馬 泉,錢晨誠(chéng),賈文欣,吳鈺磊,李春燕,2,丁錦峰,2,朱 敏,2,郭文善,2,朱新開(kāi),2,3**

(1.揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/揚(yáng)州大學(xué)小麥研究中心 揚(yáng)州 225009;2.揚(yáng)州大學(xué)江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心 揚(yáng)州 225009;3.教育部農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品安全國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 揚(yáng)州 225009)

高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)是小麥(Triticum aestivum)生產(chǎn)中追求的主要目標(biāo),而倒伏是制約小麥產(chǎn)量品質(zhì)提升的重要不穩(wěn)定因素[1-2]。近年來(lái)黃淮冬麥區(qū)小麥平均每年約有5%～10%的面積發(fā)生倒伏,嚴(yán)重年份可達(dá)10%～20%,倒伏造成的減產(chǎn)幅度可達(dá)20%～30%,嚴(yán)重者達(dá)50%以上,甚至絕產(chǎn)[3]。小麥發(fā)生倒伏后,莖稈維管束被損傷,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)受阻[4];植株的群體和冠層結(jié)構(gòu)被破壞,葉片光合效率下降,光合產(chǎn)物積累減少[5];通風(fēng)、透光性變差,葉片病害發(fā)生加重[6]。不僅降低小麥產(chǎn)量,影響籽粒加工品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),同時(shí)加大小麥成熟后機(jī)械收獲的難度,增加種植成本。

小麥倒伏發(fā)生時(shí)期越早,倒伏程度越高,產(chǎn)量損失越大[7]。小麥開(kāi)花前后發(fā)生倒伏主要影響每穗粒數(shù)和粒重,減產(chǎn)可達(dá)30%以上;灌漿期倒伏對(duì)穗粒數(shù)影響較小,但阻礙籽粒正常灌漿,粒重顯著下降,可減產(chǎn)10%～20%;乳熟期以后發(fā)生倒伏,主要加大機(jī)械收獲難度,且一定程度上影響粒重,減產(chǎn)可達(dá)10%左右[8]。小麥倒伏的發(fā)生與否受品種特性、栽培措施和環(huán)境因素等多方面的影響。由基因型導(dǎo)致的莖稈形態(tài)結(jié)構(gòu)、理化性狀等差異是小麥抗倒伏性能強(qiáng)弱的基礎(chǔ)[9];光照、溫度和降水等環(huán)境因素,尤其開(kāi)花后的大風(fēng)與強(qiáng)降水等是誘導(dǎo)小麥倒伏發(fā)生的主要外在因素;播期、播量、灌水、施肥量及運(yùn)籌等栽培措施是調(diào)控小麥莖稈形態(tài)和提高小麥抗倒伏性能的重要途徑[10-11]。如何培育健壯植株,構(gòu)建合理株型,改善莖稈質(zhì)量,增強(qiáng)莖稈抗倒性能,在實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的同時(shí)降低倒伏發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)一直是稻茬小麥生產(chǎn)中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

