陳桂平，程輝，范虹，樊志龍，胡發(fā)龍，殷文

綠洲灌區(qū)寬幅勻播和傳統(tǒng)條播春小麥產(chǎn)量對水氮減量的適應(yīng)性研究

陳桂平，程輝，范虹，樊志龍，胡發(fā)龍，殷文

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070

【目的】針對干旱綠洲灌區(qū)水資源匱乏、春小麥生產(chǎn)化肥投入量大等問題，研究不同種植方式下水氮減投對春小麥地上干物質(zhì)積累及產(chǎn)量形成的影響，為試區(qū)春小麥節(jié)水節(jié)肥高效生產(chǎn)提供理論和實(shí)踐依據(jù)?！痉椒ā?016—2018年，在寬幅勻播（W）和傳統(tǒng)條播（C）2種種植方式下，設(shè)2個(gè)灌水梯度為傳統(tǒng)灌水（I2，2 400 m3·hm-2）、減量灌水20%（I1，1 920 m3·hm-2）和3個(gè)施氮梯度為傳統(tǒng)施氮（N3，225 kg·hm-2）、減施氮肥20%（N2，180 kg·hm-2）、減施氮肥40%（N1，135 kg·hm-2），研究寬幅勻播和傳統(tǒng)條播下春小麥產(chǎn)量對水氮減量的適應(yīng)性?！窘Y(jié)果】寬幅勻播較傳統(tǒng)條播增大了春小麥地上干物質(zhì)最大增長速率（Vmax）、干物質(zhì)平均增長速率（Vmean）和抽穗期之后地上干物質(zhì)積累速率，延遲了地上干物質(zhì)最大增長速度出現(xiàn)的時(shí)間（Tm）。寬幅勻播種植方式下減水減氮20%較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)灌水與施氮處理春小麥Vmax和Vmean分別提高13.0%—23.4%和11.0%—16.9%，Tm延遲3.3—3.7 d，寬幅勻播可有效調(diào)控春小麥生長發(fā)育動態(tài)。寬幅勻播較傳統(tǒng)條播春小麥籽粒與生物產(chǎn)量分別增加11.0%—17.3%與4.3%—9.6%，收獲指數(shù)提高6.3%—6.9%。與傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)灌水與施氮處理相比，寬幅勻播減水減氮20%增加春小麥籽粒與生物產(chǎn)量分別為16.0%—22.5%與5.6%—13.2%，提高收獲指數(shù)8.2%—10.9%，寬幅勻播種植方式下減水減氮20%與減水20%傳統(tǒng)施氮春小麥產(chǎn)量與收獲指數(shù)差異不顯著。寬幅勻播減水減氮20%春小麥增產(chǎn)主要?dú)w因于穗粒數(shù)及千粒重的協(xié)同提升，較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)灌水與施氮處理依次提高3.9%—7.1%與18.4%—22.7%，以千粒重的提高幅度較大。通徑分析表明，寬幅勻播減水減氮20%主要通過提高收獲指數(shù)、增大千粒重進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量?！窘Y(jié)論】寬幅勻播可實(shí)現(xiàn)春小麥生產(chǎn)的水氮同步減量20%，是綠洲灌區(qū)春小麥水氮節(jié)約穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的可行措施。

