种植密度和灌溉、施氮模式对冬小麦土壤水分状况、产量和品质的影响

王晓森，吕谋超*，王森，蔡九茂,李迎，秦京涛，范习超，王和洲

种植密度和灌溉、施氮模式对冬小麦土壤水分状况、产量和品质的影响

王晓森1,2，吕谋超1,2*，王森1,2，蔡九茂1,2,李迎1,2，秦京涛1,2，范习超1,2，王和洲1,3

（1.中国农业科学院 农田灌溉研究所，河南 新乡 453002；2.农业农村部节水灌溉工程重点实验室，河南 新乡 453002 3.河南商丘农田生态系统国家野外科学观测研究站，河南 商丘 476000）

【】探索农业节水、减肥背景下豫北地区冬小麦高产高效种植模式。采用测坑试验设置了密度、灌溉和追氮3因素，其中密度因素设置2个水平（D1：500万株/hm2基本苗；D2：300 万株/hm2基本苗），灌溉因素设置3个水平（W1：返青和灌浆初期灌水；W2：返青、拔节和灌浆初期灌水；W3：返青、拔节、抽穗和灌浆初期灌水；各生育期灌水定额均相同），追氮因素设置2个水平（N1：氮肥返青期一次性追施；N2：氮肥在返青期和抽穗期分2次追施）对冬小麦土壤水分状况、叶片生理指标、产量和品质进行研究。小麦春季灌返青水、拔节水和灌浆水处理（W2）可在1 m深度土层内形成由浅至深逐渐增加的土壤水分梯度，即能形成适宜冬小麦生长的土壤水分环境又提高了不同土层土壤水的利用。灌水生育期越多冬小麦灌浆期旗叶光合速率（n）、蒸腾速率越高，但叶片水分利用效率则随灌水生育期的增多而降低；D2处理n高于D1处理n；N2处理n高于N1处理n。种植密度地增加能极显著的提高单位面积小麦穗数（＜0.01），但导致穗粒数和千粒质量极显著下降；灌溉因素对穗粒数、千粒质量、产量和灌溉水利用效率（）的影响均达显著水平（＜0.05），其中千粒质量随灌水生育期的增加而增加，随灌水生育期的增加而降低，而穗粒数和产量的最大值均出现在W2处理，其次才是W3处理和W1处理；在氮肥追施总量相同的情况下，N2处理的千粒质量和产量均值比N1处理均值有显著增加。此外，小麦籽粒中的氨基酸和蛋白质随灌水生育期的增加而减少；N1处理氨基酸和蛋白质均值比N2处理的稍高。通过回归分析发现，氨基酸和蛋白质量随产量的增加而线性下降。豫北地区大穗型冬小麦节水减肥推荐种植模式为：种植密度为300万株/hm2基本苗，足墒播种条件下春季灌返青水、拔节水和灌浆水，每次灌水定额为75 mm；基施复合肥养分量N、P2O5和K2O均为90 kg/hm2，返青期和抽穗期各追氮肥1次，每次施纯氮60 kg/hm2。

