謝迎新，謝旭東，白雪瑩，周國(guó)勤，馬冬云，王晨陽

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，小麥玉米作物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家小麥工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450002；2.信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 信陽 464000)

適宜的群體結(jié)構(gòu)是小麥實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)[1-2]。于振文等[3]研究指出，在合理群體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，提高小麥開花至成熟階段的干物質(zhì)積累和分配是實(shí)現(xiàn)黃淮麥區(qū)小麥高產(chǎn)向超高產(chǎn)發(fā)展的主要限制因素。Li等[4]認(rèn)為，提高長(zhǎng)江三角洲地區(qū)小麥產(chǎn)量應(yīng)從增加穗粒數(shù)、提高成穗率以及花前在莖稈中貯存更多的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物等方向著手。訾妍等[5]研究也認(rèn)為，提高小麥群體的生產(chǎn)能力，增加開花期和花后干物質(zhì)積累量是實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量達(dá)9 000 kg/hm2的重要保證。因此，提高花后同化物向籽粒的貢獻(xiàn)率，獲得最適孕穗期葉面積指數(shù)(LAI)和開花期干物質(zhì)積累量，在適宜穗數(shù)范圍內(nèi)提高成穗率，是實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵，也是反映小麥高產(chǎn)群體質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)[6-9]。

隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，近年來黃淮流域稻茬小麥種植面積在不斷增加。然而，由于稻茬麥區(qū)常年稻麥輪作造成耕作層淺、土質(zhì)黏重、土壤耕性差、適耕期短，加之降水時(shí)空分布不均，漬害、病蟲害等危害程度較重，以及田間管理粗放等問題，導(dǎo)致該區(qū)小麥產(chǎn)量長(zhǎng)期低而不穩(wěn)，已成為我國(guó)當(dāng)前重要的中低產(chǎn)田麥區(qū)之一。而作為黃淮流域重要的稻茬麥區(qū)—豫南稻茬麥區(qū)當(dāng)前普遍存在重稻輕麥和氮肥施用不合理現(xiàn)象，嚴(yán)重制約該區(qū)糧食綜合能力快速提升，導(dǎo)致該區(qū)小麥平均產(chǎn)量常年僅維持在4 500 kg/hm2左右[10]。

其中，優(yōu)化栽培是提高小麥產(chǎn)量的重要途徑，構(gòu)建適宜的群體結(jié)構(gòu)是小麥實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，而氮肥施用在提高小麥產(chǎn)量和改善品質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用[11-12]。 為此，通過在河南南部信陽稻茬麥區(qū)布置不同氮肥用量對(duì)小麥主要生育期群體質(zhì)量和產(chǎn)量影響的試驗(yàn)，調(diào)查分析不同小麥產(chǎn)量水平下的群體莖蘗數(shù)、LAI、干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)、總結(jié)實(shí)粒數(shù)與粒葉比特征及其籽粒產(chǎn)量的關(guān)系，以期為豫南稻茬小麥氮肥合理施用與精確定量栽培管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于 2014-2015年在河南省信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地(32.10°E，114.06°N)進(jìn)行。試驗(yàn)田前茬為水稻，土壤為砂姜黑土，中等土壤肥力，播前0～20 cm基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為全氮(N) 0.79 g/kg，有機(jī)質(zhì) 14.50 g/kg，有效磷(P2O5) 8.71 mg/kg， 速效鉀(K2O) 82.7 mg/kg， pH值 6.05。

試驗(yàn)采用品種和氮肥兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，其中，主區(qū)為小麥品種，供試品種是國(guó)審小麥品種揚(yáng)麥15和蘭考198，副區(qū)為施氮(純氮)處理，設(shè) N0(0 kg/hm2)、N150(150 kg/hm2)和 N225(225 kg/hm2)3個(gè)供氮水平。于2014 年10月 20日采用機(jī)械條播方式按照播量 150 kg/hm2進(jìn)行等行距播種(行距20 cm)。試驗(yàn)小區(qū)面積為 3 m×4 m， 3 次重復(fù)。分別選用尿素(N 46%)、普通過磷酸鈣(P2O515%)和氯化鉀(K2O 60%)作為供試用氮磷鉀肥源，其中，N肥60%、全部磷、鉀肥(P2O5150 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2)在小麥播種時(shí)作為基肥施用，剩余40% N肥在小麥起身-拔節(jié)期追施，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)大田栽培。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

莖蘗動(dòng)態(tài)：在小麥主要生育時(shí)期(越冬期、返青期、拔節(jié)期、開花期、成熟期)，根據(jù)在小麥三葉期各處理選取均勻一致的1 m雙行定苗樣點(diǎn)調(diào)查小麥群體莖蘗動(dòng)態(tài)變化情況。

