春季灌水和追氮對(duì)北京冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響

周吉紅，毛思帥，孟范玉，滿 杰，佟國(guó)香，劉國(guó)明，羅 軍，解春源

(1.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029；2.北京市房山區(qū)種植業(yè)技術(shù)推廣站，北京 102446；3.北京市順義區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，北京 101300)

冬小麥?zhǔn)悄壳氨本┑貐^(qū)種植面積第二大糧食作物。北京地處我國(guó)北部冬麥區(qū)的最北邊，小麥以強(qiáng)冬性品種為主[1-5]。北京地區(qū)的冬春兩季水熱資源較差，氣候條件對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響較大，在生產(chǎn)管理上在通過(guò)施足底肥、精細(xì)整地和適期適量播種來(lái)培育合理的冬前群體的同時(shí)[6]，春季的水氮運(yùn)籌非常重要。據(jù)2011-2020年近10年北京市小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，目前北京地區(qū)小麥春季灌水施肥仍存在諸多問(wèn)題：一是早春一次性追施尿素后缺乏及時(shí)灌水，肥料揮發(fā)浪費(fèi)嚴(yán)重，利用率低[1-6]，存在春季施肥“一炮轟”的情況；二是春季氮肥投入量偏多[7-11]，近10年北京地區(qū)小麥生產(chǎn)春季追肥以尿素為主要肥源，平均追施尿素450～600 m3·hm-2，加上底肥和種肥投入，全生育期氮肥用量高于全國(guó)平均水平[12-16]；三是春季追氮、灌水時(shí)間隨意性大，雖然推廣部門每年都印發(fā)春季管理意見(jiàn)，但仍存在部分農(nóng)戶隨意施肥、灌水的問(wèn)題。為了明確北京小麥春季水氮運(yùn)籌的時(shí)間及施肥量，本試驗(yàn)開(kāi)展了春季水氮模式研究，以期明確北京地區(qū)小麥春季科學(xué)的灌水時(shí)間及合理的氮肥用量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為北京市主栽品種中麥175。該品種由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所選育，強(qiáng)冬性，多穗型，株高80 cm左右。

1.2 時(shí)間和地點(diǎn)

試驗(yàn)于2018年9月-2019年6月、2019年9月-2020年6月在北京市房山區(qū)石樓鎮(zhèn)坨頭村房山種植業(yè)技術(shù)推廣站基地(39.66°N，116.5°E)進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬兩年均為青貯玉米，土壤肥力屬中上水平，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量18.8 g·kg-1，全氮含量1.371 g·kg-1，堿解氮含量86 mg·kg-1，有效磷含量32.4 mg·kg-1，速效鉀含量101.0 mg·kg-1。試驗(yàn)區(qū)域?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候。2018-2019年小麥全生育期降雨量為134.1 mm，2019-2020年小麥全生育期降雨量為170.2 mm，常年平均為187.6 mm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),灌水模式為主區(qū),春季追氮量為副區(qū),大區(qū)機(jī)播,三次重復(fù),小區(qū)面積667 m2。各處理全生育期均采用半固定式噴灌灌水 1 800 m3·hm-2,用水表測(cè)定灌水量；在各處理均灌溉越冬水600 m3·hm-2和灌漿水450 m3·hm-2基礎(chǔ)上，設(shè)置4種春季灌水模式即返青水300 m3·hm-2+拔節(jié)水450 m3·hm-2(W1)、返青水750 m3·hm-2(W2)、起身水750 m3·hm-2(W3)、拔節(jié)水750 m3·hm-2(W4)。春季追氮量設(shè)75、120、165、210和255 kg·hm-2五個(gè)水平,分別用N1、N2、N3、N4、N5表示，隨春季灌水施入，其中W1模式下按照1∶1比例分返青和拔節(jié)期兩次追施,其余灌水模式下隨灌水一次性施入麥田。

小麥播前整地時(shí)底施復(fù)合肥(15∶20∶10)600 kg·hm-2。小麥分別于2018年9月29日和2019年9月30日播種，基本苗均為450 萬(wàn)株·hm-2。3月底化學(xué)除草，5月15-20日噴藥防治蚜蟲(chóng)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 群個(gè)體性狀調(diào)查

從三葉期開(kāi)始每個(gè)小區(qū)定點(diǎn)、定期調(diào)查基本苗、冬前莖、返青莖、最高莖、拔節(jié)期總莖數(shù)、穗數(shù)。小麥?zhǔn)斋@前每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取單株20株，調(diào)查株高、灌漿期的基部第一節(jié)間長(zhǎng)、穗長(zhǎng)、有效小穗數(shù)、穗粒數(shù)。

1.4.2 產(chǎn)量、千粒重測(cè)定

每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選點(diǎn)5個(gè)，每個(gè)點(diǎn)收獲1 m2，調(diào)查穗數(shù)，脫粒后測(cè)定千粒重和產(chǎn)量，計(jì)算出每公頃的產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行簡(jiǎn)單的和、平均等統(tǒng)計(jì)，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮條件下小麥群體數(shù)量的差異

