新型肥料以常规有机肥和化肥为基础，通过物理、化学或生物方法制成，包括微生物肥料、控释肥和腐植酸肥料等多种类型，主要体现在提升养分功效、更新肥料形态、采用新材料、转变施用方式和促进养分吸收等方面[7]。缓释肥、控释肥及配方施肥作为新型环保肥料，养分释放周期长，更符合生育期较长小麦的生长需求；腐植酸肥料则能降低土壤氮损失，提高肥料利用率，使小麦增产[6,8-9]。因此，探究适宜的尿素类型及施用方式对小麦植株性状和产量的影响，对小麦增产有重要意义。Yao等[10]采用生命周期评价方法研究发现，一次性基施控释肥相较于常规施肥，可显著提高作物产量和肥料利用率。吴晓丽等[11]研究表明，相同施氮量下，相较于氮肥一次性基施，拔节期追施部分氮肥可显著提升小麦花后旗叶叶绿素含量，促进花后光合同化物积累，增加粒重和产量。刘诗璇等[12]研究表明，施用腐植酸尿素有利于作物叶片氮素积累、光合作用能力增强和产量提高。张晨阳等[13]研究发现，控释尿素处理下的小麦穗长相较于普通尿素处理增幅为2.46%~10.78%。任艳云等[14]研究表明，控释尿素能够将氮素富集于植株根系附近，利于作物吸收，最终实现增产。周志花等[15]研究表明，使用不同类型的缓/控释尿素可以促进小麦生长，提高小麦花前干物质转运量与花后干物质生产量，有利于小麦的群体构建和产量形成。上述研究多是针对单一肥料种类或常规肥料间的对比，缺乏对不同类型新型肥料施用效果的比较，且研究多在内地雨养模式下进行，针对滴灌冬小麦的研究相对较少。因此，本试验在滴灌条件下，研究不同尿素类型及施用方式对滴灌冬小麦株型性状、叶面积指数、干物质积累转运和产量及其构成因素的影响，旨在为新疆小麦优质高效栽培提供适宜的尿素施用类型及方式。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2021-2022年在新疆农业科学院玛纳斯试验站（86°17′ E，44°20′ N）进行，该区属暖温带大陆性干旱半干旱气候区，年均日照时数2600~ 2800 h，年均气温7.5 ℃，极端最高气温39.6 ℃，极端最低气温-37.4 ℃。年均降水量173.3 mm，蒸发量2141 mm，全年无霜期165~172 d。试验地土壤类型为沙壤土，前茬作物为大豆。
1.2 试验设计
供试小麦品种为‘新冬18号’，于2021年9月27日采用机械条播，行距15 cm，播种量525万粒/hm2，滴灌带铺设方式1管4行。在大田滴灌条件下，采用单因素随机区组试验设计，小区面积为54 m2（5.4 m×10 m）。设置不施尿素（F0）、普通尿素（F1）、腐植酸尿素（F2）、控释尿素一次性基施（F3）和控释尿素分次施用（F4）共计5个处理，每个处理3次重复，除F0外，每个处理纯氮用量均为225 kg/hm2。普通尿素、腐植酸尿素和控释尿素的氮含量分别为46.4%、46%和43.2%，试验中不同处理的氮肥施用时期及用量见表1。其他田间管理措施与当地生产一致。
表1 不同处理的氮肥施用时期及用量
Table 1
| 处理 Treatment | 施肥时期及用量Fertilization period and dosage | ||
|---|---|---|---|
| 基肥 Base fertilizer | 拔节期 Jointing stage | 孕穗期 Booting stage | |
| F0 | 0 | 0 | 0 |
| F1 | 90 | 90 | 45 |
| F2 | 90 | 90 | 45 |
| F3 | 225 | 0 | 0 |
| F4 | 90 | 90 | 45 |
1.3 测定项目与方法
1.3.1 成熟期植株株型性状
在成熟期从每小区选择长势均匀的植株10株，使用直尺测量小麦株高、穗长及各节间的长度。
1.3.2 叶面积指数和光合势
在开花期和灌浆期，从每小区随机取20个单茎，用直尺测定单茎全部叶片的长和宽，采用长宽系数法计算叶面积，根据以下公式[16]计算各指标：
叶面积=长×宽×0.83；
叶面积指数（LAI）=（单株叶面积×单位土地面积内株数）/单位土地面积；
光合势（LAD）=(l1+l2)×(t2-t1)/2，式中，l1和l2分别为开花期和灌浆期所测的叶面积，（t2-t1）为2个生育期的间隔天数。