春小麥；水氮減量；寬幅勻播；地上干物質(zhì)；產(chǎn)量構(gòu)成

0 引言

【研究意義】春小麥作為我國主要糧食作物之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有至關(guān)重要的地位?，F(xiàn)階段春小麥生產(chǎn)以追求高產(chǎn)為主，盲目增加水肥投入，導(dǎo)致利用率低、浪費(fèi)嚴(yán)重[1]，以集成應(yīng)用現(xiàn)代水肥節(jié)約管理措施與種植方式的春小麥高效生產(chǎn)技術(shù)研究亟待深入。【前人研究進(jìn)展】種植方式是影響春小麥生長發(fā)育的重要栽培措施，適宜的種植方式可改善春小麥群體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化光合生理特性，進(jìn)而提升產(chǎn)量及品質(zhì)[2-3]。目前，春小麥大多采用傳統(tǒng)條播種植，但該方式出苗率低導(dǎo)致缺苗斷壟，生育后期易倒伏導(dǎo)致增產(chǎn)潛力較小[4]。近年來，探墑溝播、寬幅勻播技術(shù)因較強(qiáng)的蓄水保墑作用廣泛應(yīng)用于旱地春小麥栽培，在春小麥增產(chǎn)增效方面發(fā)揮積極作用[5]。已有研究表明，探墑溝播較傳統(tǒng)條播可提高土壤含水量、優(yōu)化春小麥生長發(fā)育動態(tài)、延長春小麥旗葉功能期有效時(shí)間，增強(qiáng)光合特性，進(jìn)而促進(jìn)籽粒灌漿及提高產(chǎn)量[5-6]；寬幅勻播以擴(kuò)大播幅與行距、促進(jìn)勻播為核心的寬幅精播春小麥高產(chǎn)栽培技術(shù)，較傳統(tǒng)條播有利于維持春小麥生育后期較高的綠色葉面積和光合性能，促進(jìn)營養(yǎng)器官光合同化物向穗部轉(zhuǎn)移而提高產(chǎn)量與水肥利用效率[7-8]。寬幅勻播提升春小麥產(chǎn)量與資源利用效率的作用優(yōu)于探墑溝播，使得寬幅勻播春小麥栽培技術(shù)取得較大進(jìn)展，推廣應(yīng)用面積逐年增加[5]。在傳統(tǒng)條播栽培方式下，春小麥高產(chǎn)源于水氮大量投入，造成水氮利用效率較低[9]、排放大[10]，這與資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展需求相悖，水氮減量春小麥增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)栽培理論與技術(shù)亟待研發(fā)。在水氮管理措施中，水氮運(yùn)籌通過以水促肥、以肥調(diào)水發(fā)揮作物水肥供需同步性而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效[11]。因此，在春小麥栽培中，合理發(fā)揮水氮運(yùn)籌效應(yīng)，有望實(shí)現(xiàn)水氮減量而增產(chǎn)增效。【本研究切入點(diǎn)】縱觀西北綠洲灌區(qū)春小麥生產(chǎn)面臨的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)潛力小、水氮投入大等突出問題，將寬幅勻播春小麥高產(chǎn)高效種植方式與水氮運(yùn)籌管理措施集成在同一春小麥栽培模式中，有望通過優(yōu)化春小麥群體結(jié)構(gòu)、調(diào)控生長發(fā)育動態(tài)，增強(qiáng)水氮供需同步性，研發(fā)適宜于西北灌區(qū)春小麥水氮節(jié)約增產(chǎn)增效的農(nóng)藝管理技術(shù)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在水資源短缺的河西綠洲灌區(qū)，通過分析春小麥地上干物質(zhì)積累動態(tài)與產(chǎn)量形成相關(guān)指標(biāo)，探究寬幅勻播較傳統(tǒng)條播在增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的情況下能否實(shí)現(xiàn)水氮減量，以期為提升綠洲灌區(qū)春小麥高產(chǎn)、高效栽培的水肥管理及種植方式提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016—2018年度春小麥生長季在甘肅省金昌市永昌縣朱王堡鎮(zhèn)試驗(yàn)基地（38o12′N，102o36′E）進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于河西走廊東端，2010—2018年平均氣溫7.8 ℃，平均降水量179 mm且主要集中在7—9月，年平均蒸發(fā)量高于2 000 mm，屬于典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。春小麥?zhǔn)窃搮^(qū)主要種植作物，以露地條播為主，需大量水肥投入。試區(qū)土壤為典型灌漠土，有機(jī)質(zhì)含量16.5 g·kg-1，全氮含量1.04 g·kg-1，堿解氮含量80.45 mg·kg-1，速效鉀含量148.3 mg·kg-1，速效磷含量21.6 mg·kg-1。2016—2018年，春小麥生育期內(nèi)降水量分別為178.3、194.6和189.9 mm，小麥生育期內(nèi)平均氣溫為17.3 ℃、17.6 ℃和17.4 ℃。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以2種種植方式為主區(qū)：寬幅勻播（采用寬幅勻播機(jī)播種，幅寬12 cm，行距22 cm）、傳統(tǒng)條播（采用谷物條播機(jī)播種，行距15 cm）；以2個(gè)灌水水平為裂區(qū)：傳統(tǒng)灌水（I2，2 400 m3·hm-2）、傳統(tǒng)灌水減量20%（I1，1 920 m3·hm-2），按小區(qū)管灌，并用水表嚴(yán)格控制灌水量；以3個(gè)施氮水平為裂裂區(qū)：傳統(tǒng)施氮（225 kg·hm-2）、傳統(tǒng)施氮減量20%（180 kg·hm-2）和傳統(tǒng)施氮減量40%（135 kg·hm-2）。共組成12個(gè)處理，每處理重復(fù)3次，試驗(yàn)小區(qū)面積為40 m2（8 m×5 m）。所有處理磷肥施用量為113 kg P2O5·hm-2，氮肥和磷肥均作為基肥施用。供試春小麥品種為隴春30，播種量為420 kg·hm-2，水肥條件較好情況下，基本苗保持在600萬株/hm2。2016—2018年度，春小麥播種日期分別為3月28日、3月26日與3月30日，收獲日期分別為7月21日、7月20日與7月19日。不同處理的代碼如表1所示。

