提高立体匀播冬小麦光合效能和产量的最佳追氮时期

赵凯男，张保军，王德梅，陶志强，王艳杰，杨玉双，常旭虹*，赵广才*

（1 中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态重点实验室，北京 100081；2 西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100）

小麦作为我国主要的粮食作物，其产量的高低备受瞩目，也对我国粮食安全和社会稳定起到重要作用。小麦农艺性状、生理特性除受本身遗传因素控制外，还与栽培措施有紧密的关系。因此通过探索合理的栽培措施，协调好小麦产量构成要素之间的关系是实现小麦高产稳产的根本途径。

在诸多栽培措施中，播种方式和氮肥运筹对小麦的影响尤为重要。董琦等[1]研究发现，10 cm窄行条播和撒播可有效提高土壤水分利用率和小麦产量。但也有研究表明，等行距 (20 cm) 条播时，适当降低播种量，在精量播种的条件下可以获得高产[2]。张保军等[3]研究表明，在陕西岐山种植小偃503，以三密一疏为播种模式可以实现高产。氮作为小麦生长发育过程中的重要元素，在籽粒产量形成过程中起到重要的作用。在总施氮量一定的条件下，对施氮时期进行适当调整，以适应小麦高产优质的同步提高，是小麦氮肥运筹的关键技术[4]。李珊珊等[5]研究表明开花期施氮能有效延缓旗叶叶绿素降解速率，且叶绿素含量与千粒重、容重因素等成正相关。郭明明等[6]研究表明，增施氮肥可以有效提高济麦20和中麦8号旗叶叶绿素含量和净光合速率，积累更多光合产物，有利于小麦高产。

当前小麦播种方式多以常规条播为主，其不足之处为播种不够均匀、播深不一致，易形成“行内挤、行间空”的现象；而追氮时期多为返青、拔节、灌浆等时期，时间跨度比较大，难以准确定位具体时间段追氮对小麦产量的提高产生最大影响。因此要想实现小麦产量获得突破性的提高，需要在播种方式和肥料运筹方面进行创新。立体匀播作为一种新型的播种方式，与之配套的施肥技术尚未见报道。立体匀播机由肥料箱、排肥管、施肥系统、带有组合旋刀防缠绕的旋耕器、种子箱、排种孔、匀种板、排种调节器组成的排种匀播系统、镇压滚筒、精细覆土系统、覆土后进行第2次镇压的镇压器等主要部件组成。立体匀播可以使小麦种子均匀分布在土壤中的立体空间内，出苗后无行无垄，均匀分布[7]。立体匀播技术的优点在于集施肥、旋耕、播种、第1次镇压、覆土、第2次镇压于一体，6道工序一次作业完成，省工、节本、高效，然而与之配套的氮肥施用技术鲜有报道。因此本试验采用立体匀播与追氮时期相结合的栽培措施，选用河北省及周边地区广泛种植的中筋小麦品种衡观35和邯6172为材料，从植株农艺性状、光合指标、籽粒产量及构成因素等指标，探讨播种方式和追氮时期互作对不同小麦品种群体构成、光合指标、籽粒产量提高的影响。最终确定最佳播种方式和相应配套的追氮时期，为实现小麦高产、高效、生态的栽培模式提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2017—2018年在中国农业科学院作物科学研究所赵县试验农场进行，前茬为夏玉米。耕层土壤养分含量为：有机质24.8 g/kg、全氮1.43 g/kg、碱解氮128 mg/kg、速效磷15.8 mg/kg、速效钾142 mg/kg。采用三因素裂区试验设计，主区为立体匀播(C1) 和常规条播 (C2) 两种播种方式；副区4个追氮时期为拔节始期 (T1)、拔节后10天 (T2)、拔节后20天 (T3)、开花期 (T4)，追施氮量均为120 kg/hm2，随微喷灌溉追施；副副区为2个品种衡观35 (HG35) 和邯6172 (D6172)，共16个处理，共48个小区，小区面积10.8 m2(9 m × 1.2 m)，每个处理重复三次，基本苗为270 × 104/hm2。条播行距15 cm，立体匀播为均匀播种，不分行。其它田间管理一致，基施N 120 kg/hm2、P2O5173 kg/hm2、K2O 113 kg/hm2，浇越冬水750 m3/hm2，次年春季于拔节期浇水一次 (750 m3/hm2)。

1.2 测定方法与项目

农艺性状及产量：于成熟期随机取20株小麦测株高、穗粒数、千粒重、穗长；每小区实收测产。

旗叶SPAD：在旗叶完全展开后，每小区选长势、朝向一致的旗叶10片进行标记，开花期及花后每7天用SPAD-502Plus型叶绿素仪测定旗叶SPAD值，共测5次，测定部位为顶部、中部、基部各一次，取平均值。