密度；灌水；追氮；冬小麦；产量；品质

0 引言

【研究意义】我国水资源短缺，人均水资源总量不及世界的1/4，农业用水占到全社会总用水量的近60%，提高水分利用效率是农业可持续发展的关键问题[1]。要提高小麦水分利用效率，就需要优化小麦返青后的灌水次数和灌水时机，达到提高水分利用效率与丰产有机结合的目的[2-3]。【研究进展】小麦前期灌溉次数的增加会推迟抽穗期，缩短灌浆时间，而氮肥则以促进茎蘖成穗为主，籽粒中的蛋白质和氨基酸随灌水量的增加而降低，随施氮量的增加而增加[3]。传统上，氮肥大部分基施，其余在小麦返青期一次性追施，但这样做会使氮素随后续灌水次数的增加深层渗漏和挥发，引起氮素使用效率下降和环境恶化[4-6]；过量追施氮肥还会导致小麦茎秆陡长，引起倒伏[7]。如何在氮肥施用总量不增的情况下，通过优化氮肥田间管理达到小麦丰产的目的是今后研究的重点。有专家指出追氮时机后移可有效提高小麦茎秆力学性能，促进冬小麦各营养器官花前贮藏干物质向籽粒的转运与分配，增加粒数和粒质量，提高产量[8-9]。合理的种植密度是小麦丰产的关键因素之一，过高的种植密度容易导致小麦光合作用下降，籽粒生长速率降低，千粒质量下降等一系列问题[10]。密度及追氮时期对产量性状有明显的互作效应，增加种植密度可使单位面积成穗数有所提高，但密度过高穗数的增益难以抵偿穗粒数和粒质量下降的损失，适当增加密度，配合后期追氮是小麦实现超高产的有效途径[11]。密度对产量影响较大，对品质影响较小，施氮处理对产量和品质均有重要影响，适当增施氮肥可以使籽粒产量、营养品质和加工品质同步提高[12]。因此，小麦种植密度要与科学的水肥管理措施相结合才能发挥其最大效能[11-15]。

【切入点】前人对于单一要素研究较多，而对于水氮密耦合对于冬小麦产量和品质的影响研究较少，尤其缺少在节水减氮背景下冬小麦高产高效种植模式研究。【拟解决的关键问题】针对冬小麦生产中存在的上述问题，本次研究选取豫北地区典型冬小麦新品种为研究对象，通过对种植密度、灌溉模式和追氮模式三因素组合试验研究，分析其对冬小麦返青后土壤水分状况、叶片生理指标、产量和品质影响，以期为冬小麦科学种植和田间管理提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2017年10月—2018年6月在中国农业科学院新乡七里营综合实验基地进行（东经113.80º，北纬35.15º），试验地点为大型移动式防雨棚测坑，试验过程不受降雨影响。本次试验测坑共有24组，东西双排排列，每排12组，分层填装当地典型土壤。单个测坑面积6.67 m2，深3 m，有底。测坑内土质为壤土，体积质量为1.56 g/cm3，田间持水率为25%（质量含水率），pH值8.3，土壤中碱解氮量58.68 mg/kg，速效磷量25.14 mg/kg，速效钾量93.47 mg/kg，有机质量1.34 g/kg。试验用冬小麦品种为大穗型新品种‘百农207’，于2017年10月15日播种，播种时40 cm土层的平均含水率为田持的85%，11月中旬定苗，每坑东西向种植小麦各10行，行距10 cm。播种前每坑施复合肥作为底肥，其中N、P2O5和K2O均为90 kg/hm2。

1.2 试验地气象条件

2018年1月1日—5月31日冬小麦主要生长季日平均温湿度如图1所示。日平均温度最大值为31.2 ℃，最小值为-1.7 ℃，平均值为12.2 ℃；日平均湿度最大值为98%，最小值为17%，平均值为54.4%。

图1 试验地空气温湿度

1.3 试验设计

表1 试验各处理组合编号

注 总灌水量包含小麦播种前75 mm的灌水。

1.4 测试项目与方法

1）旗叶光合速率（n）、蒸腾速率（r）：采用Li-6400光合仪于2018年5月8日测定，测定叶片为小麦旗叶，测定时间为上午10:00—11:00，活体测定，每处理3次重复。

2）叶片水分利用效率（）：n/r，n和r单位均为µmol/（cm2·s）。

3）产量、穗数、穗粒数、千粒质量：在小麦成熟期，从测坑中随机选取1 m2小麦穗，经过风干脱粒后秤测籽粒质量，然后换算成单位面积产量，单位为kg/hm2；穗数由人工数测；穗粒数由测产后1 m2小麦粒数除以穗数计算取得；千粒质量由全自动数粒机数测小麦籽粒1 000粒，然后用精度0.01 g的天平秤测质量。产量、穗数、穗粒数、千粒质量测定均为每处理3次重复。

4）土壤水分：本次试验土壤水分变化由安装在测坑内土壤三参数传感器（5TE，美国Decon公司）测定，传感器安装共5个土层，深度分别为20、40、60、80 cm和100 cm，每层安装传感器1个。传感器与CR1000采集器相连，采样频率设为10 min，通过定期下载采集器内的数据可以观测到测坑内土壤水分的动态变化。

