肥密互作对宽幅匀播旱地冬小麦产量、品质及水分利用效率的影响

温 健，赵贵宾，马 彦，张 燕，李吉睿，刘广才

(1.甘肃省永登县农业技术推广中心,甘肃 永登 730300；2.甘肃省农业技术推广总站，兰州 730020；3.甘肃省农业科学院，兰州 730070)

小麦是西北地区的主要粮食作物，种植面积占我国小麦总面积的13.6%，主要以旱地为主[1,2]。由于降水少且季节错位、土壤肥力低和施肥不科学等问题，小麦生育后期易发生养分供应不足，影响产量提高和品质改善[3,4]。因此，优化旱地小麦栽培模式，合理配置肥料和密度，改善小麦生育期的养分供应和水分的跨季高效利用，对提高旱地小麦产量、品质和水分利用效率具有重要意义。

小麦宽幅匀播是近年在西部干旱半干旱地区推广应用的一项高产高效栽培技术，该技术集扩行距、抓群体、促匀播为一体[5]，具有群体光截获量、相对湿度高，叶面积大，冠层温度低等特点，水分和肥料利用率高，增产幅度可达 8%～13%以上[6-8]。在甘肃南部，宽幅匀播旱地小麦增产14%～18%，但种植密度较低、底墒不足的地块也会减产[9,10]。合理的施肥量和种植密度配置是影响小麦生长发育、产量形成、品质和水分利用效应的关键因子[11,12]。有研究表明，低、中密度种植的小麦氮代谢酶活性、氮素积累量、氮素利用效率及籽粒产量较高[13]；较低氮肥水平下，又可通过增加种植密度促进小麦吸收深层土壤氮素，保持稳定产量[14]；土壤水分缺乏时，还可深施磷肥提高对土壤水分吸收利用能力[15]。施肥量与籽粒产量、蛋白质含量和湿面筋含量呈二次抛物线关系，在高肥力土壤下更有利于强筋小麦品质性状的提高[16]。种植密度与小麦水分利用特性呈负相关关系，但与品质的关系不尽一致[17,18]。因此，宽幅匀播条件下如何协调产量和品质，稳定或提高水分利用效率，是亟待研究的课题。2017-2019 年连续3 a把施肥量、种植密度与作物产量、品质和水分利用效率之间的关系联系起来，开展了大量的试验研究与探索，以期明确宽幅匀播这种栽培方式下的最佳施肥量和密度搭配，为小麦宽幅匀播技术的推广应用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及试验设计

2016-2019连续3季，在永登县柳树镇黑城村，开展了不同施肥量与密度对宽幅匀播旱地冬小麦产量、品质及水分利用效率的影响研究。试验区域海拔2 010 m，无霜期112 d，年平均气温6.9 ℃，日照时数2617 h，年太阳辐射总量152 kJ/cm2，年均降水量不足300 mm，属于半干旱区。试验田为旱作梯田，土壤类型为黄绵土，前茬为小麦。小麦播种前0～20 cm土层土壤养分平均含量为有机质17.7 g/kg，全氮0.55 g/kg，碱解氮77.9 mg/kg，有效磷15.5 mg/kg，速效钾278 mg/kg。

本试验采用裂区设计，3次重复，随机排列。主区因素为施肥量，设高、中、低3个水平(N：180、150、120 kg/hm2、P2O5：120、105、90 kg/hm2)，分别用F180、F150和F120表示，根据试验地土壤养分和前期试验[10,19]，钾肥用量恒定(K2O：60 kg/hm2)；副区因素为种植密度，设置190、230、270、310 kg/hm24个水平，分别用D190、D230、D270和D310表示。试验用肥料为尿素(含N 46%)，重过磷酸钙(含P2O540%)、硫酸钾(含K2O 50%)；肥料以基肥形式，结合整地于播种前一次性施于土壤。供试材料为“兰天26”，采用甘肃酒泉铸陇公司生产的2BJKF-6型小麦宽幅匀播机进行播种，播深3～5 cm，播幅10 cm，空行距12 cm，行距22 cm，做到不漏播、不重播，试验区周围设1 m宽的保护行，其他管理措施同大田。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 小麦产量及其构成因素的测定

小麦成熟期统计1 m双行有效穗数。成熟后，各小区单打单收，并选取均匀一致的100穗小麦进行考种，调查小麦籽粒重量、穗粒数和千粒重。

1.2.2 小麦籽粒品质的测定

风干后的籽粒送甘肃省农业科学院测试中心。容重用上海东方衡器厂产HGT-1000型容重器测定。籽粒硬度、含水量、蛋白质含量，湿面筋含量、沉降值、稳定时间和吸水率等其他品质性状用瑞典Infratec TM 1241近红外谷物品质分析仪测定。