LAI：與小麥莖蘗動(dòng)態(tài)調(diào)查同步，在小麥主要生育時(shí)期各處理隨機(jī)選取10株生長(zhǎng)一致的植株，采用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)定LAI。

干物質(zhì)積累：與小麥莖蘗動(dòng)態(tài)調(diào)查同步，樣品按器官分開，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒重計(jì)算干物質(zhì)積累。

成熟期調(diào)查各小區(qū)穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量，試驗(yàn)處理全部收獲計(jì)產(chǎn)，并折算成籽粒含水量13%時(shí)的籽粒產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Office 2010和 SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

表1表明，氮肥施用可顯著提高揚(yáng)麥15和蘭考198小麥品種籽粒產(chǎn)量，具體表現(xiàn)為N225>N150>N0。相同施氮水平下，蘭考198籽粒產(chǎn)量顯著高于揚(yáng)麥15，表明蘭考198相對(duì)較適宜于在該區(qū)種植，具有較高的增產(chǎn)潛力。通過對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素分析發(fā)現(xiàn)，增施氮肥提高小麥產(chǎn)量主要是通過增加單位面積成穗數(shù)和穗粒數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，而對(duì)千粒質(zhì)量影響相對(duì)較小。調(diào)查分析表明，該區(qū)域小麥單產(chǎn)達(dá)6 000 kg時(shí)產(chǎn)量構(gòu)成應(yīng)達(dá)到成穗數(shù)490萬～620萬穗/hm2、穗粒數(shù)742粒及千粒質(zhì)量737 g。

表1 不同氮處理小麥產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成Tab.1 Grain yield and its components of winter wheat under different nitrogen levels

注：同一列數(shù)據(jù)后不同字母代表數(shù)據(jù)間差異達(dá)5%顯著水平。表2-3同。

Note:Different letters after values in same column indicate significant difference among treatments at 5% level. The same as Tab.2-3.

2.2 氮肥施用對(duì)小麥群體動(dòng)態(tài)變化的影響

圖1可知，氮肥施用可明顯提高小麥群體莖蘗數(shù)，尤其是在小麥起身期之后，具體表現(xiàn)為N225>N150>N0。該研究結(jié)果表明，氮素營(yíng)養(yǎng)仍是當(dāng)前影響豫南稻茬麥區(qū)小麥成穗數(shù)的最重要因素之一，這與產(chǎn)量結(jié)果趨勢(shì)一致。在整個(gè)生育時(shí)期內(nèi)，2個(gè)小麥品種施氮處理群體莖蘗數(shù)均呈先升高后降低趨勢(shì)，其中，揚(yáng)麥 15在拔節(jié)期達(dá)到最大值，蘭考198在起身期達(dá)到最大值，這可能主要與2個(gè)品種特性存在差異有關(guān)。

通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在本試驗(yàn)條件下，結(jié)合豫南稻茬麥區(qū)生產(chǎn)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2應(yīng)達(dá)到以下群體莖蘗指標(biāo)：最終成穗數(shù)為560萬～620萬穗/hm2，起身期莖蘗數(shù)為680萬～780萬穗/hm2，拔節(jié)期為660萬～720萬穗/hm2。

2.3 氮肥施用對(duì)小麥LAI變化的影響

圖2表明，越冬期至開花期，2個(gè)品種LAI均呈逐漸增加趨勢(shì)，其中，蘭考198的LAI值均高于揚(yáng)麥15。氮肥施用對(duì)小麥群體LAI有重要影響，施氮有利于提高小麥群體LAI，各生育時(shí)期均表現(xiàn)為N225>N150>N0。結(jié)合產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，本試驗(yàn)下，6 000 kg/hm2產(chǎn)量水平適宜LAI指標(biāo)為：越冬期0.89～1.30，起身期2.89～3.20，拔節(jié)期4.08～5.60，開花期6.09～7.61。因此，在小麥關(guān)鍵生育期，可根據(jù)小麥群體LAI值進(jìn)行精確定量栽培管理，低于正常值時(shí)需要及早進(jìn)行水肥等田間管理。

WS.越冬期；SS.起身期；JS.拔節(jié)期；AS.開花期；MS.成熟期。圖2同。WS.Overwintering stage； SS.Erecting stage； JS.Jointing stage； AS.Anthesis stage； MS.Maturity stage.The same as Fig.2.

