0 前言
【研究意义】小麦是新疆的主要粮食作物,常年种植面积在100×104 hm2(1 500×104亩)左右[1]。施肥是实现小麦高产的一项重要栽培技术措施,合理的施肥不仅有利于冬小麦对肥料的吸收利用,还能有效促进冬小麦的生长发育,提高产量[2]。基肥也叫底肥,一般是在作物播种或移植前一次性施用的肥料,其不仅能满足生长发育所需的基础养分,也有改良土壤、培肥地力的作用。研究基肥种类与施肥方式对冬小麦生长发育及产量的影响,揭示其作用机制,对提高肥料利用效率和小麦产量意义重大。【前人研究进展】刘丽等[3]研究发现,在肥料种肥分离方式下深施可降低NO-N的损失,提高肥料利用率。杨淑莉等[4]研究发现科学深施是减少N素损失,提高其利用效率的最佳方法。张培等[5]研究发现与常规施肥相比,采用种肥同播技术施用生物有机肥的处理,起到了增收的效果。王岩萍等[6]研究发现在施用基肥和种肥的基础上干旱追肥可增加小麦穗粒数,达到增产的目的。合理的施肥方式或基肥种类可提高肥料利用率[7],有利于生物量的累积[8],促进根系生长[9],进而提高作物产量。【本研究切入点】种肥同播、种肥分离2种施肥方式对小麦生长发育有何影响的机理机制尚不清楚,而新疆在该方面的研究鲜见报道。需研究基肥种类与施肥方式对冬小麦生长发育及产量的影响。【拟解决的关键问题】设置不同的施肥方式及基肥种类,研究不同基肥种类和施肥方式组合对冬小麦生长发育和产量的影响,筛选出促进小麦生长发育、提高产量的施肥组合方案,为冬小麦基肥合理施用提供理论及技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2019年10月~2020年6月在新疆喀什地区泽普县波斯喀木乡9村(77°16' E,38°10' N)进行,海拔高度1 266 m。试验田前茬为复播大豆,土壤有机质1.475 g/kg,全氮0.632 g/kg,全磷0.803 g/kg,全钾19.112 g/kg,速效氮36.81 mg/kg,速效磷18.09 mg/kg,速效钾104.32 mg/kg。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
采用双因素裂区试验设计,以施肥方式为主区:种肥分离(S1)、种肥同播(S2),以肥料种类为副区:磷酸二铵(F1)、美可辛(F2),共计4个处理,每个处理播种面积20 m2(4 m×5 m),重复3次。供试品种为新冬60号,于2019年10月7日采用人工播种,播种密度600×104粒/hm2,行距20 cm。2种肥料用量均为375 kg/hm2,其他管理处理同当地常规大田。
1.2.2 测定指标
1.2.2.1 小麦植株性状
在拔节期、抽穗期、开花期、花后10 d、花后20 d及成熟期取样,每小区随机选取10个具有代表性的单株小麦测量其株高、茎粗、穗长。用卷尺从去根处至穗顶端处为株高,用游标卡尺测量冬小麦倒二节位粗细均匀处测量数据即为茎粗,用直尺测量穗基部最后一处不孕小穗处至穗顶端(不连芒)处即为穗长。
1.2.2.2 叶绿素相对含量(SPAD值)
叶绿素相对含量(SPAD值)采用日本生产的SPAD-502叶绿素测定仪在冬小麦拔节期、抽穗期、开花期、花后10 d、花后20 d测定,每叶从基部到尖端测3点取平均值,每处理每重复测10片叶,开花期前测倒2叶,开花期及开花后测旗叶。
1.2.2.3 干物质及叶面积
在拔节期、抽穗期、开花期、花后10 d、花后20 d及成熟期进行取样,每处理每重复随机选取10个具有代表性单株小麦测其所有叶片的长和宽,折算长宽系数0.83。将所取样品放入烘箱在 105℃杀青15 min,80℃烘干至恒重,称量。
单株小麦总叶面积(cm2)=叶长(cm)×叶宽(cm)×0.83。
叶面积指数=单株小麦总叶面积(m2)×每公顷株数/10 000。
1.2.2.4 测产