越冬前水肥條件一致，小麥群體數(shù)據(jù)無(wú)顯著性差異。

從返青期開(kāi)始，春季灌兩水的W1處理的各時(shí)期群體數(shù)量及莖孽成穗率均顯著高于其他處理(表1)。可見(jiàn)，在全生育期總灌水量相同及澆灌越冬水和灌漿水的基礎(chǔ)上，返青+拔節(jié)期灌水有利于小麥群體數(shù)量和質(zhì)量的協(xié)同提高。

表1 灌水對(duì)小麥群體的影響

追氮量顯著影響小麥群體數(shù)量和質(zhì)量。隨著追氮量的增加，小麥群體數(shù)量在返青期和起身期均呈增大趨勢(shì)，在拔節(jié)期和成熟期分別呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì)，但莖孽成穗率隨隨著追氮量的增加呈下降趨勢(shì)，其中N3處理最高，與其他處理在0.05水平上差異均顯著(表2)，說(shuō)明春季過(guò)多的追氮雖然會(huì)增大小麥群體數(shù)量，但會(huì)降低群體質(zhì)量，影響莖孽成穗率。

表2 追施氮肥對(duì)小麥群體影響

水氮互作下，以W1處理各時(shí)期群體較高。其中，返青至拔節(jié)期W1N3、W1N4和W1N5三個(gè)處理群體數(shù)量較高；成熟期莖孽數(shù)和成穗率以W1N3和W1N2處理較高，與其他處理差異均顯著(表3)。這說(shuō)明返青+拔節(jié)兩次灌水和適量追氮有利于小麥高質(zhì)量群體形成。

表3 不同生育時(shí)期水氮對(duì)小麥群體的互作效應(yīng)

2.2 不同水肥處理下小麥的單株性狀差異

不同灌水處理間株高和莖稈基部第一節(jié)間長(zhǎng)差異均顯著，以W3處理的株高(86.0 cm)和莖稈基部第一節(jié)間長(zhǎng)(6.18 cm)均最大，W3處理最?。籛1處理的穗長(zhǎng)(8.04 cm)和有效穗數(shù) (17.18個(gè))均顯著高于其他處理，不孕小穗數(shù) (2.94個(gè))顯著小于其他處理(表4)。由此可見(jiàn)，春季合理灌水有利于小麥穗部發(fā)育和控制株高。

表4 不同生育期灌水對(duì)小麥個(gè)體發(fā)育的影響

追施氮肥也影響小麥株高和穗部發(fā)育。在不同追氮處理中，N5和N4處理株高、莖稈基部第一節(jié)間長(zhǎng)和有效穗數(shù)均顯著高于其他處理，不孕小穗數(shù)少于其他處理(表5)。

表5 不同生育時(shí)期施氮對(duì)小麥個(gè)體發(fā)育的影響

小麥株高和穗部發(fā)育的水氮互作效應(yīng)明顯。起身期灌水追氮條件下，植株較高，莖稈基部第一節(jié)間都較長(zhǎng)(表6)，W3N4和W3N5處理株高高于其他處理，分別為89.0和88.6 cm，W3N5處理莖稈基部第一節(jié)間最長(zhǎng)(7.0 cm)，這兩個(gè)處理加大了倒伏風(fēng)險(xiǎn)。在所有處理中，W1N5處理的穗子最長(zhǎng)(8.3 cm)；W2N5處理的有效穗數(shù)最多(18.2個(gè))，不孕小穗數(shù)最少(2.3個(gè))，與其他處理差異均顯著。這說(shuō)明在返青+拔節(jié)兩次灌水條件下適量追氮可降低小麥株高和促進(jìn)穗部發(fā)育。

表6 水氮互作對(duì)小麥個(gè)體發(fā)育的影響

2.3 不同水肥處理對(duì)小麥產(chǎn)量的影響分析

春季灌水的產(chǎn)量表現(xiàn)為W1>W3>W2>W4，處理間差異均顯著(表7)，W1處理的產(chǎn)量最高，達(dá)到7 419.00 kg·hm-2，說(shuō)明本試驗(yàn)條件下春季返青、拔節(jié)兩次灌水最有利于小麥高產(chǎn)。從產(chǎn)量結(jié)構(gòu)看，灌水主要影響小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)，對(duì)千粒重影響不顯著。W1處理高產(chǎn)主要因?yàn)樵黾恿怂霐?shù)，而W3處理的高產(chǎn)與穗粒數(shù)較大相關(guān)。

表7 不同灌水條件下小麥的產(chǎn)量結(jié)果

隨著追氮量的增加，小麥產(chǎn)量呈先增后減趨勢(shì)，處理間差異均顯著，其中N3處理產(chǎn)量最高，達(dá)到7 166.55 kg·hm-2(表8)。從產(chǎn)量構(gòu)成看，穗數(shù)和千粒重隨追氮量的增加也表現(xiàn)出與產(chǎn)量一樣的變化趨勢(shì)，且均以N3處理最高，而穗粒數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這說(shuō)明春季適量追氮有利于增加穗數(shù)和千粒重，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

