侯 穎，丁錦平，朱新玉

（商丘師范學(xué)院測繪與規(guī)劃學(xué)院，河南 商丘 476000）

近年來，在國家農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革精神的指導(dǎo)下，優(yōu)質(zhì)小麥播種面積不斷增加，且隨著需求的不斷增強，優(yōu)質(zhì)小麥的播種面積仍會持續(xù)增長，高產(chǎn)栽培技術(shù)日趨完善。但在我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)背景下，優(yōu)質(zhì)小麥生產(chǎn)如何在獲得高產(chǎn)和高品質(zhì)的同時，還要兼顧綠色、高效，從而改變以往“高投入高產(chǎn)出”的農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

許多學(xué)者對優(yōu)質(zhì)小麥的種植技術(shù)進行了探索。研究表明，氮肥后移可以提高冬小麥產(chǎn)量、改善品質(zhì)[1-3]。而合理的灌溉措施不僅能促進冬小麥的生長、提高產(chǎn)量，還是減少農(nóng)業(yè)用水、提高水肥利用效率的重要手段[4-6]，尤其在干旱半干旱區(qū)，灌溉是決定作物產(chǎn)量高低和穩(wěn)定的核心因素[7]。播量不僅影響農(nóng)業(yè)投入，還因密度而影響小麥的生長發(fā)育。因此，播種密度、水和肥作為影響植物生長的關(guān)鍵因子，三者在時間、數(shù)量和方式上合理配合，能有效地促進作物根系深扎，擴大根系在土壤中的吸水范圍、增加養(yǎng)分的吸收，達(dá)到以水促肥，這對生產(chǎn)中實現(xiàn)資源節(jié)約和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要作用[8-9]。如何協(xié)調(diào)三者的施用量和施用時間，在這方面開展了大量工作，取得了很大的進展。但多數(shù)研究是從某一個方面進行評價的，能否實現(xiàn)冬小麥品質(zhì)特性與產(chǎn)量提高的耦合還需要綜合的評價和分析；且不同地區(qū)水量、熱量以及土壤肥力等條件不同，其水肥耦合機制也存在明顯差異。所以在某一區(qū)域建立的水肥耦合互饋效應(yīng)模型，只能在相似地區(qū)適用，而在另一地區(qū)則可能不適用。本研究以河南省冬小麥品種“鄭麥369”為材料，研究不同播種密度、不同灌溉和施肥組合對優(yōu)質(zhì)冬小麥生長、產(chǎn)量和面粉品質(zhì)的影響，并通過統(tǒng)計學(xué)的方法對小麥產(chǎn)量和面粉品質(zhì)進行綜合評價分析，以期更客觀、準(zhǔn)確地理解播種和水肥管理對冬小麥的影響，為小麥綠色優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2021年在河南省商丘市國營民權(quán)農(nóng)場新品種展示示范中心（34°43′36″N，115°20′42″E）進行。該區(qū)域?qū)儆诨春Ａ饔?，暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫14.1℃，年均降水量657 mm，主要集中在7月、8月和9月3個月份。試驗地土壤類型為潮土類沙壤土，pH值為8.1，土壤有機質(zhì)含量為13.9 g/kg，全氮含量為0.9 g/kg，有效磷含量為18.4 mg/kg，速效鉀含量為115.4 mg/kg。主要農(nóng)作物為冬小麥、玉米和大豆等。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗共設(shè)3個因素，小麥播種密度(D)、灌溉（W）和施肥（F），其中，播種密度為按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣播種密度（D1，270 kg/hm2，高密度）和按照推薦密度（D2，180 kg/hm2，低密度）；灌溉為返青期澆水（W1）和按照水肥后移原則的拔節(jié)期澆水（W2）；施肥為返青期施肥（F1）和按照水肥后移原則的拔節(jié)期施肥（F2）。采用裂區(qū)試驗設(shè)計，其中密度處理因為播種時面積較小不易操作，因此要求面積較大，設(shè)為主裂區(qū)，水分處理設(shè)為副裂區(qū)，而施肥處理設(shè)為再裂區(qū)，共8個處理，每個處理3個重復(fù)，每小區(qū)面積為8 m×5.2 m。