在小麦成熟期,每处理每重复选取1 m双行测定有效穗数,并从中选取10株具有代表性植株的进行考种,测定株高、基部茎粗、穗长、穗粒数。另从每处理每重复实收2 m2(1 m×2 m)测定生物量、籽粒重及千粒重。
1.3 数据处理
试验数据用Excle2016整理并作图,用DPS 7.05进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 施肥种类及施肥方式对冬小麦植株性状的影响
研究表明,不同的基肥种类及施肥方式对冬小麦的株高、茎粗、穗长影响各不同。株高处理间表现为F1S1>F2S1>F1S2>F2S2,处理间株高在80.94~82.48 cm间变动,其中F1S2最高为82.48 cm,较F1S2、F2S1、F2S2处理分别增高了0.48%、0.38%和1.90%,处理间差异不显著。茎粗处理间表现为F2S2>F1S2>F2S1>F1S1,茎粗与株高所呈现的趋势恰好相反,其中F2S2处理的茎粗最粗为4.702 mm,较F1S1、F1S2、F2S1分别增加了6.86%、0.49%和4.10%;穗长处理间变化为F2S1>F2S2>F1S2>F1S1,处理间穗长在8.02~8.58 cm变化。种肥同播方式降低了小麦的株高,增加了茎粗,可有效提高小麦的抗倒风险。图1
图1
图1
基肥种类及施肥方式下冬小麦植株性状变化
Fig.1
Effects of basal fertilizer types and fertilization methods on plant traits of winter wheat
2.2 施肥种类及施肥方式对冬小麦叶片SPAD值的影响
研究表明,F2S1、F2S2处理的SPAD值明显低于F1S1、F1S2处理的SPAD值。除F1S2处理,其余处理随着生育期的推移都呈现相似的变化趋势,为先增后减。而F1S2处理表现为增加→缓慢增加→陡然下降趋势。在种肥分离条件下,虽然F1S1处理SPAD值在抽穗期和花后10 d高于F2S1处理,但F2S1处理条件下的冬小麦叶绿素合成相较于F1S1处理更为稳定。图2
图2
图2
基肥种类及施肥方式下冬小麦叶片SPAD值变化
Fig.2
Effects of basal fertilizer type and fertilization method on SPAD value of winter wheat leaves
2.3 施肥种类及施肥方式下冬小麦叶面积指数LAI变化
研究表明,不同处理下冬小麦叶面积指数(LAI)的变化趋势一致,随着生育进程的推进,各处理LAI均呈“先增后降”的变化趋规律,且均在抽穗期达到峰值,最大值为7.25(F2S1处理),较同期F1S1、F1S2、F2S2处理分别增加0.62%、5.04%和3.61%。抽穗期至花后10 d,处理间表现为F2S1>F1S1>F2S2>F1S2,且F2S1、F1S1处理的LAI显著高于F2S2和F1S2处理,但F2S2处理的LAI高于F1S2处理。花后20 d时,各处理表现为F2S1>F2S2>F1S2>F1S1,与磷酸二铵相比,美可辛可有效增大冬小麦生育后期光合面积,且美可辛种肥同播(F2S2处理)的LAI下降平缓,有利于光合产物的合成与积累。图3
图3
图3
基肥种类及施肥方式下冬小麦叶面积指数LAI变化
Fig.3
Effects of basal fertilizer type and fertilization method on leaf area index LAI of winter wheat
2.4 施肥种类及施肥方式对冬小麦干物质积累的影响
