余 夢(mèng)，谷曉博，李援農(nóng)，陳朋朋，楊金宇，李昱鵬

（西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院/旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，世界人口消耗的能量和蛋白質(zhì)中20%來(lái)自于小麥[1]。21 世紀(jì)，氣候變暖給世界糧食安全帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)[2?4]。因此，積極應(yīng)對(duì)氣候變化，實(shí)現(xiàn)我國(guó)冬小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是當(dāng)前的重要任務(wù)。前人研究發(fā)現(xiàn)，適宜的生態(tài)環(huán)境條件和科學(xué)的耕作栽培技術(shù)可以提高冬小麥產(chǎn)量[5]。氣候變暖導(dǎo)致積溫增加，會(huì)影響冬小麥出苗，縮短冬小麥生育期，從而降低產(chǎn)量[6]；而拔節(jié)期—抽穗期增溫會(huì)顯著降低春小麥產(chǎn)量[7]。早播可提高土壤含水率，而晚播則相反，但影響均不顯著[8]；適期播種可以減少積溫[9]，改善冬小麥群體結(jié)構(gòu)[10]，提高籽粒灌漿速率、縮短最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間[11]，提高冬小麥產(chǎn)量[12?14]和品質(zhì)[14]。因此，可以通過(guò)調(diào)整播期使冬小麥生育期內(nèi)日平均氣溫更接近日最適溫度，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[15]。我國(guó)西北地區(qū)降雨主要分布在7—10月，玉米收獲不及時(shí)和冬小麥正常播期遭遇連續(xù)降雨天氣，都會(huì)影響冬小麥正常播種。因此，明確推遲播期對(duì)冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響很重要。

地膜覆蓋具有減少土壤水分蒸發(fā)[16?17]、促進(jìn)作物前期根系生長(zhǎng)[18]、提高作物品質(zhì)[19?20]等作用，是我國(guó)干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要措施。與平作不覆膜相比，壟溝覆膜種植能夠有效減少土壤水分蒸發(fā)[21?22]，有利于種子萌發(fā)，增加冬小麥株高、葉面積指數(shù)[23]，顯著提高冬小麥植株地上部干質(zhì)量[24]、氮素積累量和氮素利用率[25?26]，從而提高產(chǎn)量[27?28]。但是，覆膜在增加土壤含水率的同時(shí)也會(huì)增加土壤溫度，這對(duì)冬小麥生育后期的生長(zhǎng)發(fā)育具有負(fù)面影響。因此，可以嘗試采用調(diào)整冬小麥播期和改變種植模式相結(jié)合的方式來(lái)協(xié)調(diào)二者的關(guān)系，目前關(guān)于這方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。為此，通過(guò)大田試驗(yàn)，研究不同播期和種植模式對(duì)冬小麥氮轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的影響，為適當(dāng)安排播期以應(yīng)對(duì)農(nóng)時(shí)過(guò)緊、秋雨延遲以及氣候變化，實(shí)現(xiàn)我國(guó)冬小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018 年10 月—2019 年6 月在西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室灌溉試驗(yàn)站(108°24′E、34°20′N)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬于干旱半干旱大陸性氣候，海拔521 m，年均日照時(shí)間2 163.8 h，全年無(wú)霜期210 d，年均氣溫13 ℃，年均降雨量632 mm，年均蒸發(fā)量1 510 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤以壤土為主，土壤平均干容重為1.42 g/cm3，0～30 cm 土層土壤含有機(jī)質(zhì)11.26 g/kg、硝態(tài)氮69.05 mg/kg、速效磷23.3 mg/kg、速效鉀88.48 mg/kg。試驗(yàn)期間作物生長(zhǎng)季的氣象條件見(jiàn)圖1。

