多穗型品种华成3366减氮增密绿色增产稳产技术研究

张向前1 ,刘良柏2,乔玉强1,曹承富1,陈 欢1,王平信2,郭 然2,刘 飞2,杜世州1,赵 竹1,李 玮1

(1.安徽省农业科学院 作物研究所,安徽 合肥 230031;2.安徽华成种业股份有限公司,安徽 宿州 234000)

摘要为揭示减氮下利用多穗型品种增加密度实现绿色增产稳产的可行性,研究了4种氮水平与3种种植密度互作对小麦根系、光合、品质及产量的影响。结果表明,相同氮水平下根长、根表面积、平均根直径受密度影响不显著,根体积和根尖数受密度影响显著,相同密度下N1(传统施氮量)根长、根表面积、根体积、根尖数显著高于N3(70%N1)。相同密度减氮15%(N2,85%传统施氮量)小麦孕穗期旗叶面积不会显著降低,而减氮30%会显著降低。叶绿素含量受密度影响不显著,D1(180万株/hm2)和D3(360万株/hm2)密度下N1 叶绿素含量显著高于N3。同一氮水平下,密度增加光合速率、气孔导度、蒸腾速率降低,胞间CO2浓度上升,D1、D2(270万株/hm2)、D3下N1比N3光合速率和气孔导度显著增加20.03%,18.44%,17.36%和24.11%,20.40%,19.76%。籽粒蛋白质、淀粉、湿面筋含量及沉降值受密度影响不显著,N1与N3间蛋白质含量和沉降值差异显著,而淀粉、湿面筋含量差异不显著。相同氮水平下,增加180万株/hm2基本苗显著提高小麦各生育期群体干物重,施氮量由N1降到N3群体干物重显著降低,N2D3和N3D3群体干物重高于或相当于N1D1和N1D2,N3D3群体干物重高于或相当于N2D1和N2D2。N1、N2、N3下D3比D1产量在2016,2017年显著增加了11.83%,11.42%,14.03%和5.52%,10.31%,10.88%,N3D2和N3D3产量高于或相当于N1D1。研究得出,减氮15%~30%下密度增加90~180万株/hm2基本苗可获得高于或相当于其对应未减氮处理的生物和经济产量。

关键词根系性状;旗叶面积;光合;籽粒品质

小麦籽粒产量和品质与种植环境密切相关,易受多种栽培技术的影响,其中适宜的氮肥施用量和种植密度是小麦优质高产栽培的主要农艺调控措施 [1]。不适宜的肥料施用量和播种量,不仅加重高产与资源高效的矛盾,还会引发一系列农业环境问题[1-2]。研究表明,氮肥和密度二者间存在互作效应,适当降低氮肥施用量、合理增加种植密度有利于小麦群体充分吸收土壤氮素,在保证产量的同时减少土壤氮素残留[3-4]。王成雨等[5]在研究中指出,氮肥施用偏高不仅降低氮肥利用率,而且促使植株基部节间变长,易倒伏减产,密度偏低会导致穗数不足,密度过大易造成个体变弱,同样会导致作物减产。李筠等[6]研究发现,播种密度过大或过小均不利于小麦高产,籽粒蛋白质含量随密度的增加而降低,产量与施氮量呈二次曲线关系,增加施氮量可提高小麦蛋白质和湿面筋含量。

有关施氮量和密度对小麦产量的影响,国内外学者做过不少研究[7-9],一般认为,种植密度偏大,虽可增加有效穗数,但千粒质量和穗粒数降低,致使产量不高,而适当降低密度有利于光合产物向籽粒转移,提高产量和收获指数;一定施氮水平内,籽粒产量随施氮量的增加而增加,但超过一定限度后,产量提高不明显,甚至降低。小麦是安徽省主要粮食作物之一,确保其稳产高产对我国粮食安全具有重要意义。虽前人在有关氮肥和密度对小麦影响方面做了不少研究,但在安徽生态区有关该方面的研究仍相对欠缺,且该区实际小麦生产中由于缺少相应的理论技术指导和广大农民科学文化程度较低,往往氮肥施用量偏高且种植密度不合理,不仅造成氮肥的流失和浪费,而且产量提升困难。

