稻茬過晚播小麥高產密度和氮肥調控效應分析

張明偉 丁錦峰 朱新開 郭文善

（1 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/揚州大學小麥研究中心，225009，江蘇揚州；2 揚州市農業農村局，225000，江蘇揚州）

種植密度、施氮量及氮肥運籌對小麥籽粒產量、品質形成以及氮素利用效率具有重要影響[1-4]。增加播種密度和適時追肥可提高晚播小麥籽粒產量與經濟效益，同時改善籽粒品質[5-7]。適宜的播種量和施氮量可促進晚播小麥生長，提高產量[8]。曹倩等[9]認為，在相同施氮量條件下，小麥產量隨播種量的增加呈先上升后下降的趨勢；相同播種量條件下，一定范圍內，施氮量增加，產量提高，施氮量超過適宜值，小麥產量增加不顯著，甚至下降[10-12]。孫和平等[13]研究認為，揚輻麥4 號在晚播條件下，施氮量在219～336kg/hm2內的產量均可達到7500kg/hm2左右。在一定范圍內，隨施氮量的增加，小麥產量及氮素吸收利用效率同步提高，二者之間存在正相關關系；孕穗期施氮肥的增產效果與氮利用效率高于基苗肥，提倡在適宜穗數條件下氮肥后移[14]。過多或不合理地施用氮肥不僅難以達到提高小麥產量的目的，還會導致氮肥利用效率降低，成本增加[15]。

密度和氮肥互作對小麥籽粒品質有顯著的調控作用。密度與小麥籽粒蛋白質含量呈二次曲線關系，密度過大或過小均會引起蛋白質含量降低，密度對濕面筋含量及沉淀值的影響很小，密度過大還會導致籽粒角質率下降[16]。適當提高小麥中后期施氮比例，可以提高強筋小麥籽粒蛋白質含量[3,17-18]；拔節期至孕穗期追肥有利于改善強筋小麥籽粒品質[19]。

目前，由于長江中下游冬小麥區前茬水稻中晚熟品種、水稻機插秧和直播稻等輕簡栽培技術的推廣應用，使水稻成熟期大幅度推遲，小麥適期播種面積縮減，晚播與過晚播面積逐年擴大。尤其過晚播條件下小麥抗逆能力下降，產量大幅度下降，種植風險增加，效益降低，嚴重制約了小麥生產潛力的發揮。在江蘇省稻麥兩熟地區，這一矛盾尤為突出，已成為栽培學家廣泛關注的熱點問題。前人關于適播小麥高產栽培措施對產量、氮素利用率以及品質的影響已有大量的研究報道，并總結形成適播小麥生產的優質高產栽培理論與技術體系，但對于稻茬過晚播（較適播期推遲30d 以上）小麥的高產栽培技術及其對產量、氮素利用率、品質以及經濟效益的影響鮮有報道。本試驗在過晚播條件下，采用種植密度、施氮量與氮肥運籌三因素裂區試驗，研究栽培措施組合對小麥產量、氮素利用率、品質以及經濟效益的影響，探索適合過晚播小麥高產栽培技術體系，為稻茬過晚播小麥高產栽培提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015-2017 年在江蘇省興化市釣魚鎮基地（119°98′E，33°09′N）進行，基地屬于江蘇里下河農業生態區，前茬作物為水稻，土質為壤土，0～20cm 土層含有機質23.16g/kg、全氮0.554g/kg、速效氮57.03mg/kg、速效磷75.21mg/kg、速效鉀163.16mg/kg。

1.2 試驗設計

供試小麥品種為揚麥23，分別于2015 年12月5 日和2016 年12 月9 日播種（較當地適宜播期遲30d 以上，簡稱過晚播），采用三因素裂區設計，3 次重復。以種植密度為主區，設270 萬、330 萬、390 萬株/hm23 個水平；以施氮量為裂區，設180、225、270kg/hm23 個水平；氮肥運籌為小裂區，設基肥:分蘗肥:拔節肥:孕穗肥為4:2:1:3、5:1:2:2、6:0:2:2 這3 個水平。另外對應3 個密度設置無肥處理用于計算氮效率指標?；视诓シN前施用，分蘗肥于小麥4～5 葉期施用，拔節肥于葉齡余數2.5時施用，孕穗肥于葉齡余數0.8～1.2 施用；磷肥和鉀肥施用量均為90kg/hm2，基施與拔節期各追施50%。采用機械條播，行距20cm，小區面積50m2。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株氮含量及相關指標 于成熟期每個小區取樣20 株，按不同器官進行分樣，105℃殺青60min 后80℃烘干至恒重，粉碎后采用半微量凱氏定氮法測定含氮率，計算氮素吸收量。采用霍中洋等[20]和石玉等[21]的方法計算氮肥偏生產力、氮素農學效率、氮素生理效率和氮素表觀利用率。

