水氮运筹对新疆滴灌春小麦群体质量和产量的影响

欧阳雪莹，蒋桂英，冉 辉，彭 婷

(1.石河子大学农学院，新疆石河子 832000；2.新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000)

小麦(TriticumaestivumL.)是新疆第一大粮食作物，2017年新疆小麦种植面积为117.33万hm2，占新疆粮食作物播种面积的52%[1]。水肥是作物生产的重要物质保障，二者之间存在明显的耦合效应[2]。合理的水肥运筹有助于小麦稳产和高产，同时促进资源高效利用，对农业可持续发展及粮食安全有着重要的意义。

小麦花后干物质积累量、叶面积指数(LAI)、粒叶比和成穗率是反映其群体质量的重要指标[3]。开花后的光合物质生产是小麦产量形成的主要物质来源，直接决定着小麦产量的高低[4-6]，因而开花后积累的干物质越多,小麦籽粒产量越高[6-7]。在适量增施氮肥的条件下，与常规漫灌相比，滴灌小麦的干物质积累量较高[8-9]。适量灌水有利于小麦干物质积累，促进籽粒灌浆和形成高产[10-13]。作物LAI与产量呈极显著正相关[14-16]。合理的水分供给条件下，施氮可提高小麦LAI，但过量施氮会造成LAI过高，进而影响田间透光率，导致下部叶片发育不良而衰老死亡[17-19]。凌启鸿等[20]指出，实现作物超高产的关键是在适宜的LAI基础上提高粒叶比，粒叶比与产量呈正相关。此外，合理施氮对作物有明显的增产效应，而不合理的施氮会使得作物库源关系失调，导致减产[20-21]。小麦粒叶比对水分变化十分敏感，当水分匮乏时源库活性被抑制，粒叶比减小[22]。也有人提出，小麦成穗率与产量有着密切的关系，滴灌条件下合理的水肥运筹可以提高成穗率、穗粒数以及千粒重，进而实现高产[23-24]。

近年来，滴灌技术在新疆小麦生产上的应用日益扩大，节水增益效果明显，但目前有关滴灌春小麦水分或氮肥的单一因子效应研究较多，而围绕滴灌条件下水氮运筹对春小麦群体质量和产量影响的研究较少。本研究以新春6号为供试材料，比较分析不同水氮处理下滴灌春小麦的群体质量和产量的特点，探求适宜的水氮配比组合，以期为新疆滴灌春小麦水氮管理模式提供理论及技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2017和2018年在新疆石河子大学农学院实验站进行，地理位置为东经86°01′，北纬44°26′。供试土壤为中壤土。2017年土壤基础养分含量：有机质24.3 g·kg-1、全氮1.1 g·kg-1、碱解氮64.8 mg·kg-1、速效磷19.1 mg·kg-1、速效钾164 mg·kg-1。2018年土壤基础养分含量：有机质25.7 g·kg-1、全氮1.8 g·kg-1、碱解氮66.1 mg·kg-1、速效磷19.5 mg·kg-1、速效钾165.2 mg·kg-1。两年春小麦生育期降水数据见表1。

表1 2017-2018年滴灌春小麦生育期降水量

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，水分为主区，氮肥为副区，3次重复，小区面积16 m2(4 m×4 m)。供试小麦品种为新春6号。2017、2018年播期分别为4月9日和4月12日，播量均为345 kg·hm-2，宽窄行种植，行距配置为12.5+20+12.5+20 cm，每隔四行的中间位置20 cm处铺一条滴灌带，滴头间距30 cm，滴头流量2.2 L·h-1。

在不同生育时期灌水量和氮肥量见表2和表3。整个生育期共灌水9次，施肥7次。灌水量通过水表精确控制。氮肥(尿素)的20%作为基肥，余下80%随水分次追施。基施P2O560 kg·hm-2和K2O 36 kg·hm-2。其他田间管理措施同大田生产。