1.3 田間管理

供試品種為“鄭麥369”，分別于2019年10月18日和2020年10月14日播種，播種前施底肥，為每公頃施45%復(fù)合肥750 kg加尿素225 kg；追肥是每公頃施復(fù)合肥120 kg加尿素300 kg。根據(jù)近年來豫東地區(qū)秋季多干旱，墑情差，故播后澆水，以促進出苗。整個生育期間，按高產(chǎn)小麥種植技術(shù)要求進行病蟲草害防治。

1.4 測定項目和方法

每小區(qū)設(shè)3個樣點，分別在三葉期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期以及成熟期進行田間調(diào)查，調(diào)查指標(biāo)有：基本苗、株高、次生根數(shù)、葉面積指數(shù)、分蘗數(shù)和群體總莖數(shù)。調(diào)查方法按農(nóng)作物品種(小麥)區(qū)域試驗技術(shù)規(guī)程執(zhí)行；收獲后測定冬小麥籽粒的濕面筋含量、吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間和弱化度等指標(biāo)。其中，濕面筋含量采用瑞典Perten公司的2200型面筋儀，參閱AACC 38-12方法進行測定[10]；利用粉質(zhì)儀（820604，德國Brabender公司），參照GB/T 14614-2006《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的特點粉質(zhì)儀法》規(guī)定的方法測定面團吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間和弱化度和粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)等粉質(zhì)參數(shù)[10]，由北京清析技術(shù)研究院進行分析測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS 23.0軟件進行處理和分析。其中，冬小麥面粉品質(zhì)采用Z-score綜合評價法；冬小麥面粉品質(zhì)和產(chǎn)量綜合評價采用主成分分析法和加權(quán)隸屬函數(shù)法進行，相關(guān)計算公式如下：

式（1）中：U（Xi）為指標(biāo)i的隸屬函數(shù)值；Xi為指標(biāo)i的測定值；Xmax和Xmin分別為指標(biāo)i的最小值和最大值。

式（2）和式（3）中：Pi代表第i個綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率；Wi代表權(quán)重；D值為在不同播量、水肥處理下由綜合指標(biāo)評價所得的綜合評價值。

2 結(jié)果與分析

2.1 播量、水肥對冬小麥生長的影響

2.1.1 播量、水肥對冬小麥總莖數(shù)和株高的影響

由表1可知，播量對冬小麥總莖數(shù)和株高的影響在各個生長時期不同?；久鐢?shù)、越冬期、返青期、拔節(jié)期和抽穗期總莖數(shù)均表現(xiàn)為高密度處理顯著大于低密度處理；株高也有相似的規(guī)律，除越冬期外，返青期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期株高也均表現(xiàn)為高密度處理顯著大于低密度處理，表明密度越高，群體總莖數(shù)和株高越大；但從總體趨勢來看，抽穗期兩密度處理下總莖數(shù)差距縮小，表明隨著生育期延長，前期群體總莖數(shù)大的處理，進入生殖生長期后其群體消亡也更多。施肥和灌溉對不同密度下冬小麥群體總莖數(shù)和株高影響不同，返青期施肥和灌溉處理下（D1W1F1和D2W1F1）冬小麥群體總莖數(shù)顯著大于拔節(jié)期施肥和灌溉處理（D1W2F2和D2W2F2）下的群體總莖數(shù)，但返青期施肥和灌溉處理（D1W1F1）下只有高密度的株高（85.1 cm）顯著大于其他處理，表明前期施肥和灌溉有利于增加冬小麥的群體總莖數(shù)。

表1 不同處理對不同生育時期小麥群體總莖數(shù)/基本苗和株高的影響Table 1 Effects of different treatments on population size of wheat/basic seedlings and plant height in various growth periods

2.1.2 播量、水肥對冬小麥分蘗數(shù)和次生根的影響

由表2可知，不同的播種密度、施肥和灌溉處理對不同時期冬小麥分蘗數(shù)和次生根影響不同。低密度播種能增加冬小麥的分蘗數(shù)和次生根數(shù)量，分蘗數(shù)和次生根在低密度處理下比高密度處理分別平均高1.4個/株和2.9根/株（P＜0.05）。且在抽穗期，低密度處理下的分蘗消亡比例小于高密度處理，表明較低的密度處理能有效地促進分蘗的繼續(xù)生長。水肥處理也會影響冬小麥的分蘗數(shù)和次生根數(shù)量，拔節(jié)期同時或單獨施肥和灌溉處理（D1W2F1除外）下，冬小麥分蘗數(shù)顯著高于返青期施肥和灌溉處理，表明施肥和灌溉后移能有效地促進冬小麥分蘗，但返青期施用水肥則能夠促進次生根的發(fā)生。至抽穗期，冬小麥的分蘗和次生根開始消亡，水肥后移能有效地減少冬小麥分蘗數(shù)和次生根的消亡。

