播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥品種產(chǎn)量和氮素利用率的調(diào)控效應(yīng)

鄭飛娜 初金鵬 張 秀 費(fèi)立偉 代興龍 賀明榮

播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥品種產(chǎn)量和氮素利用率的調(diào)控效應(yīng)

鄭飛娜 初金鵬 張 秀 費(fèi)立偉 代興龍*賀明榮*

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東泰安 271018

為探明實(shí)現(xiàn)冬小麥進(jìn)一步增產(chǎn)增效的調(diào)控途徑, 于2015—2016年和2016—2017年連續(xù)兩個(gè)生長(zhǎng)季, 選用大穗型品種泰農(nóng)18, 設(shè)置2種播種方式(寬幅播種和常規(guī)條播)和7個(gè)種植密度(130×104、200×104、270×104、340×104、410×104、480×104和550×104株 hm–2), 研究了播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥品種產(chǎn)量和氮素利用率的調(diào)控效應(yīng)。結(jié)果表明, 與常規(guī)條播相比, 寬幅播種配合增密能夠有效緩解單位面積穗數(shù)增加與單穗粒重降低、氮素吸收效率提高與氮素內(nèi)在利用效率下降之間的矛盾, 通過(guò)增加單位面積穗數(shù)和氮素吸收效率協(xié)同提高籽粒產(chǎn)量和氮素利用率。寬幅播種條件下獲得最高產(chǎn)量和氮素利用率的密度為410×104株 hm–2, 顯著高于常規(guī)條播條件下的最優(yōu)密度(340×104株 hm–2), 且其增產(chǎn)增效幅度亦顯著高于常規(guī)條播。綜上所述, 寬幅播種配合合理密植具有進(jìn)一步協(xié)同提高大穗型小麥品種產(chǎn)量和氮素利用率的潛力。在本試驗(yàn)條件下, 寬幅播種(苗帶寬8~10 cm)與410×104株 hm–2密度相匹配是大穗型小麥品種泰農(nóng)18獲得更高產(chǎn)高效的最優(yōu)組合。

寬幅播種; 種植密度; 互作效應(yīng); 產(chǎn)量; 氮素利用率

種植密度是小麥生產(chǎn)中較易控制的栽培措施, 也是影響小麥群體結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量形成和氮素吸收利用的重要因子[1-2]。小麥合理密植有利于提高單位面積穗數(shù), 以及土壤中的根長(zhǎng)密度, 進(jìn)而提高地上部氮素積累量和氮素吸收效率, 實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量和氮利用效率的協(xié)同提高[2-3]。

小麥播種的苗帶寬度顯著影響植株田間分布、單株分蘗與成穗和根系生長(zhǎng)[4-5]。與常規(guī)條播(苗帶寬2~3 cm)相比, 寬幅播種(苗帶寬8~10 cm)可通過(guò)提高單位面積穗數(shù)和地上部氮素積累量協(xié)同提高小麥產(chǎn)量和氮素利用率[6-7]。

大穗型品種以其穗粒重高和產(chǎn)量潛力大在小麥高產(chǎn)創(chuàng)建中被廣泛應(yīng)用[6,8]。但由于其分蘗成穗率低, 單位面積成穗數(shù)少, 限制了其產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。目前生產(chǎn)中多采用增加基本苗數(shù)以提高單位面積成穗數(shù)的增產(chǎn)途徑[9]。然而, 在常規(guī)條播條件下, 過(guò)高的基本苗數(shù)必然導(dǎo)致單株?duì)I養(yǎng)面積降低, 部分植株因生長(zhǎng)不良而遭淘汰, 單位面積成穗數(shù)并不能顯著增加[10]。因此, 依靠增加基本苗數(shù)進(jìn)一步增加其單位面積穗數(shù)的潛力已很小。寬幅播種、合理密植均可增加大穗型小麥品種單位面積穗數(shù), 進(jìn)而提高產(chǎn)量和氮素利用率[3,6-7], 然而兩者的互作效應(yīng)能否在單獨(dú)效應(yīng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高單位面積穗數(shù), 實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效尚未明確。

本研究設(shè)計(jì)播種方式(寬幅播種和常規(guī)條播)與種植密度互作試驗(yàn), 以期通過(guò)分析互作效應(yīng)對(duì)大穗型小麥品種產(chǎn)量形成和氮素吸收利用的影響, 探明與寬幅播種相匹配的適宜種植密度和增產(chǎn)提效潛力, 為充分發(fā)揮寬幅播種的增產(chǎn)提效作用, 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和氮素利用效率在更高水平上的協(xié)同提高提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

