于海濤 ，劉亞男 ，代興龍 ，宋 順 ，王麗杰 ，劉 寧 ，張?jiān)汽?，楊曉燕 ，張桂珍 ，魏秀華 ，張志偉

（1.濰坊市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 小麥研究所，山東 濰坊 261071；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/小麥育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018；3.安丘市石埠子鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，山東 安丘 262104；4.昌邑市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 昌邑 261300）

遺傳因素、生態(tài)環(huán)境及栽培措施是影響小麥產(chǎn)量的重要因素。在栽培措施中，以氮肥施用量和種植密度對(duì)小麥產(chǎn)量和氮素利用率的影響最為顯著[1-3]。同時(shí)，二者顯著影響小麥群體內(nèi)的光照、溫度、濕度等微環(huán)境和植株抗病能力，進(jìn)而影響致病菌和蟲卵的繁殖、數(shù)量、活性和侵染，造成不同程度的病蟲害發(fā)生[4]。

氮素是植物生長必需的營養(yǎng)元素，顯著影響小麥的生長發(fā)育[5-6]，在一定范圍內(nèi)，施氮水平與籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)，隨著施氮水平的提升小麥籽粒產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)均可明顯提升[7-9]。但是目前生產(chǎn)中，人們?yōu)榱俗非笞魑锔弋a(chǎn)，存在氮肥施用過度、氮肥利用率低等問題[10]，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)[11-12]，同時(shí)也易加劇病蟲害的發(fā)生[13-15]。

種植密度影響小麥的分蘗數(shù)、成穗率、穗粒數(shù)及籽粒的飽滿度[16]，合理的種植密度能夠提高其根長密度，促進(jìn)養(yǎng)分吸收，是協(xié)同提高小麥產(chǎn)量和氮素利用效率的重要途徑[17]，也為一定程度上減少肥料投入提供了可能，但種植密度過大往往會(huì)由于通風(fēng)透光情況差、濕度增加，導(dǎo)致莖基腐病等病蟲害的發(fā)生[4，18-19]。近年來，有關(guān)施氮水平與種植密度互作對(duì)小麥產(chǎn)量、品質(zhì)、氮素利用率影響的研究越來越多，也充分肯定了氮密合理搭配在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值，但不同種植區(qū)域之間、不同小麥品種之間的研究結(jié)果存在差異[1，20-23]。

本試驗(yàn)選用太麥198、山農(nóng)30、濟(jì)麥23 等3 個(gè)小麥品種，分別設(shè)置4 個(gè)施氮水平和4 個(gè)種植密度，擬通過研究氮肥與種植密度互作對(duì)魯東冬小麥病蟲害發(fā)生、產(chǎn)量和氮素利用率的影響，探明適宜魯東麥區(qū)小麥高產(chǎn)高效健康生產(chǎn)的最佳施氮量和種植密度，旨在為協(xié)同小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)高效、推動(dòng)區(qū)域化肥農(nóng)藥減施增效和小麥產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的冬小麥品種為太麥198、山農(nóng)30 和濟(jì)麥23，分別購自泰安市禾元種業(yè)科技有限公司、泰安市山農(nóng)先行種業(yè)有限公司、山東魯研農(nóng)業(yè)良種有限公司。試驗(yàn)所用的肥料為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀，其N、P2O5、K2O 含量分別為46%、12%、60%，分別由淄博陽煤一化化肥有限公司、鐘祥市楚明磷化有限公司、德國鉀鹽集團(tuán)鉀肥公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019、2019—2020年小麥生育季，在濰坊市寒亭區(qū)張家院村濰坊市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)站（36°49′11″N、119°13′25″E）進(jìn)行。該地年均太陽輻射總量為5 186 MJ/m2，年均氣溫為12.3 ℃，年均降雨量為613.2 mm（多集中在夏季）。試驗(yàn)田一年兩熟種植，前茬作物均為玉米，多年秸稈還田。試驗(yàn)點(diǎn)土壤類型為壤土，2018—2019年生育季開始試驗(yàn)之前播前土壤表層基礎(chǔ)地力水平如表1所示。

表1 供試土壤0～40 cm 土層基礎(chǔ)地力Tab.1 The foundation fertility of 0-20，20-40 cm soil layers in soil tested