表2 不同處理對不同生育時期冬小麥分蘗數(shù)和次生根的影響Table 2 Effects of different treatments on tillers and secondary root number of wheat in various growth periods

2.1.3 播量、水肥對冬小麥葉面積指數(shù)的影響

從表3可以看出，隨著冬小麥生長時間延長，各處理下葉面積指數(shù)均逐漸增加，但不同生長時期，各處理對冬小麥葉面積指數(shù)影響不同。綜合來看，葉面積指數(shù)受播種密度的影響，D1和D2處理下，越冬期、返青期、拔節(jié)期和抽穗期冬小麥葉面積指數(shù)分別為1.7、2.3、3.9、5.5和1.2、1.8、3.4、4.7，且差異顯著（P＜0.05），表明從越冬期至抽穗期，高密度播種能有效地提高葉面積指數(shù)；葉面積指數(shù)除受密度影響外，還受水肥的影響。兩種密度下，返青期施肥和灌溉處理使葉面積指數(shù)顯著高于同密度下其他水肥處理，而拔節(jié)期施肥和灌溉處理下葉面積指數(shù)顯著低于同密度下其他水肥處理，表明前期施用水肥能顯著提高冬小麥的葉面積指數(shù)。

表3 不同處理對不同生育時期冬小麥葉面積指數(shù)的影響Table 3 Effects of different treatments on leaf area index of wheat in various growth periods

2.2 不同處理對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是構(gòu)成小麥產(chǎn)量的三要素，決定小麥的最終產(chǎn)量。從表4可知，冬小麥單位面積穗數(shù)受播種密度的影響，D1和D2處理下單位面積平均穗數(shù)分別是 681×104/hm2和 632×104/hm2，且差異顯著（P＜0.05）；同時，在兩種密度下，均是返青期施肥和灌溉處理下單位面積穗數(shù)高于拔節(jié)期處理，表明返青期施肥和灌溉處理比拔節(jié)期對小麥單位面積穗數(shù)促進作用更加顯著。冬小麥穗粒數(shù)也受播種密度的影響，與高密度處理相比，低密度處理有利于增加冬小麥的穗粒數(shù)（除D1W2F1外），D2處理比D1處理穗粒數(shù)平均增加了4.1粒/穗，但相同密度處理下，施肥和灌溉時期的改變對穗粒數(shù)影響不顯著；冬小麥千粒重在不同播種密度下也有差異，D1和D2處理下千粒重平均為36.3和43.6 g，且二者差異顯著（P＜0.05）；水肥也是影響千粒重的關(guān)鍵因子，無論低密度還是高密度處理，冬小麥千粒重在拔節(jié)期施肥和灌溉（D1W2F2和D2W2F2）比返青期（D1W1F1和D2W1F1）分別增加了4.8和8.0 g，表明水肥后移有利于增加冬小麥的千粒重。

從表4可以看出，冬小麥產(chǎn)量在不同處理下表現(xiàn)不同，產(chǎn)量排序為：D2W2F2＞(D2W1F2/D2W2F1/D1W2F2)＞(D1W1F2/D1W2F1)＞(D1W1F1/D2W1F1)，低密度水肥同時在拔節(jié)期施用處理下冬小麥產(chǎn)量最高（D2W2F2產(chǎn)量為9 180 kg/hm2），其次是D2W2F1、D2W1F2和D1W1F1，產(chǎn)量分別為 8 625、8 774和8 590 kg/hm2，但3個處理差異不顯著，表明高密度處理下水肥同時在拔節(jié)期施用，或者在低密度下，只要施肥或灌溉后移至拔節(jié)期即能最有效地提高冬小麥的產(chǎn)量，而水肥同時在返青期施用處理下冬小麥產(chǎn)量較低。