表2 不同生育时期滴灌春小麦灌水量配置

表3 不同生育时期滴灌春小麦施氮量配置

1.3 测定项目与方法

1.3.1 茎蘖动态的测定

小麦两叶一心期后，每个小区内选择具有代表性的1 m2植株标记，在拔节期、抽穗期进行茎蘖总数的定点调查，并计算其茎蘖成穗率(成熟期总穗数/最高总茎数)。

1.3.2 叶面积指数(LAI)的测定

在分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗扬花期、籽粒形成期、乳熟期，各处理选取有代表性的1 m2小麦植株，使用美国Li-COR公司LI-3000C叶面积仪测定叶面积，并计算叶面积指数。

1.3.3 粒叶比的测定

在成熟期，测定粒数，并计算粒叶比。

粒叶比=单位土地面积上总结实粒数/开花期相同土地面积上总叶面积

1.3.4 干物质积累的测定

在小麦分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗扬花期、籽粒形成期、乳熟期，每个小区内选取1 m2植株。将植株按叶片、茎鞘、穗分成三个部分，分别暂存于牛皮纸袋，置于105 ℃ 烘箱中杀青30 min，75 ℃下烘干至恒重，取出冷却后再进行称重，并计算干物质积累量和花前干物质的转运效率及其贡献率。

开花前营养器官物质转运效率=(开花期干物重-成熟期营养器官干物重)/开花期干物重×100%

开花前营养器官物质转运贡献率=(开花期干物重-成熟期营养器官干物重)/粒重×100%

花后干物质生产力=花后干物质积累量/开花期总叶面积

1.3.5 产量的测定

小麦成熟期时在每个小区内选取1 m2小麦植株，人工收割脱粒，自然晒干后称重，计算籽粒产量，并测定每平米穗数。同时于小区总取20株小麦测定穗粒数和千粒重。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2010进行数据统计方差分析(ANOA)，相关分析使用SPSS 19.0软件，邓肯氏新复极差检验法(DMRT)，0.05水平下检验差异，Origin Pro 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 水氮运筹对滴灌小麦茎蘖动态的影响

两年中拔节期和抽穗期春小麦茎蘖数在同一施氮量下随灌水量的增大均呈先升后降的趋势，且以W3水平最大；在同一灌水量下，两个年度两个时期的茎蘖数随施氮量的增加也呈相同变化趋势，且均以N2水平最高(表4)。成穗率也表现出与茎蘖数相同的趋势。在所有处理中，W3N2处理在两个年度两个时期的茎蘖数和成穗率均高于其他处理。

表4 不同水氮处理对滴灌春小麦的茎蘖动态和成穗率的影响

2.2 水氮运筹对滴灌小麦叶面积指数(LAI)的影响

春小麦LAI在两年中均随生育进程呈先增后减趋势，均以孕穗期最大(图1)。同一灌水量下各时期的LAI随施氮量的增大均先升后降，以N2水平最高；同一施氮量下LAI随灌水量的增加也呈相同变化趋势，且以W3水平最高。所有处理中两年各时期均以W3N2处理最大。

T:分蘖期;S:拔节期;B:孕穗期;H:抽穗期;G:籽粒灌浆期;M:乳熟期。

2.3 水氮运筹对滴灌小麦粒叶比的影响

两年中春小麦粒叶比在同一灌水量下随施氮量的增大均先升后降，以N2处理最高；同一施氮量下粒叶比随灌水量的增加也表现出相似的趋势，且在W3水平为最高(图2)。在所有处理中两年粒叶比均以W3N2处理最大。

2.4 水氮运筹对滴灌小麦花前干物质转运和花后物质生产力的影响

两年中春小麦花前干物质转运效率及其对籽粒产量贡献率在同一灌水量下随施氮量的增加均呈先降后升的趋势，且以N2水平最小；同一施氮量下花前干物质转运效率及其对籽粒产量贡献率随灌水量的增大也表现出相同的趋势，以W3水平最小(表5)。花后物质生产力对灌水和施氮的响应趋势与花前干物质贡献率和转运效率相反。同一灌水量下花后干物质生产力随施氮量的增加呈先增后减趋势；同一施氮量下的花后干物质生产力也呈相同变化。在所有处理中，以W3N2处理的花前干物质转运效率与贡献率均最低，花后干物质生产力最高。

