姜玉梅， 李 磊， 程銘正， 宋曉婷， 盧張艷， 孫 倩， 尹 鈞

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002)

西農(nóng)979系西北農(nóng)林科技大學(xué)育成的冬性早熟高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥新品種，于2005年同時(shí)通過陜西省及國家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，是農(nóng)業(yè)部推薦的全國重點(diǎn)推廣的優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種之一，現(xiàn)已在黃淮麥區(qū)大面積推廣[1].因此，探討西農(nóng)979高產(chǎn)和高效兩種生產(chǎn)模式下水肥形成規(guī)律，對(duì)客觀評(píng)價(jià)該品種及明確其高產(chǎn)高效栽培措施和增產(chǎn)潛力具有重要意義.小麥高產(chǎn)形成過程會(huì)受到水、肥、熱、風(fēng)等多種因素的影響，而在諸多因素中，水和肥的影響顯得尤為重要[2，3].灌溉量和施氮量對(duì)小麥子粒產(chǎn)量的影響已有大量研究、楊曉亞等[4]研究表明，隨灌水量的增加，總耗水量逐漸增加，土壤耗水量和降水量占總耗水量的比例降低.適當(dāng)灌溉提高了小麥對(duì)降水的利用比例.馬興華等[5]研究表明，小麥開花后總耗水量、耗水模系數(shù)和日耗水量隨灌水量的增加而提高，但產(chǎn)量隨灌水量的增加先升高后降低.相關(guān)分析表明，子粒產(chǎn)量與開花后日耗水量呈顯著二次曲線關(guān)系，說明花后日耗水量并非越高越好.嚴(yán)重水分虧缺影響了植株對(duì)氮素的吸收，降低了營養(yǎng)器官(功能期)的含氮量，進(jìn)而影響到一系列的生理功能，使氮“源”減少，運(yùn)輸能力降低.同時(shí)，在小麥生育后期，隨著土壤水分脅迫的進(jìn)一步加劇，子粒中的氮“庫”受到一定影響，變?nèi)踝冃?，從而?duì)“源”的拉力減弱，最后勢(shì)必導(dǎo)致各營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率的減少[6].而土壤水分過多則降低了水分利用率，并且降低小麥旗葉光合速率和葉綠素含量，加速小麥葉片衰老，從而影響小麥干物質(zhì)積累，降低子粒產(chǎn)量和淀粉含量[7].水氮對(duì)子粒產(chǎn)量的調(diào)控中存在互補(bǔ)作用，良好的氮素供應(yīng)可提高小麥抗旱性，增加產(chǎn)量，只有在水分適宜的條件下，氮肥的作用才能充分發(fā)揮，水分是影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及作物吸收養(yǎng)分的重要因素[8，9].目前，關(guān)于早熟、強(qiáng)筋小麥品種的水肥的高效利用方面研究尚少.本研究選取早熟、強(qiáng)筋冬小麥品種西農(nóng)979為試驗(yàn)材料，在小麥生長花后不同時(shí)期對(duì)葉綠素含量、光合速率以及不同水氮處理下產(chǎn)量和產(chǎn)量三要素進(jìn)行比較研究，以期充分利用本地區(qū)降雨和土壤水，提高其水分和氮肥的利用效率，旨在為西農(nóng)979優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效標(biāo)準(zhǔn)化栽培提供理論參考.

1 材料與方法

1.1材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012—2013年在河南省鶴壁市農(nóng)科院試驗(yàn)田進(jìn)行.該區(qū)地理位置坐標(biāo)位于東經(jīng)113°59′～114°45′，北緯35°26′～36°02′.屬暖溫帶半濕潤型季風(fēng)氣候 ，年平均氣溫為14.2～15.5 ℃，年降雨量349.2～970.1 mm，年日照時(shí)數(shù)1 787.2～2 566.7 h.全年0 ℃以上積溫大于5 000 ℃.對(duì)于小麥玉米一年兩季作物生產(chǎn)十分有利.試驗(yàn)田土壤為黏質(zhì)潮土，前茬作物為玉米，小麥播種前試驗(yàn)田0～20 m土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.74 mg·kg-1,全氮含量0.16 mg·kg-1，速效鉀含量163 mg·kg-1，速效磷含量16.65 mg·kg-1，堿解氮含量65.54 mg·kg-1.在小麥全生育期間(2012-10-10—2013-06-01)降雨量為188.5 mm，尤其在開花至成熟期間(05-01—05-29)降水量只有15.1 mm，而且零星多次，幾乎全部為無效降雨，符合易旱麥區(qū)的生態(tài)條件.

