密度和施氮量对强筋小麦藁优2018产量和抗倒性的影响

刘慧婷，李瑞奇，王红光，李东晓，李浩然

(河北农业大学农学院/作物生长调控河北省重点实验室，河北保定 071000)

密度和施氮量对强筋小麦藁优2018产量和抗倒性的影响

刘慧婷，李瑞奇，王红光，李东晓，李浩然

(河北农业大学农学院/作物生长调控河北省重点实验室，河北保定 071000)

为明确减量播种和减施氮肥对强筋小麦品种藁优2018茎秆质量和抗倒性的影响，采用双因素裂区试验，研究了种植密度(D210，210万株·hm-2；D330，330万株·hm-2；D450，450万株·hm-2)和施氮量(N0，0 kg·hm-2；N120，120 kg·hm-2；N240，240 kg·hm-2)对小麦倒伏高发期茎秆形态的影响，以及抗倒伏指数与茎秆形态指标的相关性。结果表明，在籽粒形成期和蜡熟期，密度由D210增加至D330，小麦茎秆重心高度显著增加，基部节间充实度、秆壁厚度、茎秆机械强度和抗倒伏指数降低；茎秆重心高度以N0最小，N240最高；基部节间秆壁厚度在3个施氮量处理间差异不显著；茎秆充实度、茎秆机械强度和抗倒伏指数随施氮量增加呈降低趋势，但在乳熟期和蜡熟期N120和N240差异不显著。相关分析表明，基部第1节间抗倒伏指数与节间粗度、充实度和第1节间秆壁厚度呈极显著正相关，与第2节间秆壁厚度相关性不显著。逐步回归分析表明，种植密度对小麦抗倒性的影响大于施氮水平。籽粒产量在不同密度处理间差异性不显著，但在不同施氮量间表现为N120和N240处理显著高于N0处理。因此，210万株·hm-2至330万株·hm-2的种植密度和120 kg·hm-2的氮素水平在获得较高产量的同时具有较强的抗倒伏能力，是本试验条件下小麦抗倒高产的最优组合。

小麦；种植密度；施氮量；茎秆质量；抗倒性

小麦倒伏多发生在开花后，随着花前营养器官干物质向籽粒的转运和穗部重量的增加，小麦抗倒伏性能逐渐降低。小麦的一般倒伏会造成产量降低20%～30%，严重倒伏减产超过50%以上。倒伏在造成小麦减产的同时，也显著降低了籽粒的加工品质和营养品质。前人对小麦的抗倒伏性进行了大量研究[1-4]。结果表明，小麦倒伏多发生在基部第1和第2节间，基部节间性状与茎秆的抗倒伏性有着密切的关系[5]，并且株高、茎秆粗度、基部节间秆壁厚度和充实度与茎秆抗倒性密切相关，降低株高能够有效提高植株抗倒性[4,6]。因此，改善小麦茎秆质量，增加基部节间充实度，增强小麦茎秆机械强度是增强小麦抗倒伏能力的重要措施[7-9]。适宜的种植密度有利于构建合理的群体结构，促进产量三要素的协同提高[10]。密度过小虽然能提高单株的抗倒伏能力，但是会导致有效穗数不足，降低籽粒产量；密度过大，则导致田间通风透光不足，个体变弱，抗倒伏能力降低[8,11]。随着氮肥施用量的增加，小麦茎秆节间变得细长，增加茎秆倒伏的风险[12-13]，过量施氮或者种植密度过大都会增加小麦倒伏指数，使小麦抗倒伏能力降低，进而影响小麦籽粒产量[6]。因此，合理配置密度和施氮量对于构建小麦高产抗倒群体至关重要。

河北省是我国小麦主产区之一，一般通过多穗型品种获得大群体，实现高产。大群体小麦生育后期的多风雨气象条件又容易增加倒伏风险。因此，研究河北省小麦高产和群体抗倒伏指数的平衡关系是实现该地区小麦高产稳产的重要内容。前人对种植密度和施氮量与小麦抗倒伏的关系进行了大量研究，但在发展节能减排高效农业的新形势下，通过降低小麦播种量和施氮量，构建高产抗倒伏小麦群体的研究还鲜见报道。本试验通过研究不同种植密度和施氮量对小麦茎秆抗折机械强度、抗倒指数，以及茎秆基部第1、2节间形态特征的变化，探讨其对小麦茎秆抗倒伏能力的影响，从而进一步明确小麦茎秆质量特征与茎秆抗倒伏能力的关系，为小麦高产防倒栽培提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2015-2016年度在河北农业大学粮油作物试验站(河北省保定市清苑区，经度115.5、纬度38.79)进行。试验田0～20 cm 土壤有机质含量为16.20 g·kg-1，全氮含量为0.45 g·kg-1，碱解氮含量为96.25 mg·kg-1，速效磷含量为20.44 mg·kg-1，速效钾含量为94.74 mg·kg-1。以强筋小麦品种藳优2018为材料。

