汤小庆，丁永刚，梁 鹏，姚 月，薛文霞，朱 敏，李春燕，朱新开，丁锦峰，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/扬州大学小麦研究中心，江苏扬州 225009； 2.江苏金色农业股份有限公司，江苏盐城 224000)

小麦作为主要粮食作物，其产量水平直接影响我国粮食安全。施用氮肥对小麦籽粒产量的持续提升具有重要的促进作用[1-2]。然而，随着大量氮肥的长期投入，肥料对产量的增益效应趋于下降，过量施用甚至导致肥害造成减产[3-4]，农业面源污染问题也日益加剧[5-6]。因此，如何减氮增效一直是小麦育种研究的重要方向[7-8]。氮肥施用量和施用比例对小麦生长、产量形成、氮肥利用效率等影响因生长生态条件、品种类型而不尽相同[9-10]。

杨 晴等[11]研究表明，过量施氮会加快小麦生长后期叶片的衰老以及光合功能期的缩短，进而降低产量。适量施氮可增加小麦叶片的叶绿素含量，延长叶片光合作用的持续期，提高花后光合物质的积累，进而提高产量[12]，而过量施氮则会有负面效应。赵亚南等[13]研究表明，与习惯施肥相比，减量施肥可提高小麦花前贮藏物质运转量、运转率及其对籽粒灌浆的贡献率。因而，在高氮肥投入条件下，适量减氮可获得较高的经济效益和环境效益[14]，减少养分的损失及其对环境的负面效应, 有助于实现小麦高产、高效与环境友好型生产。本试验通过设置不同的减少追氮模式，研究不同追氮量对弱筋小麦产量、农艺性状及生理特性的影响，提出适宜的减氮模式和减氮丰产的技术途径，以期为小麦绿色高效生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2018―2019年度在江苏省盐城市大丰区和扬州市仪征市进行。供试材料均为弱筋小麦品种扬麦24。两块大田前茬均为水稻，小麦播种前0～20 cm土壤分别含水解氮146.0和 121.0 mg·kg-1、速效磷43.6 和38.9 mg·kg-1、速效钾170.0 和87.0 mg·kg-1、有机质17.9和36.4 g·kg-1，土壤pH分别为8.1和7.3。

两个试验点分别设置6种施氮模式，其中M5122和M5050模式是江苏稻茬小麦常规施氮模式，前者通常在高产田块采用，后者在大面积生产中采用，两者均作为对照；M5040、M5030、M3230、M5000 4种模式在常规施氮模式基础上减少施氮量，不同施氮模式的具体施氮量、施氮时期和比例详见表1。试验采用单因素随机区组设计，3次重复。

大丰试验点于2018年10月31日采用人工条播，行距30 cm，于2019年6月2日收获；仪征试验点于2018年11月1日采用小区播种机条播，行距30 cm，于2019年6月6日收获。于小麦3叶期，通过人工间苗实现基本苗225×104株·hm-2。磷肥和钾肥施用量均为112 kg·hm-2，设置基肥∶拔节肥为5∶5。所有肥料通过人工撒施，基肥于播种前施用，壮蘖肥于4叶期施用，拔节肥于倒3叶期施用，孕穗肥于倒1叶期施用，其余栽培措施同当地高产田。

1.2 测定指标与方法

1.2.1 茎蘖数的测定

分别于拔节期和成熟期，各小区选择长势一致且具有代表性的3行各1 m样段，调查茎蘖数。

1.2.2 叶面积指数(LAI)的测定

分别于拔节期、孕穗期和开花期，各小区连续取20株植株样品，用叶面积仪(LI-3000C，美国)测定叶面积，计算叶面积指数。

1.2.3 干物质积累量的测定

分别于拔节期、开花期和成熟期，各小区连续取20株植株样品，将拔节期植株样品分为叶片、茎鞘2部分，开花期植株样品分为叶片、茎鞘、穗3部分，成熟期植株样品分为叶片、茎鞘、籽粒、颖壳4部分，将各器官置于烘箱中105 ℃杀青30 min后，80 ℃烘干至恒重，测定干物质积累量。

表1 不同施氮模式的施氮量、施氮时期和比例Table 1 Nitrogen rate, application stage and ratio of various nitrogen application methods

