趙慶玲 林 文 任愛霞 張蓉蓉 李 蕾 孫 敏 高志強

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，030801，山西晉中）

冬小麥在冬季前和春季有2次分蘗盛期，冬前低位早蘗易成穗，是形成充足穗數(shù)的保證，春季分蘗在適宜水肥促進下也可成為有效分蘗，利于增加穗數(shù)，進而提高產(chǎn)量。施用氮肥可有效調(diào)節(jié)冬小麥的分蘗特性，尤其春季追氮能增加小麥的有效分蘗數(shù)[1]。關(guān)于氮肥追施時間和追施量對小麥產(chǎn)量形成的影響，前人進行了大量的研究。姜麗娜等[2]的研究表明，籽粒產(chǎn)量隨追氮時間不同產(chǎn)生明顯差異，拔節(jié)期較返青期追氮可提高分蘗率，增加成穗率，從而有效提高了產(chǎn)量。尹建義等[3]研究表明，拔節(jié)期和孕穗期追施氮肥，有利于協(xié)調(diào)群體與個體矛盾，提高成穗率，且能有效地促進小麥生育后期生長，提高成熟期地上部干物質(zhì)量，達到增加籽粒產(chǎn)量的目的。此外，拔節(jié)期追肥還能提高冬小麥的穗長，降低不結(jié)實小穗數(shù)，適當(dāng)增施氮肥能提高穗粒數(shù)[4]，但當(dāng)?shù)视昧窟_到一定水平時，繼續(xù)增加氮素，產(chǎn)量反而降低[5]。春季適期追肥除了能提高冬小麥成熟期穗數(shù)和穗部結(jié)實性狀，還可促進植株生長發(fā)育，影響葉片葉綠素含量[6-7]，提高光合作用，進而改善籽粒的灌漿進程，提高千粒重[8-9]。灌漿速率和灌漿持續(xù)時間是灌漿進程的2個重要參數(shù)。研究者認為，提高籽粒灌漿起始勢對冬小麥單粒重具有積極影響，粒重與籽粒灌漿速率呈正相關(guān)，與灌漿持續(xù)時間無顯著關(guān)系[10-11]，也有人認為粒重與灌漿中后期持續(xù)時間呈顯著正相關(guān)[12]。

以上研究主要圍繞特定追肥時期對最終的群體狀態(tài)及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響，如拔節(jié)期追肥。小麥生長中后期，分蘗開始出現(xiàn)兩級分化，有效分蘗迅速成穗，小分蘗逐漸衰亡，變?yōu)闊o效蘗，群體數(shù)量變化明顯[13]，因此追施氮肥可緩解氮素供需矛盾，減少分蘗的死亡，促進群體發(fā)育，為充足的有效穗數(shù)提供保證，同時能確保穗部性狀發(fā)育良好[14-15]。然而，小麥需要一定時間完成各生育時期，以拔節(jié)期為例，其持續(xù)時間從開始拔節(jié)一直延續(xù)到孕穗期。在這個過程中，群體結(jié)構(gòu)存在一個動態(tài)變化，在拔節(jié)期的不同時段追肥對群體動態(tài)變化和后期灌漿過程的影響不同。在山西省小麥主產(chǎn)區(qū)，氮肥投入時期不恰當(dāng)、投入量偏高等容易引發(fā)無效分蘗徒長，造成群體過大、養(yǎng)分利用率降低和后期貪青晚熟等問題[16]。因此本研究于山西省中部的水地冬小麥試驗田進行，在返青后不同時間追施氮肥，追蹤春季群體分蘗消長動態(tài)變化，確定追施氮肥的具體時間，并明確氮肥追施時間和追施量對冬小麥籽粒灌漿進程的影響，以期為冬小麥科學(xué)適時追肥的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)提供借鑒依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018-2019年在山西省太谷縣申奉村（112°30′E，37°25′N）進行。該地區(qū)年平均降水量446.2mm，降水季節(jié)分布不均，主要集中在7-9月份。該地屬典型暖溫帶大陸性氣候，季節(jié)變化明顯，年平均日照2567.9h，年平均氣溫10.1℃，無霜期159d。試驗地前茬作物是玉米，播前土壤（0～20cm）有機質(zhì)12.35g/kg，堿解氮56.85g/kg，速效磷10.3g/kg，速效鉀189.45g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

