水氮運籌對新疆滴灌春小麥群體質(zhì)量和產(chǎn)量的影響

歐陽雪瑩，蔣桂英，冉 輝，彭 婷

(1.石河子大學農(nóng)學院，新疆石河子 832000；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832000)

小麥(TriticumaestivumL.)是新疆第一大糧食作物，2017年新疆小麥種植面積為117.33萬hm2，占新疆糧食作物播種面積的52%[1]。水肥是作物生產(chǎn)的重要物質(zhì)保障，二者之間存在明顯的耦合效應(yīng)[2]。合理的水肥運籌有助于小麥穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，同時促進資源高效利用，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及糧食安全有著重要的意義。

小麥花后干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)(LAI)、粒葉比和成穗率是反映其群體質(zhì)量的重要指標[3]。開花后的光合物質(zhì)生產(chǎn)是小麥產(chǎn)量形成的主要物質(zhì)來源，直接決定著小麥產(chǎn)量的高低[4-6]，因而開花后積累的干物質(zhì)越多,小麥籽粒產(chǎn)量越高[6-7]。在適量增施氮肥的條件下，與常規(guī)漫灌相比，滴灌小麥的干物質(zhì)積累量較高[8-9]。適量灌水有利于小麥干物質(zhì)積累，促進籽粒灌漿和形成高產(chǎn)[10-13]。作物LAI與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)[14-16]。合理的水分供給條件下，施氮可提高小麥LAI，但過量施氮會造成LAI過高，進而影響田間透光率，導致下部葉片發(fā)育不良而衰老死亡[17-19]。凌啟鴻等[20]指出，實現(xiàn)作物超高產(chǎn)的關(guān)鍵是在適宜的LAI基礎(chǔ)上提高粒葉比，粒葉比與產(chǎn)量呈正相關(guān)。此外，合理施氮對作物有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)，而不合理的施氮會使得作物庫源關(guān)系失調(diào)，導致減產(chǎn)[20-21]。小麥粒葉比對水分變化十分敏感，當水分匱乏時源庫活性被抑制，粒葉比減小[22]。也有人提出，小麥成穗率與產(chǎn)量有著密切的關(guān)系，滴灌條件下合理的水肥運籌可以提高成穗率、穗粒數(shù)以及千粒重，進而實現(xiàn)高產(chǎn)[23-24]。

近年來，滴灌技術(shù)在新疆小麥生產(chǎn)上的應(yīng)用日益擴大，節(jié)水增益效果明顯，但目前有關(guān)滴灌春小麥水分或氮肥的單一因子效應(yīng)研究較多，而圍繞滴灌條件下水氮運籌對春小麥群體質(zhì)量和產(chǎn)量影響的研究較少。本研究以新春6號為供試材料，比較分析不同水氮處理下滴灌春小麥的群體質(zhì)量和產(chǎn)量的特點，探求適宜的水氮配比組合，以期為新疆滴灌春小麥水氮管理模式提供理論及技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2017和2018年在新疆石河子大學農(nóng)學院實驗站進行，地理位置為東經(jīng)86°01′，北緯44°26′。供試土壤為中壤土。2017年土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量：有機質(zhì)24.3 g·kg-1、全氮1.1 g·kg-1、堿解氮64.8 mg·kg-1、速效磷19.1 mg·kg-1、速效鉀164 mg·kg-1。2018年土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量：有機質(zhì)25.7 g·kg-1、全氮1.8 g·kg-1、堿解氮66.1 mg·kg-1、速效磷19.5 mg·kg-1、速效鉀165.2 mg·kg-1。兩年春小麥生育期降水數(shù)據(jù)見表1。

表1 2017-2018年滴灌春小麥生育期降水量

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，水分為主區(qū)，氮肥為副區(qū)，3次重復，小區(qū)面積16 m2(4 m×4 m)。供試小麥品種為新春6號。2017、2018年播期分別為4月9日和4月12日，播量均為345 kg·hm-2，寬窄行種植，行距配置為12.5+20+12.5+20 cm，每隔四行的中間位置20 cm處鋪一條滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量2.2 L·h-1。

在不同生育時期灌水量和氮肥量見表2和表3。整個生育期共灌水9次，施肥7次。灌水量通過水表精確控制。氮肥(尿素)的20%作為基肥，余下80%隨水分次追施?；㏄2O560 kg·hm-2和K2O 36 kg·hm-2。其他田間管理措施同大田生產(chǎn)。