山東省泰安市岱岳區(qū)大汶口鎮(zhèn)東武村地處溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū), 年均日照時(shí)數(shù)2639 h, 太陽(yáng)輻射總量119.9 kcal cm–2; 年均氣溫12.9℃, 無(wú)霜期195 d, 降雨量702 mm, 但多數(shù)降雨集中在夏季。試驗(yàn)地前茬作物為玉米, 一年兩熟種植, 多年秸稈還田。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為壤土, pH為8.25。2015—2016年和2016—2017年2個(gè)小麥生長(zhǎng)季播前1.00 m土層內(nèi)無(wú)機(jī)態(tài)氮(硝態(tài)氮和銨態(tài)氮)積累量分別為175.43 kg hm–2和186.24 kg hm–2, 播前0~0.40 m土壤基礎(chǔ)地力數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2015–2016和2016–2017生育季冬小麥播前0~0.20 m和0.20~0.40m土層基礎(chǔ)地力

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用大穗型品種泰農(nóng)18為試驗(yàn)材料, 隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 設(shè)寬幅播種(苗帶寬8~10 cm)與常規(guī)條播(苗帶寬2~3 cm) 2種播種方式, 每個(gè)播種方式下設(shè)7個(gè)種植密度130×104、200×104、270×104、340×104、410×104、480×104和550×104株 hm–2, 3次重復(fù), 共42個(gè)小區(qū), 小區(qū)面積為長(zhǎng)15.0 m×寬3.0 m (12行, 行距25 cm)。

播前按純N、P2O5、K2O各120、90和90 kg hm–2施入基肥; 在拔節(jié)初期按純N 120 kg hm–2追肥。所用氮、磷、鉀肥分別為尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀, 其氮、磷、鉀含量分別為46%、12%和60%。其他管理措施與高產(chǎn)小麥田相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 成熟期地上部氮素積累量 成熟期隨機(jī)取50個(gè)單莖, 人工分為莖、葉、籽粒、穎殼+穗軸等4部分, 烘干至恒重后稱(chēng)重、粉碎, 采用凱氏定氮儀測(cè)定氮素含量, 計(jì)算地上部氮素積累量。

1.3.2 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素 成熟期選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的3.0 m × 1.5 m區(qū)域調(diào)查單位面積穗數(shù), 然后人工收割、脫粒、風(fēng)干后稱(chēng)重, 計(jì)算產(chǎn)量。成熟期隨機(jī)取50個(gè)單莖, 調(diào)查穗粒數(shù)、千粒重, 計(jì)算單穗粒重。

1.3.3 氮素利用率及其相關(guān)指標(biāo)計(jì)算 供氮量(kg hm–2) = 施氮量(kg hm–2) + 播前0~1.00 m土層土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮積累量(kg hm–2)[11]

氮素利用率NUE (kg kg–1) = 籽粒產(chǎn)量(kg hm–2)/供氮量(kg hm–2)

氮素吸收效率NUpE = 成熟期地上部氮素積累量(kg hm–2)/供氮量(kg hm–2)×100%

氮素內(nèi)在利用效率NUtE (kg kg–1) = 籽粒產(chǎn)量(kg hm–2)/成熟期地上部氮素積累量(kg hm–2)

1.3.4 各因素效應(yīng)計(jì)算[12](1) Ai(播種方式與種植密度的綜合增產(chǎn)效應(yīng), kg hm–2) = 寬幅播種下密度產(chǎn)量Ti–常規(guī)條播下密度產(chǎn)量Ti–1。

(2) Bi(播種方式與種植密度互作的增產(chǎn)效應(yīng), kg hm–2) = [播種方式與種植密度的綜合增產(chǎn)效應(yīng) –(常規(guī)條播下密度產(chǎn)量Ti– 常規(guī)條播下密度產(chǎn)量Ti–1) – (寬幅播種下密度產(chǎn)量Ti–1– 常規(guī)條播下密度產(chǎn)量Ti–1)]/2

(3) Ci(播種方式與種植密度的綜合增效效應(yīng), kg hm–2) = 寬幅播種下密度氮素利用率Ti– 常規(guī)條播下密度氮素利用率Ti–1。

(4) Di(播種方式與種植密度互作的增效效應(yīng), kg hm–2) = [播種方式與種植密度的綜合增效效應(yīng) – (常規(guī)條播下密度氮素利用率Ti– 常規(guī)條播下密度氮素利用率Ti–1) – (寬幅播種下密度氮素利用率Ti–1– 常規(guī)條播下密度氮素利用率Ti–1)]/2

