晚播减氮对不同氮肥基追比例下小麦产量和氮素利用效率的影响

张程翔，刘开振，薛轲尹，杨 蕊，尹立俊，王小燕

(长江大学农学院/主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，湖北 荆州 434025)

【研究意义】江汉平原地区是我国长江流域重要的小麦产区，然而，小麦播种前常伴有连续阴雨天气，导致播种期被迫推迟[1]。近些年来，由于水稻播种方式的改变及直播稻种植面积的扩大，使水稻的收获推迟，从而影响其后茬小麦的播种时间，使晚播小麦的种植面积呈上升趋势[2]。据统计，晚播小麦种植面积占湖北省小麦种植面积一半以上[3]，因此，针对晚播小麦的特点，探索适合晚播小麦的氮肥运筹模式，实现小麦的节氮稳产栽培对当地农业及生态环境具有重要的意义。【前人研究进展】相关研究表明，晚播会导致小麦产量、穗数、穗粒数和千粒重降低[4]，降低开花期和成熟期小麦叶片、茎鞘的氮素积累量，但可以提高氮素利用效率[5]。也有研究提出，晚播对小麦千粒重影响较小，且不利于氮素利用效率的提高[6]。氮肥运筹模式也对小麦产量及其构成因素有重要影响。研究发现，增加施氮量有利于小麦穗数、穗粒数和千粒重的增加，且可以提高晚播小麦各器官的氮素积累量[7-8]。而李欣欣等[9]研究发现，增加施氮量可以提高小麦穗数和穗粒数，降低千粒重。相关研究[10]表明，增加小麦生育后期氮肥的施用量有利于增加有效穗数，提高成穗率。【本研究切入点】近年来，有关播期、施氮量、基追比例等对小麦生长发育的影响研究较多，而关于晚播条件下氮肥运筹对江汉平原小麦产量及其构成因素和氮素利用效率的影响鲜有报道。【拟解决的关键问题】为了明确江汉平原在晚播小麦生产过程中减施氮肥的可行性，本研究设置播期、施氮量和氮肥基追比3个变量来探明其对小麦产量及其构成因素和氮素利用效率的影响，旨在探寻适合江汉平原小麦生产的施氮模式，为当地小麦节氮稳产和生态环境保护提供理论依据。

1.1 试验材料与设计

试验于2019—2021年在湖北省荆州市长江大学产业科技园(30°36′N，112°08′E)进行，土壤质地为砂质壤土。播种前0～20 cm土层pH为8.19、有机质含量14.79 g/kg、碱解氮42.8 mg/kg、速效钾75.7 mg/kg、速效磷17.3 mg/kg，2019—2020年小麦生育期的逐日最高气温、最低气温和降水量如图1所示。供试品种为郑麦9023，前茬作物为大豆。

图1 逐日最高、最低温度和降水量的分布Fig.1 Distribution of daily maximum and minimum temperature and precipitation

试验采用裂区设计，播期为主区，设置了正常播(D1，10月28日)和晚播(D2，11月17日)2个播期；
副区为施氮量，设置了N0(不施氮)、N1(180 kg/hm2)、N2(150 kg/hm2)、N3(120 kg/hm2)4个施氮量处理；
氮肥基追比设置了M1[m(底肥)∶m(冬前追肥)∶m(拔节期追肥)=1∶1∶1]和M2[m(底肥)∶m(冬前追肥)=7∶3]2个处理，共14个处理(表1)，每个处理3个重复，共42个小区，小区面积12 m2(2 m × 6 m)，基本苗210 万株/hm2，人工撒播。耕前施磷、钾肥均为105 kg/hm2，氮肥按试验设计施用，其他管理同一般高产田。

表1 试验处理安排

1.2 测定项目与方法

1.2.1 群体结构 小麦出苗后，于三叶期在各小区选择出苗均匀的0.5 m两行标记，分别于越冬期、拔节期、开花期、灌浆中期、成熟期调查群体总分蘖数，并计算成穗率。

1.2.2 干物质积累量的测定 于开花期和成熟期在每个小区分别随机选取长势均匀的20株完整植株，去除小麦根系后105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至恒重，测开花期整株和叶片、茎鞘、穗和成熟期叶片、茎鞘、穗轴与颖壳和籽粒的干物质积累量。