施用氮肥是小麥增產(chǎn)的重要途徑,但不合理施氮,如基肥過(guò)量或拔節(jié)前追肥過(guò)多,一方面促使小麥無(wú)效分蘗增多,群體過(guò)大,導(dǎo)致基部節(jié)間過(guò)度伸長(zhǎng),降低莖稈粗度和稈壁厚度[12];另一方面降低基部莖稈木質(zhì)素合成相關(guān)酶的活性和木質(zhì)素含量,阻礙莖稈木質(zhì)化過(guò)程,降低機(jī)械強(qiáng)度,增加后期倒伏風(fēng)險(xiǎn)[3,13]。王成雨等[14]研究發(fā)現(xiàn),減少氮肥用量可控制小麥基部節(jié)間伸長(zhǎng),增加莖稈壁厚,提高基部節(jié)間充實(shí)度,提高莖稈的抗倒性能。魏鳳珍等[15]也指出,適當(dāng)降低氮肥用量和基肥比例,既能降低莖稈基部節(jié)間長(zhǎng)度,增加莖壁厚度和機(jī)械強(qiáng)度,又可增加穗下節(jié)間長(zhǎng)度,改善上部葉片的通風(fēng)透光條件,促進(jìn)開(kāi)花后光合生產(chǎn)和籽粒灌漿。合理的氮肥運(yùn)籌能降低小麥倒伏風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)滿足小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及機(jī)械化收獲的需求。但前人研究主要集中在常規(guī)氮肥如尿素等對(duì)小麥抗倒伏性能及產(chǎn)量的影響,有關(guān)緩釋氮肥在小麥抗倒伏方面的調(diào)控效應(yīng)鮮見(jiàn)報(bào)道。控釋氮肥種類繁多,目前包膜尿素因其制造工藝簡(jiǎn)便、包膜材料易得和肥效穩(wěn)定等特點(diǎn)受到農(nóng)民青睞,其中以樹(shù)脂包膜尿素和硫包膜尿素在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛[16]。樹(shù)脂包膜尿素和硫包膜尿素的養(yǎng)分釋放分別呈“S”型和倒“L”型動(dòng)態(tài),對(duì)作物的氮素供應(yīng)存在一定差異[17]。前人諸多研究表明,樹(shù)脂包膜尿素和硫包膜尿素的應(yīng)用有利于改善植株對(duì)氮素的吸收利用,協(xié)調(diào)群體結(jié)構(gòu),提高小麥籽粒產(chǎn)量,但由于肥料類型、施用方式和試驗(yàn)地條件等差異,不同研究下樹(shù)脂包膜尿素和硫包膜尿素對(duì)小麥的增產(chǎn)效果不一[18-20]。本課題組前期研究也表明,返青期追施包膜尿素有利于促進(jìn)小麥拔節(jié)至孕穗期的氮素供應(yīng),均可提高小麥氮肥利用率和籽粒產(chǎn)量,但并未探討其氮素供應(yīng)差異對(duì)小麥基部節(jié)間性狀和抗倒伏性能的影響[17]。本試驗(yàn)以樹(shù)脂包膜尿素和硫包膜尿素為材料,研究包膜尿素不同施肥模式下稻茬小麥莖稈形態(tài)特征及抗倒伏性能的差異,旨在探討緩釋氮肥協(xié)調(diào)稻茬小麥產(chǎn)量和抗倒伏性能的合理施用方式及其調(diào)控機(jī)制,為稻茬小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況與供試材料

試驗(yàn)于2020—2021年度在揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)田前茬作物為水稻(Oryza sativa),土質(zhì)為沙壤土,小麥播種前耕層(0～20 cm)土壤有機(jī)質(zhì)含量16.22 g·kg—1,全氮含量0.94 g·kg—1,速效氮含量73.55 mg·kg—1,速效磷含量67.72 mg·kg—1,速效鉀含量102.11 mg·kg—1。

供試緩釋氮肥為樹(shù)脂包膜尿素(PCU)和硫包膜尿素(SCU),其中樹(shù)脂包膜緩釋肥含氮量為45%,養(yǎng)分控釋期90～120 d;硫包膜尿素含氮量37%,養(yǎng)分控釋期90～120 d,均由漢楓緩釋肥料(江蘇)有限公司提供。常規(guī)肥料包括普通尿素(N 含量46.3%)、過(guò)磷酸鈣(P2O5含量12%)、氯化鉀(K2O 含量60%),均為市場(chǎng)購(gòu)買。供試小麥品種為春性品種‘揚(yáng)麥23’,由江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所繁育。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),采用2 種包膜尿素(PCU 和SCU)和3 種氮肥模式(N1-N3)設(shè)計(jì)6 個(gè)包膜尿素處理,以及普通尿素對(duì)照(CK)共計(jì)7 個(gè)處理,各處理施肥運(yùn)籌詳見(jiàn)表1。各處理純氮用量均為225 kg·hm—2,基肥于播種前施用,返青肥于2月下旬施用,拔節(jié)肥于倒3 葉期(葉齡余數(shù)2.5)施用;磷(P2O5)、鉀(K2O)肥隨基肥一次性施用,用量均為112.5 kg·hm—2。于2020年10月31日適期播種,采用小區(qū)播種機(jī)條播,行距27 cm,基本苗為225×104株·hm—2,小區(qū)面積2.7 m×6 m=16.2 m2,隨機(jī)排列,重復(fù)3 次。田間管理同常規(guī)高產(chǎn)大田栽培。

表1 不同處理氮肥運(yùn)籌設(shè)計(jì)Table 1 Nitrogen management design in different treatments

