查婷 代興龍 董述鑫 徐海成 周曉燕 賀明榮

摘要：以大穗型品種泰農(nóng)18為試驗材料，設(shè)置4個施氮水平[不施氮（N0）、施氮量180 （N180）、240（N240）、300 kg/hm2（N300）]和3個種植密度[270（D270）、405（D405）、540萬株/hm2（D540）]，研究了密植條件下減氮對冬小麥籽粒產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響。結(jié)果表明，在D270種植密度下，產(chǎn)量隨著氮肥施入量的增加而增加；在D405和D540種植密度下，產(chǎn)量均隨氮肥施入量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，且均以N180、N240產(chǎn)量最高。在D405（中密度）和 D540（高密度）種植條件下，將施氮量由240 kg/hm2降至180 kg/hm2可獲得同等水平的籽粒產(chǎn)量，且以405萬株/hm2的種植密度產(chǎn)量最高。對于獲得最高產(chǎn)量的N180D405（9 252.6 kg/hm2）和N240D405（9 328.3 kg/hm2）處理，前者較后者的氮素吸收效率、氮素轉(zhuǎn)化效率、氮素利用率分別高11.33%、3.65%、15.38%。表明適當(dāng)密植和適量減氮相配合，可以獲得較高產(chǎn)量并實現(xiàn)氮肥高效吸收利用，提高氮素利用率。本試驗條件下，種植密度 405萬株/hm2配合180 kg/hm2施氮量是泰農(nóng)18高產(chǎn)高效生產(chǎn)的適宜配置。

關(guān)鍵詞：冬小麥；氮肥；密度；籽粒產(chǎn)量；氮肥吸收利用

中圖分類號：S512.1+10.62文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2016）07-0086-06

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物，小麥的高產(chǎn)高效生產(chǎn)對于確保國家糧食安全和農(nóng)業(yè)生態(tài)安全具有重要意義。施氮水平和種植密度是影響冬小麥籽粒產(chǎn)量和氮素吸收利用的重要因素，且兩者之間存在顯著的互作效應(yīng)[1]，協(xié)調(diào)兩者之間的關(guān)系對于協(xié)同提高籽粒產(chǎn)量和氮素利用率具有重要意義。

小麥的氮素利用率是指單位供氮量（肥料氮+土壤氮）所能生產(chǎn)的籽粒產(chǎn)量，包括氮素吸收效率和氮素轉(zhuǎn)化效率兩個方面[2]。氮素吸收效率主要反映作物群體對供應(yīng)氮素的吸收能力，與供氮量和地上部氮素積累量有關(guān)；氮素轉(zhuǎn)化效率主要反映作物利用已經(jīng)吸收的氮素進行籽粒生產(chǎn)的能力，與氮素收獲指數(shù)成正比，與籽粒氮素含量成反比[3，4]。施氮水平和種植密度亦是通過影響氮素吸收效率和氮素轉(zhuǎn)化效率從而改善小麥的氮素利用率。氮素是作物生長必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素[5]。施氮提高了小麥產(chǎn)量，但過量施氮不利于小麥產(chǎn)量的進一步提升，甚至有所下降[6]。過量施氮不僅增加生產(chǎn)成本，還導(dǎo)致氮肥利用率低以及地下水和大氣污染等一系列生態(tài)環(huán)境問題[7～9]。如何降低氮肥投入、提高植株氮素吸收和利用能力、維持一定產(chǎn)量水平或?qū)崿F(xiàn)進一步增產(chǎn)，是目前小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)研究的重點之一。本課題組前期研究表明，適當(dāng)增加小麥種植密度，可通過增加單位面積穗數(shù)實現(xiàn)小麥產(chǎn)量提高[10]，通過增加群體的初生根和次生根數(shù)，提高各個土層的根長密度，促進植株對不同土層尤其是下層土壤中的氮素吸收，提高地上部氮素積累量和氮素吸收效率[11]，進而提高氮素利用率，實現(xiàn)小麥產(chǎn)量和氮素利用率的協(xié)同提高[12]?？煞襁m當(dāng)增加種植密度，降低氮肥投入，提高氮肥的吸收和利用能力來維持或提高小麥產(chǎn)量和氮素利用率目前尚未可知。本試驗選擇大穗型冬小麥品種泰農(nóng)18為供試材料，研究不同施氮水平和種植密度對冬小麥籽粒產(chǎn)量和氮素利用率的影響，以期闡明高密減氮對泰農(nóng)18產(chǎn)量和氮素吸收利用的影響，從而為小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2014-2015年在泰安市岱岳區(qū)大汶口鎮(zhèn)東武村山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗田進行。供試土壤為壤土，試驗地前茬作物為玉米，玉米秸稈粉碎后于播前翻壓還田。播前0～20 cm土層有機質(zhì)含量為18.83 g/kg，全氮1.11 g/kg，堿解氮111.45 mg/kg，速效磷40.72 mg/kg，速效鉀84.15 mg/kg；0～100 cm土壤硝態(tài)氮為149.18 kg/hm2，銨態(tài)氮為37.83 kg/hm2。