1.2.3 氮素相关指标测定 用凯氏定氮法测定小麦开花期叶片、茎鞘、穗和成熟期叶片、茎鞘、颖壳与穗轴的氮素积累量，并计算氮素利用效率。

氮素利用效率 = 籽粒产量/植株地上部氮素积累量

1.2.4 产量及产量构成 在小麦成熟期，每个小区随机选取1 m2样方调查有效穗数，脱粒、晾晒后测定小麦产量，随机选取40穗测定穗粒数，人工计数测定千粒重。

1.3 数据处理

用WPS 2019，DPS 7.05软件进行数据分析，用LSD法进行显著性和方差分析，采用Excel进行绘图。

2.1 晚播和氮肥运筹对小麦群体分蘖动态和成穗率的影响

由图2可知，晚播会导致小麦分蘖期推迟，正常播期下分蘖最大值出现在冬前期，而晚播小麦分蘖最大值出现在拔节期，除晚播处理冬前期外，施氮后小麦各时期群体数目均显著高于N0。正常播期下，在基追比例为M1时，施氮处理在冬前和拔节期群体数目随施氮量的减少而降低，且减氮至N3达到显著水平；
基追比例为M2时，减氮后小麦冬前期群体分蘖数无显著变化，而拔节期群体分蘖数随施氮量的减少而显著降低。晚播条件下，不同基追比例下施氮处理在拔节期群体数目随施氮量的减少而降低，M1基追比例下减氮至N3、M2基追比例下减氮至N2时达显著水平。

不同小写字母代表同一生育期和播期下处理间差异达到显著水平(P<0.05)Different lowercase letters represent that the difference between treatments under the same growth period has reached a significant level (P<0.05)图2 小麦群体分蘖动态变化Fig.2 Tillering dynamics of wheat population tillering

不同小写字母代表同一播期处理下处理间差异达到显著水平(P<0.05),下同Different lowercase letters represent that the difference between treatments under the same sowing date has reached a significant level (P<0.05), the same as below图3 晚播和氮肥运筹对小麦成穗率的影响Fig.3 Effects of late broadcast and nitrogen fertilization on wheat

从小麦成穗率(图3)上来看，晚播会极大降低小麦的成穗率，施氮后小麦成穗率显著高于N0。正常播期下，成穗率随着施氮量的减少而升高，M1基追比例下减氮至N3达到显著水平，M2基追比例下减氮至N2时达到显著水平且继续减氮无显著变化。晚播条件下，减氮至N2小麦成穗率显著上升，继续减氮至N3，则成穗率较N2变化不显著。

2.2 晚播和氮肥运筹对小麦开花期各器官干物质积累量的影响

由表2可见，晚播后小麦开花期各器官干物质积累量显著降低，施氮处理各器官干物质积累量显著高于N0。正常播期下，减少施氮量后，叶片和茎鞘干物质积累量无显著变化，减氮至N2穗干物质积累量较N1增加，减氮至N3时茎鞘干物质积累量显著增加。而晚播小麦在减少施氮量后叶片、茎鞘和穗的干物质积累量较N1均无显著变化。

表2 播期和氮肥运筹对小麦开花期各器官干物质积累量的影响

2.3 晚播和氮肥运筹对小麦开花期氮素积累量的影响

如表3所示，晚播会降低小麦开花期茎鞘和穗的氮素积累量，增加正常施氮下叶片的氮素积累量，正常播期下施氮处理叶片和穗氮素积累量显著高于N0。而晚播条件下施氮处理叶片和穗氮素积累量显著高于N0，茎鞘间无明显差异。正常播期时，减少施氮量各器官氮素积累量变化显著，基追比例为M1时，N2茎鞘和穗氮素积累量显著高于N1、N3，而叶片氮素积累量为N3>N1>N2，且均达到显著水平。基追比例M2时，N2叶片氮素积累量显著高于N1、N3。茎鞘和穗氮素积累量均表现为随施氮量的减少而降低。而晚播小麦在减少施氮量后，各器官含氮量变化幅度较小。晚播条件下，基追比例为M1时，叶片氮素积累量随施氮量的减少而显著降低，茎鞘各施氮量下表现为N2>N3>N1，且达显著水平，N2穗氮素积累量显著高于N1、N3；
基追比例为M2时，叶片和茎鞘氮素积累量N3>N1>N2，穗氮素积累量随施氮量的减少而增加，且在减氮至N3时达到显著水平。