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 莖稈節(jié)間長(zhǎng)度、株高

于乳熟期每小區(qū)選取代表性植株10 株,采用米尺測(cè)量莖稈各節(jié)間長(zhǎng)度及植株總高度?；康?、2 節(jié)間及株高取平均值。

1.3.2 莖稈基部節(jié)間充實(shí)度

分別于開(kāi)花期、乳熟期和蠟熟期每小區(qū)選取代表性植株10 株,分別測(cè)定基部第1 和第2 節(jié)間長(zhǎng)度,分開(kāi)烘干至恒重后測(cè)定重量。節(jié)間充實(shí)度=節(jié)間干重/節(jié)間長(zhǎng)度。

1.3.3 莖稈粗度及稈壁厚度

于乳熟期每小區(qū)選取代表性小麥植株10 株,取基部第2 節(jié)間,取出莖鞘,采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定節(jié)間中部外徑,即為節(jié)間莖稈粗度;將基部第2 節(jié)間從中間剪開(kāi),采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定節(jié)間中部?jī)?nèi)徑,根據(jù)節(jié)間外徑和內(nèi)徑計(jì)算稈壁厚度。

1.3.4 莖稈抗折力、重心高度及抗倒伏指數(shù)

分別于開(kāi)花期、乳熟期和蠟熟期每小區(qū)選取代表性植株10 株,采用YYD-1 型莖稈強(qiáng)度檢測(cè)儀(浙江托普儀器有限公司,杭州),參照李金才等[21]的方法測(cè)定基部莖稈抗折力和抗倒伏指數(shù);采用平衡法測(cè)定重心高度,即莖稈基部至莖稈(含穗、葉和鞘)平衡支點(diǎn)的距離。抗倒伏指數(shù)=莖稈抗折力/重心高度。

1.3.5 田間倒伏情況調(diào)查

記錄小麥田間倒伏發(fā)生的時(shí)間、倒伏嚴(yán)重程度及倒伏面積。參照NY/T 1301—2007[22]對(duì)小麥倒伏嚴(yán)重程度劃分為1～5 級(jí)。計(jì)算倒伏率和倒伏系數(shù):

1.3.6 籽粒產(chǎn)量

于成熟期在每小區(qū)倒伏區(qū)域劃定1.08 m2(4 個(gè)1 m行長(zhǎng)),人工收獲、脫粒,自然晾曬后測(cè)定重量及含水率,折算為含水率13%下的籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與繪圖,用DPS 7.05 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行處理間的差異顯著性檢驗(yàn)(P＜ 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 基部節(jié)間長(zhǎng)度及株高

由表2 可以看出,不同施肥處理對(duì)小麥基部第1、2 節(jié)間長(zhǎng)度及株高有顯著或極顯著影響。在不同施肥模式中,N1 模式的基部第1 節(jié)間均較長(zhǎng),在PCU和SCU 中均顯著長(zhǎng)于N2 模式的,但與CK 和N3 模式的無(wú)顯著差異?；康? 節(jié)間長(zhǎng)度在PCU 中表現(xiàn)為N2＞N3＞N1,而在SCU 中表現(xiàn)為N3＞N2＞N1,不同肥料中N2 和N3 模式的基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度差異均不顯著。CK 基部第2 節(jié)間最長(zhǎng),與SCUN3 差異不顯著,但顯著長(zhǎng)于其余處理。在PCU 和SCU 中株高均表現(xiàn)為N2＞N3＞N1,且N1 模式株高均顯著低于N2和N3 模式。兩種包膜尿素中N2 和N3 模式株高與CK 無(wú)顯著差異,但N1 模式株高顯著低于CK。在不同肥料類型中,PCU 的基部第1 節(jié)間長(zhǎng)度和株高在N1、N2 和N3 模式下均與SCU 無(wú)顯著差異,基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度在N1 和N2 模式下和SCU 也無(wú)顯著差異,但在N3 模式下顯著低于SCU。

表2 包膜尿素類型及施肥模式對(duì)小麥基部節(jié)間長(zhǎng)度及株高的影響Table 2 Effects of coated urea type and fertilization pattern on basal internode length and plant height of wheat