5）灌溉水利用效率（）：，为产量（kg）；为灌水量（m3）。

6）冬小麦品质指标：氨基酸和蛋白质，均委托农业农村部农产品质量监督检验测试中心测定，其中蛋白质含量由凯氏定氮法测定（GB5009.5—2016）、氨基酸量由茚三酮显色法测定（GB5009.124—2016）。

1.5 统计分析

本次试验的统计分析采用SAS8.1完成，程序选择GLM，各试验因子的主效应采用Duncan变量多重比较法完成，处理间的差异采用LSD法。图表由Excel 2013制作。

米阀电路如图4所示，米阀电路的使能信号和开关位置信号由单片机进行控制。图4中开关K1所在位置4接+24V高电位，1接地低电位，米阀开关位置在闭合处。R2为上拉电阻，默认是PNP三极管高电平不导通。与传送带控制电路原理相同，三极管导通，开关吸合改变位置，开关K1所在位置4接地低电位，1接+24V高电位，开关位置在开合处。

2 结果与分析

2.1 土壤水分动态变化

图2为2018年2月6日—5月26日返青至成熟期不同灌溉模式下低密度冬小麦土壤水分动态变化。2月23日灌返青水前各土层土壤含水率较为一致，均呈由浅至深逐渐增加的趋势，灌水后各土层传感器数值均直线上升，然后随着小麦耗水逐渐下降。图2（a）为返青期和灌浆初期灌水处理（W1），灌水时间分别为2月23日和5月5日。从图2（a）可以看出，返青至灌浆由于是冬小麦营养生长及生殖生长旺盛期，需水较多，腾发耗水较大，20～100 cm各土层含水率均快速下降，至灌浆水前，20～80 cm土层土壤含水率均下降至小于灌返青水前土壤含水率，且虽经灌浆水但后期各土层土壤含水率仍下降至较低的水平，各土层土壤水分差异不大。图2（b）为返青期、拔节期和灌浆初期灌水处理（W2），与W1处理相比增加了3月26日拔节水。灌拔节水有效补充了各土层拔节期至灌浆期的土壤含水率，但40 cm以上浅层土壤含水率仍下降较快，至灌浆前下降至小于返青前的水平，而60～100 cm土层的土壤含水率较高且则随土层深度的增加而增加，土壤含水率有明显的“梯度效应”。图2（c）为返青期、拔节期、抽穗期和灌浆初期灌水处理（W3），与W2处理相比又增加了4月13日抽穗水。从图中可以看出返青至灌浆初期增灌拔节和抽穗水使冬小麦各土层土壤含水率均维持在高于返青前的水平。增灌抽穗水使抽穗至灌浆后期土壤水分出现明显的“两极分化”，其中40 cm以上土层土壤水分较低，下降较快，而60 cm以下土层土壤水分较高且差异不大。此外，从图2可以看出，相比其他生育期，抽穗以后不同土层土壤水分曲线下降斜率有明显增加的趋势。

2.2 冬小麦旗叶生理指标

表2为冬小麦灌浆水后不同处理旗叶光合速率（n）、蒸腾速率（r）及叶片水分利用效率（），测定时期W1、W2和W3处理1 m土层内平均相对含水率为60%、70%和80%。从表2可以得出，冬小麦低密度处理比高密度处理的n、r高；而灌溉模式中的不同生育期灌溉次数越多则旗n、r越大；追2次氮肥处理比追1次氮肥n、r高。至于则恰好相反，不同生育期灌溉次数越多则越低，而种植密度和追氮次数对的影响不大。