表1 田間試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)與代碼

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 地上干物質(zhì)積累量與積累速率 春小麥出苗15 d后，每隔15 d測定其地上部干物質(zhì)重量。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)取20株春小麥地上部于105 ℃烘箱內(nèi)殺青0.5 h，再在85 ℃下烘干至恒重，稱其干重，測定單位面積下的地上干物質(zhì)積累量。地上干物質(zhì)積累速率（crop growth rate，CGR）計(jì)算公式如下：

式中，T1和T2為先后順序測定時(shí)期，W2和W1分別為T2和T1時(shí)期的地上部干物質(zhì)重量（kg·hm-2）。

采用Logistic方程擬合春小麥生育期內(nèi)地上干物質(zhì)積累動態(tài)，其中地上最大干物質(zhì)積累速率（Vmax）和最大積累速率出現(xiàn)的天數(shù)（Tm）計(jì)算公式如下[12]：

=K/(1+ea-r×t)

Vmax=(r×K)/4

Tm=a/r

式中，（kg·hm-2）是每個(gè)處理春小麥地上干物質(zhì)積累量，K（kg·hm-2）為地上最大干物質(zhì)積累量，r為春小麥最初地上干物質(zhì)積累速率，為春小麥出苗后的天數(shù)。

采用三點(diǎn)法估算K值，計(jì)算公式如下[12]：

式中，（t1，N1）、（t2，N2）、（t3，N3）分別表示春小麥干物質(zhì)積累實(shí)測數(shù)據(jù)序列的始點(diǎn)、中點(diǎn)、終點(diǎn)。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 春小麥達(dá)到生理完熟期，取2 m×2 m面積統(tǒng)計(jì)單位面積有效穗數(shù)，并測產(chǎn)與計(jì)算千粒重，采用種子水分儀測定春小麥籽粒水分含量，計(jì)算單位面積產(chǎn)量及千粒重時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)含水量13%折算；每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)取30株考種，測定春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.3.3 收獲指數(shù) 運(yùn)用下列公式計(jì)算收獲指數(shù)（harvest index，HI）：

HI=GY/BY

式中，GY與BY為單位面積春小麥籽粒與生物產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)Excel 2016進(jìn)行整理匯總試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制圖表，采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（Duncan法）及相關(guān)性與通徑分析。

2 結(jié)果

2.1 不同種植方式及水氮供應(yīng)水平下春小麥地上干物質(zhì)積累特征

2.1.1 地上干物質(zhì)積累動態(tài) 種植方式、水氮供應(yīng)水平對春小麥苗期至拔節(jié)期（0—30 d）地上干物質(zhì)積累量無顯著影響，對其他生育時(shí)期均產(chǎn)生顯著影響。拔節(jié)期至抽穗期（30—60 d），寬幅勻播較傳統(tǒng)條播春小麥地上干物質(zhì)積累量高5.0%—10.6%，但寬幅勻播集成水氮減量與傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)水氮供應(yīng)水平間差異不顯著（圖1）。抽穗期之后的春小麥生殖生長期（75—105 d），寬幅勻播較傳統(tǒng)條播春小麥地上干物質(zhì)積累量高4.2%—8.8%，寬幅勻播集成水氮均減量20%（WI1N2）與寬幅勻播集成減水20%傳統(tǒng)施氮（WI1N3）較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)水氮供應(yīng)（CI2N3）春小麥地上干物質(zhì)積累量提高4.7%—11.8%與5.2%— 13.4%，但WI1N2與WI1N3差異不顯著?？傮w來看，寬幅勻播可使春小麥生殖生長期獲得較高的地上干物質(zhì)積累量且實(shí)現(xiàn)水氮同步減量20%。

2.1.2 地上干物質(zhì)積累速率 種植方式與水氮水平對春小麥苗期至拔節(jié)期（0—30 d）地上干物質(zhì)積累速率無顯著影響，對拔節(jié)期至成熟期（30—105 d）地上干物質(zhì)積累速率產(chǎn)生顯著影響。拔節(jié)期至抽穗期（30—60 d），寬幅勻播較傳統(tǒng)條播春小麥地上干物質(zhì)積累速率提高6.4%—11.7%，WI1N3較CI2N3提高7.9%—18.9%，但WI1N2與CI2N3差異不顯著（圖2）。抽穗期至開花期（60—75 d）春小麥地上干物質(zhì)積累速率達(dá)到最大值，此階段寬幅勻播較傳統(tǒng)條播提高4.2%—8.5%，WI1N2與WI1N3較CI2N3提高5.9%— 21.3%（2016—2018）與23.4%—27.2%（2016—2017）。隨著生育期的推進(jìn)其地上干物質(zhì)積累速率逐漸降低，春小麥開花期至成熟期（75–105 d），寬幅勻播較傳統(tǒng)條播提高5.2%—18.1%，WI1N2與WI1N3較CI2N3提高10.9%—21.6%（2016—2018）與4.6%—10.9%（2016—2017），但WI1N2與WI1N3差異不顯著。寬幅勻播集成水氮減量20%能夠顯著增加春小麥抽穗后生殖生長期的地上干物質(zhì)積累速率而提高積累量，利于春小麥增產(chǎn)。