2.2 基部節(jié)間充實(shí)度

開(kāi)花期、乳熟期和蠟熟期PCU 和SCU 的基部第1 節(jié)間充實(shí)度均表現(xiàn)為N2＞N1＞N3(圖1),其中N1 和N2 模式均顯著高于CK,N3 模式在SCU 中3個(gè)時(shí)期均與CK 無(wú)顯著差異,但在PCU 中乳熟期和蠟熟期顯著高于CK;乳熟期和蠟熟期不同施肥模式下的基部第1 節(jié)間充實(shí)度變化趨勢(shì)與開(kāi)花期基本一致。在同一施肥模式下,PCU 的基部第1 節(jié)間充實(shí)度僅在乳熟期N3 模式下與SCU 差異顯著。開(kāi)花期PCU 基部第2 節(jié)間充實(shí)度表現(xiàn)為N1＞N3＞N2,均顯著高于CK;SCU 基部第2 節(jié)間充實(shí)度表現(xiàn)為N1＞N2＞N3,其中N1 和N2 模式顯著高于CK,N3 模式與CK 無(wú)顯著差異,乳熟期和蠟熟期各處理基部第2 節(jié)間充實(shí)度趨勢(shì)與開(kāi)花期基本一致。開(kāi)花期、乳熟期和蠟熟期N3 模式下PCU 的基部第2 節(jié)間充實(shí)度均顯著高于SCU。隨開(kāi)花后生育進(jìn)程的推移,各處理基部第1、2 節(jié)間充實(shí)度均呈持續(xù)下降的趨勢(shì),其中基部第1 節(jié)間充實(shí)度在乳熟期和蠟熟期分別平均下降4.06%和9.00%,基部第2 節(jié)間充實(shí)度在乳熟期和蠟熟期分別平均下降5.93%和19.99%。結(jié)果表明基部節(jié)間充實(shí)度在乳熟至蠟熟階段下降迅速,且基部第2 節(jié)間的平均降幅遠(yuǎn)高于基部第1 節(jié)間。

圖1 包膜尿素類型及施肥模式對(duì)小麥基部節(jié)間充實(shí)度的影響Fig.1 Effects of coated urea type and fertilization pattern on basal internode fullness of wheat

2.3 基部第2 節(jié)間莖稈粗度和稈壁厚度

在PCU 中基部第2 節(jié)間莖稈粗度表現(xiàn)為N1＞N3＞N2,在SCU 中表現(xiàn)為N1＞N2＞N3(圖2)。在所有處理中,PCUN1 處理基部第2 節(jié)間的莖稈最粗,與PCUN3 和SCUN1 無(wú)顯著差異,但顯著粗于PCUN2、SCUN2、SCUN3 和CK。在N1 和N2 模式下,PCU基部第2 節(jié)間莖稈粗度與SCU 無(wú)顯著差異,但在N3 模式下顯著高于SCU?；康? 節(jié)間稈壁厚度趨勢(shì)和莖稈粗度變化基本一致,在PCU 中表現(xiàn)為N1＞N3＞N2,在SCU 中表現(xiàn)為N1＞N2＞N3。在PCU和SCU 中,N1 模式的基部第2 節(jié)間稈壁厚度均顯著高于N2、N3 和CK。在N1 和N3 模式下,PCU 基部第2 節(jié)間稈壁厚度顯著高于SCU。結(jié)果表明,相比于包膜尿素一次性基施,無(wú)論追施緩釋肥還是尿素一定程度上均不利于基部第2 節(jié)間增粗和稈壁增厚。

圖2 包膜尿素類型及施肥模式對(duì)小麥乳熟期基部第2 節(jié)間莖稈粗度和稈壁厚度的影響Fig.2 Effects of coated urea and fertilization pattern on stem diameter and wall thickness of basal second internode of wheat at dough stage

2.4 基部莖稈抗折力、重心高度和抗倒伏指數(shù)