表2 不同处理条件下冬小麦旗叶Pn、Tr和LWUE

注 同一列数据不同字母表示在＜0.05水平下差异显著，下同。

2.3 冬小麦产量、品质和灌溉水利用效率

表3为不同处理冬小麦产量、品质及灌溉水利用效率。冬小麦单位面积穗数随种植密度、灌水生育期和追氮次数的增加而增加，其中种植密度对穗数影响的主效应达极显著水平（＜0.01），而灌溉模式和追氮模式对穗数影响的主效应并不显著，三因素对穗数影响的交互效应亦不显著。本次试验穗数最多的处理为D1W1N2处理，而最少的则为D1W1N1处理。冬小麦穗粒数随种植密度增加而极显著减少；灌溉模式对穗粒数影响的主效应亦达显著水平（＜0.05），穗粒数最大值出现在W2处理，其次是W3、W1处理；而追氮模式对穗粒数影响的主效应不显著。本次试验穗粒数最高的处理为D2W2N2处理，而最低的处理则为D1W3N2处理。对于千粒质量，种植密度、灌溉模式和追氮模式对千粒质量影响的主效应均达显著或极显著水平，冬小麦千粒质量随种植密度的增加而减少，随灌水生育期和追氮次数的增加而增加；此外，种植密度和追氮模式二因素的交互效应及种植密度、灌溉模式和追氮模式三因素的交互效应对千粒质量影响均达显著水平。本次试验千粒质量最高的仍为D2W2N2处理，最低的为D1W1N1处理。对于产量，灌溉模式和追氮模式对产量影响的主效应达显著水平，其中灌溉模式最高的处理出现在W2处理，其次是W3处理和W1处理；而追氮模式中的N2处理均值比N1处理均值有显著增加。此外，种植密度和追氮次数的交互效应以及种植密度、灌水模式和追氮模式三因素的交互效应对产量影响亦达显著水平。本次试验理论产量最高的处理为D2W2N2处理，而最低的处理为D1W1N1处理。

表3 不同处理冬小麦产量、品质构成因子及灌溉水利用效率

注 *表示因子作用在＜0.05水平下达显著水平；**表示因子作用在＜0.01水平下达极显著水平，下同；表示因子作用不显著。氨基酸和蛋白质量每处理只测定1次，无方差分析。

对于灌溉水利用效率（），灌溉模式对影响的主效应达显著水平，随灌水生育期的减少而极显著提高（＜0.01），其中W1处理均值最高，其次是W2处理均值和W3处理均值；D2处理均值高于D1处理均值，N2处理均值高于N1处理均值，但种植密度和追氮模式二因素对影响的主效应不显著。此外，灌溉模式和追氮模式二因素的交互作用以及种植密度、灌溉模式和追氮模式三因素间的交互作用对的影响亦达显著水平。本次试验灌溉水利用效率最高的处理为D2W1N1处理，最小的为D1W3N2处理和D1W1N1处理。

本次试验测定的冬小麦籽粒15种氨基酸总和与含蛋白质量如表3所示。本次试验氨基酸和蛋白质量最高的处理为D1W1N1处理，最小的为D2W2N2处理。

2.4 冬小麦产量、品质构成因子及灌溉水利用效率间相关性分析

表4为冬小麦产量、品质构成因子及灌溉水利用效率相关系数。产量与千粒质量呈极显著正相关（＜0.01）与灌溉水利用效率（）显著正相关（＜0.05）。此外，穗粒数与穗数显著负相关。而品质指标与产量指标和灌溉水利用效率间的相关性均为负相关，其中氨基酸和蛋白质与产量间的相关性达到极显著水平，与千粒质量间的相关性达显著水平，氨基酸与间的相关性亦达显著水平。此外，氨基酸和蛋白质间的相关性达到极显著正相关水平。

从相关分析可以知道冬小麦品质中的氨基酸和蛋白质随产量的增加而线性下降，为描述品质指标与产量详细的对应关系，对它们进行了回归分析，具体如图3示。产量与氨基酸回归关系式的决定系数要好于与蛋白质回归关系式的决定系数，通过此回归关系式，输入产量水平可估算本试验条件下的冬小麦籽粒中氨基酸和蛋白质量大致水平。

