稻茬过晚播扬麦25产量形成与氮素积累利用特征

王梦尧,马 泉,陶 源，张明伟,2,丁锦峰,朱 敏,李春燕，朱新开,郭文善

(1.扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009;2.扬州市农业技术推广站，江苏扬州 225009)

稻麦两熟是江苏省粮食作物主要种植模式。近年来由于生产中大面积推广偏迟熟粳稻品种以及小苗机插秧方式或直播方式的应用，水稻收获期推迟,加之水稻收获后多遇阴雨天气,土壤墒情差，导致稻茬晚播小麦面积逐年增加，晚播面积占江苏省小麦播种面积的50%以上，播期甚至推迟至12月份(江苏省夏熟生产技术总结资料汇编，2014-2017)。江苏省苏中地区稻茬小麦的适宜播期为10月25日至11月5日，播期较适播期推迟10 d以上称为晚播，较适播期推迟30 d以上称为过晚播[1]。小麦播种推迟会引起温光条件不足，导致小麦播种后出苗缓慢和苗小苗弱，越冬期难以形成壮苗越冬，生育期缩短，后期干物质积累量减少，产量下降[2]；与适期播种比较，每晚播5 d小麦减产7%～10%[3]。晚播小麦要实现高产稳产,除了选择前期出苗快、分蘖性好、后期耐高温抗穗发芽品种外[4-5]，关键要建立合理的群体结构[6-7]。张明伟等[8]研究表明，扬麦23在施氮量225 kg·hm-2条件下,晚播10 d的适宜密肥组合为基本苗270×104株·hm-2，氮肥运筹为 5∶1∶2∶2或4∶2∶1∶3；晚播30 d的适宜密肥组合为基本苗330×104株·hm-2，氮肥运筹 5∶1∶2∶2或6∶0∶2∶2，群体结构合理，可以实现6 750 kg·hm-2以上产量水平。

小麦是需氮较多的粮食作物之一,产量与需氮量呈显著正相关。李瑞珂等[9]研究表明,花前积累的氮素占小麦籽粒氮素的70%左右,而花后积累的氮素仅占30%左右。播期和种植密度都是调节小麦氮素积累、转运、分配的有效途径[10]，适当增加密度可以促进晚播小麦植株花前与花后干物质及氮素的积累,提高氮素积累对籽粒氮素的贡献率,从而增加产量和氮肥利用率[11-12]。有关晚播小麦产量形成以及稳产栽培调控途径已有大量研究报道，而有关过晚播对小麦产量及氮肥吸收利用影响的报道较少，且晚播及过晚播亦是江苏省小麦生产中限制产量提升的关键因素。本研究拟采用大面积推广应用的扬麦25，分析两种种植密度下适期播和过晚播小麦产量及氮素吸收利用的差异，以期为稻茬过晚播小麦稳产和氮素高效利用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

试验于2018-2019和2019-2020年度在扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室试验场进行。试验地前茬为水稻，土质为砂壤土，两年度 0～20 cm土层有机质含量分别为14.2和22.8 g·kg-1，全氮含量分别为1.06和1.20 g·kg-1，速效氮含量分别为74.2和96.4 mg·kg-1，速效磷含量为47.6和65.3 mg·kg-1，速效钾含量为102.0和174.6 mg·kg-1。

1.1 试验设计

供试小麦品种为扬麦25。以播种期为主区，设11月1日(适期播种)和12月1日(过晚播种)2个水平；以密度为副区，设225×104株·hm-2和375×104株·hm-22个水平。施氮量为225 kg·hm-2，氮肥运筹(基肥∶分蘖肥∶拔节肥∶孕穗肥比例)为5∶1∶2∶2，基肥于播种前施用，分蘖肥于4到5叶期施用，拔节肥于叶龄余数 2.5叶时施用，孕穗肥于叶龄余数0.8～1.2叶施用；磷(P2O5)、钾肥(K2O)为90 kg·hm-2，基施与拔节期追施各占50%，施用肥料为尿素(含N量为46%)和复合肥(N―P2O5―K2O含量为15%―15%―15%)。人工条播，行距27 cm，3叶期定苗，重复3次，小区面积为9 m2，适期播小麦5月29日收获，过晚播小麦6月1日收获。