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05數(shù)據(jù)分析軟件整理與分析數(shù)據(jù), 采用LSD判別法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn), 采用SigmaPlot 10.0和Microsoft Word 2007軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各關(guān)鍵指標(biāo)方差分析結(jié)果

方差分析表明(表2), 播種方式、種植密度及兩者的互作效應(yīng)顯著影響大穗型小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、氮素利用率、氮素吸收效率和氮素內(nèi)在利用效率。鑒于播種方式、種植密度的單獨(dú)效應(yīng)前人已有較多研究, 本論文中將重點(diǎn)分析并討論播種方式和種植密度的互作效應(yīng)。

表2 年份(Y)、播種方式(S)與種植密度(D)對(duì)大穗型小麥品種產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素、氮素利用率及其構(gòu)成因素影響的方差分析

*,**和***分別代表< 0.05、< 0.01和< 0.001 顯著水平。NUE: 氮素利用率; NUpE: 氮素吸收效率; NUtE: 氮素內(nèi)在利用效率。

*,**, and***: significant at< 0.05,< 0.01, and< 0.001, respectively. NUE: nitrogen use efficiency; NUpE: nitrogen uptake efficiency; NUtE: nitrogen utilization efficiency.

2.2 播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.2.1 播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥產(chǎn)量的影響 如圖1-a, b所示, 兩生長(zhǎng)季常規(guī)條播下種植密度為340×104株 hm–2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高, 較最低的130×104株hm–2密度平均增產(chǎn)1459.04 kg hm–2, 增幅18.57%。寬幅播種下均在410×104株hm–2密度產(chǎn)量達(dá)到最高, 較最低密度平均增產(chǎn)2095.04 kg hm–2, 增幅26.70%。寬幅播種下獲得最高產(chǎn)量的密度以及合理密植的增產(chǎn)幅度均高于常規(guī)條播。

兩生長(zhǎng)季寬幅播種與種植密度的綜合增產(chǎn)效應(yīng)隨種植密度的提高而降低。當(dāng)密度由130×104株 hm–2增至410×104株hm–2時(shí), 綜合增產(chǎn)效應(yīng)由1332.07降低至1139.30 kg hm–2, 降幅14.47%; 當(dāng)密度由410×104株 hm–2進(jìn)一步增至550×104株hm–2時(shí), 綜合增產(chǎn)效應(yīng)由1139.30 kg hm–2降低至908.60 kg hm–2, 降幅20.25% (圖1-c, d)。

兩生長(zhǎng)季寬幅播種與種植密度互作的增產(chǎn)效應(yīng)隨種植密度的提高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)密度由130×104株 hm–2增加至410×104株 hm–2時(shí), 互作增產(chǎn)效應(yīng)從55.88 kg hm–2增至212.38 kg hm–2, 然而當(dāng)密度由410×104進(jìn)一步增至550×104株 hm–2時(shí), 互作增產(chǎn)效應(yīng)從212.38降至–11.55 kg hm–2?；プ髟霎a(chǎn)效應(yīng)在410×104株 hm–2密度時(shí)達(dá)到最大, 此時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高的9969.97 kg hm–2(圖1-e, f)。

圖1 播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥品種產(chǎn)量的影響

誤差線(xiàn)表示3次重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)誤。

The error bars represent standard error of three replicates.

2.2.2 播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 如表3所示, 兩生長(zhǎng)季常規(guī)條播下, 種植密度為340×104株 hm–2時(shí)單位面積穗數(shù)最高, 較最低密度平均增穗194.82×104穗 hm–2, 增幅43.23%。寬幅播種下在410×104株 hm–2密度時(shí)單位面積穗數(shù)最高, 較最低密度平均增穗295.15× 104穗 hm–2, 增幅65.49%。兩播種方式下, 密度進(jìn)一步提高時(shí)穗數(shù)不再顯著增加。

如表3所示, 隨種植密度增加穗粒數(shù)與千粒重均呈下降趨勢(shì)。常規(guī)條播下340×104株 hm–2密度較最低密度的穗粒數(shù)、千粒重分別降低5.82粒與2.39 g, 降幅分別為12.13%和13.28%。寬幅播種下410×104株 hm–2密度較最低密度的穗粒數(shù)、千粒重分別降低6.56粒和3.03 g, 降幅分別為13.28%和7.59%。

表3 播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥品種產(chǎn)量和氮素利用率構(gòu)成因素的影響

多重比較僅在同一列同一年份間進(jìn)行, 不同字母代表在< 0.05水平上差異顯著。NUpE: 氮素吸收效率; NUtE: 氮素內(nèi)在利用效率。

Values followed by the same letter within a column in the same year are not significantly different at< 0.05 as determined by the LSD test. NUpE: nitrogen uptake efficiency; NUtE: nitrogen utilization efficiency.