表2 不同生育時期滴灌春小麥灌水量配置

表3 不同生育時期滴灌春小麥施氮量配置

1.3 測定項目與方法

1.3.1 莖蘗動態(tài)的測定

小麥兩葉一心期后，每個小區(qū)內(nèi)選擇具有代表性的1 m2植株標記，在拔節(jié)期、抽穗期進行莖蘗總數(shù)的定點調(diào)查，并計算其莖蘗成穗率(成熟期總穗數(shù)/最高總莖數(shù))。

1.3.2 葉面積指數(shù)(LAI)的測定

在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗揚花期、籽粒形成期、乳熟期，各處理選取有代表性的1 m2小麥植株，使用美國Li-COR公司LI-3000C葉面積儀測定葉面積，并計算葉面積指數(shù)。

1.3.3 粒葉比的測定

在成熟期，測定粒數(shù)，并計算粒葉比。

粒葉比=單位土地面積上總結(jié)實粒數(shù)/開花期相同土地面積上總?cè)~面積

1.3.4 干物質(zhì)積累的測定

在小麥分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗揚花期、籽粒形成期、乳熟期，每個小區(qū)內(nèi)選取1 m2植株。將植株按葉片、莖鞘、穗分成三個部分，分別暫存于牛皮紙袋，置于105 ℃ 烘箱中殺青30 min，75 ℃下烘干至恒重，取出冷卻后再進行稱重，并計算干物質(zhì)積累量和花前干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運效率及其貢獻率。

開花前營養(yǎng)器官物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率=(開花期干物重-成熟期營養(yǎng)器官干物重)/開花期干物重×100%

開花前營養(yǎng)器官物質(zhì)轉(zhuǎn)運貢獻率=(開花期干物重-成熟期營養(yǎng)器官干物重)/粒重×100%

花后干物質(zhì)生產(chǎn)力=花后干物質(zhì)積累量/開花期總?cè)~面積

1.3.5 產(chǎn)量的測定

小麥成熟期時在每個小區(qū)內(nèi)選取1 m2小麥植株，人工收割脫粒，自然曬干后稱重，計算籽粒產(chǎn)量，并測定每平米穗數(shù)。同時于小區(qū)總?cè)?0株小麥測定穗粒數(shù)和千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計方差分析(ANOA)，相關(guān)分析使用SPSS 19.0軟件，鄧肯氏新復極差檢驗法(DMRT)，0.05水平下檢驗差異，Origin Pro 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮運籌對滴灌小麥莖蘗動態(tài)的影響

兩年中拔節(jié)期和抽穗期春小麥莖蘗數(shù)在同一施氮量下隨灌水量的增大均呈先升后降的趨勢，且以W3水平最大；在同一灌水量下，兩個年度兩個時期的莖蘗數(shù)隨施氮量的增加也呈相同變化趨勢，且均以N2水平最高(表4)。成穗率也表現(xiàn)出與莖蘗數(shù)相同的趨勢。在所有處理中，W3N2處理在兩個年度兩個時期的莖蘗數(shù)和成穗率均高于其他處理。

表4 不同水氮處理對滴灌春小麥的莖蘗動態(tài)和成穗率的影響

2.2 水氮運籌對滴灌小麥葉面積指數(shù)(LAI)的影響

春小麥LAI在兩年中均隨生育進程呈先增后減趨勢，均以孕穗期最大(圖1)。同一灌水量下各時期的LAI隨施氮量的增大均先升后降，以N2水平最高；同一施氮量下LAI隨灌水量的增加也呈相同變化趨勢，且以W3水平最高。所有處理中兩年各時期均以W3N2處理最大。

T:分蘗期;S:拔節(jié)期;B:孕穗期;H:抽穗期;G:籽粒灌漿期;M:乳熟期。

2.3 水氮運籌對滴灌小麥粒葉比的影響

兩年中春小麥粒葉比在同一灌水量下隨施氮量的增大均先升后降，以N2處理最高；同一施氮量下粒葉比隨灌水量的增加也表現(xiàn)出相似的趨勢，且在W3水平為最高(圖2)。在所有處理中兩年粒葉比均以W3N2處理最大。

2.4 水氮運籌對滴灌小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運和花后物質(zhì)生產(chǎn)力的影響

兩年中春小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率及其對籽粒產(chǎn)量貢獻率在同一灌水量下隨施氮量的增加均呈先降后升的趨勢，且以N2水平最小；同一施氮量下花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率及其對籽粒產(chǎn)量貢獻率隨灌水量的增大也表現(xiàn)出相同的趨勢，以W3水平最小(表5)?；ê笪镔|(zhì)生產(chǎn)力對灌水和施氮的響應(yīng)趨勢與花前干物質(zhì)貢獻率和轉(zhuǎn)運效率相反。同一灌水量下花后干物質(zhì)生產(chǎn)力隨施氮量的增加呈先增后減趨勢；同一施氮量下的花后干物質(zhì)生產(chǎn)力也呈相同變化。在所有處理中，以W3N2處理的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率與貢獻率均最低，花后干物質(zhì)生產(chǎn)力最高。

