李 鵬,賈永紅,張金汕,羅四維,王 凱,石書兵

(1 .新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺(tái)麥類試驗(yàn)站,新疆奇臺(tái) 831800)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的商品糧和戰(zhàn)略性糧食儲(chǔ)備品種，其產(chǎn)量的豐欠直接關(guān)系到我國(guó)的糧食安全[1]。增加種植面積和單產(chǎn)是小麥持續(xù)增產(chǎn)的兩個(gè)主要途徑[2]。但近年來(lái)，小麥種植面積減少，提高單產(chǎn)成為增加總產(chǎn)的主要方式。通過(guò)立體勻播，小麥種子均勻合理地分布在土壤中的立體空間內(nèi)，使單株?duì)I養(yǎng)均衡和良好發(fā)育，有助于建立合理小麥群體，促進(jìn)小麥充分利用農(nóng)田土地資源和光、熱資源，提高個(gè)體和群體光合作用，有利于優(yōu)勢(shì)蘗的形成和發(fā)育，增加穗數(shù)和產(chǎn)量[3]。氮素影響小麥群體葉面積指數(shù)和光能轉(zhuǎn)化效率，可調(diào)節(jié)干物質(zhì)生產(chǎn)和提高產(chǎn)量[4-5]。合理的氮肥運(yùn)籌可以提高小麥葉片葉綠素含量，改善葉片光合性能，并延長(zhǎng)綠葉功能期，促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累，提高籽粒產(chǎn)量[6]。研究表明，拔節(jié)期和孕穗期施肥有利于減緩小麥生育后期葉面積、旗葉葉綠素含量和光合速率的下降速率，并協(xié)調(diào)群體與個(gè)體矛盾，形成合理的群體結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量構(gòu)成[7-8]。但前人在氮肥運(yùn)籌對(duì)獲得最優(yōu)的小麥光合性能和產(chǎn)量的追施比例不同。崔秀珍等[9]認(rèn)為，相同施氮量下，基追比為5∶5時(shí)，分期追施氮肥以拔節(jié)期追40%、孕穗期追10%的效果最好，能有效增加小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量。另有研究發(fā)現(xiàn)，同一施氮量下，基追比為4∶6及2次追肥有利于延緩小麥葉面積和葉綠素的衰減，在拔節(jié)(占40%)至孕穗期(占20%)追施最佳[5]。吳安昌等[10]認(rèn)為，氮肥施用以基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥=5∶3∶2，能延緩生育后期旗葉葉綠素含量、光合速率和有效面積的下降，獲得較高產(chǎn)量。當(dāng)前關(guān)于小麥氮肥運(yùn)籌效應(yīng)的研究多在常規(guī)條播進(jìn)行，對(duì)勻播小麥的研究鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)立足新疆小麥生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)小麥需肥規(guī)律和新疆昌吉地區(qū)追肥習(xí)慣，在一定施氮量條件下，結(jié)合勻播方式設(shè)置四個(gè)拔節(jié)肥和孕穗肥追施比例，以常規(guī)條播作對(duì)照，分析了追施比例對(duì)勻播小麥葉面積指數(shù)、SPAD值、旗葉光合速率日變化、成熟期干物質(zhì)積累和分配及產(chǎn)量的影響，進(jìn)而確定勻播小麥的適宜氮肥追施比例，以期為新疆勻播小麥高產(chǎn)栽培中氮肥合理運(yùn)籌提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

本試驗(yàn)于2018年9月—2019月8月年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺(tái)麥類試驗(yàn)站(東經(jīng)89°13′～ 91°22′，北緯42°45′～45°29′)進(jìn)行，屬溫帶大陸性氣候，全年平均氣溫5.5 ℃，無(wú)霜期153 d。試驗(yàn)地前茬作物為玉米，土壤為沙壤土，pH 8.25。供試土壤中全氮含量2.24 g·kg-1，全磷含量1.28 g·kg-1，全鉀含量18.08 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量42.88 g·kg-1，堿解氮含量128.70 mg·kg-1，有效磷含量11.40 mg·kg-1，速效鉀含量 417.00 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)：主區(qū)為播種方式，分別為勻播(U)和常規(guī)條播(D)；副區(qū)氮肥追施比例，全生育期施純氮225 kg·hm-2，其中50%作為基肥，其余作拔節(jié)肥(4月25日)和孕穗肥(5月16日)進(jìn)行兩次追施，兩次追施比例設(shè)40%∶60%(N1)、50%∶50%(N2)、60%∶40%(N3)、70%∶30%(N4)4個(gè)水平。供試品種為新冬22號(hào)(北疆地區(qū)推廣品種)，2018年9月30日播種，基本苗為225萬(wàn)株·hm-2，2019年7月9日收獲。常規(guī)條播行距20 cm，勻播株間距6.67 cm，小區(qū)面積10 m2(2 m×5 m)，3次重復(fù)。小區(qū)四周設(shè)置保護(hù)行，小區(qū)間距0.6 m。全生育期灌水總量為4 950 m3·hm-2，灌水方式為滴灌，追肥為隨水滴施，氮肥為尿素(含N≥46%)；基施純磷(P2O5)120 kg·hm-2，磷肥為過(guò)磷酸鈣(P2O5≥12%)。其他管理措施與當(dāng)?shù)卮筇镌耘嘁恢隆?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)(LAI)測(cè)定