2.3 播種方式與種植密度互作對(duì)冬小麥氮素利用率及其構(gòu)成因素的影響

2.3.1 播種方式與種植密度互作對(duì)冬小麥氮素利用率的影響 如圖2-a, b所示, 兩生長(zhǎng)季常規(guī)條播下, 種植密度為340×104株 hm–2時(shí)氮素利用率達(dá)到最高, 較最低密度平均增加3.47 kg kg–1, 增幅18.57%。寬幅播種下均在410×104株 hm–2密度時(shí)氮素利用率達(dá)到最高, 較最低密度平均增加4.99 kg kg–1, 增幅26.70%。寬幅播種下獲得最高氮素利用率的密度以及合理密植對(duì)氮素利用率的提升效應(yīng)均高于常規(guī)條播。

播種方式與種植密度互作對(duì)氮素利用率的提升效應(yīng)隨密度的提高而降低。當(dāng)密度由130×104株 hm–2增至410×104株 hm–2時(shí), 綜合效應(yīng)從3.18 kg kg–1降至2.72 kg kg–1, 降幅14.39%; 當(dāng)密度由410×104株 hm–2進(jìn)一步增至550×104株 hm–2時(shí), 綜合效應(yīng)從2.72 kg kg–1降至2.17 kg kg–1, 降幅20.21% (圖2-c, d)。

圖2 播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥品種氮素利用率(NUE)的影響

誤差線(xiàn)表示3次重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)誤。

The error bars represent standard error of three replicates.

播種方式與種植密度互作對(duì)氮素利用率的提升效應(yīng)隨密度的提高呈先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)密度由130×104株hm–2增至410×104株hm–2時(shí), 互作的氮素利用率提升效應(yīng)從0.13 kg kg–1增至0.51 kg kg–1, 當(dāng)密度由410×104株 hm–2進(jìn)一步增至550×104株hm–2時(shí), 效應(yīng)從0.51 kg kg–1降至–0.03 kg kg–1。互作的氮素利用率提升效應(yīng)在410×104株hm–2密度時(shí)達(dá)到最大, 此時(shí)氮素利用率也取得最高的23.68 kg kg–1(圖2-e, f)。

2.3.2 播種方式與種植密度互作對(duì)冬小麥氮素吸收效率和內(nèi)在利用效率的影響 如表3所示, 常規(guī)條播下密度為340×104株hm–2時(shí)氮素吸收效率最高, 較最低密度平均增加17.62%, 增幅30.00%。密度進(jìn)一步提高, 氮素吸收效率呈下降趨勢(shì)。寬幅播種下410×104株hm–2密度氮素吸收效率最高, 較最低密度平均增加26.40%, 增幅44.94%。密度進(jìn)一步提高, 氮素吸收效率呈下降趨勢(shì)。寬幅播種下氮素吸收效率最優(yōu)的密度及合理密植對(duì)氮素吸收效率的提升效應(yīng)均高于常規(guī)條播。

如表3所示, 寬幅播種小麥的氮素內(nèi)在利用效率低于常規(guī)條播。兩播種方式下的氮素內(nèi)在利用效率均隨密度增加而降低, 與最低密度相比, 常規(guī)條播與寬幅播種下550×104株hm–2密度的氮素內(nèi)在利用效率分別降低6.71 kg kg–1和4.35 kg kg–1, 降幅分別為19.53%和13.66%。

2.4 寬幅播種與種植密度互作對(duì)冬小麥穗數(shù)和單穗粒重的影響

如圖3所示, 兩種播種方式下隨單位面積穗數(shù)增加, 單穗粒重呈先緩慢下降后急劇下降的趨勢(shì)。常規(guī)條播下, 隨密度依次由130×104株hm–2增至200×104、270×104、340×104、410×104、480×104和550×104株hm–2, 穗數(shù)由401.33×104穗hm–2相應(yīng)升至479.30×104、550.85×104、596.15×104、618.18×104、629.14×104和632.94×104穗hm–2。與相鄰低密度相比, 每增加1×104穗hm–2, 單穗粒重分別下降1.68、1.80、1.90、4.97、

9.83和24.82 mg, 表明條播下穗數(shù)升至596.15×104穗 hm–2后單穗粒重急劇下降。寬幅播種下, 隨密度依次由130株hm–2增加至200×104、270×104、340×104、410×104、480×104、550×104株hm–2, 穗數(shù)由450.66×104穗hm–2相應(yīng)升至547.20×104、634.49×104、698.23×104、745.81×104、772.85×104和781.43×104穗hm–2。與相鄰低密度相比, 每增加1×104穗hm–2, 單穗粒重分別下降1.22、1.31、1.33、1.40、4.07和14.33 mg, 表明寬播播種下穗數(shù)升至745.81×104穗 hm–2后單穗粒重才快速下降。

圖3 播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥品種穗數(shù)和單穗粒重的影響

誤差線(xiàn)表示3次重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)誤。

The error bars represent standard error of three replicates.