1.2 测定项目

1.2.1 生育进程调查与气象数据记录

观察记载播种期、出苗期、越冬期、拔节期、孕穗期、开花期和成熟期的具体日期。采用ZQZ-A型(英国)自动气象站记录气象数据。

1.2.2 植株氮素含量测定

分别于分蘖期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期在每个小区取样20株，每个处理按不同器官分样，样品在105 ℃杀青60 min，80 ℃烘干至恒重，测定干物质积累量。采用H2SO4-H2O2靛酚蓝比色法测定植株氮含量，重复3次。

1.2.3 产量及其构成因素测定

成熟期每个小区调查单位面积有效穗数和每穗结实粒数，收获1 m2计实际产量，水分含量用FOSS-370型(美国)近红外线谷物分析仪测定，折算成籽粒含水率为13%的产量，重复3次。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2014进行数据统计和绘图,用DPS进行统计分析，用LSD法进行显著性及方差分析。氮素相关指标计算公式参考江东国等[13]和马尚宇等[14]的方法。2020年小麦拔节至开花期因疫情未能及时取样，部分数据缺失。

2 结果与分析

2.1 过晚播对小麦温光资源及生育进程的影响

播期对小麦生育进程有显著的影响(表1)。与11月1日适期播小麦相比，12月1日过晚播种小麦因气温降低，播种至出苗≥0 ℃积温减少28.5 ℃,所需时间延长9 d；出苗至分蘖始期日照减少了62.3 h，积温减少253.0 ℃，降雨量减少55.6 mm，该生育阶段天数缩短13 d；气温在2月初开始回升，拔节至开花期阶段缩短9 d；开花至成熟期日照减少46.1 h,积温减少125.0 ℃，生育进程时间缩短9 d；全生育进程缩短27 d。过晚播小麦分蘖至开花期积温明显高于适播小麦，占全生育期积温的46.12%，全生育期≥0 ℃积温与适期播种相比减少250.5 ℃，收获推迟2 d。

表1 过晚播与适播小麦生育期及温光资源的差异(2018―2019)Table 1 Differences in temperature and light resources at various growth stages between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat(2018―2019)

2.2 播期和种植密度对小麦产量及其构成的影响

播期和种植密度均显著影响小麦产量及其构成(表2)。在相同密度条件下，过晚播处理的产量均低于适播处理，在低密度(225×104株·hm-2)条件下两年度分别减产21.57%和 19.17%，在高密度(375×104株·hm-2)条件下分别减产3.50%和5.26%。适播条件下，高密度处理的穗数高达608.33×104·hm-2，但穗粒数和千粒重较低，因此两年产量较低密度处理分别减少666.96和898.93 kg·hm-2，说明适播小麦密度过高时，穗粒数和千粒重的显著下降是其产量难以提高的主要原因。过晚播条件下，基本苗增加至375×104株·hm-2时，两年度穗数分别达到587.65×104和526.23 ×104·hm-2，与过晚播低密度处理相比均显著增加，与适播低密度处理相比略增或差异不显著，充足的穗数弥补了过晚播导致穗粒数的不足；两年度过晚播高密度处理产量分别达到8 056.14和8 203.45 kg·hm-2，较过晚播低密度处理分别增加 13.93%和6.18%，较适播低密度处理分别减少 10.64%和14.17%，差异均显著。

表2 过晚播与适播小麦产量及其构成的差异Table 2 Differences in grain yield and its components between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat

