水氮措施對強筋冬小麥品種藁優2018干物質積累量及產量的影響

李浩然，賈 彬，王紅光，李東曉，李瑞奇

（河北農業大學農學院，河北省作物生長調控重點實驗室，河北 保定 071000）

小麥高產對保障我國糧食安全具有重要意義。小麥產量和品質受多種因素的影響，其中水分和氮素是兩大主要因素，二者在小麥生長過程中既相互促進又相互制約[1～3]，歷來受到人們的高度關注。我國的水資源匱乏，擁有量僅占全球的6%，卻承擔了全球22%的人口和近10%的經濟增長率[4]，而且農業用水的需求量十分巨大。近年來，受全球氣候變化的影響，我國部分地區的降水量與過去相比發生了明顯變化。2001～2009年全國年平均降水量和水資源總量分別較1956～2000年減少了2.8%和3.6%[5]，因此，發展節水農業已成為農業生產的必然選擇。在小麥生產中，過量施用氮肥同樣會影響產量，并造成氮肥資源浪費和農業環境的潛在污染。目前，水資源匱乏和氮肥施用過量導致的農業生態環境污染已經成為限制華北地區農業生產可持續發展的主要因素之一[6]。因此，合理施用氮肥，提高水分利用率是小麥生產中的必要措施。

前人研究表明，在一定的灌水量范圍內，小麥產量隨著灌水次數的增加而增加，小麥全生育期內灌水2～3次較為適宜，過量灌溉會導致產量降低[7]。小麥產量與其整個生育期內的灌水量并不是呈簡單的線性關系，而是呈二次拋物線關系，即：隨著灌水量的增加，小麥產量呈先增加后降低的變化趨勢[8]。小麥生長前期受到輕微干旱脅迫有利于根系的生長，可以增強吸收水分和養分的能力；而開花期后水分充足則有助于小麥進行光合作用，從而提高灌漿速率和產量[9，10]。適量施氮可以促進小麥生長發育和分蘗，增加千粒重，從而提高產量，并可改善品質[11]。但是，施氮量超過210 kg/hm2后，再增施氮肥，小麥增產趨勢會變得趨于平緩，甚至有所下降[12～14]。研究表明，在一定閾值內，水氮互作效應明顯，當供水量充足或輕度缺水時，適量追施氮肥可以提高小麥產量[15]。小麥產量與干物質的積累量密切相關，增加干物質積累量是提高產量的基礎。在生育后期適量增施氮肥，可有效提高開花后小麥干物質的生產能力，并增加花后干物質對小麥產量的貢獻率[16]。開花前營養器官貯藏物質向籽粒中的轉運量和開花后同化物的積累量對小麥籽粒產量起著決定性的作用[17，18]。水分充足時，小麥干物質積累速度較快，開花后的干物質積累量也較大，總產量較高[19]。在小麥起身期和拔節期適量增加灌水，對提高植株各器官的干物質積累量有一定的積極作用；而在生育后期適量減少灌水，則有助于干物質由營養器官向生殖器官的轉移[7，20]?？讝|等[21]研究表明，增施氮肥對于減緩小麥生育后期旗葉光合性能的衰退作用明顯，可以顯著延長葉片功能期，提高小麥光合產物的積累量。

目前，在河北平原水資源限制不斷加劇、普通小麥種植面積壓縮的形勢下，發展在生育中后期供水較少條件下更有利于產量和品質形成[22]的強筋小麥生產具有重要意義。藁優2018是兼顧高產與優質的強筋小麥品種，但是，截至目前，關于灌水和施氮量等關鍵技術措施對其產量形成特性的影響尚未見報道。以強筋冬小麥品種藁優2018為試材，研究不同水氮措施對小麥干物質積累量和產量的影響，旨為明確強筋小麥高產水肥管理技術提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2015～2016年在河北農業大學清苑試驗站和辛集試驗站同時進行。2個試點均屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，其中，清苑試驗站地處北緯 38°47′、東經 115°34′，海拔 13 m，土壤類型為黏壤質潮土，無霜期155 d，小麥生長期內冬前積溫為388.2 ℃；辛集試驗站地處北緯 37°50′、東經 115°17′，海拔37 m，土壤類型為壤質潮土，無霜期159 d，小麥生長期內冬前積溫為384.8℃。2個試點0～20 cm耕層土壤的基礎養分含量和含水量（表1）以及小麥生育期間的降水量（表2）不盡相同，其中，清苑試點的土壤含水量和降水量略高，土壤養分含量除堿解氮較高外其他指標均低于辛集試點。

