不同化肥减施模式对稻茬小麦茎秆抗倒性能与产量的影响

周剑雄，刘 威，邹 娟，张春华，郭卫红，武立举，张随成，熊又升，杨立军

（1.湖北省农业科学院，a.植保土肥研究所/农业农村部废弃物肥料化利用重点实验室；b.粮食作物研究所，武汉 430064；2.华强化工集团有限公司，湖北 宜昌 444100；3.山东省聊城市农业农村局，山东 聊城 252000；4.襄阳市樊城区太平店镇农业技术推广服务中心，湖北 襄阳 441000）

江汉平原是长江中下游地区重要的小麦产区之一，小麦常年种植面积占湖北省全省总面积的50%以上［1］，该区小麦主要采取稻麦连作种植模式［2］。近年来，由于农业生产中化肥的大量使用导致土壤环境污染日益严重，直接影响到农作物的正常生长和农产品的质量安全［3～5］。研究表明，作物施用有机肥可以改善土壤理化性质，增加有机质含量。长期坚持施用有机肥可以在减少化肥施用的前提下，保证作物的产量和质量［6～8］。近年来，肥料增效剂在许多作物上已取得了较好的效果［9～11］。化肥的不合理施用，会降低肥料利用率，增加元素流失，造成土壤板结、水污染、大气污染等一系列环境问题［12］。因此，合理的减施化肥模式在提高作物产量和肥料利用率方面具有一定效果［13］。江汉平原位于湖北省中南部地区，属于亚热带季风气候，该地区土壤肥沃、雨量充沛、光照充足、四季分明，适宜半冬性小麦生长［14］，但由于该地区小麦单产水平低，冬前干旱会导致小麦根系发育不良，生育后期雨水多、土壤湿润，增加小麦倒伏风险，对小麦高产稳产造成影响［15］。 因此，如何提高小麦的抗倒伏能力成为该地区小麦生产亟待解决的关键问题［16］。

小麦倒伏的主要原因是根倒和茎倒［17］。在小麦的孕穗期、灌浆期和乳熟期都易发生茎倒，而且茎倒发生时期越早，小麦减产越严重。研究报道小麦孕穗期至扬花期倒伏产量损失最大，减产幅度达至小麦总量的50%，甚至绝收［18］。孟令志等［19］研究发现，小麦茎秆抗倒性与品种及栽培措施紧密相关，适当降低株高和增加茎秆基部节间机械强度均能提高其抗倒性，但降低株高会影响生物量的积累和产量形成。研究发现［20］，小麦抗倒性不仅受穗重、穗颈弯曲度等穗型特征的影响，还与茎秆基部的节间长度、节间粗度、秆壁厚度、茎秆鲜重等茎秆物理性状有较大相关性。目前，栽培管理尤以氮肥影响最为显著，过量增施氮肥不仅会增加小麦的株高、节间长度、重心高度，还会降低茎秆基部节间粗度、秆壁厚度、节间充实度，导致小麦田间倒伏率大大增加。有学者提出，合理的减施化肥是通过减少小麦生育后期的无效分蘖，改善主茎蘖的养分供应状况，从而增加其抗倒伏能力［21］。此外，通过后期合理的追肥也可以调节小麦穗下节间与基部节间的比值，从而降低其倒伏率。

目前，针对化肥减施模式对小麦茎秆抗倒性与产量的影响已有较多研究，但大多研究集中在黄淮海地区，且研究是在单一土壤肥力水平下针对单一变量进行的，而关于江汉平原地区冬季小麦减施化肥模式的相关研究较少。本研究在江汉平原开展冬季小麦化肥减施试验，通过分析减施20%化肥、减施20%化肥配施有机肥及增效剂模式下小麦基部第2 和第3 节间节间长度、茎秆厚度、茎秆机械强度及产量等指标，揭示不同减肥模式对小麦群体生长调节及其对抗倒性和产量的影响，以期寻找合理的施肥模式，为江汉平原不同土壤肥力水平下小麦的高产和稳产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验于2019 年11 月至2020 年5 月在湖北省钟祥市石牌镇真武村（E112°31′6″，N31°1′42″）进行。该区域位于江汉平原北端，属亚热带季风性气候，年均气温16.4 ℃，年平均日照数2 125.3 h，年均降雨量987.6 mm，无霜期260 d。供试土壤为长江冲积物母质发育的灰潮土，土壤质地为沙壤土。试验前采集土壤测定基本理化性状为：有机质含量为27.31 g/kg，碱解氮含量为116.79 mg/kg，速效磷含量32.44 mg/kg，速效钾含量109.47 mg/kg，pH 7.20。前茬作物为水稻，收获后的秸秆全部机械粉碎还田。

