播種方式和施氮量對滴灌冬小麥群個體生長特征的影響

周相，張建芳，王冀川，李同蕊，高振，黨旭偉

（塔里木大學植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300）

小麥是新疆地區(qū)重要的糧食作物，長期以來形成了以條播種植為主的“高密度、小株型”栽培模式。隨著滴灌技術(shù)的應(yīng)用以及土壤條件的改善，條播造成的群體分布不均勻加劇了群個體發(fā)展以及營養(yǎng)生長與生殖生長之間的矛盾，制約了高產(chǎn)潛力的更好發(fā)揮。如何改革播種方式，優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，促進群個體均衡生長，是目前進一步提高小麥產(chǎn)量研究的熱點。Monsi[1]最早提出了作物群體結(jié)構(gòu)的層切研究法，從群體光合作用系統(tǒng)的角度研究物質(zhì)生產(chǎn)，取得了一定的基礎(chǔ)性成果。趙姣等[2]認為，合理的群體結(jié)構(gòu)可以使冬小麥擁有較好的冠層結(jié)構(gòu)以及對逆境做出快速反應(yīng)和調(diào)整機能的能力，能夠最大程度地截取光能，增強群體的光能利用效率，提高植株的光合速率，促進營養(yǎng)器官干物質(zhì)的積累與運轉(zhuǎn)。李娜娜等[3]研究顯示，播種方式能夠改變植株的空間分布，對單株分蘗有較大影響。在小麥播種過程中，通過改革播種方式來改變?nèi)后w密度、調(diào)控分蘗發(fā)生，形成合理的群體結(jié)構(gòu)，能夠提高光能利用率，協(xié)調(diào)源、庫、流關(guān)系，提高作物產(chǎn)量并改善品質(zhì)[4]。皮丕蘭[5]指出，與條播和撒播相比，密點播的小麥自動調(diào)節(jié)分蘗發(fā)生的能力更強，群體的莖蘗及葉面積指數(shù)發(fā)展動態(tài)更為合理，群體干物質(zhì)積累量較高。吳新勝等[6]發(fā)現(xiàn)，機械均勻撒播的小麥各生育階段群體莖蘗總數(shù)多于其他播種方式，其中條播小麥生長得更加平穩(wěn)，葉面積在抽穗期達到最大值，且之后一段時間仍維持在較高水平。而屠美英等[7]則認為，撒播與條播的小麥產(chǎn)量差異不大。研究表明，氮素對小麥生長影響較大，適量施氮可促進營養(yǎng)器官的生長發(fā)育，提高小麥群體葉面積指數(shù)（LAI）[8]；氮素還可以控制小麥群體莖蘗的發(fā)生與消亡，拔節(jié)期增施氮肥不僅能夠在一定程度上維持小麥的莖蘗數(shù)，還能控制過多無效分蘗的產(chǎn)生[9]。這些研究對小麥群體質(zhì)量理論發(fā)展起到了一定的推動作用，但截至目前，針對南疆極端干旱灌區(qū)滴灌冬小麥的相關(guān)研究較少。開展種植模式與施氮量對滴灌冬小麥群個體生長特征的影響研究，旨為進一步開展小麥群體質(zhì)量理論研究以及生產(chǎn)實踐中科學調(diào)控技術(shù)的制定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