表3 晚播和氮肥运筹对小麦开花期氮素积累量的影响

2.4 晚播和氮肥运筹对小麦成熟期干物质积累量的影响

由表4可见，在施氮量和基追比例相同时，晚播小麦成熟期各器官干物质积累量均显著低于正常播小麦，播期相同时，基追比例为M2时，各器官成熟期干物质积累量无显著变化。施氮处理成熟期各器官干物质积累量均显著高于N0。在正常播期M1基追比例下，减少施氮量至N2时，小麦成熟期叶片、穗轴与颖壳的干物质积累量较N1显著降低。茎鞘干物质积累量与N1无显著差异；
减少施氮量至N3时，各器官干物质积累量与N2间无显著差异。晚播小麦在M1基追比例下，减少施氮量至N2时，各器官成熟期干物质积累量较N1均无显著变化，减少施氮量至N3时，除叶片和穗轴与颖壳干物质积累量显著降低外，其余处理均与N2无显著差异。播期相同时减少施氮量籽粒干物质积累量无显著变化。

表4 播期和氮肥运筹对小麦成熟期各器官干物质积累量的影响

2.5 晚播和氮肥运筹对小麦成熟期各器官氮素残余量的影响

由表5可见，晚播会显著降低成熟期小麦茎鞘、穗轴与颖壳的含氮量，相同播期下施氮处理成熟期各营养器官含氮量均显著高于N0。正常播期基追比例为M1时，减氮至N2叶片、茎鞘、穗轴与颖壳中的氮素残余量均低于N1，其中茎鞘和穗轴与颖壳达显著水平，减氮至N3时，叶片和穗轴与颖壳的氮素残余量较N2增加，而茎鞘中的氮素残余量显著低于N2；
基追比例为M2时，叶片氮素残余量随施氮量的减少而降低，N2茎鞘和穗轴与颖壳的氮素残余量较N1分别表现为显著增加和显著减少；
N3茎鞘和穗轴与颖壳较N2分别表现为显著减少和显著增加。晚播小麦在基追比例为M1时，减氮至N2叶片氮素残余量显著高于N1，穗轴与颖壳中的氮素残余量显著低于N1，茎鞘中含氮量无显著变化，减氮至N3后茎鞘中氮素残余量显著高于N2，而叶片中的氮素残余量显著低于N2；
基追比例为M2时，减氮至N2会导致叶片和茎鞘氮素残余量较N1增加，穗轴与颖壳的残余量显著减少，减氮至N3后，叶片中氮素残余量较N2显著减少，茎鞘和穗轴与颖壳中氮素残余量无显著变化。

表5 晚播和氮肥运筹对小麦成熟期各器官氮素残余量的影响

2.6 晚播和氮肥运筹对小麦产量及产量构成因素的影响

从产量上看，各施氮量下晚播小麦产量均显著低于正常播期处理；
各播期下，施氮处理产量均显著高于N0处理，相同施氮量下M1、M2间差异均不显著。在2019—2020年正常播期、相同基追比例下，N2较N1产量均降低，但未达到显著水平，继续减氮至N3时，产量较N2降低，但未达显著水平(表6)。而晚播小麦，M1处理在减氮至N2或N3后产量降低不显著，M2处理在减氮至N2时产量降低不显著，N3M2较N1M2产量降低723.34 kg/hm2，达到显著水平。在2020—2021年，正常播期和晚播小麦在减少施氮量后产量变化情况与前一年基本一致(表7)。

表6 2019—2020年播期和氮肥运筹对小麦产量及产量构成因素的影响

表7 2020—2021年播期和氮肥运筹对小麦产量及产量构成因素的影响

从产量构成来看，播期推迟会导致小麦穗数、穗粒数和千粒重降低，其中穗数达到显著水平，穗粒数和千粒重在不同处理下降低幅度有所不同；
施氮后小麦穗数、穗粒数会显著增加。2019—2020年，正常播期、不同基追比例下，减氮至N2有效穗数增加，穗粒数和千粒重降低，其中N2M2均达到显著水平；
N3较有效穗数显著低与N2。而晚播小麦，减氮至N2后，在M1基追比例下，小麦穗数显著减少，穗粒数基本保持稳定，但千粒重显著增加；
基追比例为M2时，穗数和千粒重均与N1无显著差异；
减氮至N3，不同基追比例下小麦穗粒数和千粒重显著低于N2。而2020—2021年，晚播小麦在减少施氮量后，穗数和穗粒数均有不同程度的下降，但在N2时未达到显著水平，且M1千粒重稳定，M2千粒重有所增加，从而保证了产量稳定。