氮肥表觀利用率（N apparent utilization，NAR，%）=（施肥處理氮素吸收量–不施肥處理氮素吸收量）/施氮量×100；氮肥偏生產力（nitrogen fertilizer partial productivity，NFPP，kg/kg）=施肥處理籽粒產量/施氮量；氮素農學效率（nitrogen agronomic efficiency，NAE，kg/kg）=（施肥處理籽粒產量–不施肥處理籽粒產量）/施氮量；氮素生理效率（nitrogen physiological efficiency，NPE，kg/kg）=（施肥處理籽粒產量–不施肥處理籽粒產量）/（施肥處理氮吸收量–不施肥處理氮吸收量）。

1.3.2 產量及其構成因素 于成熟期每個小區選取3 個行長1m 測穗數；連續取50 穗，測穗粒數；按13%水分計算千粒重。每小區收割1.0m2測定產量，重復3 次。

1.3.3 籽粒品質 用半微量凱氏定氮法測定氮含量（FOSS KJeltec 8200）；采用布拉班德（Brabender）磨粉儀磨成面粉，用GM2200 型面筋儀測定濕面筋含量；釆用SDS 常量法測定面粉沉降值；采用雙波長法測定直鏈淀粉和支鏈淀粉含量；采用HGT-1000 型容重儀（上海東方衡器有限公司）測定籽粒容重。

1.3.4 經濟效益 小麥收購價格分別為1.88 元/kg（2016 年）和2.28 元/kg（2017 年），小麥種子價格4.40 元/kg，尿素2.25 元/kg，復合肥2.40 元/kg，播種及收割費用各1200元/hm2，藥劑費750元/hm2，打藥與施肥人工費300 元/（hm2?次）。

1.4 數據處理

采用Excel 2003 建立數據庫，用SPSS 19.0 和SigmaPlot 10.0 進行數據計算和統計分析。

2 結果與分析

2.1 密度、施氮量與運籌比例對過晚播小麥產量及其構成因素的影響

由表1 和表2 可以看出，當施氮量和運籌比例相同時，密度增加，穗數呈增加趨勢；當密度與氮肥運籌比例相同時，施氮量增加，穗數增加；當密度與施氮量相同時，不同氮肥運籌比較，表現為5:1:2:2 與6:0:2:2 的穗數高于4:2:1:3 處理，密度與施氮量對穗粒數均有極顯著的調控效應；穗粒數隨密度的增加呈現下降趨勢，隨施氮量的增加而增加，2 年度氮肥運籌對穗粒數均無顯著的調控作用；千粒重隨密度與施氮量的增加呈下降趨勢，施氮量和氮肥運籌對千粒重的影響達顯著，密度僅在2016-2017 年度有顯著的調控效應，密度與施氮量對千粒重存在顯著的互作效應，2015-2016 年度密度、施氮量、氮肥運籌三者互作千粒重差異顯著。過晚播條件下，2 年度產量隨種植密度的增加呈先增后降趨勢，以330 萬株/hm2時產量最高，2015-2016 年度平均產量為6638.86kg/hm2，2016-2017 年度平均產量為7069.62kg/hm；相同密度與施氮量條件下，氮肥運籌5:1:2:2 與6:0:2:2 處理的產量高于4:2:1:3 運籌處理。密度330 萬株/hm2、施氮量225 和270kg/hm2、氮肥運籌5:1:2:2 與6:0:2:2 處理以及密度390 萬株/hm2、施氮量225kg/hm2、氮肥運籌6:0:2:2 處理下，產量三要素可協調發展，產量均可達到6750kg/hm2，2016-2017 年度可達到7300kg/hm2以上。

