勻播和施氮量對冬小麥群體、光合及干物質(zhì)積累的影響

張金汕 賈永紅 孫 鵬 劉 沖 王 歡 羅四維 石書兵*

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 奇臺麥類試驗站，新疆 奇臺 831800)

小麥勻播種植是生產(chǎn)上的一項增產(chǎn)新技術(shù)，與常規(guī)條播種植相比，勻播麥種的分布更均勻，更有利于小麥個體生長和構(gòu)建合理群體，進而達到高產(chǎn)[1]。趙廣才等[2]研究認為，小麥勻播種植創(chuàng)造了單株營養(yǎng)均衡的條件，使幼苗個體對土壤營養(yǎng)競爭減小，有利于壯苗和優(yōu)勢蘗的形成。勻播小麥群體能均勻接受光照，群體光合效率較高，有助于干物質(zhì)積累和提高產(chǎn)量。郝德有等[3]研究表明，勻播麥苗疏密通過單株分蘗調(diào)節(jié)實現(xiàn)群體均勻，改善群體的通風(fēng)透光性能，促進對光熱資源的充分利用。張幸溫等[4]研究表明，勻播小麥的株距和播深一致，使小麥個體能夠充分有效利用土地農(nóng)田資源，提高了小麥有效分蘗數(shù)，增加小麥產(chǎn)量。

氮是作物產(chǎn)量最重要的養(yǎng)分限制因子[5]。關(guān)于施氮對作物光合、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運、產(chǎn)量的影響，已有大量研究。一般認為，適宜的種植密度下，增加施氮量可使小麥群體凈光合速率、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量在0～300 kg/hm2呈增大趨勢，但超過300 kg/hm2時反而下降[6-8]。施氮能促進小麥的光合作用，主要體現(xiàn)在直接和間接影響2個方面，直接影響是提高小麥葉片葉綠素含量，增強光合作用及抗氧化酶活性，進而提高光合速率，間接影響是通過增加小麥葉片數(shù)、增大葉面積和延緩葉片衰老從而增加光合有效面積[9]。由此可知，有效延緩葉片的衰老，促進綠色葉片中光合產(chǎn)物持續(xù)地向籽粒中轉(zhuǎn)運，是提高小麥產(chǎn)量的重要途徑[10]，然而，勻播方式下關(guān)于施氮對小麥群體光合及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運規(guī)律的相關(guān)研究則鮮見報道。本研究選用2個冬小麥品種，在不同種植方式下設(shè)5個施氮量處理，比較分析常規(guī)條播和勻播下小麥植株光合、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量構(gòu)成的形成規(guī)律，旨在探究勻播小麥的增產(chǎn)機制，以期為新疆冬小麥勻播技術(shù)的推廣運用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2017—2018年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺麥類試驗站(83°74′ E，43°98′ N)進行。試驗地土壤為灌溉灰漠土，試驗前田間土壤肥力條件，見表1。播前施純磷(P2O5)150 kg/hm2。供試小麥品種為當(dāng)?shù)仄毡樵耘嗟摹露?2號’(‘XD 22’)和‘新冬46號’(‘XD 46’)。前茬作物為玉米。

表1 試驗地土壤肥力條件Table 1 Soil fertility conditions of the trial site

采用裂區(qū)試驗設(shè)計，設(shè)種植方式為主區(qū)，共2個水平：勻播(UN)，常規(guī)條播(DR)；裂區(qū)為施氮量(N)，共5個水平：0(N0)、150(N150)、300(N300)、450(N450)和600 kg/hm2(N600)。氮肥用量按施尿素的量進行，50%作為底肥施入，50%于拔節(jié)期施入(隨滴灌水施入)，于分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和蠟熟期進行5次滴灌澆水，灌水總量為4 500 m3/hm2，其中當(dāng)?shù)厣a(chǎn)上尿素施用量為400～450 kg/hm2。種植密度為225萬株/hm2，播種分為人工勻播(采用打孔排種板固定株距)和人工條播，勻播株間距6.67 cm，常規(guī)條播行長5 m，行距20 cm，播深3～4 cm。試驗小區(qū)為2 m×5 m=10 m2。其他管理措施同中產(chǎn)田一致。

1.2 測定項目及方法

1.2.1凈光合速率(Pn)的測定

于花后0、7、14和21 d，用英國Hansatech公司生產(chǎn)的TPS-2光合儀，在晴天11:00—13:00，測定小麥群體上、中和下部葉片凈光合速率(Pn)，閉路系統(tǒng)，LED光源，葉室CO2濃度為380 μmol/mol，光量子通量密度為1 200 μmol/(m2·s)，葉片溫度為23～27 ℃，各處理選取掛牌標(biāo)記的植株5株，取平均值。