供試冬小麥品種為“中麥175”，由山西省太谷縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局提供。試驗采用二因素裂區(qū)設(shè)計，以追肥時間為主區(qū)，追肥量為副區(qū)，設(shè)返青后10d（2019年3月18日，D10）、25d（2019年4月2日，D25）和40d（2019年4月17日，D40）3個追肥時間以及 90（N90）、120（N120）和 150kg/hm2（N150）3個追肥水平。小區(qū)面積24m2（2m×12m），3次重復(fù)。于2018年10月23日采用寬幅條播施肥播種一體機播種，播量為225kg/hm2，行距25cm，基施氮均為100kg/hm2（復(fù)混肥，N:P:K=14:13:15），返青后追施氮肥（尿素）。每個處理灌水2次，灌水量60mm/次，越冬期統(tǒng)一灌水，返青后灌水時間和追肥時間一致，其他田間措施為常規(guī)管理。

1.3 測定指標(biāo)和方法

1.3.1 群體分蘗數(shù) 于小麥三葉期在每個小區(qū)內(nèi)選擇出苗均勻整齊的區(qū)域，確定面積為0.667m2的樣方調(diào)查各生育時期的群體分蘗數(shù)，并于返青期開始，每隔3d調(diào)查分蘗數(shù)直至開花期。

1.3.2 植株干物質(zhì)量 于小麥拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期分別取植株樣20株，其中拔節(jié)期和孕穗期取的樣品為整株樣品，開花期的植株分葉片、莖稈＋葉鞘和穗3部分，成熟期的植株分籽粒、葉片、莖稈＋葉鞘和穎殼＋穗軸4部分，將樣品清潔后于105℃殺青、70℃烘干至恒重，用于測定干物質(zhì)量。

1.3.3 灌漿速率 于小麥開花始期在各小區(qū)隨機選定同日開花且大小一致的900個穗，掛牌并注明日期，于開花當(dāng)天開始每5d取樣一次（每次20穗）直至成熟期，剝下籽粒烘干稱重并計算千粒重。

1.3.4 成熟期穗部性狀 于小麥成熟期在每個小區(qū)選取20株小麥，按常規(guī)方法測定穗長、單穗重、結(jié)實小穗數(shù)和不結(jié)實小穗數(shù)。

1.3.5 產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力 于小麥成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重，每小區(qū)取20株測定生物產(chǎn)量，收割0.667m2樣品計算經(jīng)濟產(chǎn)量。并根據(jù)以下公式計算氮肥偏生產(chǎn)力：氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=籽粒產(chǎn)量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）。

1.4 籽粒灌漿過程擬合

冬小麥粒重的灌漿進程呈“S”型，通常使用Richards方程對該“S”型曲線進行模擬，主要研究灌漿持續(xù)期和灌漿速率等參數(shù)對籽粒灌漿進程的影響[17-20]。

以開花后天數(shù)（t）為自變量，每次的千粒重（W）為因變量，用Richards方程對籽粒灌漿過程進行擬合[21]：

式中，G為灌漿結(jié)束時所能達到的最大千粒重，B、K、N為方程參數(shù)。

對Richards方程求一階導(dǎo)數(shù)得灌漿速率方程：

依據(jù)Richards模型導(dǎo)出以下次級灌漿特征參數(shù)，用于描述灌漿特征：

起始生長勢：

平均灌漿速率：

灌漿速率達最大時間：

最大灌漿速率：

生長速率方程P具有2個拐點，求其對t的2階導(dǎo)數(shù)，并令其為零，可得2個拐點在t坐標(biāo)上的值t1和t2，公式如下：

假定達到99%G為實際灌漿終止期t3，則

由此可確定，灌漿時間小于t1的階段為灌漿漸增期持續(xù)時間（T1）；t1-t2階段為灌漿快增期持續(xù)時間（T2）；≤t2-t3的階段為灌漿緩增期持續(xù)時間（T3），各階段籽粒增長的重量除以該階段灌漿持續(xù)天數(shù)，可分別得到各階段的平均灌漿速率R1、R2和R3。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SigmaPlot 10.0軟件進行數(shù)據(jù)處理及圖表繪制，采用DPS軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法對處理間差異進行多重比較（α＝0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 春季追肥對冬小麥群體分蘗數(shù)動態(tài)變化的影響