圖2 不同氮處理小麥LAI動(dòng)態(tài)Fig.2 Dynamics of leaf area index of wheat under different nitrogen levels

2.4 氮肥施用對(duì)小麥干物質(zhì)積累變化的影響

由表 2可以看出，在豫南稻茬麥區(qū)，兩小麥品種群體干物質(zhì)積累(DMA)均隨生育進(jìn)程推進(jìn)逐漸升高，且在成熟期干物質(zhì)積累達(dá)到最高，相同生育期內(nèi)以蘭考198 小麥品種干物質(zhì)積累相對(duì)較高。施氮可顯著提高小麥干物質(zhì)積累，具體表現(xiàn)為N225>N150>N0。在本試驗(yàn)條件下，結(jié)合豫南稻茬麥區(qū)生產(chǎn)實(shí)際，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2左右水平群體干物質(zhì)積累需達(dá)到以下要求：越冬期、起身期、拔節(jié)期、開花期和成熟期分別為521～717 kg/hm2，3 693～4 244 kg/hm2，6 665～9 683 kg/hm2，13 025～16 568 kg/hm2，20 888～24 090 kg/hm2。

表2 不同氮處理的小麥群體干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)Tab.2 Dynamics of dry matter accumulation of wheat under different nitrogen levels

2.5 氮肥施用對(duì)小麥結(jié)實(shí)粒數(shù)的影響

由表3可知，與不施氮處理相比，施氮處理(N150、N225)可顯著增加小麥結(jié)實(shí)粒數(shù)，且高氮處理(N225)蘭考198結(jié)實(shí)粒數(shù)均高于揚(yáng)麥15，蘭考198品種N150和N225處理間差異達(dá)顯著水平，但揚(yáng)麥15品種N150和N225處理間無明顯差異，表明通過增加氮肥提高結(jié)實(shí)粒數(shù)進(jìn)而起到增加籽粒產(chǎn)量的途徑存在品種間差異。

相關(guān)分析表明，2個(gè)小麥品種籽粒產(chǎn)量(y， kg/hm2)與最終結(jié)實(shí)粒數(shù)(x， 106粒/hm2)呈極顯著線性關(guān)系，其回歸方分別為y揚(yáng)麥15=26.29x+587.05(R2=0.895 5**)和y蘭考198=25.187x+1 076 (R2=0.826 7**)。

綜合分析認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2左右水平，結(jié)實(shí)粒數(shù)應(yīng)在192×106粒/hm2以上，且在本試驗(yàn)條件下，氮肥施用對(duì)增加蘭考198結(jié)實(shí)粒數(shù)效果相對(duì)更加明顯，表明該品種更能適應(yīng)高肥力(高氮)麥田，在當(dāng)?shù)鼐哂邢鄬?duì)較高的增產(chǎn)潛力。

表3 不同氮處理小麥粒葉比及總結(jié)實(shí)粒數(shù)

2.6 氮肥施用對(duì)小麥小麥粒葉比特征的影響

由表3可知，氮肥施用均可提高2個(gè)小麥品種的粒重葉比，揚(yáng)麥 15表現(xiàn)為先增加后降低趨勢(shì)，蘭考198則表現(xiàn)為持續(xù)增加趨勢(shì)，但蘭考198的N150與N225處理間無明顯差異。在同一氮肥水平下，蘭考198具有適宜的粒數(shù)葉比和相對(duì)較高的粒質(zhì)量葉比。進(jìn)一步分析可知，在本試驗(yàn)條件下，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2左右水平，開花期和成熟期粒數(shù)葉比和粒重葉比分別應(yīng)高于0.38粒/cm2和9.45 mg/cm2。

3 結(jié)論與討論

有關(guān)小麥高產(chǎn)群體特征和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)已有諸多報(bào)道。于振文等[3]提出黃淮麥區(qū)首先要選用具有較高生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)潛力的品種，然后通過栽培措施協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系，使生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)同步提高，從而獲得超高產(chǎn)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。丁錦峰等[13]研究認(rèn)為，淮南地區(qū)揚(yáng)麥20達(dá)到9 000 kg/hm2產(chǎn)量水平的栽培技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是在獲得適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上主攻穗粒數(shù)與粒重。盧百關(guān)等[14]提出，黃淮地區(qū)稻茬小麥超高產(chǎn)9 000 kg/hm2群體產(chǎn)量結(jié)構(gòu)為單位面積穗數(shù)>700×104/hm2、每穗>32粒及千粒質(zhì)量>42 g。湯永祿等[15]通過對(duì)四川盆地9 000 kg/hm2以上超高產(chǎn)小麥品種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)研究認(rèn)為，4個(gè)環(huán)境下平均產(chǎn)量達(dá)9 338 kg/hm2的超高產(chǎn)品種的穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒數(shù)和千粒質(zhì)量分別達(dá)4.49×106穗/hm2，42.3，18 825粒/m2，47.8 g，且較對(duì)照分別高8.2%，10.7%，18.3%，0.6%。王紅光等[16]通過對(duì)河北冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)研究認(rèn)為，8.00×106穗/hm2、穗粒數(shù)30～35 粒、千粒質(zhì)量43 g 以上、成熟期干物質(zhì)積累量22 000 kg/hm2以及收獲指數(shù)0.46為河北省10 000 kg/hm2以上超高產(chǎn)小麥比較理想的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)和調(diào)控指標(biāo)。本試驗(yàn)針對(duì)豫南稻茬小麥常年平均產(chǎn)量徘徊在4 500 kg/hm2左右的現(xiàn)狀[10]，初步研究認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2需達(dá)到成穗數(shù)4.90×106～6.20×106穗/hm2、單穗平均穗粒數(shù)>42粒以及千粒質(zhì)量>37 g的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，且以弱春性小麥品種蘭考198更適宜于該區(qū)高產(chǎn)種植，該研究結(jié)果與其他稻茬麥區(qū)研究結(jié)果相比略有差異，可能主要與本試驗(yàn)所處的氣候條件以及選用小麥品種有關(guān)。