表5 不同水氮处理对滴灌春小麦花前贮藏同化物转运和花后同化物生产的影响

2.5 水氮运筹对滴灌小麦产量及其构成的影响

水氮运筹对春小麦产量及其构成有显著影响(表6)。从产量构成来看，在相同的灌水量下穗数、穗粒数及千粒重随施氮量的增加均呈先增后减趋势，且均以N2水平最大；相同施氮量下穗数、穗粒数及千粒重随灌水量的增加也呈相同变化趋势，以W3水平最大。产量也表现出相似的变化趋势。W3N2处理的产量及其构成因素均显著高于其他处理；2017年、2018年W3N2处理的产量较其他处理分别提高了 12.5%～114.9%、11.3%～112.0%。这说明合理水氮运筹可改善春小麦产量构成，进而实现高产。

表6 不同水氮处理对滴灌春小麦产量的影响

3 讨 论

3.1 水氮运筹对滴灌春小麦群体质量的影响

随着生产的不断提高，小麦高产的实现是在一定群体数量的基础上很大程度上取决于群体质量的提升，通过施氮运筹可对群体数量和质量进行调节，从而为小麦高产创造条件。春小麦高产群体构建过程中，在适宜穗数的基础上，成穗率、粒叶比及花后积累越高，获得的产量也就越高[25]。本研究表明，不同水氮处理下滴灌春小麦的茎蘖数与成穗率均不同，在W3N2(6 000 m3·hm-2，300 kg·hm-2)处理下均最大，这与前人研究所得出的结果相似[26]，说明适宜的水氮运筹可保证春小麦获得合理的群体数量和质量。

叶片光合能力对作物生产力有重要作用，水氮两因子通过调控LAI等指标促进光合作用，进而影响产量形成[18]。春小麦LAI在生育期内呈现先升后降趋势[27]，在一定范围内，增加灌水量或施氮量可提高小麦LAI，但超过该范围后LAI反而减小[28]。本试验也发现相似的变化趋势，表明适宜的水氮运筹有利于增加小麦光合面积。

粒叶比可以用作判断作物群体源库是否协调的指标，当LAI达到某一范围时，提高粒叶比可以提高产量[29]。本试验结果显示，滴灌春小麦粒叶比两年均以W3N2处理最大，与前人研究结果一致[4]。这可能是因为一定范围内适宜的水氮运筹提高了小麦库容量，促进了源库间的物质转运，但超出某个范围后则源库关系失调，最终导致产量降低[30]。

一般认为小麦成熟期的籽粒干物质有 20%～30%是旗叶光合作用产生的[31]，且适宜的水氮管理有利于干物质积累。本试验中以W3N2处理的花前干物质转运效率与贡献率最小，花后干物质生产力最大，王 磊等[18]也提出了相似的结论，说明适宜的水氮运筹能够促进花后光合产物的积累，从而增加产量。

3.2 水氮运筹对滴灌春小麦产量及其构成的影响

作物群体质量的优劣对小麦产量构成因素及产量水平的高低有着重要的作用。水氮运筹对小麦产量有显著的调控效应，水氮两因素间存在互作效应[32]。本试验表明，春小麦产量及其构成均随灌水量和施氮量的增大呈现先增后减的趋势，且以W3N2处理为最大，这与前人的研究结果相似[33]。这可能是因为合理的水氮运筹有利于植株光合产物的生产与积累，促进穗数、穗粒数的增加，进而提高产量。

综上所述，本试验条件下，以W3N2处理的滴灌春小麦群体质量和产量及其构成最佳。因此，从资源利用、区域环境等综合方面考虑，灌水量(6 000 m3·hm-2)和施氮量(300 kg·hm-2)为当地最适宜的水氮组合。