表1 密度和氮肥處理對過晚播小麥產量及其構成的影響（2015-2016）Table 1 Effects of density and nitrogen fertilizer on yield and its components of super-late sowing wheat(2015-2016)

表2 密度和氮肥處理對過晚播小麥產量及其構成因素的影響（2016-2017）Table 2 Effects of density and nitrogen fertilizer on yield and its components of super-late sowing wheat(2016-2017)

2.2 密度、施氮量與運籌比例對過晚播小麥氮肥利用效率的影響

由表3 可知，在過晚播條件下，密度與氮肥顯著影響揚麥23 的氮肥利用效率。隨著密度的增加，氮肥偏生產力、氮素農學效率及氮素生理效率呈先升高后下降趨勢，330 萬株/hm2密度處理顯著高于270 萬株/hm2密度處理，氮素表觀利用率則隨密度增加而增加；增加施氮量，氮肥偏生產力、氮素農學效率、氮素生理效率以及氮素表觀利用率均下降。在不同運籌之間比較，4:2:1:3 氮肥運籌處理具有較高的氮素生理效率，但氮肥偏生產力、氮素農學效率以及氮素表觀利用率平均水平均低于5:1:2:2 和6:0:2:2 氮肥運籌方式。

表3 過晚播小麥不同密度和氮肥處理對氮肥利用效率的影響（2015-2016）Table 3 Effects of density and nitrogen fertilizer on nitrogen use efficiency of super-late sowing wheat(2015-2016)

由表3 和表4 可以看出，過晚播條件下，270萬與330 萬株/hm2密度、180kg/hm2施氮量條件下各處理均具有較高的氮肥偏生產力、氮素農學效率和氮素表觀利用率，但產量較低，平均產量低于6500kg/hm2，為高效不高產組合。330 萬株/hm2基本苗、270kg/hm2施氮量條件下，5:1:2:2 和6:0:2:2運籌處理產量最高，平均產量達7000kg/hm2，但氮效率各項指標均較低，為高產但不高效組合。330萬株/hm2基本苗、225kg/hm2施氮量、5:1:2:2 和6:0:2:2 氮肥運籌條件下，氮肥偏生產力、氮素生理效率和氮素表觀利用率較高，產量表現突出，兩者在高產與氮高效有著較好的協調。說明在小麥過晚播時，基本苗330 萬株/hm2、施氮量225kg/hm2、運籌5:1:2:2 和6:0:2:2 條件下可以實現節肥高產栽培。

表4 過晚播小麥不同密肥處理間氮肥利用效率的影響（2016-2017）Table 4 Effects of density and nitrogen on nitrogen use efficiency of super-late sowing wheat(2016-2017)

方差分析表明，2 年度密度、施氮量對氮肥偏生產力、氮素農學效率、氮素生理效率以及氮素表觀利用率均有極顯著影響；氮肥運籌對氮素生理效率以及氮素表觀利用率的影響達顯著，對氮肥偏生產力無顯著影響，2016-2017 年度對氮肥農學效率的影響達極顯著水平。2 年度密度與施氮量對氮素生理效率及氮素表觀利用率存在顯著的互作效應。

2.3 密度、施氮量與運籌比例對過晚播小麥籽粒品質的影響

方差分析（表5）表明，2 年度密度對蛋白質、濕面筋含量以及沉降值的影響均達極顯著水平，對容重無顯著影響；施氮量對蛋白質、濕面筋、淀粉含量以及沉降值均有極顯著影響；氮肥運籌對氮蛋白質含量影響達顯著，對濕面筋含量和容重無顯著影響。2 年度密度與施氮量對蛋白質含量存在極顯著的互作效應；密度與運籌比例互作間蛋白質和淀粉含量差異達顯著或極顯著；2016-2017 年度施氮量和氮肥運籌互作間蛋白質和濕面筋含量差異達極顯著水平；密度、施氮量、氮肥運籌互作間蛋白質、濕面筋、淀粉含量和沉降值差異達極顯著。

表5 過晚播小麥不同密肥處理間品質的方差分析Table 5 ANOVA of grain quality in different treatments of super-late sowing wheat

