播期和种植模式对冬小麦氮转运和产量的影响

余 梦，谷晓博，李援农，陈朋朋，杨金宇，李昱鹏

（西北农林科技大学水利与建筑工程学院/旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌 712100）

小麦是重要的粮食作物，世界人口消耗的能量和蛋白质中20%来自于小麦[1]。21 世纪，气候变暖给世界粮食安全带来了巨大挑战[2‑4]。因此，积极应对气候变化，实现我国冬小麦的高产稳产是当前的重要任务。前人研究发现，适宜的生态环境条件和科学的耕作栽培技术可以提高冬小麦产量[5]。气候变暖导致积温增加，会影响冬小麦出苗，缩短冬小麦生育期，从而降低产量[6]；而拔节期—抽穗期增温会显著降低春小麦产量[7]。早播可提高土壤含水率，而晚播则相反，但影响均不显著[8]；适期播种可以减少积温[9]，改善冬小麦群体结构[10]，提高籽粒灌浆速率、缩短最大灌浆速率出现时间[11]，提高冬小麦产量[12‑14]和品质[14]。因此，可以通过调整播期使冬小麦生育期内日平均气温更接近日最适温度，从而实现高产稳产[15]。我国西北地区降雨主要分布在7—10月，玉米收获不及时和冬小麦正常播期遭遇连续降雨天气，都会影响冬小麦正常播种。因此，明确推迟播期对冬小麦生长发育及产量的影响很重要。

地膜覆盖具有减少土壤水分蒸发[16‑17]、促进作物前期根系生长[18]、提高作物品质[19‑20]等作用，是我国干旱半干旱地区农业生产的重要措施。与平作不覆膜相比，垄沟覆膜种植能够有效减少土壤水分蒸发[21‑22]，有利于种子萌发，增加冬小麦株高、叶面积指数[23]，显著提高冬小麦植株地上部干质量[24]、氮素积累量和氮素利用率[25‑26]，从而提高产量[27‑28]。但是，覆膜在增加土壤含水率的同时也会增加土壤温度，这对冬小麦生育后期的生长发育具有负面影响。因此，可以尝试采用调整冬小麦播期和改变种植模式相结合的方式来协调二者的关系，目前关于这方面的研究还未见报道。为此，通过大田试验，研究不同播期和种植模式对冬小麦氮转运和产量的影响，为适当安排播期以应对农时过紧、秋雨延迟以及气候变化，实现我国冬小麦高产稳产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2018 年10 月—2019 年6 月在西北农林科技大学旱区农业水土工程重点实验室灌溉试验站(108°24′E、34°20′N)进行。试验区属于干旱半干旱大陆性气候，海拔521 m，年均日照时间2 163.8 h，全年无霜期210 d，年均气温13 ℃，年均降雨量632 mm，年均蒸发量1 510 mm。试验区土壤以壤土为主，土壤平均干容重为1.42 g/cm3，0～30 cm 土层土壤含有机质11.26 g/kg、硝态氮69.05 mg/kg、速效磷23.3 mg/kg、速效钾88.48 mg/kg。试验期间作物生长季的气象条件见图1。

供试小麦品种为小偃22号，由陕西润农种业有限责任公司提供。供试肥料为尿素（含N≥46.4%）、过磷酸钙（含P2O5≥16.0%）、硫酸钾（含K2O≥51.0%）。

1.2 试验设计

试验设3 个播期，分别为10 月14 日（D0）、10 月21 日（D1）、10 月28 日（D2）；设3 种种植模式，分别为垄沟全覆膜（RM）、平作全覆膜（FM）、平作不覆膜（NM）。试验小区面积20 m2（5 m×4 m），设3 次重复，采用随机区组排列，垄高30 cm，垄宽和沟宽分别为40 cm 和60 cm。小麦播种量为137.5 kg/hm2，种植行距为20 cm，均为南北行向。肥料基施量采用当地常规用量，施N 180 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2，生育期中喷洒1次杀虫药。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 植株各器官干质量及氮含量 在冬小麦拔节期、开花期和成熟期，从各小区随机选取10 株代表性植株，分为茎、叶片2个部分（成熟期分为茎、叶片、穗3 个部分），分别装入纸袋中，置于烘箱内于105 ℃下杀青30 min，然后75 ℃烘至恒质量，称质量。将烘干后的植株样品粉碎过孔径0.6 mm 筛，采用H2SO4-H2O2法消解并用Auto-Analyzer 3 型连续流动分析仪（德国）测定氮质量浓度。