2.3 过晚播小麦的氮素积累分配与转运特征

2.3.1 氮素积累量

播期和密度均显著影响各生育时期植株氮素积累量(表3)。相同密度条件下，过晚播处理的各生育时期植株氮素积累量均低于11月1日适播处理，低密度条件下成熟期植株氮素积累量在两年度分别较适播处理减少52.52和54.92 kg·hm-2，在高密度条件下分别减少19.68和21.36 kg·hm-2，且茎鞘和籽粒的氮素积累量显著低于适播处理。适播条件下，高密度处理分蘖期和拔节期植株氮素积累量均高于低密度处理，但孕穗期之后逐渐低于低密度处理，成熟期各器官的氮素积累量除叶片氮素积累外(2019―2020)均低于低密度处理，其中茎鞘和籽粒的差异达到显著，因此两年度成熟期植株氮素积累量较低密度处理分别减少19.53和14.75 kg·hm-2，说明密度过高不利于适播小麦孕穗期、开花期及成熟期植株积累氮素，成熟期营养器官总的氮素积累量和籽粒的氮素积累量均减少；过晚播条件下，高密度处理各生育时期的植株氮素积累量均高于低密度处理，成熟期各器官氮素积累量除茎鞘外均高于低密度处理，除叶片外差异均显著，两年度成熟期氮素积累量较低密度处理分别提高了13.31和18.81 kg·hm-2，说明过晚播时增加密度有利于小麦各生育时期植株积累氮素，促进成熟期营养器官及籽粒的氮素积累。

表3 过晚播与适播小麦生育期氮素积累量 Table 3 Nitrogen accumulation during growth period between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat kg·hm-2

2.3.2 不同生育阶段氮素吸收量、吸收速率及吸收百分率

不同播期下小麦花前各生育阶段的氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率均在拔节至开花期达最大值(表4)。相同密度条件下，过晚播小麦的开花前各生育阶段氮素吸收量均低于适播处理，氮素吸收速率和吸收百分率在分蘖至拔节期低于适播处理，但播种至分蘖期和拔节至成熟期高于适播处理或差异不显著。低密度条件下过晚播处理的开花至成熟期氮素吸收量、吸收速率和吸收百分比分别较适播处理减少29.42%、0.10 kg·hm-2·d-1和1.32%，而在高密度条件下分别提高24.90%、0.30 kg·hm-2·d-1和 4.85%。适播条件下，高密度处理的播种至分蘖、分蘖至拔节期氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率高于低密度处理，但拔节至开花期、开花至成熟期显著低于低密度处理，开花至成熟期氮素吸收量、吸收速率和吸收百分比较低密度处理分别减少28.57%、0.22 kg·hm-2·d-1和3.56%，说明高密度有利于适播小麦生育前期的氮素吸收，但显著降低其拔节后阶段氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率；过晚播条件下，高密度会促进小麦分蘖至拔节期和开花至成熟期的氮素吸收，开花至成熟期氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率较低密度处理分别提高了26.38%、0.18 kg·hm-2·d-1和 2.61%，说明小麦过晚播时提高密度有利于增加分蘖至拔节期和开花至成熟期阶段氮素吸收速率，从而促进阶段氮素的吸收。

表4 过晚播小麦与适播小麦不同生育阶段氮素吸收量、吸收速率及吸收百分率的差异(2018―2019)Table 4 Differences in nitrogen uptake amount,nitrogen absorption rate and percentage of nitrogen absorption between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat at different growth stages(2018―2019)

2.3.3 氮素利用率

过晚播处理的小麦氮素利用率较适播处理均有所下降(表5)。相同密度下，过晚播处理的氮肥偏生产力、氮素生理效率、农学利用效率、氮收获指数均低于适播处理。低密度下，过晚播处理的氮肥表观利用率两年度较适播处理分别降低了12.14%和11.09%；高密度下，过晚播处理分别较适播处理增加了4.45%和2.48%，较适播低密度处理仅下降8.8%和4.1%。适播条件下，低密度处理的氮肥农学利用效率、氮肥偏生产力、氮素收获指数和氮肥表观利用率均高于高密度处理，氮素生理效率低于高密度处理；过晚播条件下，除氮素生理效率外，氮肥农学效率、偏生产力和氮肥表观利用率以及氮收获指数均高于高密度处理。表明适播低密度处理和过晚播高密度处理的氮肥吸收利用能力较强。

