氮肥施用對豫南稻茬小麥群體質(zhì)量指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

謝迎新，謝旭東，白雪瑩，周國勤，馬冬云，王晨陽

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，小麥玉米作物學(xué)國家重點實驗室，國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002；2.信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 信陽 464000)

適宜的群體結(jié)構(gòu)是小麥實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)[1-2]。于振文等[3]研究指出，在合理群體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提高小麥開花至成熟階段的干物質(zhì)積累和分配是實現(xiàn)黃淮麥區(qū)小麥高產(chǎn)向超高產(chǎn)發(fā)展的主要限制因素。Li等[4]認為，提高長江三角洲地區(qū)小麥產(chǎn)量應(yīng)從增加穗粒數(shù)、提高成穗率以及花前在莖稈中貯存更多的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物等方向著手。訾妍等[5]研究也認為，提高小麥群體的生產(chǎn)能力，增加開花期和花后干物質(zhì)積累量是實現(xiàn)小麥產(chǎn)量達9 000 kg/hm2的重要保證。因此，提高花后同化物向籽粒的貢獻率，獲得最適孕穗期葉面積指數(shù)(LAI)和開花期干物質(zhì)積累量，在適宜穗數(shù)范圍內(nèi)提高成穗率，是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵，也是反映小麥高產(chǎn)群體質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)[6-9]。

隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，近年來黃淮流域稻茬小麥種植面積在不斷增加。然而，由于稻茬麥區(qū)常年稻麥輪作造成耕作層淺、土質(zhì)黏重、土壤耕性差、適耕期短，加之降水時空分布不均，漬害、病蟲害等危害程度較重，以及田間管理粗放等問題，導(dǎo)致該區(qū)小麥產(chǎn)量長期低而不穩(wěn)，已成為我國當(dāng)前重要的中低產(chǎn)田麥區(qū)之一。而作為黃淮流域重要的稻茬麥區(qū)—豫南稻茬麥區(qū)當(dāng)前普遍存在重稻輕麥和氮肥施用不合理現(xiàn)象，嚴(yán)重制約該區(qū)糧食綜合能力快速提升，導(dǎo)致該區(qū)小麥平均產(chǎn)量常年僅維持在4 500 kg/hm2左右[10]。

其中，優(yōu)化栽培是提高小麥產(chǎn)量的重要途徑，構(gòu)建適宜的群體結(jié)構(gòu)是小麥實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，而氮肥施用在提高小麥產(chǎn)量和改善品質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用[11-12]。 為此，通過在河南南部信陽稻茬麥區(qū)布置不同氮肥用量對小麥主要生育期群體質(zhì)量和產(chǎn)量影響的試驗，調(diào)查分析不同小麥產(chǎn)量水平下的群體莖蘗數(shù)、LAI、干物質(zhì)積累動態(tài)、總結(jié)實粒數(shù)與粒葉比特征及其籽粒產(chǎn)量的關(guān)系，以期為豫南稻茬小麥氮肥合理施用與精確定量栽培管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于 2014-2015年在河南省信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地(32.10°E，114.06°N)進行。試驗田前茬為水稻，土壤為砂姜黑土，中等土壤肥力，播前0～20 cm基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為全氮(N) 0.79 g/kg，有機質(zhì) 14.50 g/kg，有效磷(P2O5) 8.71 mg/kg， 速效鉀(K2O) 82.7 mg/kg， pH值 6.05。

試驗采用品種和氮肥兩因素裂區(qū)設(shè)計，其中，主區(qū)為小麥品種，供試品種是國審小麥品種揚麥15和蘭考198，副區(qū)為施氮(純氮)處理，設(shè) N0(0 kg/hm2)、N150(150 kg/hm2)和 N225(225 kg/hm2)3個供氮水平。于2014 年10月 20日采用機械條播方式按照播量 150 kg/hm2進行等行距播種(行距20 cm)。試驗小區(qū)面積為 3 m×4 m， 3 次重復(fù)。分別選用尿素(N 46%)、普通過磷酸鈣(P2O515%)和氯化鉀(K2O 60%)作為供試用氮磷鉀肥源，其中，N肥60%、全部磷、鉀肥(P2O5150 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2)在小麥播種時作為基肥施用，剩余40% N肥在小麥起身-拔節(jié)期追施，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)大田栽培。

1.2 測定項目與方法

莖蘗動態(tài)：在小麥主要生育時期(越冬期、返青期、拔節(jié)期、開花期、成熟期)，根據(jù)在小麥三葉期各處理選取均勻一致的1 m雙行定苗樣點調(diào)查小麥群體莖蘗動態(tài)變化情況。