由表6 可知，隨著密度增加，蛋白質含量呈下降趨勢，濕面筋含量與沉降值則先增加后降低，差異未達顯著水平，容重則呈上升趨勢；隨著施氮量增加，蛋白質、濕面筋含量以及沉降值均增加，淀粉含量與容重則表現為下降。在不同運籌之間比較，可以看出4:2:1:3 運籌方式的蛋白質含量高于5:1:2:2 和6:0:2:2 運籌處理，6:0:2:2 運籌處理具有較高的淀粉含量與容重，但不同運籌間所有指標差異均未達顯著水平。

表6 密度、施氮量與運籌比例對過晚播小麥籽粒品質調控的影響Table 6 Effects of density and nitrogen amounts and ratio on grain quality of super-late sowing wheat

2.4 密度、施氮量與運籌比例對過晚播小麥經濟效益的影響

由表7 可以看出，適度增加播種密度有利于提高純收入，超過330 萬株/hm2基本苗后再繼續增加密度，反而不利于總收入與純收入的增加。主要是由于過高的密度導致群體表現不良，產量下降，同時密度的增加也會增加用種成本，影響收益。270萬株/hm2基本苗條件下，隨施氮量的增加，過晚播小麥的成本不斷增加，但總收入增加較小，純收入呈下降趨勢；390 萬株/hm2基本苗條件下，隨施氮量的增加，過晚播小麥的平均純收入先增加后下降；而在330 萬株/hm2基本苗條件下，表現不一，2015-2016 年度，隨施氮量的增加，純收入增加，但225kg/hm2與270kg/hm2施氮量處理的平均純收入差異較小，而2016-2017 年度則表現為隨施氮量的增加，平均純收入先增加后下降。相同密度與施氮量條件下5:1:2:2 與6:0:2:2 處理的純收入均高于4:2:1:3 處理。在過晚播條件下，330 萬株/hm2密度、225kg/hm2施氮量、6:0:2:2 的氮肥運籌方式下經濟效益最高，按全省小麥平均收購價（2016年1.88 元/kg，2017 年為2.28 元/kg）計算，2 年度經濟效益分別達4502.13（2016）和8721.39 元/hm2（2017）。

表7 過晚播小麥不同密肥處理對經濟效益的影響Table 7 Effects of density and nitrogen on economic benefit of super-late sowing wheat元/hm2 yuan/hm2

方差分析表明，2 年度密度與氮肥運籌對總收入和純收入均存在顯著或極顯著的影響；施氮量對總收入有極顯著影響，但對純收入的影響2 年結果表現不一，2016-2017 年度達極顯著水平。對因子間互作效應進行分析，可看出2016-2017 年度密度與施氮量對總收入與純收入存在顯著的互作效應；其他各因子間對總收入與純收入均無顯著的互作效應。

3 討論

3.1 密度和氮肥措施組合對過晚播小麥產量與經濟效益的影響

合理的氮肥和密度組合在一起可以協調群體與個體發展，生產上可通過氮密互作的途徑，在適宜的播量和施氮量條件下，有效地利用氮肥和密度的交互效應來提高產量[8]。高產模式下，密度和氮肥互作效應使得群體光合效率在整個灌漿期保持較高的水平，群體光合性能得到改善，產量提高[22]。前人[23]關于播期、密度、施氮量與氮肥運籌對小麥產量以及經濟效益的影響已有大量報道。晚播小麥適當提高種植密度，通過強化群體性狀，彌補個體性狀瘦弱之不足，有利于提高產量。喬玉強等[24]研究顯示，隨著播種密度的增加，晚播小麥的籽粒產量有逐漸升高趨勢，其中當播種密度為450 萬株/hm2時，籽粒產量達到最大。孫和平等[13]研究得出，晚播條件下，施氮量219～336kg/hm2處理的產量均達到約7500kg/hm2。姚金保等[25]研究認為，拔節期追施氮肥有極顯著的增產作用，并能顯著改善籽粒品質。張耀蘭等[19]則研究認為，開花期追施氮肥有利于籽粒產量和籽粒蛋白質含量的協同提高。