1.2.2干物質(zhì)和產(chǎn)量的測定

選取長勢一致且同一天開花的植株掛牌標(biāo)記，分別于開花后0和35 d(成熟期)取15株樣，按莖鞘(莖稈+葉鞘)、葉片、籽粒、穗軸和穎殼等不同器官進行分樣處理，于105 ℃殺青，80 ℃烘干至恒重，稱重法測定干物質(zhì)。成熟期選取10株樣室內(nèi)考種，并在各小區(qū)實收4 m2測產(chǎn)。干物質(zhì)轉(zhuǎn)運計算參照文獻[11-12]：

干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量(TAA) =開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)重-成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)重；

干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率(TAR)=(開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)-成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì))/開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

用Excel 2007和DPS 7.05統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 勻播和施氮量對冬小麥群體的影響

2.1.1對冬小麥分蘗成穗的影響

由表2可知，施氮量對單株成穗率無規(guī)律性影響。隨著施氮量增大，‘新冬22號’單株莖數(shù)、單株成穗數(shù)均增大，‘新冬46號’單株莖數(shù)增大，而單株成穗數(shù)表現(xiàn)為先增大后減小。與DR相比，UN方式下‘新冬22號’和‘新冬46號’單株莖數(shù)分別提高10.18%和30.19%(P<0.05)；單株成穗數(shù)分別增高5.88%和17.25%(P>0.05)?！露?2號’單株成穗率UN比DR低0.10%(P>0.05)，而‘新冬46號’UN比DR高13.67%(P>0.05)。綜上，勻播方式和一定范圍內(nèi)增施氮肥都能顯著提高小麥單株莖數(shù)和單株成穗數(shù)，但對單株成穗率無顯著影響。

表2 不同播種方式和施氮量下冬小麥的分蘗成穗情況Table 2 Second tillers of winter wheat under different planting patterns and N application treatments

2.1.2對冬小麥葉面積指數(shù)的影響

由圖1可知，不同生育時期，播種方式和施氮量對小麥群體上、中和下部葉的影響不同。隨著施氮量增大，不同播種方式下各冠層葉面積指數(shù)均呈增大趨勢。播種方式對葉面積指數(shù)影響顯著，與DR相比，在開花期和灌漿期，UN處理的‘新冬22號’上部葉葉面積指數(shù)分別提高1.59%和0.58%，中部葉分別提高2.58%和3.38%，下部葉分別提高 5.99% 和11.02%；‘新冬46號’在開花期和灌漿期，上部葉葉面積指數(shù)UN處理比DR高5.99%和11.02%，中部葉分別高6.06%和11.21%，下部葉分別高4.60%和5.64%。綜上，增施氮肥和勻播方式均能增加小麥群體葉面積指數(shù)，且勻播方式對小麥灌漿期葉面積指數(shù)的影響顯著。

圖1 不同播種方式和施氮量下冬小麥群體不同冠層葉面積指數(shù)的變化Fig.1 Change of leaf area index of winter wheat under different planting patterns and N application treatments

2.2 勻播和施氮量對冬小麥葉片凈光合速率的影響

由表3可知，隨著施氮量增加，‘新冬22號’和‘新冬46號’不同冠層葉片在不同播種方式和生育時期，葉片Pn均表現(xiàn)為先增大后減??；在2種播種方式下，小麥的上、中和下部葉Pn均于N450處理達到最大。

‘新冬22號’的上部葉片Pn在N0、N150、N300、N450和N600處理下，UN比DR分別高5.75%、5.73%、5.53%、5.16%和1.33%，中部葉分別高4.84%、16.79%、2.56%、8.33%和11.31%，下部葉分別高20.18%、9.32%、3.19%、9.22%和27.95%。

‘新冬46號’上部葉片Pn在N0,N150，N300，N450和N600處理下，UN比DR分別高7.74%、4.74%、1.60%、5.95%和17.09%，中部葉在N0和N600處理下分別下降0.45%和2.78%，而在N150、N300和N450處理下，分別增大8.11%、13.16%和20.86%，下部葉分別比DR高19.96%、3.83%、16.20%、21.53%和5.64%。綜上，勻播方式能顯著提高葉片Pn，且對不同冠層的影響由大到小為下部>中部>上部。

2.3 勻播和施氮量對冬小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運、分配及產(chǎn)量的影響

2.3.1對冬小麥成熟期干物質(zhì)分配比例的影響

由表4可知，施氮量對成熟期小麥莖稈干物質(zhì)占全株干物質(zhì)的比例無顯著影響，而葉片干物質(zhì)比例、穗軸及穎殼干物質(zhì)比例因品種和種植方式的不同而差異顯著。其中，施氮量對‘新冬22號’干物質(zhì)在葉片中的分配比例無顯著影響，但對‘新冬46號’有顯著影響；隨著施氮量的增高，‘新冬22號’干物質(zhì)在籽粒中的分配比例呈增高趨勢，而對‘新冬46號’無顯著影響。

