施氮水平與種植密度互作對魯東小麥病蟲害發生、產量與氮素利用率的影響

于海濤 ，劉亞男 ，代興龍 ，宋 順 ，王麗杰 ，劉 寧 ，張云麗 ，楊曉燕 ，張桂珍 ，魏秀華 ，張志偉

（1.濰坊市農業科學院 小麥研究所，山東 濰坊 261071；2.山東農業大學 農學院/小麥育種全國重點實驗室，山東 泰安 271018；3.安丘市石埠子鎮農業綜合服務中心，山東 安丘 262104；4.昌邑市農業農村局，山東 昌邑 261300）

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

氮素是植物生長必需的營養元素，顯著影響小麥的生長發育[5-6]，在一定范圍內，施氮水平與籽粒產量、蛋白質含量呈正相關，隨著施氮水平的提升小麥籽粒產量和營養品質均可明顯提升[7-9]。但是目前生產中，人們為了追求作物高產，存在氮肥施用過度、氮肥利用率低等問題[10]，造成了嚴重的環境污染和資源浪費[11-12]，同時也易加劇病蟲害的發生[13-15]。

種植密度影響小麥的分蘗數、成穗率、穗粒數及籽粒的飽滿度[16]，合理的種植密度能夠提高其根長密度，促進養分吸收，是協同提高小麥產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由于通風透光情況差、濕度增加，導致莖基腐病等病蟲害的發生[4，18-19]。近年來，有關施氮水平與種植密度互作對小麥產量、品質、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業生產中的應用價值，但不同種植區域之間、不同小麥品種之間的研究結果存在差異[1，20-23]。

本試驗選用太麥198、山農30、濟麥23 等3 個小麥品種，分別設置4 個施氮水平和4 個種植密度，擬通過研究氮肥與種植密度互作對魯東冬小麥病蟲害發生、產量和氮素利用率的影響，探明適宜魯東麥區小麥高產高效健康生產的最佳施氮量和種植密度，旨在為協同小麥高產穩產高效、推動區域化肥農藥減施增效和小麥產業綠色發展提供理論依據和技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗選用的冬小麥品種為太麥198、山農30 和濟麥23，分別購自泰安市禾元種業科技有限公司、泰安市山農先行種業有限公司、山東魯研農業良種有限公司。試驗所用的肥料為尿素、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、德國鉀鹽集團鉀肥公司生產。

1.2 試驗地概況

試驗于2018—2019、2019—2020年小麥生育季，在濰坊市寒亭區張家院村濰坊市農業科學院試驗站（36°49′11″N、119°13′25″E）進行。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）。試驗田一年兩熟種植，前茬作物均為玉米，多年秸稈還田。試驗點土壤類型為壤土，2018—2019年生育季開始試驗之前播前土壤表層基礎地力水平如表1所示。

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

1.3 試驗設計

試驗選用中多穗型品種太麥198（TM）和大穗型品種山農30（SN）、濟麥23（JM）等3 個小麥品種為試驗材料，設計4 個施氮水平和4 個種植密度。施氮水平分別為120（N120）、180（N180）、240（N240）、300（N300）kg/hm2，2 個生育季施氮區位置相同；因品種的分蘗成穗特性差異，太麥198 的種植密度設置為90 萬（TM90）、180 萬（TM180）、270 萬（TM270）、360（TM360）萬株/hm2，山農30 和濟麥23 的種植密度設置為135萬（SN135、JM135）、270萬（SN270、JM270）、405 萬（SN405、JM405）、540（SN540、JM540）萬株/hm2。試驗采用裂裂區設計，以品種為主區，氮肥水平為裂區，種植密度為裂裂區，3 次重復。每個小區長25 m、寬3 m，采用小麥寬幅精量播種機（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，追肥于拔節前結合灌水施入。同時，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田。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 紋枯病和莖基腐病發病率和病情指數測定 參考郁富景等[24]的方法，在拔節期，各小區選擇長勢均勻的區域隨機取30 個單株，調查紋枯病和莖基腐病發病情況。因拔節期紋枯病和莖基腐病發病較輕，主要統計了該生育時期的植株發病率。

分別在小麥開花期、灌漿中期、灌漿后期，各小區選擇長勢均勻的區域隨機取60 個單莖，調查紋枯病和莖基腐病發病情況。紋枯病在調查時根據嚴重度分為5 個等級：0 級，全株無??；1 級，葉鞘發病但莖稈不發??；3 級，葉鞘發病并侵入莖，但莖稈病斑環莖不足1/2；5 級，莖稈病斑環莖超過1/2，但不倒伏或折莖；7 級，枯死、倒伏、枯白穗。莖基腐病在調查時根據嚴重度分為6 個等級：0 級，整株無變褐癥狀；1 級，根部有變褐現象；3 級，地上部分第1莖節有變褐腐爛現象；5 級，地上部分第2 莖節有變褐腐爛現象；7 級，病斑超過第2 莖節，但無白穗；9級，病斑超過第2 莖節，有白穗。