试验采用双因素裂区设计，主区为种植密度(D)，设3个水平，基本苗分别为210万株·hm-2(半精量播种，D210)、330万株·hm-2(试验所在地超高产播种，D330)、450万株·hm-2(当地普通麦田常年播种，D450)；副区为施氮量(N)，设3个水平，分别为：超高产麦田全生育期施纯N 240 kg·hm-2(N240)、减半施氮量120 kg·hm-2(N120) 和不施氮(N0)。共9个处理，3次重复，27个小区，小区面积为45 m2。

前茬玉米收获后立即将秸秆粉碎2遍还田。氮肥基追比为5∶5，追氮时期为小麦拔节期。追施氮肥为尿素(含N 46%)。底施P2O5135 kg·hm-2、K2O 145 kg·hm-2，肥料分别为重过磷酸钙(含P2O546%)和氯化钾(含K2O 60%)。旋耕3遍，最后一次旋耕后镇压。2015年10月13日采用15 cm等行距播种，播后做畦。三叶期按试验设计的基本苗数进行疏苗。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 茎秆性状及抗倒指数的测定

在开花期挂牌标记长势和开花日期一致的主茎，并在籽粒形成期、乳熟期和蜡熟期于每小区随机取标记的10株小麦，测定主茎茎秆的以下性状。

茎秆机械强度测定：取基部第1、2节间，剥除叶鞘，两端置于高50 cm、间隔4 cm的支撑木架凹槽内，将YYD-1A 型茎秆强度测定仪(浙江托普仪器有限公司，杭州)置于茎秆中部并匀速下压，茎秆折断时的峰值即为茎秆抗折力(N)的大小。

茎秆重心高度测定：测定茎秆基部至该茎(带穗、叶和鞘)平衡支点的距离(cm)，取3次测定平均值。

茎秆基部节间抗倒伏指数=茎秆基部节间机械强度/茎秆重心高度[8]。

基部节间充实度测定：即小麦基部节间单位长度干重。基部节间干重：将剥出叶鞘的主茎节间分别在105 ℃烘箱中杀青30 min，80 ℃烘干至恒重后称重。

基部节间粗度和厚度测定：在小麦籽粒形成期、乳熟期和蜡熟期，用游标卡尺测量基部第1、第2节间中部内径和外径。外径代表粗度，节间厚度=(外径-内径)/2

1.2.2 产量及其构成因素的测定

收获前定点调查各小区穗数，计算每公顷穗数。连续取20穗，计数每穗平均粒数。成熟期每小区收获5 m2脱粒，风干后称重，计算实际产量。

用各样点晒干的籽粒测定千粒重。从各小区籽粒中随机数两个500粒并称重，两份重量的差值除以两份重量的平均值，如得数小于或等于5%，将两份重量相加即为千粒重，超过5%的再数第3份，将两份重量相近的相加即为千粒重。

1.3 数据分析

利用Microsoft Excel 2003和SPSS version 19.0软件进行数据统计分析。除籽粒形成期基部第1节间抗倒伏指数外，密度和氮肥水平的互作效应对其他指标的影响均未达到0.05显著水平，因此本文主要分析了这两个因素的主效应。

2 结果与分析

2.1 密度和施氮量对小麦茎秆抗倒伏指数的影响

表1和表2可见，从籽粒形成期至蜡熟期，同一处理的小麦植株重心高度逐渐提高，而小麦茎秆基部节间机械强度和节间的抗倒伏指数逐渐降低。说明小麦开花后，随着生育进程的后延，小麦植株的抗倒伏能力逐渐降低。这可能与小麦开花后顶部穗重持续增加，茎秆积累的干物质因向籽粒转运而减少有关。在小麦花后同一时期，同一处理茎秆基部第1节间的机械强度和抗倒伏指数都大于基部第2节间，说明茎秆基部第1节间性状对小麦植株抗倒伏性能的贡献率较大。