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用中多穗型品種太麥198（TM）和大穗型品種山農(nóng)30（SN）、濟(jì)麥23（JM）等3 個(gè)小麥品種為試驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)4 個(gè)施氮水平和4 個(gè)種植密度。施氮水平分別為120（N120）、180（N180）、240（N240）、300（N300）kg/hm2，2 個(gè)生育季施氮區(qū)位置相同；因品種的分蘗成穗特性差異，太麥198 的種植密度設(shè)置為90 萬（TM90）、180 萬（TM180）、270 萬（TM270）、360（TM360）萬株/hm2，山農(nóng)30 和濟(jì)麥23 的種植密度設(shè)置為135萬（SN135、JM135）、270萬（SN270、JM270）、405 萬（SN405、JM405）、540（SN540、JM540）萬株/hm2。試驗(yàn)采用裂裂區(qū)設(shè)計(jì)，以品種為主區(qū)，氮肥水平為裂區(qū)，種植密度為裂裂區(qū)，3 次重復(fù)。每個(gè)小區(qū)長25 m、寬3 m，采用小麥寬幅精量播種機(jī)（2BJK-6 型）播種，行距25 cm。

2018—2019年生育季于2018年10月16日播種，2019年6月14日收獲；2019—2020年生育季于2019年10月18日播種，2020年6月17日收獲。各試驗(yàn)處理中，氮肥按照基追比4∶6 的比例施用，基肥于整地前施入，追肥于拔節(jié)前結(jié)合灌水施入。同時(shí)，在整地前按照P2O5120 kg/hm2、K2O 105 kg/hm2的用量施入磷鉀肥，氮磷鉀肥的肥料類型分別為尿素、過磷酸鈣、氯化鉀。兩生育季均分別于越冬前、拔節(jié)前和開花期采用噴灌形式灌水3 次，每次灌水量45 mm。其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 紋枯病和莖基腐病發(fā)病率和病情指數(shù)測(cè)定 參考郁富景等[24]的方法，在拔節(jié)期，各小區(qū)選擇長勢(shì)均勻的區(qū)域隨機(jī)取30 個(gè)單株，調(diào)查紋枯病和莖基腐病發(fā)病情況。因拔節(jié)期紋枯病和莖基腐病發(fā)病較輕，主要統(tǒng)計(jì)了該生育時(shí)期的植株發(fā)病率。

分別在小麥開花期、灌漿中期、灌漿后期，各小區(qū)選擇長勢(shì)均勻的區(qū)域隨機(jī)取60 個(gè)單莖，調(diào)查紋枯病和莖基腐病發(fā)病情況。紋枯病在調(diào)查時(shí)根據(jù)嚴(yán)重度分為5 個(gè)等級(jí)：0 級(jí)，全株無?。? 級(jí)，葉鞘發(fā)病但莖稈不發(fā)??；3 級(jí)，葉鞘發(fā)病并侵入莖，但莖稈病斑環(huán)莖不足1/2；5 級(jí)，莖稈病斑環(huán)莖超過1/2，但不倒伏或折莖；7 級(jí)，枯死、倒伏、枯白穗。莖基腐病在調(diào)查時(shí)根據(jù)嚴(yán)重度分為6 個(gè)等級(jí)：0 級(jí)，整株無變褐癥狀；1 級(jí)，根部有變褐現(xiàn)象；3 級(jí)，地上部分第1莖節(jié)有變褐腐爛現(xiàn)象；5 級(jí)，地上部分第2 莖節(jié)有變褐腐爛現(xiàn)象；7 級(jí)，病斑超過第2 莖節(jié)，但無白穗；9級(jí)，病斑超過第2 莖節(jié)，有白穗。

根據(jù)紋枯病、莖基腐病發(fā)病等級(jí)，計(jì)算病情指數(shù)。

1.4.2 蚜蟲調(diào)查 在灌漿中后期，每小區(qū)按對(duì)角線5 點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)固定調(diào)查100 個(gè)單穗，計(jì)算百株蚜量。

1.4.3 產(chǎn)量測(cè)定 成熟期在各小區(qū)內(nèi)選取長勢(shì)均勻一致的區(qū)域，劃定4.5 m2（3.0 m×6 行）的面積用于籽粒產(chǎn)量的測(cè)定。該區(qū)域內(nèi)所有小麥穗由人工剪下并采用小型種子脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒，自然風(fēng)干后稱質(zhì)量，測(cè)定籽粒含水量，并調(diào)整為含水量13.0%（干物質(zhì)產(chǎn)量為87.0%，kg/hm2）的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量。

1.4.4 氮素利用效率的計(jì)算 參考初金鵬等[25]的方法計(jì)算氮素利用效率。

供氮量包括施氮量和播前土壤0～1.0 m 土層土壤供氮量（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮積累量）。2018—2019年生育季播前土壤供氮量為112.7 kg/hm2。2019—2020年生育季，播前N120、N180、N240、N300 氮肥處理土壤供氮量分別為83.60、112.0、149.50、175.60 kg/hm2。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行整理與分析，采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，處理間的多重比較采用LSD 法進(jìn)行判別，判別標(biāo)準(zhǔn)為P＜0.05。采用Sigmaplot 10.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮水平與種植密度互作對(duì)魯東小麥紋枯病、莖基腐病和蚜蟲發(fā)生情況的影響

