遮阴与氮肥对冬小麦群体发育动态及产量的影响

艾孜孜·居来提，崔 月，赵 奇，张宏芝，樊哲儒，李剑峰，王 重

(1.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐830052; 2.新疆农业科学院核技术生物技术研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐830091)

遮阴与氮肥对冬小麦群体发育动态及产量的影响

艾孜孜·居来提1，崔 月1，赵 奇2，张宏芝2，樊哲儒2，李剑峰2，王 重2

(1.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐830052; 2.新疆农业科学院核技术生物技术研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐830091)

【目的】不同程度的遮阴条件下，研究氮肥及其互作对冬小麦群体发育动态及产量的影响，为南疆果树－小麦间作模式下小麦高产栽培技术及氮高效管理提供理论依据。【方法】采用人工模拟遮阴方法，设不遮阴(S0)、拔节期遮阴10%－抽穗期遮阴25%(S1)、拔节期遮阴20%－抽穗期遮阴50%(S2)和拔节期遮阴30%－抽穗期遮阴75%(S3)四个遮阴水平，设整个生育期不施肥(F0)、拔节期(遮阴后)追施纯氮103.5 kg/hm2(F1)、138 kg/hm2(F2)和172.5 kg/hm2(F3)四个施肥水平，研究不同遮阴、氮肥及其互作对小麦群体发育动态和产量的调控效应。【结果】遮阴强度与氮肥用量的增加均推迟了小麦的生育进程。遮阴对成穗数、分蘖成穗率有显著影响(P＜0.05)，对最高茎数、分蘖穗比重和主茎穗比重影响不显著。同一遮阴条件下，施肥比不施肥显著提高了成穗数、最高茎数、分蘖成穗率和分蘖穗比重(P＜0.05);随着施氮量的增加穗粒数先增加后降低、收获穗数增加、千粒重下降。同一施肥条件下，随着遮阴强度的增加收获穗数、穗粒数和千粒重均显著下降，进而导致产量显著降低(P＜0.05)。在不遮阴(S0)条件下，产量以F2处理较高;在遮阴(S1、S2、S3)条件下，施肥处理间差异不明显。【结论】遮阴和氮肥处理对产量的影响存在显著的互作效应;氮肥对产量表现为正效应，遮阴对产量表现为负效应，并且遮阴效应大于氮肥效应，是影响产量的主导因子。遮阴与氮肥互作对穗粒数、千粒重和产量有显著影响。在不施肥条件下，适度遮阴对小麦产量形成有利，随着遮阴强度的增加，氮肥的调控效应减弱。

冬小麦;氮素;遮阴;群体发育动态;产量

0 引言

【研究意义】新疆南疆地区3.33×104hm2(500多万亩)小麦与果树(核桃、杏子、红枣等)间作，形成了南疆特有的果树与小麦复合生产模式。有研究表明，不同果树和小麦间作模式下小麦产量比单作小麦减产27.7%以上［1］，杏树和小麦间作小麦减产可达77.3%［2］。与单作田相比，核桃树对小麦遮阴幅度为80%，杏树遮阴幅度为55%，枣树遮阴幅度为25%［3］。根据不同果树遮光程度，研究合理施氮及管理对南疆不同果麦间作区小麦栽培技术具有重要意义。【前人研究进展】光照和氮素是影响作物生长的两个重要因素。有研究表明，冬小麦产量的90%～95%来源于光合作用［4，5］，花后遮阴会导致冬小麦明显减产［6］;还有研究认为，弱光降低了小麦的干物质积累和产量［7］。氮素作为小麦群体发育动态和产量的重要影响因素，对小麦分蘖率、成穗和成穗率有较大的调节作用。许多研究者［8］认为氮肥施用不足，会导致群体数量不够，影响小麦分蘖和产量，氮肥用量过多则导致小麦生长过旺、无效分蘖增加、贪青晚熟、容易倒伏。【本研究切入点】遮光对小麦的影响研究多以小麦开花前后短期遮光较多，光和氮素互作效应研究主要集中在玉米、水稻、蔬菜及烟草等。长期弱光、氮互作对新疆小麦生长发育及产量的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】新疆特有的果树(核桃、杏子、红枣)与小麦复合生产模式对小麦的影响，在果树与小麦物候交错期的小麦拔节期至成熟期，采用人工遮阴模拟三种果树(核桃、杏子、红枣)在小麦生长中后期不同程度遮阴及不同氮素互作条件下，研究不同遮阴和氮肥处理对小麦群体发育动态及产量的影响，为南疆果树－小麦间作模式下小麦高产栽培技术及氮高效管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2015～2016年度在新疆泽普县试验基地进行。试验点地处E:77°16＇，N:38°10＇，海拔高度1 266 m，主要土壤类型为沙壤土。供试小麦品种为新冬20号。表1