由表3 可以看出,在開(kāi)花期,PCUN1 與PCUN3處理的基部莖稈抗折力無(wú)顯著差異,但均顯著高于PCUN2 和CK,SCUN1 處理的基部莖稈抗折力與SCUN2 和SCUN3 處理無(wú)顯著差異,但顯著高于CK;PCU 和 SCU 的重心高度均表現(xiàn)為N2＞N3＞N1;PCU的抗倒伏指數(shù)趨勢(shì)與抗折力一致,其中PCUN1 和PCUN3 處理的抗倒伏指數(shù)顯著高于PCUN2 和CK,在SCU 中,N2 模式的抗倒伏指數(shù)較N1 模式低14.32%,差異顯著,但與N3 和CK 差異不顯著。在乳熟期,PCU 和SCU 的基部莖稈抗折力和抗倒伏指數(shù)均呈N1＞N3＞N2 的趨勢(shì),N2 模式均顯著低于N1 模式,但和N3 模式無(wú)顯著差異;重心高度趨勢(shì)表現(xiàn)為N3＞N2＞N1,與CK 無(wú)顯著差異。在蠟熟期,PCU 基部莖稈抗折力和抗倒伏指數(shù)的趨勢(shì)與乳熟期基本一致,其中PCUN1 處理的抗折力與PCUN3 無(wú)顯著差異,但重心高度顯著降低,導(dǎo)致抗倒伏指數(shù)顯著高于PCUN3;SCU 基部莖稈抗折力和抗倒伏指數(shù)的趨勢(shì)表現(xiàn)為N1＞N2＞N3,重心高度趨勢(shì)與之相反,其中SCUN3 處理抗折力和抗倒伏指數(shù)顯著低于SCUN1處理,與SCUN2 處理無(wú)顯著差異。

表3 包膜尿素類型及施肥模式對(duì)小麥基部莖稈抗折力、重心高度和抗倒伏指數(shù)的影響Table 3 Effects of coated urea and fertilization pattern on snapping resistance of basal stem,center of gravity height and lodging resistant index of wheat

本研究還發(fā)現(xiàn),小麥基部莖稈抗折力在乳熟期較開(kāi)花期平均降低7.75%,但重心高度由于穗部發(fā)育大幅增加,平均增幅達(dá)25.00%,導(dǎo)致抗倒伏指數(shù)較開(kāi)花期平均下降26.07%;但在蠟熟期,基部莖稈抗折力較乳熟期平均下降25.80%,重心高度下降4.89%,抗倒伏指數(shù)降幅高達(dá)21.94%。表明小麥乳熟期抗倒伏指數(shù)的下降主要在于重心高度的提升,而蠟熟期抗倒伏指數(shù)的下降主要在于基部莖稈抗折力的降低。

2.5 小麥田間倒伏情況及產(chǎn)量

由表4 可知,不同施肥模式極顯著影響小麥田間實(shí)際倒伏率、倒伏系數(shù)和籽粒產(chǎn)量。PCUN1 和SCUN1處理的倒伏等級(jí)最低,且倒伏率和倒伏系數(shù)均顯著低于其余處理,倒伏系數(shù)分別僅為1.11 和1.31,倒伏發(fā)生的時(shí)間也有所推遲,均出現(xiàn)在蠟熟期,但其產(chǎn)量水平較低,顯著低于PCUN3 和SCUN3 處理。在PCU中N3 模式倒伏率和倒伏系數(shù)均呈低于N2 模式的趨勢(shì),在SCU 中表現(xiàn)出N2 低于N3 模式的趨勢(shì)。PCUN2和SCUN2 處理產(chǎn)量和CK 相比分別增加8.71%和6.89%,且倒伏系數(shù)均顯著小于CK;PCUN3 處理產(chǎn)量水平最高,較CK 增幅達(dá)14.75%,并且倒伏率及倒伏系數(shù)均表現(xiàn)出低于CK 和PCUN2 的趨勢(shì);SCUN3 產(chǎn)量較CK 增加12.45%,略低于PCUN3,倒伏率和倒伏系數(shù)也呈高于PCUN3 的趨勢(shì)。

表4 包膜尿素類型及施肥模式對(duì)小麥倒伏情況及產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of coated urea and fertilization pattern on lodging condition and grain yield of wheat

2.6 小麥莖稈形態(tài)特征與倒伏指標(biāo)的相關(guān)性分析

相關(guān)分析結(jié)果顯示,小麥莖稈形態(tài)特征與抗倒伏性能及倒伏情況顯著相關(guān),且受不同生育階段的調(diào)控(表5)。小麥基部第1 節(jié)間長(zhǎng)度與開(kāi)花期、乳熟期及蠟熟期抗倒伏指數(shù)相關(guān)性均不顯著;基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度與開(kāi)花期抗倒伏指數(shù)無(wú)顯著相關(guān)性,但與乳熟期和蠟熟期抗倒伏指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。并且基部第2 節(jié)間莖稈粗度和稈壁厚度與3 個(gè)時(shí)期的抗倒伏指數(shù)均顯著或極顯著相關(guān),表明基部第2 節(jié)間的形態(tài)結(jié)構(gòu)是提高小麥抗倒伏性能的關(guān)鍵指標(biāo)。倒伏系數(shù)與基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度和株高極顯著正相關(guān),與開(kāi)花期抗倒伏指數(shù)的相關(guān)性不顯著,但與乳熟期和蠟熟期抗倒伏指數(shù)均呈極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)果表明生育后期莖稈的形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)小麥抗倒伏性能至關(guān)重要,控制株高的同時(shí)提高乳熟和蠟熟期基部莖稈機(jī)械強(qiáng)度對(duì)抵御小麥倒伏具有積極作用。

