稻茬过晚播小麦高产密度和氮肥调控效应分析

张明伟 丁锦峰 朱新开 郭文善

（1 江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学小麦研究中心，225009，江苏扬州；2 扬州市农业农村局，225000，江苏扬州）

种植密度、施氮量及氮肥运筹对小麦籽粒产量、品质形成以及氮素利用效率具有重要影响[1-4]。增加播种密度和适时追肥可提高晚播小麦籽粒产量与经济效益，同时改善籽粒品质[5-7]。适宜的播种量和施氮量可促进晚播小麦生长，提高产量[8]。曹倩等[9]认为，在相同施氮量条件下，小麦产量随播种量的增加呈先上升后下降的趋势；相同播种量条件下，一定范围内，施氮量增加，产量提高，施氮量超过适宜值，小麦产量增加不显著，甚至下降[10-12]。孙和平等[13]研究认为，扬辐麦4 号在晚播条件下，施氮量在219～336kg/hm2内的产量均可达到7500kg/hm2左右。在一定范围内，随施氮量的增加，小麦产量及氮素吸收利用效率同步提高，二者之间存在正相关关系；孕穗期施氮肥的增产效果与氮利用效率高于基苗肥，提倡在适宜穗数条件下氮肥后移[14]。过多或不合理地施用氮肥不仅难以达到提高小麦产量的目的，还会导致氮肥利用效率降低，成本增加[15]。

密度和氮肥互作对小麦籽粒品质有显著的调控作用。密度与小麦籽粒蛋白质含量呈二次曲线关系，密度过大或过小均会引起蛋白质含量降低，密度对湿面筋含量及沉淀值的影响很小，密度过大还会导致籽粒角质率下降[16]。适当提高小麦中后期施氮比例，可以提高强筋小麦籽粒蛋白质含量[3,17-18]；拔节期至孕穗期追肥有利于改善强筋小麦籽粒品质[19]。

目前，由于长江中下游冬小麦区前茬水稻中晚熟品种、水稻机插秧和直播稻等轻简栽培技术的推广应用，使水稻成熟期大幅度推迟，小麦适期播种面积缩减，晚播与过晚播面积逐年扩大。尤其过晚播条件下小麦抗逆能力下降，产量大幅度下降，种植风险增加，效益降低，严重制约了小麦生产潜力的发挥。在江苏省稻麦两熟地区，这一矛盾尤为突出，已成为栽培学家广泛关注的热点问题。前人关于适播小麦高产栽培措施对产量、氮素利用率以及品质的影响已有大量的研究报道，并总结形成适播小麦生产的优质高产栽培理论与技术体系，但对于稻茬过晚播（较适播期推迟30d 以上）小麦的高产栽培技术及其对产量、氮素利用率、品质以及经济效益的影响鲜有报道。本试验在过晚播条件下，采用种植密度、施氮量与氮肥运筹三因素裂区试验，研究栽培措施组合对小麦产量、氮素利用率、品质以及经济效益的影响，探索适合过晚播小麦高产栽培技术体系，为稻茬过晚播小麦高产栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015-2017 年在江苏省兴化市钓鱼镇基地（119°98′E，33°09′N）进行，基地属于江苏里下河农业生态区，前茬作物为水稻，土质为壤土，0～20cm 土层含有机质23.16g/kg、全氮0.554g/kg、速效氮57.03mg/kg、速效磷75.21mg/kg、速效钾163.16mg/kg。