1.2 試驗材料

試驗強筋冬小麥品種為藁優2018（藁城市農業科學研究所選育）；氮肥種類為尿素（N含量46.4%，內蒙古博大實地化學有限公司生產）。

表1 2個試點耕層土壤的基礎養分含量和含水量Table 1 Soil nutrient content and water content in two sites

表2 2個試點冬小麥生育期的降水量 (mm)Table 2 Precipitation during the growth period of winter wheat in two sites

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 2個試點均采用二因素裂區試驗設計，其中，主區為灌水措施（W），設全生育期不灌溉（W0）、灌拔節水（W1，灌水量60 mm）、灌拔節水＋揚花水（W2，每個時期的灌水量均為60 mm） 3個水平；副區為施氮量（N），設0（N0）、120（N120）和240 kg/hm2（N240）3個水平，氮肥施用方式因灌水措施的不同而有所差異，其中，W0主區全部底施，其他主區均50%底施、50%在拔節期灌水前追施。小區面積58.8 m2（4.2 m×14.0 m），3次重復。

前茬夏玉米收獲后，立即將秸稈粉碎2遍并鋪勻還田。小麥播種前，各小區均底施P2O5（三料過磷酸鈣，P2O5含量46%，內蒙古博大實地化學有限公司生產）135 kg/hm2和K2O（氯化鉀，K2O含量60%，內蒙古博大實地化學有限公司生產） 225 kg/hm2。清苑試點10月12日播種，辛集試點10月15日播種，均采用15 cm等行距種植，播種量150 kg/hm2。播后鎮壓，并做畦。其他管理措施同常規。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 干物質積累與轉移指標。清苑試點分別在起身期、拔節期、孕穗期、開花期和成熟期取樣調查，辛集試點分別在起身期、開花期和成熟期取樣調查。參考李雁鳴[23]的方法，每小區取樣50株，置烘箱內先105℃殺青30 min，而后再80℃烘干至恒重，晾涼后稱量干物質重。根據田間總莖數，計算干物質積累量。然后根據公式，計算有關指標：

經濟系數=產量/成熟期干物質積累量

開花前干物質轉移量=開花期干物質積累量-成熟期干物質積累量（籽粒除外）

開花前干物質轉移率=開花前干物質轉移量/開花期干物質積累量×100%

開花前干物質對籽粒的貢獻率=開花前干物質轉移量/成熟期籽粒干重×100%

開花后干物質積累量=成熟期籽粒干重-開花前干物質轉移量

開花后干物質對籽粒的貢獻率=開花后干物質積累量/成熟期籽粒干重×100%

1.3.2.2 產量和產量構成因素。參考李雁鳴[23]的方法進行。

1.3.3 數據處理 利用Microsoft Excel 2003和SPSS version 19.0軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 灌水措施和施氮量對小麥主要生育期干物質積累量的影響

2個試點的小麥干物質積累量均隨生育期的推進而持續增加，且均于成熟期達到最大值，但不同水氮措施的小麥各主要生育期干物質積累量和經濟系數不同（表3）。方差分析結果（表4） 顯示，灌水措施對清苑試點小麥孕穗期、開花期和成熟期的干物質積累量有極顯著影響，對辛集試點小麥成熟期的干物質積累量和經濟系數有極顯著影響；施氮量對清苑試點小麥起身期和孕穗期的干物質積累量有極顯著影響、拔節期的干物質積累量有顯著影響，對辛集試點小麥起身期的干物質積累量有極顯著影響、成熟期的干物質積累量有顯著影響；水氮交互作用僅對清苑試點小麥孕穗期的干物質積累量有極顯著影響，而對辛集試點小麥各生育期的干物質積累量以及經濟系數影響均不顯著。

從灌水措施的主效應分析結果（表5） 看，2個試點的小麥干物質積累量變化趨勢一致，均表現為同一時期的小麥干物質積累量隨灌水措施水平的提高而增加，其中，孕穗期之前不同灌水措施的小麥干物質積累量均無顯著差異；之后，不同灌水措施的小麥干物質積累量差異逐漸增大，成熟期3個不同灌水措施水平的小麥干物質積累量差異均達到了顯著水平?？梢钥闯?，灌水措施對小麥生育前中期干物質積累量的影響相對較小，而對成熟期的干物質積累量影響顯著，且成熟期的干物質積累量隨灌水措施水平的提高而明顯增加。2個試點不同灌水措施的經濟系數順序均為 W1＞W0＞W2，其中，W1與 W0處理差異不顯著，但均與W2處理差異達到了顯著水平。