旗叶光合特性：于小麦开花当天开始，每7天在各小区选择无病虫害、长势一致的旗叶10片，选晴天上午9:00—11:00用美国LI-COR公司生产的LI-6400XT便携式光合仪测定旗叶的相关光合参数，共测5次。

1.3 数据分析方法

采用Excel 2016进行数据整理；用DPS 7.05等软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 播种方式和追氮时期对小麦籽粒产量及其构成因素的影响

通过方差分析可得，播种方式和追氮时期对小麦产量及其构成因素存在显著的交互作用。本试验中16个处理籽粒产量均达到8000 kg/hm2以上,其中有5个处理籽粒产量达到9000 kg/hm2以上 (表1)。两种播种方式下，衡观35和邯6172的单位面积穗数和籽粒产量均在拔节后10天追施氮肥达到最大值，其中在立体匀播条件下拔节后10天追氮，其单位面积穗数和籽粒产量较常规条播拔节后10天追氮显著增加，单位面积穗数分别增加128.07 × 104/hm2和96.05 × 104/hm2，增幅分别为18.08%和12.74%，籽粒产量分别增加1140.61 kg/hm2和647.89 kg/hm2，增幅分别为13.90%和7.29%。衡观35和邯6172在立体匀播条件下穗粒数分别于开花期和拔节后20天追氮达到最大值；常规条播下分别于拔节后20 天和开花期追氮达到最大值，表明播种方式不同时，穗粒数达到最大值的追氮时期存在差异；同时在相同追氮时期下，立体匀播的穗粒数总体上是高于常规条播的，表明立体匀播在一定程度上可以增加穗粒数。立体匀播条件下衡观35和邯6172千粒重均在开花期追施氮肥达到最高值，且与其他处理达到显著差异，在常规条播下，衡观35千粒重与立体匀播变化趋势一致，而邯6172在拔节后20天追氮达到最大值，表明追氮时期后移同样有利于千粒重的增加。

2.2 播种方式和追氮时期对植株性状的影响

播种方式和追氮时期对小麦植株性状存在显著的交互作用 (表2)。在播种方式一定的条件下，衡观35在拔节始期追肥株高最高，邯6172在拔节后10天追肥株高最高；其中在立体匀播条件下，衡观35株高随着追氮时期的后移表现为先降低后升高的趋势，在常规条播下呈现逐渐下降的趋势，邯6172株高在两种播种方式下变化趋势不尽相同。从表2中还可以看出，在追氮时期相同的条件下，立体匀播株高较常规条播有所增加，表明立体匀播条件下更利于小麦株高的增加。两小麦品种穗长随着追氮时期的后移表现大致相同，均呈现先增加后降低的趋势，在立体匀播条件下，两小麦品种均在拔节后20天追氮达到最大值；在常规条播条件下，均在拔节后10天追氮的最长。立体匀播方式下，衡观35品种小穗数随着追氮时期的后移呈现增加的趋势，且在开花期追氮达到最高值，在常规条播条件下小穗数以拔节始期追肥最佳，但与其它处理间差异不显著；邯6172在两种播种方式下均在拔节后20天追肥达到最高值，表明拔节后20天追施氮肥有利于邯6172小穗数的增加。两种播种方式下，均以拔节后10天追施氮肥有利于减少不孕小穗，增加小麦结实率，衡观35以常规播种下拔节后10天追肥达到最小值，邯6172以立体匀播和拔节后10天追肥不孕小穗数最少，且均与其它处理差异显著。

表1 播种方式和追氮时期互作条件下的冬小麦籽粒产量及其构成因素Table 1 Yield and yield components of winter wheat affected by sowing methods and nitrogen dressing time