1.2 试验设计

供试小麦品种为扬麦23，分别于2015 年12月5 日和2016 年12 月9 日播种（较当地适宜播期迟30d 以上，简称过晚播），采用三因素裂区设计，3 次重复。以种植密度为主区，设270 万、330 万、390 万株/hm23 个水平；以施氮量为裂区，设180、225、270kg/hm23 个水平；氮肥运筹为小裂区，设基肥:分蘖肥:拔节肥:孕穗肥为4:2:1:3、5:1:2:2、6:0:2:2 这3 个水平。另外对应3 个密度设置无肥处理用于计算氮效率指标。基肥于播种前施用，分蘖肥于小麦4～5 叶期施用，拔节肥于叶龄余数2.5时施用，孕穗肥于叶龄余数0.8～1.2 施用；磷肥和钾肥施用量均为90kg/hm2，基施与拔节期各追施50%。采用机械条播，行距20cm，小区面积50m2。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 植株氮含量及相关指标 于成熟期每个小区取样20 株，按不同器官进行分样，105℃杀青60min 后80℃烘干至恒重，粉碎后采用半微量凯氏定氮法测定含氮率，计算氮素吸收量。采用霍中洋等[20]和石玉等[21]的方法计算氮肥偏生产力、氮素农学效率、氮素生理效率和氮素表观利用率。

氮肥表观利用率（N apparent utilization，NAR，%）=（施肥处理氮素吸收量–不施肥处理氮素吸收量）/施氮量×100；氮肥偏生产力（nitrogen fertilizer partial productivity，NFPP，kg/kg）=施肥处理籽粒产量/施氮量；氮素农学效率（nitrogen agronomic efficiency，NAE，kg/kg）=（施肥处理籽粒产量–不施肥处理籽粒产量）/施氮量；氮素生理效率（nitrogen physiological efficiency，NPE，kg/kg）=（施肥处理籽粒产量–不施肥处理籽粒产量）/（施肥处理氮吸收量–不施肥处理氮吸收量）。

1.3.2 产量及其构成因素 于成熟期每个小区选取3 个行长1m 测穗数；连续取50 穗，测穗粒数；按13%水分计算千粒重。每小区收割1.0m2测定产量，重复3 次。

1.3.3 籽粒品质 用半微量凯氏定氮法测定氮含量（FOSS KJeltec 8200）；采用布拉班德（Brabender）磨粉仪磨成面粉，用GM2200 型面筋仪测定湿面筋含量；釆用SDS 常量法测定面粉沉降值；采用双波长法测定直链淀粉和支链淀粉含量；采用HGT-1000 型容重仪（上海东方衡器有限公司）测定籽粒容重。

1.3.4 经济效益 小麦收购价格分别为1.88 元/kg（2016 年）和2.28 元/kg（2017 年），小麦种子价格4.40 元/kg，尿素2.25 元/kg，复合肥2.40 元/kg，播种及收割费用各1200元/hm2，药剂费750元/hm2，打药与施肥人工费300 元/（hm2∙次）。

1.4 数据处理

采用Excel 2003 建立数据库，用SPSS 19.0 和SigmaPlot 10.0 进行数据计算和统计分析。

2 结果与分析

2.1 密度、施氮量与运筹比例对过晚播小麦产量及其构成因素的影响

由表1 和表2 可以看出，当施氮量和运筹比例相同时，密度增加，穗数呈增加趋势；当密度与氮肥运筹比例相同时，施氮量增加，穗数增加；当密度与施氮量相同时，不同氮肥运筹比较，表现为5:1:2:2 与6:0:2:2 的穗数高于4:2:1:3 处理，密度与施氮量对穗粒数均有极显著的调控效应；穗粒数随密度的增加呈现下降趋势，随施氮量的增加而增加，2 年度氮肥运筹对穗粒数均无显著的调控作用；千粒重随密度与施氮量的增加呈下降趋势，施氮量和氮肥运筹对千粒重的影响达显著，密度仅在2016-2017 年度有显著的调控效应，密度与施氮量对千粒重存在显著的互作效应，2015-2016 年度密度、施氮量、氮肥运筹三者互作千粒重差异显著。过晚播条件下，2 年度产量随种植密度的增加呈先增后降趋势，以330 万株/hm2时产量最高，2015-2016 年度平均产量为6638.86kg/hm2，2016-2017 年度平均产量为7069.62kg/hm；相同密度与施氮量条件下，氮肥运筹5:1:2:2 与6:0:2:2 处理的产量高于4:2:1:3 运筹处理。密度330 万株/hm2、施氮量225 和270kg/hm2、氮肥运筹5:1:2:2 与6:0:2:2 处理以及密度390 万株/hm2、施氮量225kg/hm2、氮肥运筹6:0:2:2 处理下，产量三要素可协调发展，产量均可达到6750kg/hm2，2016-2017 年度可达到7300kg/hm2以上。

