施磷水平对不同茬口下冬小麦生长发育及产量的影响

2021-09-18薛华龙娄梦玉李雪王飞郭彬彬郭大勇李海港焦念元

中国农业科学 2021年17期

薛华龙，娄梦玉，李雪，王飞，郭彬彬，郭大勇，李海港，焦念元

薛华龙1，娄梦玉1，李雪1，王飞1，郭彬彬1，郭大勇1，李海港2，焦念元1

1河南科技大学农学院/河南省旱地农业工程技术研究中心，河南洛阳 471023；2内蒙古农业大学草原与资源环境学院，呼和浩特 845350

【】研究施磷水平对不同茬口下冬小麦生长发育及产量的影响，探明小麦合理轮作制度和磷肥管理。于2018—2019和2019—2020连续两年在花生（PCR）、玉米（MCR）和花生‖玉米（ICR）茬口下种植冬小麦，分别设P0（0 kg P2O5·hm-2）、P90（90kg P2O5·hm-2）、P180（180 kg P2O5·hm-2）和P270（270 kg P2O5·hm-2）4个施磷水平，研究施磷水平对不同茬口下冬小麦分蘖及成穗率、灌浆速率、干物质积累与分配、产量及产量构成的影响。（1）同一茬口下，随着施磷量的增加，冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数、干物质积累量和单穗干重均呈P270＞P180＞P90＞P0处理；冬小麦穗粒数、干物质向籽粒中分配率和产量呈先增加后降低的趋势，P180施磷水平下达到最大值。（2）不同茬口下，各施磷水平冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数均表现为PCR＞ICR＞MCR；在不施磷（P0）和低磷（P90）水平时，花生茬口下的冬小麦各时期干物质量、产量均大于花生‖玉米茬口和玉米茬口，但在P180、P270施磷水平时，花生‖玉米茬口下的冬小麦各时期干物质量、产量则均大于花生茬口和玉米茬口。（3）结合施磷量与产量拟合曲线，花生茬口冬小麦最高产量为10 493.6 kg·hm-2，最佳经济产量施磷量为177.0 kg·hm-2；花生‖玉米茬口最高产量为10 749.8 kg·hm-2，最佳经济产量施磷量为178.9 kg·hm-2；玉米茬口最高产量为9 936.2 kg·hm-2，最佳经济产量施磷量为189.3 kg·hm-2。花生茬口及花生‖玉米茬口的冬小麦分蘖成穗、干物质积累与转移、籽粒灌浆和产量形成方面均优于玉米茬口，冬小麦产量潜力大，最佳经济产量施磷量低，为177.0—178.9 kg·hm-2。

