播期和施氮量互作对小麦产量性状的影响
2017-07-24裴艳婷肖磊姚怀昌
裴艳婷，肖磊，姚怀昌
(1.德州市农业科学研究院，山东 德州 253000； 2.邯郸市农业科学院，河北 邯郸 056001； 3.德州市良种场, 山东 德州 253000)
播期和施氮量互作对小麦产量性状的影响
裴艳婷1，肖磊2，姚怀昌3
(1.德州市农业科学研究院，山东 德州 253000； 2.邯郸市农业科学院，河北 邯郸 056001； 3.德州市良种场, 山东 德州 253000)
[目的]为了确保小麦产量提高，通过播期的调整实现氮肥的低投入，并揭示播期与施氮量互作对小麦产量的作用规律和机理，制定适宜该区域小麦高产与低氮肥投入的适宜播期。[方法]2014-2015年，在德州市农科院试验田，以济麦19为供试材料，开展了播期与施氮量互作对小麦产量影响的研究工作。[结果]小麦的产量及其农艺性状因播期和施氮量互作组合的不同而存在差异，供氮水平相同条件下，产量随播期的推迟而降低；在播期相同条件下，小麦产量随施氮量的不同差别较大，表现为早播低氮处理显著高于高氮处理，而晚播时显著低于高氮处理，中播不同氮处理对产量的影响不显著。通径及相关分析表明，播期与施氮量互作条件下公顷穗数的增加是减少氮肥投入实现产量提高的重要因素，对于穂长、小穗数和不孕小穗数是伴随公顷穗数的增加而表现出的相应变化，在小麦产量提高中也起到重要作用。[结论]播期和施氮量互作通过改善公顷穗数而实现小麦高产，以N1D1处理的效果最佳(即：播期10月5日+施氮量103.5 kg·hm-2组合)，既实现了氮肥的低投入，又提高了小麦产量。
播期； 施氮量； 小麦； 产量； 农艺性状
近年来，受全球气候变暖等因素的影响，小麦生产出现了一些新情况，直接影响小麦产量，需要采取措施以适应大田生产的要求。传统播期播种施肥，会造成群体过大、无效分蘖增多，肥力浪费较大，影响小麦发育与产量[1]。另外，氮肥的不合理施用也造成了氮肥利用率低、环境污染等不良后果。因此，结合全球气候变暖、当地的生态环境，实现小麦高产高效栽培进行播期、施氮量的调整势在必行。产量是一个受多因素控制的综合性状，除受遗传背景和生态环境条件制约外，还与氮肥投入、播期早晚等众多栽培措施密切相关[2,3]。长期以来小麦产量的提高基于化肥，尤其是大量氮肥的投入。然而，氮肥施用的越多并不是产量越高。研究表明，氮肥与产量成抛物线关系，在一定范围内，随着施氮量增加，产量提高，但超过一定范围时，产量增加不明显甚至出现降低现象[4～7]。此外，氮肥的大量施用，尤其是不合理施用也带来了一系列负面效应，如土壤酸化、环境污染、氮素利用效率降低等[8～10]。因此，在保障小麦产量的基础上，减少氮肥的投入对农业的可持续发展具有现实的意义。研究表明，适期播种比晚播或早播更有利于净光合速率的改善[11]，随播期推迟，小麦有效穗数、单茎小穗数及结实小穗数均显著减少，导致产量显著降低[12]。由此可见，播期的选择和氮肥的施用均对小麦产量的提高具有重要的意义。在减少氮肥投入的基础上，通过播期的调整是否可实现小麦产量的提高是一个亟待解决的问题。有关这方面的研究仅有少量报道[13,14]，但未以减少氮肥投入为基础，探讨播期调整改善小麦产量。本试验对济麦19进行最适播期、施氮量的调整，以应对气侯变化，为北方旱地冬小麦的高产高效生产提供参考。本试验拟研究播期和施氮量互作对小麦产量性状的影响，以期在减少氮肥投入与提高小麦产量基础上，探寻适宜播种期，为该区域小麦播期的调整提供科技支撑与理论参考。
1 材料和方法
1.1 试验地点及供试品种
试验于2014-2015年在德州市农科院试验地进行。供试品种为济麦19号(J19)。试验田前茬为玉米，轻壤土，土壤耕层有机质含量15.3 g·kg-1、碱解氮含量113 mg·kg-1、有效磷含量43 mg·kg-1、速效钾含量136 mg·kg-1、pH值为6.2。
1.2 试验设计
采用两因素随机区组设计(表1)，重复3次。基本苗为270万株·hm-2，小区面积为1.4 m×6.0 m=8.4 m2，行距0.2 m，同一播期内随机区组排列，人工开沟播种，全生育期浇水3次，分别为越冬水，起身-拔节水，挑起-扬花水，于次年6月10日收获，除试验因素外，其他田间管理同一般高产田。
表1 试验因素水平
1.3 小麦产量及其相关性状测定方法
于小麦返青期调查最大茎蘖数，灌浆期调查公顷穗数和穗粒数，并计算成穗率；小麦收获后考种，测定千粒重、穂长、小穗数、不孕小穗数和小区产量(换算成公顷产量)。
1.4 统计分析
利用SPSS 13.0和Excel 2003版软件对数据进行统计分析和图表绘制。采用邓肯氏新复极差法(Duncan′s Multiple-Range test，P<0.05)进行各处理指标值的多重比较。