2.1.3 運(yùn)用Logistic方程擬合春小麥地上干物質(zhì)最大增長速率及其出現(xiàn)的時(shí)間 不同種植方式及水氮水平下春小麥地上干物質(zhì)積累量隨出苗后天數(shù)的變化過程均可用Logistic方程回歸擬合（2≥0.94，sig＜0.01）。種植方式、施氮水平及其二者交互作用對春小麥地上干物質(zhì)最大增長速率出現(xiàn)的時(shí)間（Tm）和地上干物質(zhì)最大增長速率（Vmax）及平均增長速率（Vmean）產(chǎn)生顯著影響（表2）。寬幅勻播較傳統(tǒng)條播Vmax提高5.7%—12.2%、Tm延遲3.1—4.3 d、Vmean提高7.9%—10.9%。與傳統(tǒng)條播高灌相比，寬幅勻播低灌與高灌春小麥Vmax分別增加7.8%—13.8%與7.3%— 9.4%，Tm延遲1.6—3.3 d與4.6—7.2 d，Vmean分別提高6.1%—11.5%與6.5%—11.2%，但寬幅勻播低灌與高灌差異不顯著。與傳統(tǒng)條播高氮相比，寬幅勻播中、高氮春小麥Vmax增加9.4%—14.3%與7.2%—9.1%，Tm延遲4.2—6.0 d與2.7—3.4 d，Vmean提高11.2%— 17.3%與8.0%—14.4%，但寬幅勻播中、高施氮水平間三者無顯著差異。綜合種植方式、灌水與施氮水平三因素，WI1N2與WI1N3較CI2N3處理Vmax增加13.0%—23.4%與5.7%—16.2%，Tm延遲3.3—3.7 d與3.8—4.9 d，Vmean提高11.0%—16.9%與8.8%—15.7%，但WI1N2與WI1N3無顯著差異。因此，寬幅勻播集成水氮減量20%可有效增大春小麥地上干物質(zhì)最大增長速率，推遲地上干物質(zhì)最大增長速率出現(xiàn)的時(shí)間，維持抽穗期之后較長時(shí)期的地上干物質(zhì)積累天數(shù)，從而增加地上干物質(zhì)積累量，為春小麥實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

圖上方的誤差線表示LSD值。下同 The error bars at the top of the graph indicates the LSD value. The same as below

圖2 不同種植方式及水氮水平下春小麥地上干物質(zhì)積累速率動態(tài)

2.2 不同種植方式及水氮供應(yīng)水平對春小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.2.1 產(chǎn)量表現(xiàn)與收獲指數(shù) 種植方式、施氮量、種植方式與灌水水平互作、種植方式與施氮量互作、灌水與施氮互作及三者互作效應(yīng)皆對春小麥籽粒與生物產(chǎn)量及收獲指數(shù)產(chǎn)生顯著影響（表3）。寬幅勻播較傳統(tǒng)條播春小麥籽粒與生物產(chǎn)量分別增加11.0%— 17.3%與4.3%—9.6%，收獲指數(shù)提高6.3%—6.9%。與傳統(tǒng)條播高灌相比，寬幅勻播低灌與高灌春小麥籽粒產(chǎn)量分別增加8.0%—16.7%與10.7%—19.1%，生物產(chǎn)量增加5.0%—9.6%與3.6%—9.9%，收獲指數(shù)提高4.0%—6.4%與6.9%—8.6%，但寬幅勻播低灌與高灌差異不顯著，說明寬幅勻播在保持基本產(chǎn)量條件下可節(jié)水20%。與傳統(tǒng)條播高氮相比，寬幅勻播中、高氮春小麥籽粒產(chǎn)量分別增加12.4%—24.1%與12.0%— 19.7%，生物產(chǎn)量增加4.6%—13.2%與4.9%—10.1%，收獲指數(shù)提高7.5%—9.6%與6.3%—8.3%；寬幅勻播模式下，中、高施氮較低施氮春小麥籽粒產(chǎn)量分別增加15.5%—17.7%與11.4%—17.2%，生物產(chǎn)量增加5.7%— 9.1%與5.8%—9.9%，收獲指數(shù)提高5.8%—9.5%與4.5%— 8.4%，但中、高施氮水平間無顯著差異，說明寬幅勻播在減量20%施氮下可保持春小麥產(chǎn)量優(yōu)勢。綜合種植方式、灌水與施氮水平三因素，與傳統(tǒng)條播高灌與高氮（CI2N3）相比，寬幅勻播低灌與中、高施氮（WI1N2與WI1N3）春小麥籽粒產(chǎn)量分別增加16.0%—22.5%與15.2%—20.4%，生物產(chǎn)量增加5.6%—13.2%與5.1%— 11.8%，收獲指數(shù)提高8.2%—10.9%與7.6%—9.9%，但寬幅勻播低灌中、高施氮處理間差異不顯著?？傊?，寬幅勻播減量水氮與傳統(tǒng)灌水等量施氮產(chǎn)量差異不明顯，較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)灌水與施氮可有效增強(qiáng)光合同化物運(yùn)轉(zhuǎn)與分配能力，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)效應(yīng)。說明寬幅勻播種植方式可同步實(shí)現(xiàn)水氮節(jié)約與增產(chǎn)效應(yīng)。