各器官氮素积累量、转运率及对籽粒的贡献率等指标计算方法[29]如下：

式中：NA表示各器官氮素积累量，V表示样品溶液体积，M表示样品干质量，DM 表示各器官干质量，NA花表示开花期各器官氮素积累量，NA熟表示成熟期各器官氮素积累量，NA籽表示成熟期籽粒氮素积累量，NTR表示氮素转运率，GCR表示氮素对籽粒的贡献率。

1.3.2 产量及其构成因素 成熟期，在各小区选取1 m×1 m 的区域进行人工收割，测定有效穗数、穗粒数，风干后脱粒测千粒质量和产量。

1.4 数据分析与作图

采用Excel 2016 和SPSS 20.0 进行数据的整理和统计分析，采用LSD法进行方差分析，采用Duncan’s 新复极差法进行差异显著性分析，采用Origin 8.5 软件制图。

2 结果与分析

2.1 播期和种植模式对冬小麦各器官干质量的影响

方差分析结果（表1）显示，种植模式对冬小麦各时期叶片、茎和成熟期穗的干质量的影响均达到显著水平，而播期和两者的交互作用对拔节期和开花期叶片和茎的干质量以及成熟期穗的干质量的影响均达到极显著水平，对成熟期叶片和茎的干质量的影响均不显著。

由表1 可知，同一种植模式下，拔节期，冬小麦叶片和茎的干质量总体上随着播期推迟逐渐降低。与D0 处理相比，D1 处理叶片和茎的干质量分别减少26.2%和2.8%，D2处理叶片和茎的干质量分别减少43.3%和33.3%。开花期,D1 处理叶片和茎的干质量总体上略高于D0处理并显著高于D2处理。与D0 处理相比，D1 处理叶片和茎的干质量分别提高2.0%和2.6%。成熟期，穗干质量随着播期推迟显著减少，与D0 处理相比，D1 和D2 处理穗的干质量分别减少0.8%和13.9%。

表1 不同处理冬小麦各器官干质量g/株Tab.1 Dry matter weight of each organ of winter wheat under different treatmentsg/plant

由表1 可知，同一播期下，拔节期，冬小麦叶片和茎的干质量总体表现为FM>RM>NM；与NM 处理相比，FM处理叶片和茎的干质量分别增加33.7%和97.7%，RM处理茎的干质量提高44.2%。在开花期，RM 和FM 处理叶片和茎的干质量总体上均显著高于NM 处理，以RM 处理最高；与NM 处理相比，RM处理叶片和茎的干质量分别增加54.3%和33.4%，FM 处理叶片和茎的干质量分别增加33.9% 和20.3%。成熟期，RM 和FM 处理叶片和茎的干质量均显著高于NM 处理。与NM 处理相比，RM 处理叶片和茎的干质量分别增加16.1%和50.7%，FM 处理叶片和茎的干质量分别增加12.5%和42.3%。因此，同一播期下RM和FM处理有利于冬小麦干质量积累。

由表1 可知，种植模式和播期交互作用下，与NMD0处理相比，RMD1处理和FMD1处理可以减弱或抵消推迟播期带来的不利影响。其中，RMD1 处理开花期叶片、茎的干质量分别显著提高44.8%、38.5%，成熟期叶片、茎、穗的干质量分别显著提高17.2%、46.7%、37.86%；FM 处理开花期叶片、茎的干质量分别显著提高40.3%、34.1%，成熟期叶片、茎、穗的干质量分别显著提高12.5%、34.7%、27.2%。

2.2 播期和种植模式对冬小麦各器官氮素积累的影响

播期和种植模式及二者交互作用对冬小麦各时期各器官的氮素积累量的影响均达到极显著水平（表2）。推迟播期显著降低拔节期FM 和NM 处理冬小麦叶片氮素积累量；而拔节期、开花期、成熟期RM 处理，开花期、成熟期FM 处理叶片氮素积累量均随着播期推迟呈现先增加后减小的趋势；开花期、成熟期NM 处理叶片氮素积累量随着播期推迟呈先降低后增加的趋势。开花期D1和D2处理的叶片氮素积累量分别较D0 处理提高28.4%和16.8%，成熟期分别较D0 处理提高20.8%和13.2%。推迟播期后，总体上各个时期茎和穗的氮素积累量均降低。与D0处理相比，拔节期D1和D2处理茎氮素积累量分别降低6.7%和41.1%，开花期D1 和D2 处理茎氮素积累量分别降低4.7%和18.3%，成熟期D1和D2 处理茎氮素积累量分别降低6.4%和45.8%；成熟期D1 和D2 处理穗氮素积累量分别降低13.2%和30.0%。综上，D1 处理茎氮素积累量较D0 处理降低较少。