表4 不同播種方式和施氮量下冬小麥成熟期干物質(zhì)在不同器官中分配的比例Table 5 Dry matter percentage in different varieties of winter wheat under differentplanting patterns and N application treatments %

播種方式對莖稈干物質(zhì)比例無顯著影響。‘新冬22號’成熟期葉片干物質(zhì)分配比例在不同播種方式下，無顯著影響，而‘新冬46號’在勻播方式下比條播平均高6.91%；‘新冬22號’穗軸+穎殼中的干物質(zhì)分配在勻播下比條播高7.79%，而‘新冬46號’則無顯著差異；‘新冬22號’籽粒中的干物質(zhì)分配比例在勻播方式下比條播高10.06%，但‘新冬46號’無顯著差異。

2.3.2對冬小麥花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運的影響

由表5可知，‘新冬22號’莖鞘花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量在DR下，N600處理最大，UN下，N450處理最大；花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率在2種播種方式下，均是N600處理達到最大；葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量隨施氮量增大，在DR下先增大后下降，而轉(zhuǎn)運率則無顯著差異；營養(yǎng)器官總干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率均隨施氮量先增大后減小，且于N300處理下達到最大；與DR相比，UN的轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率分別高出34.22%和48.50%?！露?6號’莖鞘花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量與‘新冬22號’表現(xiàn)一致；花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率在2種播種方式下，則均于N450處理下達到最大；葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率均隨著施氮量的增加先增大后下降。施氮量對穗軸+穎殼的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運量影響不顯著。

UN顯著提高小麥植株營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率?！露?2號’莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率UN比DR分別高30.89%和21.32%，葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率分別高19.23%和3.96%，穗軸+穎殼干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率分別高21.04%和8.61%?！露?6號’莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率UN 比DR高5.27%和2.76%，葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量高9.43%，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率無顯著影響，穗軸+穎殼干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率則分別高8.57%和2.22%。綜上，在一定范圍內(nèi)，提高施氮量可以提高小麥營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率，施氮量過度，則呈現(xiàn)下降趨勢。勻播方式能提高植株營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率。

2.3.3對冬小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運對籽粒貢獻的影響

由表6可知，施氮量和播種方式對植株營養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運的貢獻率均有顯著影響。2個品種在2種播種方式下，隨著施氮量增加，呈先增大后下降。‘新冬22號’葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻隨施氮量增大先增大后下降，而對‘新冬46號’則無顯著影響。穗軸+穎殼的貢獻率隨施氮量不同無顯著變化。‘新冬22號’營養(yǎng)器官對籽?？傌暙I率隨施氮量先增大后下降，且2種方式下均于N300處理最大。不同播種方式對‘新冬22號’營養(yǎng)器官總干物質(zhì)貢獻率有顯著影響，而對‘新冬46號’營養(yǎng)器官總干物質(zhì)貢獻率無顯著影響。

表6 不同播種方式和施氮量下冬小麥花前貯藏物對籽粒的貢獻率Table 6 Contribution rate of pre-anthesis storage to grains of winter wheat under differentplanting patterns and N application treatments

2.3.4勻播和施氮量對冬小麥產(chǎn)量的影響

由表7可知，播種方式和施氮量對小麥穗數(shù)和產(chǎn)量構(gòu)成的影響均顯著。隨著施氮量增大，2個品種穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加后減小。‘新冬22號’的穗數(shù)在2種播種方式下均于N300水平下達到最大，‘新冬46號’在2種播種方式下表現(xiàn)不同，DR于N150水平達到最大，而UN在N300水平最大。2個品種穗粒數(shù)均于N450水平下達到最大?！露?2號’的千粒重在DR下表現(xiàn)為增加趨勢，UN下表現(xiàn)為先增加后下降的趨勢，‘新冬46號’在2種播種方式下均表現(xiàn)為先增加后下降。

表7 不同播種方式和施氮量下冬小麥的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成Table 7 Yield and its components of winter wheat under different planting patterns and N application treatments

‘新冬22號’的產(chǎn)量在DR下于N450水平下達到最大，‘新冬46號’在2種播種方式下，均于N300水平下達到最大。與DR相比，UN顯著提高小麥成穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量，而千粒重表現(xiàn)為下降，其中，‘新冬22號’和‘新冬46號’在不同施氮水平下，穗數(shù)平均顯著提高7.01%和12.86%；UN下‘新冬22號’的穗粒數(shù)平均增加7.75%，‘新冬46號’增加1.68%。在N0、N150、N300、N450和N600水平下，‘新冬22號’的產(chǎn)量UN比DR分別提高11.79%、5.36%、4.55%、5.24%和8.73%；‘新冬46號’則分別提高10.98%、7.07%、14.81%、14.55%和16.10%。這表明，在一定范圍內(nèi)增施氮肥可以提高冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成，而勻播則主要是通過增加小麥穗數(shù)進而增加產(chǎn)量。