1.3.3 干物质
分别于开花期和成熟期每小区取样20株，按器官分样，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干，测定干重，根据以下公式计算干物质转运指标[17]：
花前干物质转运量=开花期干重-成熟期营养器官干重；
花前干物质转运效率（%）=（花前干物质转运量/开花期干重）×100；
花前干物质转运量对籽粒产量贡献率（%）=（花前干物质转运量/成熟期籽粒干重）×100；
花后干物质生产量=成熟期籽粒干重-花前干物质转运量；
花后干物质生产量对籽粒产量贡献率（%）=（花后干物质生产量/成熟期籽粒干重）×100。
1.3.4 测产及考种
在成熟期，从每小区选取1 m双行样区，用于调查穗数，同时在每处理每重复选取20个单茎调查产量及其构成因素（穗粒数、千粒重、可孕小穗数及不孕小穗数）等性状；另从每处理每重复选取4.5 m2（1.5 m×3 m）样区单独人工收割，用于实收测产和测定籽粒含水量，实测产量统一按照籽粒含水量为13%的标准进行换算与记录。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2016、Origin 2021处理数据并绘图，采用SPSS 22.0软件对数据进行显著性分析。
2 结果与分析
2.1 不同处理对滴灌冬小麦植株株型性状的影响
由表2可知，不同尿素类型及施用方式对滴灌冬小麦植株株型性状的影响各不相同。株高以F1处理最高，为85.76 cm，较F0、F2、F3和F4处理分别增高了2.83%、2.40%、3.60%和4.00%。穗部性状方面，穗长表现为F4>F3>F2>F1>F0，F1~F4处理均与F0达显著差异水平（P<0.05）。节间长度方面，不同处理对滴灌冬小麦各节间长度的影响各不相同，各节间长度随着节位的上升而逐渐增加，整体表现为J1>J2>J3>J4>J5。在不同处理中，F4穗下节间较短，为25.52 cm，相较于F0~F3处理分别降低14.22%、3.73%、2.74%和8.79%。其余节间长度无明显规律。
表2 不同处理下滴灌冬小麦成熟期植株性状的变化
Table 2
| 处理Treatment | 株高Plant height | 穗长Spike length | J1 | J2 | J3 | J4 | J5 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| F0 | 83.40b | 6.91b | 29.75a | 22.80a | 11.40b | 8.85b | 3.70c |
| F1 | 85.76a | 7.58a | 26.51b | 20.35b | 12.98ab | 10.93a | 7.40a |
| F2 | 83.75b | 7.63a | 26.24b | 20.15b | 12.86ab | 10.15ab | 6.71b |
| F3 | 82.78b | 7.69a | 27.98b | 19.48b | 12.39ab | 9.91ab | 5.22b |
| F4 | 82.46b | 7.80a | 25.52bc | 20.11b | 13.34a | 10.08ab | 7.72a |
J1：穗下节长；J2：倒二节长；J3：倒三节长；J4：倒四节长；J5：倒五节长。同列不同小写字母表示差异在P < 0.05水平显著，下同。
J1: peduncle length; J2: length of the second internode from top; J3: length of the third internode from top; J4: length of the fourth internode from top; J5: length of the fifth internode from top. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the P < 0.05 level, the same below.