研究表明,不同处理下的干物质积累量均随生育进程的推进呈“S”曲线变化,表现为拔节期至抽穗初期增长缓慢,而后干物质积累迅速至开花期,开花期至花后10 d增长缓慢,花后10 d至花后20 d增长较快,花后20 d至成熟期趋于平缓。在拔节期-开花期,各处理表现为F2S1>F1S1>F2S2>F1S2,但处理间无明显差异,在植株生长发育过程的拔节期-开花期,施肥种类及施肥方式并未直接影响植株的干物质积累。开花期以后,F2S1、F2S2处理的干物质的量明显低于F1S1、F1S2处理的。种肥分离条件下,F1S1和F2S1处理之间存在显著差异,表现为F2S1>F1S1。种肥同播条件下,F1S2和F2S2处理之间无明显差异。相较于其他处理美可辛种肥分离处理更有利于冬小麦干物质积累。图4
图4
图4
基肥种类及施肥方式下冬小麦干物质积累变化
Fig.4
Effects of base fertilizer type and fertilization method on dry matter accumulation of winter wheat
2.5 施肥种类及施肥方式对冬小麦产量及产量构成因素的影响
研究表明,不同处理对冬小麦产量及产量构成因素的影响存在明显的差异。与种肥分离相比,种肥同播处理下2种肥料的有效穗数均出现不同程度的降低,但F2S2的有效穗数高于F1S2处理;穗粒数和千粒重均高于种肥分离处理,其中穗粒数F2S2>F1S2,千粒重F2S2<F1S2。籽粒产量各处理间最高为9 775.00 kg/hm2,分别较F1S1、F1S2、F2S2提高了2.09%、8.61%和6.54%,其与F1S1处理间差异不显著,与F1S2、F2S2间差异达显著水平(P<0.05)。在种肥分离条件下,与F1S1相比,F2S1的有效穗数增加了6.77%、穗粒数降低了1.24%、千粒重降低了0.46%;种肥同播条件下,与F1S2相比,F2S2的有效穗数增加了2.64%、穗粒数增加了1.24%、千粒重降低了2.98%、籽粒产量增加了1.94%,采用种肥同播方式,美可辛较适宜。表1
表1 基肥种类及施肥方式下冬小麦产量及产量构成因素变化
Tab.1
| 处理 Treatments | 有效穗数 Number of productive ear (104穗/hm2) | 穗粒数 Number of Kernels per spike (粒/穗) | 千粒重 1000-grain Weigh (g) | 产量 Yield ( kg/hm2) | 生物量 Total biomass ( kg/hm2) | 收获指数 Harvest index |
|---|---|---|---|---|---|---|
| F1S1 | 665.00aA | 40.50bA | 42.01aA | 9 575.00aAB | 24 903.45aA | 0.384bAB |
| F1S2 | 615.00bB | 42.00aA | 43.36aA | 9 000.00bB | 22 664.84bB | 0.397aA |
| F2S1 | 710.00aA | 40.00bA | 41.81aA | 9 775.00aA | 26 562.50aA | 0.368bB |
| F2S2 | 631.25bB | 42.52aA | 42.07aA | 9 175.00bB | 22 495.14bB | 0.408aA |
注: 大小写字母分别表示差异达到 0.01 和0.05 显著水平
Note: Upper and lower case letters indicate significant difference at 0.01 and 0.05 levels, respectively
3 讨论
