氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响.pdf

作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2023,49(11):31003109 http:/zwxb.chinacrops.org/ISSN 0496-3490;CN 11-1809/S;CODEN TSHPA9 E-mail: 本研究由“十四五”国家重点研发计划项目(2021YFD1901001-08)资助。This study was supported by the 14th Five-Year National Key Research and Development Program of China(2021YFD1901001-08).*通信作者(Corresponding author):王宜伦,E-mail: 第一作者联系方式:E-mail: Received(收稿日期):2022-11-04;Accepted(接受日期):2023-02-21;Published online(网络出版日期):2023-03-07.URL:https:/ This is an open access article under the CC BY-NC-ND license(http:/creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).DOI:10.3724/SP.J.1006.2023.21070 氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响 周 琦 李岚涛 张露露 苗玉红 王宜伦*河南农业大学资源与环境学院,河南郑州 450046 摘 要:探究施氮量和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响,利用生态场理论揭示不同小麦群体竞争力差异及其与产量的关系,明确冬小麦适宜的氮肥用量和播种量,为冬小麦高产高效生产提供依据。2020 年10 月至 2022 年 6 月于河南省温县设置冬小麦氮肥用量和播种量双因素交互田间试验,研究了施氮量(0、90、180、270、360 kg N hm2)和播种量(135、180、225、270 kg hm2)对冬小麦籽粒产量、氮积累量等的影响,测定小麦株高、冠幅和单株分蘖等生长发育指标,计算个体生态势和群体生态场并分析其与产量间关系。结果表明,两年取得最高产量的播种量均为 225 kg hm2,施氮量分别为 270 kg hm2和 180 kg hm2,较其他处理平均增产 7.5%和 18.1%;施氮后小麦氮积累量提高 57.3%,生态势提高 72.7%;提高播种量后群体茎蘖数提高 34.7%,单株小麦发育水平下降,生态势下降 11.4%。施氮量和播种量通过共同影响株高和冠幅影响生态势影响距离,其他处理较 135 kg hm2播种量不施氮处理影响距离提高 23.0%。冬小麦群体生态场面积与产量呈一元二次函数关系,施氮和提高播种量,冬小麦群体生态场面积分别提高 116.7%和 52.5%。本试验条件下,通过氮肥用量和播种量调控冬小麦群体发育质量,控制群体竞争力,构建了理想群体,实现了冬小麦高产与高效生产;冬小麦氮密优化组合施氮量 239.8 kg hm2、播种量 228.7 kg hm2,具有适宜的生态场和理想群体,产量较高,可在豫北地区推广应用。关键词:冬小麦;氮肥;播种量;产量;生态场;相互作用 Effects of interaction of nitrogen level and sowing rate on yield,growth,and ecological field characteristics of winter wheat ZHOU Qi,LI Lan-Tao,ZHANG Lu-Lu,MIAO Yu-Hong,and WANG Yi-Lun*College of Resources and Environment,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450046,Henan,China Abstract:The objective of this study is to study the effects of different nitrogen level and sowing rate on the yield,growth and development,and ecological field characteristics of winter wheat,to explore the relationships between the wheat population com-petitiveness and its yield based on the ecological field theory,and to find a balance between nitrogen