本試驗(yàn)以冬性品種西農(nóng)979作為試驗(yàn)材料.在小麥全生育期采用水肥二因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，灌水和施氮處理方案見表1，主處理為灌水量(W)，副處理為施氮量(N).灌水處理設(shè)3個(gè)水平，分別為自然降水(W1)；灌溉量保持為田間最大持水量的60%(W2)；灌溉量保持為田間最大持水量的80%(W3).氮肥處理設(shè)3個(gè)水平分別為：不施氮(N1)、純氮150 kg·hm-2(N2)、純氮300 kg·hm-2(N3)，每個(gè)氮處理設(shè)3次重復(fù).小區(qū)長6 m×6 m.以上各處理的基追比按5∶5進(jìn)行，具體為氮肥50%用作基肥，50%在拔節(jié)期結(jié)合澆水追施；磷肥(P2O5)150 kg·hm-2,鉀肥(K2O)135 kg·hm-2,氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氧化鉀.磷、鉀肥全部底施.基本苗180×104株·hm-2，2012-10-10播種，其他栽培管理措施同一般高產(chǎn)麥田.灌水量用水表計(jì)量.

表1 水肥處理方案

1.2測(cè)定內(nèi)容與方法

1.2.1 旗葉葉綠素含量和光合速率測(cè)定 用日本農(nóng)林水產(chǎn)省設(shè)計(jì)的第1代葉綠素儀(SPAD 501)在開花期、花后7 d、花后14 d、花后21 d和花后28 d，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10片長勢(shì)相同的小麥旗葉，測(cè)定其SPAD值.同時(shí)選擇同時(shí)期晴天少風(fēng)的上午，于9:00—11:00隨機(jī)選取每個(gè)小區(qū)長勢(shì)相似的旗葉10片，用美國Li-COR公司生產(chǎn)的Li-6400光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定葉片凈光合速率.

光合速率測(cè)定：在小麥生育期內(nèi)，選取開花期，花后7 d，花后14 d，花后21d和花后28 d于晴天少風(fēng)的上午于9：00—11：00用美國Li-COR公司生產(chǎn)的Li-6400光合測(cè)定系統(tǒng)在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10片長勢(shì)相同的小麥旗葉進(jìn)行測(cè)定并記錄.

1.2.2 水分利用率和氮肥利用率測(cè)定 參照文獻(xiàn)[10]的方法計(jì)算耗水量(ET)[10]，計(jì)算公式：ET1-2=10∑γiHi(θi1-θi2)+M+P0+K(i=1，2…n)

式中：ET1-2為階段耗水量(mm)；i為土層編號(hào)；n為總土層數(shù)；γi為第i層土壤干容重(g·cm-3)；Hi為第i層土壤厚度(cm)；θi1和θi2分別為第i層土壤時(shí)段初和時(shí)段末的含水量，以占干土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)計(jì)；M為時(shí)段內(nèi)的灌水量(mm)；P0為有效降水量(mm)；K為時(shí)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給量(mm)，當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.5 m時(shí)，K值可以不計(jì).

水分利用效率(WUE)：WUE=Y/ET.

式中：Y為子粒產(chǎn)量；ET為農(nóng)田耗水量.

氮肥農(nóng)學(xué)效率=(施氮區(qū)子粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)子粒產(chǎn)量)/施氮量.

