贾峥嵘，郝佳丽，郝艳芳，刘 勇，白文斌

（山西农业大学 高粱研究所，山西 晋中 030600）

氮素是作物生长发育必需的大量营养元素，在作物的营养循环和代谢过程中起着关键作用[1-2]，也是同化物合成和积累的物质基础。小麦作为较高的需氮作物，氮肥的施用不仅影响其产量和品质，还调控小麦灌浆期同化物的转运及籽粒的形成[3]。

合理应用氮肥是提高氮肥利用率的重要手段，但近年来随着小麦单产的提升，氮肥施用量也在相应的加大。据调查统计，我国超量施用化肥农户占到全国小麦种植生产户的75%以上[4]。然而，长期施用过量的氮肥不仅会增加温室气体的排放，还会在耕层土壤出现不同程度的氮素累积，并通过降雨和灌溉的淋洗造成地表水和地下水污染[5-9]，氮素在损失的同时也造成生态环境的污染，不利于现代农业和环境的可持续发展[10]。因此，合理施用氮肥不仅能减少氮肥损失，降低环境污染，也是获得高产和改善冬小麦品质的重要途径。

小麦产量构成的三要素是单位面积穗数、穗粒数和千粒质量，其中，千粒质量是小麦产量的重要指标，而决定小麦千粒质量的关键时期是小麦的灌浆期[11-13]，灌浆期是小麦籽粒形成的重要阶段，由各项灌浆参数共同决定。梳理前人研究，有关小麦籽粒灌浆特性的研究多有报道，主要集中在品种基因型[14-15]、耕作方式[16]、施肥措施[17-18]等方面，在氮肥应用上，已有研究表明，合理施用氮肥能够促进干物质积累与转运，提高籽粒粒质量，但超过某一范围后则会影响小麦产量的增加，不利于小麦穗粒数与粒质量的提高[19]。习敏等[20]研究表明，在抽穗期追施氮肥能提前小麦灌浆开始时间，增加平均灌浆速率和最大灌浆速率，缩短了持续灌浆期。韩占江等[21]研究表明，在小麦灌浆期适量施加氮肥能够提高小麦的灌浆速率和延长小麦灌浆持续时间。李娜等[22]研究表明，施加氮肥能减少达到最大灌浆速率所用的时间，加快小麦灌浆进入速增期，延长籽粒灌浆持续期。由于小麦品种的基因类型及其所处生长环境的差异，有关山西中部地区氮肥应用对冬小麦品种晋麦84 灌浆特征的研究报道还相对较少。

本试验通过研究不同施氮量对冬小麦地上部干物质积累量、灌浆特性以及产量的影响，以期为山西省中部地区冬小麦合理施用氮肥提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2017 年9 月至2018 年6 月在晋中市祁县东观镇试验地（112°45′E，37°38′N）进行，选用土地平整、肥力均匀的地块。试验地土壤为褐土类型，0～20 cm 耕层土壤基础肥力为：有机质含量14.25 g/kg，全氮含量0.92 g/kg，碱解氮含量73.56 mg/kg，速效磷含量13.4 mg/kg，速效钾含量255 mg/kg。

1.2 试验材料

供试冬小麦品种为晋麦84，由山西省农业科学院棉花研究所选育。

1.3 试验设计

试验共设9 个氮素处理，分别为0（CK）、120（N1）、150（N2）、180（N3）、210（N4）、240（N5）、270（N6）、300（N7）、360 kg/hm2（N8）。试验用氮肥为尿素（N 46%），70%用于底肥，30%用于追肥。磷肥为磷酸二铵（P2O546%），施用量为180 kg/hm2。小区面积为30 m2，随机区组排列，每个处理重复3 次。冬小麦于当年10月播种，次年6月收获。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 地上部干物质积累量的测定 在冬小麦4 个生育期（拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期）分别取10 株冬小麦进行干物质调查取样，将样品80 ℃烘干至恒质量，测定地上部单株干物质质量。

1.4.2 冬小麦灌浆特性测定 冬小麦开花时选择同一天开花、长势一致的植株300 株进行标记，在花后第7 天开始取样，每隔7 d 取样1 次，直至成熟。样品于105 ℃烘箱下杀青30 min，调至80 ℃烘干至恒质量，记录每次冬小麦的籽粒干质量，折算千粒质量。

本研究参照江晓东等[23]的方法，以籽粒千粒质量（Y）为因变量，花后天数（t）为自变量，采用Logistics 模型来拟合冬小麦灌浆期籽粒增质量过程的生长曲线方程，并对该方程求导，计算灌浆参数。

其中，k表示最大千粒质量，a、b 为常数。

依据方程，计算得出灌浆参数有快速积累起始时间T1（d）、到达最大灌浆速率的时间Tmax（d）、灌浆持续天数T（d）、平均灌浆速率Vmean（g/d）、最大灌浆速率Vmax（g/d）。

1.4.3 产量测定 冬小麦成熟期调查各个处理，以1 m2的采样区域(重复6 次)，脱粒晒干，折算成实际产量（kg/hm2）；统计单位面积穗数、穗粒数及千粒质量。