從施氮量的主效應分析結果看，2個試點的小麥干物質積累量變化趨勢并不一致，但均表現為成熟期施氮處理的小麥干物質積累量＞不施氮處理，且不同施氮量水平的干物質積累量差異達到了顯著水平。小麥成熟期，清苑試點的小麥干物質積累量順序為N240處理＞N120處理＞N0處理，其中，N240與N0處理差異達到了顯著水平，但二者均與N120處理差異不顯著；辛集試點的小麥干物質積累量順序為N120處理＞N240處理＞N0處理，其中，N240與N120處理差異不顯著，但均與N0處理差異達到了顯著水平?？梢钥闯?，施用氮肥能夠提高小麥成熟期的干物質積累量，但2個試點N120與N240處理差異均不顯著，而N240與N0處理差異均達到了顯著水平，其中辛集試點的施氮效應更為明顯。2個試點的經濟系數均隨施氮量的增加而降低，其中，清苑試點差異不顯著，辛集試點N240與N0處理差異達到了顯著水平但均與N120處理無顯著差異。

綜上分析可以看出，較高的灌水措施水平可以獲得更高的干物質積累量，而施氮量對小麥干物質積累量的影響不及灌水措施的影響明顯。本研究結果顯示，灌2水（拔節水和揚花水）可以獲得較高的干物質積累量，而施氮量120與240 kg/hm2處理的成熟期干物質積累量和經濟系數差異均不顯著。因此，僅從干物質積累量角度考慮時，認為較合理的水氮組合是灌2水（拔節水和揚花水）、施氮量120～240 kg/hm2。

表3 不同灌水措施與施氮量處理的小麥各生育期干物質積累量和經濟系數Table 3 Dry matter accumulation and harvest index of wheat in different treatments of irrigation frequency and nitrogen rate at different growth stages

表4 小麥干物質積累量和經濟系數的方差分析（F值）Table 4 F values in variance analysis of dry matter accumulation and harvest index of wheat

表5 灌水措施和施氮量對小麥干物質積累量及經濟系數的主效應分析Table 5 The main effect of irrigation frequency and nitrogen rate on dry matter accumulation and harvest index of wheat

2.2 灌水措施和施氮量對小麥干物質轉移與積累的影響

不同水氮措施的小麥開花前干物質轉移量、轉移率和對籽粒的貢獻率，以及開花后干物質的積累量和對籽粒的貢獻率不同（表6）。方差分析結果（表7）顯示，灌水措施對清苑試點小麥開花前干物質的轉移率及對籽粒的貢獻率分別有顯著和極顯著影響，對該試點開花后干物質的積累量及對籽粒的貢獻率有極顯著影響，而在辛集試點僅對小麥開花后干物質的積累量有極顯著影響；施氮量對清苑試點小麥開花后干物質的積累量有顯著影響，對辛集試點小麥轉移與積累指標的影響均不顯著；水氮交互作用對2個試點的小麥轉移與積累指標均無顯著影響。

從灌水措施的主效應分析結果（表8）看，清苑試點不同灌水措施的小麥開花前干物質轉移量差別不大，但干物質轉移率和對籽粒的貢獻率均隨灌水措施水平的提高而逐漸降低，其中，干物質轉移率差異僅W2與W0處理之間達到了顯著水平，而干物質對籽粒的貢獻率差異在不同灌水措施水平之間均達到了顯著水平；開花后干物質的積累量和對籽粒的貢獻率均隨灌水措施水平的提高而逐漸顯著增加，且花后所積累的干物質對籽粒產量的貢獻高于花前干物質轉移對籽粒產量的貢獻。辛集試點不同灌水措施的小麥開花前干物質的轉移量、轉移率和對籽粒的貢獻率均無顯著差異，其中，轉移量和轉移率均以W1處理最高，對籽粒的貢獻率隨灌水措施水平的提高而逐漸降低；開花后所積累的干物質對籽粒產量的貢獻高于花前干物質轉移對籽粒產量的貢獻，花后干物質的積累量和對籽粒的貢獻率均隨灌水措施水平的提高而逐漸增加，其中，W1與W2處理的干物質積累量差異不顯著但二者均顯著高于W0處理，而不同灌水措施水平的干物質對籽粒貢獻率差異均不顯著?？梢钥闯?，灌水措施對小麥開花前干物質的轉移量無顯著影響；提高灌水措施水平后，雖然導致小麥開花前干物質轉移對籽粒的貢獻率逐漸降低，但會提高花后干物質的積累量和對籽粒的貢獻率，且這種花后干物質的積累效應高于花前干物質轉移對籽粒貢獻率的降低效應。