LAI：與小麥莖蘗動態(tài)調(diào)查同步，在小麥主要生育時期各處理隨機選取10株生長一致的植株，采用長寬系數(shù)法測定LAI。

干物質(zhì)積累：與小麥莖蘗動態(tài)調(diào)查同步，樣品按器官分開，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重計算干物質(zhì)積累。

成熟期調(diào)查各小區(qū)穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量，試驗處理全部收獲計產(chǎn)，并折算成籽粒含水量13%時的籽粒產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Office 2010和 SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行整理統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥施用對小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表1表明，氮肥施用可顯著提高揚麥15和蘭考198小麥品種籽粒產(chǎn)量，具體表現(xiàn)為N225>N150>N0。相同施氮水平下，蘭考198籽粒產(chǎn)量顯著高于揚麥15，表明蘭考198相對較適宜于在該區(qū)種植，具有較高的增產(chǎn)潛力。通過對產(chǎn)量構(gòu)成因素分析發(fā)現(xiàn)，增施氮肥提高小麥產(chǎn)量主要是通過增加單位面積成穗數(shù)和穗粒數(shù)來實現(xiàn)的，而對千粒質(zhì)量影響相對較小。調(diào)查分析表明，該區(qū)域小麥單產(chǎn)達6 000 kg時產(chǎn)量構(gòu)成應(yīng)達到成穗數(shù)490萬～620萬穗/hm2、穗粒數(shù)742粒及千粒質(zhì)量737 g。

表1 不同氮處理小麥產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成Tab.1 Grain yield and its components of winter wheat under different nitrogen levels

注：同一列數(shù)據(jù)后不同字母代表數(shù)據(jù)間差異達5%顯著水平。表2-3同。

Note:Different letters after values in same column indicate significant difference among treatments at 5% level. The same as Tab.2-3.

2.2 氮肥施用對小麥群體動態(tài)變化的影響

圖1可知，氮肥施用可明顯提高小麥群體莖蘗數(shù)，尤其是在小麥起身期之后，具體表現(xiàn)為N225>N150>N0。該研究結(jié)果表明，氮素營養(yǎng)仍是當(dāng)前影響豫南稻茬麥區(qū)小麥成穗數(shù)的最重要因素之一，這與產(chǎn)量結(jié)果趨勢一致。在整個生育時期內(nèi)，2個小麥品種施氮處理群體莖蘗數(shù)均呈先升高后降低趨勢，其中，揚麥 15在拔節(jié)期達到最大值，蘭考198在起身期達到最大值，這可能主要與2個品種特性存在差異有關(guān)。

通過進一步分析發(fā)現(xiàn)，在本試驗條件下，結(jié)合豫南稻茬麥區(qū)生產(chǎn)實際情況，實現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2應(yīng)達到以下群體莖蘗指標(biāo)：最終成穗數(shù)為560萬～620萬穗/hm2，起身期莖蘗數(shù)為680萬～780萬穗/hm2，拔節(jié)期為660萬～720萬穗/hm2。

2.3 氮肥施用對小麥LAI變化的影響

圖2表明，越冬期至開花期，2個品種LAI均呈逐漸增加趨勢，其中，蘭考198的LAI值均高于揚麥15。氮肥施用對小麥群體LAI有重要影響，施氮有利于提高小麥群體LAI，各生育時期均表現(xiàn)為N225>N150>N0。結(jié)合產(chǎn)量數(shù)據(jù)進一步分析發(fā)現(xiàn)，本試驗下，6 000 kg/hm2產(chǎn)量水平適宜LAI指標(biāo)為：越冬期0.89～1.30，起身期2.89～3.20，拔節(jié)期4.08～5.60，開花期6.09～7.61。因此，在小麥關(guān)鍵生育期，可根據(jù)小麥群體LAI值進行精確定量栽培管理，低于正常值時需要及早進行水肥等田間管理。

WS.越冬期；SS.起身期；JS.拔節(jié)期；AS.開花期；MS.成熟期。圖2同。WS.Overwintering stage； SS.Erecting stage； JS.Jointing stage； AS.Anthesis stage； MS.Maturity stage.The same as Fig.2.