level and sowing dates for high yield and high efficiency in winter wheat.Field experiments were established as a split-plot design of five nitrogen levels(0,90,180,270,and 360 kg hm2)and four sowing rates(135,180,225,and 270 kg hm2)from 2020 to 2022 at Wen County,Henan Province.The grain yield,nitrogen accumulation,growth and development indexes(i.e.,plant height,crown width,and tillering)were measured and calculated for the aforementioned treatments.Results showed that the optimal sowing rate were both 225 kg hm2 for the two growing seasons,and the correspondingly nitrogen rates were 270 kg hm2 and 180 kg hm2,respectively,which achieving the highest grain yield.Compared to the other treatments,the yield increased by 7.5%and 18.1%with the optimal ni-trogen and sowing rate treatment combinations.Moreover,nitrogen accumulation increased by 57.3%for nitrogen application treatments,and the potential energy of growth was increased by 72.7%.However,the tillering increased by 34.7%,and the devel-opment level per plant decreased with the sowing rates increased,the potential energy of growth decreased by 11.4%.Plant height and crown width were also significantly influenced by nitrogen level and the sowing rate.Compared to the 135 kg hm2 sowing rate and without nitrogen,the scope of ecological field increased by 23.0%in the other treatments.The relationship between 第11期 周琦等:氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响 3101 winter wheat population ecological field area and yield was a quadratic function.When nitrogen was applied and seeding rate was increased,the population ecological field area of winter wheat increased by 116.7%and 52.5%,respectively.The appropriate N level and sowing rate in winter wheat for improved growth,yield,and ecological field characteristics in the experimental area was 239.8 kg N hm2 and 228.7 kg hm2,respectively,which could be extended to the application in the northern of Henan.Keywords:winter wheat;nitrogen fertilizer;sowing rate;yield;ecological field;interact with each other 小麦是我国主要粮食作物之一,2020 年种植面积占总粮食播种面积的 20.0%,产量占粮食总产量的 20.0%1。陈源源等2研究指出,至 2050 年小麦仍有 36.1%的增产潜力,进一步提高小麦产量对于保障国家粮食安全具有重要意义。合理施肥和适宜的种植密度是提升小麦单产水平的两种重要途径3。