小麦植株抗倒性在相同生育时期的不同密度间差异表现为：重心高度随着密度的增加而增高，茎秆基部节间机械强度和抗倒伏指数都随着密度的增加而降低。在乳熟期和蜡熟期，基部第1节间的机械强度在3个密度间差异显著；基部第1和第2节间抗倒伏指数在3个密度间差异均显著。说明低密度处理有利于降低重心高度，提高茎秆基部节间机械强度和抗倒伏能力。

表1 密度和施氮量对小麦重心高度和机械强度的主效应Table 1 Effect of planting density and nitrogen level on height of gravity center and stem mechanical strength of wheat

同列数据后不同字母表示因素水平间差异达0.05显著水平。下同。

Different letters after the same column values mean significant difference among factor levels at 0.05 level.The same below.

小麦植株抗倒性在相同生育时期的不同施氮量处理间差异表现为：重心高度随着施氮量的增加而增加，基部第1和第2节间的机械强度和抗倒伏指数随施氮量的增加而降低。说明适当降低高产麦田施氮量，有利于提高植株抗倒伏能力。

2.2 密度和施氮量对小麦茎秆基部节间充实度的影响

表3显示，从籽粒形成期至蜡熟期，同一处理的基部第1、2节间充实度均逐渐降低。 同一生育时期的不同密度之间，小麦茎秆基部第1、2节间充实度均表现为随密度的增加而降低。同一生育时期的不同施氮量间表现为：在籽粒形成期，基部第1节间充实度随施氮量增加显著降低；基部第2节间充实度表现为N0和N120 显著高于N240处理。在乳熟期和蜡熟期，N120基部第1、2节间充实度显著低于N0处理，与N240处理无显著差异。说明在本试验条件下，降低种植密度和施氮量有利于提高小麦基部节间的充实度，从而提高小麦植株的抗倒伏性。

表2 密度和施氮量对小麦抗倒伏指数的主效应Table 2 Effect of planting density and nitrogen level on lodging resistance index of wheat

表3 密度和施氮量对小麦基部节间充实度的主效应Table 3 Effect of planting density and nitrogen level on the filling degree of basal internode of wheat

2.3 密度和施氮量对小麦茎秆基部节间粗度和秆壁厚度的影响

由表4可见，从籽粒形成期至蜡熟期，同一处理的小麦茎秆基部第1、2节间粗度都呈降低趋势。在籽粒形成期和乳熟期，各处理的小麦茎秆基部第1节间粗度均小于第2节间。而小麦茎秆基部第1节间秆壁厚度大于第2节间。

同一生育时期的不同密度之间比较，除个别处理外，小麦茎秆基部第1、2节间粗度和秆壁厚度随密度增加而降低(直径变小，秆壁变薄)，D210的小麦茎秆基部第1、2节间秆壁厚度显著高于D330和D450，表明D210更有利于提高小麦的茎秆质量，提高抗倒性，防止倒伏。同一种植密度下的不同施氮量之间比较，在乳熟期和蜡熟期，施氮量对基部第1、2节间粗度的影响不显著；在籽粒形成期，N120的基部第1、2节间粗度显著大于N0。基部第1、2节间秆壁厚度在各施氮量处理间差异均不显著。说明施氮量对小麦籽粒形成期基部节间粗度的影响较大，适宜的施氮量有利于小麦基部节间增粗，防止灌浆前期的倒伏。

表4 密度和施氮量对小麦基部节间粗度和秆壁厚度的主效应Table 4 Effect of planting density and nitrogen level on the diameter and wall thickness of wheat

2.4 茎秆形态指标与抗倒伏指数的相关性

通过茎秆形态指标与小麦茎秆抗倒伏指数的相关性分析(表5)发现，基部第1节间充实度和第2节间粗度分别与基部两个节间的抗倒伏指数的相关性都达到0.01的显著水平；基部第1节间杆壁厚度和粗度分别与基部两个节间的抗倒伏指数的相关性达到0.01或0.05的显著水平；基部第2节间充实度与基部第1节间的抗倒伏指数的相关性达到0.01的显著水平；基部第2节间杆壁厚度与基部两个节间的抗倒伏指数的相关性都不显著。说明基部第1节间茎秆形态对小麦抗倒性的影响程度高于基部第2节间。结合不同种植密度和施氮量对小麦茎秆形态的主效应分析结果可知，通过适当减少播种量和施氮量可有效增加茎秆节间充实度和粗度，改善茎秆质量，有利于增强小麦茎秆抗倒性能。

表5 小麦茎秆形态指标与抗倒伏指数的相关系数Table 5 Correlation coefficients between stem lodging resistance index with stem morphological characters of wheat

*：P<0.05；**：P<0.01.