茬口；施磷水平；分蘖成穗率；灌浆；干物质积累；产量；小麦；花生；玉米

0 引言

【研究意义】小麦-玉米复种连作是华北平原最主要的种植方式，但是连作障碍连年加剧，造成土壤板结[1]，土壤水分消耗过大，土壤全磷和速效磷含量降低[2]，作物肥料吸收利用率降低，造成肥料浪费，作物减产[3]。已有研究表明，与玉米茬口相比，花生茬口提高了土壤速效氮、速效磷含量，有利于提高下茬作物冬小麦养分的积累，并显著提高小麦千粒重[4]；相比于玉米茬口，玉米‖花生茬口可以增加土壤细菌、真菌微生物的数量，提高有机质和团聚体的含量，改善土壤结构[5-6]，显著改善冬小麦旗叶的光合特性，提高产量[7-8]。因此，研究花生茬口、玉米茬口和花生‖玉米茬口下，不同施磷水平对冬小麦生长发育及产量的影响，对华北地区确定小麦-玉米复种与小麦-花生复种轮作、小麦-玉米复种与小麦-玉米‖花生复种轮作制及制定合理磷肥管理技术具有重要意义。【前人研究进展】徐飞等[9]调查发现，小麦-玉米复种连作造成小麦茎基腐病愈加严重，导致植株茎高降低，穗粒数、千粒重减少，产量损失达51.6%。不同作物的茬口效应不同，对土壤养分状况及后茬作物的生长影响也不同[10]。陈彦春等[11]研究认为，在玉米、甘薯和大豆茬口中，玉米茬口的土壤有机质含量、土壤脲酶和磷酸酶活性最高，甘薯和大豆茬口的土壤转化酶、过氧化氢酶的活性较高。此外，茬口对土壤有效水分有显著影响[12]，在多雨年份，玉米茬口较小麦茬口在 0—200 cm土层中多贮水20 cm左右[13]，而在干旱年份，玉米生长发育消耗大量土壤水分，降低土壤含水量。大豆、花生等豆科作物具有独特的生物固氮作用，可以为下茬作物提供有利的土壤氮环境[14]。茬口特性同样会影响土壤微生物量[15]、田间杂草群落种类与数量[16]及病虫数量等。随着花生成为我国第一油料作物，自2015年以来，河南省的种植面积和产量已经跃居全国第一[17]，花生连作、玉米花生间作逐渐成为了本区重要的种植方式。因此，急需开展花生茬口及其间作茬口对冬小麦生长发育影响等方面的研究。已研究表明，将大豆和花生作为冬小麦种植区两熟复种模式的前茬作物，可以增加农田生物多样性，增强农田的持续生产力。与玉米茬口相比，花生茬口提高了土壤速效氮、速效磷含量，有利于提高下茬作物冬小麦养分的积累，并显著提高千粒重[4]。玉米和大豆间作相较于玉米单作显著提高了根际土壤有机质和有效磷含量[18]。玉米‖花生茬口不仅能提高土壤细菌、真菌微生物尤其是共生固氮菌的数量，同时还能提高有机质和团聚体的含量，改善土壤结构特性[5-6]。王飞等[7-8]研究表明，玉米‖花生茬口较玉米单作茬口能显著改善冬小麦旗叶的光合特性，增加产量。磷作为植物生命活动所必需的大量元素之一，是合成植物体内核苷酸、磷脂及ATP酶等重要化合物的必要组分，调控关键的酶促和代谢反应[19]。小麦对磷肥表现极为敏感[20]，PORTER等[21]的研究发现，增施磷肥能促进小麦生长发育，提高小麦产量。增施磷肥还能提高小麦种子发芽势、发芽率和种子活力，增加小麦的分蘖数、株高[22]，提高冬小麦扬花期旗叶光反应中心活性提高净光合速率[8]。但增施磷肥并不一直起增效作用，随着施磷量的增加，小麦分蘖数、成穗数、穗粒数和籽粒产量呈先升高后降低的趋势[23]。【本研究切入点】前人研究多集中于单作茬口，间作茬口下施磷水平对冬小麦生长发育、产量形成的影响等方面研究鲜有报道。那么，相比于单作玉米茬口，玉米花生间作茬口和不同施磷量下冬小麦分蘖及成穗和产量形成有哪些特点？其适宜的施磷量是多少？尚需进一步研究。【拟解决的关键问题】研究在不同施磷水平下，花生茬口、玉米茬口和花生‖玉米茬口对冬小麦分蘖及成穗、籽粒灌浆、干物质积累与转移及产量构成的影响，探索华北平原不同茬口轮作种植制度下冬小麦的最佳施磷量，避免连作危害和磷肥不合理施用造成的肥料浪费与作物减产。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验在河南科技大学试验农场（33°35′—35°05′ N，111°8′—112°59′ E）进行。试验地地处温带，属于半湿润、半干旱大陆性季风气候，年平均气温12.1—14.6℃，年平均降雨量约600 mm，年平均蒸发量约2 114 mm，年日照时2 300—2 600 h，无霜期215—219 d，年平均辐射量约492 kJ·cm-2。试验地土壤为黄潮土，质地为壤土。试验开始时耕层土壤容重1.35 g·cm-3，0—20 cm耕层含碱解氮33.86 mg·kg-1、速效磷6.84 mg·kg-1、速效钾223.82 mg·kg-1、有机质10.72 g·kg-1，土壤pH为7.56。

1.2 试验设计

本试验于2018—2019和2019—2020年，以冬小麦品种洛麦26为试验材料，在单作玉米、单作花生和玉米‖花生定位试验田进行。该试验为茬口和磷肥双因素随机区组试验，茬口设玉米茬口、花生茬口、玉米‖花生茬口，磷肥分别设P0（0 kg P2O5·hm-2）、P90（90 kg P2O5·hm-2）、P180（180 kg P2O5·hm-2）和P270（270 kg P2O5·hm-2）4个施磷水平，共12个处理。每个处理设3次重复，每个小区长10 m，宽6 m，面积60 m2。冬小麦为机械半精播，播种量150 kg·hm-2，行距0.20 m；磷肥均作为基肥一次性施入土壤；各处理均施氮肥180 kg N·hm-2，按基肥和追肥2﹕1分两次施用，追肥于小麦拔节期撒施，施后进行喷灌。本试验地属于富钾区，因此，没有施用钾肥。其他同管理大田生产。小麦分别于2018年10月16日和2019年10月18日播种，2019年6月1日和2020年5月31日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 分蘖及成穗率在冬小麦拔节期于各小区取有代表性3 0 cm单行植株，计算单位面积茎秆数即为单位面积最大分蘖数；在冬小麦成熟期于各小区取有代表性3 0 cm单行植株，计算单位面积穗数即为单位面积有效分蘖数。