2.5 寬幅播種與種植密度互作對(duì)冬小麥氮素吸收效率和氮素內(nèi)在利用效率的影響

如圖4所示, 與相鄰低密度的氮素吸收效率相比, 常規(guī)條播下密度由130×104株hm–2增至200× 104、270×104、340×104株hm–2, 氮素吸收效率由52.28%分別增至60.13%、65.84%和69.91%, 兩生長(zhǎng)季氮素吸收效率絕對(duì)值每增加1%, 氮素內(nèi)在利用效率相應(yīng)下降0.25、0.19和0.17 kg kg–1; 密度進(jìn)一步由340×104株hm–2增至410×104、480×104、550×104株hm–2, 氮素吸收效率由69.91% 依次降至68.42%、65.83%與63.39%, 氮素內(nèi)在利用效率相應(yīng)下降0.26、0.56和0.81 kg kg–1。寬幅播種下, 密度由130×104株hm–2增至410×104株hm–2, 兩生長(zhǎng)季氮素吸收效率由59.58% 增至70.30%、77.75%、83.62%與85.99%, 氮素吸收效率絕對(duì)值每增加1%, 氮素內(nèi)在利用效率分別下降0.18、0.12、0.11和0.09 kg kg–1, 種植密度進(jìn)一步由410×104株hm–2增至550×104株hm–2, 氮素吸收效率由85.99%降至82.69%和78.77%, 氮素內(nèi)在利用效率分別下降0.06 kg kg–1和0.13 kg kg–1。

3 討論

3.1 寬幅播種與增密配套進(jìn)一步提高冬小麥產(chǎn)量

小麥的產(chǎn)量受控于群體數(shù)量和個(gè)體生產(chǎn)力兩個(gè)方面。一般認(rèn)為, 隨單位面積穗數(shù)增加單穗粒重因穗粒數(shù)和(或)千粒重降低而降低[13-16], 因此在增加單位面積穗數(shù)的同時(shí)盡可能減輕單穗粒重的降低幅度才能獲得更高產(chǎn)量[16-17]。前人研究表明, 在一定范圍內(nèi)增加密度可以提高小麥產(chǎn)量, 繼續(xù)增加密度則會(huì)顯著減產(chǎn)[18-19], 且通常獲得最高產(chǎn)量的密度多在225×104株hm–2與375×104株hm–2之間[21-23], 相應(yīng)穗數(shù)多集中在515×104與660×104穗hm–2范圍內(nèi)[13,20], 這與本試驗(yàn)中常規(guī)條播下340×104株hm–2密度(596.15×104穗hm–2)獲得最高產(chǎn)量的結(jié)果基本一致。然而, 寬幅播種下獲得最高產(chǎn)量的密度為410×104株hm–2, 相應(yīng)穗數(shù)為745.81×104穗hm–2, 顯著高于前人和本試驗(yàn)中常規(guī)條播的最適密度和容穗量。分析其原因在于改常規(guī)條播為寬幅播種, 雖然隨密度增加穗粒數(shù)與千粒重均呈下降趨勢(shì), 但其降幅顯著低于常規(guī)條播的同密度處理, 相同單穗粒重條件下寬幅播種處理的容穗量顯著高于常規(guī)條播, 而且當(dāng)密度為410×104株hm–2、穗數(shù)達(dá)745.81×104穗hm–2后, 寬幅播種的單穗粒重才快速下降, 而常規(guī)條播下密度為340×104株 hm–2、穗數(shù)達(dá)到596.15×104穗 hm–2后單穗粒重就出現(xiàn)了急劇下降。表明寬幅播種與適宜密度相匹配, 可在較高穗數(shù)時(shí)保持較高的單穗粒重, 從而奠定了進(jìn)一步增產(chǎn)的群體數(shù)量與個(gè)體生產(chǎn)力基礎(chǔ)。

圖4 播種方式與種植密度互作對(duì)大穗型小麥品種氮素吸收效率和氮素內(nèi)在利用效率的影響

誤差線(xiàn)表示3次重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)誤。

The error bars represent standard error of three replicates.