本試驗通過研究稻茬過晚播小麥，綜合分析播種密度、施氮量和氮肥運籌對產量以及經濟效益的影響，結果表明，過晚播條件下，隨著密度與施氮量的增加，穗數呈增加趨勢；氮肥運籌5:1:2:2 與6:0:2:2 高于4:2:1:3 處理；穗粒數隨密度的增加呈下降趨勢，隨施氮量的增加而增加，氮肥運籌對穗粒數均無顯著的調控作用；千粒重隨密度與施氮量的增加呈下降趨勢。密度增加，純收入先增加后下降，330 萬株/hm2基本苗處理下的平均純收入最高。隨施氮量的增加，純收入先增加后下降，225kg/hm2處理下的平均純收入最高。6:0:2:2 氮肥運籌處理的純收入大于5:1:2:2 與4:2:1:3 處理。過晚播條件下，330 萬株/hm2基本苗、225kg/hm2施氮量，6:0:2:2 的氮肥運籌方式既可獲得目標產量，經濟效益亦最高。

3.2 密度和氮肥措施組合對過晚播小麥籽粒品質的影響

密度、施氮時期、施氮量和氮肥基追比例對小麥籽粒品質的形成具有重要影響。楊永樂等[26]研究認為，籽粒蛋白質含量隨密度增加而降低，濕面筋含量和面團穩定時間受密度影響不大。郭偉等[27]則認為，密度對籽粒蛋白質、面筋含量以及面粉品質和面團流變學特性無顯著影響。戴廷波等[12]研究認為，高氮水平和高追肥比例提高了小麥籽粒蛋白質和谷醇溶蛋白比例。朱新開等[3]認為，適當增加施氮量，可增加籽粒蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值。楊扎根等[28]研究表明，隨著追肥時期的推遲，蛋白質、濕面筋含量和沉降值呈增加趨勢，拔節期至孕穗期追肥有利于改善小麥籽粒品質。晚播條件下可通過增加施氮量和提高后期追肥比例來提高產量，但會使籽粒蛋白質和濕面筋含量提高，易降低弱筋小麥的品質，而對中、強筋小麥的品質影響較小。

本試驗結果表明，過晚播條件下，隨密度增加，蛋白質含量呈下降趨勢，濕面筋含量與沉降值則先增加后降低，容重則增加；隨施氮量增加，蛋白質、濕面筋含量以及沉降值均增加，淀粉含量與容重則表現為下降。6:0:2:2 氮肥運籌處理具有較高的淀粉含量與容重，但不同氮肥運籌間所有指標差異均未達顯著水平。

3.3 過晚播小麥高產、優質、高效密度與施氮量及氮肥運籌技術組合

前人[3,5,7]關于適播小麥高產關鍵栽培措施組合做了大量的研究，并總結形成了成熟應用于適播小麥生產的優質高產栽培理論與技術體系。本試驗則對晚播不同天數小麥進行不同栽培技術措施組合的研究，分析不同栽培組合對于產量、氮素利用率、品質以及經濟效益的影響。根據結果綜合考慮，初步形成稻茬過晚播小麥高產栽培技術組合：基本苗宜在330 萬株/hm2左右，施氮量225kg/hm2，磷鉀肥用量在90kg/hm2，基肥:分蘗肥:拔節肥:孕穗肥5:1:2:2 或6:0:2:2 可獲得6750kg/hm2以上產量目標。過晚播條件下，出苗遲，日均溫低，麥苗生長緩慢，適度增加基肥比例有利于緩解秸稈腐熟對氮素的爭奪，促進小麥早生快發，冬前形成一定的群體積累，同時過晚播后冬前基本無分蘗，分蘗期推遲至年后，此時，溫度回升，秸稈還田養分開始釋放，以及冬季殘留在土壤中的養分，保證了分蘗期小麥對于氮素的需求，可以適量減少氮肥的施用。

4 結論

種植密度、施氮量以及氮肥運籌對過晚播小麥產量、氮素利用率、品質形成以及經濟效益有顯著的調控效應，綜合考慮，揚麥23 過晚播條件下，適宜的栽培技術組合為基本苗330 萬株/hm2、施氮量225kg/hm2、磷、鉀肥用量均為90kg/hm2、氮肥運籌基肥:分蘗肥:拔節肥:孕穗肥=5:1:2:2 或6:0:2:2 時，可獲得6750kg/hm2以上目標產量，同時具有較高的氮肥利用效率與經濟效益。