成穗率（%）=有效分蘖数/最大分蘖数×100。

1.3.2 干物质积累、分配与转移在冬小麦拔节期、扬花期、灌浆期和成熟期于各小区取有代表性30 cm单行植株，分成茎鞘、叶和穗（成熟期分为颖壳+穗轴、籽粒）等器官，105℃杀青30 min，75℃烘干至恒重称重。相关指标计算方法如下[24]：

总干物质量=茎鞘重+叶重+穗重（颖壳穗轴重+粒重）；

干物质分配比率=各部位干物质重/总干物质量×100%；

转移量（TR）=开花期整株小麦的干物质量-成熟期脱粒后整株小麦的干物质量；

转移率（TA）=转移量/开花期整株小麦的干物质量×100%；

贡献率（CT）=转移量/收获时籽粒干物质量×100%。

1.3.3 籽粒灌浆 2018—2019年分别在小麦花后0、7、13、19、23、31和44 d，2019—2020年分别在小麦花后0、7、13、20、30和43 d，于每个小区各选取代表性的冬小麦20穗，烘干称重，测定灌浆速率。

1.3.4 产量及产量构成成熟期在每个处理选长势均匀的1 m双行测产，各小区重复3次，风干后测定籽粒产量和千粒重。

1.3.5 产量与最佳经济产量施磷量产量与磷肥一元二次方程曲线拟合公式为=2++（、、为常数，≠0），产量（），施磷量（），最佳经济产量施磷量计算公式为0=（p/p-）/2[25]，p为磷肥成本价格为6.1元/kg，p为冬小麦价格为2.4元/kg。

1.4 数据统计与分析

利用Excel 2016对试验数据进行整理和作图，采用SPSS软件进行显著性分析、相关性分析。

2 结果

2.1 施磷水平对不同茬口下冬小麦分蘖及成穗率的影响

由表1可以看出，同一茬口下，随施磷量的增加最大分蘖数和有效分蘖数均呈P270＞P180＞P90＞P0处理。与P0相比，P90、P180和P270处理的最大分蘖数分别提高了196.6%—278.2%、264.1%—331.8%和289.1%—386.8%；有效分蘖数分别提高了76.9%—91.5%、138.0%—163.4%和156.0%—190.2%，均达到显著水平（＜0.05）。P0处理分蘖成穗率最高，达到59.1%—70.9%，与P90相比，P180和P270处理的分蘖成穗率均显著提高（＜0.05），增幅达到4.4%—6.6%，P180与P270处理小麦分蘖成穗率差异不显著。说明施磷量从0增加到270 kg P2O5·hm-2，能提高冬小麦单位面积最大分蘖数和有效分蘖数。

不同茬口在同一施磷水平条件下，两个生长季的单位面积最大分蘖数和单位面积有效分蘖数均表现为花生茬口＞花生‖玉米茬口＞玉米茬口，花生茬口与花生‖玉米茬口差异不显著，但均显著大于玉米茬口（＜0.05）。花生茬口、花生‖玉米茬口和玉米茬口的单位面积最大分蘖数和有效分蘖数均在P270处理施磷水平时达到最大值。在P180处理下，花生茬口与花生‖玉米茬口相较于玉米茬口最大分蘖数分别增加了10.4%—11.7%、6.7%—8.0%，有效分蘖数分别增加了10.2%—10.8%、8.0%—8.3%。可见在促进小麦分蘖及成穗方面各茬口的最佳施磷量均为270 kg P2O5·hm-2，同一施磷水平下花生茬口较间作茬口和玉米茬口更能提高单位面积最大分蘖数和有效分蘖数，茬口对分蘖成穗率影响不显著。

表1 施磷水平对不同茬口下冬小麦分蘖及成穗率的影响

PCR：花生茬口；MCR：玉米茬口；ICR：玉米花生间作茬口。P0：0 kg P2O5·hm-2；P90：90 kg P2O5·hm-2；P180：180 kg P2O5·hm-2；P270：270 kg P2O5·hm-2。同一年份内同列不同小写字母表示 0.05 水平显著差异。下同

PCR: Peanut crops for rotation; MCR: Maize crops for rotation; ICR: Peanut intercropping maize crops for rotation. P0: 0 kg P2O5·hm-2; P90: 90 kg P2O5·hm-2; P180: 180 kg P2O5·hm-2; P270: 270 kg P2O5·hm-2. Values followed by different small letters within a column are significantly different at 0.05 probability level in the same year. The same as below