2.7 晚播和氮肥运筹对小麦氮素利用效率的影响

在相同施氮量和基追比例下，晚播会显著降低施氮处理小麦氮素利用效率。正常播期下，仅正常施氮时氮素利用效率显著低于N0，而晚播后氮素利用效率均低于N0。在不同播期下，基追比例为M1时，氮素利用效率均随着施氮量的减少而显著上升，而基追比例为M2时则无明显变化(图4)。

图4 晚播和氮肥运筹模式对小麦氮素利用效率的影响Fig.4 Effects of late and nitrogen fertilization model on nitrogen utilization rate of wheat

3.1 晚播和减施氮肥对小麦群体结构的影响

播期是小麦群体结构的重要影响因素，研究发现，播期推迟会导致小麦分蘖期后移，产生大量的无效分蘖[11]；
这与本研究结果一致，晚播处理群体数目最大值推迟至拔节期前后。晚播处理最大群体分蘖数高于正常播期，而成熟期有效穗数低于正常播期，最终导致晚播小麦成穗率降低。

氮肥也是影响小麦群体数目的重要因素，李宇峰等[12]认为增加氮肥的施用量可以使小麦全生育期群体数目增加。朱统泉等[13]认为增加底肥施用量可以使小麦生育前期分蘖数目增加，而增加后期追肥的施用可以促进有效穗数的增加。本研究中发现晚播条件下群体数目最大值随施氮量的减少而减少，正常施氮量下M1成熟期群体数目高于M2，这与前人研究结果一致。而在一定程度上减少氮肥的施用后，成熟期穗数不一定减少，而减施氮肥导致小麦生育前期分蘖数量减少，从而减少了小麦的无效分蘖的发生，提高了成穗率，避免了氮肥的浪费。

3.2 晚播和减施氮肥对小麦干物质积累量的影响

播期对小麦不同时期干物质积累与分配有着重要的影响，马尚宇等[14]认为，晚播会降低小麦开花期和成熟期的干物质积累量。在本研究中，播期推迟小麦叶片和茎鞘花前干物质积累量降低，对穗干物质积累量影响不大，这与康定明等[15]的研究一致，播期通过影响小麦光合部位的生长进而影响干物质的积累。而晚播小麦成熟期除籽粒外各器官干物质积累量均低于正常播期处理。雷钧杰等[16]发现增加施氮量可以增加叶片和茎鞘的干物质积累量。而本研究减施氮肥后，晚播小麦M1处理叶片干重降低，但茎鞘和穗干重并未发生显著变化，M2处理各器官干物质积累量无明显变化。减氮后对小麦成熟期干物质积累量无较大的影响。在本研究中晚播小麦虽然营养器官的干物质积累量降低，但对穗的干物质分配影响较小，且与正常施氮相比，减氮对开花期和成熟期穗干物质积累量无显著影响，因此晚播小麦适当减少施氮量依旧可以保证小麦籽粒的干物质积累量。

3.3 晚播和减施氮肥对小麦氮素分配与氮素利用率的影响

花前营养器官氮素向籽粒中的转运是籽粒氮素积累的重要来源。屈会娟等[17]认为晚播会增加各器官开花期和成熟期的氮素积累量，并促进营养器官氮素在花后向籽粒的转运。在本研究中，与正常播期相比，晚播小麦开花期和成熟期叶片氮素积累量增加，而茎鞘氮素积累量降低；
叶片花前转运量增加，茎鞘花前转运量降低。李亚静等[18]发现增加施氮量可以提高小麦植株氮素积累量。江东国等[8]研究发现晚播小麦各器官氮素积累量随施氮量的增加而增加。而在本研究中晚播小麦在减少施氮量后，开花期穗氮素积累量显著增加，且减氮后各器官含氮量变化幅度小于正常播期处理。石祖梁等[19]发现，适当增加追氮比例有利于成熟期氮素积累，但各基追比例下成熟期氮素残余量无明显变化。这与本研究结果一致，晚播小麦各施氮量不同基追比例下成熟期植株氮素残余量无明显变化，施氮量减少会降低穗轴与颖壳的氮素残余，M2减氮后会增加成熟期叶片与茎鞘的氮素残余量。在本研究表明，晚播小麦减氮后，营养器官开花期氮素积累量虽有所降低，但可以增加对穗的氮素分配，且成熟期各器官氮素残余量与正常播期减氮后的变化趋势基本一致。