表1 试验地土壤条件Table1 Soil conditions of the trial plots

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验采用裂区设计。氮肥处理为主区，F1:追施纯N 6.9 kg/667 m2、F2:追施N 9.2 kg/667 m2、F3:追施N 11.5 kg/667 m2、F0:整个生育期不施肥，追肥时期在拔节期。遮阴处理为副区，S1:拔节期遮阴10%－抽穗期遮阴25%、S2:拔节期遮阴20%－抽穗期遮阴50%、S3:拔节期遮阴30%－抽穗期遮阴75%、S0:不遮阴，遮阴均从拔节期至成熟期。共16个处理，每处理3次重复，每个小区面积8 m2=4 m×2 m。每个试验小区平分为两份，一份作为取样和各个生理指标测量之用，一份用作测产之用。播种量18 kg/667 m2，人工播种，行距20 cm。全生育期灌水6次(越冬，返青期、抜节期、孕穗期、扬花期、灌浆期)，灌水采用滴灌，追肥随水滴施。小麦播种前施尿素10 kg/667 m2、磷酸二铵25 kg/667 m2，作为基肥一次性施入(F0处理整个生育期不施肥)，其他管理措施同一般高产田。

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 生育期记录

冬小麦播种后，分别观察记载不同遮阴与氮肥处理的各生育期时间。

1.2.2.2 冬小麦群体总茎数的观测

从出苗开始，在每个处理的每一个小区，各个重复中，随机挑选长势均匀的3行，每行各固定长1 m的区段，调查1 m行长内小麦的基本苗数，最高茎数和成穗数;调查时间从苗期至成熟期，并计算分蘖成穗率，主茎穗比重，分蘖穗比重，计算公式(姜东等，2004)［9］如下:

分蘖成穗率(%)=(收获穗数–基本苗数)/ (最高总茎数–基本苗数)×100%.

主茎穗比重(%)=基本苗数/收获穗数× 100%.

分蘖穗比重(%)=(收获穗数–基本苗数)/ (收获穗数)×100%.

1.2.2.3 产量及产量构成

成熟期每小区取固定调查进行室内考种，计算主茎穂数、分蘖穗数、穂粒数和千粒重。每小区收获2 m2，脱粒后测产，重复3次。

1.2.2.4 各因素效应的计算

参照毛达如［10］的方法:

氮效应=［(遮阴与施氮处理－遮阴与无施氮处理)+(正常光照与施氮处理－正常光照与无施氮处理)］/2;

遮阴效应=［(遮阴与施氮处理－正常光照与施氮处理)+(遮阴与无施氮处理－正常光照与无施氮处理)］/2;

互作效应=［(遮阴与施氮处理－正常光照与无施氮处理)－(正常光照与施氮处理－正常光照与无施氮处理)－(遮阴与无施氮处理－正常光照与无施氮处理)］/2。(毛达如等，2005)［10］。表2

表2 遮阴氮肥组合设计方案Table2 Design of shade fertilizer combination table

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2010软件进行整理与处理;统计分析，差异显著性分析和方差分析采用SPSS 22.0版数据处理系统进行分析，用LSD法进行显著性测验。

2 结果与分析

2.1 遮阴与施氮量对冬小麦生育进程的影响

研究表明，遮阴与氮肥对冬小麦后期生育进程均有一定的影响。氮肥用量相同的条件下，随着遮阴强度的增加抽穗期DAS和LDs均延长了1～2 d，扬花期推迟了1～4 d;成熟期推迟了3～12 d，成熟期LDs延长了1～11 d，总LDs延长了1～12 d。遮阴强度相同的条件下，随着施氮量的增加抽穗期推迟了1～2 d，抽穗期LDs延长了1～2 d;扬花期推迟了1～3 d，扬花期LDs延长了1～3 d;成熟期推迟了1～6 d，成熟期LDs延长了1～5 d，总LDs延长了1～12 d。遮阴强度和施氮量的增加均延长了冬小麦的生育期。表3

表3 不同遮阴与施氮量下冬小麦生育进程变化Table3 Effects of shading and nitrogen fertilizer on the growth process of Winter Wheat