2.2 施磷水平对不同茬口下冬小麦干物质积累的影响

如图1所示，同一茬口下，两个生长季不施磷条件下（P0）各茬口冬小麦干物质量随着生育期的进行呈先增加后降低趋势，整个生育期干物质量增长缓慢，灌浆期达到最大值，到成熟期降低。P90、P180、P2703个施磷水平下各茬口冬小麦干物质量均随生育时期的进行呈逐渐增加趋势，P90条件下冬小麦干物质量从拔节期到扬花期迅速增加，灌浆期、成熟期增加缓慢；在P180、P270条件下，冬小麦干物质量从拔节期到灌浆期迅速增加，到成熟期增速减缓。从曲线高度可以看出不同施磷水平下，各生育时期冬小麦干物质量均呈P270＞P180＞P90＞P0处理，与不施磷相比施磷明显提高了冬小麦干物质积累量。这表明施磷有利于提高冬小麦干物质的积累量，增施磷肥有利于提高生育后期干物质积累速率。

由图1可以看出，不同茬口下，两个生长季在不施磷（P0）和P90水平时，冬小麦各时期干物质量均呈花生茬口＞花生‖玉米茬口＞玉米茬口。在P180、P270施磷水平时，冬小麦各时期干物质量则呈花生‖玉米茬口＞花生茬口＞玉米茬口，拔节期到灌浆期3个茬口曲线比较紧凑，灌浆期到成熟期间作茬口曲线高度明显高于花生茬口和玉米茬口。花生茬口、花生‖玉米茬口和玉米茬口的干物质量均在P270施磷水平时达到最大值。在P180水平时灌浆期间作茬口相较于花生茬口、玉米茬口干物质量分别增加了3.2%—5.4%、6.7%—14.7%，成熟期分别增加了5.5%—7.3%、13.1%—13.9%。P270水平时灌浆期间作茬口相较于花生茬口、玉米茬口干物质重量分别增加了2.3%— 3.4%、6.7%—8.4%，成熟期分别增加了3.8%—3.9%、8.9%—11.8%。由上说明促进小麦最终干物质积累方面各茬口的最佳施磷量均为270 kg P2O5·hm-2。

TS：分蘖期；JS：拔节期；AS：扬花期；FS：灌浆期；MS：成熟期。下同

2.3 施磷水平对不同茬口下冬小麦干物质分配的影响

由表2可以看出，同一茬口下，随着施磷量的增加，两个生长季的冬小麦茎、叶和颖壳及穗轴的干物质分配量呈增加趋势，茎、叶干物质分配量的增加达到显著水平（＜0.05），颖壳及穗轴干物质分配量的增加在P0—P180达到显著水平（＜0.05），施磷量增加到P270干物质分配量增加不显著，籽粒干物质分配量呈先增加后降低趋势，P180水平达到最大值。随着施磷量的增加，叶干物质分配比率呈逐渐增加，茎、颖壳及穗轴干物质分配比率呈先降低后增加趋势，P180水平分配比率最低，2018—2019年分别为31.6%— 32.2%、11.8%—12.0%，2020年为30.1%—31.4%、12.2%—13.0%。籽粒的干物质分配比率则呈先增加后降低趋势，P180分配比率最高，2018—2019年为44.1%—44.6%、2019—2020年为41.7%—42.9%。可见P180通过降低茎、颖壳及穗轴的干物质分配比率从而增加籽粒的分配比率。

不同茬口下，除2018—2019年P270水平颖壳及穗轴的干物质分配量，其他处理茎、叶、籽粒和颖壳及穗轴的干物质分配量均表现为花生‖玉米茬口、花生茬口＞玉米茬口。在P180水平下，花生‖玉米茬口相较于花生茬口和玉米茬口适当减少了茎和叶的干物质分配比率，进而显著提高了籽粒的干物质分配比率。在提高籽粒干物质分配量和分配比率方面，各茬口的最佳施磷量均为180 kg P2O5·hm-2。