表5 小麥不同生育期莖稈形態(tài)特征與倒伏指標(biāo)的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of stem morphological characteristics and lodging indexes at different growth stages of wheat

3 討論

3.1 稻茬小麥莖稈形態(tài)特征與抗倒伏性能的關(guān)系

小麥在生育中后期穗部快速發(fā)育增重,此時(shí)遭遇大風(fēng)和強(qiáng)降雨天氣,極易引起倒伏和減產(chǎn)。前人研究表明,合理的株型結(jié)構(gòu)是應(yīng)對(duì)不良天氣,降低倒伏風(fēng)險(xiǎn)和危害的關(guān)鍵[15]。小麥的基部節(jié)間主要對(duì)整個(gè)植株起著重要的支撐作用,基部節(jié)間的形態(tài)指標(biāo)、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)成分和解剖結(jié)構(gòu)與小麥的抗倒伏能力關(guān)系密切[23]。前人研究表明[14,24-25],小麥莖稈基部3 個(gè)節(jié)間的性狀與其抗倒性能有密切的關(guān)系,其中基部第2 節(jié)間的健壯程度與小麥莖稈抗倒伏性能相關(guān)性最高。基部第2 節(jié)間粗度、稈壁厚度、充實(shí)度、莖稈機(jī)械組織厚度對(duì)小麥的抗倒伏性具有一定的積極作用,而基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度、髓腔直徑、株高、重心高度對(duì)小麥的抗倒伏具有一定的消極作用[9,26]。本試驗(yàn)條件下,小麥的抗倒伏指數(shù)在開(kāi)花期與基部第1、2 節(jié)間長(zhǎng)度的相關(guān)性均不顯著,但在乳熟期和蠟熟期與基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度極顯著負(fù)相關(guān),且3 個(gè)時(shí)期抗倒伏指數(shù)與基部第2 節(jié)間莖稈粗度及稈壁厚度均呈顯著或極顯著正相關(guān),表明控制基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度,提高其粗度和稈壁厚度是提高小麥開(kāi)花后抗倒伏性能的重要途徑。

小麥莖稈的抗倒伏能力與株高和莖稈機(jī)械強(qiáng)度顯著相關(guān),研究表明降低株高是提高植株抗倒性的有效途徑之一,但降低株高會(huì)限制植株生物量積累和產(chǎn)量形成,雖然可以減少倒伏風(fēng)險(xiǎn),但難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和抗倒伏的協(xié)調(diào)[4,27-28]。增強(qiáng)莖稈機(jī)械強(qiáng)度、改善莖稈質(zhì)量是植株抗倒的關(guān)鍵[15,21,29]。本研究發(fā)現(xiàn),小麥基部節(jié)間充實(shí)度和抗折力均在開(kāi)花期達(dá)最高水平,在開(kāi)花至乳熟階段緩慢下降,平均降幅僅為7.75%,但此時(shí)期抗倒伏指數(shù)平均降幅高達(dá)26.07%。這一階段籽?？焖俟酀{充實(shí),穗部重量迅速加大,重心高度顯著上升,是導(dǎo)致乳熟期抗倒伏指數(shù)大幅度下降的主要原因。在乳熟至蠟熟階段,植株重心高度基本穩(wěn)定且略有下降,但莖稈基部第2 節(jié)間充實(shí)度和抗折力均迅速下降,降幅分別達(dá)19.99%和25.80%,導(dǎo)致植株抗倒伏能力急劇降低,與前人研究基本一致[30]。可能是由于此階段籽粒灌漿光合產(chǎn)物不足,加速莖稈貯存物質(zhì)向生殖器官的轉(zhuǎn)運(yùn),促使莖稈衰老加速,木質(zhì)素含量下降,莖稈機(jī)械強(qiáng)度變小[25-26]。劉慧婷等[31]也認(rèn)為小麥群體過(guò)大或早衰,導(dǎo)致過(guò)早過(guò)多地消耗莖稈基部節(jié)間的可溶性碳水化合物,木質(zhì)素和纖維素合成減少,C/N 比下降,導(dǎo)致莖稈基部節(jié)間機(jī)械強(qiáng)度和抗倒伏指數(shù)下降,增加小麥倒伏風(fēng)險(xiǎn)。因此,在生產(chǎn)中應(yīng)采用適宜的調(diào)控措施合理調(diào)節(jié)株高和重心高度,同時(shí)避免生育后期莖稈早衰,延緩莖稈基部節(jié)間充實(shí)度和抗折力的下降,以降低小麥生育后期的倒伏風(fēng)險(xiǎn)和倒伏程度。