2.2 遮阴与施氮量对冬小麦群体总茎数的影响

研究表明，遮阴对成穗数有显著影响(F= 4.436)，氮肥能显著影响最高茎数和成穗数(F= 32.63、F=73.32)。在S0、S1和S2遮阴处理随着施氮量的增加最高茎数先增后降;在S3处理随着施氮量的增加最高茎数增加。随着施氮量的增加成穗数增加;F1、F2和F3之间差异不显著。最高茎数的最大值出现在S3F3处理，最小值出现在S3F0处理，分别为151.92×104/667m2、90.70× 104/667m2;成穗数的最大值出现在S0F3处理，最小值出现在S3F3处理，分别50.70×104/667m2、29.33×104/667m2。在F0和F1氮肥处理随着遮阴强度的增加最高茎数先增后降，在F2和F3氮肥处理降低;在不施肥处理随着遮阴强度的增加成穗数呈现先增后降的趋势，在S3遮阴处理下为最低;不同施肥处理随着遮阴强度的增加而下降，S1、S2和S3之间没有显著差异，遮阴与氮肥的交互作用对最高茎数和成穗数的影响不显著。表4

2.3 遮阴与施氮量对冬小麦分蘖成穗情况的影响

研究表明，遮阴对分蘖成穗率有显著影响(F =3.521)，氮肥对分蘖成穗率、主茎穗比重和分蘖穗比重都有显著影响(F=23.651、F=45.907、F= 45.90);分蘖成穗率在S0条件下随着施氮量的增加提高，在S1、S2和S3条件下随着施氮量的增加先增后降;主茎穗比重随着施氮量的增加而下降，F1、F2和F3之间差异不显著;主茎穗比重的最大值出现在S3F0处理，最小值出现在S0F3处理，分别为82.90%、48.76%。分蘖穗比重随着施氮量的增加而提高。氮肥用量相同的条件下，分蘖成穗率和分蘖穗比重在F0和F1条件下，随着遮阴强度的增加先增后降，均为S1处理下最高;在F2和F3下随着遮阴强度的增加而降低，S1、S2和S3之间差异不显著。主茎穗比重在F0和F1条件下着遮阴强度的增加先降后增在F2、F3条件下主茎穗比重随着遮阴强度的增加而提高，但是提高幅度不显著;主茎穗比重随着施肥量的增加而降低。表5

表4 不同遮阴与施氮量下冬小麦群体总茎数变化Table4 Effects of shading and nitrogen fertilizer on Winter Wheat population Total stem number

表5 不同遮阴与施氮量下冬小麦分蘖成穗变化Table5 Effects of shading and nitrogen fertilizer on the rate tiller of winter wheat

2.4 遮阴与施氮量对冬小麦产量及构成因素的影响

研究表明，遮阴对收获穗数、穗粒数、千粒重和产量均有显著影响(F=4.436、41.643、213.541、301.842);氮肥也显著影响冬小麦的产量及构成因素(F=73.323、6.782、59.999、38.688);遮阴与氮肥互作对穗粒数、千粒重和产量有显著影响(F=3.641、2.537、16.332)。遮阴强度相同的条件下，收获穗数随着施氮量的增加而增加;在F0条件下，随着遮阴强度的增加呈现先增后降的趋势;在F1、F2和F3条件下，随着遮阴强度的增加而下降，不同处理间没有显著差异。在S0、S1、S2条件下，随着施氮量的增加，穗粒数呈先增加后降低的趋势，在S3条件下呈下降趋势;穗粒数在F0条件下随着遮阴强度的增加先增后降，在F1、F2和F3条件下，随着遮阴强度的增加而下降。随着施肥量增大，千粒重显著降低;随着遮阴强度的增加千粒重下降。随着施氮量的增加产量呈先增后降的趋势，当施氮量由F2增至F3时产量下降;在不施肥条件下，随着遮阴强度的增加先增后降;施肥条件下，随着遮阴强度的增加而下降，不遮阴处理与不同遮阴处理间都有显著差异。表6

表6 不同遮阴与施氮量下冬小麦产量及构成因素变化Table6 Effects of different shading and nitrogen fertilizer on yield and its components of winter wheat

2.5 遮阴与氮肥互作对冬小麦产量的效应

计算氮肥，遮阴及其互作效应可知，氮肥对产量表现为正效应，遮阴对产量表现为负效应，并且遮阴效应大于氮肥效应，是影响产量的主导因子。同一遮阴下，氮肥效应在S1、S2下随着施氮量的增加先增后降，表现为F2＞F1和F3，S3下逐渐降低。遮阴效应和互作效应在S1下，随着施氮量的增加负效应逐渐增加。在S2、S3下，随着施氮量的增加先增后降，表现为施氮量F2＞F1和F3。同一氮肥下，随着遮阴强度的增加氮肥正效应降低，遮阴效应和互作效应都随着遮阴强度的增加负效应增加。表7

