播种密度和水肥后移对郑麦369生长、产量和品质的影响

侯 颖，丁锦平，朱新玉

（商丘师范学院测绘与规划学院，河南 商丘 476000）

近年来，在国家农业供给侧结构改革精神的指导下，优质小麦播种面积不断增加，且随着需求的不断增强，优质小麦的播种面积仍会持续增长，高产栽培技术日趋完善。但在我国经济发展进入新常态背景下，优质小麦生产如何在获得高产和高品质的同时，还要兼顾绿色、高效，从而改变以往“高投入高产出”的农业发展方式，是实现农业可持续发展的必然要求。

许多学者对优质小麦的种植技术进行了探索。研究表明，氮肥后移可以提高冬小麦产量、改善品质[1-3]。而合理的灌溉措施不仅能促进冬小麦的生长、提高产量，还是减少农业用水、提高水肥利用效率的重要手段[4-6]，尤其在干旱半干旱区，灌溉是决定作物产量高低和稳定的核心因素[7]。播量不仅影响农业投入，还因密度而影响小麦的生长发育。因此，播种密度、水和肥作为影响植物生长的关键因子，三者在时间、数量和方式上合理配合，能有效地促进作物根系深扎，扩大根系在土壤中的吸水范围、增加养分的吸收，达到以水促肥，这对生产中实现资源节约和农业可持续发展有重要作用[8-9]。如何协调三者的施用量和施用时间，在这方面开展了大量工作，取得了很大的进展。但多数研究是从某一个方面进行评价的，能否实现冬小麦品质特性与产量提高的耦合还需要综合的评价和分析；且不同地区水量、热量以及土壤肥力等条件不同，其水肥耦合机制也存在明显差异。所以在某一区域建立的水肥耦合互馈效应模型，只能在相似地区适用，而在另一地区则可能不适用。本研究以河南省冬小麦品种“郑麦369”为材料，研究不同播种密度、不同灌溉和施肥组合对优质冬小麦生长、产量和面粉品质的影响，并通过统计学的方法对小麦产量和面粉品质进行综合评价分析，以期更客观、准确地理解播种和水肥管理对冬小麦的影响，为小麦绿色优质高产栽培生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2019—2021年在河南省商丘市国营民权农场新品种展示示范中心（34°43′36″N，115°20′42″E）进行。该区域属于淮海流域，暖温带大陆性季风气候，年均气温14.1℃，年均降水量657 mm，主要集中在7月、8月和9月3个月份。试验地土壤类型为潮土类沙壤土，pH值为8.1，土壤有机质含量为13.9 g/kg，全氮含量为0.9 g/kg，有效磷含量为18.4 mg/kg，速效钾含量为115.4 mg/kg。主要农作物为冬小麦、玉米和大豆等。

1.2 试验设计

本试验共设3个因素，小麦播种密度(D)、灌溉（W）和施肥（F），其中，播种密度为按当地传统习惯播种密度（D1，270 kg/hm2，高密度）和按照推荐密度（D2，180 kg/hm2，低密度）；灌溉为返青期浇水（W1）和按照水肥后移原则的拔节期浇水（W2）；施肥为返青期施肥（F1）和按照水肥后移原则的拔节期施肥（F2）。采用裂区试验设计，其中密度处理因为播种时面积较小不易操作，因此要求面积较大，设为主裂区，水分处理设为副裂区，而施肥处理设为再裂区，共8个处理，每个处理3个重复，每小区面积为8 m×5.2 m。

1.3 田间管理

供试品种为“郑麦369”，分别于2019年10月18日和2020年10月14日播种，播种前施底肥，为每公顷施45%复合肥750 kg加尿素225 kg；追肥是每公顷施复合肥120 kg加尿素300 kg。根据近年来豫东地区秋季多干旱，墒情差，故播后浇水，以促进出苗。整个生育期间，按高产小麦种植技术要求进行病虫草害防治。

1.4 测定项目和方法

每小区设3个样点，分别在三叶期、越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期以及成熟期进行田间调查，调查指标有：基本苗、株高、次生根数、叶面积指数、分蘖数和群体总茎数。调查方法按农作物品种(小麦)区域试验技术规程执行；收获后测定冬小麦籽粒的湿面筋含量、吸水率、面团形成时间、稳定时间和弱化度等指标。其中，湿面筋含量采用瑞典Perten公司的2200型面筋仪，参阅AACC 38-12方法进行测定[10]；利用粉质仪（820604，德国Brabender公司），参照GB/T 14614-2006《小麦粉面团的物理特性吸水量和流变学特性的特点粉质仪法》规定的方法测定面团吸水率、形成时间、稳定时间和弱化度和粉质质量指数等粉质参数[10]，由北京清析技术研究院进行分析测定。