3.2 包膜尿素促進(jìn)稻茬小麥抗倒伏性能和產(chǎn)量協(xié)調(diào)的施肥模式

氮肥在改變植株氮素營(yíng)養(yǎng)狀況和產(chǎn)量潛力的同時(shí),也調(diào)控小麥莖稈性狀,影響植株抗倒伏能力[32]。Berry 等[33]研究表明,小麥苗期過(guò)量施氮會(huì)導(dǎo)致群體過(guò)旺,莖稈細(xì)長(zhǎng);成株期過(guò)量施氮會(huì)促使小麥節(jié)間過(guò)度伸長(zhǎng),株高和重心高度過(guò)高。魏鵬等[23]研究表明,增加施氮量主要是影響小麥植株基部節(jié)間直徑和厚度,降低抗折力、木質(zhì)素含量、大維管束面積及小維管束數(shù),導(dǎo)致小麥抗倒能力下降。安志超等[32]研究表明,高施氮量顯著降低莖稈苯丙氨酸解氨酶、酪氨酸解氨酶和肉桂醇脫氫酶活性,木質(zhì)素含量下降,導(dǎo)致莖稈機(jī)械強(qiáng)度下降,倒伏風(fēng)險(xiǎn)增大。合理的氮肥運(yùn)籌是小麥構(gòu)建合理株型結(jié)構(gòu)、降低倒伏風(fēng)險(xiǎn)的重要栽培措施之一[15]。周潔等[34]研究提出,減少氮素基肥用量,增加拔節(jié)期追氮比例,一方面可顯著提高莖稈基部節(jié)間粗度及稈壁厚度,基部節(jié)間短而充實(shí)度高;另一方面控制小麥生育后期的無(wú)效分蘗,改善有效穗的養(yǎng)分供應(yīng),在保障產(chǎn)量的同時(shí)提高莖稈抗倒伏能力。李宏等[35]研究也表明,氮肥全量基施改為播種前、拔節(jié)期和開(kāi)花期等量分施,能有效提高肥料的利用效率,利于提高產(chǎn)量,但伴隨著莖稈變細(xì)和莖稈強(qiáng)度的降低,增加了小麥倒伏的風(fēng)險(xiǎn)。本研究結(jié)果表明,N2 模式拔節(jié)期追施尿素和CK 返青期追施尿素相比,由于追肥時(shí)間適當(dāng)推遲,一定程度上避免基部節(jié)間伸長(zhǎng)時(shí)大量吸收氮素,有利于避免基部第2 節(jié)間過(guò)度伸長(zhǎng),提高基部第2 節(jié)間充實(shí)度、抗折力和抗倒伏指數(shù),降低了田間實(shí)際倒伏程度與危害,但產(chǎn)量水平顯著低于N3 模式。Berry 等[36]指出,在一定范圍內(nèi)提高小麥植株抗倒伏性能有利于產(chǎn)量的增加,但過(guò)度注重抗倒伏指數(shù)的提高反而對(duì)產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。在本研究中,N1 模式包膜尿素一次性基施和N3 模式兩次分施相比,雖然導(dǎo)致基部第1 節(jié)間伸長(zhǎng),但縮短基部第2 節(jié)間和株高,基部第2 節(jié)間莖粗、壁厚、充實(shí)度和抗折力均提升,有利于降低小麥倒伏率和倒伏系數(shù),但產(chǎn)量水平顯著降低,平均降幅達(dá)10.32%。包膜尿素一次基施雖然提高稻茬小麥抗倒伏性能,但由于無(wú)法滿足小麥生育中后期養(yǎng)分供應(yīng),不利于小麥物質(zhì)積累和粒重提升,難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[37-38]。N3 模式包膜尿素返青期追施,正處于小麥基部節(jié)間伸長(zhǎng)的關(guān)鍵期,由于包膜尿素養(yǎng)分緩慢持續(xù)釋放的特點(diǎn),前期養(yǎng)分釋放速率很低,返青至拔節(jié)階段氮素釋放量較少,和返青期追施尿素相比對(duì)基部第2 節(jié)間發(fā)育影響較小,顯著提高小麥開(kāi)花后抗倒伏指數(shù),降低田間倒伏系數(shù),同時(shí)更充足的氮素在小麥拔節(jié)至孕穗階段供應(yīng),有利于小麥關(guān)鍵生育期的物質(zhì)積累和后期粒重及產(chǎn)量形成[37,39],表明包膜尿素作為基肥和返青期追肥兩次分施,更有利于協(xié)調(diào)稻茬小麥高產(chǎn)與抗倒伏之間的矛盾。