本研究以多穗型小麦品种华成3366为试验材料,研究了不同施氮水平和密度互作对其根系、光合、品质及群体干物重、成熟期生物和经济产量的影响,旨在一方面阐明影响小麦产量和品质形成关键指标对施氮量和密度变化的响应,另一方面探讨通过增加密度减少氮肥施用量实现小麦绿色增产稳产的可行性。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2015-2017年在安徽省蒙城县农业科技示范场进行,试验所在地土质为砂姜黑土,0~20 cm耕层土含有机质14.41 g/kg,全氮1.73 g/kg,全磷0.96 g/kg,碱解氮89.476 mg/kg,有效磷29.77 mg/kg,速效钾299.32 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计,主区为密度,分别为180万株/hm2(D1)、270万株/hm2(D2)和360万株/hm2(D3),裂区为施氮量,分别为240 kg/hm2(N1,常规量)、204 kg/hm2(N2,相比N1减氮15%)、168 kg/hm2(N3,相比N1减氮30%)、0 kg/hm2(N0)。种植小麦品种为华成3366(多穗型),行距20 cm,小区面积3 m×4 m=12 m2,氮肥基追比6∶4,追肥时期为拔节期,P2O5 90 kg/hm2,K2O 90 kg/hm2,磷肥和钾肥全部基施。共12个处理,3次重复,2015年(只有密度270万株/hm2处理设有不施肥对照)和2016年(各密度皆有不施肥对照)均为10月16日播种,其他田间管理措施同当地大田生产栽培要求。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 根系性状 采用挖掘法采集根样(0~40 cm),取出根样后迅速装入大塑料袋中,带回实验室用0.25 mm 土壤筛将根系冲洗干净,于开花期取样。将小麦根系洗干净放入装有少量水的有机玻璃盘内,用镊子小心将每条根展开,使根与根之间不重叠。采用根系图像分析软件WinRhizo(Regent Instruments,Canada)对每株根系进行扫描和分析,得到平均根直径、根长、根表面积、根体积和根尖数,每个处理5次重复。

1.3.2 旗叶叶面积 在孕穗期和灌浆中期每小区取10株小麦,用直尺量取旗叶最长和最宽处,用长和宽的乘积再乘以换算系数0.83确定旗叶叶面积。

1.3.3 叶绿素含量 用手持式叶绿素测定仪(SPAD-502)于拔节期、孕穗期、开花期和灌浆中期测定。

1.3.4 旗叶光合速率 采用Li-6400便携式光合仪(美国LI-COR公司)于晴朗无云天气在上午9:30-11:30测定小麦旗叶光合速率,胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率,测定时期为开花期。

1.3.5 籽粒品质 淀粉、蛋白质、沉降值和湿面筋用Foos 1241型近红外谷物分析仪测定。

1.3.6 群体干物重 分别于拔节期、孕穗期、开花期和成熟期取样(10株/小区)测定干物重,将所取样品在105 ℃下杀青20 min,80 ℃烘干至恒重,称取干物重。

1.3.7 产量 分小区收割晒干后折算成大田量。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2013软件对数据进行处理和作图,采用SPSS 17.0软件和最小显著差数法(LSD)进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 根系性状