3.2 寬幅播種與增密配套進(jìn)一步提高冬小麥氮素利用率

前人研究表明, 增加密度可以提高小麥氮素利用率, 但獲得最高氮素利用率的密度多在225×104株hm–2與375×104株hm–2之間[15,22], 這與本試驗(yàn)中常規(guī)條播下的情況類(lèi)似。密度繼續(xù)增加則會(huì)導(dǎo)致氮素利用率顯著降低[15,22]。與常規(guī)條播不同, 寬幅播種下獲得最優(yōu)氮素利用率的密度為410×104株hm–2, 顯著高于前人和本試驗(yàn)常規(guī)條播的最適密度, 且其增效幅度亦顯著高于常規(guī)條播, 從而表明寬幅播種與增密配套具有進(jìn)一步提高氮素利用率的潛力。

氮素利用率的高低取決于氮素吸收效率和氮素內(nèi)在利用效率的協(xié)調(diào)程度[11,24-25]。在同樣的供氮水平下, 氮素吸收效率的提高往往會(huì)導(dǎo)致氮素內(nèi)在利用效率不同程度的降低, 兩者的協(xié)調(diào)利于氮素利用率的穩(wěn)定[26]或進(jìn)一步提高[2,27]。在本研究中, 寬幅播種與適宜密度合理匹配, 在同樣密度下隨氮素吸收效率提高, 氮素內(nèi)在利用效率的降低幅度不僅低于常規(guī)條播, 而且在密度為410×104株hm–2時(shí)亦顯著低于傳統(tǒng)條播下密度為340×104株hm–2的處理, 有效緩解了氮素吸收效率提高與氮素內(nèi)在利用效率降低的矛盾, 有利于促進(jìn)氮素利用率的進(jìn)一步提高。同時(shí)我們注意到, 在獲得最優(yōu)氮素吸收效率之后, 進(jìn)一步提高密度時(shí)氮素吸收效率和氮素內(nèi)在利用效率同步下降, 這表明寬幅播種與增密配套提高氮素利用率也是有限度的。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)條播相比, 寬幅播種配合增密既促進(jìn)了單位面積穗數(shù)和氮素吸收效率的增加, 又緩解了單穗粒重與氮素內(nèi)在利用效率的降低幅度, 進(jìn)而獲得更高的籽粒產(chǎn)量和氮素利用率。在本試驗(yàn)條件下, 對(duì)大穗型小麥品種泰農(nóng)18來(lái)說(shuō), 寬幅播種(苗帶寬8~10 cm)與410×104株hm–2密度相匹配是獲得更高產(chǎn)高效的最優(yōu)組合。

[1] Tokatlidis I S. Addressing the yield by density interaction is a prerequisite to bridge the yield gap of rain-fed wheat., 2014, 165: 27–42.

[2] Dai X L, Zhou X H, Jia D Y, Xiao L L, Kong H B, He M R. Managing the seeding rate to improve nitrogen-use efficiency of winter wheat., 2013, 154: 100–109.

[3] Dai X L, Xiao L L, Jia D Y, Kong H B, Wang Y C, Li C X, Zhang Y, He M R. Increased plant density of winter wheat can enhance nitrogen-uptake from deep soil., 2014, 384: 141–152.

[4] 馮偉, 李世瑩, 王永華, 康國(guó)章, 段劍釗, 郭天財(cái). 寬幅播種下帶間距對(duì)冬小麥衰老進(jìn)程及產(chǎn)量的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35: 2686–2694. Feng W, Li S Y, Wang Y H, Kang G Z, Duan J Z, Guo T C. Effects of spacing intervals on the ageing process and grain yield in winter wheat under wide bed planting methods., 2015, 35: 2686–2694 (in Chinese with English abstract).

[5] 李世瑩, 馮偉, 王永華, 王晨陽(yáng), 郭天財(cái). 寬幅播種帶間距對(duì)冬小麥冠層特征及產(chǎn)量的影響. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 37: 758–767. Li S Y, Feng W, Wang Y H, Wang C Y, Guo T C. Effects of spacing interval of wide bed planting on canopy characteristics and yield in winter wheat., 2013, 37: 758–767 (in Chinese with English abstract).

[6] 初金鵬, 朱文美, 尹立俊, 石玉華, 鄧淑珍, 張良, 賀明榮, 代興龍. 寬幅播種對(duì)冬小麥‘泰農(nóng)18’產(chǎn)量和氮素利用率的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2018, 29: 2517–2524.Chu J P, Zhu W M, Yin L J, Shi Y H, Deng S Z, Zhang L, He M R, Dai X L. Effects of wide-range planting on the yield and nitrogen use efficiency of winter wheat cultivar Tainong 18., 2018, 29: 2517–2524 (in Chinese with English abstract).