于冬小麥拔節(jié)期(4月22日)、孕穗期(5月12日)、開花期(5月24日)、灌漿期(6月15日)，各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)一致小麥5株，采用系數(shù)法[11]測(cè)定綠葉面積，系數(shù)為0.83，并計(jì)算LAI。

1.3.2 旗葉SPAD值測(cè)定

各小區(qū)選取開花基本一致的植株50株，掛牌標(biāo)記。于小麥花后0、7、14、21、28 d，在各小區(qū)選朝向和長(zhǎng)勢(shì)基本一致、無(wú)病蟲害、無(wú)生理病斑、無(wú)機(jī)械損傷的10片冬小麥旗葉標(biāo)記，使用SPAD-502型葉綠素儀測(cè)定旗葉SPAD值，每片葉重復(fù)測(cè)定三次，取平均值。

1.3.3 葉片凈光合速率測(cè)定

冬小麥灌漿期選擇兩個(gè)晴天(6月15日和6月16日)，于8:00-18:00選取掛牌標(biāo)記的植株，測(cè)定旗葉凈光合速率，待數(shù)值穩(wěn)定1 min后記錄，每2 h測(cè)定一次，各處理測(cè)定6片旗葉，對(duì)兩天測(cè)定結(jié)果取平均值。自然光源，測(cè)定時(shí)避開葉脈，緩沖瓶置于測(cè)試點(diǎn)2 m以外。測(cè)試儀器為英國(guó)PPSystems公司產(chǎn)TPS-2光合測(cè)定儀。參照張慶琛等[12]方法計(jì)算日光合總量。公式如下：

其中，PN為日光合總量值(μmol·m-2)；Pi為i次測(cè)光合速率；Pi+1為i+1次測(cè)定光合速率；ti為Pi次測(cè)定與Pi+1次測(cè)定的間隔時(shí)間(s)；n為測(cè)定次數(shù)。

1.3.4 干物質(zhì)累積與分配測(cè)定

于成熟期，每小區(qū)連續(xù)挖取30株生長(zhǎng)均勻具有代表性的樣株(距隔離帶0.4 m內(nèi)邊行不取)，將每株地上部各器官(葉片、莖鞘、穗)分別裝入紙袋，置于烘箱中80 ℃烘干至恒重，冷卻后稱其干物質(zhì)量。同時(shí)，計(jì)算干物質(zhì)分配比例。

1.3.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成測(cè)定

收獲前，每小區(qū)選有代表性的1 m2樣區(qū)測(cè)定有效穗數(shù)，另取30株小麥進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定穗粒數(shù)、千粒重；每小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn)2 m2。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，

2 結(jié)果與分析

2.1 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥葉面積指數(shù)(LAI)的影響

由圖1可知，播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥LAI均有顯著影響。隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，LAI呈先升后降趨勢(shì)，在孕穗期達(dá)最大。在拔節(jié)期和孕穗期，相同氮肥追施比例下，勻播小麥LAI較條播高17.67%～20.15%，差異均顯著；同一播種方式下，LAI表現(xiàn)為N4>N3>N2>N1。孕穗期后，勻播小麥LAI均表現(xiàn)為N3>N4>N2>N1，條播小麥LAI表現(xiàn)為N4>N3>N2>N1；與條播相比，勻播小麥的LAI提高了13.80%～ 18.30%，N1、N2和N3條件下差異均顯著；但與孕穗期相比，勻播小麥灌漿期LAI為1.82～ 2.47，條播下降1.40～1.77，勻播降幅較條播更大，變化更明顯。這表明勻播和適宜的拔節(jié)肥追施比例能提高小麥LAI，勻播條件下N3、N4處理的LAI較大。