表2 施磷水平对不同茬口下冬小麦干物质分配的影响

2.4 施磷水平对不同茬口下冬小麦花前干物质转移的影响

小麦产量的形成来自花前干物质的转移和花后光合同化干物质的积累两个方面。由表3可以看出，同一茬口下，在两个生长季，随着施磷量的增加，茎的干物质转移量呈先快速增加后缓慢降低趋势，P90水平下茎的干物质转移量达到最大值，相较于P0增加104.5%—194.4%，叶的干物质转移量在P90水平迅速增加，相较于P0增加了50.3%—128.9%，随着施磷量的继续增加，叶的干物质转移量缓慢减小。从P0到P270不管茬口如何，茎、叶干物质的转移率均表现为P0＞P90＞P180＞P270处理，且差异均达到显著水平（＜0.05），可见施磷量越低，茎叶干物质向籽粒的转移率越高。就花前茎叶干物质转移对籽粒的贡献率来看，茎的花前干物质转移对籽粒贡献率随着施磷量的增加而减少，叶的花前干物质转移对籽粒贡献率随着施磷量的增加在P90迅速减少，随后在P180—P270水平缓慢减少。说明低磷条件下，籽粒的干物质积累大量依靠花前茎叶干物质的转移，随着施磷量的增加，会逐渐减弱对花前茎叶干物质转移的依赖。由表2知P180水平下籽粒干物质量最高，可见茎叶花前干物质转移对籽粒贡献率在29.3%—32.0%时更有利冬小麦高产。

由表3可知，不同茬口下，两个生长季除2019—2020年叶的干物质转移量，其他均表现为花生‖玉米茬口、花生茬口＞玉米茬口，P0、P90水平时花生茬口茎叶干物质转移量最高，P180、P270水平时花生‖玉米茬口茎叶干物质转移量最高。由表4可知P0、P90水平时花生茬口小麦产量最高，P180、P270水平时花生‖玉米茬口产量最高，可见同一施磷水平下，茎叶花前干物质的转移量越高，籽粒的产量也越高。茬口对茎叶的干物质转移率和对籽粒的贡献率表现不明显。

表3 施磷水平对不同茬口下冬小麦花前干物质转移的影响

2.5 施磷水平对不同茬口下冬小麦花后籽粒灌浆的影响

由图2可知冬小麦整个灌浆期可以在开花后持续约44 d，并且通过曲线趋势可知冬小麦灌浆分为3个阶段，2018—2019年在花后前13 d单穗干重逐渐增长为渐增期，花后19—31 d增长迅速为快增期，花后31—44 d增长速度又趋于平缓为缓增期。同一茬口下，在不施磷处理时整个灌浆期单穗干重增长较小，花后19—23 d为灌浆高峰期，持续了4 d，随后增长较为缓慢。在P90水平下，整个灌浆期单穗干重增长明显大于不施磷，在花后19—31 d为灌浆高峰期，持续了12 d，随后增长较为缓慢。在P180和P270水平下，花后13—31 d为灌浆高峰期，持续了18 d，并且在花后31—44 d仍以较高速率灌浆。各施磷处理冬小麦灌浆高峰持续时间长短呈P180、P270＞P90＞P0。与P0相比P90、P180、P270处理灌浆结束单穗干重增加了15.3%—26.8%、18.4%—36.8%、13.0%—32.9%，P180对灌浆结束单穗干重的增幅最大。说明施磷量增加显著促进了冬小麦籽粒灌浆，有利于提前灌浆高峰进入时间，延长冬小麦花后高速灌浆时间，有助于籽粒产量积累，P180对灌浆结束单穗干重提升效果最佳。

不同茬口下，两个生长季P0和P90水平时，花生茬口冬小麦花后籽粒灌浆曲线均高于花生‖玉米茬口和玉米茬口，灌浆高峰期表现明显，2018—2019年P90水平灌浆高峰期花生茬口、间作茬口和玉米茬口的灌浆速率分别为0.075、0.072 g、0.056 g·d-1（图2）。P180、P270施磷水平时，花生‖玉米茬口冬小麦籽粒灌浆曲线均高于花生茬口和玉米茬口，同样在灌浆高峰期作用明显，P180水平间作茬口显著提高了花后13—31 d灌浆高峰期的籽粒灌浆速率，2018—2019年该时段间作茬口、花生茬口和玉米茬口的灌浆速率分别为0.078、0.071、0.068 g·d-1。两年趋势表现一致，在促进籽粒灌浆提高单穗干重方面各茬口的最佳施磷量均为180 kg P2O5·hm-2。

图2 施磷水平对不同茬口下冬小麦花后籽粒灌浆的影响

2.6 施磷水平对不同茬口下冬小麦产量及产量构成的影响

如表4所示，在同一茬口下，两个生长季冬小麦单位面积穗数随着施磷量的增加呈逐渐增加趋势。P0—P180增加显著（＜0.05），P180—P270增加不显著，与表1单位面积有效分蘖数表现一致。穗粒数和产量则随施磷量的增加呈先增加后降低趋势，P180达到最大值，与P0相比，P90、P180、P270处理对穗粒数分别增加了6.7%—32.7%、14.4%—44.1%、7.2%—33.5%；产量分别增加了161.7%—259.1%、197.1%—316.4%、182.4% —281.5%。P90和P180水平下冬小麦籽粒千粒重显著大于P0和P270施磷处理。综合产量构成三要素，P180水平下冬小麦产量最大。