施氮水平與種植密度互作顯著影響小麥紋枯病、莖基腐病發(fā)生情況。以太麥198 品種為例，如圖1、2 所示，在同一種植密度下，隨著施氮量的增加，小麥紋枯病、莖基腐病發(fā)病率顯著升高；在同一施氮水平下，隨著小麥種植密度的增加，紋枯病、莖基腐病發(fā)病率也有所升高。施氮水平升高對(duì)病害發(fā)生的加重效應(yīng)高于增加種植密度。

圖1 施氮水平與種植密度互作對(duì)魯東冬小麥紋枯病和莖基腐病發(fā)生情況的影響（2018—2019年）Fig.1 Effects of interaction between nitrogen rate and planting density on the occurrence of sheath blight and stem rot of winter wheat in east Shandong（2018-2019）

同時(shí)，對(duì)灌漿中后期蚜蟲發(fā)病量進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)（圖3、4），分析發(fā)現(xiàn)，蚜蟲發(fā)病量（百株蚜量）在不同施氮水平和種植密度處理間表現(xiàn)不一。但在本研究的試驗(yàn)?zāi)攴?，蚜蟲發(fā)生量均遠(yuǎn)低于500 頭/百株的防控指標(biāo)[26]，無需進(jìn)行化學(xué)防治。

圖 5 施氮水平與種植密度互作對(duì)魯東冬小麥產(chǎn)量與氮素利用效率的影響（2018—2019年）Fig.5 Effects of interaction between nitrogen rate and planting density on yield and nitrogen use efficiency of winter wheat in east Shandong（2018-2019）

圖6 施氮水平與種植密度互作對(duì)魯東冬小麥產(chǎn)量與氮素利用效率的影響（2019—2020年）Fig.6 Effects of interaction between nitrogen rate and planting density on yield and nitrogen use efficiency of winter wheat in east Shandong（2019-2020）

2.2 施氮水平與種植密度互作對(duì)魯東小麥產(chǎn)量和氮素利用率的影響

如圖5、6 所示，太麥198 在N120 和N180 施氮水平下，2018—2019年生育季的產(chǎn)量隨種植密度增加而持續(xù)增加，2019—2020年生育季的產(chǎn)量隨種植密度升高而呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，且均在270萬株/hm2種植密度時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高值。在N240和N300 施氮水平下，隨種植密度升高，該品種產(chǎn)量均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，2018—2019、2019—2020年生育季分別在270 萬、180 萬株/hm2種植密度時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高值。

隨種植密度增加，山農(nóng)30 品種在2018—2019年的各氮肥水平下和在2019—2020年生育季的N120、N180、N240 氮肥水平下均表現(xiàn)為先升高后持平或降低的變化趨勢(shì)，且均在405 萬株/hm2種植密度時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高值。2019—2020年生育季，山農(nóng)30 的產(chǎn)量在N300 施氮水平下隨種植密度升高而降低。濟(jì)麥23 亦表現(xiàn)為相似的變化趨勢(shì)。

隨氮肥水平的增加，3 個(gè)品種的產(chǎn)量均表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢(shì)，太麥198 和濟(jì)麥23 在N180 和N240 水平下產(chǎn)量無顯著差異，山農(nóng)30 則以N180 處理產(chǎn)量最高。

本研究中，氮素利用效率的定義為單位供氮量（肥料氮+0～1 m 土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮積累量）所能生產(chǎn)的籽粒產(chǎn)量。因同一生育季同一氮肥水平下其供氮量一致，所以，各生育季不同施氮水平下各品種的氮素利用效率隨種植密度的變化趨勢(shì)與產(chǎn)量的變化趨勢(shì)相一致，同一氮肥水平下產(chǎn)量高的種植密度其氮素利用效率亦較高。施氮量增加，單位供氮量顯著提高，因此兩生育季各品種的氮素利用效率隨施氮量的增加均呈現(xiàn)顯著下降的變化趨勢(shì)。

綜合施氮水平與種植密度的互作效應(yīng)對(duì)魯東小麥產(chǎn)量和氮素利用效率的影響可以看出，N180施氮水平與太麥198 的270 萬～360 萬株/hm2、山農(nóng)30 和濟(jì)麥23 的405 萬株/hm2種植密度組合，在高產(chǎn)的同時(shí)可以獲得相對(duì)較高的氮素利用效率，有利于魯東小麥的減肥增效。