在一定范围内,叶绿素含量越高,叶片的光合作用就越强[10]。施肥对冬小麦的产量有一定的影响[10],施肥可显著增加冬小麦穗粒数和千粒重,从而提高冬小麦产量[11]。陈天鑫等[12]研究表明适量的施氮会提高冬小麦叶片对光能的吸收利用,促进小麦旗叶生长发育,进而提高产量。马建辉等[13]认为施肥可显著提高小麦拔节期和抽穗期的叶面积指数。李娜等[14]研究发现施肥可提高旗叶叶绿素含量和光合速率。合理的施肥有助于提高冬小麦的光合作用,增大叶面积指数以及促进植株生长,进而提高产量。试验结果与前人研究结果一致,且2种基肥处理条件下,美可辛处理效果更佳。冬小麦在生长发育过程中对肥料的吸收利用效率很大程度上取决于施肥方式。试验结果表明,在肥料种肥分离和种肥同播处理条件下的冬小麦植株性状,种肥同播方式降低了小麦的株高,增加了茎粗,可有效提高小麦的抗倒风险,但穗长却以美可辛种肥分离最优:叶绿素含量、叶面积指数、干物质的量皆以美可辛种肥分离效果最好。陈宏等[15]研究发现适宜的播种密度条件下,种肥分离对冬小麦单位面积穗数、千粒质量有显著性影响。基肥可以有效促进分蘖,形成冬前壮蘖[16]。适当减少基肥量,是避免返青后无效分蘖发生的重要手段,而协调冬前分蘖数和返青后无效分蘖的关系,是冬小麦高产、超高产的关键[17⇓-19]。徐晓峰等[20]研究表明保证足够的基肥量可能是维持产量的基础。试验结果与前人研究结果一致。
4 结论
磷酸二铵、美可辛2种肥料种肥分离较种肥同播下冬小麦穗长、SPAD值、叶面积指数(LAI)、干物质积累及有效穗数和籽粒产量均表现出不同程度的升高,且同样种肥分离条件下美可辛优于磷酸二铵。相较于磷酸二铵种肥分离,美可辛种肥分离依次高了6.98%、1.63%、3.92%、6.66%、6.34%、2.09%。但在种肥同播条件下,与磷酸二铵相比,美可辛种肥同播下冬小麦的株高明显降低、茎粗和穗长增加,有效穗数、穗粒数和籽粒产量均相应表现出不同程度的升高。表现为1.90%、0.49%、1.69%、2.64%、1.24%、1.94%。与磷酸二铵相比,美可辛种肥同播均表现较好。
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为明确氮肥底追比例与施硫间的互作效应,采用盆栽方式,以京冬8号和济麦20为供试材料,设置氮肥底追比例为3∶7(N<sub>1</sub>)、5∶5(N<sub>2</sub>)和7∶3(N<sub>3</sub>)3个处理水平,每个底追比例下设置2个硫肥施用量:0kg·hm<sup>-2</sup>(S<sub>0</sub>)和45kg·hm<sup>-2</sup>(S<sub>1</sub>),运用<sup>15</sup>N示踪技术研究开花期、成熟期营养器官及籽粒中氮素积累、分配以及对不同来源氮素利用的情况,同时对花后营养器官贮藏氮素的转运、对籽粒的贡献率及氮素利用效率进行分析比较。结果表明,2个小麦品种植株中积累氮素主要来自肥料氮,京冬8号成熟期来自肥料氮的积累量达60%~70%,而济麦20则达70%~80%。氮肥底追比例及硫肥互作对2个品种氮素吸收、转运和分配的影响存在差异,其中京冬8号成熟期籽粒氮素积累量、营养器官贮藏氮素花后的转运量、转运率、对籽粒的贡献率、籽粒产量以及氮肥的利用效率均在N<sub>1</sub>S<sub>0</sub>时较高;济麦20营养器官贮藏氮素花后的转运量、转运率、对籽粒的贡献率在N<sub>1</sub>S<sub>0</sub>时较高,而在N<sub>3</sub>S<sub>1</sub>时,成熟期籽粒氮素积累量、籽粒产量、氮肥的利用效率均较高。综上所述,本试验栽培环境下,氮肥底追比例为N<sub>1</sub>时能够提高花前贮藏氮素的转运量、转运率、对籽粒的贡献率、籽粒蛋白质含量及氮素收获指数;氮肥底追比例为N<sub>3</sub>时有利于提高籽粒产量、氮肥生产效率。综合考虑籽粒产量、氮肥生产效率、氮肥利用效率和氮素收获指数,京冬8号最优肥料组合为N<sub>1</sub>S<sub>0</sub>,济麦20最优肥料组合为N<sub>3</sub>S<sub>1</sub>。本研究结果为冬小麦大田生产中合理的肥料运筹提供了理论参考。
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