表7 不同遮阴氮肥互作下冬小麦产量变化Table7 Effect of interaction between nitrogen rates and shading on yield

3 讨论

3.1 遮阴和氮肥对冬小麦生育进程，群体发育动态的影响

研究显示，遮阴强度与施氮量的增加均推迟了冬小麦生育进程，延长了生育期;主要是由于冬小麦扬花期至成熟期持续时间延长。氮肥用量相同的条件下，遮阴对冬小麦最高茎数和成穗数的影响显著;氮肥用量相同的条件下，随着遮阴强度的增加，冬小麦最高茎数先增后降，说明适度遮阴增加了冬小麦最高茎数。成穗数在不施肥条件下，随着遮阴强度的增加先增后降，施肥条件下，随着遮阴强度的增加成穗数下降。主茎穗比重随着遮阴的增强先增后降，分蘖成穗率和分蘖穗比重随着遮阴的增强而降低，这是由于弱光使小分蘖营养生长不良，无效分蘖增加，导致分蘖成穗率和分蘖穗比重降低。杨翠侠，杨珍平等［11，12］研究认为，小麦分蘖能力强弱和最终成穗数的多少不仅决定于基因型，而且与栽培措施和生态环境条件紧密相关。研究结果表明，氮肥对冬小麦最高茎数、成穗数、分蘖成穗率和分蘖穗比重均有显著影响。遮阴强度相同的条件下，随着施氮量的增加冬小麦的成穗数增加;但是施氮量到了一定程度以后，再增加施氮量对冬小麦的成穗数没有显著影响。总之，遮阴条件下，拔节期适当增施氮肥能为小麦提供足够的营养，促进群体与个体的协调，增加有效分蘖数，提高最终分蘖成穗率和分蘖穗比重，有利于提高产量。

3.2 遮阴和氮肥对冬小麦产量及产量构成因素的影响

关于遮阴对冬小麦产量的影响研究较多。牟会荣等［13］研究遮光对小麦产量和品质形成的影响认为，较耐弱光品种和较不耐弱光品种的产量在拔节至成熟期遮光条件下均下降。Wang Z等［14］，Estrada G等［15］研究表明，在遮光一定程度下，小麦籽粒产量及产量构成因素均显著降低。研究结果表明，遮阴对收获穗数、穗粒数、千粒重和产量均有显著影响;氮肥用量相同的条件下，随着遮阴强度的增加收获穗数、穗粒数和千粒重均下降，进而导致产量显著降低。其中，遮阴对千粒重影响最大，而对收获穗数影响最小，这一结果与前人研究结果一致。遮阴处理对产量表现为负效应，是影响产量的主导因子。氮肥是影响小麦产量的主要栽培因素之一，王之杰等［16］研究表明，随氮肥水平的增加，单位面积穗数增加，千粒重降低，产量先增加后降低。郭栋等［17］研究表明，合理施用氮肥可以促进冬小麦干物质累积，提高产量，但施氮量过高也不利于小麦的生长。许多研究表明，在一定施氮量范围内籽粒产量随施氮量的增加而提高，超过一定限度后再增加施氮量籽粒产量增加不显著，甚至降低。研究结果表明，遮阴强度相同的条件下，随氮肥水平的增加，收获穗数增加，产量先增后降，千粒重下降;穗粒数随氮肥水平的增加而降低，这一结果与张元帅等［18］的研究结果一致。研究遮阴范围内，追施氮肥对产量均为正效应。S0、S1、S2遮阴条件下，追氮量超过F2(11.5 kg/667 m2)后正效应降低，S3遮阴条件下，随着施氮量的增加，正效应呈降低趋势;施用氮肥不能完全弥补遮阴对产量的负效应。试验仅对氮肥施用量对遮阴的调控效应进行了研究，而氮肥施用方式、磷钾肥等对遮阴的调控效应有待于进一步深入研究。

4 结论

4.1 不同遮阴和氮肥对冬小麦生育进程有显著影响，遮阴强度和氮肥量的增加均延长了冬小麦的生育期。

4.2 在试验设定的遮阴范围内，随着施氮量的增加冬小麦的最高茎数、成穗数、分蘖成穗率和分蘖穗比重等均增加，主茎穗比重随着施氮量的增加而降低。氮肥用量相同的条件下，遮阴使最高茎数、成穗数、分蘖成穗率和分蘖穗比重等均降低，主茎穗比重随着遮阴的增强先增后降。