2.5 种植密度和施氮量与抗倒伏指数的回归分析

利用逐步回归分析法，分别获得小麦茎秆基部第1和第2节间抗倒伏指数的回归方程y=0.613-0.011x1-0.001x2和y=0.453-0.007x1-0.001x2。其中，x1为种植密度，x2为施氮量，y为抗倒伏指数。说明密度效应对抗倒伏指数的影响大于氮肥效应。

2.6 密度和施氮量对小麦产量及其构成因素的影响

由表6可见，不同密度处理间，籽粒产量差异不显著，但在不同产量构成因素方面表现出不同的差异规律。单位面积穗数随着密度的增加而显著增加；穗粒数随着密度的增加呈降低趋势，D450的穗粒数显著低于D210；千粒重随着密度的增加呈先增加后降低的趋势，D450的千粒重显著低于D330。说明降低高产麦田密度不会显著降低小麦产量，但对各项产量构成因素有显著影响。

不同施氮量处理间，小麦籽粒产量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，以N120产量最高。随施氮量的增加，穗数和穗粒数增加，千粒重降低。各施氮量处理间穗数的差异均达到显著水平。说明在本试验条件下，适当减少施氮量可以保证高产。

表6 密度和施氮量对小麦产量及其构成因素的主效应Table 6 Effect of planting density and nitrogen level on yield and yield components

3 讨 论

3.1 小麦茎秆形态指标与茎秆抗倒伏性的关系

小麦茎秆形态与植株倒伏程度关系密切。植株高矮并不代表某一品种抗倒能力的强弱，还应与该品种茎秆性状联系起来统一考虑[6]。有关研究发现，小麦茎秆抗倒伏能力与基部第2节间的健壮程度相关性最大[15-16]，小麦茎秆抗倒指数与基部第2节间的外径和壁厚呈极显著正相关[17]，第1和第2节间单位长度干重与茎秆抗倒伏指数呈正相关[18]。本试验中，小麦基部第1节间抗倒指数与基部两个节间粗度、充实度和第1节间秆壁厚度呈极显著正相关，这与王成雨等[16]研究结果相似。而基部第2节间的秆壁厚度和茎秆的抗倒指数的相关性不显著。比较而言，提高小麦植株的抗倒伏性的重点应是提高基部第1节间的抗倒能力。

3.2 种植密度对小麦茎秆抗倒伏性的影响

种植密度和氮肥能影响小麦茎秆形态结构和抗倒性[19]。从籽粒形成期至蜡熟期，高氮处理和高密度处理的倒伏率均显著大于低氮处理和低密度处理[16]。本研究中，密度和施氮量对茎秆重心高度、基部节间粗度、充实度、机械强度以及抗倒伏指数均无交互作用。种植密度对小麦抗倒伏性能的影响大于施氮水平的影响，这与冯盛烨[20]的研究结果相似。降低种植密度可以降低小麦株高，茎秆粗壮，但是种植密度过低会导致有效穗数不足，降低籽粒产量[8]；密度过大，则导致田间通风透光不足，基部节间储藏物质过多过早地向穗部转运，个体变弱[10,12,21]。本研究结果表明，低密度处理(即D210)获得了最低的重心高度和最高的基部节间粗度、充实度和机械强度，茎秆基部第1、第2节间的抗倒伏指数最高，有利于提高作物的抗倒伏能力。高密度不利于叶片的伸展，通风透光差，导致群体光合性能和干物质的积累与转运受到影响，植株茎秆变细，茎秆中可溶性总糖、氮、淀粉和木质素含量降低[9,11,16,20]，增加倒伏风险。在一定范围内随着密度的提高，基本苗最多的产量最高[22]。本试验中，密度对产量的影响差异不显著。因此，在本试验条件下，从确保获得较高产量和降低小麦倒伏风险两方面同时考虑，D210和D330为较适宜的种植密度。