不同茬口下，同一施磷水平时，两年数据表现为花生茬口及间作茬口冬小麦实际产量、单位面积穗数和穗粒数均高于玉米茬口。在P180条件下与玉米茬口相比，间作茬口冬小麦实际产量、单位面积穗数和穗粒数分别提高了10.3%—12.5%、5.5%—16.8%和5.4%—8.2%，均达到显著水平（＜0.05）。除2018—2019年生长季P90施磷处理玉米茬口冬小麦的千粒重大于间作茬口外，花生茬口及间作茬口冬小麦千粒重均高于玉米茬口，P0时，差异达到显著水平。由表4可见，在提高小麦单位面积穗数方面各茬口的最佳施磷量均为270 kg P2O5·hm-2；在提高小麦穗粒数产量方面各茬口的最佳施磷量均为180 kg P2O5·hm-2。2018—2019年花生茬口、玉米茬口和花生‖玉米茬口的最高产量分别为10 257.5、9 663.3和10 755.3 kg·hm-2，2019—2020年最高产量分别为10 104.5、9 424.8和10 615.0 kg·hm-2。花生茬口及间作茬口主要通过提高冬小麦单位面积穗数和穗粒数来提高小麦产量。通过施磷和茬口及交互效应F测验表明，施磷水平和茬口对冬小麦单位面积穗数、每穗粒数、千粒重和产量均存在显著影响，并且对千粒重和产量存在显著的交互作用。

表4 施磷水平对不同茬口下冬小麦产量及产量构成的影响

**表示处理间在0.01水平下差异显著，*表示处理间在0.05水平下差异显著

** Indicates significant difference among treatments at 0.01 1evel, * Indicates significant difference among treatments at 0.05 level

2.7 不同茬口下冬小麦产量与施磷水平的关系

对两年不同茬口下冬小麦产量与施磷量之间的关系进行一元二次方程拟合（表5）。结果表明，花生茬口最高产量施磷量和最佳经济产量施磷量分别为182.9和177.0 kg·hm-2，比玉米茬口施磷量分别减少了6.64%和6.50%，但最佳经济产量和最高产量比玉米茬口分别增加了5.61%和5.62%。花生‖玉米茬口最高产量施磷量和最佳经济产量施磷量分别为184.5和178.9 kg·hm-2，比玉米茬口施磷量分别减少了5.85%和5.49%，但最佳经济产量和最高产量比玉米茬口分别增加了8.19%和8.21%。由此可见，花生茬口和花生‖玉米茬口优于玉米茬口，花生茬口和花生‖玉米茬口可以在保证产量的同时减少磷肥施用量。

表5 不同茬口下冬小麦产量与施磷水平的关系

：施磷量P level；：产量yield

3 讨论

3.1 施磷水平与茬口对冬小麦分蘖及成穗率的调控效应

分蘖是小麦重要的生物学特征，也是决定群体发展和产量形成的重要因素。小麦的分蘖、成穗和群体动态发展与产量构成因素密切相关，是高产栽培技术调控的重点[26]。前人研究发现，增施磷肥能促进分蘖发生，提高单位面积分蘖成穗率，显著增加单位面积穗数[27-28]，且小麦分蘖成穗率与产量呈线性正相关[29]。本研究表明，在不同茬口下，施磷均显著提高冬小麦单位面积最大分蘖数和有效分蘖数，且在同一施磷条件下不同茬口其分蘖成穗率与小麦产量呈正相关关系，这些结果与前人的研究一致。然而，在同一茬口不同施磷水平下表现不一致。在本试验条件下表现为P90的产量大于P0，但P90的分蘖成穗率反而小于P0。这可能是不施磷肥时，土壤中磷素不能满足冬小麦产生较多分蘖需求，造成大部分分蘖即成穗及单株单穗情况，从而分蘖成穗率较高，但P90的单位面积有效穗数和穗粒数均已显著大于P0处理，所以在产量上仍表现为P90大于P0。

目前关于不同茬口对冬小麦的分蘖及成穗率影响的研究较少。本研究表明，同一施磷水平下，花生茬口与间作茬口相较于玉米茬口均能提高冬小麦单位面积最大分蘖数和单位面积有效分蘖数，但对分蘖成穗率的影响不显著。这一结果可能与豆科作物独特的固氮作用[16]导致土壤氮含量的增加提高冬小麦的分蘖及成穗数[30]，或者豆科作物茬口较玉米茬口显著提高土壤速效磷含量，从而提高冬小麦单位面积穗数[4]，以及玉米花生间作茬口在土壤团粒结构、有机质和关键酶活性上具有良好的茬口优势[5-6]等一系列因素有关。