表6 不同灌水措施與施氮量處理的小麥干物質轉移量和積累量以及對籽粒的貢獻率Table 6 Dry matter transportation,accumulation and contribution to wheat grain in different treatments of irrigation frequency and nitrogen rate

表7 小麥干物質轉移量和積累量以及對籽粒貢獻率的方差分析（F值）Table 7 F values in variance analysis of dry matter transportation，accumulation and contribution to wheat grain

從施氮量的主效應分析結果看，不同施氮量處理的小麥積累與轉移指標，除清苑試點N240處理開花后干物質的積累量顯著＞N120和N0處理外，其他指標差異均不顯著，但是，2個試點施氮處理的花后干物質積累量均高于不施氮處理。

綜上分析可以看出，提高灌水措施水平可以促進開花后干物質的積累并提高對籽粒的貢獻率；增加施氮量對開花后干物質的積累有一定的促進作用，但對于花后干物質對籽粒的貢獻率影響并不大。

表8 灌水措施和施氮量對小麥干物質積累與轉移的主效應分析Table 8 The main effect of irrigation frequency and nitrogen rate on dry matter accumulation and transportation of wheat

2.3 灌水措施和施氮量對小麥產量及產量構成因素的影響

不同水氮措施的小麥產量構成因素以及產量不同（表9）。方差分析結果（表10） 顯示，灌水措施對2個試點的產量及其構成因素均有顯著影響，且除對辛集試點小麥穗粒數的影響為顯著外，對其他指標的影響均達到了極顯著水平；施氮量僅對清苑試點的小麥千粒重有顯著影響，對辛集試點小麥單位面積穗數、千粒重和產量有極顯著影響；水氮交互作用對清苑試點小麥產量構成因素和產量均無顯著影響，對辛集試點小麥單位面積穗數和千粒重影響顯著。

表9 不同灌水措施與施氮量處理的小麥產量和產量構成因素Table 9 Yield and yield components of wheat in different treatments of irrigation frequency and nitrogen rate

表10 小麥產量和產量構成因素的方差分析（F值）Table 10 F values in variance analysis of yield and yield components of wheat

從灌水措施的主效應分析結果（表11）看，隨著灌水措施水平的提高，2個試點的小麥產量構成因素和產量均逐漸增加，雖然2個灌水處理的產量構成因素差異水平有所不同，但W2處理的產量構成因素均顯著高于W0處理，最終，產量隨著灌水措施水平的提高而逐漸顯著增加。進一步對2個試點同一灌水措施的小麥產量進行比較后發現，不灌水處理下清苑試點的小麥產量較高（4.91%），可能與清苑試點的降水量和堿解氮含量較辛集試點高有關；而灌水處理下辛集試點的小麥產量較高，灌1水和2水處理的產量分別較清苑試點高7.76%和10.60%，說明當水分比較充足時綜合肥力水平高更有利于產量潛力的發揮。

表11 灌水措施和施氮量對小麥產量及產量構成因素的主效應分析Table 11 The main effect of irrigation frequency and nitrogen rate on yield and yield components of wheat

從施氮量的主效應分析結果看，2個試點不同施氮量處理的產量構成因素差別無明顯規律，但施氮處理的小麥產量均高于不施氮處理。其中，清苑試點產量以N240處理最高，但與其他處理差異均不顯著；辛集試點產量以N120處理最高、N240處理次之，二者差異不顯著，但均與N0處理差異達到了顯著水平。進一步對2個試點同一施氮量的小麥產量進行比較后發現，無論施氮與否，均以辛集試點的小麥產量較高，不施氮、施氮120 kg/hm2、施氮240 kg/hm2處理的產量分別較清苑試點高4.62%、9.30%和4.57%。

由于水氮交互作用對2個試點的小麥產量影響均不顯著，因此，如果僅從高產角度考慮，認為取得最高產量的灌水措施與取得最高產量的施氮量組合即為產量最高的處理組合，即：在拔節期和揚花期灌溉2次，全生育期施氮120～240 kg/hm2可以獲得較高產量。但在此施氮量范圍內，較少施氮更能同步實現高產高效。實際測產結果顯示，2個試點均以W2N120處理產量最高、W2N240處理次之，其中，清苑試點二者差異不顯著，而辛集試點二者差異達到了顯著水平?？梢钥闯?，推斷的小麥高產水氮組合與實際測產結果相吻合。