3 結(jié)論與討論

栽培措施一般通過調(diào)控冠層微環(huán)境、植株健康狀況和抗病能力等方面影響病蟲害的發(fā)生[4]。然而，目前施氮水平和種植密度影響小麥病蟲害發(fā)生的研究相對(duì)較少，水稻、馬鈴薯病蟲害發(fā)生的研究相對(duì)較多[13-15，18-19]。江西省雙季稻主要病蟲害發(fā)病率隨施氮水平降低而減輕，但氮素過低易導(dǎo)致水稻減產(chǎn)[13]；杭州超級(jí)稻生育后期水稻紋枯病、褐飛虱等病蟲害發(fā)病率隨著施氮量增加而加重[14]；水稻寶農(nóng)34 紋枯病、稻縱卷葉螟、穗腐病的發(fā)生程度亦隨著施氮水平的提高逐漸加重[15]；馬鈴薯病蟲害發(fā)生率隨著種植密度增大而增加[18-19]。在魯中泰安地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，提高種植密度會(huì)造成小麥莖基腐病發(fā)病率和枯白穗率增加[4]。本研究中，提高施氮量或增加種植密度，小麥紋枯病、莖基腐病的發(fā)病率、病情指數(shù)均顯著提高，這與前人在其他作物或小麥上的研究結(jié)果基本一致。但是，本試驗(yàn)條件下，增加施氮量對(duì)病害發(fā)生的提升效應(yīng)高于提高種植密度，由此表明雖然增加施氮量或種植密度均會(huì)造成病蟲害發(fā)生的加重，但適度密植配合適量減氮的氮密組合在控制病害發(fā)生方面優(yōu)于高施氮與低密度組合，有利于降低病害防控壓力，展現(xiàn)出了較高的減藥潛力。因此，在同等產(chǎn)量水平下，生產(chǎn)上可以優(yōu)選適度密植配合適量減氮的氮密組合管理措施。本研究中，蚜蟲發(fā)生量（百株蚜量）在不同氮肥水平和種植密度處理間表現(xiàn)不一，這可能與試驗(yàn)區(qū)域蚜蟲發(fā)生量遠(yuǎn)低于百株蚜量（500 頭）[26]的防治指標(biāo)有關(guān)。

適度密植小麥具有較高的根長密度和較強(qiáng)的氮素吸收能力[17]，進(jìn)而為降低氮肥施用量提供了可能。魯中泰安地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，適度密植條件下降低施氮量仍可獲得與高施氮量相持平的產(chǎn)量，同時(shí)大幅提高氮素利用效率并降低了土壤氮素殘留[27]。近年來，有關(guān)施氮水平和種植密度互作對(duì)小麥產(chǎn)量和氮素利用影響的研究相對(duì)較多，但研究結(jié)果因地域、品種而有較大差異[1，20-23，28]。李筠等[1]研究表明，連云港市冬小麥連麥2 號(hào)在180 萬株/hm2的播種密度、299～355 kg/hm2的施氮量下可實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)。曹倩等[20]研究表明，泰安市泰農(nóng)18 在90 kg/hm2播量、180 kg/hm2施氮量下產(chǎn)量達(dá)到最高；而山農(nóng)15 最適播量為75 kg/hm2，最適施氮量為180 kg/hm2。師日鵬等[28]研究表明，冬小麥品種小偃22在112 kg/hm2播量、201～214 kg/hm2施氮量搭配情況下，群體干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量達(dá)最高。本研究中，在180 kg/hm2的施氮水平下，太麥198 在270 萬～360 萬株/hm2、山農(nóng)30 和濟(jì)麥23 在405 萬株/hm2的種植密度條件下，產(chǎn)量和氮素利用效率顯著高于（山農(nóng)30）或持平于（太麥198 和濟(jì)麥23）其他高產(chǎn)組合（如N240 施氮水平與各品種第3 密度的處理）。由此表明，在魯東麥區(qū)可以通過合理密植配合適量減氮，在控制病蟲害發(fā)生的同時(shí)，以密補(bǔ)氮確保植株養(yǎng)分吸收積累和干物質(zhì)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效穩(wěn)產(chǎn)。

綜上，魯東麥區(qū)冬小麥適量減氮配合合理密植可減輕小麥紋枯病、莖基腐病的發(fā)生率和病情指數(shù)，有利于降低病害防控壓力，為減少化學(xué)農(nóng)藥用藥次數(shù)和用藥量提供了可能，同時(shí)可在減少肥料投入的同時(shí)確保高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和氮素利用效率的提高，有利于區(qū)域小麥化學(xué)肥料農(nóng)藥減施增效和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的協(xié)同。在施氮180 kg/hm2水平下，配合中多穗型品種太麥198 在270 萬～360 萬株/hm2、大穗型品種山農(nóng)30 和濟(jì)麥23 在405 萬株/hm2的種植密度，可在魯東麥區(qū)實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)高效健康生產(chǎn)。