表4 冬小麦产量、品质构成因子及灌溉水利用效率间的相关系数

图3 冬小麦产量与氨基酸、蛋白质关系

3 讨论

3.1 冬小麦春季适宜灌溉模式

冬小麦返青后灌溉模式关系到能否取得小麦丰产及水资源高效利用，一直是业界研究的重点和热点。本次通过土壤水分动态监测（图2所示）发现，仅灌返青水和灌浆水，其间72 d无灌水，将使1 m土层土壤水分大幅下降，各土层土壤水差异减小，虽提高了土壤水利用效率，但会导致灌浆前各土层土壤水分均低于返青前的水平。有研究表明，小麦拔节后的生长应在适宜的土壤水分中进行，过低的土壤水分不利于小麦拔节、抽穗的生长，最终影响小麦产量和干物质形成[16-17]。而在返青、灌浆间增灌拔节水，则在1 m不同土层内形成了由浅至深土壤水分逐渐增加的梯度，提高了土壤水的利用，优化了小麦不同深度根系吸水环境。而如在拔节和灌浆间继续增灌抽穗水，将导致抽穗后小麦耗水主要以40 cm以上土层为主，而60 cm以下各土层土壤水分虽有消耗但降幅不大，不利于小麦对不同土层土壤水分的吸收与利用，也不利于麦后深层土壤对夏季降雨的储蓄与利用。对此有专家指出，小麦总耗水量与灌水量成正相关，与土壤水消耗量呈负相关，春季灌水次数越多则浅层土壤水占总耗水的比例越高[2]。此外，灌浆后期土壤水分过高还会导致小麦贪青晚熟，不利于小麦获得高产。

相比其他生育期，冬小麦抽穗后不同土层土壤水分曲线下降斜率有明显增大的趋势，这表明此生育期为冬小麦耗水强度最大生育期；而返青至拔节初期土壤水分曲线变化较为平缓，冬小麦耗水强度并不大。因此，冬小麦春季灌溉应是分别安排在返青期、拔节中期和扬花或灌浆初期灌溉。此研究结论与已有的研究结论相似[18]，但也与一些专家提出的冬小麦返青后不灌返青水，只灌拔节和扬花2水的研究结论有所差异[2,19]。究其原因可能是试验所处的底墒环境的差异造成的，底墒高低是决定冬小麦是否灌返青水的关键因素。此外，在水资源匮乏地区若春灌只能灌2水，则针对冬小麦返青后不同墒情条件的灌水时机研究也是今后研究的方向。

3.2 试验因素对冬小麦产量构成因子的影响

灌溉模式中的灌水生育期越多则灌水量越大，1 m土层平均土壤含水率越高，冬小麦灌浆期旗叶光合、蒸腾速率越高，但叶片水分利用效率则随灌溉次数增多而降低；低种植密度小麦旗叶光合速率高于高种植密度小麦旗叶光合速率。对此前人有研究发现土壤相对含水率超过80%时，冬小麦光合速率会降低而蒸腾速率会增加，从而导致叶片水分利用效率的下降[20]；过高的种植密度会导致小麦旗叶光合作用下降[10]，但也有研究表明旗叶光合速率随着种植密度的增加没有显著变化，而是倒3叶和倒5叶呈显著下降，多穗型品种下降幅度大于大穗型品种[21]。在总的施氮量相同的条件下，返青期、抽穗初期分2次追施氮肥处理的光合速率要高于返青期1次追施全部氮肥处理的光合速率。