2 结果与分析
2.1 播期和施氮量互作对小麦产量及其相关性状的影响
由表2可见，在供氮水平相同条件下，小麦产量随播期的推迟而降低，高、低施氮量下，小麦产量受播期影响的幅度分别为1.04%～4.27%和4.71%～8.72%，说明在低氮处理下J19产量受播期影响较大；在相同播期下，小麦产量随施氮量的不同差别较大，其中N1D1显著高于N2D1，N1D2与N2D2差异不显著，N2D3显著高于N1D3；综合比较，小麦产量的最高值出现在N1D1处理，即：早播+低氮处理(即播期10月5日+施N量103.5 kg·hm-2组合)。公顷穗数随着播期的推迟和氮肥用量的减少而降低，最大公顷穗数出现在N2D1。穗粒数、千粒重受播期和施氮量互作的影响，没有明显的规律性，最大值分别出现在N2D3处理和N2D2处理；穂长和小穗数受播期和施氮量互作的差异不显著；不孕小穗数在各处理间差异显著，其中在低氮处理下随着播期的推迟而降低。播期和施氮量合理搭配可有效提高成穗率，N2D3>N1D3，表明在晚播条件下可通过增加施氮肥提高小麦成穗率，以提高小麦产量。
在同一施氮水平下，随播期推迟，产量、公顷穗数、成穗率的表现一致，均呈显著减少趋势(P<0.05)，表明产量受公顷穗数、成穗率的影响显著；同一施氮水平下，随播期推迟，小穗数和不孕小穗数亦呈减少趋势，但前者差异不显著(P>0.05)，后者差异显著(P<0.05)，导致穗粒数表现一定的增加趋势，但这种增加并不能弥补公顷穗数减少对产量降低的影响。同一施氮水平下，随播期推迟，千粒重没有表现出明显的规律性。同一播期各处理间公顷穗数、穗粒数差异显著(P<0.05)；穗长、小穗数无明显差异(P>0.05)，但不孕小穗数差异显著(P<0.05)，进而影响产量；在D1、D3播期下，产量表现出N1D1>N2D1、N1D3
表2 播期和施氮量互作对小麦产量及其相关性状的影响
2.2 播期和施氮量互作条件下J19产量及其相关性状的相关性分析
由表3可见，播期和施氮量互作条件下，产量三要素公顷穗数、穗粒数、千粒重与产量间的相关性存在差异，其中，穗粒数(-0.322)、千粒重(0.153)与产量相关性未达到显著水平，公顷穗数(0.840**)与产量相关性极显著，表明产量构成因素中公顷穗数对小麦产量水平的提高发挥了重要的作用。x1与x2(-0.393)、x3(0.014)相关性不明显，与x5(0.476*)、x6(0.514*)显著正相关性，与x7(0.751**)相关性极显著；x2与x3(0.674**)相关性极显著，与x5(-0.486*)、x7(-0.561*)呈显著负相关性，与x6(-0.878**)相关性极显著；x3与x6(-0.589*)负相关性显著；x5与y(0.784**)、x6(0.605**)呈极显著正相关性，与x7(0.535*)显著正相关;x6与x7呈现极显著正相关性，分别与y呈显著、极显著相关性。
2.3 播期施氮量互作条件下J19产量及其相关性状的通径分析
运用通径分析，将产量和产量构成因素分解为直接和间接作用两部分，通过相关系数明确各性状对产量(y)的相对重要性。由表4可见，各因素指标对产量的直接通径系数按绝对值从大到小排序为：小穗数(x5)>成穗率(x7)>公顷穗数(x1)>穗粒数(x2)>千粒重(x3)>不孕小穗数(x6)>穗长(x4)，绝对值越大，说明对籽粒产量的直接影响越大。而总的间接作用系数绝对值从大到小排序为：公顷穗数(x1)>成穗率(x7)>小穗数(x5)>穗粒数(x2)>不孕小穗数(x6)>千粒重(x3)>穂长(x4)。
产量三要素公顷穗数(x1)、穗粒数(x2)和千粒重(x3)对产量(y)的直接作用均为正向效应，作用程度大小为x1(0.366)>x2(0.279)>x3(0.177)，x1通过x3、x4、x5、x6和x7对y起正向效应，通过x2对y有一定的负向效应，但正向效应的总和远大于x2的间接负向效应;x2通过x3对y起间接的正向效应，但通过x1、x4、x5、x6和x7对y起间接的负向效应。正向效应总和0.467 0远小于负向效应总和0.657 1。x3通过x1和x2对y起间接的正向效应，通过x4、x5、x6和x7对y起间接的负向效应，正负效应总和为0.090 4。说明播期与施氮量互作条件下，产量三要素公顷穗数、穗粒数及千粒重在产量提高中所发挥作用存在差异，分别起到关键、负向及不明显作用。公顷穗数在播期与施氮量互作模式下对小麦产量提高是起极其重要的作用。
表3 播期和施氮量互作条件下J19产量及其相关性状的相关性分析
注：*和**分别表示5%和1%的显著水平。x1：公顷穗数；x2：穗粒数；x3：千粒重；x4：穗长；x5：小穗数；x6：不孕小穗数；x7：成穗率；y：产量，下同。