灌水生產(chǎn)效率=(澆水處理子粒產(chǎn)量-不澆水處理子粒產(chǎn)量)/澆水量

1.2.3 生物量及其產(chǎn)量的測(cè)定 測(cè)產(chǎn)：收獲期在小區(qū)中間位置劃出2 m2的面積，點(diǎn)清其穗頭數(shù)并記錄，然后剪下全部穗頭裝入網(wǎng)袋曬干后讀其穗粒數(shù)、千粒重，最后脫粒稱質(zhì)量.

生物量測(cè)定：收獲前取出每個(gè)小區(qū)的1 m雙行，連根拔回，洗凈根莖上的泥土，剪掉根系，地上全部生物量放入烘箱進(jìn)行105 ℃ 30 min殺青，然后降到85 ℃烘干24 h至質(zhì)量衡定，取出后稱其干物質(zhì)量.

1.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS和 Excel 2003數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行方差及相關(guān)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1水氮耦合對(duì)冬小麥西農(nóng)979旗葉葉綠素含量的影響

由圖1可以看出，不同水肥條件下西農(nóng)979旗葉葉綠素含量的變化，在小麥開花期，各個(gè)水肥處理?xiàng)l件下該小麥旗葉葉綠素含量相差不大，小麥開花以后，旗葉內(nèi)葉綠素含量均隨著時(shí)間的推移而逐漸下降.缺水和缺氮的處理下旗葉葉綠素含量明顯下降較快，而不施氮的3個(gè)處理(W1N1/ W2N1/ W3N1)的旗葉葉綠素含量下降尤為迅速，基本上在花后14 d以后植株就進(jìn)入到迅速衰退期.

2.2水氮耦合對(duì)冬小麥西農(nóng)979花后光合速率的影響

表2為花后小麥旗葉光合速率的變化.灌漿初期的光合速率最大，之后隨著灌漿進(jìn)程的推移逐漸下降.隨著氮肥施用量的增加，旗葉光合速率也隨之增大，且處理間差異達(dá)到顯著水平，表明增加施肥量可以提高旗葉光合速率.在干旱(W1N)和缺氮(WN1)的處理下，小麥光合速率在花后14 d以后下降迅速，其光合速率值與水氮適足的4個(gè)處理相比較，差異性達(dá)到顯著水平，這表明在灌漿中后期適足的水氮供應(yīng)有利于小麥長時(shí)間維持較高光合速率，從而為灌漿積累更多的干物質(zhì).干旱相較于缺氮處理，干旱對(duì)小麥光合速率的影響更為顯著，干旱的3個(gè)處理在花后28 d其光合速率值幾乎為零，與缺氮處理的差異性達(dá)到了顯著水平.由此可見，干旱脅迫對(duì)小麥光合速造成的影響更為嚴(yán)重，植株不能有效積累更多光合產(chǎn)物，這也是收獲時(shí)干旱處理下植株生物量較少的原因之一.

圖1 水氮耦合對(duì)冬小麥SPAD值的影響

表2 水氮耦合對(duì)冬小麥西農(nóng)979花后光合速率的影響

2.3水氮耦合對(duì)冬小麥西農(nóng)979水分和氮肥利用率的影響

由表3可見，隨著灌水量的增加，水分利用率逐漸降低，但W1處理的子粒產(chǎn)量顯著低于灌水處理，表明全生育期不灌水顯著抑制了冬小麥產(chǎn)量增加；從灌水生產(chǎn)效率來看，W2N2，W2N3處理的灌水生產(chǎn)效率顯著高于其他處理，W2N3處理的灌水生產(chǎn)效率最高，灌水量過高反而會(huì)降低灌水生產(chǎn)效率，表明灌水量保持在W2水平(田間持水量的60%左右)最有利于小麥的高產(chǎn)和高效生產(chǎn)；從氮肥農(nóng)學(xué)效率來看，相同的灌水量下，N2處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率顯著高于N3處理，其中W2N2處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率(11.57)顯著高于其他處理，比產(chǎn)量最高的W2N3組合氮肥農(nóng)學(xué)效率(8.16)高出近41.79%，說明施肥量在N2水平(150 kg·hm-2)更有利于小麥的高效生產(chǎn).