1.5 数据分析

采用Excel 2017处理数据，SPSS 17.0 进行统计分析，采用Duncan 新复极差法进行多重比较，显著性检验水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对冬小麦地上部单株干物质积累量的影响

从表1 可以看出，不同施氮量处理的冬小麦各生育期地上部干物质积累量都显著高于CK。N6、N7、N8 处理下，冬小麦拔节期和抽穗期的地上部单株干物质积累量显著高于N1、N2、N3、N4、N5 处理（P＜0.05），而灌浆期和成熟期的地上部单株干物质积累量反而低于其他处理；在N6 处理下，冬小麦拔节期到抽穗期的单株干物质积累量显著高于其他处理（P＜0.05），N3 处理下，抽穗期到灌浆期的单株干物质积累量最大，而在冬小麦灌浆期到成熟期，N4 处理（施氮量为210 kg/hm2）的冬小麦成熟期单株干物质积累量最多。说明高氮处理时，有利于促进冬小麦营养生长期的干物质积累，但在冬小麦开花期到成熟期的干物质积累量反而降低；低氮处理时，由于氮量供应不足，使得冬小麦整个生长发育期的干物质积累量都偏低；中氮处理时，冬小麦前期生长既不会因缺少氮影响生长，也不会因氮过量造成干物质过量积累，影响冬小麦后期的生长。

表1 不同施氮量对冬小麦生育期地上部单株干物质积累量的影响Tab.1 Effect of different nitrogen application on aboveground dry matter accumulation of winter wheat in fertility g

2.2 不同施氮量对冬小麦籽粒灌浆特性的影响

2.2.1 不同施氮量对冬小麦籽粒千粒质量的影响 不同施氮处理下冬小麦籽粒干质量积累曲线如图1 所示。

图1 不同施氮处理下冬小麦籽粒干质量积累曲线Fig.1 Dry weight accumulation curves of winter wheat seeds under different nitrogen application treatments

由图1 可知，不同氮肥处理的冬小麦籽粒灌浆进程均呈“S”型变化，灌浆速率均为单峰曲线，开花后7～21 d 灌浆速率呈上升趋势，开花后21 d 到成熟期冬小麦灌浆速率呈下降趋势，其中，开花后14～21 d 的灌浆速率最大。冬小麦开花后7 d，CK的灌浆速率显著高于不同氮肥处理，其次是N3 处理，N8 处理的灌浆速率最低；开花21 d 后N4 处理的冬小麦灌浆速率最大，低于施氮量为210 kg/hm2的灌浆速率，显著高于高施氮量。到灌浆后期，高氮处理的冬小麦灌浆速度略高于中氮和低氮处理。成熟期CK 的冬小麦千粒质量最大，其次是N3处理。

2.2.2 不同施氮量对冬小麦籽粒灌浆参数的影响 由表2 可知，根据拟合的灌浆速率方程计算得出各施氮处理的灌浆参数，最大灌浆速率（Vmax）与平均灌浆速率（Vmean）出现在N4 处理下，分别为2.70、1.81 g/d，而且N4 处理（施氮量≤210 kg/hm2）的最大灌浆速率和平均灌浆速率显著高于CK。N5、N6、N7、N8 处理的冬小麦在花后13 d 进入快速积累期，在花后20 d 达到最大灌浆速率；而CK 和低于N4 处理的小麦较高施氮量处理的提前了1～2 d，N3 处理的最早进入籽粒快速积累期；N1、N2、N3、N4 处理的冬小麦籽粒达到最大灌浆速率较N5、N6、N7、N8 处理的提前1 d。CK 的理论最大千粒质量和灌浆持续天数显著高于各施氮处理，N2、N3、N4 处理的理论最大千粒质量高于N1、N5、N6、N7、N8 处理。

表2 不同施氮处理下冬小麦籽粒灌浆参数比较Tab.2 Comparison of winter wheat grain filling parameters under different nitrogen application treatments

2.2.3 冬小麦籽粒灌浆参数与千粒质量的相关性分析 冬小麦灌浆主要参数与千粒质量的相关分析（表3）可知，千粒质量与籽粒灌浆的平均灌浆速率（Vmean）、最大灌浆速率（Vmax）、灌浆持续时间（T）均呈显著正相关，而与籽粒到达最大灌浆速率时间（Tmax）呈显著负相关。籽粒灌浆的持续时间（T）与籽粒灌浆的最大灌浆速率（Vmax）呈极显著负相关，与籽粒灌浆的平均灌浆速率（Vmean）呈显著负相关，与到达最大灌浆速率时间（Tmax）呈显著正相关。籽粒灌浆的平均灌浆速率（Vmean）与最大灌浆速率（Vmax）呈极显著正相关，与到达最大灌浆速率时间（Tmax）呈极显著负相关。因此，说明千粒质量与籽粒的灌浆速率和持续天数有关，灌浆速率越大，持续时间越长，冬小麦籽粒千粒质量就越大。

表3 冬小麦籽粒灌浆参数与千粒质量的相关性分析Tab.3 Correlation analysis between grain filling parameters and 1000-grain weight of winter wheat