冬小麥品種為邯鄲5316。所施化肥有尿素（N含量為46%，塔里木石化公司生產(chǎn)）、氮磷鉀三元復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為10%、18%和25%，南京加農(nóng)和信生物科技有限公司生產(chǎn)）和硫酸鉀（K2O含量為50%，新疆農(nóng)佳樂農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗在塔里木大學農(nóng)學實驗站網(wǎng)室中進行。采用兩因素裂區(qū)試驗設(shè)計，其中，主區(qū)為播種方式（B），設(shè)條播（B1）、穴播（B2）和撒播（B3）3個水平；副區(qū)為純氮施用量（N），設(shè)0（不施，N0）、138（N1）、207（N2）和276 kg/hm2（N3）4個水平。小區(qū)面積8.16 m2（2.4 m×3.4 m），隨機區(qū)組排列。2018年10月2日播種小麥，其中，條播方式為15 cm等行距播種，穴播方式為行距15 cm、穴距10 cm播種，撒播方式為均勻撒種后人工蓋土3 cm，播種量均為578萬粒/hm2。播種后立即人工鎮(zhèn)壓，以保證種子與土壤緊密接觸；并及時安裝滴灌設(shè)施，按照間距60 cm排布（1管4行模式）滴灌帶。小麥全生育期滴灌7水，每次滴灌量為504～672 m3/hm2，共4 200 m3/hm2；尿素隨水滴施，分別在拔節(jié)期、孕穗期、揚花期、灌漿期施用，施用量比例為0.4∶0.2∶0.3∶0.1。

小麥播種前整地時，所有試驗地塊均底施氮磷鉀三元復合肥375 kg/hm2和硫酸鉀225 kg/hm2；出苗至拔節(jié)期人工除草2次；越冬前（11月14日）采取畦灌方式灌水1次，灌水量1 200 m3/hm2。2019年6月24日收獲。

1.2.2 測定項目與方法 每小區(qū)均選取長勢均勻且具有代表性的樣點3個進行指標定點觀測，其中，條播和穴播方式處理的定點樣方面積為1.1 m×1行，撒播方式處理的定點樣方面積為0.5 m×0.5 m。

1.2.2.1 株高。小麥返青后，每隔7～10 d，在每個樣點選擇連續(xù)10株進行測定。其中，拔節(jié)前量取地面與植株最長葉拉伸的距離；拔節(jié)后量取地面至頂部的距離；抽穗后量取地面至穗頂（不包括芒）的距離。

1.2.2.2 總莖數(shù)。小麥出苗后，每隔7 d定點測定1次代表性樣段內(nèi)的總莖數(shù)（主莖＋分蘗莖）。其中，以苗后第14天測定的總莖數(shù)作為基本苗數(shù)量；以越冬前（11月10日）測定的總莖數(shù)為冬前總莖數(shù)；以拔節(jié)期（4月8日）測定的總莖數(shù)為春季最高總莖數(shù)。

1.2.2.3 成穗數(shù)。小麥灌漿期（6月5日），測定各取樣點的有效穗數(shù)（穗粒數(shù)≥4粒/穗）。

1.2.2.4LAI。每個樣點選取連續(xù)小麥10株，在各關(guān)鍵生育時期測定所有綠葉的長和寬，采用長寬系數(shù)法計算葉面積：

1.2.2.5 冠層平均葉傾角。每小區(qū)選取具代表性的樣點3個，分別于拔節(jié)期（4月10日）、孕穗期（4月23日）、子粒形成期（5月15日）和灌漿期（6月3日），采用美國LI-CORLAI-2200C植物冠層分析儀，測定12：00時的冠層平均葉傾角。

1.2.2.6 產(chǎn)量。小麥蠟熟期，每小區(qū)選擇3個點，每點均割取1 m×1 m樣方的小麥植株，脫粒后稱重。折算成單位面積產(chǎn)量。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 利用Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理和制圖；利用DPS（7.05）統(tǒng)計軟件Duncan新復極差法進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 播種方式與施氮量對滴灌冬小麥株高生長的影響

小麥生育期，所有處理的小麥株高均呈“S”型曲線變化，且均以拔節(jié)期—揚花期增速最快，灌漿期株高趨于穩(wěn)定（圖1）。

不同播種方式處理的小麥平均株高順序為B2＞B1＞B3，B2處理的指標值分別較B1和B3處理高6.72%和8.40%。其中，返青期至拔節(jié)中期，不同播種方式處理的株高增速差異較?。蛔园喂?jié)后期開始，不同播種方式處理的各生育期株高增速出現(xiàn)差異，孕穗期B1、B2、B3處理的平均株高增速分別為32.87%、34.49%和32.44%，揚花期分別為15.43%、17.15%和15.64%，灌漿期分別為8.63%、10.41%和5.53%。表明播種方式對小麥中后期株高生長影響較大，其中穴播小麥株高增速最快，其次是條播，最后是撒播。