2.2 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥旗葉SPAD值的影響

相同播種方式和氮肥追施比例下，冬小麥旗葉花后SPAD值隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，均呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)(圖2)，花后7 d達(dá)到最大值。在相同播種方式下，隨拔節(jié)肥比例的增加，小麥旗葉SPAD值呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)，表現(xiàn)為N2>N1>N3>N4或N2>N3>N1>N4；相同氮肥追施比例下，勻播小麥的SPAD值高于條播小麥，但二者差異較小。這表明，勻播小麥葉片在適宜氮肥追施比例下能在花后保持較高的葉綠素含量，但播種方式的影響不顯著。

圖2 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥SPAD值影響

2.3 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥凈光合速率(PN)日變化和日光合積累量(Pn)的影響

相同播種方式和氮肥追施比例下冬小麥灌漿期旗葉Pn日變化呈現(xiàn)“雙峰曲線”變化(圖3)。相同播種方式下，不同氮肥追施比例間Pn差異不明顯；相同氮肥追施比例下，勻播小麥的Pn高于條播小麥，差異也不顯著。計(jì)算PN(表1)后發(fā)現(xiàn)，在相同播種方式下，隨拔節(jié)肥比例的增加，PN表現(xiàn)為N2>N3>N1>N4，N2處理在勻播下較其他處理高3.14%～12.46%，與N1、N4處理差異顯著，而在條播下高1.37%～10.53%，與N4處理差異顯著；相同氮肥追施比例下，勻播小麥的PN較條播小麥高5.24%～8.37%，其中在N2條件下差異顯著；方差分析表明，播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥旗葉PN的影響達(dá)顯著水平，但二者交互作用不顯著，說(shuō)明勻播和適宜氮肥追施比例能促進(jìn)小麥灌漿期旗葉光合作用和物質(zhì)積累，以N2、N3處理較優(yōu)。

表1 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥旗葉單位日光合總量(PN)的效應(yīng)分析

圖3 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥旗葉光合速率日變化的影響

2.4 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥成熟期干物質(zhì)積累和分配比例的影響

相同播種方式和氮肥追施比例對(duì)成熟期小麥干物質(zhì)積累量影響均顯著，但二者互作效應(yīng)不明顯(表2)。相同播種方式下，隨拔節(jié)肥比例的增加，植株及各器官干物質(zhì)量均逐漸增加或先增后略降，干物質(zhì)分配比例在籽粒和穗軸+穎殼中呈先增后減的趨勢(shì)，在其他營(yíng)養(yǎng)器官中呈先降后升趨勢(shì)；相同氮肥追施比例下，勻播小麥干物質(zhì)積累量及其在籽粒中的分配比例較條播分別高 2.53%～8.89%、0.35%～1.06%。其中勻播下干物質(zhì)積累量以N3處理最大，顯著高于N1、N2處理；條播下以N4處理最大，顯著高于其他處理，但籽粒分配比例最小。這表明勻播和適宜的氮肥追施比例有利于小麥干物質(zhì)向籽粒分配。

2.5 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

由表2可知，在相同播種方式下，隨拔節(jié)肥追施比例的增加，小麥穗數(shù)呈增加趨勢(shì)，千粒重和穗粒數(shù)呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。勻播下產(chǎn)量以N3處理最高，達(dá)9 360.23 kg·hm-2，較其他處理高 2.23%～10.47%；條播下產(chǎn)量以N4處理最高，達(dá)8 912.13 kg·hm-2，較其他處理高4.74%～ 14.40%。相同氮肥追施比例下，勻播小麥產(chǎn)量較條播小麥高2.74%～10.00%，在N1、N3條件下差異顯著。勻播小麥產(chǎn)量高于條播主要是由于穗數(shù)顯著增加的結(jié)果。勻播小麥的穗數(shù)較條播高 4.17%～9.54%，在N2、N3和N4條件下均差異顯著；勻播小麥的千粒重和穗粒數(shù)與條播差異均不顯著。方差分析表明，穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量受播種方式和氮肥追施比例的影響均顯著，但二者互作效應(yīng)不明顯。由此可見，勻播小麥通過(guò)增加穗數(shù)來(lái)提高產(chǎn)量，適宜的氮肥追施比例有利于其穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重的增加。