表2 不同種植方式及水氮水平下Logistic方程擬合春小麥地上干物質(zhì)積累

續(xù)表2 Continued table 2

不同字母表示同一年度中不同處理差異顯著（＜0.05）。**：＜0.01；*：＜0.05；NS：無顯著差異。下同

Data with different letters indicate significant differences between treatments in the same year (＜0.05). **:＜0.01 *:＜0.05; NS: not significant. The same as below

2.2.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素 種植方式、灌水與施氮對春小麥單位面積有效穗數(shù)沒有顯著影響，種植方式與施氮水平及其兩兩、種植方式、灌水與施氮三者交互作用對春小麥穗粒數(shù)具有顯著影響，種植方式、灌水與施氮水平及其兩兩交互作用對春小麥千粒重具有顯著影響，但三者交互效應(yīng)對其影響不顯著（表3）。寬幅勻播較傳統(tǒng)條播春小麥穗粒數(shù)增加6.2%—10.7%、千粒重提高14.0%—17.3%。減氮40%較減氮20%與傳統(tǒng)施氮減少穗粒數(shù)3.4%—5.1%與5.1%—7.2%，但減氮20%與傳統(tǒng)施氮間穗粒數(shù)差異不顯著；減氮40%較減氮20%與傳統(tǒng)施氮降低千粒重9.0%—10.0%與7.1%—9.4%，但減氮20%與傳統(tǒng)施氮間千粒重差異不顯著。寬幅勻播低灌與高灌較傳統(tǒng)條播高灌春小麥穗粒數(shù)增加6.5%—9.3%與4.8%—10.0%，千粒重提高11.3%—16.2%與13.7%—19.8%，但寬幅勻播低灌與高灌間穗粒數(shù)及千粒重?zé)o顯著差異，說明寬幅勻播在保持相當(dāng)群體大小條件下可節(jié)水20%。與傳統(tǒng)條播高氮相比，寬幅勻播中、高氮穗粒數(shù)增加4.8%—8.2%與4.7%—9.2%、千粒重提高17.5%—23.7%與16.4%— 20.9%；寬幅勻播模式下，2017-2018年，中、高施氮較低施氮穗粒數(shù)增加6.2%—8.3%與6.1%—8.9%、3個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓惹ЯＶ靥岣?5.2%—15.5%與12.9%— 14.4%，但中、高施氮水平間無顯著差異，說明寬幅勻播在減量20%施氮下可保持相當(dāng)產(chǎn)量構(gòu)成因素。與CI2N3相比，WI1N2與WI1N3春小麥穗粒數(shù)增加3.9%—7.1%與4.4%—8.1%，千粒重提高18.4%— 22.7%與16.4%—20.3%，但寬幅勻播低灌中、高施氮處理間兩者無顯著差異。減量20%灌水與減量20%施氮集成于寬幅勻播種植方式較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)水氮投入實(shí)現(xiàn)春小麥穗粒數(shù)與千粒重的協(xié)同提升，表明寬幅勻播種植春小麥可實(shí)現(xiàn)水氮減投目的。

2.3 產(chǎn)量與其構(gòu)成因素的關(guān)系

寬幅勻播在不同水氮組合模式下春小麥籽粒產(chǎn)量與其穗粒數(shù)、千粒重及收獲指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。由直接通徑系數(shù)表明，對籽粒產(chǎn)量的影響為千粒重＞收獲指數(shù)＞穗粒數(shù)＞單位面積有效穗數(shù)（表4）。通過春小麥籽粒產(chǎn)量與其構(gòu)成因素及收獲指數(shù)的間接通徑系數(shù)可知，千粒重與收獲指數(shù)相互影響春小麥籽粒產(chǎn)量。由春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素與收獲指數(shù)的絕對系數(shù)表現(xiàn)為千粒重＞收獲指數(shù)＞穗粒數(shù)，說明寬幅勻播集成水氮同步減量20%有助于協(xié)調(diào)春小麥?zhǔn)斋@指數(shù)與千粒重的關(guān)系而提高籽粒產(chǎn)量。

表3 不同種植方式及水氮水平下春小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

續(xù)表3 Continued table 3

表4 不同種植方式及水氮組合模式下春小麥籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系

3 討論

3.1 寬幅勻播及水氮減量對春小麥地上干物質(zhì)積累的調(diào)控效應(yīng)