播期和氮肥运筹对小麦氮素利用效率同样有着重要的影响。沈学善等[20]认为晚播会降低小麦籽粒产量和氮素利用效率。孔丽婷等[21]研究发现，减量施氮有利于小麦氮素利用效率的增加。这与本研究的结果一致，晚播小麦氮素利用效率降低，减少施氮量可以增加小麦的氮素利用效率，因此施用更少的氮肥也可以实现产量的稳定。石祖梁等[22]认为减少小麦底肥的施用，在拔节期之后进行追肥有利于小麦对氮素的吸收和氮素利用效率的增加。而在本研究中施氮处理中除D2N3均表现为M2大于M1，可能是由于基追比例为M2时，开花期各器官氮素积累量较高，而成熟期地上部分氮素残余量差异较开花期小，从而氮素利用效率高于M1。当减氮幅度较大时，M1氮素利用效率显著升高，而M2氮素利用效率无显著变化，因此，基追比例为M1时，在一定程度上减少氮肥的施用可以提高小麦的氮素利用效率，从而达到节氮稳产，提高经济效益的目的。

3.4 晚播和减施氮肥对小麦产量及产量构成的影响

前人研究表明，播期推迟小麦产量降低，产量构成中穗数、穗粒数随播期推迟而减少，但有效分蘖增加，千粒重变化有所不同[23-25]，本研究中，播期推迟，两种基追比例下小麦产量均显著降低，但有效穗数显著减少，穗粒数和千粒重无明显变化。

相关研究[26]表明，在一定程度上增加施氮量有利于提高小麦穗数和穗粒数，从而增加产量，而在本研究中，施氮后小麦穗数和产量显著增加。正常播期下减氮至150 kg/hm2，两种基追比例下有效穗数均增加，晚播处理下减氮后除N3M2外穗粒数均增加。易媛等[27]认为适当减少施氮量不会对小麦产量产生严重影响。在本研究中，减少施氮量后晚播小麦在基追比例为M1时产量变化不显著，基追比例为M2时小幅减少施氮量也对产量无明显影响，但施氮量减少过多时，产量会发生显著的下降，甚至下降幅度会超过正常播期小麦。在基追比例上，适当增加生育后期氮肥的供给有利于有效分蘖的发生，从而达到提高产量的目的[28]。而在本研究中，相同播期和施氮量下M1与M2产量无显著变化，可能是由于小麦生长年际间气候差异导致，M2在生育前期施氮量较高，苗期群体高于M1，但成穗率较低，有效穗数无显著差异，最终导致产量无明显变化。本研究表明，晚播小麦在减氮后，尤其是在N2时，可以通过增加千粒重，来弥补穗数的降低，且晚播小麦在减氮后成熟期有效穗数与穗粒数的降低幅度更小，从而保证小麦产量稳定。这可能是由于晚播缩短了小麦的营养生长期，因此晚播小麦只需要更少氮就可以维持穗数和穗粒数的稳定。

江汉平原地区，晚播小麦可以通过适当减少施氮量的方法达到节氮稳产的目的。播期推迟20 d内，基追比为1∶1∶1时，减少施氮量，与正常施氮相比，产量稳定，尤其是减氮至150 kg/hm2，产量基本无变化，成穗率和氮素利用效率高于正常施氮，可以达到节氮稳产的效果，提高晚播小麦的经济效益；
基追比例为7∶3时，减氮至150 kg/hm2，与正常施氮相比产量降低不显著，但继续减氮则产量降低幅度较大。因此，江汉平原地区，小麦播期推迟20 d内推荐使用的氮肥运筹模式为：m(底追比例为底肥)∶m(冬前追肥)∶m(拔节期追肥)=1∶1∶1，施氮量可由正常施氮量降为150 kg/hm2。