深度的增加呈升高趨勢，但差異未達(dá)顯著水平。表明在一定土層深度范圍內(nèi)，底肥單層條施時，不同施肥深度對小麥各生育時期干物質(zhì)積累量的調(diào)節(jié)效應(yīng)差異較小，底肥按1∶2∶3的比例分層條施比底肥單層條施可顯著促進(jìn)小麥拔節(jié)后干物質(zhì)的積累。

2.4 不同處理對冬小麥成熟期干物質(zhì)在各器官分配的影響

圖1 不同生育時期各處理冬小麥干物質(zhì)積累量的變化Fig. 1 Changes of dry matter accumulation at different growth stages of winter wheat under different treatments

表3表明，兩年度成熟期莖稈+葉鞘和籽粒中分配的干物質(zhì)量均以T1處理最低。各單層條施處理之間，表現(xiàn)為隨著施肥深度的增加，冬小麥成熟期積累的干物質(zhì)在各器官中的分配量均呈增加趨勢。但干物質(zhì)在各器官中的分配比例，第一年度各處理之間多數(shù)差異不顯著；第二年度，隨施肥深度的增加，干物質(zhì)在莖稈+葉鞘和葉片中的分配比例呈增加趨勢，而在穗軸+穎殼和籽粒中的分配比例則呈降低趨勢。T5處理與T4處理比較，第一年度除干物質(zhì)在莖稈+葉鞘中的分配量顯著增加外，在其余器官中的分配量均無顯著差異；第二年度干物質(zhì)在莖稈+葉鞘中的分配量和分配比例均顯著增加，在籽粒中的分配量無顯著變化，但分配比例顯著降低。說明適當(dāng)增加底肥單層條施的深度可促進(jìn)干物質(zhì)在植株各器官中的分配與積累；與底肥單層條施于24 cm土層的處理相比，底肥按1∶2∶3的比例分層條施可顯著增加干物質(zhì)在莖稈+葉鞘中的分配量，對干物質(zhì)在籽粒中的分配量無顯著影響，甚至?xí)档透晌镔|(zhì)在籽粒中的分配比例。

表3 不同處理冬小麥成熟期干物質(zhì)在各器官的分配Table 3 Dry matter distribution in different organs at the maturity stage of winter wheat under different treatments

2.5 不同處理對冬小麥開花后干物質(zhì)同化和再分配的影響

從表4可知，各單層條施處理之間比較，隨施肥深度增加，兩年度均表現(xiàn)為開花前營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運量降低，轉(zhuǎn)運率及對籽粒的貢獻(xiàn)率亦呈降低趨勢；第一年度，T4處理開花后同化的干物質(zhì)輸入籽粒量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率與T3處理無顯著差異，但顯著高于T2處理。第二年度，開花后同化的干物質(zhì)輸入籽粒量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率均隨施肥深度的增加而顯著增加。與T4處理比較，T5處理兩年度均表現(xiàn)為開花前營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率均降低，但開花后同化的干物質(zhì)輸入籽粒量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率顯著升高。說明底肥分層條施可促進(jìn)花后干物質(zhì)的同化，但不利于開花前營養(yǎng)器官貯存的干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)移。

3 討論

肥料施用深度和方式對作物養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量形成有明顯調(diào)節(jié)作用。插秧前將肥料撒于地表后再旋耕混勻，與傳統(tǒng)的地表撒施相比，有利于水稻根系生長，并促進(jìn)其對養(yǎng)分的吸收，顯著提高成穗率和籽粒產(chǎn)量[17]。將氮肥深施至15 cm亦有利于玉米根系對氮素的吸收利用，有效減少氨揮發(fā)和硝態(tài)氮淋溶損失，提高玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，顯著增加籽粒產(chǎn)量[18]。在旱地條件下，氮肥深施至20 cm可顯著增加冬小麥開花后干物質(zhì)積累量，提高千粒重；繼續(xù)增加施氮深度至30 cm時籽粒產(chǎn)量再無顯著變化[10]。深層施肥亦有利于地膜春小麥各生育時期地上部干物質(zhì)積累量的提高，尤其促進(jìn)開花后干物質(zhì)的積累[11]。本試驗在水澆地條件下，將氮磷鉀三元復(fù)合肥作底肥分別施于不同深度土層，也得到了與上述研究相似的結(jié)果，即適當(dāng)增加底肥單層條施的深度可促進(jìn)單莖干物質(zhì)的積累及其在各器官中的分配，但單位面積植株干物質(zhì)積累量變化較小，這與植株分蘗和成穗數(shù)隨施肥深度增加而減少有關(guān)。本試驗結(jié)果還表明，第一年度成熟期單莖干物質(zhì)在各器官中的分配比例，不同施肥深度處理間大多差異不顯著，第二年度則表現(xiàn)為隨施肥深度的增加，單莖干物質(zhì)在莖稈+葉鞘和葉片中的分配比例呈增加趨勢，在穗軸+穎殼和籽粒中的分配比例則呈降低趨勢，說明施肥深度對成熟期干物質(zhì)在各器官分配比例的調(diào)節(jié)作用存在年際間的差異，也可能與兩年度群體的大小不同有關(guān)，二者是否存在互作，有待進(jìn)一步探討。

表4 不同處理冬小麥開花前貯存干物質(zhì)及花后同化干物質(zhì)向籽粒的再分配Table 4 Translocation to grain from dry matter accumulated before anthesis and photo assimilation after anthesis in winter wheat under different treatments