1.2.3 水分利用效率的测定

小麦播种前和收获后，采用烘干法分层(每层20 cm)测定地表0～200 cm深度的土壤含水率。当地气象局测定的3 a小麦生育期平均降雨量为283.2 mm。按照“水分利用效率=产量/农田耗水量”计算出小麦的水分利用效率。

1.3 数据分析

数据为3 a试验数据的平均值，采用Excel 2010进行整理，SPSS Statistics 19.0进行统计分析，Duncan's进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对宽幅匀播旱地冬小麦产量及其构成因素的影响

2.1.1 不同施肥量对宽幅匀播旱地冬小麦产量及其构成因素的影响

由表1可见，宽幅匀播旱地冬小麦籽粒产量及其各构成因素总体随施肥量的增加而呈先上升后下降的趋势，但F150和F180处理差异不显著。从各相关因素来看，增加施肥量对有效穗数的影响达到显著水平，对穗粒数的影响未达到显著水平，表明该种植模式的穗粒数对施肥量不敏感，而千粒重随施肥量的增加变化达到显著水平，但低肥力和高肥力处理间差异不显著，说明在实际生产中F150的施肥水平是宽幅匀播旱地冬小麦的一个临界施肥水平，过多的施肥量会造成土壤理化和生境的恶化，从而使籽粒产量下降。

表1 不同施肥量对宽幅匀播旱地冬小麦产量及产量构成因素的影响

注：①表中数据为表3中相关值的平均值；②同列数字后的大、小写字母分别表示0.01和0.05水平差异显著，表2～7同。

2.1.2 不同种植密度对宽幅匀播旱地冬小麦产量及其构成因素的影响

由表2可知，宽幅匀播旱地冬小麦的子粒产量随种植密度的增加而先增加后减少，最高为D270处理，产量达到6 696.58 kg/hm2。方差分析显示，该处理与D230差异不显著，与D190和D310处理的差异显著。随着密度的增大，穗粒数、千粒重呈下降趋势，高密度差异显著。有效穗数随着密度的增加而增加，但D270处理与D310的处理差异不显著。当密度超过D270时，穗粒数、千粒重均下降，这可能是由于密度增大，小麦群体变大，通风透光性差，光合效率和养分供给不足，说明宽幅匀播旱地冬小麦保持较高产量的适宜密度为D230～D270。

表2 不同种植密度对宽幅匀播旱地冬小麦产量及产量构成因素的影响

注：表中数据为表3中相关值的平均值。

2.1.3 施肥量与密度互作对宽幅匀播旱地冬小麦产量及其构成因素的影响

由表3可以看出，施肥量和种植密度对宽幅匀播旱地冬小麦籽粒产量及其构成因素有一定的互作效应。在低肥力和中肥力时，随密度的增加，有效穗数先增加后减少，产量在D270达到高峰后降低；高肥力时，有效穗数随着密度的增加一直增加。这可能是由于高肥力条件下小麦分孽力强，低密度处理下主茎成穗补偿了分孽成穗，而高密度处理下有效穗数的增加弥补了种植密度增加导致的穗粒数的减少，从而增加了产量。F180D230和F150D270处理的产量较高，显著高于F150D230和F180D270处理，比F120D190处理分别增产12.9%和12.5%，增产显著。表明施肥量超过F150时，产量增幅下降。在同一肥力水平下，随着密度的增加，穗粒数、千粒重一直降低；同一密度、不同肥力的穗粒数和千粒重表现不尽一致，D190和D230处理，穗粒数、千粒重随肥力的增加先升高后降低，D270和D310处理，穗粒数随肥力的增加而降低，千粒重随着肥力的增加一直下降。

表3 不同施肥量、密度对宽幅匀播旱地冬小麦与产量及产量构成因素的影响

2.2 不同处理对宽幅匀播旱地冬小麦品质性状的影响

2.2.1 不同施肥量对宽幅匀播旱地冬小麦品质性状的影响

由表4可见，宽幅匀播旱地冬小麦子粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值均随施肥量的增加而增加，F180处理的蛋白质和湿面筋比F150和F120处理提高了3.8%、7.6%和15.1%、18.9%，且差异均达显著水平。稳定时间对施肥量反应敏感，随着施肥量的增加先升后降，F150比F180和F120处理分别高3.3%和12.6%，与F120的差异达到显著水平。籽粒硬度随着施肥量的增加而降低，水分含量随施肥量增加先降低后升高。施肥量对籽粒容重、吸水率影响较小。

2.2.2 不同密度对宽幅匀播旱地冬小麦品质性状的影响

由表5可知，密度对宽幅匀播旱地冬小麦籽粒品质的影响总体较小。随着密度增大，宽幅匀播旱地冬小麦籽粒硬度、湿面筋含量、面团稳定时间呈现出先升高后降低的趋势，当密度为D190时，籽粒硬度最大，当密度为D270时，湿面筋含量最高，稳定时间最长。密度对籽粒容重、水分、蛋白质含量，沉降值、吸水率影响较小，经方差分析，各处理间差异不显著。