表1 密度和氮肥处理对过晚播小麦产量及其构成的影响（2015-2016）Table 1 Effects of density and nitrogen fertilizer on yield and its components of super-late sowing wheat(2015-2016)

表2 密度和氮肥处理对过晚播小麦产量及其构成因素的影响（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、施氮量与运筹比例对过晚播小麦氮肥利用效率的影响

由表3 可知，在过晚播条件下，密度与氮肥显著影响扬麦23 的氮肥利用效率。随着密度的增加，氮肥偏生产力、氮素农学效率及氮素生理效率呈先升高后下降趋势，330 万株/hm2密度处理显著高于270 万株/hm2密度处理，氮素表观利用率则随密度增加而增加；增加施氮量，氮肥偏生产力、氮素农学效率、氮素生理效率以及氮素表观利用率均下降。在不同运筹之间比较，4:2:1:3 氮肥运筹处理具有较高的氮素生理效率，但氮肥偏生产力、氮素农学效率以及氮素表观利用率平均水平均低于5:1:2:2 和6:0:2:2 氮肥运筹方式。

表3 过晚播小麦不同密度和氮肥处理对氮肥利用效率的影响（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，过晚播条件下，270万与330 万株/hm2密度、180kg/hm2施氮量条件下各处理均具有较高的氮肥偏生产力、氮素农学效率和氮素表观利用率，但产量较低，平均产量低于6500kg/hm2，为高效不高产组合。330 万株/hm2基本苗、270kg/hm2施氮量条件下，5:1:2:2 和6:0:2:2运筹处理产量最高，平均产量达7000kg/hm2，但氮效率各项指标均较低，为高产但不高效组合。330万株/hm2基本苗、225kg/hm2施氮量、5:1:2:2 和6:0:2:2 氮肥运筹条件下，氮肥偏生产力、氮素生理效率和氮素表观利用率较高，产量表现突出，两者在高产与氮高效有着较好的协调。说明在小麦过晚播时，基本苗330 万株/hm2、施氮量225kg/hm2、运筹5:1:2:2 和6:0:2:2 条件下可以实现节肥高产栽培。

表4 过晚播小麦不同密肥处理间氮肥利用效率的影响（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、施氮量对氮肥偏生产力、氮素农学效率、氮素生理效率以及氮素表观利用率均有极显著影响；氮肥运筹对氮素生理效率以及氮素表观利用率的影响达显著，对氮肥偏生产力无显著影响，2016-2017 年度对氮肥农学效率的影响达极显著水平。2 年度密度与施氮量对氮素生理效率及氮素表观利用率存在显著的互作效应。

2.3 密度、施氮量与运筹比例对过晚播小麦籽粒品质的影响

方差分析（表5）表明，2 年度密度对蛋白质、湿面筋含量以及沉降值的影响均达极显著水平，对容重无显著影响；施氮量对蛋白质、湿面筋、淀粉含量以及沉降值均有极显著影响；氮肥运筹对氮蛋白质含量影响达显著，对湿面筋含量和容重无显著影响。2 年度密度与施氮量对蛋白质含量存在极显著的互作效应；密度与运筹比例互作间蛋白质和淀粉含量差异达显著或极显著；2016-2017 年度施氮量和氮肥运筹互作间蛋白质和湿面筋含量差异达极显著水平；密度、施氮量、氮肥运筹互作间蛋白质、湿面筋、淀粉含量和沉降值差异达极显著。

表5 过晚播小麦不同密肥处理间品质的方差分析Table 5 ANOVA of grain quality in different treatments of super-late sowing wheat