N0处理(表1)的根长、根表面积、根体积、平均根直径、根尖数显著低于施肥处理,D1密度下N1和N3分别比N0显著增加了136.17%,115.89%,153.38%,37.56%,187.23%和94.28%,92.45%,131.58%,30.50%,157.72%。相同施氮水平下,D1、D2、D3间根长、根表面积、平均根直径差异皆不显著,而N1和N3下D1比D3的根体积分别显著增加了6.65%和6.94%,N1、N2、N3下D1比D3根尖数分别显著增加了7.73%,10.21%,10.06%,表明相同氮水平下种植密度可对小麦根体积和根尖数产生显著影响。从表1亦可看出,相同种植密度下,根长和根尖数N1与N2(比N1减氮15%)间差异显著,N2与N3(比N1减氮30%)间差异不显著;根表面积和平均根直径N1与N2及N2与N3间差异不显著,根体积N1与N2间差异不显著。相同种植密度下N1比N3的根长、根表面积、根体积、根尖数在D1密度显著增加了21.56%,12.18%,9.42%,11.45%,在D2密度显著增加了20.98%,11.64%,8.70%,14.42%,在D3密度显著增加了23.45%,10.86%,9.72%,13.85%。

表1 不同施氮量和种植密度下小麦根系性状比较
Tab.1 The difference in root traits of wheat under different application amount and planting density

注:表中数据为平均数±标准差,各列后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著(P<0.05)。图1、表2-6同。
Note:Values are means±SD,small letters in the same column indicate significant difference(P﹤0.05). The same as Fig.1,Tab.2-6.

2.2 旗叶叶面积

孕穗期(图1)同一氮水平下不同种植密度小麦旗叶叶面积差异皆不显著,而N1、N2、N3下不同种植密度的小麦旗叶叶面积显著高于不施肥N0。相同种植密度下,N1与N2、N2与N3旗叶叶面积差异不显著,表明同一种植密度下减氮15%不会造成孕穗期小麦旗叶叶面积的显著差异。同一密度下,N3旗叶叶面积显著低于N1,分别降低9.63%,9.73%和9.30%,表明减氮30%会造成孕穗期旗叶叶面积显著降低。灌浆中期施肥处理N1、N2、N3旗叶叶面积显著高于N0,N1与N2旗叶叶面积在同一密度D1和D2下差异不显著,N2与N3旗叶叶面积在D3下差异不显著,表明减氮15%下灌浆中期旗叶叶面积是否显著降低与种植密度存在一定关系,N3旗叶面积显著低于N1,表明减氮30%会导致小麦旗叶面积显著降低。从图1亦可看出,相同氮水平下,D1、D2、D3旗叶面积呈逐渐降低的趋势,但只有灌浆中期N0和N2下D1与D3的旗叶面积差异显著。

图1 不同施氮量和种植密度下旗叶面积比较
Fig.1 The difference in flag leaf area under different N
application amount and planting density

2.3 叶绿素含量

相同氮水平下不同种植密度间在同一生育期的叶绿素含量差异皆不显著,且不施肥N0下各种植密度小麦叶绿素含量显著低于其他施肥处理。同一种植密度下N1与N2间叶绿素含量差异皆不显著,N2与N3间除开花期D3密度下叶绿素含量差异显著,其余差异皆不显著,表明同一密度下减氮15%不会造成叶绿素含量的明显降低。N1与N3 2种氮水平下,除灌浆中期D2种植密度下两者差异不显著外,其余差异皆显著,其中D1与D3密度下N1的叶绿素含量分别比N3显著增加了5.66%,6.52%,8.47%,9.80%和5.73%,7.15%,9.60%,10.98%(表2)。

表2 不同施氮量和种植密度下叶绿素含量比较(SPAD)
Tab.2 The difference in chlorophyll content under different N application amount and planting density

2.4 光合特性

N0下各种植密度的光合速率、气孔导度、蒸腾速率显著低于施氮处理N1、N2、N3,而胞间CO2浓度显著高于各施氮处理。同一氮水平下,随种植密度的增加光合速率、气孔导度、蒸腾速率呈逐渐降低的趋势,胞间CO2浓度呈上升趋势,其中N1、N2、N3下3种种植密度D1、D2、D3间的光合速率差异皆不显著,N1和N2下D1与D3间气孔导度、胞间CO2浓度差异显著,其余差异皆不显著。相同种植密度下,N1与N3间的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度差异显著,D1、D2、D3密度下N1比N3的光合速率和气孔导度分别显著增加了20.03%,18.44%,17.36%和24.11%,20.40%,19.76%。N1与N2间的光合速率相同密度下差异皆不显著,N2与N3间的光合速率D1密度下差异显著,D2和D3密度下差异不显著(表3)。