協(xié)調(diào)小麥抗倒伏性能和產(chǎn)量的關(guān)鍵在于合理的氮肥運(yùn)籌既能控制小麥基部節(jié)間生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)的氮素供應(yīng),又不影響小麥營(yíng)養(yǎng)和生殖生長(zhǎng)對(duì)氮素的正常需求,而包膜尿素平穩(wěn)持續(xù)釋放氮素的特性一定程度上可協(xié)調(diào)兩者之間的矛盾。王曉磊等[40]和唐拴虎等[41]關(guān)于控釋尿素對(duì)水稻抗折力的研究表明,控釋尿素一次性基施和尿素多次分施相比可縮短基部節(jié)間,增加節(jié)間粗度、壁厚和充實(shí)度,同時(shí)促進(jìn)根系向土壤深層扎根,提高根深指數(shù),從而改善植株抗倒性。Ma 等[17]研究表明,樹(shù)脂包膜尿素和硫包膜尿素在返青期追施,均能夠滿足小麥生育后期養(yǎng)分需求高峰的氮素供應(yīng),但由于兩者養(yǎng)分釋放動(dòng)態(tài)的差異,樹(shù)脂包膜尿素在返青至拔節(jié)初期的氮素供應(yīng)低于硫包膜尿素。本研究中也發(fā)現(xiàn),N1 模式下樹(shù)脂包膜尿素和硫包膜尿素在小麥基部第2 節(jié)間性狀和花后抗倒伏性能均無(wú)顯著差異;但在N3 模式下樹(shù)脂包膜尿素和硫包膜尿素相比顯著降低基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度,增加其莖稈粗度和稈壁厚度,并顯著提高開(kāi)花后小麥基部第2 節(jié)間充實(shí)度,一定程度上有利于改善小麥抗倒伏性能。分析認(rèn)為在N3 模式下兩種包膜尿素對(duì)小麥基部第2 節(jié)間性狀影響的差異主要在于基部節(jié)間伸長(zhǎng)期間氮素供應(yīng)的差異。其中樹(shù)脂包膜尿素更有利于控制小麥拔節(jié)初期氮素釋放量,避免了基部節(jié)間徒長(zhǎng),并將更多的氮素在生育后期釋放,更有利于籽粒增重和產(chǎn)量提升。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明,稻茬小麥基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度、莖稈粗度、稈壁厚度、抗折力和重心高度是影響其倒伏性能的關(guān)鍵指標(biāo)。樹(shù)脂包膜和硫包膜尿素一次性基施可顯著降低基部第2 節(jié)間長(zhǎng)度、株高和重心高度,提高基部第2 節(jié)間充實(shí)度、莖稈粗度、稈壁厚度、抗折力和抗倒伏指數(shù),降低小麥生育后期倒伏程度和危害,但一次基施不利于小麥產(chǎn)量提升。包膜尿素基肥和返青肥兩次分施是協(xié)調(diào)稻茬小麥產(chǎn)量和抗倒伏性能的適宜施肥模式,其中樹(shù)脂包膜尿素產(chǎn)量水平最高,較尿素對(duì)照增產(chǎn)14.75%,且相比于硫包膜尿素更有利于避免基部第2 節(jié)間過(guò)度伸長(zhǎng),提高其充實(shí)度、莖稈粗度和稈壁厚度,有效提高植株抗倒伏性能。