供試小麥品種為小偃22號(hào)，由陜西潤(rùn)農(nóng)種業(yè)有限責(zé)任公司提供。供試肥料為尿素（含N≥46.4%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O5≥16.0%）、硫酸鉀（含K2O≥51.0%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)播期，分別為10 月14 日（D0）、10 月21 日（D1）、10 月28 日（D2）；設(shè)3 種種植模式，分別為壟溝全覆膜（RM）、平作全覆膜（FM）、平作不覆膜（NM）。試驗(yàn)小區(qū)面積20 m2（5 m×4 m），設(shè)3 次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，壟高30 cm，壟寬和溝寬分別為40 cm 和60 cm。小麥播種量為137.5 kg/hm2，種植行距為20 cm，均為南北行向。肥料基施量采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量，施N 180 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，生育期中噴灑1次殺蟲(chóng)藥。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植株各器官干質(zhì)量及氮含量 在冬小麥拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期，從各小區(qū)隨機(jī)選取10 株代表性植株，分為莖、葉片2個(gè)部分（成熟期分為莖、葉片、穗3 個(gè)部分），分別裝入紙袋中，置于烘箱內(nèi)于105 ℃下殺青30 min，然后75 ℃烘至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量。將烘干后的植株樣品粉碎過(guò)孔徑0.6 mm 篩，采用H2SO4-H2O2法消解并用Auto-Analyzer 3 型連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國(guó)）測(cè)定氮質(zhì)量濃度。

各器官氮素積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率等指標(biāo)計(jì)算方法[29]如下：

式中：NA表示各器官氮素積累量，V表示樣品溶液體積，M表示樣品干質(zhì)量，DM 表示各器官干質(zhì)量，NA花表示開(kāi)花期各器官氮素積累量，NA熟表示成熟期各器官氮素積累量，NA籽表示成熟期籽粒氮素積累量，NTR表示氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率，GCR表示氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期，在各小區(qū)選取1 m×1 m 的區(qū)域進(jìn)行人工收割，測(cè)定有效穗數(shù)、穗粒數(shù)，風(fēng)干后脫粒測(cè)千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析與作圖

采用Excel 2016 和SPSS 20.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行方差分析，采用Duncan’s 新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析，采用Origin 8.5 軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期和種植模式對(duì)冬小麥各器官干質(zhì)量的影響

方差分析結(jié)果（表1）顯示，種植模式對(duì)冬小麥各時(shí)期葉片、莖和成熟期穗的干質(zhì)量的影響均達(dá)到顯著水平，而播期和兩者的交互作用對(duì)拔節(jié)期和開(kāi)花期葉片和莖的干質(zhì)量以及成熟期穗的干質(zhì)量的影響均達(dá)到極顯著水平，對(duì)成熟期葉片和莖的干質(zhì)量的影響均不顯著。

由表1 可知，同一種植模式下，拔節(jié)期，冬小麥葉片和莖的干質(zhì)量總體上隨著播期推遲逐漸降低。與D0 處理相比，D1 處理葉片和莖的干質(zhì)量分別減少26.2%和2.8%，D2處理葉片和莖的干質(zhì)量分別減少43.3%和33.3%。開(kāi)花期,D1 處理葉片和莖的干質(zhì)量總體上略高于D0處理并顯著高于D2處理。與D0 處理相比，D1 處理葉片和莖的干質(zhì)量分別提高2.0%和2.6%。成熟期，穗干質(zhì)量隨著播期推遲顯著減少，與D0 處理相比，D1 和D2 處理穗的干質(zhì)量分別減少0.8%和13.9%。

表1 不同處理冬小麥各器官干質(zhì)量g/株Tab.1 Dry matter weight of each organ of winter wheat under different treatmentsg/plant

由表1 可知，同一播期下，拔節(jié)期，冬小麥葉片和莖的干質(zhì)量總體表現(xiàn)為FM>RM>NM；與NM 處理相比，F(xiàn)M處理葉片和莖的干質(zhì)量分別增加33.7%和97.7%，RM處理莖的干質(zhì)量提高44.2%。在開(kāi)花期，RM 和FM 處理葉片和莖的干質(zhì)量總體上均顯著高于NM 處理，以RM 處理最高；與NM 處理相比，RM處理葉片和莖的干質(zhì)量分別增加54.3%和33.4%，F(xiàn)M 處理葉片和莖的干質(zhì)量分別增加33.9% 和20.3%。成熟期，RM 和FM 處理葉片和莖的干質(zhì)量均顯著高于NM 處理。與NM 處理相比，RM 處理葉片和莖的干質(zhì)量分別增加16.1%和50.7%，F(xiàn)M 處理葉片和莖的干質(zhì)量分別增加12.5%和42.3%。因此，同一播期下RM和FM處理有利于冬小麥干質(zhì)量積累。