表8 施氮對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

整體來(lái)看， W1條件下小麥產(chǎn)量高于其他灌水條件，說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下，水分對(duì)小麥產(chǎn)量的影響較大。在W1條件下，隨著追氮量的增加，小麥產(chǎn)量總體上呈先增后減趨勢(shì)，處理間差異均顯著，其中W1N2處理產(chǎn)量最高，達(dá)到7 728.0 kg·hm-2，其次是W1N3處理。這表明，總體上以返青+拔節(jié)兩次灌水追氮的處理產(chǎn)量較高。從產(chǎn)量構(gòu)成看， W1N2和W1N3處理高產(chǎn)的主要原因應(yīng)歸于較高的穗數(shù)(表9)。

表9 水氮互作對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

3 討 論

3.1 春季不同生育時(shí)期灌水對(duì)小麥發(fā)育及產(chǎn)量的影響

北京地區(qū)冬春季旱寒交加。近30年,北京地區(qū)冬小麥全生育期平均降水為145.5 mm，遠(yuǎn)不能滿足小麥全生育期的350～400 mm的生理需水[15-18]，因此不同生育時(shí)期科學(xué)安排灌水對(duì)該地區(qū)小麥獲得合理的高質(zhì)量群體尤為重要。本試驗(yàn)在基本苗及冬前肥水一致的條件下，春季不同時(shí)期灌水對(duì)小麥群體數(shù)量影響顯著，澆水越早的群體發(fā)育越好，群體較大，但W3處理在起身期澆水導(dǎo)致小麥分蘗兩級(jí)分化時(shí)間增長(zhǎng)，大小莖孽互相競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分，反而影響了大莖的發(fā)育，導(dǎo)致成穗率較低，這也是生產(chǎn)上不建議在小麥起身期澆水施肥的原因。另外，起身期灌水促進(jìn)了莖稈基部第一節(jié)間長(zhǎng)及株高的增加，增大倒伏風(fēng)險(xiǎn)；且起身期灌水減少有效穗數(shù)，增加不孕小穗數(shù)，再次表明起身期灌水促進(jìn)了無(wú)效分蘗的增多，加劇大小莖孽間營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)，影響了前期較大莖孽的正常發(fā)育生長(zhǎng)，該結(jié)果與喬文臣等[19]的研究結(jié)果一致。而返青+拔節(jié)兩次澆水在保證了前期生長(zhǎng)水分需要的情況下，起身期適當(dāng)控水促使大小孽合理兩極分化，拔節(jié)期再次澆水保大莖孽成穗及穗部性狀正常發(fā)育生長(zhǎng)，提高穗粒數(shù)，有利于高產(chǎn)。

3.2 不同灌水下追氮量對(duì)小麥發(fā)育及產(chǎn)量的影響

在相同底肥的條件下，返青至起身期隨追氮量的增加，群體數(shù)量增加，但經(jīng)過(guò)起身期的莖孽兩級(jí)分化后，群體大小變化趨勢(shì)發(fā)生了改變，拔節(jié)期追氮后以N1和N3處理的群體較大，成穗率以N1和N2處理較高，過(guò)多的追氮并沒(méi)有獲得較高的成穗率，這與前人[20-22]的研究結(jié)果一致。并且隨施氮量的增加，莖稈基部第一節(jié)間長(zhǎng)和株高增加，但穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)并沒(méi)有增加，而施氮量過(guò)少也會(huì)影響有效穗子正常發(fā)育，導(dǎo)致不孕小穗數(shù)增加，不利于提高產(chǎn)量。

3.3 水氮互作模式對(duì)小麥發(fā)育及產(chǎn)量的影響

水氮互作下，返青至起身期以實(shí)施了肥水管理的群體較高，說(shuō)明小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段合理肥水管理有利于小麥莖孽的發(fā)育，且表現(xiàn)為隨追氮量的增加，群體數(shù)量呈增加趨勢(shì)；但從拔節(jié)期開(kāi)始群體數(shù)量以W1處理較高，說(shuō)明在實(shí)施返青期肥水管理增加了莖孽數(shù)；起身期控水控氮可起到控制小孽的增加、加速小孽退化作用，使小麥通過(guò)自我調(diào)節(jié)合理完成莖孽兩極分化；拔節(jié)期進(jìn)一步澆水追氮促進(jìn)了大莖孽的發(fā)育，增加穗數(shù)。起身期灌水追氮增加了植株基部第一節(jié)間長(zhǎng)和株高，但穗長(zhǎng)和有效小穗數(shù)并沒(méi)有增加[19]，因此返青+拔節(jié)兩次灌水追氮時(shí)成穗率和產(chǎn)量均較高。

4 結(jié) 論

北京地區(qū)適期播種小麥，在越冬前灌水600 m3·hm-2、灌漿期灌水450 m3·hm-2的前提下，春季以返青+拔節(jié)兩次灌水施氮效果最佳，水肥量分別為返青期300 m3·hm-2+60 kg·hm-2、拔節(jié)期450 m3·hm-2+60 kg·hm-2。