[7] 石玉華, 初金鵬, 尹立俊, 賀明榮, 鄧淑珍, 張良, 孫曉樂(lè), 田奇卓, 代興龍. 寬幅播種提高不同播期小麥產(chǎn)量與氮素利用率. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2018, 34(17): 127–133. Shi Y H, Chu J P, Yin L J, He M R, Deng S Z, Zhang L, Sun X Y, Tian Q Z, Dai X L. Wide-range sowing improving yield and nitrogen use efficiency of wheat sown at different dates., 2018, 34(17): 127–133 (in Chinese with English abstract).

[8] 楊文平, 郭天財(cái), 劉勝波, 王晨陽(yáng), 王永華, 馬冬云. 行距配置對(duì)‘蘭考矮早八’小麥后期群體冠層結(jié)構(gòu)及其微環(huán)境的影響. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 32: 485–490. Yang W P, Guo T C, Liu S B, Wang C Y, Wang Y H, Ma D Y. Effects of row spacing in winter wheat on canopy structure and microclimate in later growth stage., 2008, 32: 485–490 (in Chinese with English abstract).

[9] 郭天財(cái), 劉勝波, 馮偉, 楊文平, 王永華, 韓巧霞. 不同種植行距的大穗型小麥品種‘蘭考矮早八’中幾種與旗葉衰老有關(guān)的生理指標(biāo)變化. 植物生理學(xué)通訊, 2008, 44: 33–36. Guo T C, Liu S B, Feng W, Yang W P, Wang Y H, Han Q X. Changes in several physiological indices related to senescence in flag leaves of heave-ear wheat ‘Lankao’aizao 8’ with different row spacing., 2008, 44: 33–36 (in Chinese with English abstract).

[10] 郭天財(cái), 盛坤, 馮偉, 徐麗娜, 王晨陽(yáng). 種植密度對(duì)兩種穗型小麥品種分蘗期莖蘗生理特性的影響. 西北植物學(xué)報(bào), 2009, 29: 350–355. Guo T C, Sheng K, Feng W, Xu L N, Wang C Y. Effects of plant density on physiological characteristics of different stems during tillering stage in two spike-types winter wheat cultivars.-, 2009, 29: 350–355 (in Chinese with English abstract).

[11] Moll R H, Kamprath E J, Jackson W A. Analysis and interpretation of factors which contribute to efficiency to nitrogen utilization., 1982, 75: 562–564.

[12] 申建波, 毛達(dá)如. 植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究方法(第3版). 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 2011. pp 52–53. Shen J B, Mao D R. Research Methods of Plant Nutrition, 3rd edn. Beijing: China Agricultural University Press, 2011. pp 52–53 (in Chinese).

[13] Ma S C, Wang T C, Guan X K, Zhang X. Effect of sowing time and seeding rate on yield components and water use efficiency of winter wheat by regulating the growth redundancy and physiological traits of root and shoot., 2018, 221: 166–174.

[14] Melash A A, Mengistu D K, Aberra D A, Tsegay A. The influence of seeding rate and micronutrients foliar application on grain yield and quality traits and micronutrients of durum wheat., 2019, 85: 221–227.

[15] Tao Z Q, Ma S K, Chang X H, Wang D M, Wang Y J, Yang Y S, Zhao G C, Yang J C. Effects of tridimensional uniform sowing on water consumption, nitrogen use, and yield in winter wheat., 2019. 7: 480–493.

[16] Zhu Y G, Chu J P, Dai X L, He M R. Delayed sowing increases grain number by enhancing spike competition capacity for assimilates in winter wheat., 2019, 104: 49–62.

[17] Chen C, Neill K, Wichman D, Westcott M. Hard red spring wheat response to row spacing, seeding rate, and nitrogen., 2008, 100: 1296–1302.

[18] Carr P M, Horsley R D, Poland W W. Tillage and seeding rate effects on wheat cultivars: I. Grain production., 2003, 43: 202–209.

[19] Lloveras J, Manent J, Viudas J, López A, Santiveri P. Seeding rate influence on yield and yield components of irrigated winter wheat in a Mediterranean climate., 2004, 96: 1258–1265.

[20] 張永麗, 肖凱, 李雁鳴. 種植密度對(duì)雜種小麥C6-38/Py85-1旗葉光合特性和產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)及其生理機(jī)制. 作物學(xué)報(bào), 2005, 31: 498–505.Zhang Y L, Xiao K, Li Y M. Effects and physiological mechanism of planting densities on photosynthesis characteristics of flag leaf and grain yield in wheat hybrid C6-38/Py85-1., 2005, 31: 498–505 (in Chinese with English abstract).