由圖1可知，返青后10d追肥提高了春季分蘗峰值，而返青后25d追肥提高了開花期分蘗數(shù)。返青后10d追肥條件下，隨氮肥增加，返青后30～60d的分蘗數(shù)增加；在返青后25d和40d追肥條件下，返青后50～60d分蘗數(shù)以N120最高。

圖1 春季追肥對冬小麥分蘗數(shù)動態(tài)變化的影響Fig.1 Effects of topdressing in spring on the dynamic changes of tiller number of winter wheat

由圖2可知，返青后10d追肥提高了返青－拔節(jié)期的分蘗增加速率，返青后25d追肥降低了拔節(jié)－孕穗期的分蘗消亡速率。在返青后10d追肥條件下，N150顯著降低了拔節(jié)－孕穗期的分蘗消亡速率；返青后25d追肥條件下，N120顯著降低了孕穗－開花期的分蘗消亡速率，而返青后40d追肥不同追氮量下分蘗變化速率無顯著差異?？梢姡登嗪?5d較其他時間追肥可降低春季分蘗消亡速率，且以N120處理獲得開花期最高群體分蘗數(shù)。

圖2 春季追肥對冬小麥群體分蘗變化速率的影響Fig.2 Effects of topdressing in spring on rate of group tiller changes of winter wheat

2.2 春季追肥對冬小麥籽粒灌漿特性的影響

2.2.1 對籽粒灌漿特征參數(shù)的影響 采用Richards方程對籽粒灌漿時間與千粒重的關(guān)系進行擬合，決定系數(shù)均介于0.990～0.999之間。籽粒起始生長勢（R0）是反映受精子房的生長潛力、胚乳細胞分裂周期和分裂速度的重要指標(biāo)之一。結(jié)果（表1）表明，返青后25d較其他時間追肥顯著提高了小麥籽粒的R0、Va和Vm，Tm提高了1%～20%。不同追氮時間條件下，N120均能提高冬小麥的Va和Vm?？梢?，返青后25d追氮量120kg/hm2可促使籽粒灌漿早啟動，相比于其他時間追肥能達到更高的灌漿速率。

表1 春季追肥對冬小麥籽粒灌漿參數(shù)的影響Table 1 Effects of topdressing in spring on grain filling parameters of winter wheat

2.2.2 對階段灌漿期灌漿特征參數(shù)的影響 根據(jù)Richards方程將小麥灌漿期分為漸增期、快增期和緩增期。由表2可知，返青后25d追肥顯著提高了灌漿漸增期的持續(xù)時間、快增期和緩增期的階段灌漿速率，尤其快增期和緩增期的階段灌漿速率分別提高了16%～46%和15%～44%，而返青后40d追肥顯著降低了漸增期的持續(xù)時間、快增期和緩增期的階段灌漿速率。不同追肥時間下，N120能提高灌漿快增期和緩增期的階段灌漿速率，N150能提高灌漿快增期和緩增期的持續(xù)時間?？梢?，返青后25d追肥有利于籽粒在灌漿前期充分灌漿，并提高中后期的階段灌漿速率，其中以追氮量120kg/hm2表現(xiàn)最好。

表2 春季追肥對冬小麥籽粒灌漿持續(xù)期和灌漿速率的影響Table 2 Effects of topdressing in spring on grain filling duration and filling rate of winter wheat