表3 不同施氮量和种植密度下光合特性比较
Tab.3 The difference in photosynthetic characteristics under different N application amount and planting density

2.5 籽粒品质

随施氮量的降低,同一种植密度下,小麦籽粒蛋白质、湿面筋含量和沉降值呈逐渐降低的趋势,淀粉含量呈逐渐上升趋势。相同施氮水平下,D1、D2、D3密度间的蛋白质、淀粉、湿面筋含量及沉降值差异皆不显著,表明种植密度对小麦籽粒蛋白质、淀粉、湿面筋含量及沉降值影响不显著。同一种植密度下,N1与N2、N2与N3(D3密度下蛋白质含量除外)间的蛋白质、淀粉、湿面筋含量及沉降值差异皆不显著,表明一定范围内减氮15%虽然会导致籽粒蛋白质、湿面筋含量、沉降值的降低及淀粉含量的增加,但效果不明显。从表4亦可看出,N1与N3间的蛋白质含量和沉降值差异显著,D1分别增加了5.42%和5.57%,D2分别增加了6.58%和5.47%,D3分别增加了7.05%和4.74%,而N1与N3间淀粉、湿面筋含量差异不显著(表4)。

表4 不同施氮量和种植密度下小麦籽粒品质比较
Tab.4 The difference in grain quality under different N application amount and planting density

2.6 群体干物重

同一氮水平下(表5),随种植密度的增加小麦各生育期群体干物重呈上升趋势,且D1与D2、D2与D3间大多数差异显著,各生育期群体干物重D3显著高于D1,其中N1和N2水平下,D3比D1的群体干物重在拔节期、孕穗期、开花期和成熟期分别显著增加了64.34%,32.33%,27.76%,6.83%和66.47%,33.36%,26.68%,7.63%,表明相同氮水平下,小麦密度增加90万株/hm2基本苗即可一定程度提高群体干物重,增加180万株/hm2基本苗会显著提高各生育期群体干物重。相同种植密度D1、D2、D3下,N1与N2、N2与N3间各生育期群体干物重部分差异显著,而N1与N3间差异皆显著,表明当施氮量由N1水平降到N3会导致各密度小麦群体干物重显著降低。从表5亦可看出,N2D3和N3D3群体干物重高于或相当于N1D1和N1D2,N3D3群体干物重高于或相当于N2D1和N2D2,其中N2D2和N2D3比N1D1群体干物重在拔节期、孕穗期、开花期和成熟期分别增加26.31%,11.66%,5.48%,0.51%和59.49%,26.04%,18.14%,2.95%,表明减氮15%密度增加90万株/hm2基本苗或减氮30%密度增加180万株/hm2基本苗可获得高于或相当于未减氮处理的群体干物重(生物产量)。

表5 不同施氮量和种植密度下群体干物重比较
Tab.5 The difference in dry matter weight of population under different N
application amount and planting density kg/hm2