2.4水氮耦合對(duì)冬小麥西農(nóng)979產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

不同處理對(duì)西農(nóng)979產(chǎn)量影響見表4，由表4可以看出，各處理之間產(chǎn)量差異顯著.首先，在同一灌水條件下，產(chǎn)量隨著施肥量的增加而增加，高氮處理的產(chǎn)量最高為8 648.49 kg·hm-2(W2N3)，比相同水條件下不施氮處理(W2N1)增產(chǎn)39.5%，差異達(dá)到顯著性水平；比相同水條件下中氮處理(W2N2)增產(chǎn)8.9%，差異未達(dá)到顯著性水平，說明施肥可以大幅度提高產(chǎn)量，同時(shí)也反映對(duì)氮肥地力基礎(chǔ)較高的農(nóng)田繼續(xù)施氮增產(chǎn)效應(yīng)不顯著.

表3 不同水氮處理對(duì)水、氮肥利用率的影響

表4 氮耦合對(duì)冬小麥西農(nóng)979產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

其次，在同一施氮條件下，產(chǎn)量表現(xiàn)分為2種情況：第1種是在不施氮的條件下，產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加，高水處理(W3N1)和中水處理(W2N1)比低水處理(W1N1)分別增產(chǎn)4.8%和1.3%，兩兩之間的差異性均未達(dá)到顯著水平，說明在缺氮的條件下增加灌水可以在一定程度上彌補(bǔ)缺氮對(duì)產(chǎn)量造成的損失，對(duì)增產(chǎn)效應(yīng)十分有限；第2種是在中氮和高氮的條件下，產(chǎn)量隨著灌水量的增加而先增加后降低，W2N2比W1N2增產(chǎn)7.5%，W2N3比W1N3增產(chǎn)16.6%，說明小麥干旱狀態(tài)下適當(dāng)灌水增產(chǎn)效果顯著，而相同的施氮量下，W3N2比W2N2減產(chǎn)8.7%，W3N3比W2N3減產(chǎn)9.0%，說明水量過大并不利于小麥產(chǎn)量的增加，由此可見，中水條件下更有利于小麥的高效高產(chǎn).

最后，從產(chǎn)量構(gòu)成因素看，在灌水量相同的條件下，單位面積的穗數(shù)均隨著施氮量的增加而增加，且處理間的差異達(dá)到顯著性水平，而在施氮量相同的條件下，穗數(shù)與水分的關(guān)系并沒有表現(xiàn)出相應(yīng)的遞增趨勢(shì)，可見小麥穗數(shù)受氮因素的影響大于水的因素；穗粒數(shù)對(duì)施氮量的反應(yīng)也呈現(xiàn)出隨施氮量的增加而增加的趨勢(shì)，最高穗粒數(shù)W2N2比最低穗粒數(shù)W1N1增加19.1%，增勢(shì)明顯，但處理間的差異不顯著，說明增施氮肥有利于增加小麥穗粒數(shù)，但增加效果不明顯；小麥千粒重方面，千粒重隨施氮量的增加而降低，在中水和高水條件下，N1處理與N2和N3處理下的子粒千粒重之間的差異性均達(dá)到顯著水平，說明施氮會(huì)顯著影響小麥的千粒重.而在干旱條件下，由于水分的制約，3個(gè)氮水平處理間的小麥千粒重雖呈遞減順序，但彼此間的差異并未達(dá)到顯著性水平.干旱條件下，水分會(huì)制約氮肥效果的發(fā)揮.

3 結(jié)語與討論

施氮能促進(jìn)植物葉片葉綠素的合成[11].增施氮肥可明顯增小麥旗葉葉綠素含量和葉面積，延長旗葉功能期，提高其光合速率[12].姚艷榮等[13]研究表明，適宜的土壤水分(60%