3 結論與討論

3.1 灌水措施和施氮量對小麥干物質積累與分配的影響

干物質積累是籽粒產量形成的物質基礎，提高干物質積累量并合理分配是提高作物產量的關鍵。任巍等[24]研究表明，水分對小麥干物質積累有顯著影響，在水分適宜條件下小麥干物質積累迅速且生物量較大，而水分過多或過少均會對小麥干物質積累產生不利影響。本研究條件下，2個試點均表現灌水措施對小麥生育前中期干物質積累量影響相對較小，而對成熟期的干物質積累量影響顯著，且成熟期的干物質積累量隨著灌水措施水平的提高而明顯增加；施氮量對2個試點小麥干物質積累量的影響規律雖然不一致，但均表現為成熟期施氮處理的小麥干物質積累量高于不施氮處理，其中，施氮量240 kg/hm2處理與不施氮處理差異達到了顯著水平，而施氮量120與240 kg/hm2處理差異不顯著。表明在目前土壤氮素水平相對較高的情況下，施氮量對小麥干物質積累量的影響不及灌水措施的影響明顯，施氮120 kg/hm2即可以獲得施氮240 kg/hm2的干物質生產水平，這為進一步實施節肥栽培提供了依據。該結果與趙雪飛等[25]的研究結果相似。本研究中，2個試點小麥開花后所產干物質對籽粒的貢獻率均隨灌水措施水平的提高而逐漸增加，而開花前貯存干物質的運轉對籽粒的貢獻率則隨灌水措施水平的提高而逐漸降低，且這種趨勢在清苑試點表現得更加明顯。原因是小麥生育后期降水量較少時，灌水較少的處理（尤其是不灌水處理）小麥開花后葉片衰老較早、葉面積指數下降較快，干物質生產量不足的情況下，開花前儲存在營養器官中的同化物向籽粒的轉移增加[26]，以補償籽粒灌漿物質的不足所致。

3.2 灌水措施和施氮量對小麥產量的影響

水分和養分是影響作物產量的兩大主要因素[27，28]。研究表明，在一定范圍內，隨著灌水次數的增加，小麥單位面積穗數、穗粒數、千粒重和產量均逐漸增加[22，29]；隨著施氮量的增加，小麥單位面積穗數和穗粒數逐漸增加，但千粒重下降[30]。而過量施氮后，會引起單位面積穗數和千粒重同時下降，并最終導致小麥減產[31]。

本研究條件下，灌水措施對清苑和辛集2個試點的小麥產量及其構成因素均有顯著影響，且指標值均隨灌水措施水平的提高而增加。說明在小麥生育后期降水較少的情況下，增加灌水次數和定額對提高小麥產量效果明顯。施氮量在清苑試點僅對小麥千粒重有顯著影響，在辛集試點對小麥單位面積穗數、千粒重和產量3個指標均有顯著影響；但是，水氮交互作用對2個試點小麥產量的影響均不顯著。相同灌水措施情況下，隨著施氮量的增加，千粒重逐漸降低，這與曹倩等[30]的研究結果一致；但是，產量卻呈上升趨勢，這與產量提高是產量構成因素共同作用的結果有關。清苑試點不灌水處理的小麥產量略高于辛集試點，主要原因可能是清苑試點的降水量和堿解氮含量較辛集試點高；而辛集試點灌1水和2水的產量明顯高于清苑試點，說明當可利用水量比較充足時綜合肥力水平對產量的影響更為明顯，而辛集試點土壤除堿解氮含量外其他養分含量均高于清苑試點，所以產量更高。

綜合以上結果，鑒于2個試點灌水措施與施氮量的交互作用對產量影響均不顯著，因此，如果僅從當年高產的角度考慮，認為獲得最高產量的灌水措施與獲得最高產量的施氮量組合即為產量最高的處理組合，即：一般情況下，在拔節期和揚花期灌溉2次，全生育期施用氮肥（N） 120～240 kg/hm2均可以獲得較高產量。在本試驗的不同水氮組合中，清苑和辛集試點均以春季灌2水、施氮量120 kg/hm2處理產量最高。表明在施N量120～240 kg/hm2范圍內，較低的施肥水平更能同步實現高產高效。然而，我們也應該考慮到，盡管2個試點全生育期施N量120與240 kg/hm2處理的小麥產量差異均不顯著，即施N量120 kg/hm2的方案可行，但是120 kg/hm2的施氮量明顯低于取得7 500～9 000 kg/hm2及以上產量所吸收的氮量[32]，故長期如此下去，將導致小麥生產的不可持續，而且還不利于強筋小麥品質的保持。因此，在今后的研究中，應該在施N量120～240 kg/km2范圍內，繼續研究最優的氮素施用量與水分的協調運籌措施。

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