作物地上部光合同化物（干物質(zhì)）積累是光合作用產(chǎn)物的主要形式，地上干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量形成密切相關(guān)，增加地上干物質(zhì)積累量可有效促進(jìn)生物產(chǎn)量和粒重的增加，為作物獲得高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[12-13]。眾多研究表明，作物生長發(fā)育過程受多種因素調(diào)控，合理的種植方式與水肥管理通過優(yōu)化作物地上部干物質(zhì)積累動態(tài)而實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)[6, 14]。合理群體冠層結(jié)構(gòu)能夠營造良好的地上部冠層微環(huán)境，有利于作物群體協(xié)調(diào)生長，為其產(chǎn)量形成奠定良好基礎(chǔ)[15]。本研究表明，寬幅勻播較傳統(tǒng)條播提高了春小麥生殖生長期的地上干物質(zhì)積累量及階段地上干物質(zhì)積累速率，并且提高了春小麥地上干物質(zhì)最大和平均增長速率，推遲了地上干物質(zhì)最大增長速度出現(xiàn)時(shí)間。這主要源于寬幅勻播種植方式通過優(yōu)化行距配置調(diào)控春小麥生育后期群體冠層結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了田間通風(fēng)透光程度，改善了春小麥冠層微生態(tài)環(huán)境，增加春小麥個(gè)體光截獲和營養(yǎng)面積而有利于增強(qiáng)群體光合作用[3]，特別是保持春小麥抽穗期之后較好的光合特性而提高地上干物質(zhì)積累速率、促進(jìn)光合同化物的積累[16]。從另一個(gè)方面講，寬幅勻播較傳統(tǒng)條播進(jìn)一步促進(jìn)了個(gè)體生長發(fā)育，優(yōu)化了群體生長結(jié)構(gòu)，從而減少了無效分蘗[6, 17]；寬幅勻播也有利于協(xié)調(diào)個(gè)體與群體、地下與地上生長發(fā)育，增強(qiáng)根系活力，充實(shí)莖稈堅(jiān)韌度，改善群體冠層小氣候，延緩了春小麥生育后期整株衰老時(shí)間，利于光合性能保持而提高春小麥生育后期地上干物質(zhì)積累速率與積累量[3, 17]，為其高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

水氮減量難免對春小麥地上干物質(zhì)積累產(chǎn)生影響，通過應(yīng)用寬幅勻播種植方式改善春小麥冠層結(jié)構(gòu)而加強(qiáng)對地上光熱資源的充分利用，通過優(yōu)化作物生長發(fā)育動態(tài)，而保持春小麥生育后期較強(qiáng)的地上干物質(zhì)積累強(qiáng)度[3, 5]。本研究中，寬幅勻播集成減水減氮20%較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)灌水與施氮處理進(jìn)一步促進(jìn)了春小麥地上干物質(zhì)最大增長速率與平均增長速率及抽穗期之后地上干物質(zhì)積累速率的提高及最大增長速率出現(xiàn)時(shí)間的推遲。產(chǎn)生的主要原因包括以下幾個(gè)方面，其一、適量的灌溉可以提高作物根系對土壤深層水的吸收強(qiáng)度和速率，減少土壤水的無效蒸發(fā)損失，增強(qiáng)土壤水從生態(tài)耗水到生理耗水的轉(zhuǎn)化，提高作物生育后期蒸騰耗水而促進(jìn)光合作用與地上干物質(zhì)積累[1]；其二、適度減氮促使春小麥根系活力增大，促進(jìn)地上器官生長而延長葉、莖、鞘等營養(yǎng)器官功能期，從而在春小麥生育后期保持較大的光合葉面積和葉綠素含量，以保障較高的光合性能，增加光合同化物的積累[1, 18]；其三、傳統(tǒng)高水氮供應(yīng)造成作物營養(yǎng)生長過旺并延長營養(yǎng)生長期而產(chǎn)生貪青晚熟，營養(yǎng)生長不能及時(shí)過度為生殖生長而降低產(chǎn)量[19]，甚至因過量施氮導(dǎo)致營養(yǎng)器官吸收積累的養(yǎng)分濃度較高，這在一定程度上會抑制植株生長而降低產(chǎn)量[20]；其四、寬幅勻播為作物建立良好的群體結(jié)構(gòu)提高保障，適當(dāng)減少水氮供應(yīng)為作物創(chuàng)建良好的微生態(tài)環(huán)境提供保障，寬幅勻播集成水氮適度減量通過降低冠層溫度而增加冠層濕度，進(jìn)而改善冠層小氣候而促進(jìn)春小麥生育后期地上干物質(zhì)積累[3, 6]。干旱條件下，采用合理的種植方式、科學(xué)合理地灌水施氮，有利于優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu)與微生態(tài)環(huán)境，通過加強(qiáng)作物根系對土壤水和養(yǎng)分的吸收和利用，增強(qiáng)光合產(chǎn)物的合成和積累。