1.2試驗設(shè)計

試驗選用冬小麥品種泰農(nóng)18為供試材料。采用裂區(qū)設(shè)計，以施氮（純氮）量為主因素，設(shè)置0、180、240、300 kg/hm2四個水平（分別用N0、N180、N240和N300表示）；以種植密度為副因素，設(shè)置270、405、540 萬株/hm2三個水平（分別用D270、D405和D540表示）。重復(fù)3次，小區(qū)面積為36 m2（24 m ×1.5 m），行距為23 cm，寬幅播種。氮肥為尿素（純N含量46%），分別于播前和拔節(jié)期按4∶6施用。每處理均按P2O5 90 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2施用過磷酸鈣和氯化鉀，做基肥一次施用。小麥全生育期共灌水4次，分別為底墑水、越冬水、拔節(jié)水和開花水，其他田間管理措施如一般大田。

1.3測定內(nèi)容與方法

1.3.1產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成成熟期各小區(qū)選取長勢均勻一致的3 m2（2 m ×1.5 m）進行測產(chǎn)，將所有麥穗收集后脫粒并風(fēng)干至恒重，稱重，計算產(chǎn)量。

1.3.2土壤養(yǎng)分測定土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀和全氮含量分別采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法、堿解擴散法、碳酸氫鈉浸提-鉬銻比色法、醋酸銨浸提-火焰光度法和凱氏定氮法測定。

1.3.3植株含氮量測定成熟期在各小區(qū)內(nèi)長勢均勻一致的區(qū)域取30個單莖，按葉片、莖+葉鞘、穎殼+穗軸、籽粒分樣，于105℃下殺青30 min，70℃烘干稱重，粉碎后采用凱氏定氮法測氮含量。

1.3.4土壤無機態(tài)氮含量測定于播前用土鉆按20 cm一層取0～100 cm土層土樣，采用1 mol/L KCl溶液浸提，德國BRAN+LUEBBE公司生產(chǎn)的AA3流動分析儀測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量（mg/kg）。

1.4氮素利用各指標(biāo)計算

根據(jù)Moll等[2]和Dhugga等[13]的定義進行各指標(biāo)計算：各器官氮素積累量=氮素含量×干物質(zhì)量；氮素收獲指數(shù)（NHI，%）=籽粒氮素積累量/地上部氮素積累量×100；氮素供應(yīng)量=施氮量+播前0～100 cm土層無機態(tài)氮（硝態(tài)氮+銨態(tài)氮）積累量；氮素利用率（NUE，kg/kg）=籽粒干重/氮素供應(yīng)量；氮素吸收效率（UPE，%）=地上部氮素積累量/氮素供應(yīng)量×100；氮素轉(zhuǎn)化效率（UTE，kg/kg）=籽粒干重/地上部氮素積累量。

2結(jié)果與分析

2.1施氮量和種植密度對泰農(nóng)18籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如表1所示，增施氮肥或增加種植密度均有利于提高小麥成穗數(shù)；各施氮水平下穗粒數(shù)隨著種植密度的增加呈現(xiàn)下降趨勢，在N180和N240條件下較大，N300次之，N0最小；而粒重隨著施氮量的增加呈現(xiàn)下降趨勢。