种植密度的增加能极显著的提高单位面积小麦穗数，但会使穗粒数和千粒质量极显著下降（表3）。这表明一定范围内种植密度的提高对于穗数增加的作用可以弥补其对小麦穗粒数和千粒质量下降的影响，使小麦的产量不至于下降，但由于过量播种导致的生产成本的增加在生产实际中显然是不经济的，相似的研究结论在前人的研究中也有体现[11-15]。灌溉模式对穗粒数、千粒质量、产量和灌溉水利用效率（）的影响均达显著水平。穗粒数和产量的最大值均出现在W2处理，其次才是W3处理和W1处理。有专家指出小麦拔节至灌浆期的土壤水分要适宜，过低的土壤水分不利于后期小麦干物质形成；而土壤水分过高会推迟抽穗期，从而缩短了灌浆时间[21-23]。在氮肥追施总量相同的情况下，N2处理的千粒质量和产量均值比N1处理均值有显著增加，这与前人得出的氮肥后移可增加冬小麦粒数和粒质量的研究结论是一致的[8-9]。此外，种植密度和追氮模式二因素的交互作用及种植密度、灌溉模式和追氮模式三因素的交互作用对小麦千粒质量和产量的影响达显著水平，而灌溉模式和追氮模式二因素对千粒质量和产量的交互作用未达显著水平，这与以往水氮耦合能够对小麦产量产生显著影响研究结论不同[3,18]，原因是以往研究结论的得出是在不同的灌水量和不同施氮量组合试验条件下得出的，而本次试验各处理施氮总量均相同，只是追氮模式存在区别。本次研究通过相关分析（表4所示）发现，冬小麦产量与千粒质量呈极显著正相关，而小麦千粒质量会随平均灌浆速率的增加而增加[24-28]，因此生产实际中要协调好水、肥、密三者的关系，在控制好小麦群体密度的前提下通过提高灌浆速率、延长灌浆时间来实现小麦高产。通过以上分析并结合本次试验结果，产量最高的D2W2N2处理正是集中了适宜的种植密度，合理的灌溉和追氮模式得出的，最主要的驱动因素为穗粒数和千粒质量的增加；而产量最低的D1W1N1处理则恰好相反，种植密度过大，返青后的不同生育期灌溉次数偏少，追氮采取返青期一次追施全部氮肥，未发挥氮肥适度后移对小麦干物质向籽粒的转运与分配的促进作用等。因此，D2W2N2处理条件可以作为本地区大穗型冬小麦节水减肥种植模式推广。

3.3 试验因素对冬小麦籽粒品质指标的影响

通过对冬小麦籽粒中的氨基酸和蛋白质研究发现（表3所示），氨基酸和蛋白质随灌水生育期的增加而减少，这与前人的研究结论也基本一致[18]；返青期1次性追施全部氮肥的处理比在返青期和抽穗期分2次追施氮肥处理的氨基酸和蛋白质量稍高；而种植密度对小麦氨基酸和蛋白质量影响不大。对此有专家指出密度对产量影响较大，对品质影响较小[12,29]，但也有研究表明小麦籽粒蛋白质量会随密度的增加而降低[30]。通过相关性分析发现，氨基酸和蛋白质与产量构成因子均呈负相关，其中与产量的相关性达极显著水平，相似的研究结果在以往的研究[31]中也有发现。这表明在总氮源一定的情况下，小麦虽能通过灌水、追氮的优化组合提高产量，但也会带来籽粒氨基酸和蛋白质量下降的问题（图3），这就要求今后试验工作要围绕如何通过科学水氮管理达到小麦增产和调质的统一，产量和营养品质的定向调控的方向而努力。

最后，以上研究结论的得出是在防雨棚测坑条件下取得的，其农田生态条件与大田还是有区别的，得出的研究结论仍需大田试验的佐证。

4 结论

1）冬小麦春季灌返青、拔节和灌浆水可以在1 m不同土层内形成了由浅至深逐渐增加的土壤水分梯度。

2）种植密度的增加能极显著的提高冬小麦单位面积穗数，但会使穗粒数和千粒质量极显著下降。灌溉模式对穗粒数、千粒质量、产量和灌溉水利用效率的影响均达显著水平，其中千粒质量随灌水生育期的增加而增加；灌溉水利用效率随灌水生育期的增加而降低；而穗粒数和产量的最大值均出现在灌返青水、拔节水和灌浆水的处理。此外，返青期和抽穗期分2次追施氮肥处理的千粒质量和产量比在返青期1次追施全部氮肥的处理有显著增加。

3）在氮肥施用水平一致的条件下，小麦产量的提高会伴随籽粒蛋白质和氨基酸的下降。

冬小麦本研究中节水减肥种植模式为：小麦播种量187.5 kg/hm2（约合基本苗300万株/hm2）；足墒播种的条件下春季灌溉模式为返青水、拔节水和灌浆水（期间如有降雨则视墒情而定），每次灌水75 mm；基施复合肥养分量N、P2O5和K2O均为90 kg/hm2，返青期和抽穗期各追氮肥1次，每次施纯氮60 kg/hm2。