Note:*means significance at the level of 0.05;**means significance at the level of 0.01.x1: spike numbers;x2: grains per spike;x3: 1 000-grain weight;x4: spike length;x5:spikelet number;x6: Infertility;x7: spike rate; y: yield. The same below.
表4 播期和施氮量互作条件下小麦产量及其相关性状的通径系数
穂长(x4)对产量(y)的直接通径系数为-0.015 0，且通过x5、x6和x7对y起负向效应，但通过x1和x3对y起正向效应，其负向效应总和(-0.027 7)远大于正向效应和(0.005 0)，但x4对y的相关系数r=0.187。说明播期与施氮量互作模式下小麦产量的提高与穂长的改善也是有关的。
小穗数(x5)、不孕小穗数(x6)和成穗率(x7)对小麦产量(y)的直接作用均为正向效应，作用程度由强到弱顺序为x5(0.423)>x7(0.398)>x6(0.168)，其中，x5通过x1、x4、x6和x7对y起正向间接作用，x6通过x1、x4、x5和x7对y起正向间接效应，x7通过x1、x4、x5和x6对y起正向间接效应，x5、x6和x7均通过x2和x3对y起负向间接效应，正向效应总和分别为1.168 7、0.513 9和1.200 0，均大于负向效应总和-0.268 2、-0.246 5和-0.283 0，而x6(0.267 4)的总效应值较小，x5(0.900 5)和x7(0.917 0)的总效应值较大，说明播期和施氮量互作条件下，小穗数和成穗率是小麦产量提高的重要因素，不孕小穗数的正向作用较小。
3 结论与讨论
小麦产量不仅与品种遗传特性有关，同时还受气候条件、土壤状况和栽培措施的影响[15～17]，其中施氮对小麦产量及其构成因子的影响很大，刘斌等[18,19]研究认为，施氮后小麦千粒重减小，单位面积穗数与穗粒数增加，产量提高；随着气候变暖，播期对小麦产量的影响不可忽视，随播期的推迟，小麦籽粒产量逐渐提高，当达到一定临界值后，产量开始出现下降现象[20～22]。本试验在确保小麦产量提高的基础上，立足播期调整实现氮肥低投入。试验结果表明，在供氮水平相同条件下，小麦产量随播期的推迟而降低，高、低施氮量下，小麦产量受播期影响的幅度分别为1.04%～4.27%和4.71%～8.72%；在相同播期下，小麦产量随施氮量的不同差别较大，其中小麦产量的最高值出现在N1D1处理，即：早播+低氮处理(播期10月5日+施N量103.5 kg·hm-2组合)，分析原因可能是早播，气温较高，促进小麦分蘖，低氮防止小麦过分旺长、分蘖，降低无效分蘖，避免了群体养分的无效损失，为小麦产量三要素公顷穗数、穗粒数和千粒重之间的有效协调提供了物质保障。相比之下，早播高氮处理由于群体偏大，产量三要素协调欠佳，其产量低于早播低氮处理组合；通过相关性与通径分析可知，穗粒数(-0.322)、千粒重(0.153)与产量相关性未达到显著水平，公顷穗数(0.840**)与产量相关性极显著，产量三要素公顷穗数(x1)、穗粒数(x2)和千粒重(x3)对产量(y)的直接作用均为正向效应，作用程度大小为x1(0.366)>x2(0.279)>x3(0.177)，产量构成因素中公顷穗数对小麦产量水平的提高发挥了重要的作用，早播低氮处理可有效提高有效公顷穗数，减少无效分蘖，提高成穗率，但由于本试验的施氮水平较少，因此，无论早播或晚播，氮肥投入的阈值不能概括，还需进一步研究。
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(编辑：韩志强)
Effects of sowing date and nitrogen application rate on yield traits of wheat
Pei Yanting1， Xiao Lei2， Yao Huaichang3
(1.AgriculturalSciencesResearchInstituteofDezhouCity，Dezhou253000，China; 2.HandanAcademyofAgriculturalSciences,Handan, 056001，China; 3.SeedfarmofDezhouCity，Dezhou253000，China)