表4 不同施肥量对宽幅匀播旱地冬小麦籽粒品质性状的影响

注：表中数据为表6中相关值的平均值。

表5 不同种植密度对宽幅匀播旱地冬小麦籽粒品质性状的影响

注：表中数据为表6中相关值的平均值。

2.2.3 肥密互作对宽幅匀播旱地冬小麦品质性状的影响

由表6可以看出，经两因素方差分析表明，施肥量与密度互作对宽幅匀播旱地冬小麦品质有一定影响。在低、中肥力水平，密度为D190～D270处理时，蛋白质、湿面筋含量随播种密度的增加而增加；高肥力水平，密度为D270～D310时，蛋白质、湿面筋含量随播种密度的增加先增加后减少。综合分析品质性状的变化规律，D230～D270范围为高品质密度区，施肥量的增加可较好地调节籽粒品质，但应结合产量协同提高。

表6 不同施肥量、种植密度对宽幅匀播旱地冬小麦籽粒品质性状的影响

2.3 不同处理对宽幅匀播旱地冬小麦总蒸发和水分利用效率的影响

表7结果表明，施肥量和种植密度显著影响水分利用效率。在F180肥力水平，无论种植密度如何变化，总蒸发都高于其他施肥水平，表明高肥力水平能够产生更大的土壤水分消耗和增加作物用水。在D190～D310密度范围内，水分利用效率先升高后降低，在F120～F180施肥范围内，随着施肥水平的逐步提高，水分利用效率分别提高了48.5%和24.8%，但水分利用效率提高率逐步降低。

表7 不同施肥量、种植密度对宽幅匀播旱地冬小麦总蒸发和水分利用效率的影响

3 讨 论

施肥量和种植密度对冠层结构、叶面积指数和光合特性等[20,21]有显著影响，进而影响小麦产量和品质。有研究表明提高施肥水平显著增加可育穗数、穗粒数和粒重，产量又随种植密度增加呈先升后降的变化[11]。宽幅播种下，“泰农18”种植密度为410 万株/hm2时，可有效缓解单位面积穗数增加与单穗粒重降低、氮素吸收效率提高与氮素内在利用效率下降之间的矛盾[22]。固定道垄作栽培方式下，施肥量在N 180 kg/hm2时能促进根系生长，进而提高籽粒产量及水氮利用效率[23]。本研究结果表明，在宽幅匀播栽培模式下，有效穗数对肥料水平反应敏感，而穗粒数和千粒重主要受播种密度的影响。施肥量F120～F150、种植密度D190～D270范围内，产量随施肥量和种植密度的增加而增加，当施肥量超过F180、种植密度为D270～D310时产量反而下降，这与刘萍、赵广才等[24,25]的研究结果一致。增加施肥无法弥补高密度造成的产量降低。

小麦籽粒品质受品种遗传特性、生态环境和栽培措施的影响[26]。在一定范围内增加施肥量能显著提高小麦蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值[11,16]。本研究结果表明，合理的施肥量和种植密度有助于协调产量与品质间的矛盾。从蛋白质、湿面筋和沉降值等来看，低、中肥水平下，在D190～D230密度范围内，品质提高但籽粒产量下降，在D270～D310密度范围品质产量协同提高；高肥水平下，随密度的增加产量与品质提升的协同性较差，这与蔡金华、郭伟等[19,27]的研究结果相同，但与刘萍、周强等[24,28]的研究结论有一定差异。这可能是由于生态区、品种、播种时期、试验地土壤条件以及气候条件等因素不同所致。

旱地冬小麦不同栽培模式、施氮量和种植密度，在生长期间的土壤水分动态变化具有相似的规律，施氮和适当增加小麦种植密度有利于提高旱地水分生产效率[29]。本试验结果表明，作物水分利用效率与施肥呈正相关，与种植密度相关性较差。在F120～F180施肥范围内，随着施肥水平的逐步提高，水分利用效率分别提高了48.5%和24.8%，在F150施肥水平下，作物水分利用效率在1.5 kg/m3左右，进一步提高施肥水平无法再提高水分利用效率。这说明，控制播种密度、改善土壤肥力能促进宽幅匀播旱地冬小麦高效利用有限水分。

4 结 论

合理配置施肥量和种植密度，可提高宽幅匀播旱地冬小麦产量、品质和水分利用效率。本实验结果表明，在干旱条件下，添加N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2和K2O 60 kg/hm2，种植密度270 kg/hm2，能显著提高宽幅匀播冬小麦产量和品质，水分利用效率最高，这与旱作条件下冬小麦品种“小偃22”中等密度与较高施肥量配置最优的结论一致[30]，可为生产中宽幅匀播旱地冬小麦高产优质栽培提供理论依据。