3.3 施氮量对小麦茎秆抗倒伏性的影响

施氮量过低，会导致群体数量下降，最终产量降低[23]；施氮量过多，则会导致小麦营养生长过旺，无效分蘖增加，并且贪青晚熟，容易发生倒伏[6,13]。氮肥的大量施用可促使节间细长，株高增加，重心高度上升，茎秆机械强度降低，导致小麦倒伏风险增加[24]。本试验中穗数和穗粒数随着施氮量的增加而增加，千粒重随施氮量的增加而降低。产量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，即施氮量过低或过高均不利于产量的提高，这与房琴等[25]研究结果一致。N240处理的重心高度高于N0，但是N240处理的基部节间机械强度和抗倒伏指数低于N0，N120处理各项茎杆形态学和力学指标值多介于N0和N240之间，这是由于肥用量过大，会造成小麦群体过大，过早过多地消耗茎秆基部节间的可溶性碳水化合物，木质素和纤维素合成减少，C/N比下降，导致基部茎秆细弱，茎秆基部节间机械强度和抗倒伏指数下降，增加小麦倒伏风险[17,26-27]。因此，本研究从确保获得较高产量和降低小麦倒伏风险两方面同时考虑，中等施氮量(N120)较为适宜。

4 结 论

综合本研究结果，在本试验条件下，较低密度(即D210和D330)和减施氮量(即N120)处理为较适宜组合。在适宜施氮量条件下，通过适当降低密度，建立合理的群体结构，能够降低重心高度，增加基部节间粗度、厚度和充实度，增加茎秆机械强度，提升茎秆质量及抗倒性能，为小麦高产栽培奠定良好的群体和个体生长基础。

由于2015年小麦播种期较正常年份推迟7 d，加之冬前降温提早14 d，各生育时期的群体总茎数较正常年份降低30%左右，使得各密度处理间产量差异不显著。因此，在小麦生产中还应该根据具体的播期和温度年型等，确定适宜播种量，确保适宜成穗数。

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EffectofPlantingDensityandNitrogenFertilizationRateonLodgingResistanceandGrainYieldofStrongGlutenWheatGaoyou2018

LIUHuiting,LIRuiqi,WANGHongguang,LIDongxiao,LIHaoran
(College of Agronomy,Hebei Agricultural University/ Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province,Baoding,Hebei 071000,China )

In order to clarify the effects of reducing sowing and reducing nitrogen fertilization on stem quality and lodging resistance of strong gluten wheat and the correlations between lodging resistance index and morphological characters of stem in the test area, a split plot design was carried out, with planting density (including 2.1 million, 3.3 million, and 4.5 million plants per hectare) as main plot, and nitrogen fertilization rate (including 0 kg·hm-2, 120 kg·hm-2(N120), and 240 kg·hm-2(N240)) as split plots. The results showed that planting density (2.1 million, 3.3 million plants per hectare) significantly increased the height of gravity center,but decreased filling degree and wall thickness of basal internodes,stem mechanical strength and lodging resistance index during grain forming stage to ripening stage. Height of gravity center in N0 was the shortest, but was the tallest in N240 among the three nitrogen levels. It is insignificantly correlated with the wall thickness of the basal internodes among the three nitrogen levels. Higher nitrogen decreased filling degree of basal internodes,stem mechanical strength and lodging resistance index,the differences of which were insignificantly in nitrogen treatments (N120 and N240) during milking stage to ripening stage. Correlation analysis showed that the lodging resistance index of the 1st internode was significantly positively correlated with the diameter, filling degree of basal internodes and wall thickness of the 1st internode, but it was insignificantly correlated with the wall thickness of the 2nd internode. Stepwise regression analysis indicated that planting density had more important effects on lodging resistance than nitrogen application. The grain yield was not significantly different under different densities, but those under N120 and N240 treatments were significantly higher than that under N0 treatment among different nitrogen levels. The model (plant density of 2.1 or 3.3 million plants per hectare and nitrogen application of 120 kg·hm-2) is optimal for lodging resistance and yield components of Gaoyou 2018 under the conditions of this experiment.

Wheat; Planting density; Nitrogen fertilization rate; Stem quality; Lodging resistance

时间：2017-12-11

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20171211.1106.026.html

2017-03-28

2017-10-09

国家小麦产业体系专项(CARS-03-05)

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李瑞奇(E-mail：li-rq69@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)12-1619-08