供试肥料：尿素（N，46%）、过磷酸钙（P2O5，12%）、氯化钾（K2O，60%）、颗粒复合肥（15-15-15）、宜施壮缓释肥（25-13-7）；供试有机肥由武汉合缘绿色生物股份有限公司生产；供试肥料增效剂主要含脲酶抑制剂、硝化抑制剂等成分。供试小麦品种为郑麦9023。

1.2 试验设计

试验设置3 个施肥处理，分别为CK、M1、M2。CK 为当地农户的常规施肥，N 177 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 82.5 kg/hm2，M1 化肥养分用量为N 133.5 kg/hm2、P2O563 kg/hm2、K2O 70.5 kg/hm2+750 kg/hm2有机 肥+22.5 kg/hm2增 效 剂，M2 化 肥 养分 用量为N 150 kg/hm2、P2O578 kg/hm2、K2O 42 kg/hm2。3个处理均为一次性基施。

每个处理设3 次重复，随机区组排列，小区面积为100 m2（10 m×10 m）。小区间筑田埂，高约35 cm，宽约25 cm。小麦播期为2019 年11 月2 日，播种量为225 kg/hm2，基本苗为220 万株/hm2，2020 年2 月27 日返青分蘖，5 月19 日收获；大田管理方式与当地高产栽培管理模式一致。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 倒伏率、倒伏程度及倒伏系数调查 倒伏率：在成熟期测定小麦倒伏面积，倒伏率为小麦的倒伏面积与总面积之比；倒伏程度以小麦茎秆与地面夹角表示：0 级为75°～90°、1 级为45°～75°、2 级为15°～45°、3 级为0°～15°；倒伏系数＝倒伏率/倒伏程度［22］。

1.3.2 茎秆主要形态指标 株高：每个小区于成熟期选取3 块0.5 m×0.5 m 的小麦混合，从混合样品中选取10 株长势均匀一致的小麦植株，去除小麦根系后用米尺测量每株主茎长度，求平均值；重心高度：将茎秆（带叶、叶鞘及穗）中部左右位置放于支点上，调节茎秆位置，直至茎秆平衡在支点上，茎秆基部顶端至平衡支点距离记为重心高度。节间长度：取植株主茎（去除叶、叶鞘）用直尺分别测量每个单茎的基部节间长度。茎秆厚度：用电子游标卡尺测量每个单茎的外径及内径，茎秆厚度＝（外径－内径）/2［23］。

1.3.3 茎秆机械强度测定 茎秆机械强度：试验小区于成熟期选取10 株长势均匀一致的植株，用剪刀无损剪下小麦秸秆基部第2、3 节茎秆，将待测茎秆水平放在搭好的铁架台上，将小吊篮系在茎秆中间部位，最后缓缓向小吊篮加入小麦粒，当待测茎秆折断时停止加小麦粒，用电子天平记录吊篮及加入小麦粒重量即为该茎秆机械强度。

1.3.4 产量测定 于收获期将每个试验小区小麦全部收割测产，取50 穗调查穗粒数，风干后脱粒，计算千粒重及理论产量。

1.4 数据处理

采用Excel 2010 软件整理数据并作图，用SPSS17.0 软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对小麦倒伏率和倒伏程度的影响

郑麦9023 的倒伏率和倒伏程度如表1 所示。由于气候原因，所有试验处理均出现严重倒伏，且倒伏主要发生在乳熟期和蜡熟期。化肥施用量减少后，小麦田间倒伏率有所增加，M1 处理的倒伏系数高达90.3%。与CK 相比，M1、M2 处理倒伏程度均较低，在收获期机械收割小麦造成的产量损失也会相对较低。

表1 小麦倒伏率和倒伏程度

2.2 不同施肥处理对小麦基部节间形态特征及抗倒指数的影响

由表2 可知，M1、M2 与CK 处理的小麦株高、重心高度、基部第2、3 节间长度无显著差异（P＞0.05）。这是由于试验地基础地力比较高，试验小麦又是第一茬，所以即使在减量20%化肥情况下，小麦的形态特征指标并无明显差异。与CK 处理相比，M1、M2 处理的小麦基部第2、3 节茎秆厚度明显增加，基部第3 节茎秆厚度均增加了33.96%。与CK 处理相比，M1、M2 处理的小麦基部第2、3 节机械强均显著增强（P＜0.05），第2 节增幅分别为50.68%、55.76%，第3 节增幅分别为60.02%、64.17%。M2 处理下的小麦茎秆厚度、机械强度以及茎秆鲜重均为最大，这说明合理减施化肥可以增加小麦茎秆厚度及基部节间机械强度，从而提高小麦的抗倒指数。