表5 过晚播小麦与适播小麦各生育时期氮素利用率的差异Table 5 Differences in nitrogen use efficiency between extremely-late sowing and suitable-sowing wheat

3 讨 论

3.1 过晚播小麦生育进程与产量

前人研究认为,随着播期的推迟及生态条件的改变，晚播小麦生长发育形成了与适期播种不同的特点，各主要生育时期均延迟，每推迟10 d播种，播种至出苗所需天数增加1～5 d，成熟收获期推迟1～2 d；而密度对晚播小麦生育进程的影响不大[15]。本研究结果则表明，播期推迟30 d后，小麦播种至出苗时期延长9 d，分蘖期、拔节期、孕穗期、开花期和成熟期相应推迟，但收获期仅推迟 2 d，生育进程缩短27 d。王云彬[16]也认为，小麦各生育阶段的气温变化影响着小麦的出苗、分蘖以及籽粒灌浆,最终影响着小麦的产量，日照时间的长短影响积温的变化，进而影响产量，降雨量对各生育期的生长状况影响较小。本研究也发现，从12月1日播种至出苗的日照时数虽增加10.4 h，但积温减少28.5 ℃，导致出苗缓慢。随着外界气温逐渐升高，分蘖至开花期积温显著增加，提供全生育期46.11%的积温，相比适播处理增加了 21.02%，小麦生育进程明显加快。

播期、密度等栽培措施均对小麦产量有不同程度的影响。赵 倩等[17]研究指出，小麦产量构成三因素的变异系数表现为穗数>穗粒数>千粒重，通过增加播种密度稳定穗数来实现晚播小麦稳产相对容易。本试验中，过晚播低密度处理的穗数相比适播低密度处理在两个年度分别下降了3.58%和8.44%，过晚播高密度处理的穗数相比过晚播低密度处理在两个年度分别增加了 15.81%和7.70%，两个年度分别增产13.93%和 6.17%；与适播低密度处理相比，过晚播高密度处理的穗数变化不显著或略有提升，两年度分别减产10.64%和14.17%。这说明在过晚播条件下增加密度可以构建合理的群体结构,促进产量构成因素的协调发展。小麦晚播后增加了籽粒灌浆期间高温逼熟的风险，尤其是灌浆前期(花后0～10 d)遇高温天数较长和灌浆速率降低，导致千粒重显著降低[18-21]。何井瑞等[22]研究表明,晚播 7 d、14 d、21 d条件下，同一播期下随着基本苗的增加，穗数均显著增加，穗粒数呈下降趋势，但千粒重没有明显变化规律，与上述研究结果的不同原因可能是种植区域生态环境差异大或是济麦22的耐热性较好，导致千粒重变化不显著。本研究结果与何井瑞等[23]研究结果基本一致，过晚播种的小麦分蘖能力减弱，有效穗数低于适播，无效小穗数增多，导致穗粒数下降，千粒重规律不明显。本试验中，适播下高密度处理的穗数高于低密度处理，穗粒数和千粒重则表现相反，导致产量偏低，两年度分别减产666.96和878.93 kg·hm-2；过晚播下高密度处理的穗数和千粒重显著高于低密度处理，穗粒数则相对较低，在35粒左右，产量构成三因素相互协调，能实现稳产。因此，适播小麦采用225×104株·hm-2密度就能使产量构成因素相互协调，最终获得高产，而密度过高反而减产；过晚播小麦适当增加种植密度可提高单位面积的穗数和千粒重，能够弥补播种过晚导致的小麦穗分化进程缩短引起穗粒数低的负效应，从而实现稳产。