施氮可有效提高小麦株高、叶面积指数和叶片SPAD 值,优化小麦群体生长,构建合理的小麦冠层结构,进而促进小麦干物质积累和产量增加4-6。穗数对于小麦产量提升作用重大7-8,小麦作为分蘖类作物,分蘖数的动态变化决定小麦穗的形成9,适宜种植密度有利于小麦对光、热、营养等资源的充分利用,构建合理的冠层、茎蘖结构,促进产量三要素互补10-12;过高群体数量会抑制小麦分蘖形成3,同时高密度下单位面积内茎蘖数过多,叶片相互遮掩,群体透光率差,光能利用不充分,个体间营养竞争激烈,群体质量恶化,进而导致减产13。因此,优化小麦氮肥用量和播种量对提高小麦群体质量和产量具有重要意义。前人有关小麦氮肥和播量配施报道较多,主要集中在产量、氮肥利用、群体动态等方面。马尚宇等14、祝庆15研究指出,增施氮肥和适当增大播量有利于小麦产量提高。张小涛16研究指出,施氮量和播种量对小麦的群体数量有显著影响;同一播种量下,小麦植株氮素累积量随施氮量的增加而升高,适宜的施氮量下,增加播种量可提高作物对土壤氮素的吸收。生态场理论为研究植物间相互作用的一种方法,生态势为植物群体间任意一点受到来自其他植物和环境的综合影响,生态场为植株与植株、环境间的相互作用形成的生态势的空间范围;通过比较生态场大小来衡量作物间竞争强度17-19;前人通过生态场研究了浮栲、桫椤等植物生态势大小、种内种外间相互作用情况及春小麦个体和群体生态场空间分布等情况。目前系统探究冬小麦氮肥和播量互作下产量、生长发育和生态场特性的报道相对较少。基于此,本研究通过2年的氮肥用量和播种量互作田间试验,利用生态场理论探究施氮量和播种量互作对冬小麦生长发育、种内相互作用及其与产量的关系,明确生态场量化种内相互作用大小,确定施氮量和播种量优化组合,以期为小麦合理施肥和高产高效生产提供依据。1 材料与方法 1.1 试验地概况 2020 年 9 月至 2022 年 6 月在河南省焦作市温县北冷乡布置氮肥用量和播种量双因素交互田间试验。温县属暖温带大陆性季风气候,四季分明,光照充足,土地肥沃,年平均气温 1415,年积温 4500以上,年日照 2484 h,2020 年降水量 874 mm,2021 年 1133 mm,无霜期210 d。2年试验在不同地块开展研究,供试土壤 020 cm 耕层基础理化性质见表 1。1.2 试验设计 研究采用双因素试验设计,分别为播种量和氮肥用量。20202021 年度供试冬小麦品种为新麦 26,20212022 年度冬小麦品种为百农 207,两品种都为半冬性中晚熟品种,分蘖能力较强,成穗率中等,均为当地常用品种;2 年试验播种量和施氮量一致,施氮量为 0(N0)、90(N90)、180(N180)、270(N270)和 360(N360)kg hm2;播种量分别为 135(D1)、180(D2)、225(D3)和 270(D4)kg hm2,具体出苗数如表2 所示。随机区组排列,3 次重复,小区面积为 30 m2(4.0 m7.5 m)。表 1 供试地土壤基础理化性质 Table 1 Physical-chemical properties of the experimental soils 年份 Year 有机质 Organic matter(g kg1)全氮 Total N(g kg1)有效磷 Available P(mg kg1)速效钾 Available K(mg kg1)2021 14.75 0.50 16.43 171.88 2022 9.45 0.49 17.42 175.31 3102 作 物 学 报 第 49 卷 表 2 播量处理出苗情况 Table 2 Seedling emergence with different sowing rate(106 plants hm2)播种量 Sowing rate(kg hm2)年份 Year 135(D1)180(D2)225(D3)270(D4)2021 2.01 3.02 3.81 4.55 2022 2.23 2.79 3.27 3.87 试验各处理磷钾肥用量一致,分别为 120 kg P2O5 hm2、90 kg K2O hm2。供试肥料为尿素(含 N 46%)、过磷酸钙(含 P2O5 12%)、磷酸二铵(含 N 18%,含 P2O5 46%)和氯化钾(含 K2O 60%)。磷、钾肥作基肥一次性施用,氮肥按照基肥 60%,追肥 40%比例施用,追肥时期为冬小麦返青期,分别于 11 月中旬、次年 3 月底和 5 月初通过喷灌方式进行田间灌溉,单次灌溉量为 22.5 t hm2;其余田间管理均按照当地习惯进行。1.3 测定项目与方法 1.3.1 土样采集与分析 冬小麦播种前用五点取样法采集耕层 020 cm 土样,风干后过 20 目与 100目筛。用重铬酸钾-外加热法测定土壤有机质,用凯氏定氮法法测定土壤全氮,用 NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定土壤有效磷,用 NH4OAc 浸提-火焰光度法测定土壤速效钾。1.3.2 植株样品采集与分析 各生育时期按照20 cm 双行进行随机采集有代表性小麦植株,于105下杀青 30 min 后在 75下烘干至恒重,测定其干物重。