2.3 不同施氮量对冬小麦产量及产量构成因素的影响

由表4 可知，不同氮肥处理的冬小麦公顷穗数、穗粒数和产量都显著高于CK，而千粒质量显著低于CK。N8 处理（施氮量为360 kg/hm2）的公顷穗数最大，说明高施氮量能增加冬小麦的分蘖数，从而增加公顷穗数；N6 处理的穗粒数最大，其次是N4 处理，较高施氮量的穗粒数低于中等施氮量；低中等施氮量处理的千粒质量显著高于高施氮量，其中，N1 处理的显著高于其他处理；N4 处理（施氮量为210 kg/hm2）的产量最高，其次是N6 处理。说明施氮肥能提高冬小麦的产量，但是过高的施氮反而会降低产量。

表4 不同施氮量对冬小麦产量及产量构成因素的影响Tab.4 Effect of different nitrogen application on yield and yield components of winter wheat

由表5 可知，不同氮肥处理的冬小麦产量与穗粒数呈极显著正相关，与千粒质量呈显著正相关，与公顷穗数呈显著负相关，说明适当降低小麦的公顷穗数，提高穗粒数和千粒质量可提高产量。公顷穗数与千粒质量呈极显著负相关，说明公顷穗数增加会降低千粒质量。

表5 不同施氮量下冬小麦产量与产量构成因素的相关性分析Tab.5 Correlation analysis of yield and yield components of winter wheat under different nitrogen application

3 结论与讨论

本研究表明，不同施氮量处理的冬小麦地上部干物质积累量都显著高于CK。N3 处理的冬小麦抽穗期到灌浆期的地上部干物质积累量最大，N4处理的冬小麦成熟期地上部干物质积累量最大。说明氮素供应不足会因缺氮造成冬小麦整个生育期地上部干物质积累偏低，氮素过量会促进冬小麦前期营养生长过度，适量施用氮肥能满足冬小麦整个生育期的生长发育，前期既不会因缺少N 影响生长，也不会因N 过量造成干物质过量积累，影响冬小麦后期的生长。

灌浆期是影响小麦产量的重要时期，衡量灌浆过程的关键指标是小麦籽粒的灌浆特性[24]，而灌浆特性主要是通过灌浆速率以及灌浆持续时间来进行调控的[25]。本试验中不同氮肥处理的冬小麦籽粒灌浆进程均呈“S”型变化，灌浆速率均为单峰曲线，前期的灌浆速率较慢，中期的灌浆速率加快，到籽粒灌浆后期的灌浆速率减慢，这与籽粒的生长发育过程相一致。花后7 d，CK 的灌浆速率显著高于氮肥处理；花后21 d，N4 处理的冬小麦灌浆速率最大。在灌浆后期，高氮处理的冬小麦灌浆速度略高于中氮和低氮处理。

采用Logistic 模型分别拟合出不同氮肥处理的冬小麦灌浆进程的生长曲线方程，对得出的方程进行求导，计算灌浆参数。根据小麦千粒质量与灌浆参数的相关性分析得出，千粒质量与籽粒的灌浆速率和持续天数呈显著正相关，这与李文阳等[26]的研究结果一致；苗永杰等[14]研究也表明，灌浆速率、灌浆持续时间与千粒质量均呈现显著正相关，二者共同影响小麦千粒质量大小。N2、N3、N4 处理的冬小麦最大灌浆速率（Vmax）与平均灌浆速率（Vmean）较高，进入快速积累时间较早，这与习敏等[20]的研究结果相一致；李彦旬等[18]研究也表明，适宜的施氮量不但能延长小麦灌浆活跃期，还能提高籽粒灌浆速率，对千粒质量形成有利。灌浆持续时间与其他处理的差异不明显，因此，N2、N3、N4 处理的冬小麦千粒质量相对较大。

不同氮肥处理的冬小麦公顷穗数、穗粒数和产量都显著高于CK，而千粒质量显著低于CK。这与冬小麦基因型有关，晋麦84 号是典型的大粒品种，千粒质量过大，由于CK 不施氮肥，冬小麦在前期分蘖较少，公顷穗数较低，开花后以籽粒灌浆为主，所以，千粒质量较高。冬小麦产量与穗粒数呈极显著正相关，与千粒质量呈正相关，与公顷穗数呈负相关，公顷穗数与千粒质量呈极显著负相关，N 肥过量会增加冬小麦的公顷穗数，公顷穗数过多导致千粒质量和穗粒数降低，进而影响产量。彭永欣[27]研究发现，施氮量与籽粒的产量表现为二次曲线，当施氮量处于一定范围时，小麦的产量随施氮量增加而增加，但高于临界点，氮肥的投入产出比便会快速减小。姚钊等[28]研究表明，滴灌条件下在一定施氮范围内，冬小麦的籽粒产量随着施氮量的增加逐渐增加，但当超过一定范围后产量下降；N4 处理的冬小麦公顷穗数适中，穗粒数和千粒质量较高，产量最大。因此，冬小麦施氮量为150～210 kg/hm2时，使得冬小麦越冬期分蘖数降低，提高穗粒数和千粒质量，进而提高产量。