表4 不同處理對冬小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 4 Effects of different treatments on yield and yield composition of winter wheat

在各處理中，D1W1F1和D2W1F1處理下冬小麥產(chǎn)量最低，從產(chǎn)量構(gòu)成三要素看，雖然單位面積穗數(shù)比同密度其他水肥處理下的高，但由于穗粒數(shù)和千粒重均較低，導(dǎo)致其產(chǎn)量較低，表明水肥同時在返青期施用，雖然增加了單位面積穗數(shù)，但千粒重顯著降低，不利小麥產(chǎn)量的提高；相反，D1W2F2和D2W2F2處理下冬小麥產(chǎn)量均高于同密度的其他處理，從產(chǎn)量構(gòu)成三要素看，其單位面積穗數(shù)雖然低于其他處理，但千粒重顯著高于同密度的其他處理，表明水肥同時在拔節(jié)期施用，能有效地促進冬小麥的千粒重，從而促進產(chǎn)量的提高。綜合來看，千粒重對冬小麥產(chǎn)量的影響較大。

2.3 不同處理對冬小麥面粉品質(zhì)的影響

從表5可以看出，不同的播種密度、施肥和灌溉對冬小麥面粉的品質(zhì)性狀影響不同。各處理對冬小麥面粉的吸水率影響無差異；D2W1F2處理下濕面筋含量最高、弱化度最低，其次是D2W2F2和D1W2F2，表明拔節(jié)期施肥能顯著增加濕面筋含量、降低弱化度。不同處理對面團形成時間、穩(wěn)定時間的影響差異一致，均表現(xiàn)為兩種密度下拔節(jié)期施肥和灌溉比返青期處理下面團形成時間和穩(wěn)定時間顯著增加；不同處理下粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)表現(xiàn)為D2W2F2＞D2W1F2＞D1W2F2＞D2W1F1＞D2W2F1，表明播種量、施肥和灌溉對冬小麥粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)的影響有交互作用。

表5 不同處理對小麥面粉品質(zhì)性狀的影響Table 5 Effects of different treatments on flour quality parameters of winter wheat

通過Z-score綜合評價法對不同處理下冬小麥面粉品質(zhì)的6項指標(biāo)進行綜合評價，其Zi值見表6所示，8種處理下小麥面粉品質(zhì)排列順序為D2W2F2＞D1W2F2＞D2W1F2＞D2W2F1＞D2W1F1＞D1W1F2＞D1W2F1＞D1W1F1，表明無論是低密度還是高密度處理，水肥后移均有利于提高冬小麥的面粉品質(zhì)。

表6 不同處理下冬小麥面粉品質(zhì)6項指標(biāo)的Zi值Table 6 Zivalue of 6 indexes of winter wheat in different treatments

2.4 播量和水肥管理對冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響的綜合評價

將鄭麥369產(chǎn)量和面粉品質(zhì)的7個指標(biāo)進行主成分分析，提取前2個主成分，其累積方差貢獻(xiàn)率為80.311%，對應(yīng)較大的特征向量為產(chǎn)量、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)、弱化度、穩(wěn)定時間和吸水率。以此為代表進行隸屬函數(shù)分析，根據(jù)公式（2）計算可得2個綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.815和0.185，采用公式（3）計算各處理下的綜合評價值D，并根據(jù)D值進行排序，從表7可以看出，D2W2F2的D值最大，即低密度且水肥后移至拔節(jié)期冬小麥的綜合評價值最高，其次是D1W2F2，表明水肥后移對冬小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)綜合影響最好。

表7 不同處理下冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的加權(quán)隸屬函數(shù)值Table 7 Weighted membership function value of winter wheat yield and quality in different treatments