1.2.4 植株氮素积累量的测定

将1.2.3中的样品粉碎，采用H2SO4-H2O2消解-靛酚蓝比色法测定含氮率，计算植株氮素积累量。

1.2.5 SPAD值和净光合速率的测定

分别于开花期和乳熟期(花后第21 d)，用SPAD仪(Minolta SPAD-502 Chlorophyl Meter，日本)测定每个处理剑叶SPAD值，重复10次；用便携式光合系统测定仪(LI COR，美国)在晴天9:00～11:00或14:00～16:00测定净光合速率，重复5次。

1.2.6 产量及其构成因素的测定

于乳熟期，连续取50个麦穗，调查穗粒数；于成熟期，各小区划定3个 1 m2区域调查穗数。人工收割、脱粒，自然晒干后，随机取1000粒测千粒重，重复3次。按13%含水率计算籽粒产量与千粒重。

1.3 数据统计与分析方法

叶面积指数(LAI)= 样品叶面积/取样株数×基本苗

干物质积累量=样品干物质积累量/取样株数×基本苗

干物质转运量=开花期营养器官干物质积累量-成熟期营养器官干物质积累量

采用Excel 2016和SPSS 19.0软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 减少追氮量对籽粒产量及其构成因素的影响

由表2可知，不同施氮模式显著影响籽粒产量。在大丰地区，模式M5122与M5050的籽粒产量间差异不显著；与模式M5050相比，模式M5040、M5030和M3230的籽粒产量略有下降，但差异均未达到显著水平，而与M5122相比，模式M5030和M3230的籽粒产量有显著下降。在仪征地区，模式M5122与M5050的籽粒产量间差异也不显著；与模式M5050相比，模式M5030和M3230的籽粒产量有显著下降，与模式M5122相比，模式M5040、M5030和M3230的籽粒产量均有显著下降，两地区在模式M5000下籽粒产量均显著低于其他模式。总体而言，两地小麦籽粒产量均随着追氮量的减少呈下降的趋势。

施氮模式显著影响穗数和单穗重。在大丰与仪征两地区，模式M5122、M5050和M5040间穗数差异均不显著，但均显著高于模式M5030、M3230和M5000。在大丰地区，模式M5122与M5050间单穗重差异不显著，但模式M5122和M5050均显著高于其他模式；模式M5040与M5030间差异不显著，两者均显著高于模式M3230和M5000。在仪征地区，模式M5122、M5050、M5040、M5030和M3230间单穗重均无显著差异，但显著高于模式M5000。相关性分析表明，大丰和仪征两地区在不同施氮模式下籽粒产量与穗数(r=0.93，P=0.006；r=0.96，P=0.003)、单穗重(r=0.97，P=0.002；r=0.87，P=0.025)均呈显著线性正相关。

施氮模式显著影响穗粒数和千粒重。除仪征地区在施氮模式M5122、M5050、M5040和M5030下千粒重显著高于模式M3230外，两地区在模式M5122、M5050、M5040、M5030和M3230间的穗粒数和千粒重均无显著差异，模式M5000下穗粒数和千粒重均最低。相关性分析表明，大丰和仪征两地区不同施氮模式下单穗重与穗粒数(r=0.98，P=0.001；r=0.97，P=0.001)、千粒重(r=0.85，P=0.031；r= 0.92，P=0.009)均呈显著线性正相关。

表2 施氮模式对小麦籽粒产量及其构成的影响Table 2 Effect of nitrogen application modes on grain yield and yield components

2.2 减少追氮量对群体质量的影响

2.2.1 对最终茎蘖数和茎蘖成穗率的影响

由表3可知，施氮模式显著影响小麦群体最高茎蘖数和茎蘖成穗率。受小麦生育早期过多降水的影响，仪征地区茎蘖数明显少于大丰地区。两地区所有模式中均以M5122下最高茎蘖数最多，但均与模式M5050间无显著差异；与模式M5050相比，模式M5040、M5030、M3230和M5000的最高茎蘖数均无显著变化，而与模式M5122相比，M3230和M5000的最高茎蘖数显著下降。两地区均在模式M5122下茎蘖成穗率最高，但与M5050间无显著差异。与模式M5050和M5122相比，模式M5030、M3230和M5000的茎蘖成穗率均显著降低。模式M5000下茎蘖成穗率均显著低于其他模式。相关性分析表明，大丰和仪征两地区在不同模式下的穗数与茎蘖成穗率均呈显著线性正相关(r=0.99，P< 0.001；r=0.92，P=0.009)。