2.7 经济产量及其构成

相同氮水平下(表6),D1、D2、D3千粒质量和穗粒数差异不显著,除不施肥外D1、D2、D3间穗数存在显著差异,D3比D1和D2穗数N1下显著增加23.65%和8.39%,N2下显著增加19.41%和4.58%,N3下显著增加18.94%和4.94%。相同密度下,N1与N3穗粒数差异不显著,穗数差异显著,千粒质量D1和D3差异不显著,而在D2密度下差异显著,表明相同密度减氮30%不会造成穗粒数显著降低,但会造成穗数显著降低,而减氮30%千粒质量是否显著降低与种植密度存在一定关系。2016,2017年不施肥处理的产量显著低于其他施肥处理,同一氮水平下(N1、N2和N3),随密度的增加产量总体上升,以N1D3产量最高,但未与N2D3和N3D3差异显著。相同氮水平下,D3产量显著高于D1,2016,2017年D3比D1产量N1显著增加11.83%和5.52%,N2显著增加11.42%和10.31%,N3显著增加14.03%和10.88%,此外,相同氮水平下D1与D2、D2与D3间的产量部分存在显著差异,表明施氮水平一致,一定范围内种植密度增加90万株/hm2基本苗产量提升幅度有可能显著或不显著,而增加180万株/hm2基本苗产量会显著提高。相同种植密度下,N1和N2、N2和N3的产量差异不显著,N1D1与N3D1产量差异显著。N3D2和N3D3产量高于或相当于N1D1,表明降氮30%而密度增加90~180万株/hm2基本苗可确保稳产。

表6 不同施氮量和种植密度下产量及其构成比较
Tab.6 The difference in yield and its components under different N application amount and planting density

3 讨论

生产实践表明,作物高产稳产的物质基础是具有较高的生物产量,而生物产量的高低在很大程度上取决于根系生长发育状况。邱喜阳等[10]研究发现,通过氮肥施用量调控根量对提高大穗型小麦产量具有重要作用。王树丽等[11]研究证实,适当增加种植密度有利于提高单位体积土壤中小麦根系数量和活力。本研究发现,相同氮水平下不同种植密度间小麦根体积和根尖数差异显著,而根长、根表面积、平均根直径差异不显著;相同密度下N3(减氮30%)根长、根表面积、根体积、根尖数显著低于N1,而减氮15%不会造成根表面积、平均根直径和根体积的显著降低。种植密度可对小麦根系产生影响主要在于密度可调控单株小麦根系个体间获取养分及生长空间竞争力的大小,氮肥施用水平对小麦根系产生影响主要在于氮肥能为根系生长提供必需的氮源和能源[12]。旗叶叶面积和叶片叶绿素含量与作物群体光合能力大小密切相关,如何增加旗叶面积提高叶绿素含量对增加作物产量具有重要作用[13]。本研究证实,减氮30%可导致小麦旗叶面积和叶绿素含量显著降低,而减氮15%叶绿素含量降低不明显,旗叶面积是否显著降低与生育期和种植密度有一定关系;相同氮水平下,同一生育期不同密度间叶绿素含量差异不显著,种植密度增加旗叶面积呈下降趋势。成熟籽粒中70%以上的干物质来源于花后光合器官所生产的光合产物,光合速率的提高对籽粒干物质的积累具有重要的作用[14]。本研究发现,不施氮肥会显著降低小麦光合速率、气孔导度和蒸腾速率,相同施氮量下3个密度D1、D2、D3间光合速率逐渐下降,但差异不显著,N1和N2下D1与D3间气孔导度、胞间CO2浓度差异显著;相同密度下,减氮30%显著降低光合速率,减氮15%光合速率是否显著降低与种植密度存在一定关系。马建辉等[2]研究同样证实,净光合速率随施氮量增加而升高,施氮水平超过一定限度后光合速率不再升高,群体密度低,通风透光性较佳,密度增加,旗叶净光合速率会降低。