2.3 播种方式和追氮时期对冬小麦旗叶SPAD值的影响

衡观35和邯6172在整个灌浆期间旗叶SPAD值均呈现先升高后降低的趋势，但变化规律因播种方式和追氮时期的不同而存在一定的差异 (图1)。在两种播种方式下，衡观35在拔节始期追氮的旗叶SPAD值在花后7天达到最高值，其它三个追氮时期旗叶SPAD均在花后14天达到最大值；而邯6172在两种播种方式下，各时期追肥处理的旗叶SPAD均在花后14天左右达到最大值。值得注意的是，在不同追氮时期条件下，开花后各时期的旗叶SPAD值均表现为立体匀播大于常规条播。在播种方式一定条件下，随着追氮时期的后移，衡观35旗叶SPAD最高值呈现先增加后降低的趋势，且在拔节后10天追氮达到最大值。邯6172旗叶SPAD最高值随着追氮时期的后移呈逐渐增加的趋势，且在开花期追肥达到最大值。随着追氮时期的后移，两个小麦品种旗叶SPAD值在花后28天左右均保持较高的水平，说明追肥时期后移可以减缓旗叶SPAD值下降，使小麦在灌浆末期可以保持较高的叶绿素含量，保证籽粒充分灌浆。对各处理下两小麦品种旗叶SPAD进行比较可知，在开花期至花后14天左右邯6172旗叶SPAD值低于衡观35，花后21天至花后28天，邯6172旗叶SPAD值均高于衡观35，说明衡观35灌浆前期可以保持较高的叶绿素含量，有利于前期小麦灌浆，邯6172在灌浆后期可以维持较高的叶绿素含量，保证后期籽粒充分灌浆。由此可知，立体匀播有利于提高小麦旗叶SPAD值，但追氮时期不同，各小麦品种间旗叶SPAD值变化规律存在一定差异。

表2 播种方式和追氮时期互作对植株性状的影响Table 2 Interaction between sowing methods and nitrogen topdress timing on winter wheat plant characteristics

2.4 播种方式和追氮时期对冬小麦旗叶净光合速率的影响

衡观35和邯6172在整个灌浆期间旗叶净光合速率呈现先升高后降低的趋势，且均在花后7天达到最高值，但其变化规律随着播种方式和追氮时期的不同而存在一定的差异 (图2)。其中衡观35在立体匀播条件下旗叶净光合速率随着追氮时期的后移呈现逐渐增加的趋势，在拔节后20天追施氮肥的旗叶净光合速率最高，在常规播种方式下，衡观35净光合速率以拔节后10天追施氮肥的最高，且追氮时期后移的花后各时期旗叶净光合速率均较拔节始期追氮的有所提高。邯6172在两种播种方式下，均随着追氮时期的后移呈现逐渐增加的趋势，且在拔节后20天追施氮肥净光合速率最高。比较两播种方式可知，在各追氮时期立体匀播的净光合速率均高于常规条播，表明立体匀播可在一定程度上提高小麦旗叶净光合速率。同时氮肥后移还有利于旗叶在灌浆后期保持较高的净光合速率，保证籽粒充分灌浆，为高产奠定基础。由此可见，在立体匀播条件下，拔节后20天或开花期追肥，衡观35、邯6172在灌浆后期均能保持较高的净光合速率，增加光合产物。

3 讨论

3.1 播种方式和追氮时期互作对产量及其构成因素的影响

播种方式和追氮时期对小麦产量及生理特性影响的研究结果因品种、土壤肥力等因素的不同而存在一定的差异。多数研究表明，适宜的播种方式和追氮时期有利于提高小麦产量。朱云集等[8]研究表明，在16.7 cm行距下，可以有效抑制无效分蘖，有利于大穗型小麦兰考906获得较高的产量。郭明明等[6]研究认为，在270 kg/hm2施氮量的条件下，不同行距的济麦20籽粒产量及构成因素间差异不显著，而中麦8号在不同施氮水平下增加行距的籽粒产量均有所增加。赵广才等[9]研究表明，在氮肥总量225 kg/hm2的条件下，氮肥基追比7∶3有利于小麦高产。潘庆民等[10]和杜世州等[11]研究表明，小麦拔节或孕穗期追施氮肥可以同时增加小麦产量和蛋白质含量。有研究表明[12]，随着追氮时期的后移，以小麦拔节期追氮籽粒产量最高，千粒重随着追氮时期的后移逐渐增加。

图 1 播种方式和追氮时期互作条件下的冬小麦旗叶SPAD值Fig. 1 SPAD values of flag leaves of winter wheat under interaction of sowing methods and N topdressing time

图 2 播种方式和追氮时期互作条件下的冬小麦旗叶净光合速率Fig. 2 Interaction between sowing methods and N topdress timing on winter wheat flag leaves’ net photosynthetic rates

本研究中，单位面积穗数和籽粒产量，两小麦品种在立体匀播和常规条播下，均在拔节后10天追施氮肥达到最大值，且与其它处理差异显著，说明立体匀播处理拔节后10天追氮可以促进分蘖成穗，进而显著增加单位面积穗数，增加产量。立体匀播处理下衡观35和邯6172千粒重均在开花期追施氮肥达到最高值；在常规条播下，衡观35的千粒重与立体匀播的变化趋势一致，在开花期达到最高值，但邯6172在拔节后20天追氮达到最大值。综上说明，不同小麦品种达到高产的最佳播种方式和追氮时期有一定的差异，同时也表明适宜的播种方式和追氮时期有利于小麦产量的提高。