2.3 春季追肥對冬小麥成熟期穗部性狀的影響

由表3可知，返青后25d追肥顯著提高了穗長、單穗干重、結(jié)實小穗數(shù)和結(jié)實率，尤其單穗干重和麥結(jié)實小穗數(shù)分別提高了10%～16%和13%～27%。返青后10d追肥，隨追氮量增加，穗長、單穗干重、結(jié)實小穗數(shù)和結(jié)實率均增加；返青后25d和40d追肥，與其他處理相比，N120顯著提高了單穗干重、結(jié)實小穗數(shù)和結(jié)實率?？梢?，返青后25d追肥對冬小穗長、單穗干重、結(jié)實小穗數(shù)和結(jié)實率均有明顯的促進作用，其中追氮量120kg/hm2表現(xiàn)最好。

表3 春季追肥對冬小麥穗部性狀的影響Table 3 Effects of topdressing in spring on ear traits of winter wheat

2.4 春季追肥對冬小麥主要生育時期地上部干物質(zhì)量的影響

由圖3可知，返青后10d追肥提高了拔節(jié)期的植株干物質(zhì)量，返青后25d追肥提高了開花期和成熟期的植株干物質(zhì)量，而返青后40d追肥各生育時期植株干物質(zhì)量均最低。不同追肥時間條件下，N150對于提高冬小麥各生育時期植株干物質(zhì)量的影響最大。可見，返青后10d和25d追肥促進了拔節(jié)期后的植株干物質(zhì)積累，且隨追氮量增加，植株干物質(zhì)量增加。

圖3 春季追肥對冬小麥植株干物質(zhì)量的影響Fig.3 Effects of topdressing in spring on dry matter amount of winter wheat

2.5 春季追肥對冬小麥產(chǎn)量及氮效率的影響

由表4可知，返青后25d追肥顯著提高了產(chǎn)量構(gòu)成因素和氮肥偏生產(chǎn)力，提高穗數(shù)8%～11%，穗粒數(shù)7%～12%，千粒重3%～5%，氮肥偏生產(chǎn)力20%～32%。返青后10d追肥，追氮量增加，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素升高，氮肥偏生產(chǎn)力降低；返青后25d追肥，穗數(shù)、千粒重、產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力均以N120最高，且穗數(shù)、產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力達顯著水平；返青后40d追肥，穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量以N120最高，而氮肥偏生產(chǎn)力以N90最高?？梢?，追氮時間對產(chǎn)量構(gòu)成因素和氮素利用效率具有顯著影響，追肥量主要通過影響穗數(shù)而影響產(chǎn)量，最終以返青后25d追氮量120kg/hm2實現(xiàn)增產(chǎn)8%～30%，且提高了氮效率。

表4 春季追肥對冬小麥產(chǎn)量及氮效率的影響Table 4 Effects of topdressing in spring on yield and nitrogen efficiency of winter wheat

3 討論

3.1 春季追肥影響冬小麥群體構(gòu)建

通過合理群體動態(tài)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建最終實現(xiàn)高產(chǎn)，受播種密度、播種時期和肥水運籌等多種因素的影響[22-24]。分蘗是小麥的重要生物學(xué)特性，小麥對環(huán)境的適應(yīng)及小麥群體的自動調(diào)節(jié)，很大程度上是通過分蘗消長實現(xiàn)的。小麥分蘗的數(shù)量和成穗率取決于合理的栽培措施下個體發(fā)育的健壯程度，而分蘗成穗率又在一定程度上決定著群體結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣和經(jīng)濟產(chǎn)量的高低[25]。不同時期追肥可改善群體結(jié)構(gòu)[25-27]。李斌等[26]研究認為，追氮時間和追氮量影響小麥群體發(fā)展，追肥過早不利于控制群體，追氮時間后移可以有效控制群體發(fā)展，實現(xiàn)產(chǎn)量進一步提高。聶衛(wèi)滔[27]、李友軍等[28]和趙士誠等[29]研究表明，拔節(jié)期追肥，可改善小麥的群體結(jié)構(gòu)，減少無效分蘗，提高有效穗數(shù)，對成穗率有積極影響，穗粒數(shù)及千粒重明顯增加，最終提高了產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，返青后25d追氮120kg/hm2顯著提高了冬小麥開花期的分蘗數(shù)，主要是因為孕穗期－開花期的分蘗消亡速率顯著下降，保證了足夠的群體分蘗數(shù)，因此提高了有效穗數(shù)，同時提高了冬小麥的穗長、穗粒數(shù)和單穗干重，因此對冬小麥穗部性狀有積極影響，最終既保證了群體數(shù)量，又提高了個體質(zhì)量，達到了協(xié)調(diào)群體和個體生長的目的，提高了冬小麥的產(chǎn)量。返青后10d追肥，由于后期氮素供應(yīng)不足，導(dǎo)致孕穗期－開花期分蘗消亡加快，有效穗數(shù)減少；返青后40d追肥，由于前期氮素供應(yīng)不足，加速了拔節(jié)期－孕穗期分蘗的消亡，因此均降低了開花期的分蘗數(shù)，降低了有效穗數(shù)。