烘干后的样品经粉碎机研磨,使用H2SO4-H2O2在 380下消煮,用凯氏定氮法测定小麦植株氮含量。在成熟期,小麦在各小区测产区设定长势均匀的小麦样方 1 m2(宽长=1.0 m1.0 m)2 个,自然风干后考种分析,测定穗粒数和千粒重,并测算小麦样方内有效穗数;采用 PM-8188-A 型谷物水分测定仪测试冬小麦籽粒含水量,换算成 14.0%含水量的作物产量。小麦收获期用 0.3 m2样方(宽长=0.3 m 1.0 m)取样 2 次,秸秆与穗分离,样品处理同前 3 个时期一致,测定小麦植株干物重和氮含量。1.3.3 冬小麦冠幅、株高和分蘖测定方法 越冬期(Z18,Zadoks 标准,下同)、拔节期(Z31)和扬花期(Z60)针对各个处理,选择有代表性区域,测量小麦植株与起垄垂直方向自然状态下叶片最大生长宽度记为小麦冠幅;按照 20 cm双行进行随机取样,取得全部地上部,在实验室测定所有植株总分蘖后取均值,随机选取 20 个小麦植株测定其株高后取均值。1.4 数据处理与分析 本研究采用个体生态势大小和群体生态场面积来表征不同处理下,单株冬小麦及群体间相互有影响程度的强弱,参照邹锐17、王根轩等18-19和宋萍等20方法进行拟合,具体模型如下:个体生态场模型:()()xk f gx(1)式(1)表明场源植物在相对距离 x 处产生的生态势,是衡量该点受场源植物影响程度的综合指标;其中x 为向量,表示生态场中的某一点到场源植物的直线距离,x 取值范围在0,当 x 取 0 时,即为场源植物所在位置,此时生态势最大;k 为模型系数,本试验计算时取 1;f 为场源个体对周围环境的相对影响程度,以归一化后的小麦地上部干物质重表示;g为场源植物相对生物活力参数,采用归一化后的小麦植株氮浓度表示;(x)为生态势受距离影响的消减系数,表达式为(2)。2s22ccexp1()1exp1xhxxRhh (2)式(2)中,为茎秆影响的衰减指数,为场源小麦茎秆高度的倒数;为冠层影响的衰减指数,为场源小麦冠幅半径的倒数;hc和 hs分别代表冠层中心和茎秆中心到地面的高度,均设为小麦茎秆高度的一半。群体生态场模型:1()()nniixx(3)式(3)中 n 代表小麦群体个数,通过 Origin 对(3)式作图并积分,计算生态场面积。采用 Microsoft Excel 2020 进行基础数据输入与前期处理;SPSS 26 软件进行处理间方差分析和显著性检验(LSD 法),显著性水平设定为 P0.05;Matlab 2021 软件进行方程拟合;Origin 2018b 软件作图。第11期 周琦等:氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响 3103 2 结果与分析 2.1 施氮量和播种量对冬小麦产量的影响 通过二元二次方程对冬小麦播种量(x)、施氮量(y)和产量(z)进行拟合(图 1)。结果表明,氮肥和播种量均影响小麦产量。由方程可知,施氮量和播种量同产量之间均为单峰曲线关系,氮肥用量和播种量较低时,产量随着施氮量和播种量增加增幅速率逐渐降低;当两种因素较高时,氮肥用量和播种量进一步增加小麦籽粒产量呈下降趋势。产量效应方程上唯一向上凸起点的极大值,该点即为施氮量和播种量互作效应的最佳点,通过对 方程求偏导数,2021 年冬小麦理论最高产量为8860 kg hm2,推荐施氮量为 234.8 kg hm2,推荐播种量为 222.7 kg hm2;2022 年冬小麦理论最高产量为 8987 kg hm2,推荐施氮量为 244.7 kg hm2,推荐播种量为 234.7 kg hm2。第 2 年产量较第 1 年高 1.4%,推荐施氮量和播种量较第 1 年分别高出 4.2%和5.3%。2.2 施氮量和播种量对冬小麦成熟期地上部氮积累的影响 由图 2 可知,施氮量和播种量均影响小麦成熟期地上部氮素积累。同一播种量下,小麦成熟期地 图 1 施氮量和播种量对冬小麦产量的影响 Fig.1 Effects of N rate and sowing rate on winter wheat yield 图 2 施氮量和播种量对冬小麦成熟期地上部氮积累量的影响 Fig.2 Effects of N rate and sowing rate on nitrogen accumulation in the aboveground of winter wheat at mature stage N0、N90、N180、N270、N360 分别代表施氮 0、90、180、270 和 360 kg hm2。D1、D2、D3、D4 分别代表播种量 135、180、225和 270 kg hm2。不同小写字母表示同一播种量下不同施氮水平间在 5%概率水平差异显著。