表2 不同处理的小麦茎秆抗折力及其相关指标

2.3 不同施肥处理对小麦产量及其构成的影响

由表3 可知，3 个处理的小麦有效穗数无显著差异，这也是因为试验地基础地力较高造成的。试验小区实际收获产量较往年也有一定幅度的减产，这是由于当年小麦在乳熟期和蜡熟期遭遇极端天气导致试验田小麦倒伏严重，机收测产过程中小麦损失严重造成的。与CK 处理相比，M1、M2 处理的实际产量增幅分别为66.62%、51.24%。M1、M2 处理的理论产量、千粒重均显著高于CK（P＜0.05），M1、M2 处理的理论产量增幅分别为43.30%、42.70%。这说明即使在小麦严重倒伏情况下，适量减施化肥或适量减施化肥配施有机肥和肥料增效剂也可以提高小麦产量，M1、M2 处理的综合效果均优于常规施肥模式。

表3 不同施肥处理对小麦产量及其构成因素的影响

2.4 小麦节间形态特征的相关性分析

由表4 可知，小麦的田间倒伏率与基部第3 节茎秆厚度（0.744）及机械强度（0.738）均呈显著正相关（P＜0.05）。小麦的穗粒数与基部第2 节茎秆厚度（0.787）呈显著正相关（P＜0.05），与第2 节茎秆机械强度（0.887）呈极显著正相关（P＜0.01）。这表明小麦基部第2、3 节茎秆是制约小麦倒伏的关键因素，加强基部第2、3 节茎秆厚度和机械强度对小麦抗倒伏以及增产具有重要意义。

表4 小麦节间形态特征的相关性分析

3 讨论

在减氮施肥对小麦倒伏性影响方面已有大量研究，结果发现减氮施肥模式不仅可以调节小麦基部节间长度与穗下节间长度比例，还可以增加基部节间粗度及秆壁厚度，进而提高小麦抗倒伏能力［23］。有研究表明，增施氮肥可以增加小麦株高、重心高度、节间长度、单株鲜重等理化指标，但会降低小麦茎秆粗度、机械强度及抗倒指数，从而加大小麦的田间倒伏率［24，25］。小麦基部节间长度、充实度、秆壁厚度及穗下节间长度均会随减施氮肥比例的增加而增加，而株高和各节间长度与之相反［26］，说明合理减少氮肥用量，可以为小麦形成良好的株型结构、降低倒伏率奠定基础。张明伟等［22］研究发现，随着施氮量的增加，小麦由于茎秆节间变长变细，充实度减少，强度降低，田间倒伏率增加。本研究发现，在M1、M2 条件下，小麦株高、重心高度较常规施肥差异均不显著，但小麦基部节间茎秆厚度和机械强度均显著增加。说明减施化肥M1、M2 均有利于改善小麦基部节间性状，从而增强了小麦的抗倒能力。

不同小麦品种的株高、根系发达程度、茎秆形态、力学特征、穗重都存在一定差异，其中茎秆形态特征是影响小麦倒伏的主要因素［27］。小麦基部节间越短、机械组织越发达、重心高度越低，小麦的抗倒伏能力就越强［28］。本研究发现，小麦茎秆基部第3 节间节间长度、厚度大于基部第2 节间，近年来随着产量的增加，植株重心高度提高，茎秆基部第3 节间形态特征对倒伏产生的影响也不可忽视。为防止小麦的倒伏并实现丰产，需要确定适宜的化肥减施量。本试验条件下，化肥减施20%以及化肥减施20%配施有机肥及肥料增效剂处理下，小麦群体结构合理，茎秆节间综合抗倒性状较好，可以降低茎秆倒伏率及倒伏程度，有利于高产稳产。

4 结论

研究结果表明，在本试验条件下，减施20%化肥及减施20%化肥配施有机肥和增效剂均能够替代常规化肥而不会导致减产。增效剂与化肥配合施用能提高小麦的有效穗数，并且能增加每穗粒数和千粒重，改善了小麦产量构成因素，这与李志坚等［29］的研究结果一致。增效剂与有机肥配合施用能够起到节省施肥成本、提高小麦种植经济效益的作用。本研究还发现，小麦减量化肥配施增效剂对其抗倒性还存在一定的影响。因此，在充分利用有机肥的基础上，减少化肥的施用量对于节省资源、减少环境污染、增产增效具有重要意义。