不同施氮量處理的小麥平均株高順序為N2＞N3＞N1＞N0，指標值分別較N0處理增長了13.14%、23.02%和16.65%。其中，B1播種方式下，N1、N2、N3處理的株高分別較N0處理增加了15.34%、26.07%和19.02%；B2播種方式下，N1、N2、N3處理的株高分別較N0處理增長了8.55%、15.76和11.49%；B3播種方式下，N1、N2、N3處理的株高分別較N0處理增長了16.21%、28.27%和20.19%。表明施氮能明顯促進小麥株高增長，施氮量在一定范圍內(nèi)，株高隨著施氮量的增加而增加，但施氮量過高會導致促進作用降低。

2.2 播種方式和施氮量對滴灌冬小麥群體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的影響

圖1 不同處理的冬小麥株高變化Fig.1 Changes of plant height of winter wheat under different treatments

2.2.1 對小麥群體結(jié)構(gòu)的影響 小麥生育期，所有處理的小麥群體分蘗動態(tài)均呈先增加后降低的變化，群體總莖數(shù)除B3播種方式下為冬前達到最高外，其他2種播種方式均為拔節(jié)期達到最高（表1）。從不同生育期的小麥群體結(jié)構(gòu)看，出苗后至越冬前，不同播種方式處理的群體總莖數(shù)順序為B3＞B2＞B1，其中，B3處理的冬小麥在冬前群體總莖數(shù)（1 936.01萬～2 412.01萬株/hm2）即達到最高，群體數(shù)量最多，但越冬后總莖數(shù)減少也最多，春季分蘗速度慢，拔節(jié)之后下降速度最快，至灌漿期平均成穗數(shù)最少，成穗率最低；其他2種播種方式的冬小麥總莖數(shù)在冬前相對較少且穩(wěn)定在一定水平，春季返青后分蘗發(fā)生較多，群體總莖數(shù)在拔節(jié)期達到最高，之后群體數(shù)量下降相對較慢，最終B2處理的平均成穗數(shù)最多（分別較B1和B3處理多3.78%和4.67%）、成穗率最高（與B1處理差異不顯著，但二者指標值均顯著＞B3處理）。B1、B2和B3處理的不同生育期總莖數(shù)變異系數(shù)平均值分別為34.46%、35.24%和39.78%，表明條播對小麥群體總莖數(shù)的影響最小，穴播次之，撒播影響較大。返青時，B3處理的小麥總莖數(shù)較冬前大量減少，可能與小麥撒播后鎮(zhèn)壓不實造成越冬死苗嚴重有關(guān)；返青后總莖數(shù)開始增加，至拔節(jié)之后逐漸趨向平穩(wěn)，表明撒播小麥雖然在生育前期分蘗快、總莖數(shù)高，但群體過大，導致后期總莖數(shù)大幅度減少，成穗率最低。B1和B2處理的冬小麥群體分蘗動態(tài)變化均比較平穩(wěn)，成穗率較高，從而更易獲得高產(chǎn)，其中B2處理效果最好。