3 討論與結(jié)論

播量對鄭麥369的發(fā)育進程、植株性狀影響較大[11-12]。本研究表明，高密度處理下，鄭麥369營養(yǎng)生長階段的基本苗數(shù)、群體總莖數(shù)、株高和葉面積指數(shù)均顯著高于低密度處理下的數(shù)值，而分蘗數(shù)和次生根則低于低密度處理；但從整個生育期來看，高密度和低密度處理下營養(yǎng)生長指標(biāo)的差異隨生長期延長其差距逐漸減少，這是因為植物群體具有自動調(diào)節(jié)作用，能使群體結(jié)構(gòu)逐漸趨向合理，對生長更為有利[13-14]，這也符合生態(tài)學(xué)上的“自疏法則”[15]。但小麥群體特性還受灌溉和施肥時間的影響。返青期施肥或灌溉或同時施肥灌溉，能有效地促進鄭麥369株高生長、分蘗數(shù)和葉面積指數(shù)增加，而拔節(jié)期施肥或灌溉對上述指標(biāo)的影響則不顯著。其原因可能是從拔節(jié)期開始，鄭麥369進入繁殖生長階段，繁殖器官開始分化和生長，更多的水肥供應(yīng)給繁殖器官，因而對營養(yǎng)器官的生長影響不大。因此，在麥田管理中，如果因播種密度較低或因播種較晚而導(dǎo)致冬小麥返青前群體長勢不好的，可以在返青期進行適當(dāng)?shù)毓喔群褪┓蔥16]，以促進冬小麥更早地生長和分蘗，從而保證冬小麥在繁殖生長階段合理的群體結(jié)構(gòu)。

本研究表明，無論高密度還是低密度，拔節(jié)期施肥和灌溉使鄭麥369產(chǎn)量均顯著高于同密度下的其他處理，其中，低密度播種條件下（D1）產(chǎn)量最高，達(dá)到9 180 kg/hm2，這與趙廣才[17]、楊永輝等[18]對其他冬小麥的研究結(jié)果相一致。拔節(jié)期重施水肥有利于提高小麥的產(chǎn)量，其基本原理是水肥后移能有效控制春季無效分蘗，且促進拔節(jié)期大蘗成穗，建立合理的群體結(jié)構(gòu)，為豐產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[17]。而低密度播種產(chǎn)量高于高密度播種，可能與冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期施肥和灌溉處理下鄭麥369產(chǎn)量高主要是因為千粒重顯著高于其他處理，而穗粒數(shù)和單位面積穗數(shù)變化不明顯，這與馬一峰等[19]的研究結(jié)果一致。但也有研究表明，拔節(jié)期追肥能通過增加穗數(shù)和穗粒數(shù)來提高小麥產(chǎn)量[20]，主要原因是與返青期施肥相比，拔節(jié)期追肥可減少春季分蘗，控制小麥春季群體，加速兩極分化，從而提高小麥成穗率[21]。因此，在不同的處理環(huán)境下，如何協(xié)調(diào)穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三者之間的關(guān)系從而實現(xiàn)綠色高產(chǎn)也值得進一步的研究。

小麥面粉的品質(zhì)特性除了受小麥自身遺傳特性影響外，不同的栽培措施也會對其產(chǎn)生影響。劉樹堂等[22]研究表明，小麥籽粒品質(zhì)不僅與基因型有密切關(guān)系，還受生態(tài)環(huán)境條件、栽培技術(shù)等的影響。本研究表明，無論是低密度還是高密度，水肥后移有利于鄭麥369面粉品質(zhì)的改善，D2W2F2和D1W2F2處理下面團形成時間、穩(wěn)定時間長，弱化度低，且粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)高，其可能原因是水肥后移有利于提高肥料的利用效率，從而供給繁殖器官更多的養(yǎng)分，尤其是氮素。應(yīng)用Z-score綜合評價法對不同處理下鄭麥369面粉品質(zhì)的6項指標(biāo)進行綜合評價，結(jié)果表明無論是低密度還是高密度處理，水肥后移均有利于提高鄭麥369的面粉品質(zhì)。

通過隸屬函數(shù)法對不同栽培措施下優(yōu)質(zhì)小麥的面粉品質(zhì)和產(chǎn)量進行綜合分析，可以使評價結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確。由主成分分析得出的各綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率計算權(quán)重，再根據(jù)隸屬函數(shù)值和權(quán)重求得不同栽培管理處理下優(yōu)質(zhì)小麥的綜合評價值(D)。結(jié)果表明，D2W2F2處理下D值最大，即低密度且水肥后移至拔節(jié)期的綜合評價值最高，其次是D1W2F2，表明水肥后移對鄭麥369的產(chǎn)量和品質(zhì)綜合影響最好?？傊?，播種密度低、施肥和灌溉后移既能實現(xiàn)鄭麥369高產(chǎn)，又能改善冬小麥面粉的品質(zhì)特性。