由表2 可知，同一播期下，与NM 处理相比，RM处理总体上提高了各时期冬小麦叶片氮素积累量，拔节期、开花期和成熟期分别提高8.5%、21.2%和23.2%；FM 处理总体上提高了拔节期冬小麦叶片氮素积累量（25.9%），降低了开花期和成熟期的叶片氮素积累量（3.7%和6.2%）。与NM 处理相比，RM和FM 处理总体上提高了拔节期和开花期茎的氮素积累量，拔节期分别提高50.5%和105.7%，开花期分别提高3.7%和18.7%；而RM 处理总体上降低了成熟期茎的氮素积累量（21.8%）。与NM 处理相比，RM 与FM 处理穗的氮素积累量总体上分别提高了43.7%和10.1%。说明RM 和FM 处理促进叶片和茎的氮素积累作用不同，但都提高了穗的氮素积累量，有利于提高产量。

表2 不同处理冬小麦各器官氮素积累量g/株Tab.2 Nitrogen accumulation of each organ of winter wheat under different treatmentsg/plant

由表2 可知，种植模式和播期交互作用下，与NMD0 处理相比，RMD1 处理显著提高了各时期叶片、茎（除成熟期外）和穗的氮素积累量。其中，RMD1处理拔节期叶片和茎的氮素积累量分别提高了15.9%和260.0%，开花期分别提高了57.1%和5.2%,成熟期叶片和穗的氮素积累量分别提高了49.9%和45.0%。与NMD0 处理相比，FMD1 处理显著提高了拔节期茎、开花期叶片及成熟期叶片、茎、穗的氮素积累量。其中，FMD1 处理成熟期叶片、茎和穗的氮素积累量分别提高了23.4%、21.0%和5.5%。

2.3 播期和种植模式对冬小麦各营养器官氮素转运的影响

播期和种植模式及二者交互作用对冬小麦茎的氮素转运率和氮素对籽粒的贡献率的影响均达到显著或极显著水平（表3），而种植模式对叶片氮素转运率和氮素对籽粒的贡献率的影响不显著。

表3 不同处理冬小麦各器官氮素转运率和氮素对籽粒的贡献率Tab.3 Nitrogen transport rate and contribution rate of nitrogen to grain of each organ of winter wheat under different treatments%

续表3 不同处理冬小麦各器官氮素转运率和氮素对籽粒的贡献率Tab.3（Continued） Nitrogen transport rate and contribution rate of nitrogen to grain of each organ of winter wheat under different treatments%

由表3可知，同一种植模式下，适当推迟播期总体上可以提高叶片和茎的氮素转运率（除D1 处理茎外）和氮素对籽粒的贡献率。叶片氮素转运率以D1 处理最高，较D0 处理提高55.4%；茎氮素转运率以D2 处理最高，较D0 处理提高26.4%。与D0 处理相比，D1 和D2 处理叶片的氮素对籽粒的贡献率分别提高104.2%和105.7%，茎的氮素对籽粒的贡献率分别提高2.0%和17.8%。

由表3 可知，同一播期下，与NM 处理相比，FM处理可以显著增加茎的氮素对籽粒的贡献率和氮素转运率（除D0 处理外），RM 处理能够显著增加茎的氮素转运率（除D0 处理外）和降低茎的氮素对籽粒的贡献率（除D1 处理外）。与NM 处理相比，FM处理茎的氮素对籽粒的贡献率和氮素转运率分别增加14.6%和3.4%，RM 处理茎的氮素对籽粒的贡献率降低21.4%，茎的氮素转运率增加6.3%。

由表3 可知，种植模式和播期交互作用下，与NMD0 处理相比，RMD1 处理叶片的氮素转运率和氮素对籽粒的贡献率分别提高了29.8%和39.1%；FMD2 处理叶片的氮素转运率和氮素对籽粒的贡献率分别显著提高了96.9%和153.1%，茎的氮素转运率和氮素对籽粒的贡献率分别显著提高了3.9%和11.2%。

2.4 播期和种植模式对冬小麦籽粒产量和产量构成因素的影响

播期和种植模式及其交互作用对冬小麦产量的影响均达极显著水平（表4）。相同种植模式下，随着播期的推迟，冬小麦产量总体上呈显著降低趋势。与D0 处理相比，D1 和D2 处理产量分别降低13.6%和24.6%。RM 处理产量总体上高于FM 处理，且两者均显著高于NM 处理，分别较NM 处理增加67.8%和55.9%。说明推迟播期会降低冬小麦产量，但结合FM和RM模式可以消除推迟播期对产量的不利影响。

表4 不同处理冬小麦产量及其构成因素Tab.4 Yield and its components of winter wheat under different treatments