4.3 冬小麦产量及产量构成因素均随着遮阴的强大而下降;遮阴越强对产量的危害也越大。成穗数和穗粒数随着施氮量的增加而增加，进而导致产量的提高;施氮量超过F2后产量降低，千粒重随着施氮量的增加而降低。

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Effects of Shading and Nitrogen Fertilizer on the Population Growth Dynamics and Yield of Winter Wheat

Aizizi Julaiti1，CUI Yue1，ZHAO Qi2，ZHANG Hong－zhi2，FAN Zhe－ru2，LI Jian－feng2，WANG Zhong2
(1.College of Agronomy，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China; 2.Research Institute of Nuclear and Biotechnologies，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Desert Oasis Region，Ministry of Agriculture，P.R.China，Urumqi 830091，China)

【Objective】This study aims to explore the effects of nitrogen fertilizer and their interaction on population dynamics and yield of winter wheat under different shading conditions in order to provide a theoretical basis for the high yield cultivation techniques and efficient management of nitrogen in the fruit wheat intercropping mode.【Method】Using artificial shading method to set up four shading levels:no shading (S0)，jointing stage 10%shading，heading stage 25%shading(S1)，jointing stage 20%shading，heading stage 50%shading(S2)and jointing stage 30%shading，heading stage 75%shading(S3).During the whole growth period，four levels of fertilization were set up:no fertilizer(F0)，jointing stage(after shading)nitrogen 103.5 kg/hm2(F1)，138 kg/hm2(F2)and 172.5 kg/hm2(F3)to study the regulation effect of shading，nitrogen fertilizer and their interaction on the wheat population growth dynamics and yield.【Result】The results showed that the increase of shade intensity and nitrogen fertilizer had delayed the growth process of wheat and shading had a significant influence on the spike number and spike rate of tiller(P＜0.05)，and no significant effect on the highest number of stems，tillers and panicle weight proportion was found;Under the same shading condition，fertilizing significantly increased the panicle number，maximum stem number，tillering rate and tiller percentage(P＜0.05).With the increase of nitrogen application，the number of grains per spike increased first and then decreased and the number of harvested panicles increased.Under the same fertilization conditions，with the increase of shade intensity the spike number，grain number and grain weight were significantly decreased，which led to the significant decrease of yield.Under no shading conditions，the yield was higher in F2 treatment.Under the(S1，S2，S3) shading conditions，there were no obvious differences in fertilization treatments.【Conclusion】Analyzing the each factor effect，we knew that different shading and nitrogen treatments produced a significant interaction effect on yield.Nitrogen fertilizer on yield showed positive effects，shading on yield showed a negative effect and the shading effect was greater than the effect of nitrogen fertilizer，which was the main factor affecting yield.Shading and nitrogen interaction had a significant effect on grain number per spike，1，000 grain weight and yield.Under the condition of not applying fertilizer，moderate shading was favorable for wheat yield and with the increase of shading intensity，the regulation effect decreased.

winter wheat;nitrogen;shading;population growth dynamics;yield

ZHAO Qi(1962－)，male，native place:TianJin，Researcher，research field:high yield cultivation of crops，(E－mail) zhaoqi@xaas.ac.cn

S512;S506

A

1001－4330(2017)05－0785－10

10.6048/j.issn.1001－4330.2017.05.001

2017－03－10

国家自然科学基金项目“弱光及氮肥互作对冬小麦叶源特性、氮素利用率及产量影响的研究”(31560370);新疆维吾尔自治区科技支撑计划课题“新疆小麦滴灌高产高效关键技术研究”(201231103)

艾孜孜·居来提(1989－)，男，新疆阿克陶人，硕士研究生，研究方向为小麦高产栽培，(E－mail)916506739@qq.com

赵奇(1962－)，男，天津人，研究员，硕士生导师，研究方向为作物高产栽培，(E－mail)zhaoqi@xaas.ac.cn

Supported by:National Natural Science Foundation of China"Research on Effect of Low light and Nitrogen Interaction on Leaf Character，Nitrogen Utilization and Yield of Winter Wheat"(31560370);Autonomous Region Key Technology R＆D Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region" Study on Key Technology of High Yield and High Efficiency of Wheat under Drip Irrigation in Xinjiang"(201231103)