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Optimizing Planting Densities, Irrigation and Nitrogen Topdressing to Improve Bioavailable Soil Water and Yield and Quality of Winter Wheat

WANG Xiaosen1,2, LYU Mouchao1,2*, WANG Sen1,2, CAI Jiumao1,2, LI Ying1,2, QIN Jingtao1,2, LIU Jieyun1,2, FAN Xichao1,2, WANG Hezhou1,3

(1.Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang 453002, China; 2. Key Laboratory of Water-saving Engineering, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xinxiang 453002, China;3. National Agro-ecological System Observation and Research Station of Shangqiu, Shangqiu 476000, China)

【】Water and fertilizer use efficiency of crops depends on many factors, and the objective of this paper is to investigate experimentally how to achieve this through optimizing planting density, irrigation and nitrogen topdressing.【】The experiment was conducted in lysimeters with winter wheat used as the model plant. It compared two planting densities: 5×106plant/hm2(D1) and 3×106plant/hm2(D2). For each planting density, there were three irrigation treatments: irrigating at the turning-green stage and the grain-filling stage (W1), irrigating at the turning-green stage, jointing stage and grain-filling stage (W2), irrigating at the turning-green stage, jointing stage, heading stage and grain-filling stage (W3), and two nitrogen topdressing treatments: topdressing all nitrogen at the turning-green stage, topdressing a half at the turning-green stage and the other half at the jointing stage. In each treatment, we measured the changes in soil water contents.【】Irrigating scheduling W2made soil water in 0～100 cm more suitable for the crop to grow and increased its water use efficiency. Increasing irrigation frequency enhanced photosynthetic and transpiration rates, but it reduced leaf water use efficiency and the content of amino acid and protein in the grain. Increasing planting density or nitrogen topdressing frequency can improve photosynthetic rate even when the total amount of nitrogen application was the same. Increasing planting density increased spike numbers, but reduced grain numbers per spike and kernel weight, all at significant level (<0.001). Irrigation scheduling affected grain numbers per spike, kernel weight, crop yield, and irrigation water use efficiency () at significant level (<0.05); increasing irrigation frequency at different growing stages increased the kernel weight but reduced. Irrigation scheduling W2gave the highest grain numbers per spike and yield, followed by W3, with W1being the least. When the amount of nitrogen used in the topdressing was the same, increasing topdressing frequency increased the kernel weight and yield significantly, but reduced the content of amino acid and protein in the grain. Planting density did not show significant effects on amino acids and protein in the grains. Regression analysis revealed that the content of amino acid and protein in the grains decreased linearly as the crop yield increased. 【】The optimal agronomic practices for winter wheat in our studied regions were: Planting density 3×106plant/hm2; three irrigations, each with 75 mm of water, at the turning-green stage, jointing stage and grain filling stage respectively; base fertilization N, P2O5and K2O, each at the rate of 90 kg/hm2; topdressing nitrogen at the turning green stage and jointing stage, each with 60 kg/hm2.

planting density; irrigation scheduling; topdressing nitrogen; winter wheat; yield; grain quality

王晓森, 吕谋超, 王森, 等.种植密度和灌溉､施氮模式对冬小麦土壤水分状况､产量和品质的影响[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(9): 48-56.

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S274

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020353

1672 – 3317（2021）09 - 0048 - 09

2020-06-30

科技创新工程所级重点任务（CX0001-0401）；NSFC-河南人才培养联合基金项目（U1504530）；2020年度新乡市科技攻关计划项目（23）；国家重点研发计划项目（2017YFD0800605）

王晓森（1975-），男。副研究员，硕士，主要从事节水灌溉基础理论研究。E-mail: ngswxss@126.com

吕谋超（1968-），男。研究员，博士生导师，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail:lvmouchao@caas.cn

责任编辑：韩洋