N0,N90,N180,N270,and N360 denote nitrogen fertilizer application of 0,90,180,270,and 360 kg hm2.D1,D2,D3,and D4 denote sow-ing rate of 135,180,225,and 270 kg hm2.Different lowercases of the same seeding rates mean significant differences among different N treatments at the 5%probability level.3104 作 物 学 报 第 49 卷 上部氮积累量随施氮量提高呈先增加后减少趋势,2021 年施氮(N90、N180、N270、N360)地上部氮素积累量平均增加 29.4%、48.2%、47.8%、30.1%。相同施氮量下,播种量提高可以增加小麦地上部氮积累量;与 D1 相比,D2、D3、D4 地上部氮素积累量分别提高 9.0%、15.2%、15.5%。2022 年施氮地上部氮素积累量增加 38.6%92.9%;相较 D1,提高播种量地上部氮素积累量提高 2.1%16.4%。2.3 施氮量和播种量对冬小麦生长指标的影响 表 3 表明,越冬期时,同一播量水平下株高随施氮量的提高逐渐增加,平均增幅 15.8%;与施氮量相比提高播种量株高增幅较小,为 8.7%。拔节期和扬花期株高均随施氮量的提高呈先增高后降低的趋势,随播种量的提高逐渐增加,2 个时期施氮株高分别提高 8.1%和 4.6%,较 D1 提高播种量株高分别提高 6.2%和 2.2%。越冬期和拔节期冠幅随施氮量呈先增加后减小,越冬期低播种量(D1、D2)和高播种量(D3、D4)拐点分别为 N180 和 N270,拔节期除 D2 外拐点均在N270;扬花期冠幅随施氮量的提高而增加,增幅为 16.9%;随着播种量的提高,扬花期冬小麦冠幅逐渐减小,同一施氮水平下 D4 相较 D1 下降15.5%。拔节期和扬花期单株分蘖均随施氮量的提高呈先增加后减少,获得最大单株分蘖时的施氮量在N180 或 N270。拔节期单株分蘖随播种量的提高呈先减少后增加的趋势,平均下降 12.6%,D4 较 D3 单株分蘖高出 12.4%;提高播种量扬花期单株分蘖相较 D1 分别下降 30.3%、39.8%、46.8%。在施氮量和播种量 2 种因素共同作用下,小麦群体在拔节期D4N180 和扬花期 D4N270 获得最大茎蘖数量,分别为 13.4106蘖 hm2和 6.6106蘖 hm2。表 3 施氮量和播种量对冬小麦生长指标的影响 Table 3 Effects of N rate and sowing rate on winter wheat growth index in 2021 处理 Treatment 越冬期 Z18 Overwintering stage 拔节期 Z31 Jointing stage 扬花期 Z60 Flowering stage 播种量 Sowing rate 施氮量 N rate 株高 Plant height(mm)冠幅 Canopy width(cm)株高 Plant height(cm)冠幅 Canopy width(cm)单株分蘖Tillering株高 Plant height (cm)冠幅 Canopy width(cm)单株分蘖TilleringD1 N0 31.7 b 24.2 a 9.4 b 29.3 a 2.7 b 75.3 a 23.6 b 2.2 b N90 33.6 ab 24.8 a 10.8 ab 30.5 a 2.8 b 76.6 a 27.0 ab 2.6 a N180 33.8 ab 25.4 a 11.0 a 31.5 a 3.3 ab 80.8 a 27.5 a 2.7 a N270 35.5 a 22.4 a 11.5 a 31.5 a 3.3 ab 80.8 a 27.7 a 2.6 a N360 36.4 a 25.0 a 10.3 ab 31.3 a 3.4 a 80.2 a 27.9 a 2.5 a D2 N0 32.2 c 23.7 a 10.7 a 31.3 a 2.6 b 77.2 a 21.7 c 1.6 c N90 35.1 bc 24.3 a 10.9 a 31.4 a 3.3 a 78.7 a 23.2 bc 1.8 ab N180 37.6 ab 24.8 a 11.2 a 32.2 a 3.4 a 80.9 a 23.9 bc 1.9 a N270 39.4 a 23.7 a 11.6 a 32.5 a 3.0 ab 81.4 a 24.8 b 1.9 a N360 40.2 a 23.5 a 11.0 a 33.1 a 2.7 b 80.3 a 27.5 a 1.7 b D3 N0 33.0 c 23.6 a 10.8 b 30.6 b 2.2 b 78.2 a 21.3 c 1.3 b N90 36.1 b 23.9 a 11.0 ab 30.9 b 2.3 b 79.0 a 23.1 b 1.5 ab N180 38.5 ab 24.3 a 11.2 ab 32.3 a 2.3 b 81.3 a 23.7 ab 1.6 a N270 40.1 a 22.3 a 12.0 a 31.1 b 2.8 a 82.6 a 23.8 ab 1.7 a N360 40.2 a 