籽粒品质不仅受遗传特性影响,且同一品种在不同地区、土壤及栽培措施间存在明显差异[15-17],研究栽培措施对小麦品质性状的影响,对充分发挥品种遗传潜力及优质小麦区域发展,改善作物营养品质具有重要意义。赵广才等[18]研究表明,基本苗225~450万株/hm2,随基本苗增加谷蛋白和总蛋白含量呈逐渐降低趋势,各蛋白组分及总蛋白含量随施氮水平提高逐渐增加,除谷蛋白外,处理间差异显著。本研究发现,同一密度下,随施氮量的降低,籽粒蛋白质、湿面筋含量和沉降值呈逐渐降低的趋势,淀粉百分比含量呈逐渐上升趋势,相同施氮量下,密度对籽粒蛋白质、淀粉、湿面筋含量及沉降值影响不显著;减氮15%不会造成籽粒品质的显著变化,减氮30%蛋白质含量和沉降值显著降低,而淀粉和湿面筋含量降低不显著。温明星等[19]同样证实,密度变化会对镇麦168粗蛋白和湿面筋含量产生一定影响,氮肥施用量为240~330 kg/hm2时,增施氮肥能改善籽粒湿面筋、粗蛋白含量和容重等品质指标,施氮量降低会引起品质下降。密度和氮肥可影响小麦籽粒品质主要可能是由于密度会导致小麦群体结构的不同而带来温、光、通风等生态条件的差异[20],最终影响籽粒品质形成,氮肥可以影响光合碳、氮代谢及籽粒的氮代谢而导致品质的不统一[21]

曹倩等[22]研究表明,施氮量和种植密度均显著影响小麦产量及其构成因素,二者间存在明显的互作效应,其中密度是导致产量变化的主导因素。徐振江等[23]研究指出,密度为120~240万株/hm2时,籽粒产量随密度的增加而明显提高,氮肥用量为75~225 kg/hm2时产量随施氮量同步提高,当施氮量超300 kg/hm2时产量不再增加。本研究发现,相同氮水平下,密度增加90万株/hm2基本苗可一定程度提高群体干物重,增加180万株/hm2基本苗显著提高各生育期群体干物重及经济产量;当施氮量由N1降到N3会导致各密度小麦群体干物重显著降低;相同氮水平下,密度D1、D2、D3间千粒质量和穗粒数差异不显著,穗数(不施肥除外)差异显著,相同密度减氮30%不会造成穗粒数显著降低,但穗数显著降低;同时发现,减氮15%增加90万株/hm2基本苗或减氮30%增加180万株/hm2基本苗可获得高于或相当于其对应未减氮处理生物产量(群体干物重)和经济产量。本研究中,增加密度能弥补减氮对生物产量和经济产量造成的损失主要是由于密度与氮肥之间存在互作效应,氮肥主要是通过改善个体根系性状及提高个体光合速率和个体质量影响群体光合性能和产量,而密度主要是提高作物群体根系对土壤营养物质的利用率及群体数量和叶面积指数,通过影响群体养分吸收、光合性能和干物质积累而增加产量,当施氮量不足时增加密度即可以对氮肥效应进行一定程度补偿[24-27]。因此,在实际农业生产中,利用多穗型品种在减少氮肥施用量的基础上适当增加种植密度,是农业绿色增产稳产的一条可行性技术途径。

参考文献:

[1] 蔡金华,陈爱大,温明星,等. 施氮量和种植密度对镇麦168子粒产量与品质的影响[J].植物营养与肥料学报,2013,19(6):1312-1320.

[2] 马建辉,张利霞,姜丽娜,等. 氮肥和密度对冬小麦光合生理和物质积累的影响[J]. 麦类作物学报,2015,35(5):674-680.

[3] 刘 佩,齐冰玉. 不同施氮量及种植密度对小麦开花期氮素积累转运的影响[J]. 中国生态农业学报,2016,24(2):131-141.

[4] 张 娟,武同华,代兴龙,等. 种植密度和施氮水平对小麦吸收利用土壤氮素的影响[J]. 应用生态学报,2015,26(6):1727-1734.

[5] 王成雨,代兴龙,石玉华,等. 氮肥水平和种植密度对冬小麦茎秆抗倒性能的影响[J]. 作物学报,2012,38(1):121-128.

[6] 李 筠,王 龙,任立凯,等. 播期、密度和氮肥运筹对冬小麦连麦2号产量与品质的调控[J]. 麦类作物学报,2010,30(2):303-308.