由表6 可知，随着密度增加，蛋白质含量呈下降趋势，湿面筋含量与沉降值则先增加后降低，差异未达显著水平，容重则呈上升趋势；随着施氮量增加，蛋白质、湿面筋含量以及沉降值均增加，淀粉含量与容重则表现为下降。在不同运筹之间比较，可以看出4:2:1:3 运筹方式的蛋白质含量高于5:1:2:2 和6:0:2:2 运筹处理，6:0:2:2 运筹处理具有较高的淀粉含量与容重，但不同运筹间所有指标差异均未达显著水平。

表6 密度、施氮量与运筹比例对过晚播小麦籽粒品质调控的影响Table 6 Effects of density and nitrogen amounts and ratio on grain quality of super-late sowing wheat

2.4 密度、施氮量与运筹比例对过晚播小麦经济效益的影响

由表7 可以看出，适度增加播种密度有利于提高纯收入，超过330 万株/hm2基本苗后再继续增加密度，反而不利于总收入与纯收入的增加。主要是由于过高的密度导致群体表现不良，产量下降，同时密度的增加也会增加用种成本，影响收益。270万株/hm2基本苗条件下，随施氮量的增加，过晚播小麦的成本不断增加，但总收入增加较小，纯收入呈下降趋势；390 万株/hm2基本苗条件下，随施氮量的增加，过晚播小麦的平均纯收入先增加后下降；而在330 万株/hm2基本苗条件下，表现不一，2015-2016 年度，随施氮量的增加，纯收入增加，但225kg/hm2与270kg/hm2施氮量处理的平均纯收入差异较小，而2016-2017 年度则表现为随施氮量的增加，平均纯收入先增加后下降。相同密度与施氮量条件下5:1:2:2 与6:0:2:2 处理的纯收入均高于4:2:1:3 处理。在过晚播条件下，330 万株/hm2密度、225kg/hm2施氮量、6:0:2:2 的氮肥运筹方式下经济效益最高，按全省小麦平均收购价（2016年1.88 元/kg，2017 年为2.28 元/kg）计算，2 年度经济效益分别达4502.13（2016）和8721.39 元/hm2（2017）。

表7 过晚播小麦不同密肥处理对经济效益的影响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 年度密度与氮肥运筹对总收入和纯收入均存在显著或极显著的影响；施氮量对总收入有极显著影响，但对纯收入的影响2 年结果表现不一，2016-2017 年度达极显著水平。对因子间互作效应进行分析，可看出2016-2017 年度密度与施氮量对总收入与纯收入存在显著的互作效应；其他各因子间对总收入与纯收入均无显著的互作效应。

3 讨论

3.1 密度和氮肥措施组合对过晚播小麦产量与经济效益的影响

合理的氮肥和密度组合在一起可以协调群体与个体发展，生产上可通过氮密互作的途径，在适宜的播量和施氮量条件下，有效地利用氮肥和密度的交互效应来提高产量[8]。高产模式下，密度和氮肥互作效应使得群体光合效率在整个灌浆期保持较高的水平，群体光合性能得到改善，产量提高[22]。前人[23]关于播期、密度、施氮量与氮肥运筹对小麦产量以及经济效益的影响已有大量报道。晚播小麦适当提高种植密度，通过强化群体性状，弥补个体性状瘦弱之不足，有利于提高产量。乔玉强等[24]研究显示，随着播种密度的增加，晚播小麦的籽粒产量有逐渐升高趋势，其中当播种密度为450 万株/hm2时，籽粒产量达到最大。孙和平等[13]研究得出，晚播条件下，施氮量219～336kg/hm2处理的产量均达到约7500kg/hm2。姚金保等[25]研究认为，拔节期追施氮肥有极显著的增产作用，并能显著改善籽粒品质。张耀兰等[19]则研究认为，开花期追施氮肥有利于籽粒产量和籽粒蛋白质含量的协同提高。