關(guān)于小麥高產(chǎn)群體的質(zhì)量指標(biāo)，前人也做了諸多研究[5，17-20]。訾妍等[5]研究認(rèn)為，揚(yáng)糯麥1號(hào)8 000 kg/hm2以上高產(chǎn)群體孕穗期和乳熟期最適LAI分別為6.2～6.5和3.2～4.0，拔節(jié)期最適莖蘗數(shù)為穗數(shù)的2.3～2.5倍，莖蘗成穗率為44%～49%，分蘗成穗率為25%～33%，開花期和花后干物質(zhì)積累量分別為10 000～11 600 kg/hm2和5 900 kg/hm2以上，適宜粒數(shù)葉比和粒重葉比達(dá)0.36和12.40以上。于經(jīng)川等[17]通過2年對(duì)20多個(gè)小麥品種(系)粒葉比、粒重比與產(chǎn)量的關(guān)系分析認(rèn)為，粒數(shù)葉比、粒重葉比等指標(biāo)可作為高產(chǎn)育種的重要篩選指標(biāo)。吳中偉等[18]對(duì)四川丘陵區(qū)機(jī)播套作小麥研究認(rèn)為，產(chǎn)量達(dá)4 800 kg/hm2的LAI孕穗期4.68, 灌漿期2.11, 花后干物質(zhì)積累量3 201.2 kg/hm2, 粒葉比11.501 mg/cm2。徐月明[20]通過對(duì)揚(yáng)州地區(qū)弱筋小麥揚(yáng)麥15研究認(rèn)為，產(chǎn)量>7 500 kg/hm2的 LAI動(dòng)態(tài)指標(biāo)為越冬始期約0.9, 拔節(jié)期約3.0, 孕穗期出現(xiàn)最大值7.0, 開花期為4.5～5.0。此外，凌啟鴻[1]也總結(jié)了江淮流域小麥達(dá)7 500 kg/hm2產(chǎn)量水平時(shí)小麥主要生育時(shí)期相關(guān)最適LAI指標(biāo)。上述研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)當(dāng)?shù)匦←溇_定量高產(chǎn)栽培具有實(shí)踐意義，但針對(duì)豫南稻茬小麥的本土化研究則相對(duì)較少。

本研究在3個(gè)施氮水平下對(duì)豫南稻茬小麥達(dá)到6 000 kg/hm2產(chǎn)量水平群體質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，認(rèn)為，在主要生育時(shí)期同一氮肥處理下，蘭考198 品種LAI、干物質(zhì)積累、粒葉比、結(jié)實(shí)粒數(shù)均相對(duì)較高，這可能是導(dǎo)致蘭考198產(chǎn)量相對(duì)較高的主要原因。進(jìn)一步分析認(rèn)為，在當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域小麥產(chǎn)量6 000 kg/hm2需達(dá)到以下群體質(zhì)量指標(biāo)：起身期最適莖蘗數(shù)為680萬～780萬穗，在起身期、拔節(jié)和開花期最適宜LAI值分別為2.89～3.20，4.08～5.60，6.09～7.61；開花期干物質(zhì)積累量為13 025～16 568 kg/hm2，成熟期干物質(zhì)積累量為20 888 ～24 090 kg/hm2，結(jié)實(shí)粒數(shù)在192×106粒/hm2以上，適宜粒數(shù)葉比和粒重葉比在0.38粒/cm2和9.45 mg/cm2以上。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，初步認(rèn)為，蘭考198更適宜豫南稻茬麥區(qū)種植，且實(shí)現(xiàn)甚至超過小麥6 000 kg/hm2產(chǎn)量除了滿足土壤肥力和在主要生育期達(dá)到適宜群體質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)外，全生育期施氮量應(yīng)在225 kg/hm2左右。

關(guān)于豫南稻茬麥區(qū)小麥產(chǎn)量超過7 500 kg/hm2時(shí)的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)以及群體質(zhì)量指標(biāo)還有待進(jìn)一步深入研究。