表5 不同水氮處理對滴灌春小麥花前貯藏同化物轉(zhuǎn)運和花后同化物生產(chǎn)的影響

2.5 水氮運籌對滴灌小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

水氮運籌對春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成有顯著影響(表6)。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，在相同的灌水量下穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重隨施氮量的增加均呈先增后減趨勢，且均以N2水平最大；相同施氮量下穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重隨灌水量的增加也呈相同變化趨勢，以W3水平最大。產(chǎn)量也表現(xiàn)出相似的變化趨勢。W3N2處理的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均顯著高于其他處理；2017年、2018年W3N2處理的產(chǎn)量較其他處理分別提高了 12.5%～114.9%、11.3%～112.0%。這說明合理水氮運籌可改善春小麥產(chǎn)量構(gòu)成，進而實現(xiàn)高產(chǎn)。

表6 不同水氮處理對滴灌春小麥產(chǎn)量的影響

3 討 論

3.1 水氮運籌對滴灌春小麥群體質(zhì)量的影響

隨著生產(chǎn)的不斷提高，小麥高產(chǎn)的實現(xiàn)是在一定群體數(shù)量的基礎(chǔ)上很大程度上取決于群體質(zhì)量的提升，通過施氮運籌可對群體數(shù)量和質(zhì)量進行調(diào)節(jié)，從而為小麥高產(chǎn)創(chuàng)造條件。春小麥高產(chǎn)群體構(gòu)建過程中，在適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上，成穗率、粒葉比及花后積累越高，獲得的產(chǎn)量也就越高[25]。本研究表明，不同水氮處理下滴灌春小麥的莖蘗數(shù)與成穗率均不同，在W3N2(6 000 m3·hm-2，300 kg·hm-2)處理下均最大，這與前人研究所得出的結(jié)果相似[26]，說明適宜的水氮運籌可保證春小麥獲得合理的群體數(shù)量和質(zhì)量。

葉片光合能力對作物生產(chǎn)力有重要作用，水氮兩因子通過調(diào)控LAI等指標促進光合作用，進而影響產(chǎn)量形成[18]。春小麥LAI在生育期內(nèi)呈現(xiàn)先升后降趨勢[27]，在一定范圍內(nèi)，增加灌水量或施氮量可提高小麥LAI，但超過該范圍后LAI反而減小[28]。本試驗也發(fā)現(xiàn)相似的變化趨勢，表明適宜的水氮運籌有利于增加小麥光合面積。

粒葉比可以用作判斷作物群體源庫是否協(xié)調(diào)的指標，當LAI達到某一范圍時，提高粒葉比可以提高產(chǎn)量[29]。本試驗結(jié)果顯示，滴灌春小麥粒葉比兩年均以W3N2處理最大，與前人研究結(jié)果一致[4]。這可能是因為一定范圍內(nèi)適宜的水氮運籌提高了小麥庫容量，促進了源庫間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運，但超出某個范圍后則源庫關(guān)系失調(diào)，最終導致產(chǎn)量降低[30]。

一般認為小麥成熟期的籽粒干物質(zhì)有 20%～30%是旗葉光合作用產(chǎn)生的[31]，且適宜的水氮管理有利于干物質(zhì)積累。本試驗中以W3N2處理的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率與貢獻率最小，花后干物質(zhì)生產(chǎn)力最大，王 磊等[18]也提出了相似的結(jié)論，說明適宜的水氮運籌能夠促進花后光合產(chǎn)物的積累，從而增加產(chǎn)量。

3.2 水氮運籌對滴灌春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

作物群體質(zhì)量的優(yōu)劣對小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量水平的高低有著重要的作用。水氮運籌對小麥產(chǎn)量有顯著的調(diào)控效應(yīng)，水氮兩因素間存在互作效應(yīng)[32]。本試驗表明，春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成均隨灌水量和施氮量的增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢，且以W3N2處理為最大，這與前人的研究結(jié)果相似[33]。這可能是因為合理的水氮運籌有利于植株光合產(chǎn)物的生產(chǎn)與積累，促進穗數(shù)、穗粒數(shù)的增加，進而提高產(chǎn)量。

綜上所述，本試驗條件下，以W3N2處理的滴灌春小麥群體質(zhì)量和產(chǎn)量及其構(gòu)成最佳。因此，從資源利用、區(qū)域環(huán)境等綜合方面考慮，灌水量(6 000 m3·hm-2)和施氮量(300 kg·hm-2)為當?shù)刈钸m宜的水氮組合。