3.2 施磷水平与茬口对冬小麦干物质积累、转移的调控效应

小麦籽粒产量来源于花后光合同化物的积累和花前营养器官贮存的同化产物向籽粒中的转运[24]。阳显斌等[31]研究发现，施磷促进了小麦不同生育时期干物质积累。本试验表明施磷显著提高了冬小麦干物质积累量，磷肥充足时有利于提高生育后期干物质积累速率，与前人一致。同时还发现，茎、叶的花前干物质转移对籽粒贡献率随着施磷量的增加而减少，这说明低磷条件下，籽粒的产量比较依赖花前茎、叶干物质的转移，随着施磷量的增加，这种依赖会逐渐减弱，更倾向于花后光合同化干物质的积累。本试验表明随着施磷量的增加，冬小麦成熟期茎、叶和颖壳及穗轴的干物质分配量呈增加趋势，茎、叶花前干物质转移对籽粒贡献率在29.3%—32.0%时更有利冬小麦高产，与张晶等[32]研究花后光合同化对籽粒贡献率在67.1%—70.3%时产量最高一致。

王飞等[7]研究发现相同施磷条件下花生‖玉米茬口较玉米茬口明显增大冬小麦叶面积指数，提高净光合速率，促进干物质积累。本研究表明，在4个施磷水平下，花生‖玉米茬口冬小麦干物质量均大于玉米茬口。而且，还发现在不施磷（P0）和P90水平时，冬小麦各时期干物质量均呈花生茬口＞花生‖玉米茬口，在P180、P270施磷水平时，冬小麦各时期干物质量均呈花生‖玉米茬口＞花生茬口，这说明在低磷条件下花生茬口有利于冬小麦干物质的积累，在适磷和磷充足条件下，花生‖玉米茬口更有利于冬小麦干物质的积累。其原因可能为在P0和P90条件不能满足当季冬小麦的生长发育的情况下，花生相对于花生‖玉米吸磷量较低，花生茬口残余土壤速效磷较低所致[33]；P180、P270水平施磷较多条件下，花生‖玉米茬口的土壤团粒结构、物生物、有机质和酶活性等因素为主效应[34]。本研究还表明，在P180水平下，茬口对冬小麦茎、叶、籽粒和颖壳及穗轴的干物质分配量影响明显，表现为花生‖玉米茬口＞花生茬口＞玉米茬口，且花生‖玉米茬口显著大于玉米茬口。从分配比例上看，在P180水平下，花生‖玉米茬口适当减少了冬小麦茎干物质分配比例，进而显著提高了籽粒的干物质分配比例。而在同一施磷水平下，茎、叶花前干物质的转移量越高，籽粒的产量也越高。

3.3 施磷水平与茬口对冬小麦产量形成的调控效应

小麦籽粒的干物质积累主要决定于灌浆过程中的灌浆持续时间和灌浆速率，籽粒灌浆过程呈慢—快—慢的生长规律，渐增期灌浆速率、快增期灌浆速率和缓增期灌浆持续时间是影响河西地区春小麦籽粒质量的主要参数[35]。原亚琦等[36]研究表明相同底墒下, 渐增期和快增期的持续时间、最大灌浆速率随磷肥的增加而增高。本研究表明，施磷量增加有利于使进入灌浆高峰期的时间提前，延长冬小麦花后快速灌浆时间，有助于籽粒产量积累。研究还发现，低磷条件下花生茬口相对于间作和玉米茬口提高了灌浆高峰期籽粒灌浆速率，P180、P270条件下间作茬口相对于花生茬口和玉米茬口提高了灌浆高峰期籽粒灌浆速率。其原因可能与茬口对冬小麦分蘖成穗的影响一致，需要进一步试验验证。

小麦产量由有效穗数、穗粒数、千粒重3个要素构成，三者关系的协调是取得小麦高产的关键[37-38]。胡雨彤等[39]研究表明，随施磷量的提高，小麦产量、有效穗数、千粒重和穗粒数呈现出先增后降的趋势。本研究表明，随着施磷量的提高，冬小麦穗粒数、千粒重和产量变化趋势与前人研究一致，但单位面积穗数则一直呈增加趋势，这可能与本试验土壤速效磷含量低有关。史校艳等[40]通过大豆、玉米及其间作茬口研究认为，茬口效应主要影响冬小麦的单位面积穂数、穗粒数和产量，表现为大豆单作＞玉米大豆间作＞玉米单作。本研究结果表现为，在P0和P90条件下，各茬口小麦单位面积穗数、穗粒数和产量表现为花生茬口＞花生‖玉米茬口＞玉米茬口。然而，在P180和P270条件下花生茬口和花生‖玉米茬口的单位面积穗数、穗粒数均显著大于玉米茬口，各茬口小麦产量表现为花生‖玉米茬口＞花生茬口＞玉米茬口，与史校艳研究不太一致，这可能是由于同为豆科作物的大豆和花生在茬口特性上略有区别所致。