由表1 可知，種植模式和播期交互作用下，與NMD0處理相比，RMD1處理和FMD1處理可以減弱或抵消推遲播期帶來(lái)的不利影響。其中，RMD1 處理開(kāi)花期葉片、莖的干質(zhì)量分別顯著提高44.8%、38.5%，成熟期葉片、莖、穗的干質(zhì)量分別顯著提高17.2%、46.7%、37.86%；FM 處理開(kāi)花期葉片、莖的干質(zhì)量分別顯著提高40.3%、34.1%，成熟期葉片、莖、穗的干質(zhì)量分別顯著提高12.5%、34.7%、27.2%。

2.2 播期和種植模式對(duì)冬小麥各器官氮素積累的影響

播期和種植模式及二者交互作用對(duì)冬小麥各時(shí)期各器官的氮素積累量的影響均達(dá)到極顯著水平（表2）。推遲播期顯著降低拔節(jié)期FM 和NM 處理冬小麥葉片氮素積累量；而拔節(jié)期、開(kāi)花期、成熟期RM 處理，開(kāi)花期、成熟期FM 處理葉片氮素積累量均隨著播期推遲呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)；開(kāi)花期、成熟期NM 處理葉片氮素積累量隨著播期推遲呈先降低后增加的趨勢(shì)。開(kāi)花期D1和D2處理的葉片氮素積累量分別較D0 處理提高28.4%和16.8%，成熟期分別較D0 處理提高20.8%和13.2%。推遲播期后，總體上各個(gè)時(shí)期莖和穗的氮素積累量均降低。與D0處理相比，拔節(jié)期D1和D2處理莖氮素積累量分別降低6.7%和41.1%，開(kāi)花期D1 和D2 處理莖氮素積累量分別降低4.7%和18.3%，成熟期D1和D2 處理莖氮素積累量分別降低6.4%和45.8%；成熟期D1 和D2 處理穗氮素積累量分別降低13.2%和30.0%。綜上，D1 處理莖氮素積累量較D0 處理降低較少。

由表2 可知，同一播期下，與NM 處理相比，RM處理總體上提高了各時(shí)期冬小麥葉片氮素積累量，拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期分別提高8.5%、21.2%和23.2%；FM 處理總體上提高了拔節(jié)期冬小麥葉片氮素積累量（25.9%），降低了開(kāi)花期和成熟期的葉片氮素積累量（3.7%和6.2%）。與NM 處理相比，RM和FM 處理總體上提高了拔節(jié)期和開(kāi)花期莖的氮素積累量，拔節(jié)期分別提高50.5%和105.7%，開(kāi)花期分別提高3.7%和18.7%；而RM 處理總體上降低了成熟期莖的氮素積累量（21.8%）。與NM 處理相比，RM 與FM 處理穗的氮素積累量總體上分別提高了43.7%和10.1%。說(shuō)明RM 和FM 處理促進(jìn)葉片和莖的氮素積累作用不同，但都提高了穗的氮素積累量，有利于提高產(chǎn)量。

表2 不同處理冬小麥各器官氮素積累量g/株Tab.2 Nitrogen accumulation of each organ of winter wheat under different treatmentsg/plant

由表2 可知，種植模式和播期交互作用下，與NMD0 處理相比，RMD1 處理顯著提高了各時(shí)期葉片、莖（除成熟期外）和穗的氮素積累量。其中，RMD1處理拔節(jié)期葉片和莖的氮素積累量分別提高了15.9%和260.0%，開(kāi)花期分別提高了57.1%和5.2%,成熟期葉片和穗的氮素積累量分別提高了49.9%和45.0%。與NMD0 處理相比，F(xiàn)MD1 處理顯著提高了拔節(jié)期莖、開(kāi)花期葉片及成熟期葉片、莖、穗的氮素積累量。其中，F(xiàn)MD1 處理成熟期葉片、莖和穗的氮素積累量分別提高了23.4%、21.0%和5.5%。