1.5 数据分析

数据采用Microsoft Excel 2010和SPSS 23.0软件进行处理和分析。其中，冬小麦面粉品质采用Z-score综合评价法；冬小麦面粉品质和产量综合评价采用主成分分析法和加权隶属函数法进行，相关计算公式如下：

式（1）中：U（Xi）为指标i的隶属函数值；Xi为指标i的测定值；Xmax和Xmin分别为指标i的最小值和最大值。

式（2）和式（3）中：Pi代表第i个综合指标的贡献率；Wi代表权重；D值为在不同播量、水肥处理下由综合指标评价所得的综合评价值。

2 结果与分析

2.1 播量、水肥对冬小麦生长的影响

2.1.1 播量、水肥对冬小麦总茎数和株高的影响

由表1可知，播量对冬小麦总茎数和株高的影响在各个生长时期不同。基本苗数、越冬期、返青期、拔节期和抽穗期总茎数均表现为高密度处理显著大于低密度处理；株高也有相似的规律，除越冬期外，返青期、拔节期、抽穗期和成熟期株高也均表现为高密度处理显著大于低密度处理，表明密度越高，群体总茎数和株高越大；但从总体趋势来看，抽穗期两密度处理下总茎数差距缩小，表明随着生育期延长，前期群体总茎数大的处理，进入生殖生长期后其群体消亡也更多。施肥和灌溉对不同密度下冬小麦群体总茎数和株高影响不同，返青期施肥和灌溉处理下（D1W1F1和D2W1F1）冬小麦群体总茎数显著大于拔节期施肥和灌溉处理（D1W2F2和D2W2F2）下的群体总茎数，但返青期施肥和灌溉处理（D1W1F1）下只有高密度的株高（85.1 cm）显著大于其他处理，表明前期施肥和灌溉有利于增加冬小麦的群体总茎数。

表1 不同处理对不同生育时期小麦群体总茎数/基本苗和株高的影响Table 1 Effects of different treatments on population size of wheat/basic seedlings and plant height in various growth periods

2.1.2 播量、水肥对冬小麦分蘖数和次生根的影响

由表2可知，不同的播种密度、施肥和灌溉处理对不同时期冬小麦分蘖数和次生根影响不同。低密度播种能增加冬小麦的分蘖数和次生根数量，分蘖数和次生根在低密度处理下比高密度处理分别平均高1.4个/株和2.9根/株（P＜0.05）。且在抽穗期，低密度处理下的分蘖消亡比例小于高密度处理，表明较低的密度处理能有效地促进分蘖的继续生长。水肥处理也会影响冬小麦的分蘖数和次生根数量，拔节期同时或单独施肥和灌溉处理（D1W2F1除外）下，冬小麦分蘖数显著高于返青期施肥和灌溉处理，表明施肥和灌溉后移能有效地促进冬小麦分蘖，但返青期施用水肥则能够促进次生根的发生。至抽穗期，冬小麦的分蘖和次生根开始消亡，水肥后移能有效地减少冬小麦分蘖数和次生根的消亡。

表2 不同处理对不同生育时期冬小麦分蘖数和次生根的影响Table 2 Effects of different treatments on tillers and secondary root number of wheat in various growth periods

2.1.3 播量、水肥对冬小麦叶面积指数的影响

从表3可以看出，随着冬小麦生长时间延长，各处理下叶面积指数均逐渐增加，但不同生长时期，各处理对冬小麦叶面积指数影响不同。综合来看，叶面积指数受播种密度的影响，D1和D2处理下，越冬期、返青期、拔节期和抽穗期冬小麦叶面积指数分别为1.7、2.3、3.9、5.5和1.2、1.8、3.4、4.7，且差异显著（P＜0.05），表明从越冬期至抽穗期，高密度播种能有效地提高叶面积指数；叶面积指数除受密度影响外，还受水肥的影响。两种密度下，返青期施肥和灌溉处理使叶面积指数显著高于同密度下其他水肥处理，而拔节期施肥和灌溉处理下叶面积指数显著低于同密度下其他水肥处理，表明前期施用水肥能显著提高冬小麦的叶面积指数。

表3 不同处理对不同生育时期冬小麦叶面积指数的影响Table 3 Effects of different treatments on leaf area index of wheat in various growth periods