将冬小麦产量与施磷水平进行方程拟合，并对其与磷肥投入、小麦价格的关系进行分析发现，花生茬口最佳经济产量施磷量和最高产量施磷量分别为177.0、182.9 kg·hm-2；花生‖玉米茬口最佳经济产量施磷量和最高产量施磷量分别为178.9、184.5 kg·hm-2，与玉米茬口相比，施磷量减少，但产量却并没有降低反而有所增加。据此，在实际生产中，应根据不同茬口合理配施磷肥，避免因磷肥施用过量而造成诸多负面效应。

4 结论

与不施磷相比，施磷肥显著提高了冬小麦单位面积穗数、穗粒数，同时提高茎、叶干物质积累，促进干物质向籽粒的转移，提高籽粒灌浆速率，施磷180 kg·hm-2时小麦产量最高。花生茬口及花生‖玉米茬口在冬小麦分蘖成穗、干物质积累与转移、籽粒灌浆和产量形成方面均优于玉米茬口，其冬小麦产量潜力大，最佳经济产量施磷量低，为177.0—178.9 kg·hm-2。

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Effects of Phosphorus Application Levels on Growth and Yield of Winter Wheat Under Different Crops for Rotation

XUE HuaLong1, LOU MengYu1, LI Xue1, WANG Fei1, GUO BinBin1, GUO DaYong1, LI HaiGang2, JIAO NianYuan1

1College of Agriculture, Henan University of Science and Technology/Henan Dry Land Agricultural Engineering Technology Research Center, Luoyang 471023, Henan;2College of Grassland Resources and Environment, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhhot 845350

【】 In order to explore the reasonable system of crops for rotation with wheat and its phosphorus (P) fertilizer management technology, the effects of P application levels on growth and yield of wheat under different crops for rotation were studied.】From 2018 to 2019 and 2019 to 2020, the winter wheat was planted under different crops for rotation of peanut (PCR), maize (MCR) and peanut intercropping maize (ICR), with different P application levels, including P0(0 kg P2O5·hm-2), P90(90 kg P2O5·hm-2), P180(180 kg P2O5·hm-2) and P270(270 kg P2O5·hm-2). Effects of P levels on tiller and effective spike rate, grain filling rate, dry matter accumulation and distribution ratio, and yield components of winter wheat were investigated.】(1) Under the same crops for rotation, the maximum number of tillers per unit area, the number of effective tillers, dry matter accumulation and dry weight per spike of winter wheat were P270＞P180＞P90＞P0treatment with the increase of P application rate. But the grain number per spike, the distribution rate of dry matter to grain and yield of winter wheat increased at first and then decreased, and reached the maximum under P level of P180. (2) Under different crops for rotation, the maximum number of tillers and effective tillers per unit area of winter wheat were PCR＞ICR＞MCR under different P levels. The dry matter weight and yield of winter wheat under PCR were higher than those under ICR and MCR with P0and P90levels, but ICR under P180and P270levels, the dry matter quality and yield of winter wheat were higher than those under PCR and MCR. (3) According to the fitting curve of P application and yield, the highest yield of winter wheat was 10 493.6 kg·hm-2, and the optimal economic yield of P level was 177.0 kg·hm-2underPCR. The highest yield of winter wheat was 10 749.8 kg·hm-2, while the optimal economic yield of P level was 178.9 kg·hm-2under ICR. The highest yield of winter wheat was 9 936.2 kg·hm-2, and the optimal economic yield of P level was 189.3 kg·hm-2underMCR. 【】 The number of effective tillers, dry matter accumulation and transferring, grain filling and yield formation of winter wheat under crops for rotation of peanut or crops for rotation of maize intercropping peanut were better than those of under crops for rotation of maize. Compared with crops for rotation of maize, the yield potential of winter wheat in crops for rotation of peanut or maize intercropping peanut was higher, and the application amount of phosphorus in the optimal economic yield was lower, which was 177.0-178.9 kg·hm-2.

crops for rotation; P levels; rate of effective tillers; grouting; dry matter accumulation; yield; wheat; peanut; maize