不同施氮量處理的各時期小麥群體數(shù)量順序均基本為N2＞N3＞N1＞N0，其中蠟熟期指標值分別較N0處理增長了11.65%、3.91%和3.65%。表明施氮能促進冬小麥生長，增加分蘗，從而提高群體數(shù)量，施氮量在一定范圍內(nèi)，群體數(shù)量隨著施氮量的增加而增加，但施氮量過高會導致促進作用降低。3種播種方式下，不同施氮量處理的成穗數(shù)均以N2處理最大，且B2N2＞B1N2＞B3N2，其中B2N2與B3N2處理差異達到了顯著水平，但二者均與B1N2處理差異不顯著。成穗率是保證小麥高產(chǎn)的重要因素之一，N1和N3處理的平均成穗率均＜N2處理，這可能是因為施氮量過少限制了分蘗的發(fā)生，而氮肥過多又導致無效蘗增多，均造成分蘗成穗率降低。

2.2.2 對小麥產(chǎn)量的影響 不同播種方式處理的小麥平均產(chǎn)量順序為B2＞B1＞B3，其中B2處理的指標值顯著較高，分別較B1和B3處理提高了10.66%和11.31%。表明播種方式對小麥產(chǎn)量有較大影響，穴播較條播和撒播能夠明顯提高小麥產(chǎn)量。

不同施氮量處理的小麥平均產(chǎn)量順序為N2＞N3＞N1＞N0，指標值分別較N0處理提高了2.02、1.74和1.54倍，與N0處理差異均達到了顯著水平。表明施氮量對小麥產(chǎn)量有較大影響，施氮能明顯促進小麥增產(chǎn)，施氮量在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，但施氮量過高會導致促進作用降低。N0處理的產(chǎn)量顯著＜各施氮處理，與不施肥條件下收獲穗數(shù)最少、成穗率較低有關(guān)。

表1 不同處理的冬小麥群體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量變化Table 1 Changes of population structure and yield of winter wheat under different treatments

所有組合中，B2N2處理產(chǎn)量最高，且與其他處理差異均達到了顯著水平。表明穴播條件下施氮量為207 kg/hm2時邯鄲5316產(chǎn)量最高，達到9 144.75 kg/hm2。

2.3 播種方式和施氮量對滴灌冬小麥群體葉面積指數(shù)的影響

LAI是反映作物群體大小的重要動態(tài)指標。小麥生育期，所有處理的小麥群體LAI均隨生育進程呈先增加后降低的單峰曲線變化，且均在拔節(jié)期增速最快，孕穗期達到最大值，其中B2N2處理的LAI最大（圖2，表2）。

圖2 不同處理的冬小麥群體LAI動態(tài)變化Fig.2 Dynamics of population LAI of winter wheat under different treatments

播種方式和施氮量均對小麥各生育期的LAI有極顯著影響，但其互作效應(yīng)僅對拔節(jié)初期的小麥LAI影響顯著。不同播種方式和施氮量處理對小麥群體各生育期平均LAI的變異系數(shù)分別為4.63%和12.49%，表明氮素效應(yīng)較播種方式對冬小麥群體LAI的影響程度更大。

表2 不同處理的冬小麥葉面積指數(shù)變化Table 2 Changes of LAI of winter wheat under different treatments

不同時期，各播種方式處理的小麥LAI順序不同。在生育前期，不同播種方式處理的小麥平均LAI順序為B1＞B3＞B2；自拔節(jié)中期開始一直到蠟熟期，不同播種方式處理的小麥平均LAI順序均為B2＞B1＞B3。表明穴播（B2）能顯著提高小麥生育中后期的群體LAI，維持較長的綠葉功能期，有效提高小麥光合效率以及干物質(zhì)積累，為產(chǎn)量的進一步提高奠定了基礎(chǔ)。

不同施氮量處理的小麥生育期平均LAI順序為N2＞N3＞N1＞N0，指 標 值 分 別 為5.00、4.63、4.31和3.74。表明施氮能有效提高冬小麥群體LAI，其中N2處理效果最好。適氮（N2）條件下，B1、B2和B3處理的孕穗期LAI分別為7.84、7.99和7.65，其中，B1N2處理的LAI分別較B1N0、B1N1、B1N3處理高32.23%、15.16%和6.51%，B2N2處理的LAI分別較B2N0、B2N1、B2N3處理高29.60%、10.89%和6.92%，B3N2處理的LAI分別較B3N0、B3N1、B3N3處理高40.67%、20.90%和7.72%。表明不同播種方式下，施氮能顯著提高冬小麥的葉面積指數(shù)，其中適量施氮效果最好。