由表1看出，施氮水平、種植密度對產(chǎn)量的影響顯著。N0水平下，產(chǎn)量隨著種植密度的增加而增加，N180和N240水平下，產(chǎn)量隨著種植密度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而在N300水平下，產(chǎn)量在D270和D405間無顯著差異，但均顯著高于D540處理。在D270種植密度下，產(chǎn)量隨著氮肥施入量的增加而增加，在D405和D540種植密度下，產(chǎn)量隨氮肥投入量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，以N180、N240產(chǎn)量較高。在高密度種植條件下（D405、D540），將施氮量由240 kg/hm2降至180 kg/hm2可獲得同等水平的籽粒產(chǎn)量，并且以405 萬株/hm2的種植密度最高，表明在適當(dāng)密植栽培條件下可以通過以密補氮，在降低氮肥投入的條件下獲得同等水平的高產(chǎn)。

2.2施氮量和種植密度對泰農(nóng)18氮素利用率的影響

由表2看出，施氮水平、種植密度對氮素利用率的影響顯著。在各種植密度下，氮素利用率均隨著氮肥投入量的增加而降低；各施氮水平下，氮素利用率隨種植密度的變化與產(chǎn)量的變化趨勢相一致。對于獲得較高產(chǎn)量的N180D405和N240D405處理二者比較，在適當(dāng)密植栽培條件下，通過適量減氮在維持一定產(chǎn)量水平的同時，其氮素利用率提高15.38%。表明適當(dāng)高密減氮栽培有利于提高小麥氮素利用率。

2.3施氮量和種植密度對泰農(nóng)18氮素吸收效率的影響

氮素吸收效率受成熟期地上部氮素積累量和供氮量的共同作用。在各種植密度下，地上部氮素積累量隨著氮素投入量的增加而顯著增加，但其增加比例（48.89%）小于氮素投入的增加量（160.42%），故而導(dǎo)致其氮素吸收效率的降低（表2）。各施氮水平下，地上部氮素積累量隨著種植密度的增加均表現(xiàn)為先升高后降低或維持的趨勢，均在D405種植密度條件下獲得較高的積累量（圖1）；因相同施氮水平下供氮量一致，所以氮素吸收效率亦呈現(xiàn)先增后降或先增后維持的變化趨勢（表2）。對于獲得較高產(chǎn)量的N180D405和N240D405處理，雖然N180D405供氮量減少14.05%，但通過采用氮素吸收能力較強的密植栽培措施，其地上部氮素積累量僅降低4.31%，從而使得其氮素吸收效率提高11.33%。表明適當(dāng)高密減氮栽培有利于提高小麥氮素吸收效率。

2.4施氮量和種植密度對泰農(nóng)18氮素轉(zhuǎn)化效率的影響

氮素轉(zhuǎn)化效率與氮素收獲指數(shù)成正比，與籽粒含氮量成反比。在不施氮條件下，氮素收獲指數(shù)隨種植密度的增加而增加，籽粒氮素含量隨種植密度的增加而降低（圖2），由此促使氮素轉(zhuǎn)化效率隨種植密度的增加而提高（表2）。在N180、N240和N300條件下，氮素收獲指數(shù)隨種植密度的增加而降低，籽粒氮素含量隨種植密度的增加而升高（圖2），由此導(dǎo)致氮素轉(zhuǎn)化效率隨種植密度的增加而降低（表2）。對于獲得較高產(chǎn)量的N180D405和N240D405處理，N180D405在氮素收獲指數(shù)維持在相同水平的前提下，籽粒氮素含量偏低，從而提高了氮素轉(zhuǎn)化效率（3.65%）。表明適當(dāng)高密減氮栽培可通過降低籽粒氮素含量提高小麥氮素轉(zhuǎn)化效率。

3討論

前人研究表明，隨施氮量增加冬小麥產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢[14，15]，但氮素吸收效率和氮素轉(zhuǎn)化效率均逐漸下降[16]。本試驗結(jié)果表明，在低密度條件下，隨著施氮量的增加籽粒產(chǎn)量一直增加，這與增施氮肥提高了單位面積成穗數(shù)有關(guān)；而在中密度和高密度條件下，隨著施氮量的增加籽粒產(chǎn)量都是呈先增加后降低趨勢，而高密度條件下超過一定的施氮量，籽粒產(chǎn)量下降的趨勢更為明顯。在各個種植密度下，隨施氮量增加冬小麥的氮素吸收和轉(zhuǎn)化效率均是下降的，這與前人研究基本一致[17]。