3.2 过晚播小麦氮素积累分配与转运特征

小麦籽粒中的氮素约有20%～30%来自开花后植株同化，70%～80%来自营养器官的花后转运[8,23]，且开花至成熟期是决定小麦籽粒产量和氮素利用效率高低的关键时期[13，24-25]。沈学善等[26]研究指出，密度提高至225×104～300×104株·hm-2时能够有效调节晚播14 d小麦群体的氮素积累、转运和分配，兼顾高产和高效。石祖梁[27]研究认为,在一定范围内，氮素转运量和氮素转运效率随种植密度的增加而增加，但是张娟[28]认为，增加密度虽然能促进泰农18的氮素吸收，但密度过高不利于氮素在植株体内的再循环利用，在270×104～405×104株·hm-2密度条件下，营养器官花前贮藏干物质转运量及其对籽粒产量的贡献率显著增加，可促进氮素在植株体内向籽粒的再分配，实现产量和氮素利用效率的同步提高。本研究结果表明，适播条件下，高密度处理的成熟期和花后氮素积累量低于低密度处理；而过晚播条件下，增加密度可使氮素吸收速率和吸收百分比显著提高至0.85 kg·hm-2·d-1和17.61%，籽粒氮素积累比例也提高，说明过晚播小麦提高密度可增加氮素从源到库的转运量，有利于稳定穗粒数和千粒重，从而稳定产量。

有研究表明，相同施氮量下适当增加播种密度虽然降低了植株氮素含量[29-30]，但显著增加群体开花后氮素同化量，有利于增加氮素转运量及转运效率；在适播条件下,增大播种密度有利于提高花前同化物的转运量及其对籽粒产量的贡献率[31-32]。而张小涛等[33]研究表明,增大播量显著提高了花后同化物的积累及其对籽粒产量的贡献率,但不利于花前氮素转运。马尚宇[14]以小麦品种安农大1216为试验材料，研究得出，11月12日晚播处理相比10月12日适播处理显著降低了花后干物质积累量，增加氮素利用效率。Arduini等[30]和李 瑞等[34]认为，晚播显著影响小麦花前氮素转运与其贡献率。这些研究结果存在差异，可能是由于晚播的天数及参试品种的差异造成的。在本研究中，当密度提高至375×104株·hm-2时，12月1日过晚播小麦的各生育时期氮素积累量及分蘖至拔节和开花至成熟阶段氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率均显著增加，拔节至开花期的阶段氮素吸收量、吸收速率和吸收百分率会降低，这可能归因于种植密度过大会限制花前小麦根系生长,地下部向地上部转运同化物受到抑制。过晚播下高密度处理的氮肥偏生产力、农学利用效率和氮收获指数较低密度处理均显著升高，氮肥表观利用率在40%左右，说明过晚播小麦在375×104株·hm-2密度条件下可保证花前贮藏氮素转运至籽粒中，提高花后氮素贡献率，从而提高氮素利用效率。

4 结 论

播种过晚会延长小麦播种至出苗天数，加快小麦拔节后的生育进程，全生育期缩短27 d。过晚播条件下适度增大密度可因为增加穗数弥补了穗粒数不足对产量造成的损失，平均产量达8 000 kg·hm-2以上，实现稳产。播种过晚降低了小麦花前各阶段氮素积累和部分氮素利用率指标。与过晚播低密度相比，过晚播小麦密度增加至375×104株·hm-2时，各生育时期氮素积累量和播种至分蘖、分蘖至拔节、开花至成熟期的阶段氮素吸收量显著提高，成熟期除茎鞘外各器官的氮素积累量亦显著增加，促进花后氮素的吸收转化，氮肥吸收利用能力显著提升。在过晚播条件下，扬麦25采用375×104株·hm-2密度可稳定穗数，协调穗粒数与粒重，提高氮素高效吸收和利用能力。