3 討 論

3.1 播種方式和施氮量對小麥群體及光合特性的影響

小麥植株較高的干物質(zhì)積累是小麥高產(chǎn)的前提[13]。播種方式可以改變小麥群體的通風(fēng)、透光狀況，尤其能改變植株下部葉片的光合能力，進而改變小麥生物產(chǎn)量[14]。De Bruin等[15]和Jost等[16]研究表明，農(nóng)作物產(chǎn)量與播種方式密切相關(guān)，優(yōu)化作物空間布局和冠層結(jié)構(gòu)，能提高群體光合效率，有利于提高單產(chǎn)。氮素對光合和產(chǎn)量形成有重要影響[17]。研究表明，增大施氮量，小麥葉片的葉綠素含量提高，旗葉光合性能得到改善，可有效延長其綠色葉面積持續(xù)時間，進而有利于提高灌漿中、后期旗葉的光合速率[18-19]。

本研究表明，施氮量和勻播都能顯著提高小麥單株莖數(shù)和單株成穗數(shù)。這可能是由于勻播方式下氮肥在土壤中分布均勻，吸收也較均勻緩慢，不但滿足了小麥生育前期的氮素需求，也為后期提供一定量的氮需求。研究還表明，施氮和勻播均提高群體葉面積指數(shù)，尤其生育后期，勻播方式主要增大群體中、下部的葉面積指數(shù)，這一結(jié)果主要由于勻播小麥群體結(jié)構(gòu)更合理，改善群體微環(huán)境，延長中、下部葉的衰老，且條播方式下，行內(nèi)和行間的透光差異較大，行內(nèi)透光弱，行間透光強，而太弱或太強的光照均不利于葉綠素的生物合成，勻播方式小麥植株透光均勻，這可能是導(dǎo)致勻播小麥葉綠素含量提高的原因之一。

3.2 播種方式和施氮量對小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運的影響

Wang等[20]研究表明，在常規(guī)條播種植方式下，因株距過小，常造成小麥個體發(fā)育不良、田間通風(fēng)透光條件差、資源利用率低和病蟲滋生的現(xiàn)象，進而影響產(chǎn)量。孫運紅等[21]研究發(fā)現(xiàn)，小麥?zhǔn)┑吭?～240 kg/hm2時，隨施氮量增加干物質(zhì)積累增加。葉優(yōu)良等[13]認為，隨著施氮增加，對小麥葉片、莖鞘花前貯存干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)運量呈增加趨勢，其轉(zhuǎn)運率和對籽粒的貢獻率表現(xiàn)相同的變化規(guī)律。王月福等[12]研究認為，隨施氮量的增加，開花后營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻率均表現(xiàn)為先增大后下降，且于180 kg/hm2時達最大。史力超等[22]研究表明，在滴灌條件下，增施適量的氮肥有利于小麥干物質(zhì)的積累及其向籽粒的轉(zhuǎn)運。本研究表明，在一定的范圍內(nèi)，增加施氮量有利于小麥莖鞘、葉片干物質(zhì)的積累，同時，可以提高小麥營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻率；施氮量過度，則呈現(xiàn)下降趨勢。與條播相比較，勻播方式增大了小麥葉片干物質(zhì)的積累，尤其是能提高群體抽穗和開花期葉片、穗軸+穎殼的干物質(zhì)的積累，且能提高植株營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率。而勻播方式下，群體中下部葉的衰老延長，光合增強，因此，植株營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率提高可能是合理的群體結(jié)構(gòu)改變了不同冠層葉片干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運比例。今后，可進一步研究勻播方式下，群體上、中和下部葉干物質(zhì)的積累、分配和轉(zhuǎn)運規(guī)律。

4 結(jié) 論

一定范圍內(nèi)增施氮素能提高冬小麥單株莖數(shù)、單株成穗數(shù)，不同冠層葉片Pn均成先增大后下降，增加了小麥莖鞘、葉片干物質(zhì)的積累，同時提高小麥營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率，施氮量過度，則呈現(xiàn)下降趨勢。勻播方式改善了群體結(jié)構(gòu)，提高群體中、下部的光合特性，促進營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累和向籽粒中的轉(zhuǎn)移，尤其提高群體穗數(shù)，進而提高產(chǎn)量，且本試驗條件下，勻播方式施氮量為300～450 kg/hm2效果最佳。