2.2 不同处理对冬小麦产量及产量构成的影响

穗数、穗粒数和千粒重是构成小麦产量的三要素，决定小麦的最终产量。从表4可知，冬小麦单位面积穗数受播种密度的影响，D1和D2处理下单位面积平均穗数分别是 681×104/hm2和 632×104/hm2，且差异显著（P＜0.05）；同时，在两种密度下，均是返青期施肥和灌溉处理下单位面积穗数高于拔节期处理，表明返青期施肥和灌溉处理比拔节期对小麦单位面积穗数促进作用更加显著。冬小麦穗粒数也受播种密度的影响，与高密度处理相比，低密度处理有利于增加冬小麦的穗粒数（除D1W2F1外），D2处理比D1处理穗粒数平均增加了4.1粒/穗，但相同密度处理下，施肥和灌溉时期的改变对穗粒数影响不显著；冬小麦千粒重在不同播种密度下也有差异，D1和D2处理下千粒重平均为36.3和43.6 g，且二者差异显著（P＜0.05）；水肥也是影响千粒重的关键因子，无论低密度还是高密度处理，冬小麦千粒重在拔节期施肥和灌溉（D1W2F2和D2W2F2）比返青期（D1W1F1和D2W1F1）分别增加了4.8和8.0 g，表明水肥后移有利于增加冬小麦的千粒重。

从表4可以看出，冬小麦产量在不同处理下表现不同，产量排序为：D2W2F2＞(D2W1F2/D2W2F1/D1W2F2)＞(D1W1F2/D1W2F1)＞(D1W1F1/D2W1F1)，低密度水肥同时在拔节期施用处理下冬小麦产量最高（D2W2F2产量为9 180 kg/hm2），其次是D2W2F1、D2W1F2和D1W1F1，产量分别为 8 625、8 774和8 590 kg/hm2，但3个处理差异不显著，表明高密度处理下水肥同时在拔节期施用，或者在低密度下，只要施肥或灌溉后移至拔节期即能最有效地提高冬小麦的产量，而水肥同时在返青期施用处理下冬小麦产量较低。

表4 不同处理对冬小麦产量和产量构成的影响Table 4 Effects of different treatments on yield and yield composition of winter wheat

在各处理中，D1W1F1和D2W1F1处理下冬小麦产量最低，从产量构成三要素看，虽然单位面积穗数比同密度其他水肥处理下的高，但由于穗粒数和千粒重均较低，导致其产量较低，表明水肥同时在返青期施用，虽然增加了单位面积穗数，但千粒重显著降低，不利小麦产量的提高；相反，D1W2F2和D2W2F2处理下冬小麦产量均高于同密度的其他处理，从产量构成三要素看，其单位面积穗数虽然低于其他处理，但千粒重显著高于同密度的其他处理，表明水肥同时在拔节期施用，能有效地促进冬小麦的千粒重，从而促进产量的提高。综合来看，千粒重对冬小麦产量的影响较大。

2.3 不同处理对冬小麦面粉品质的影响

从表5可以看出，不同的播种密度、施肥和灌溉对冬小麦面粉的品质性状影响不同。各处理对冬小麦面粉的吸水率影响无差异；D2W1F2处理下湿面筋含量最高、弱化度最低，其次是D2W2F2和D1W2F2，表明拔节期施肥能显著增加湿面筋含量、降低弱化度。不同处理对面团形成时间、稳定时间的影响差异一致，均表现为两种密度下拔节期施肥和灌溉比返青期处理下面团形成时间和稳定时间显著增加；不同处理下粉质质量指数表现为D2W2F2＞D2W1F2＞D1W2F2＞D2W1F1＞D2W2F1，表明播种量、施肥和灌溉对冬小麦粉质质量指数的影响有交互作用。

表5 不同处理对小麦面粉品质性状的影响Table 5 Effects of different treatments on flour quality parameters of winter wheat

通过Z-score综合评价法对不同处理下冬小麦面粉品质的6项指标进行综合评价，其Zi值见表6所示，8种处理下小麦面粉品质排列顺序为D2W2F2＞D1W2F2＞D2W1F2＞D2W2F1＞D2W1F1＞D1W1F2＞D1W2F1＞D1W1F1，表明无论是低密度还是高密度处理，水肥后移均有利于提高冬小麦的面粉品质。

表6 不同处理下冬小麦面粉品质6项指标的Zi值Table 6 Zivalue of 6 indexes of winter wheat in different treatments