3.2 春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素對寬幅勻播與水氮減量的響應(yīng)

優(yōu)化栽培措施是作物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能趨于協(xié)調(diào)發(fā)展的轉(zhuǎn)變過程，也是產(chǎn)量不斷提高的重要基礎(chǔ)[4, 21]。水分和養(yǎng)分是干旱地區(qū)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的主要脅迫因子，水分虧缺抑制養(yǎng)分吸收，養(yǎng)分不足降低水分利用效率，均不利于作物產(chǎn)量潛力發(fā)揮[20, 22]。這與本研究一致，傳統(tǒng)條播種植方式下減水減氮均能顯著降低春小麥籽粒產(chǎn)量。作物高產(chǎn)源于適宜的水氮供應(yīng)和較優(yōu)的冠層結(jié)構(gòu)，合理的群體結(jié)構(gòu)是個(gè)體健壯發(fā)育和群體穩(wěn)健發(fā)展的結(jié)果[8, 23]，適宜的水氮供應(yīng)是進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵措施[19-20]。寬幅勻播春小麥籽粒產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)條播，寬幅勻播種植方式下減水減氮20%較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)灌水與施氮處理進(jìn)一步提高春小麥籽粒產(chǎn)量，增產(chǎn)原因在于寬幅勻播擴(kuò)大了傳統(tǒng)春小麥條播行距，優(yōu)化春小麥群體結(jié)構(gòu)，同時(shí)配套適宜水氮供應(yīng)，促進(jìn)生育后期光合同化物積累與分配，利于籽粒灌漿，促使籽粒大而飽滿，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[6, 8, 24]。另外，本研究中，3個(gè)試驗(yàn)?zāi)攴荩?017與2018年籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)趨勢一致，與2016年略有不同，這是因?yàn)?016年度開展的試驗(yàn)因前期耕地肥料投入大，土壤可能殘留的養(yǎng)分較多，第一年試驗(yàn)在氮肥減量40%條件下的減產(chǎn)效應(yīng)沒有2017與2018年顯著。

單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重3個(gè)因素共同決定作物產(chǎn)量的形成。傳統(tǒng)種植方式下減水減氮條件下，難以滿足作物生長發(fā)育對水分和養(yǎng)分的需求，甚至出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為穗粒數(shù)和千粒重下降[19]。本研究表明，傳統(tǒng)條播種植方式下水氮減量顯著降低春小麥穗粒數(shù)和千粒重。寬幅勻播減水減氮20%較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)灌水與施氮顯著提高了春小麥穗粒數(shù)及千粒重，這與前人研究所得寬幅勻播增粒數(shù)和促粒重的作用一致[3]，因?yàn)閷挿鶆虿プ蚜Ｉ⒉季鶆颍盒←渾沃隊(duì)I養(yǎng)面積擴(kuò)大，出苗均勻，個(gè)體健壯，群體質(zhì)量好，促進(jìn)資源利用而實(shí)現(xiàn)粒多、粒大[7-8]。適度減少灌水量，增強(qiáng)春小麥對深層土壤貯水的利用，減小作物后期地上干物質(zhì)損耗量，為灌漿成熟期地上干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)提供保障[1, 18]；適度減氮增加了春小麥穗粒數(shù)與千粒重，而在春小麥生育后期適度干旱利于提高成熟期春小麥千粒重[1, 25]。通過籽粒產(chǎn)量與其構(gòu)成因素的通徑分析表明，寬幅勻播方式及水氮運(yùn)籌可通過協(xié)同粒重與收獲指數(shù)的同步增加而提高春小麥產(chǎn)量。與已知研究結(jié)果一致，本研究中寬幅勻播種子分散式播種通過合理布局春小麥群體結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)田間通風(fēng)透光能力等途徑有效克服了傳統(tǒng)條播造成的個(gè)體擁擠、水肥競爭的缺點(diǎn)，促進(jìn)春小麥個(gè)體健壯發(fā)育，協(xié)同提高穗粒數(shù)和千粒重，最終實(shí)現(xiàn)春小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