前人利用土鉆打眼分層施肥的方法，分別在地表下10 cm、30 cm和50 cm深處施入氮肥和磷肥，結(jié)果表明可顯著提高小麥穗粒數(shù)和千粒重，其籽粒產(chǎn)量比地表下10 cm單土層施肥處理提高了42%[4]。還有土柱試驗結(jié)果表明，氮肥集中施于0～30 cm土層對冬小麥生物量形成有一定抑制作用，而均勻施入0～90 cm土層可顯著促進(jìn)植株干物質(zhì)積累，特別是在上層土壤干旱脅迫時，這種趨勢更明顯[19]。也有研究認(rèn)為，磷肥集中深施于地表下15 cm，比集中施于地表下5 cm或按1∶1的比例同時施于地表下5和15 cm，夏玉米籽粒產(chǎn)量增加5.9%～10.6%，且磷肥集中深施效果優(yōu)于分層施，分層施效果優(yōu)于淺施[20]。本試驗在大田條件下，采用寬苗幅精量播種機(jī)在小麥播種的同時將氮磷鉀三元復(fù)合肥按1∶2∶3的比例分層條施于地表下8、16、24 cm土層，與底肥單層條施于24 cm深處的處理相比，有利于小麥分蘗，可顯著提高成穗數(shù)，而單莖干物質(zhì)在籽粒中的分配量無顯著變化，其穗粒數(shù)和千粒重仍保持較高水平，因此開花后單位面積干物質(zhì)積累量和籽粒產(chǎn)量均顯著提高，增產(chǎn)率達(dá)5.3%～6.4%；與底肥單層條施于8 cm深處的處理相比，增產(chǎn)率可達(dá)10.4%～11.7%。這說明底肥按比例分層條施可優(yōu)化養(yǎng)分在耕層土壤中的分布，調(diào)節(jié)冬小麥各生育階段的養(yǎng)分供給，進(jìn)而協(xié)調(diào)穗數(shù)和穗粒重之間的關(guān)系。在增加穗數(shù)的同時，仍保持較高的穗粒數(shù)和千粒重是分層施肥調(diào)節(jié)冬小麥實現(xiàn)增產(chǎn)的重要原因。

4 結(jié)論

水澆地麥田適當(dāng)增加底肥單層條施的深度可促進(jìn)單莖干物質(zhì)積累及其在各器官中的分配，但單位面積植株干物質(zhì)積累量變化較小，這與植株分蘗和成穗數(shù)隨施肥深度增加而減少有關(guān)。底肥按比例分層條施可優(yōu)化養(yǎng)分在耕層土壤中的分布，調(diào)節(jié)各生育階段的養(yǎng)分供給，進(jìn)而協(xié)調(diào)開花后干物質(zhì)同化與營養(yǎng)器官臨時貯存干物質(zhì)再分配，及穗數(shù)與穗粒重之間的關(guān)系，在增加穗數(shù)的同時仍保持較高的穗粒數(shù)和千粒重，獲得較高的籽粒產(chǎn)量。

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Basal fertilization in strips at different soil depths to increase dry matter accumulation and yield of winter wheat

WEN Ying, WANG Dong*
(Colloge of Agronomy, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology/Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System, Ministry of Agriculture, Taian, Shandong 271018, China)

【Objectives】The effect of basal fertilizer layered at different soil depths and in stripes with different proportion on the dry matter accumulation and yield of winter wheat was studied in this paper, in order to provide a theoretical basis for reasonable fertilizer application in topsoil.【Methods】A 2-year field study was carried out from 2014 to 2016. Five treatments were set up: no basal fertilizer (T1); basal fertilizer was applied in stripes in 8 cm depth (T2), 16 cm (T3) and 24 cm (T4); basal fertilizer was divided into three parts with the proportion of 1∶2∶3 and applied in stripes of 8, 16 and 24 cm depths of soil (T5). All the treatments were top-dressed with the same amount of nitrogen fertilizer in jointing stage. The growth and nutrient use efficiency in the key growing stages of wheat were investigated.【Results】Among treatments of T2, T3 and T4, the tiller and ear number of winter wheat were reduced with the increase of fertilization depth, but the grain number per spike was significantly increased; the dry matter assimilation after the anthesis and the allocation amount of dry matter in different organs at the maturity were improved; the grain yields were increased, although the redistribution of dry matter from vegetative organs to grain after the anthesis were restrained. Compared to T4, the grain number per spike and 1000-grain weight were not significantly increased in T5, while the tillers and the ear number wereincreased significantly; the amount of dry matter accumulation and grain yield were significantly increased as well.【Conclusions】Layered and in proportion basal fertilization could increase ear number, the grain number per spike and 1000-grain weight, which coordinates the relationship between the dry matter assimilation and the dry matter redistribution from vegetative organs to grains after the anthsis. Therefore, optimizing the distribution of nutrient in the whole root layer of soil could regulate nutrient supply at each growth stage of winter wheat, thus lead to high yield.

winter wheat; separated-layer fertilization; dry matter accumulation and distribution; grain yield

2016–09–30 接受日期：2017–02–17

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費項目（201503130）；國家自然科學(xué)基金項目（31271660）；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題資助。

溫櫻（1991—），女，山東招遠(yuǎn)人，碩士研究生，主要從事小麥高產(chǎn)高效栽培理論與技術(shù)研究。E-mail：wenyingyx1991@163.com。 *通信作者 Tel：0538-8240096，E-mail：wangd@sdau.edu.cn