22.1 a 10.7 b 31.0 b 2.4 b 81.5 a 24.8 a 1.6 ab D4 N0 32.5 d 23.3 a 10.8 a 29.6 b 2.5 a 78.2 a 18.7 c 1.1 b N90 35.5 c 23.6 a 12.0 a 31.5 ab 2.7 a 80.3 a 22.7 b 1.4 a N180 37.8 b 23.8 a 12.1 a 32.5 a 2.9 a 82.8 a 23.5 ab 1.4 a N270 38.5 ab 25.2 a 12.2 a 33.0 a 2.8 a 83.1 a 23.6 ab 1.5 a N360 40.6 a 22.4 a 10.9 a 32.0 ab 2.6 a 82.1 a 24.4 a 1.4 a 处理同图 2。Z18、Z31 和 Z60 分别代表冬小麦越冬期、拔节期和扬花期(Zadoks 标准)。不同小写字母表示同一播种量下不同施氮水平处理间在 5%概率水平差异显著。Treatments are the same as those given in Fig.2.Z18,Z31,and Z60 correspond to the overwintering stage,jointing stage,and flowering stages of winter wheat(Zadoks standard).Different lowercases of the same sowing rates mean significant differences among the different N treatments at the 5%probability level.第11期 周琦等:氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响 3105 2.4 施氮量和播种量对冬小麦个体生态势的影响 图 3 表明,小麦个体生态势受到施氮量、播种量和生育期 3 种因素影响;生态势距离场源小麦越远而越小,影响范围随着生育期延后逐渐增加,3个时期的生态势最大影响范围分别平均在 19、54、345 cm。施氮影响小麦株高(h)、冠幅()、单株干物重(f)、生物活力(g)等生态势参数,越冬期、拔节期和扬花期小麦场源位置生态势分别提升 39.7%85.1%、39.0%80.3%、59.9%92.3%,影响范围扩大 11.1%19.4%、9.3%20.7%、10.7%19.9%。提高播种量,小麦单株干物重(f)下降,生态势降低,下降幅度随着生育期的推进逐渐增加,3 个时期小麦场源生态势分别下降 14.7%29.0%、5.5%33.4%、24.2%47.1%;株高(h)和冠幅()在不同时期受播种量影响趋势不同,越冬期和拔节期生态势影响距离变化范围分别扩大 3.0%5.1%、4.4%8.6%,扬花期生态势影响范围缩小 5.1%8.3%。图 3 施氮量和播种量对冬小麦个体生态势的影响 Fig.3 Effects of N rate and sowing rate on individual ecological potential of winter wheat 处理同图 2。Z18、Z31 和 Z60 分别代表冬小麦越冬期、拔节期和扬花期(Zadoks 标准)。Treatments are the same as those given in Fig.2.Z18,Z31,and Z60 correspond to the overwintering stage,jointing stage,and flowering stages of winter wheat(Zadoks standard).2.5 冬小麦群体生态场与产量间关系 通过对小麦群体生态势积分计算出群体生态场大小(图4),2年小麦产量均随3个时期群体生态场面积的增加呈现先增加后减少的趋势;对生态场面积和产量进行一元二次方程拟合,结果表明,2021 年小麦越冬期、拔节期、扬花期生态场面积分别为14.4、33.5、248.6 时产量最高,最高分别为 9042、8989、9325 kg hm2;2022 年小麦越冬期、拔节期、扬花期生态场面积分别为 14.7、17.9、193.3 时产量最高,最高分别为 8948、8651、8982 kg hm2。3 讨论 3.1 施氮量和播种量对冬小麦产量及氮素积累量的影响 适宜施氮量和播种量可获得最大增产效果,2 年试验获得最高产量的播种量和施氮量相近,在土壤地力较低的情况下,达到最高产量需要更高的施氮量和播种量,与前人研究结果一致21-22。前人研究指出,施氮对小麦的增产作用是依靠穗数、穗粒数、千粒重的协同作用实现的23,本研究发现,2 年试验中,施氮后小麦穗数和穗粒数分别平均增加 21.9%和 7.3%,千粒重下降 4.2%,适宜施氮量提高穗数和穗粒数弥补千粒重下降而实现增产;随播种量增加,产量和有效穗数逐渐增加,穗粒数和千粒重呈下降趋势24-26,本研究发现穗数随播种量的提高呈现先增高后下降的趋势,D4 相较 D3 收获穗数平均下降2.6%,播种量过高会抑制单株小麦分蘖和有效穗形成,播种量提高的株数无法弥补有效穗的下降,进而单位面积收获穗数下降,这与前人的研究结果一致10,27。