前人關(guān)于種植密度對產(chǎn)量影響的研究相對較多，隨種植密度的增加冬小麥產(chǎn)量呈現(xiàn)線性增加[18，19]或先增加后降低[20～22]的趨勢，這主要與選用的品種、密度梯度、施肥和當(dāng)?shù)丨h(huán)境因子有關(guān)。本試驗結(jié)果表明，在N180和N240條件下，種植密度由270 萬株/hm2提高到405 萬株/hm2，籽粒產(chǎn)量顯著提高，這與張娟等[17]的研究結(jié)果相一致，也表明在適當(dāng)降低施氮投入下通過選用較高的種植密度可以獲得高產(chǎn)；而繼續(xù)提高種植密度至540 萬株/hm2，籽粒產(chǎn)量顯著降低，表明即使在低氮投入下也不能盲目增密，密度過高將會導(dǎo)致田間郁蔽、透風(fēng)投光效果差、個體間競爭加劇等問題[23，24]，造成減產(chǎn)。

常規(guī)施氮條件下，適當(dāng)增加種植密度有利于提高小麥根長密度，促進植株對于肥料氮和土壤氮的吸收，從而提高地上部氮素積累量、氮素吸收效率和氮素利用率，但氮素收獲指數(shù)的降低和籽粒氮素含量的提高使得高密度群體不利于維持較高的氮素轉(zhuǎn)化效率[10～12]，這也限制了高密度群體高產(chǎn)高效潛力的進一步挖掘。本試驗中，在種植密度405 萬株/hm2條件下，將施氮量從240 kg/hm2降低至180 kg/hm2，產(chǎn)量可維持在同一水平。相對于N240處理，利用密植小麥較強的氮素吸收能力，在N180施氮水平下的地上部氮素積累量下降幅度很低，從而在供氮量大幅下降的前提下提高了氮素吸收效率，為提高氮素利用率奠定了基礎(chǔ)。并且由于N180條件下密植小麥籽粒氮素含量較低，從而在氮素收獲指數(shù)維持相對穩(wěn)定的情況下進一步提高了氮素轉(zhuǎn)化效率，不僅改善了單純增密條件下氮素轉(zhuǎn)化效率下降的劣勢[10，12]，并且進一步提高了小麥的氮素利用率。由此也表明，在適當(dāng)密植條件下并不一定需要高氮肥投入，適量減氮條件下仍可獲得高產(chǎn)，提高氮肥利用效率。

4結(jié)論

對于大穗型冬小麥品種泰農(nóng)18而言，在施氮量從240 kg/hm2降低至180 kg/hm2條件下，通過選用適當(dāng)?shù)姆N植密度（D405），仍可獲得與施氮240 kg/hm2相當(dāng)?shù)淖蚜．a(chǎn)量，并通過提高氮素吸收效率和氮素轉(zhuǎn)化效率，進一步提高氮素利用率。本試驗結(jié)果表明在小麥大田生產(chǎn)中，可通過適當(dāng)密植和適量減氮相配合，在獲得小麥高產(chǎn)的同時，提高氮素利用率，種植密度 405萬株/hm2配合180 kg/hm2施氮量是泰農(nóng)18高產(chǎn)高效生產(chǎn)的適宜配置。

參考文獻：

[1]Zhang Y， Dai X L， Jia D Y， et al. Effects of plant density on grain yield， protein size distribution， and breadmaking quality of winter wheat grown under two nitrogen fertilization rates [J]. Eur. J. Agron.， 2016， 73： 1-10.

[2]Moll R H， Kamprath E J， Jackson W A. Analysis and interpretation of factors which contribute to efficiency of nitrogen utilization [J]. Agron. J.， 1982， 74（3）： 562-564.

[3]Foulkes M J， Hawkesford M J， Barraclough P B， et al. Identifying traits to improve the nitrogen economy of wheat recent advances and future prospect [J]. Field Crop Res.， 2009， 114： 329-342.