水分和養(yǎng)分利用效率是衡量小麥高產(chǎn)性和高效性的主要指標(biāo)，通過灌水、施肥生產(chǎn)效率可以直接反映出小麥生產(chǎn)投入產(chǎn)出比.關(guān)于氮肥與水分對(duì)小麥水分生產(chǎn)效率的影響有不同的觀點(diǎn)和結(jié)論.張仁陟等[14]研究了施肥對(duì)冬小麥水分利用效率的效果和機(jī)理，結(jié)果表明，施肥明顯促進(jìn)了冬小麥根系生長，擴(kuò)大了覓水空間，同時(shí)也促進(jìn)了冬小麥冠層發(fā)育，增加了蒸騰量，減少了蒸發(fā)量，使水分利用效率及水分生產(chǎn)力大幅度提高.馮波等[15]認(rèn)為，無論是平作還是壟作種植方式下，氮肥利用率都隨著施氮量的增加而降低，在施氮量為0～165 kg·hm-2時(shí)都能獲得較高的氮收獲指數(shù)；當(dāng)施氮量高于264 kg·hm-2時(shí)，氮素收獲指數(shù)不僅不再升高而且還下降.本試驗(yàn)結(jié)果表明，在同一施氮水平下，隨著灌水量的增加，水分利用效率隨著灌水量的增加而降低，而灌水生產(chǎn)效率則隨著灌水量的增加而先升高后降低；在灌水量相同的條件下，本試驗(yàn)0～300 kg·hm-2的施氮量范圍內(nèi)，氮肥農(nóng)學(xué)效率表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，W2N2處理組合的氮肥農(nóng)學(xué)效率和灌水生產(chǎn)效率均為最高，說明在保持田間持水量60%左右灌溉量和150 kg·hm-2施肥量的條件下最有利于水、肥的高效利用.所以在田間管理中應(yīng)注意水肥的合理利用，現(xiàn)行的大水漫灌方式和“一炮轟”的粗放型施肥方式均不利于小麥的生產(chǎn).

從水、氮對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響來看，李風(fēng)民等[16]研究表明，上層土壤適度干旱可以提高小麥產(chǎn)量和水分利用效率.生育后期過多灌水或土壤嚴(yán)重缺水均顯著影響冬小麥對(duì)土壤水分的利用效率[17].本研究認(rèn)為，灌水量應(yīng)達(dá)到在土壤持水量的60%左右為最佳，灌水過多或過少都不利于小麥產(chǎn)量的提高；王月福等[18，19]認(rèn)為，適當(dāng)增施氮肥，可促進(jìn)小麥的分蘗能力和穗的發(fā)育，使單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)增加，也可提高葉片葉綠素含量和光合效率，維持較高的氣孔導(dǎo)度，有利于CO2的同化，促進(jìn)蔗糖的合成，提高子粒淀粉合成相關(guān)酶的活性，促進(jìn)子粒淀粉的積累，從而提高子粒淀粉含量，提高粒重，提高小麥最終產(chǎn)量.孫旭生等[20]認(rèn)為，施氮量在0～300 kg·hm-2范圍內(nèi)，子粒產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，施氮量在300～375 kg·hm-2范圍內(nèi)，子粒產(chǎn)量隨施氮量增加而降低.在本試驗(yàn)的施氮量范圍內(nèi)，在相同灌水量的條件下，西農(nóng)979產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，最高產(chǎn)量為中水高肥(W2N3)條件下的8 648.49 kg·hm-2，而隨著施氮量的增加，氮肥農(nóng)學(xué)效率逐漸下降，氮肥農(nóng)學(xué)效率最高為W2N2組合，其產(chǎn)量為7 944.14 kg·hm-2，與最高產(chǎn)相比減少8.87%，差異不顯著，但其農(nóng)學(xué)效率卻從11.57下降到最高產(chǎn)的8.16，降幅為41.79%，差異達(dá)到顯著性水平.因此，結(jié)合考慮到經(jīng)濟(jì)、土壤酸化和生態(tài)污染等因素，本試驗(yàn)認(rèn)為,以灌水量保持在田間持水量的60%左右，配合以150 kg·hm-2的施肥量，更有利于西農(nóng)979的高效生產(chǎn)；而以灌水量為田間持水量的60%，配合300 kg·hm-2的施肥量，更有利于達(dá)到高產(chǎn)的效果.

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