2.4 播種方式和施氮量對滴灌冬小麥冠層平均葉傾角的影響

平均葉傾角是指葉片法線與水平面的夾角，為反映作物冠層結(jié)構(gòu)透光性的重要參數(shù)，一般處于30°（水平葉片占優(yōu)勢）～60°（垂直葉片占優(yōu)勢）。小麥生育期，所有處理的小麥冠層平均葉傾角均從拔節(jié)期開始逐漸減小，孕穗至揚花期減小速度變緩，灌漿期下降速度較快（圖3）。

不同播種方式處理的小麥冠層全生育期平均葉傾角順序為B1（56.58°）＞B3（55.73°）＞B2（53.06°）。表明穴播的冬小麥群體葉片與主莖的夾角小于條播和撒播小麥，即穴播小麥群體通風透光性最好，有利于小麥子粒產(chǎn)量的提高。

不同施氮處理的小麥冠層平均葉傾角隨施氮量的增加呈先減小后增大的變化，其中，拔節(jié)期和乳熟期指標值順序為N0＞N1＞N3＞N2，孕穗期和揚花期指標值順序為N0＞N3＞N1＞N2?？梢钥闯?，拔節(jié)期—揚花期N2處理的冠層平均葉傾角均最小，效果最好。

圖3 不同處理的冬小麥各生育期葉傾角變化Fig.3 Changes of leaf inclination of winter wheat at different growth under different treatments

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

3.1.1 不同播種方式與施氮量對滴灌冬小麥群體動態(tài)的影響 總莖數(shù)是決定冬小麥群體大小的重要指標，也是構(gòu)建合理群體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素[10]。本研究結(jié)果表明，撒播和條播的冬小麥基本苗較多，冬前群體數(shù)量多于穴播。其中，撒播的冬小麥在冬前群體總莖數(shù)即達到最高，莖蘗數(shù)最多，但越冬后總莖數(shù)減少也最多，春季分蘗速度慢，拔節(jié)之后下降速度最快；穴播和條播的冬小麥在冬前總莖數(shù)較少，且穩(wěn)定在一定水平，這與前人研究結(jié)果[11]相似。撒播的冬小麥雖然冬前群體很大，但由于播種較淺、鎮(zhèn)壓不實等，導致弱苗偏多，越冬死苗嚴重，拔節(jié)后群體偏小，平均總成穗數(shù)和分蘗成穗率均低于穴播和條播，這與皮丕蘭[5]的研究結(jié)果一致。

3.1.2 不同播種方式與施氮量對滴灌冬小麥株高動態(tài)的影響 株高是冬小麥重要的生物學性狀。趙奇等[12]研究表明，相同品種在不同播種方式下株高略有不同，但差異不顯著。本試驗中穴播處理的小麥平均株高分別較條播、撒播高6.72%和8.4%，這有可能與穴播小麥成簇生長、簇內(nèi)個體競爭較激烈有關(guān)，導致麥株偏向縱向生長，株高增大[13]。施氮能明顯促進小麥株高增長，低氮（N1）、中氮（N2）、高氮（N3）處理的小麥平均株高分別較不施氮（N0）處理高13.14%、23.02%和16.65%，即在一定施氮量范圍內(nèi)，小麥株高隨著施氮量的增加而增加，但施氮量過高會導致促進作用降低，這與前人[14，15]的研究結(jié)果基本一致。