[Objective]In order to ensure the increase of wheat yield, the low investment of nitrogen was achieved through the adjustment of sowing time, the regularity and mechanism of sowing date and nitrogen fertilizer on wheat yield was revealed for formulating the appropriate regional wheat productivity and low nitrogen fertilizer suitable sowing date.[Methods]From 2014 to 2015 years, using JIMai19(J19) as test material, effects of sowing date and nitrogen application rate on yield and agronomic traits of wheat was researched in Dezhou Municipal Academy of agricultural field. [Results]The results showed that: the wheat yield and agronomic traits were different along with the difference of combination between sowing date and nitrogen application rate. The yield decreased with the delay of sowing date when the same nitrogen level. Sowing date in the same conditions, the yield of wheat with nitrogen fertilizer varied greatly, the treatment of early sowing and low nitrogen was significantly higher than that in high nitrogen treatment, and the yield of late sowing was significantly lower than that of the high nitrogen treatment, the yield of middle sowing in different nitrogen treatments had no significant effect. Correlation and path analysis showed that the yield increased and nitrogen fertilizer reduced because grain numbers of hectare improved in the condition of sowing date and nitrogen interaction. The spike rate increased for the foundation of grain numbers of hectare, the corresponding changes of spike length, spikelet number and spikelet number along with the increasing of grain numbers of hectare, they also play an important role in yield.[Conclusion]The wheat yield increased under sowing and nitrogen interaction through the improvement of grain numbers of hectare. The effect of N1D1treatment was the best (i.e.: sowing date in October 5th + nitrogen application rate 103.5 kg·hm-2), it not only achieved low nitrogen fertilizer inputs, but also increased the yield of wheat.
Sowing Date， Nitrogen Application Rate， Wheat， Yield， Agronomic Traits
2017-03-01
2017-04-01
裴艳婷(1982-)，女(汉)，山东微山人，硕士研究生，研究方向：作物栽培与育种研究
S512.1+1
A
1671-8151(2017)07-0477-05