2.3 播期和種植模式對(duì)冬小麥各營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

播期和種植模式及二者交互作用對(duì)冬小麥莖的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平（表3），而種植模式對(duì)葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率的影響不顯著。

表3 不同處理冬小麥各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率Tab.3 Nitrogen transport rate and contribution rate of nitrogen to grain of each organ of winter wheat under different treatments%

續(xù)表3 不同處理冬小麥各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率Tab.3（Continued） Nitrogen transport rate and contribution rate of nitrogen to grain of each organ of winter wheat under different treatments%

由表3可知，同一種植模式下，適當(dāng)推遲播期總體上可以提高葉片和莖的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率（除D1 處理莖外）和氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率以D1 處理最高，較D0 處理提高55.4%；莖氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率以D2 處理最高，較D0 處理提高26.4%。與D0 處理相比，D1 和D2 處理葉片的氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率分別提高104.2%和105.7%，莖的氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率分別提高2.0%和17.8%。

由表3 可知，同一播期下，與NM 處理相比，F(xiàn)M處理可以顯著增加莖的氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率（除D0 處理外），RM 處理能夠顯著增加莖的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率（除D0 處理外）和降低莖的氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率（除D1 處理外）。與NM 處理相比，F(xiàn)M處理莖的氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率分別增加14.6%和3.4%，RM 處理莖的氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率降低21.4%，莖的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率增加6.3%。

由表3 可知，種植模式和播期交互作用下，與NMD0 處理相比，RMD1 處理葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率分別提高了29.8%和39.1%；FMD2 處理葉片的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率分別顯著提高了96.9%和153.1%，莖的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率和氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率分別顯著提高了3.9%和11.2%。

2.4 播期和種植模式對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

播期和種植模式及其交互作用對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響均達(dá)極顯著水平（表4）。相同種植模式下，隨著播期的推遲，冬小麥產(chǎn)量總體上呈顯著降低趨勢(shì)。與D0 處理相比，D1 和D2 處理產(chǎn)量分別降低13.6%和24.6%。RM 處理產(chǎn)量總體上高于FM 處理，且兩者均顯著高于NM 處理，分別較NM 處理增加67.8%和55.9%。說(shuō)明推遲播期會(huì)降低冬小麥產(chǎn)量，但結(jié)合FM和RM模式可以消除推遲播期對(duì)產(chǎn)量的不利影響。

表4 不同處理冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.4 Yield and its components of winter wheat under different treatments

由表4 可知，播期和種植模式對(duì)冬小麥穗粒數(shù)的影響均達(dá)到顯著水平，二者交互作用對(duì)穗粒數(shù)的影響不顯著；播期和種植模式及二者交互作用對(duì)千粒質(zhì)量、有效穗數(shù)的影響均達(dá)極顯著水平。相同種植模式下，與D0 處理相比，D1 和D2 處理冬小麥有效穗數(shù)總體上顯著減少，分別減少16.2%和23.0%。總體上，D0 和D1 處理穗粒數(shù)顯著高于D2 處理。與D0處理相比，D1和D2處理穗粒數(shù)分別降低3.2%和14.4%。D0 和D1 處理千粒質(zhì)量均高于D2 處理，與D0 處理相比，D2 處理千粒質(zhì)量降低5.3%。相同播期下，RM 處理和FM 處理冬小麥穗粒數(shù)總體上均顯著高于NM 處理，分別較NM 處理提高23.2%和13.0%。FM 處理和RM 處理冬小麥千粒質(zhì)量均顯著高于NM 處理，分別較NM 處理提高3.9%和2.3%。FM 處理和RM 處理有效穗數(shù)均顯著高于NM 處理，分別較NM處理提高22.9%和15.4%。

由表4 可知，種植模式和播期交互作用下，與NMD0 處理相比，RMD1 和FMD1 處理冬小麥穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、產(chǎn)量均顯著提高，分別提高8.1%、5.6%、44.6%和16.2%、9.4%、43.0%。