根據紋枯病、莖基腐病發病等級，計算病情指數。

1.4.2 蚜蟲調查 在灌漿中后期，每小區按對角線5 點取樣法，每點固定調查100 個單穗，計算百株蚜量。

1.4.3 產量測定 成熟期在各小區內選取長勢均勻一致的區域，劃定4.5 m2（3.0 m×6 行）的面積用于籽粒產量的測定。該區域內所有小麥穗由人工剪下并采用小型種子脫粒機進行脫粒，自然風干后稱質量，測定籽粒含水量，并調整為含水量13.0%（干物質產量為87.0%，kg/hm2）的標準產量。

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

供氮量包括施氮量和播前土壤0～1.0 m 土層土壤供氮量（硝態氮和銨態氮積累量）。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 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2010 進行整理與分析，采用SPSS 21.0 統計系統進行數據統計分析，處理間的多重比較采用LSD 法進行判別，判別標準為P＜0.05。采用Sigmaplot 10.0 作圖。

2 結果與分析

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

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、莖基腐病發病率也有所升高。施氮水平升高對病害發生的加重效應高于增加種植密度。

圖1 施氮水平與種植密度互作對魯東冬小麥紋枯病和莖基腐病發生情況的影響（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，對灌漿中后期蚜蟲發病量進行調查統計（圖3、4），分析發現，蚜蟲發病量（百株蚜量）在不同施氮水平和種植密度處理間表現不一。但在本研究的試驗年份，蚜蟲發生量均遠低于500 頭/百株的防控指標[26]，無需進行化學防治。

圖 5 施氮水平與種植密度互作對魯東冬小麥產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魯東冬小麥產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魯東小麥產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年生育季的產量隨種植密度增加而持續增加，2019—2020年生育季的產量隨種植密度升高而呈現先升高后降低的變化趨勢，且均在270萬株/hm2種植密度時產量達到最高值。在N240和N300 施氮水平下，隨種植密度升高，該品種產量均呈現先升高后降低的變化趨勢，2018—2019、2019—2020年生育季分別在270 萬、180 萬株/hm2種植密度時產量達到最高值。

隨種植密度增加，山農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 氮肥水平下均表現為先升高后持平或降低的變化趨勢，且均在405 萬株/hm2種植密度時產量達到最高值。2019—2020年生育季，山農30 的產量在N300 施氮水平下隨種植密度升高而降低。濟麥23 亦表現為相似的變化趨勢。

隨氮肥水平的增加，3 個品種的產量均表現為先升高后降低的變化趨勢，太麥198 和濟麥23 在N180 和N240 水平下產量無顯著差異，山農30 則以N180 處理產量最高。

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 土壤硝態氮和銨態氮積累量）所能生產的籽粒產量。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與產量的變化趨勢相一致，同一氮肥水平下產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顯著下降的變化趨勢。

綜合施氮水平與種植密度的互作效應對魯東小麥產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30 和濟麥23 的405 萬株/hm2種植密度組合，在高產的同時可以獲得相對較高的氮素利用效率，有利于魯東小麥的減肥增效。

3 結論與討論

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

適度密植小麥具有較高的根長密度和較強的氮素吸收能力[17]，進而為降低氮肥施用量提供了可能。魯中泰安地區的研究發現，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量，同時大幅提高氮素利用效率并降低了土壤氮素殘留[27]。近年來，有關施氮水平和種植密度互作對小麥產量和氮素利用影響的研究相對較多，但研究結果因地域、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 號在180 萬株/hm2的播種密度、299～355 kg/hm2的施氮量下可實現小麥高產。曹倩等[20]研究表明，泰安市泰農18 在90 kg/hm2播量、180 kg/hm2施氮量下產量達到最高；而山農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，群體干物質積累量和產量達最高。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30 和濟麥23 在405 萬株/hm2的種植密度條件下，產量和氮素利用效率顯著高于（山農30）或持平于（太麥198 和濟麥23）其他高產組合（如N240 施氮水平與各品種第3 密度的處理）。由此表明，在魯東麥區可以通過合理密植配合適量減氮，在控制病蟲害發生的同時，以密補氮確保植株養分吸收積累和干物質生產，實現高產高效穩產。

綜上，魯東麥區冬小麥適量減氮配合合理密植可減輕小麥紋枯病、莖基腐病的發生率和病情指數，有利于降低病害防控壓力，為減少化學農藥用藥次數和用藥量提供了可能，同時可在減少肥料投入的同時確保高產、穩產和氮素利用效率的提高，有利于區域小麥化學肥料農藥減施增效和高產穩產的協同。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30 和濟麥23 在405 萬株/hm2的種植密度，可在魯東麥區實現小麥高產高效健康生產。