圖2 不同氮處理小麥LAI動態(tài)Fig.2 Dynamics of leaf area index of wheat under different nitrogen levels

2.4 氮肥施用對小麥干物質(zhì)積累變化的影響

由表 2可以看出，在豫南稻茬麥區(qū)，兩小麥品種群體干物質(zhì)積累(DMA)均隨生育進程推進逐漸升高，且在成熟期干物質(zhì)積累達到最高，相同生育期內(nèi)以蘭考198 小麥品種干物質(zhì)積累相對較高。施氮可顯著提高小麥干物質(zhì)積累，具體表現(xiàn)為N225>N150>N0。在本試驗條件下，結(jié)合豫南稻茬麥區(qū)生產(chǎn)實際，實現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2左右水平群體干物質(zhì)積累需達到以下要求：越冬期、起身期、拔節(jié)期、開花期和成熟期分別為521～717 kg/hm2，3 693～4 244 kg/hm2，6 665～9 683 kg/hm2，13 025～16 568 kg/hm2，20 888～24 090 kg/hm2。

表2 不同氮處理的小麥群體干物質(zhì)積累動態(tài)Tab.2 Dynamics of dry matter accumulation of wheat under different nitrogen levels

2.5 氮肥施用對小麥結(jié)實粒數(shù)的影響

由表3可知，與不施氮處理相比，施氮處理(N150、N225)可顯著增加小麥結(jié)實粒數(shù)，且高氮處理(N225)蘭考198結(jié)實粒數(shù)均高于揚麥15，蘭考198品種N150和N225處理間差異達顯著水平，但揚麥15品種N150和N225處理間無明顯差異，表明通過增加氮肥提高結(jié)實粒數(shù)進而起到增加籽粒產(chǎn)量的途徑存在品種間差異。

相關(guān)分析表明，2個小麥品種籽粒產(chǎn)量(y， kg/hm2)與最終結(jié)實粒數(shù)(x， 106粒/hm2)呈極顯著線性關(guān)系，其回歸方分別為y揚麥15=26.29x+587.05(R2=0.895 5**)和y蘭考198=25.187x+1 076 (R2=0.826 7**)。

綜合分析認為，實現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2左右水平，結(jié)實粒數(shù)應(yīng)在192×106粒/hm2以上，且在本試驗條件下，氮肥施用對增加蘭考198結(jié)實粒數(shù)效果相對更加明顯，表明該品種更能適應(yīng)高肥力(高氮)麥田，在當(dāng)?shù)鼐哂邢鄬^高的增產(chǎn)潛力。

表3 不同氮處理小麥粒葉比及總結(jié)實粒數(shù)

2.6 氮肥施用對小麥小麥粒葉比特征的影響

由表3可知，氮肥施用均可提高2個小麥品種的粒重葉比，揚麥 15表現(xiàn)為先增加后降低趨勢，蘭考198則表現(xiàn)為持續(xù)增加趨勢，但蘭考198的N150與N225處理間無明顯差異。在同一氮肥水平下，蘭考198具有適宜的粒數(shù)葉比和相對較高的粒質(zhì)量葉比。進一步分析可知，在本試驗條件下，實現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2左右水平，開花期和成熟期粒數(shù)葉比和粒重葉比分別應(yīng)高于0.38粒/cm2和9.45 mg/cm2。

3 結(jié)論與討論

有關(guān)小麥高產(chǎn)群體特征和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)已有諸多報道。于振文等[3]提出黃淮麥區(qū)首先要選用具有較高生物產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)潛力的品種，然后通過栽培措施協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系，使生物產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)同步提高，從而獲得超高產(chǎn)經(jīng)濟產(chǎn)量。丁錦峰等[13]研究認為，淮南地區(qū)揚麥20達到9 000 kg/hm2產(chǎn)量水平的栽培技術(shù)關(guān)鍵點是在獲得適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上主攻穗粒數(shù)與粒重。盧百關(guān)等[14]提出，黃淮地區(qū)稻茬小麥超高產(chǎn)9 000 kg/hm2群體產(chǎn)量結(jié)構(gòu)為單位面積穗數(shù)>700×104/hm2、每穗>32粒及千粒質(zhì)量>42 g。湯永祿等[15]通過對四川盆地9 000 kg/hm2以上超高產(chǎn)小麥品種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)研究認為，4個環(huán)境下平均產(chǎn)量達9 338 kg/hm2的超高產(chǎn)品種的穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒數(shù)和千粒質(zhì)量分別達4.49×106穗/hm2，42.3，18 825粒/m2，47.8 g，且較對照分別高8.2%，10.7%，18.3%，0.6%。王紅光等[16]通過對河北冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)研究認為，8.00×106穗/hm2、穗粒數(shù)30～35 粒、千粒質(zhì)量43 g 以上、成熟期干物質(zhì)積累量22 000 kg/hm2以及收獲指數(shù)0.46為河北省10 000 kg/hm2以上超高產(chǎn)小麥比較理想的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)和調(diào)控指標(biāo)。本試驗針對豫南稻茬小麥常年平均產(chǎn)量徘徊在4 500 kg/hm2左右的現(xiàn)狀[10]，初步研究認為，實現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2需達到成穗數(shù)4.90×106～6.20×106穗/hm2、單穗平均穗粒數(shù)>42粒以及千粒質(zhì)量>37 g的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，且以弱春性小麥品種蘭考198更適宜于該區(qū)高產(chǎn)種植，該研究結(jié)果與其他稻茬麥區(qū)研究結(jié)果相比略有差異，可能主要與本試驗所處的氣候條件以及選用小麥品種有關(guān)。