3.2 春季追肥影響冬小麥籽粒灌漿進程

灌漿是影響小麥產(chǎn)量的重要因素，小麥籽粒的灌漿特性是衡量灌漿過程的關(guān)鍵指標(biāo)，其灌漿速率和灌漿持續(xù)期決定了籽粒的大小和質(zhì)量[30]。已有研究表明，籽粒灌漿速率決定千粒重[31]；另有研究表明，粒重與籽粒灌漿持續(xù)時間呈正相關(guān)[32]；但也有研究認為，粒重由兩者共同決定[33]。本研究認為，返青后25d追氮提高了籽粒灌漿的起始生長勢，可促進籽粒灌漿早啟動，加快胚乳細胞的分裂速度，灌漿速率加快，尤其灌漿快增期和緩增期的速率顯著提高，同時提高了灌漿漸增期的持續(xù)時間和達最大灌漿速率的時間，說明返青后25d追肥有助于發(fā)揮籽粒的灌漿潛能，在灌漿漸增期為快增期和緩增期的灌漿做了充分準備，因此獲得了更高的灌漿速率，最終提高了粒重；返青后40d追肥降低了灌漿漸增期持續(xù)時間，縮短了籽粒達最大灌漿速率的時間，籽粒灌漿不充分，千粒重降低。郭天財?shù)萚34]認為，縮短籽粒達最大灌漿速率的時間，有利于提高灌漿速率，這與本研究結(jié)果存在差異。關(guān)于灌漿進程指標(biāo)與粒重相關(guān)性的研究在不同的試驗條件下結(jié)果不一致，原因還有待進一步研究。

3.3 春季追肥影響冬小麥氮利用效率

返青后25d追肥能在春季分蘗由營養(yǎng)生長進入生殖生長時有效控制群體分蘗的消亡，合理分配氮素的供給，因此在保證高穗數(shù)群體的同時還能促進籽粒的灌漿，改善穗部性狀，從而提高產(chǎn)量；返青后10d追肥，由于促進了春季分蘗的大量發(fā)生，造成營養(yǎng)生長消耗過多氮素，在進入生殖生長時氮素供應(yīng)不足，因而春季分蘗成穗率低，穗部性狀發(fā)育不完善；返青后40d追肥，由于營養(yǎng)生長階段氮素供應(yīng)不足，因此群體分蘗數(shù)減少，不利于穗數(shù)的形成，且返青后40d已進入孕穗期，此時追肥造成氮素過盛，氮肥利用效率降低，不利于高產(chǎn)群體的構(gòu)建。

4 結(jié)論

在與本試驗地氣候及土壤條件相似的水地麥區(qū)，返青后25d追肥雖不利于提高冬小麥春季分蘗峰值，但可有效調(diào)控分蘗的兩極分化，增加開花期分蘗數(shù)，提高有效穗數(shù)；返青后25d追肥可通過提高籽粒灌漿起始生長勢和達最大灌漿速率時間，增加了灌漿快增期和緩增期的灌漿速率，提高了平均灌漿速率和最大灌漿速率，進而提高了粒重；因此，返青后25d追氮120kg/hm2有利于控制冬小麥春季分蘗消亡，合理分配氮素供給，促進籽粒充分灌漿，從而構(gòu)建合理群體，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。