3 結(jié)論與討論

3.1 播期和種植模式對(duì)冬小麥干質(zhì)量、氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

冬小麥植株的干質(zhì)量和氮素積累量是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[30]。前人研究發(fā)現(xiàn)，推遲播期會(huì)縮短冬小麥的生育期[31]，對(duì)光合產(chǎn)物的積累有消極作用[11]，但適當(dāng)推遲播期有利于提高冬小麥花前干質(zhì)量[32]。隨播期推遲，冬小麥群體干質(zhì)量[10，33]、單莖干質(zhì)量[31]、植株氮素積累量與吸收量[34]明顯減小。本研究發(fā)現(xiàn)，在同一種植模式下，推遲播期使冬小麥出苗期至拔節(jié)期植株生長(zhǎng)發(fā)育滯后，拔節(jié)期冬小麥葉片、莖的干質(zhì)量和葉片的氮素積累量總體上均隨播期推遲逐漸降低；而開(kāi)花期D1 和D2 處理的冬小麥植株生長(zhǎng)發(fā)育迅速，D1 和D2 處理開(kāi)花期和成熟期葉片的氮素積累量總體上均高于D0 處理，D1 和D2 處理葉片和莖的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率及氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率總體上均升高。推遲播期后冬小麥生育期縮短，因此，成熟期冬小麥植株葉片、莖、穗的干質(zhì)量和氮素積累量（除葉片外）并未提高，這與郭明明等[11]的研究結(jié)果一致。

大量研究表明，覆膜可以通過(guò)減少土壤蒸發(fā)和集雨增加土壤儲(chǔ)水量[16，35]，改善土壤理化性質(zhì)[16，35]，促進(jìn)冬小麥根系吸收土壤水肥，加速植株生長(zhǎng)[36?38]，溝壟集雨栽培（壟上覆膜，溝內(nèi)種植）能夠顯著增加冬小麥株高[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，與NM 處理相比，RM和FM 處理能夠通過(guò)改善土壤水分及溫度情況，促進(jìn)冬小麥植株生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而提高各時(shí)期冬小麥葉片和莖的干質(zhì)量，這與前人[36?38]研究結(jié)果相符。在冬小麥生育后期提高土壤含水量可以延緩葉片衰老，延長(zhǎng)旗葉高效光合作用時(shí)間，有助于促進(jìn)冬小麥植株后期的生長(zhǎng)發(fā)育以及地上部干質(zhì)量積累、氮素積累、氮素轉(zhuǎn)運(yùn)，這與前人[21，39]研究結(jié)果一致。

3.2 播期和種植模式對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

大量研究發(fā)現(xiàn)，播期推遲會(huì)導(dǎo)致冬小麥有效穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著減少[6，10，31，34]，千粒質(zhì)量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)[11?13]，產(chǎn)量也隨之降低[40?41]。本研究也發(fā)現(xiàn)，推遲播期會(huì)導(dǎo)致冬小麥穗育性降低，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)減少，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低。然而適當(dāng)推遲播期有利于提高冬小麥千粒質(zhì)量，這可能是因?yàn)檫m當(dāng)推遲播期也推遲了冬小麥旗葉衰老進(jìn)程，導(dǎo)致灌漿期冬小麥植株冠層光合速率增加，提高了籽粒灌漿速率[11]。前人研究發(fā)現(xiàn)，平作全覆膜種植[42]和溝壟集雨栽培（壟上覆膜，溝內(nèi)種植）[21，43]可以顯著增加冬小麥產(chǎn)量。本研究也發(fā)現(xiàn)，與NM 處理相比，RM 和FM 處理改善了穗部性狀，提高了冬小麥產(chǎn)量。

與NMD0 處理相比，RM 和FM 模式下所有處理的產(chǎn)量均顯著提高，以FMD0 處理最高，RMD0、RMD2、RMD1 處理次之。因此，正常播期采用平作全覆膜或晚播結(jié)合壟溝全覆膜種植模式均可保證冬小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。