2.2.2 对叶面积指数(LAI)的影响

由表3可知，施氮模式显著影响小麦群体孕穗期和开花期LAI，但对拔节期LAI无显著影响。在大丰和仪征两地区，模式M5122下开花期LAI与模式M5050间均无显著差异。与模式M5050和M5122相比，两地区在施氮模式M5040、M5030、M3230和M5000下孕穗期和开花期LAI均有所减少，且模式M5050与模式M5040间无显著差异，而与模式M5030、M3230和M5000间差异显著(除仪征地区开花期外)；模式M5000下孕穗期和开花期LAI均最低。相关性分析表明，大丰和仪征两地区不同模式下产量与孕穗期LAI(r=0.96，P= 0.002；r=0.08，P=0.035)、开花期LAI(r=0.96，P=0.002；r=0.97，P=0.002)呈显著线性正相关。

2.2.3 对干物质积累与转运量的影响

由表4可知，施氮模式对播种至拔节期干物质积累量无显著影响，但显著影响拔节至开花期、开花至成熟期以及成熟期的干物质积累量。两地区在模式M5122与模式M5050间拔节至开花期、开花期至成熟期干物质积累量均无显著差异。在大丰地区，与模式M5050相比，模式M5040未导致关键生育期干物质积累量显著下降，但模式M5030、M3230和M5000下成熟期干物质积累量显著下降，与模式M5122相比，模式M5030、M3230和M5000的干物质积累量均显著下降；在仪征地区，模式M5050与模式M5040间在各时期干物质积累量均无显著差异，但与模式M5030、M3230和M5000间在开花至成熟期、成熟期干物质积累量显著下降，但与模式M5122相比，模式M5030、M3230和M5000也在拔节至花期干物质积累量显著下降。模式M5000下两地区在开花至成熟期、成熟区干物质积累量均最低。相关性分析表明，大丰和仪征两地区不同模式下的产量与拔节至开花期干物质积累量(r= 0.90，P=0.012；r=0.92，P=0.008)、开花至成熟期干物质积累量(r= 0.98，P=0.005；r= 0.86，P=0.027)和成熟期干物质积累量(r= 0.93，P=0.006；r=0.93，P=0.007)均呈显著线性正相关。

表3 施氮模式对小麦茎蘖数、茎蘖成穗率和叶面积指数的影响Table 3 Effect of nitrogen application modes on the number of stems and tillers, the percentage of stems and tillers and leaf area index(LAI)

表4 施氮模式对小麦干物质积累和转运量的影响Table 4 Effect of nitrogen application modes on accumulation and translocation amount of dry matter

施氮模式显著影响花前干物质转运量。在大丰地区，模式M3230的干物质转运量显著高于其他模式，且模式M5122、M5050、M5040、M5030和M5000间均无显著差异。在仪征地区，模式M5000的干物质转运量显著高于其他模式，且模式M5122、M5030和M3230间无显著差异，均显著高于模式M5050和M5040，且模式M5050与模式M5040间无显著差异。

2.3 减少追氮量对叶片光合特性的影响

由表5可知，施氮模式显著影响大丰地区小麦开花期绿叶氮含量，以及大丰和仪征两地区的单茎叶面积。在大丰地区，与模式M5050相比，模式M3230和M5000的绿叶氮含量显著下降，与模式M5122相比，除M5030外，其他模式的绿叶氮含量均显著下降。在仪征地区，各施氮模式间绿叶氮含量无显著差异。在大丰与仪征地区，开花期单茎叶面积在模式M5122、M5050和M5040间均无显著差异，与模式M5050和M5122相比，模式M5030和M3230、M5000均显著下降，在仪征地区，模式M5000的单茎叶面积与其他模式间差异显著。