因此适宜播种量和施氮量,有利于冬小麦 3106 作 物 学 报 第 49 卷 图 4 不同施氮量和播种量下冬小麦群体生态场与产量的关系 Fig.4 Relationship between ecological field and yield of win-ter wheat under different N rate and sowing rate Z18、Z31和 Z60分别代表冬小麦越冬期、拔节期和扬花期(Zadoks标准)。Z18,Z31,and Z60 correspond to the overwintering stage,jointing stage,and flowering stages of winter wheat(Zadoks standard).产量构成三要素协同提高,在理想产量构成下,获得较高产量。小麦籽粒产量和氮素积累量之间呈显著或极显著正相关,氮素积累量是影响小麦籽粒产量的重要因素28-29。小麦作为须根系植物,根系密度较大,单位面积内种植密度增大,根系密度增加导致养分竞争加重,小麦单株生物量下降,在土壤氮素供应有限的条件下,小麦种内竞争强烈会导致氮吸收量降低32-33,本试验中提高播种量,氮素积累量主要取决于小麦群体干物质积累量,在无氮肥和低氮肥(N0 和 N90)时,提高播种量小麦地上部氮素积累量下降。施氮能够显著提升小麦地上部氮积累量,在第 2 年土壤有机质较低的情况下,N0 同其他施氮处理间地上部氮积累量差异更大30-31。3.2 施氮量和播种量对冬小麦生长发育的影响 本试验中施氮和提高播种量均能显著提升小麦各时期单位面积蘖数,当播种量提高时,单位面积小麦数量上升 67.5%,小麦单株分蘖数量平均下降24.9%,主要依靠群体数量提升单位面积分蘖数;当施氮量过高时单株分蘖量会受到抑制,小麦花前分蘖过高,会导致小麦群体数量过大,影响小麦群体对光、热、营养等资源的利用,施氮后成穗率平均下降 10.4%,无效分蘖对资源的浪费,最终导致减产34-35。分蘖死亡率与分蘖产生协调平衡对于优化小麦群体发育有着很高的重要性36,4 个播量下施 氮后成穗率分别下降 12.6%、12.3%、6.7%、9.1%,以D3 播种量下施氮对无效分蘖数增多的影响最小,通过优化施氮量和播种量确保小麦有效分蘖占比提高,对于小麦合理利用资源以及籽粒增产有着十分重要的意义。小麦株高控制在适宜范围内可避免倒伏并获得更多的光能资源37-38,本试验表明,播种量主要对小麦花前株高影响较大,氮肥对小麦 3 个时期的株高均有显著影响;小麦冠幅可以表征着小麦对光照资源的截获能力,冠幅较低时光能截获较少,群体光合速率较低,同时田间蒸发量大,影响小麦水分利用;冠幅过大,会导致小麦叶片郁闭,透光透风能力差,个体间对光能等资源竞争激烈10,39;越冬期前,小麦群体茎秆数较低,田间未完全遮蔽,种内竞争对光照等资源竞争较小,个体间自由生长,播种量和施氮量对越冬期小麦冠幅未达到显著影响;扬花期时,小麦群体发育完全,施氮后冠幅增加21.7%27.1%,相较 D1 提升播种量冠幅减小 3.3%14.9%。通过播种量和施氮量调整小麦群体结构有利于小麦生长环境改善,减弱作物个体间竞争强度,促进小麦群体光能利用。3.3 施氮量和播种量对冬小麦生态势和生态场的影响 生态势是描述生态场特征的时空连续函数,描绘场源植物对周围一点干涉强度的贡献40-42,当作物自身长势过高,对光、热、营养等资源的需求过大;对周围的干涉强度也会提高;本试验表明,施氮后小麦场源生态势平均提高 72.7%,小麦单株干物重、氮积累量等提高,单株小麦竞争力增强;生态势随着距离场源植物距离越大逐渐衰减,在场源生态势相同的情况下,影响范围越小,越有利于培养紧凑高产型小麦群体43,施用氮肥提高了小麦株高和冠幅,个体植株对周围环境的影响范围增加;提升播种量对生态势范围影响幅度相对施氮较小,扬花期小麦间冠层相互遮蔽,冠幅减小,提升播种量,生态势影响范围缩小 4.4%。将小麦竞争力控制在适宜水平有利于提高小麦产量44。生态场面积依据生态势积分计算得出,受生态势大小和范围影响,生态场面积同产量呈二次函数关系,施氮和提高播种量,冬小麦群体生态场面积分别提高 116.7%和 52.5%。将生态场大小定义为冬小麦间相互作用大小,通过相关性分析发现,随着生育期推进,高竞争力小麦群体仍保持优势生第11期 周琦等:氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响 3107 长;高竞争力冬小麦群体有利于单株产量提高;扬花期高竞争下,冬小麦投入到繁殖器官的资源有限,穗数和千粒重受竞争压力减少,穗粒数增多。通过调控氮肥、播种量等条件控制小麦生态场面积大小,部分降低竞争能力,减少生长冗余,实现冬小麦群体最佳而增产。4 结论 提高播种量使冬小麦冠幅、分蘖降低,株高、成熟期地上部氮积累量和群体茎蘖数提高;增加施氮量使冬小麦株高、冠幅、分蘖和成熟期地上部氮积累量均有所提高。提高播种量和施氮量改善了个体和群体的生长状况,导致地上部竞争