[4]李傳興， 王月超， 代興龍， 等. 不同栽培模式對冬小麥籽粒產(chǎn)量及氮素利用效率的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015， 47（6）： 15-21.

[5]李廷亮， 謝英荷， 洪堅平， 等. 施氮量對晉南旱地冬小麥光合特性、產(chǎn)量及氮素利用的影響 [J]. 作物學(xué)報， 2013， 39（4）： 704-711.

[6]李瑞奇， 李雁鳴， 何建興， 等. 施氮量對冬小麥氮素利用和產(chǎn)量的影響[J].麥類作物學(xué)報， 2011，31（2）： 270-275.

[7]Ju X T， Xing G X， Chen X P， et al. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems [J]. P. Natl. Acad. Sci. USA.， 2009， 106（9）： 3041-3046.

[8]巨曉棠， 劉學(xué)軍， 張福鎖. 冬小麥與夏玉米輪作體系中氮肥效應(yīng)及氮素平衡研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2002， 35（11）： 1361-1368.

[9]楊新泉， 馮鋒， 宋長青， 等. 主要農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素行為與氮肥高效利用研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2003， 9（3）： 373-376.

[10]肖麗麗， 代興龍， 孔海波， 等. 地力水平和種植密度對冬小麥籽粒產(chǎn)量和氮素利用率的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 42（8）： 2239-2242.

[11]Dai X L， Xiao L L， Jia D Y， et al. Increased plant density of winter wheat can enhance nitrogen-uptake from deep soil [J]. Plant Soil， 2014， 384： 141-152.

[12]Dai X L， Zhou X H， Jia D Y， et al. Managing the seeding rate to improve nitrogen-use efficiency of winter wheat [J]. Field Crop Res.， 2013， 154： 100-109.

[13]Dhugga K S， Waines J G. Analysis accumulation and use in bread and durum wheat [J]. Crop Science， 1989， 29：1232-1239.

[14]陸增根， 戴廷波， 姜東， 等. 氮肥運籌對弱筋小麥群體指標(biāo)與產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響[J]. 作物學(xué)報， 2007， 33（4）： 590-597.

[15]張學(xué)順， 朱云， 張妮， 等. 不同施氮量對滴灌春小麥生長及氮素吸收規(guī)律研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 51（11）： 1976-1983.

[16]Pask A J D， Sylvester-Bradley R， Jamieson P D， et al. Quantifying how winter wheat crops accumulate and use nitrogen reserves during growth [J]. Field Crops Res.， 2012， 126： 104-118.

[17]張娟， 武同華， 代興龍， 等. 種植密度和施氮水平對小麥吸收利用土壤氮素的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2015， 26（6）： 1727-1734.

[18]Geleta B， Atak M， Baenziger P S， et al. Seeding rate and genotype effect on agronomic performance and end-use quality of winter wheat [J]. Crop Sci.， 2002， 42（3）： 827-832.

[19]Lloveras J， Manent J， Viudas J， et al. Seeding rate influence on yield and yield components of irrigated winter wheat in a Mediterranean climate [J]. Agron. J.， 2004， 96： 1258-1265.

[20]Carr P M， Horsley R D， Poland W W. Tillage and seeding rate effects on wheat cultivars： I. grain production [J]. Crop Sci.， 2003， 43： 202-209.

[21]Hiltbrunner J， Streit B， Liedgens M. Are seeding densities an opportunity to increase grain yield of winter wheat in a living mulch of white clover？ [J] Field Crops Res.，2007，102：163-171.

[22]Mennan H， Zandstra B H. Effect of wheat （Triticum aestivum） cultivars and seeding rate on yield loss from Galium aparine （cleavers） [J]. Crop Prot.， 2005， 24： 1061-1067.

[23]畢常銳， 白志英， 楊訸， 等. 種植密度對小麥群體光能資源利用的調(diào)控效應(yīng)[J].華北農(nóng)學(xué)報， 2010， 25（5）： 171-176.

[24]房琴， 王紅光， 馬伯威， 等. 密度和施氮量對超高產(chǎn)冬小麥群體質(zhì)量和產(chǎn)量形成的影響[J].麥類作物學(xué)報， 2015， 35（3）： 364-371.