施氮模式显著影响花后旗叶净光合速率和SPAD值。在大丰与仪征两地区，开花期、乳熟期旗叶净光合速率及SPAD值在模式M5122和M5050间均无显著差异。与模式M5050和M5122相比，模式M5040的旗叶净光合速率和SPAD值均无显著差异；而模式M5030、M3230和M5000的旗叶净光合速率和SPAD值则显著下降(除仪征地区乳熟期SPAD外)；两地区乳熟期模式M5000的旗叶光合速率和SPAD均显著低于其他模式。相关性分析表明，大丰和仪征两地区不同模式下的单穗重与开花期旗叶净光合速率(r=0.92，P=0.008；r=0.89，P=0.015)、乳熟期旗叶净光合速率(r=0.93，P=0.006；r= 0.94，P=0.005)、开花期SPAD值(r=0.89，P=0.016；r=0.88，P=0.021)和乳熟期SPAD值(r=0.97，P=0.001；r=0.96，P=0.002)均呈显著线性正相关。

表5 施氮模式对小麦花后单茎光合生产能力的影响Table 5 Effect of nitrogen application modes on post-anthesis photosynthetic productivity in single stem

3 讨 论

近年来，减量施肥技术在作物生产中得到了一定的推广和应用。邹晓锦等[15]研究认为，适当减量施氮既能保证作物产量，也能提高肥料利用率。杨 利等[16]在水稻-小麦轮作生产试验中表明，在传统推荐施肥(小麦施氮195 kg·hm-2，水稻施氮210 kg·hm-2)基础上，减氮20%，配合适时田间病虫草害管理，其产量保持稳定[16]。本研究结果表明，在施氮量225 kg·hm-2的基础上，增加追氮次数并后移(M5122较M5050)有助于产量提升；相同时期两次施氮条件下，拔节期追氮量减少10%(M5040)时产量无显著降低，但进一步降低追氮量，产量则显著下降。

前人研究表明，氮肥适量后移可促进麦穗发育，提高有效穗数和穗粒数，从而增加产量[17-18]。本研究结果表明，氮肥后移(M5122较M5050)未显著提高小麦籽粒产量及其构成各要素，这与前人结果不一致[17-18]。相同时期两次施氮条件下，拔节期追氮量减少10%(M5040)未显著影响最高茎蘖数、茎蘖成穗率和穗数，但在大丰地区单穗重显著下降。本研究结果还表明，小麦生长后期减氮过多不仅会导致茎蘖成穗率降低，影响穗数，还会不同程度地降低单穗重。相关性分析表明，后期减少追氮量条件下，穗数和单穗重均是影响产量的关键因素。

小麦花后光合同化物的积累及花前营养器官贮存的同化产物向籽粒中的转运对小麦籽粒产量共同起着关键的作用[19]。前人研究认为，适当增加追肥比例可促进花前光合同化物的积累及其向籽粒的转运[20]，但过量增施氮肥则影响同化物向籽粒的转运量[21]。本研究结果表明，氮肥适量后移(M5122较M5050)可提高拔节至成熟期的干物质积累量，且在仪征地区成熟期显著提高。相同时期两次施氮条件下，拔节期追氮减少10%(M5040)并不会导致干物质积累量显著减少；减氮过多则显著降低了拔节至成熟期干物质积累量，虽转运量有所增加，但不足以补偿光合产物降低的影响。进一步分析表明，LAI、单茎叶面积、旗叶净光合速率和SPAD值因氮肥适量后移(M5122较M5050)而提高，但除大丰地区孕穗期LAI在模式M5122和M5050间差异显著外，其他各指标均未达到显著水平；基肥不变条件下，追氮量减少10%(M5040)并无显著变化，但减施过多则显著降低了群体LAI、单茎叶面积、旗叶净光合速率和SPAD值。可见，追施氮肥的减少不易过多，否则会导致生育后期叶片早衰、群体光合生产能力降低。这与蒿宝珍等[22]的研究结果基本一致。

综上所述，弱筋小麦品种扬麦24在常规施氮量225 kg·hm-2、基肥∶壮蘖肥∶拔节肥∶孕穗为5∶0∶5∶0的基础上，拔节期追氮量减少10%时，不会显著降低穗数、单穗重和光合生产能力，可实现与不减氮处理相同的产量水平。氮肥适量后移有助于提升小麦生长后期叶片光合效率，维持较高的群体绿叶面积，但减氮条件下氮肥后移是否可减少产量损失还有待研究。