[21] 陳雨海, 余松烈, 于振文.小麥生長(zhǎng)后期群體光截獲量及其分布與產(chǎn)量的關(guān)系. 作物學(xué)報(bào), 2003, 29: 730–734. Chen Y H, Yu S L, Yu Z W. Relationship between amount or distribution of PAR interception and grain output of wheat communities., 2003, 29: 730–734(in Chinese with English abstract).

[22] Yang D Q, Cai T, Luo Y L, Wang Z L. Optimizing plant density and nitrogen application to manipulate tiller growth and increase grain yield and nitrogen-use efficiency in winter wheat., 2019, 7: e6468.

[23] 曹倩, 賀明榮, 代興龍, 門(mén)洪文, 王成雨. 密度、氮肥互作對(duì)小麥產(chǎn)量及氮素利用效率的影響. 植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17: 815–822.Cao Q, He M R, Dai X L, Men H W, Wang C Y. Effects of interaction between density and nitrogen on grain yield and nitrogen use efficiency of winter wheat., 2011, 17: 815–822 (in Chinese with English abstract).

[24] Foulkes M J, Hawkesford M J, Barraclough P B, Holdsworth M J, Kerr S, Kightley S, Shewry P R. Identifying traits to improve the nitrogen economy of wheat: Recent advances and future prospects., 2009, 114: 329–342.

[25] Salvagiotti F, Castellarin J M, Miralles D J, Pedrol H M. Sulfur fertilization improves nitrogen use efficiency in wheat by increasing nitrogen uptake., 2009, 113: 170–177.

[26] Dai X L, Wang Y C, Dong X C, Qian T F, Yin L J, Dong S X, Chu J P, He M R. Delayed sowing can increase lodging resistance while maintaining grain yield and nitrogen use efficiency in winter wheat., 2017, 5: 541–552.

[27] Sadras V O, Lawson C. Nitrogen and water-use efficiency of Australian wheat varieties released between 1958 and 2007., 2013, 46: 34–41.

Interactive effects of sowing pattern and planting density on grain yield and nitrogen use efficiency in large spike wheat cultivar

ZHENG Fei-Na, CHU Jin-Peng, ZHANG Xiu, FEI Li-Wei, DAI Xing-Long*, and HE Ming-Rong*

College of Agronomy, Shandong Agricultural University / State Key Laboratory of Crop Biology / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tai’an 271018, Shandong, China

In orderto find out the way to achieve further improvement in the grain yield (GY) and nitrogen use efficiency (NUE) of winter wheat, two sowing pattern (the wide range sowing and conventional drilling sowing) and seven planting densities (130×104, 200×104, 270×104, 340×104, 410×104, 480×104, and 550×104plants hm–2) were designed during 2015–2016 and 2016–2017 growing seasons. Tainong 18, a winter wheat cultivar with larger spike and lower tillering capacity, was used to investigate the combined effects of sowing pattern and planting density on GY and NUE. Compared with the conventional drilling sowing, the wide range sowing with higher planting density effectively alleviated the negative effect of increasing spikes per unit area and nitrogen uptake efficiency (NUpE) on decreasing single spike weight and nitrogen utilization efficiency (NUtE), respectively. Concurrent improvement in GY and NUE was achieved by increasing the number of spikes per unit area and NUpE. The planting density resulting in the highest GY and NUE under wide range sowing conditions was 410×104plants hm–2, which was significantly higher than that (340×104plants hm–2) under conventional drilling sowing. Moreover, the increase percentage of GY and NUE under wide ranging sowing was also significantly higher than that under drilling sowing. In summary, it is feasible to further improve GY and NUE of large spike wheat cultivar through rational combination of wide range sowing with higher planting density. Under the condition of this experiment, the optimal combination measure for high GY and NUE was sowing width of 8–10 cm with plant density of 410×104plants hm–2.

wide range sowing pattern; planting density; interaction effect; grain yield; nitrogen use efficiency

2019-07-07;

2019-09-26;

2019-10-14.

10.3724/SP.J.1006.2020.91046

代興龍, E-mail: adaisdny@163.com; 賀明榮, E-mail: mrhe@sdau.edu.cn, Tel: 0538-8244018

E-mail: fnzheng123@163.com

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300403), 國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(31801298)和山東省自然科學(xué)基金博士基金項(xiàng)目(ZR2018BC034)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300403), the National Natural Science Foundation of China (31801298), and the Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2018BC034).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20191012.1740.006.html