[7] 房 琴,王红光,马伯威,等. 密度和施氮量对超高产冬小麦群体质量和产量形成的影响[J]. 麦类作物学报,2015,35(3):364-371.

[8] Moreira A, Moraes L A C, Schroth G, et al. Effect of nitrogen, row spacing, and plant density on yield, yield components, and plant physiology in soybean-wheat intercropping[J].Agronomy Journal, 2015, 107(6):2162-2170.

[9] Zhang Y, Dai X, Jia D, et al. Effects of plant density on grain yield, protein size distribution, and bread making quality of winter wheat grown under two nitrogen fertilization rates[J].European Journal of Agronomy, 2016, 73:1-10.

[10] 邱喜阳,王晨阳,王彦丽,等. 施氮量对冬小麦根系生长分布及产量的影响[J]. 西北农业学报,2012,21(1):53-58.

[11] 王树丽,贺明荣,代兴龙,等. 种植密度对冬小麦根系时空分布和氮素利用效率的影响[J]. 应用生态学报,2012,23(7):1839-1845.

[12] Zhang X Q,Huang G Q,Bian X M,et al. Effects of nitrogen fertilization and root interaction on the agronomic traits of intercroppedmaize,and the quantity of microorganisms and activity of enzymes in the rhizosphere[J]. Plant and Soil,2013,368(1/2):407-417.

[13] Milas A S, Romanko M, Reil P, et al. The importance of leaf area index in mapping chlorophyll content of corn under different agricultural treatments using UAV images[J]. International Journal of Remote Sensing, 2018(3):1-17.

[14] 孙婴婴,韩霁昌,张岁岐,等. 陕西省不同年代旱地冬小麦光合与产量特征变化及其相互关系研究[J].麦类作物学报,2016,36(3): 308-315.

[15] 胡学旭,孙丽娟,周桂英,等. 2000-2015年国家黄淮和北部冬麦区域试验品种品质分析[J].中国农业科学,2016,49(24): 4677-4686.

[16] 胡学旭,周桂英,吴丽娜,等. 2006-2014年我国小麦品质在年度和品质区之间的变化[J].麦类作物学报,2016,36(3): 292-301.

[17] Lin Z, Chang X, Wang D, et al. Long-term fertilization effects on processing quality of wheat grain in the North China Plain[J].Field Crops Research, 2015(174):55-60.

[18] 赵广才,常旭虹,杨玉双,等. 群体和氮肥运筹对冬小麦产量和蛋白质组分的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2009,15(1):16-23.

[19] 温明星,陈爱大,李东升,等. 密度和氮肥施用量对镇麦168产量和品质的影响[J]. 核农学报,2013,27(10):1575-1580.

[20] 刘 莹,唐 清,王立峰,等. 播期和密度对襄麦D31籽粒产量及品质的影响[J].麦类作物学报,2017,37(3): 376-381.

[21] 杨武广,田中伟,殷 美,等. 不同年代冬小麦品种籽粒产量与品质的演变及其对氮肥的响应[J]. 麦类作物学报,2014,34(10):1390-1397.

[22] 曹 倩,贺明荣,代兴龙. 密度、氮肥互作对小麦产量及氮素利用效率的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2011,17(4):815-822.

[23] 徐振江,张 林,任永浩,等. 种植密度与氮肥施用量对糯小麦籽粒产量和品质的影响[J]. 华中农业大学学报,2010,29(1):9-13.

[24] 曹 倩,贺明荣,代兴龙,等. 氮密互作对小麦花后光合特性及籽粒产量的影响[J]. 华北农学报,2012,27(4):206-212.

[25] Yan P,Zhang Q,Shuai X F,et al. Interaction between plant density and nitrogen management strategy in improving maize grain yield and nitrogen use efficiency on the North China Plain[J]. Journal of Agricultural Science,2016,154(6):978-988.