4 結(jié)論

干旱灌區(qū)寬幅勻播可顯著提高春小麥地上干物質(zhì)最大增長速率與平均增長速率，推遲地上干物質(zhì)最大增長速率出現(xiàn)的時(shí)間，增加抽穗后地上干物質(zhì)積累速率而顯著增產(chǎn)并提高收獲指數(shù)。寬幅勻播種植方式下減水減氮20%較傳統(tǒng)條播傳統(tǒng)灌水與施氮處理進(jìn)一步促進(jìn)了春小麥地上干物質(zhì)最大增長速率與平均增長速率的提高及最大增長速率出現(xiàn)時(shí)間的推遲，進(jìn)一步提高春小麥籽粒與生物產(chǎn)量及收獲指數(shù)，增產(chǎn)源于穗粒數(shù)及千粒重的協(xié)同提升，且主要通過提高收獲指數(shù)、增大千粒重而增產(chǎn)。寬幅勻播可實(shí)現(xiàn)春小麥生產(chǎn)中水氮同步減量20%（灌水1 920 m3·hm-2、施氮180 kg·hm-2），可作為綠洲灌區(qū)優(yōu)化春小麥地上干物質(zhì)積累特性及獲得高產(chǎn)的水氮節(jié)約可行措施。

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Study on Adaptability of Spring Wheat Yield to Water and Nitrogen Reduction Under Wide-Width Uniform Sowing and Conventional Strip Sowing in Oasis Irrigated Regions

CHEN GuiPing, CHENG Hui, FAN Hong, FAN ZhiLong, HU FaLong, YIN Wen

College of Agronomy, Gansu Agricultural University/State Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070

【Objective】Water shortage and high fertilizer input have become the dominant factors restraining spring wheat production in arid oasis irrigated areas. It is urgent to study the technology of the effects of water and nitrogen reduction in different planting modes on dry matter accumulation and yield formation of spring wheat, so as to provide a theoretical and practical basis for efficient production of spring wheat with water and fertilizer saving. 【Method】A field experiment with split-split plot was conducted at arid oasis irrigated areas from 2020 to 2021. Two planting modes, including wide-width uniform sowing (W) and conventional strip sowing (C), were designed, with two irrigation levels on local conventional irrigation (I2, 2 400 m3·hm-2) and local conventional irrigation reduced by 20% (I1, 1 920 m3·hm-2), and three levels of nitrogen fertilizer at a local conventional nitrogen (N3, 225 kg·hm-2), local conventional nitrogen reduced by 20% (N2, 180 kg·hm-2), and local conventional nitrogen reduced by 40% (N1, 135 kg·hm-2). The adaptability of spring wheat yield to water and nitrogen reduction under wide-width uniform sowing and conventional strip sowing was studied. 【Result】Compared wtih conventional strip sowing, the wide-width uniform sowing increased the maximum dry matter growth rate (Vmax), average dry matter growth rate (Vmean), and dry matter accumulation rate after booting stage of spring wheat, and delayed the time of emergence of the highest dry matter growth rate (Tm). Compared with conventional strip sowing with conventional irrigation and nitrogen levels, the Vmaxand Vmeanvalues of spring wheat under the wide-width uniform sowing were increased by 13.0%-23.4% and 11.0%-16.9%, respectively, and Tmwas delayed by 3.3-3.7 days with the treatment on the reduction of 20% for water and nitrogen, so the growth and development dynamics of spring wheat could be effectively regulated by wide-width uniform sowing. The wide-width uniform sowing had greater grain and biomass yields by 11.0%-17.3% and 4.3%-9.6%, respectively, and the greater harvest index by 6.3%-6.9%, than conventional strip sowing. Furthermore, the grain and biomass yields were 16.0%-22.5% and 5.6%-13.2%, and harvest index was 8.2%-10.9% greater under wide-width uniform sowing with the reduction of 20% in water and nitrogen than those under the conventional strip sowing with conventional irrigation and nitrogen levels. There was no significant difference in grain and biomass yields, and harvest index of spring wheat was found between the reduction 20% of water and nitrogen, and the reduction of 20% irrigation and conventional nitrogen application under wide-width uniform sowing. The increase of spring wheat yield was mainly attributed to the synergistic of grains per ear and 1000-grain weight, which were increased by 3.9%-7.1% and 18.4%-22.7%, respectively, compared with conventional strip sowing with conventional irrigation and nitrogen application, and the 1000-grain weight increased by a greater extent. Path analysis showed that the reduction 20% of water and nitrogen in wide-width uniform sowing enhanced grain yield mainly through increasing harvest index and 1000-grain weight.【Conclusion】 The wide-width uniform sowing could realize the simultaneous reduction 20% of water and nitrogen in spring wheat production, which was a feasible measure to save water and nitrogen for stable and high yield of spring wheat in oasis irrigation areas.

spring wheat; water and nitrogen reduction; wide-width uniform sowing; aboveground dry matter; yield components

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.13.003

2022-10-31；

2023-01-08

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)青年導(dǎo)師扶持基金（GAU-QDFC-2022-1）、國家自然科學(xué)基金（32101857，U21A20218）、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)伏羲青年人才項(xiàng)目（Gaufx-03Y10）、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)（ZCYD-2021-10）

陳桂平，E-mail：chengp@gsau.edu.cn。通信作者殷文，E-mail：yinwen@gsau.edu.cn

（責(zé)任編輯 楊鑫浩，李莉）