本试验通过研究稻茬过晚播小麦，综合分析播种密度、施氮量和氮肥运筹对产量以及经济效益的影响，结果表明，过晚播条件下，随着密度与施氮量的增加，穗数呈增加趋势；氮肥运筹5:1:2:2 与6:0:2:2 高于4:2:1:3 处理；穗粒数随密度的增加呈下降趋势，随施氮量的增加而增加，氮肥运筹对穗粒数均无显著的调控作用；千粒重随密度与施氮量的增加呈下降趋势。密度增加，纯收入先增加后下降，330 万株/hm2基本苗处理下的平均纯收入最高。随施氮量的增加，纯收入先增加后下降，225kg/hm2处理下的平均纯收入最高。6:0:2:2 氮肥运筹处理的纯收入大于5:1:2:2 与4:2:1:3 处理。过晚播条件下，330 万株/hm2基本苗、225kg/hm2施氮量，6:0:2:2 的氮肥运筹方式既可获得目标产量，经济效益亦最高。

3.2 密度和氮肥措施组合对过晚播小麦籽粒品质的影响

密度、施氮时期、施氮量和氮肥基追比例对小麦籽粒品质的形成具有重要影响。杨永乐等[26]研究认为，籽粒蛋白质含量随密度增加而降低，湿面筋含量和面团稳定时间受密度影响不大。郭伟等[27]则认为，密度对籽粒蛋白质、面筋含量以及面粉品质和面团流变学特性无显著影响。戴廷波等[12]研究认为，高氮水平和高追肥比例提高了小麦籽粒蛋白质和谷醇溶蛋白比例。朱新开等[3]认为，适当增加施氮量，可增加籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值。杨扎根等[28]研究表明，随着追肥时期的推迟，蛋白质、湿面筋含量和沉降值呈增加趋势，拔节期至孕穗期追肥有利于改善小麦籽粒品质。晚播条件下可通过增加施氮量和提高后期追肥比例来提高产量，但会使籽粒蛋白质和湿面筋含量提高，易降低弱筋小麦的品质，而对中、强筋小麦的品质影响较小。

本试验结果表明，过晚播条件下，随密度增加，蛋白质含量呈下降趋势，湿面筋含量与沉降值则先增加后降低，容重则增加；随施氮量增加，蛋白质、湿面筋含量以及沉降值均增加，淀粉含量与容重则表现为下降。6:0:2:2 氮肥运筹处理具有较高的淀粉含量与容重，但不同氮肥运筹间所有指标差异均未达显著水平。

3.3 过晚播小麦高产、优质、高效密度与施氮量及氮肥运筹技术组合

前人[3,5,7]关于适播小麦高产关键栽培措施组合做了大量的研究，并总结形成了成熟应用于适播小麦生产的优质高产栽培理论与技术体系。本试验则对晚播不同天数小麦进行不同栽培技术措施组合的研究，分析不同栽培组合对于产量、氮素利用率、品质以及经济效益的影响。根据结果综合考虑，初步形成稻茬过晚播小麦高产栽培技术组合：基本苗宜在330 万株/hm2左右，施氮量225kg/hm2，磷钾肥用量在90kg/hm2，基肥:分蘖肥:拔节肥:孕穗肥5:1:2:2 或6:0:2:2 可获得6750kg/hm2以上产量目标。过晚播条件下，出苗迟，日均温低，麦苗生长缓慢，适度增加基肥比例有利于缓解秸秆腐熟对氮素的争夺，促进小麦早生快发，冬前形成一定的群体积累，同时过晚播后冬前基本无分蘖，分蘖期推迟至年后，此时，温度回升，秸秆还田养分开始释放，以及冬季残留在土壤中的养分，保证了分蘖期小麦对于氮素的需求，可以适量减少氮肥的施用。

4 结论

种植密度、施氮量以及氮肥运筹对过晚播小麦产量、氮素利用率、品质形成以及经济效益有显著的调控效应，综合考虑，扬麦23 过晚播条件下，适宜的栽培技术组合为基本苗330 万株/hm2、施氮量225kg/hm2、磷、钾肥用量均为90kg/hm2、氮肥运筹基肥:分蘖肥:拔节肥:孕穗肥=5:1:2:2 或6:0:2:2 时，可获得6750kg/hm2以上目标产量，同时具有较高的氮肥利用效率与经济效益。