[26] 徐新朋,周 卫,梁国庆,等. 氮肥用量和密度对双季稻产量及氮肥利用率的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2015,21(3):763-772.

[27] Ju C X,Buresh R J,Wang Z Q,et al. Root and shoot traits for rice varieties with higher grain yield and higher Nitrogen use efficiency at lower nitrogen rates application[J]. Field Crops Research,2015,175:47-55.

Research on Increasing and Maintaining Yield from Reducing N Application Rate and Enhancing Planting Density by Using Multiple Spike Cultivar of Huacheng 3366

ZHANG Xiangqian1,LIU Liangbai2,QIAO Yuqiang1,CAO Chengfu1,CHEN Huan1,WANG Pingxin2,GUO Ran2,LIU Fei2,DU Shizhou1,ZHAO Zhu1,LI Wei1

(1.Crops Research Institute,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,China;2.Anhui Huacheng Seed Co.,Ltd.,Suzhou 234000,China)

AbstractIn order to reveal the feasibility of increasing and maintaining yield with green agriculture development by using multiple spike cultivar to enhance density based on decreasing nitrogen application rate,we studied the effects of the interaction of four nitrogen fertilization levels and three planting density on root traits,photosynthesis,grain quality and yield of wheat. Under the same nitrogen level,the length,surface area,average diameter of root were insignificantly affected by planting density,while root volume and root tips were significantly affected by planting density,the root length,root surface area,root volume and root tips of N1(traditional N application amount)were significant higher than that of N3(70%N1)under the same planting density. Under the same planting density,the flag leaf area was not significantly reduced at booting stage when decreasing 15% nitrogen(N2,85%traditional N application amount)application amount,while was significantly reduced by decreasing 30% N application amount. Chlorophyll content was not significantly affected by planting density,the chlorophyll content of N1 was significantly higher than that of N3 under the density of D1(180×104 plants/ha)and D3(360×104 plants/ha). Under the same nitrogen level,to increase planting density would led to photosynthetic rate,stomatal conductance and transpiration rate increased and intercellular CO2 concentration decreased,when compared to N3,N1 significantly increased photosynthetic rate and stomatal conductance by 20.03%,18.44%,17.36% and 24.11%,20.40%,19.76% under D1,D2(270×104 plants/ha),D3. The grain protein,starch,wet gluten and sedimentation value was insignificantly affected by density,the difference in protein content and sedimentation value between N1 and N3 was significant,while in starch and wet gluten content were in significant. Under the same nitrogen level,to increase the density of 180×104plants/ha basic seedlings could significantly enhance the population dry matter weight of wheat at each stages,the population dry matter weight was significantly decreased when N application amount reduced from N1 to N3,the biological yield of N2D3 and N3D3 were higher than or equal to N1D1 and N1D2,and the biological yield of N3D3 was higher than or equal to N2D1 and N2D2. Compared to D1,under N1,N2,N3,D3 increased the yield by 11.83%,11.42%,14.03%and 5.52%,10.31%,10.88% respectively in 2016 and 2017,the yield of N3D2 and N3D3 were higher than or equal to N1D1. All the findings showed that when to reduce 15%-30% N and increase the density of 90×104-180×104 plants/ha basic seedlings could lead to biological and economic yield higher than or equal to that of the treatment without N reduction.

Key wordsRoot traits;Flag leaf area;Photosynthesis;Grain quality

中图分类号S512.01;S141.1

文献标识码:A

文章编号:1000-7091(2018)04-0181-08

doi10.7668/hbnxb.2018.04.026

收稿日期2018-01-27

基金项目国家重点研发计划项目(2017YFD0301305);国家自然科学基金项目(31401328);安徽省科技重大专项(16030701099)

作者简介张向前(1984-),男,安徽阜阳人,副研究员,博士,主要从事作物栽培研究。

通讯作者曹承富(1963-),男,安徽安庆人,研究员,主要从事小麦栽培研究。