表2 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥成熟期干物質(zhì)積累與分配的影響

表3 播種方式和氮肥追施比例對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

3 討 論

3.1 氮肥追施比例對(duì)勻播小麥光合特性的影響

播種方式改變了小麥群體均勻度，改善了小麥群體透光情況，促進(jìn)小麥葉片的光合能力，進(jìn)而提高小麥生物產(chǎn)量[13]。有研究表明，拔節(jié)期和孕穗期適量追施氮肥可明顯提高花后植株的光合能力和延長(zhǎng)花后葉片功能期，促進(jìn)籽粒形成與灌漿[7,14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施氮量一定時(shí)，相同氮肥追施比例下，與條播相比，勻播提高了小麥LAI、旗葉SPAD值、灌漿期旗葉光合速率和日光合積累量，與前人結(jié)果相似[15]，但勻播下各處理LAI在孕穗期后下降幅度較條播大，下降趨勢(shì)更明顯，可能是勻播小麥群體數(shù)量較條播增加，下部葉片郁閉嚴(yán)重[16-17]，葉片出現(xiàn)早衰，使LAI下降幅度增大。相同播種方式下，隨拔節(jié)肥追施比例的增加，小麥LAI、旗葉SPAD值、日光合積累量呈先增后減趨勢(shì)，但適宜追施比例不同；LAI在N3、N4處理較優(yōu)，可能是因?yàn)榘喂?jié)肥比例增加促進(jìn)了總莖數(shù)增加[18]，進(jìn)而提高LAI；旗葉SPAD值和日光合積累量在N2、N3處理較優(yōu)，表明適宜的孕穗肥用量能增加小麥葉綠素含量，而超過(guò)一定的追施量(本試驗(yàn)在N1處理下)，土壤中氮素增加，抑制了根系對(duì)其他礦質(zhì)元素的吸收，使葉綠素合成受到抑制[19-20]，降低了旗葉的光合性能。本研究還表明，旗葉光合日積累量不受播種方式和追氮比例互作影響，受氮肥追施比例影響顯著，適量增加小麥孕穗肥比例可以保持小麥全天較高的光合能力，與前人[21-22]研究結(jié)果基本一致。

3.2 氮肥追施比例對(duì)勻播小麥物質(zhì)積累和分配及產(chǎn)量影響

干物質(zhì)是光合產(chǎn)物的最終形態(tài)，其積累和分配與產(chǎn)量形成密切相關(guān)[23-24]。立體勻播通過(guò)單株分蘗調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)群體均勻，促進(jìn)小麥個(gè)體和群體光合作用，提高光合物質(zhì)生產(chǎn)能力，并顯著增加小麥成穗數(shù)，增加小麥產(chǎn)量[25]。還有研究表明，拔節(jié)期和孕穗期追氮能改善植株光合功能，增強(qiáng)光合物質(zhì)生產(chǎn)，并提高向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，促進(jìn)籽粒干物質(zhì)的合成與積累，且千粒重和穗粒數(shù)隨著追氮時(shí)期的后移而增加[26]。本研究表明，播種方式和氮肥追施比例對(duì)干物質(zhì)積累和物質(zhì)分配比例影響顯著，但互作效應(yīng)不顯著。隨拔節(jié)肥比例的增加，干物質(zhì)在籽粒中分配比例和籽粒產(chǎn)量呈先增后減趨勢(shì)。小麥籽粒產(chǎn)量是花前和花后光合產(chǎn)物共同作用的結(jié)果[27]。孕穗肥追施比例較大時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量的下降可能因?yàn)榛ê笕~片光合速率因C/N比下降而降低，葉片氮代謝旺盛，光合產(chǎn)物輸出量減少[28]；也可能是因?yàn)榘喂?jié)期氮肥追施比例較大導(dǎo)致花前物質(zhì)積累集中于營(yíng)養(yǎng)器官，花后氮素供應(yīng)不足，光合色素合成降低，光合物質(zhì)積累減少，花前物質(zhì)再分配在籽粒中分配比例降低，具體原因有待進(jìn)一步研究。本研究還表明，播種方式和氮肥追施比例對(duì)小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量影響顯著，但其交互作用不顯著；與條播相比，勻播小麥的穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量高了4.16%～ 9.54%、0.19%～1.28%和2.74%～10.00%，穗數(shù)和產(chǎn)量變化均達(dá)顯著水平，且在N3條件下產(chǎn)量最大。方差分析表明，勻播小麥產(chǎn)量提升是穗數(shù)顯著增加和保持較高千粒重的緣故；且增加拔節(jié)肥比例，小麥單位面積穗數(shù)增加，穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì)。這表明增大拔節(jié)肥追施比例可提高小麥穗數(shù)，而適量追施孕穗肥能提高小麥千粒重，增加產(chǎn)量，與前人[25,29]研究結(jié)果基本一致。本試驗(yàn)中勻播下N3(拔節(jié)肥∶孕穗肥=60%∶40%)處理產(chǎn)量較高，為最佳氮肥追施比例。