2.4 播量和水肥管理对冬小麦产量和品质影响的综合评价

将郑麦369产量和面粉品质的7个指标进行主成分分析，提取前2个主成分，其累积方差贡献率为80.311%，对应较大的特征向量为产量、粉质质量指数、弱化度、稳定时间和吸水率。以此为代表进行隶属函数分析，根据公式（2）计算可得2个综合指标的权重分别为0.815和0.185，采用公式（3）计算各处理下的综合评价值D，并根据D值进行排序，从表7可以看出，D2W2F2的D值最大，即低密度且水肥后移至拔节期冬小麦的综合评价值最高，其次是D1W2F2，表明水肥后移对冬小麦的产量和品质综合影响最好。

表7 不同处理下冬小麦产量和品质的加权隶属函数值Table 7 Weighted membership function value of winter wheat yield and quality in different treatments

3 讨论与结论

播量对郑麦369的发育进程、植株性状影响较大[11-12]。本研究表明，高密度处理下，郑麦369营养生长阶段的基本苗数、群体总茎数、株高和叶面积指数均显著高于低密度处理下的数值，而分蘖数和次生根则低于低密度处理；但从整个生育期来看，高密度和低密度处理下营养生长指标的差异随生长期延长其差距逐渐减少，这是因为植物群体具有自动调节作用，能使群体结构逐渐趋向合理，对生长更为有利[13-14]，这也符合生态学上的“自疏法则”[15]。但小麦群体特性还受灌溉和施肥时间的影响。返青期施肥或灌溉或同时施肥灌溉，能有效地促进郑麦369株高生长、分蘖数和叶面积指数增加，而拔节期施肥或灌溉对上述指标的影响则不显著。其原因可能是从拔节期开始，郑麦369进入繁殖生长阶段，繁殖器官开始分化和生长，更多的水肥供应给繁殖器官，因而对营养器官的生长影响不大。因此，在麦田管理中，如果因播种密度较低或因播种较晚而导致冬小麦返青前群体长势不好的，可以在返青期进行适当地灌溉和施肥[16]，以促进冬小麦更早地生长和分蘖，从而保证冬小麦在繁殖生长阶段合理的群体结构。

本研究表明，无论高密度还是低密度，拔节期施肥和灌溉使郑麦369产量均显著高于同密度下的其他处理，其中，低密度播种条件下（D1）产量最高，达到9 180 kg/hm2，这与赵广才[17]、杨永辉等[18]对其他冬小麦的研究结果相一致。拔节期重施水肥有利于提高小麦的产量，其基本原理是水肥后移能有效控制春季无效分蘖，且促进拔节期大蘖成穗，建立合理的群体结构，为丰产奠定基础[17]。而低密度播种产量高于高密度播种，可能与冬小麦产量构成要素有关。本研究发现，拔节期施肥和灌溉处理下郑麦369产量高主要是因为千粒重显著高于其他处理，而穗粒数和单位面积穗数变化不明显，这与马一峰等[19]的研究结果一致。但也有研究表明，拔节期追肥能通过增加穗数和穗粒数来提高小麦产量[20]，主要原因是与返青期施肥相比，拔节期追肥可减少春季分蘖，控制小麦春季群体，加速两极分化，从而提高小麦成穗率[21]。因此，在不同的处理环境下，如何协调穗数、穗粒数和千粒重三者之间的关系从而实现绿色高产也值得进一步的研究。

小麦面粉的品质特性除了受小麦自身遗传特性影响外，不同的栽培措施也会对其产生影响。刘树堂等[22]研究表明，小麦籽粒品质不仅与基因型有密切关系，还受生态环境条件、栽培技术等的影响。本研究表明，无论是低密度还是高密度，水肥后移有利于郑麦369面粉品质的改善，D2W2F2和D1W2F2处理下面团形成时间、稳定时间长，弱化度低，且粉质质量指数高，其可能原因是水肥后移有利于提高肥料的利用效率，从而供给繁殖器官更多的养分，尤其是氮素。应用Z-score综合评价法对不同处理下郑麦369面粉品质的6项指标进行综合评价，结果表明无论是低密度还是高密度处理，水肥后移均有利于提高郑麦369的面粉品质。

通过隶属函数法对不同栽培措施下优质小麦的面粉品质和产量进行综合分析，可以使评价结果更加客观、准确。由主成分分析得出的各综合指标贡献率计算权重，再根据隶属函数值和权重求得不同栽培管理处理下优质小麦的综合评价值(D)。结果表明，D2W2F2处理下D值最大，即低密度且水肥后移至拔节期的综合评价值最高，其次是D1W2F2，表明水肥后移对郑麦369的产量和品质综合影响最好。总之，播种密度低、施肥和灌溉后移既能实现郑麦369高产，又能改善冬小麦面粉的品质特性。