3.1.3 不同播種方式與施氮量對滴灌冬小麥群體LAI的影響LAI是衡量群體光合面積大小的重要指標。本試驗中，所有處理的冬小麥LAI均在孕穗期達到最大，與顏景義等[16]認為的抽穗期是LAI高峰期有所不同，這可能與滴灌改善了水肥供應(yīng)條件造成冬小麥前期生長較快有關(guān)。3種播種方式的群體最高LAI順序為穴播＞條播＞撒播，其中條播小麥的群體LAI在返青—拔節(jié)期大于穴播、生育中后期小于穴播，而撒播小麥的群體LAI始終最小，可見，穴播小麥的群體LAI發(fā)展比較穩(wěn)健，在中后期維持較高LAI的時間長，這可能與穴播個體基礎(chǔ)發(fā)育較好、后期葉片不早衰的高質(zhì)量群體結(jié)構(gòu)培育有關(guān)。

3.1.4 不同播種方式與施氮量對滴灌冬小麥群體葉傾角的影響 冠層平均葉傾角是反映群體透光率的指標之一。本研究發(fā)現(xiàn)，滴灌冬小麥的群體平均葉傾角隨生育進程逐漸減小，且增加施氮量后也有減小趨勢，其中施氮量為207 kg/hm2時群體平均葉傾角最小，施氮量過大（276 kg/hm2）時平均葉傾角又有所增大，這與張艷敏等[17]“施氮量為450 kg/hm2時平均葉傾角最小”的觀點有所不同，可能與品種和區(qū)域生產(chǎn)條件不同有關(guān)；本研究還表明，播種方式對滴灌冬小麥群體平均葉傾角有較大影響，穴播小麥的群體平均葉傾角最小，撒播次之，條播小麥的葉傾角最小，這可能與不同播種方式的個體基礎(chǔ)生長與群體分布的差異有關(guān)。

3.2 結(jié)論

（1）滴灌冬小麥的株高在拔節(jié)期—揚花期增速最快，穴播小麥平均株高較條播和撒播分別高6.72%和8.40%，其中適量施氮對冬小麥株高增長有顯著的促進作用。

（2）撒播小麥冬前分蘗數(shù)最多，冬前總莖數(shù)達1 936.01萬～2 412.01萬株/hm2，但麥苗素質(zhì)較差；條播和穴播小麥莖蘗增長比較平穩(wěn)，成穗數(shù)和成穗率均較高，收獲時穴播小麥的成穗數(shù)分別較條播和撒播分別增加3.78%和4.67%。N2處理的成穗數(shù)和成穗率均最大，與N0、N1、N3處理相比，成穗數(shù)分別增加了11.65%、7.69%和7.56%，成穗率分別增加了3.56%、1.51%和0.53%。

（3）生育前期，條播小麥LAI增長較快；拔節(jié)以后，穴播小麥LAI增加最快，撒播增加最慢；孕穗期LAI達到最大值，其中穴播為7.21，條播為6.99，撒播為6.64。抽穗—蠟熟期，穴播、條播、撒播小麥的平均LAI分別為4.49、4.22和4.06，表明穴播小麥LAI在生長后期下降較慢，葉功能表現(xiàn)最好。施氮明顯促進LAI增大，N1、N2和N3處理的群體平均LAI較N0處理增加了15.33%、33.74%和23.78%，N2處理效果最好。

（4）冠層葉傾角隨生育進程逐漸減小，全生育期平均值以穴播最?。?3.06°），撒播（55.73°）次之，條播（56.58°）最大；不同氮素處理的平均葉傾角順序為N2＜N3＜N1＜N0，即適量氮肥（N2）能保持冠層葉片上舉、株型緊湊，有利于群體的通風透光。

（5）本試驗中，B2N2組合的群體質(zhì)量最優(yōu)，該處理下株高83.94 cm，冬前總莖數(shù)1 479.81萬株/hm2，拔節(jié)期最高總莖數(shù)1 847.18萬株/hm2，成熟期收獲穗數(shù)達到721.35萬穗/hm2，成穗率為39.05%；拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期的LAI分別為3.66、7.99和4.32。