由表4 可知，播期和种植模式对冬小麦穗粒数的影响均达到显著水平，二者交互作用对穗粒数的影响不显著；播期和种植模式及二者交互作用对千粒质量、有效穗数的影响均达极显著水平。相同种植模式下，与D0 处理相比，D1 和D2 处理冬小麦有效穗数总体上显著减少，分别减少16.2%和23.0%。总体上，D0 和D1 处理穗粒数显著高于D2 处理。与D0处理相比，D1和D2处理穗粒数分别降低3.2%和14.4%。D0 和D1 处理千粒质量均高于D2 处理，与D0 处理相比，D2 处理千粒质量降低5.3%。相同播期下，RM 处理和FM 处理冬小麦穗粒数总体上均显著高于NM 处理，分别较NM 处理提高23.2%和13.0%。FM 处理和RM 处理冬小麦千粒质量均显著高于NM 处理，分别较NM 处理提高3.9%和2.3%。FM 处理和RM 处理有效穗数均显著高于NM 处理，分别较NM处理提高22.9%和15.4%。

由表4 可知，种植模式和播期交互作用下，与NMD0 处理相比，RMD1 和FMD1 处理冬小麦穗粒数、有效穗数、产量均显著提高，分别提高8.1%、5.6%、44.6%和16.2%、9.4%、43.0%。

3 结论与讨论

3.1 播期和种植模式对冬小麦干质量、氮素积累和转运的影响

冬小麦植株的干质量和氮素积累量是产量形成的基础[30]。前人研究发现，推迟播期会缩短冬小麦的生育期[31]，对光合产物的积累有消极作用[11]，但适当推迟播期有利于提高冬小麦花前干质量[32]。随播期推迟，冬小麦群体干质量[10，33]、单茎干质量[31]、植株氮素积累量与吸收量[34]明显减小。本研究发现，在同一种植模式下，推迟播期使冬小麦出苗期至拔节期植株生长发育滞后，拔节期冬小麦叶片、茎的干质量和叶片的氮素积累量总体上均随播期推迟逐渐降低；而开花期D1 和D2 处理的冬小麦植株生长发育迅速，D1 和D2 处理开花期和成熟期叶片的氮素积累量总体上均高于D0 处理，D1 和D2 处理叶片和茎的氮素转运率及氮素对籽粒的贡献率总体上均升高。推迟播期后冬小麦生育期缩短，因此，成熟期冬小麦植株叶片、茎、穗的干质量和氮素积累量（除叶片外）并未提高，这与郭明明等[11]的研究结果一致。

大量研究表明，覆膜可以通过减少土壤蒸发和集雨增加土壤储水量[16，35]，改善土壤理化性质[16，35]，促进冬小麦根系吸收土壤水肥，加速植株生长[36‑38]，沟垄集雨栽培（垄上覆膜，沟内种植）能够显著增加冬小麦株高[21]。本研究发现，与NM 处理相比，RM和FM 处理能够通过改善土壤水分及温度情况，促进冬小麦植株生长发育，进而提高各时期冬小麦叶片和茎的干质量，这与前人[36‑38]研究结果相符。在冬小麦生育后期提高土壤含水量可以延缓叶片衰老，延长旗叶高效光合作用时间，有助于促进冬小麦植株后期的生长发育以及地上部干质量积累、氮素积累、氮素转运，这与前人[21，39]研究结果一致。

3.2 播期和种植模式对冬小麦产量的影响

大量研究发现，播期推迟会导致冬小麦有效穗数和穗粒数显著减少[6，10，31，34]，千粒质量呈现先增加后减小的趋势[11‑13]，产量也随之降低[40‑41]。本研究也发现，推迟播期会导致冬小麦穗育性降低，有效穗数和穗粒数减少，最终导致产量降低。然而适当推迟播期有利于提高冬小麦千粒质量，这可能是因为适当推迟播期也推迟了冬小麦旗叶衰老进程，导致灌浆期冬小麦植株冠层光合速率增加，提高了籽粒灌浆速率[11]。前人研究发现，平作全覆膜种植[42]和沟垄集雨栽培（垄上覆膜，沟内种植）[21，43]可以显著增加冬小麦产量。本研究也发现，与NM 处理相比，RM 和FM 处理改善了穗部性状，提高了冬小麦产量。

与NMD0 处理相比，RM 和FM 模式下所有处理的产量均显著提高，以FMD0 处理最高，RMD0、RMD2、RMD1 处理次之。因此，正常播期采用平作全覆膜或晚播结合垄沟全覆膜种植模式均可保证冬小麦的高产稳产。