關(guān)于小麥高產(chǎn)群體的質(zhì)量指標(biāo)，前人也做了諸多研究[5，17-20]。訾妍等[5]研究認為，揚糯麥1號8 000 kg/hm2以上高產(chǎn)群體孕穗期和乳熟期最適LAI分別為6.2～6.5和3.2～4.0，拔節(jié)期最適莖蘗數(shù)為穗數(shù)的2.3～2.5倍，莖蘗成穗率為44%～49%，分蘗成穗率為25%～33%，開花期和花后干物質(zhì)積累量分別為10 000～11 600 kg/hm2和5 900 kg/hm2以上，適宜粒數(shù)葉比和粒重葉比達0.36和12.40以上。于經(jīng)川等[17]通過2年對20多個小麥品種(系)粒葉比、粒重比與產(chǎn)量的關(guān)系分析認為，粒數(shù)葉比、粒重葉比等指標(biāo)可作為高產(chǎn)育種的重要篩選指標(biāo)。吳中偉等[18]對四川丘陵區(qū)機播套作小麥研究認為，產(chǎn)量達4 800 kg/hm2的LAI孕穗期4.68, 灌漿期2.11, 花后干物質(zhì)積累量3 201.2 kg/hm2, 粒葉比11.501 mg/cm2。徐月明[20]通過對揚州地區(qū)弱筋小麥揚麥15研究認為，產(chǎn)量>7 500 kg/hm2的 LAI動態(tài)指標(biāo)為越冬始期約0.9, 拔節(jié)期約3.0, 孕穗期出現(xiàn)最大值7.0, 開花期為4.5～5.0。此外，凌啟鴻[1]也總結(jié)了江淮流域小麥達7 500 kg/hm2產(chǎn)量水平時小麥主要生育時期相關(guān)最適LAI指標(biāo)。上述研究結(jié)果對指導(dǎo)當(dāng)?shù)匦←溇_定量高產(chǎn)栽培具有實踐意義，但針對豫南稻茬小麥的本土化研究則相對較少。

本研究在3個施氮水平下對豫南稻茬小麥達到6 000 kg/hm2產(chǎn)量水平群體質(zhì)量指標(biāo)進行了系統(tǒng)分析，認為，在主要生育時期同一氮肥處理下，蘭考198 品種LAI、干物質(zhì)積累、粒葉比、結(jié)實粒數(shù)均相對較高，這可能是導(dǎo)致蘭考198產(chǎn)量相對較高的主要原因。進一步分析認為，在當(dāng)前，實現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2需達到以下群體質(zhì)量指標(biāo)：起身期最適莖蘗數(shù)為680萬～780萬穗，在起身期、拔節(jié)和開花期最適宜LAI值分別為2.89～3.20，4.08～5.60，6.09～7.61；開花期干物質(zhì)積累量為13 025～16 568 kg/hm2，成熟期干物質(zhì)積累量為20 888 ～24 090 kg/hm2，結(jié)實粒數(shù)在192×106粒/hm2以上，適宜粒數(shù)葉比和粒重葉比在0.38粒/cm2和9.45 mg/cm2以上。根據(jù)本試驗結(jié)果，初步認為，蘭考198更適宜豫南稻茬麥區(qū)種植，且實現(xiàn)甚至超過小麥6 000 kg/hm2產(chǎn)量除了滿足土壤肥力和在主要生育期達到適宜群體質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)外，全生育期施氮量應(yīng)在225 kg/hm2左右。

關(guān)于豫南稻茬麥區(qū)小麥產(chǎn)量超過7 500 kg/hm2時的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)以及群體質(zhì)量指標(biāo)還有待進一步深入研究。