3.2 播种方式和追氮时期对植株性状的影响

播种方式及氮肥运筹对小麦植株性状产生很大影响，不少学者对其做了大量的研究。Hussain等[13]研究表明，氮肥运筹对小麦株高、有效穗数、籽粒产量等均有显著影响。赵广才等[14]研究发现，单施氮肥或氮磷钾配合施，比单施磷肥、单施钾肥处理显著增产，且改善植株性状。钟世敏等[15]发现，氮素施用过多，由于在小麦生育前期、中期未打好丰产的基础，造成穗长随着施氮量的增加而变短，不孕小穗数随着施氮量的增加而增多。本研究中，在播种方式一定的条件下，衡观35在拔节始期追肥株高最高，邯6172在拔节后10天追肥株高最高；值得注意的是，追氮时期相同时，立体匀播株高较常规条播有所增加，表明立体匀播条件下更利于小麦株高的增加。两小麦品种穗长随着追氮时期的后移均呈现先增加后降低的趋势，在立体匀播条件下，两小麦品种均在拔节后20天追氮达到最大值；在常规条播条件下，均在拔节10天追氮的最长。衡观35以常规播种下拔节后10天追肥达到最小值，邯6172以立体匀播和拔节后10天追肥不孕小穗数最少，以上说明适宜的播种方式和氮肥后移有利于改善小麦植株性状，优化小麦群体结构，为小麦高产奠定基础。

3.3 播种方式和追氮时期对生理特性的影响

适宜的栽培方式有利于减缓小麦叶片的衰老，可以持续输出光合产物，为小麦高产奠定基础[16]。王晓乐等[17]研究发现常规播种与精量播种间，除花后22天净光合速率差异显著外，旗叶SPAD值、开花期至花后15天的净光合速率、蒸腾速率均无显著差异。李珊珊等[5]对强筋小麦济麦20分别在春2叶、春3叶、春4叶、春5叶、春6叶、开花期追肥处理发现，氮肥后移有利于抑制旗叶叶绿素的降解，从而提高光能利用率，增产增收。郭明明等[6]研究发现，在行距一定的前提下，小麦旗叶SPAD值在270 kg/hm2施氮水平下达到最高。本研究中，两种播种方式在不同追氮条件下，旗叶SPAD值均表现为立体匀播大于常规条播，随着追氮时期的后移，有利于提高旗叶叶绿素含量，但不同小麦品种间旗叶SPAD值达到最佳时的追氮时期存在一定的差异，氮肥后移还可以使旗叶在灌浆后期保持较高的叶绿素含量，保证籽粒充分灌浆。

光合作用对作物产量起决定性作用，小麦籽粒产量的2/3以上来源于花后光合产物积累[18]。旗叶作为小麦生育后期最重要的功能叶，其光合能力的强弱与植株生长发育的好坏有着紧密的关系，并且最终影响籽粒产量和品质。李娜娜等[19]研究表明，窄行大株距可以提高小麦开花期净光合速率，而宽行小株距能够减缓灌浆后期旗叶光合速率的下降；吴安昌等[20]研究表明拔节期或孕穗期追施氮肥有利于提高灌浆后期净光合速率和有效叶面积。康国章等[21]研究表明，拔节期和孕穗期追氮有利于延缓灌浆后期旗叶净光合速率的下降。本研究对两种播种方式进行分析可知，在各追氮时期处理下，立体匀播净光合速率均高于常规条播，表明立体匀播可以在一定程度上提高小麦旗叶净光合速率。旗叶净光合速率随着追氮时期的后移呈现逐渐增加的趋势，这与前人研究结果较为一致。氮肥后移还有利于旗叶在灌浆后期保持较高的净光合速率，保证籽粒充分灌浆，为高产奠定基础。由于本研究设置的立体匀播技术作为一种新型播种方式，与之相配套的氮肥运筹尚未报道，以及追氮时期仅限于拔节至开花期，因此立体匀播与追氮时期互作对小麦高产机理的研究需进一步完善。

4 结论

在立体匀播条件下，拔节后10天追施氮肥，两个小麦品种的单位面积穗数和籽粒产量均显著高于其它三个追氮时期。立体匀播和氮肥后移有利于提高旗叶叶绿素含量和净光合速率，但不同品种间存在一定的差异，衡观35旗叶净光合速率和SPAD值也以在拔节后10天追施氮肥的效果最佳，而邯6172旗叶净光合速率和SPAD值则分别以拔节后20天和开花期追施氮肥的效果最佳。综上，采用立体匀播，在拔节后10天追施氮肥最有利于提高立体匀播冬小麦的光合性能和产量。