2.2 不同处理对滴灌冬小麦LAI及LAD的影响
由图1可知，不同处理方式下的小麦LAI在开花期达到峰值，具体表现为F4>F3>F2>F1>F0，其中F4处理相较于F0~F3处理分别提高了35.40%、8.18%、6.92%和4.90%。在灌浆期后，冬小麦进入生长发育后期，LAI显著下降。此时，各处理的LAI大小顺序为F4最高，F3次之，而F1、F2和F0相对较低。在开花期和灌浆期，F1~F4处理与F0处理之间均存在显著性差异（P<0.05）。
图1
图1
不同处理下滴灌冬小麦开花期和灌浆期叶面积指数的变化
不同小写字母表示同一时期不同处理间差异在P < 0.05水平显著，下同。
Fig.1
Changes in LAI of drip-irrigated winter wheat at anthesis and filling stages under different treatments
Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments in the same period at the P < 0.05 level, the same below.
由图2可知，所有施肥处理（F1~F4）相较于未施肥处理（F0）均能显著增加滴灌冬小麦的LAD，表现为F4>F3>F2>F1>F0。其中F4处理的LAD值最高，达82 m2/d，较F0~F3处理分别显著提高37.82%、10.53%、10.26%和7.47%。
图2
图2
不同处理下滴灌冬小麦开花期到灌浆期光合势的变化
Fig.2
Changes in LAD from anthesis stage to filling stage of drip-irrigated winter wheat under different treatments
2.3 不同处理对滴灌冬小麦干物质转运及其对籽粒产量贡献率的影响
由表3可知，不同处理花前干物质转运量表现为F1>F2>F3>F4>F0，与花前干物质转运效率的变化规律相同。花后干物质积累量则表现为F4>F3>F2>F1>F0，其中F4处理相较于F0~F3处理分别增加了45.22%、34.47%、11.79%和2.61%。不同处理下，滴灌冬小麦花前干物质转运量对籽粒产量的贡献率为18%~30%，花后干物质生产量对籽粒产量的贡献率为60%~72%，说明花后干物质积累对籽粒产量的贡献更大。其中，F4处理对籽粒产量贡献率最高，相较于F0~F3处理增长了12.00%、10.77%、5.88%和1.41%。
表3 不同处理下滴灌冬小麦干物质转运及其对籽粒产量贡献率的变化
Table 3
| 处理 Treatment | 花前干物质Dry matter before anthesis | 花后干物质Dry matter after anthesis | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 转运量 Translocation amount (kg/hm2) | 转运效率 Translocation rate (%) | 对籽粒产量贡献率 Contribution rate to grain yield (%) | 生产量 Photoassimilate amount (kg/hm2) | 对籽粒产量贡献率 Contribution rate to grain yield (%) | ||
| F0 | 2233.93d | 18b | 21b | 8444.15c | 60c | |
| F1 | 3883.77a | 27a | 30a | 9119.08b | 65b | |
| F2 | 3058.73b | 22b | 22b | 10 969.08ab | 68ab | |
| F3 | 2806.53b | 20b | 19b | 11 950.40ab | 71a | |
| F4 | 2615.77c | 19b | 18b | 12 262.42a | 72a | |
2.4 不同处理对滴灌冬小麦产量及其构成因素的影响
由表4可知，不同尿素类型及施用方式对冬小麦产量及其构成因素均有不同程度的影响。与F0处理相比，4种尿素处理均能提升滴灌冬小麦籽粒产量，增产幅度为6.52%~21.64%。其中F4处理的籽粒产量最高，为9210.95 kg/hm2，相较于F0~F3处理分别增产21.64%、12.52%、8.12%和6.52%，F4与F0、F1、F2处理间均达显著差异水平（P<0.05）。与F0处理相比，施用氮肥可提高滴灌冬小麦可孕小穗数，各处理间以F4最大，为17.36，较F0~F3处理分别增加了14.36%、10.22%、8.91%和7.03%。不孕小穗数与可孕小穗数的变化规律相反，表现为F0>F1>F2>F3>F4。进一步分析产量构成因素，与F0相比，4种施肥处理均能提高有效穗数、穗粒数和千粒重。相较于F1处理，F2~F4处理的有效穗数、穗粒数和千粒重也有不同程度提升，其中均以F4处理为最高，相较于F1~F3处理有效穗数分别增加5.98%、2.22%和4.53%，穗粒数分别增加7.72%、3.07%和5.63%，千粒重分别增加6.98%、2.06%和3.36%。收获指数以F4处理最大，相较于F0~F3处理分别增加了14.06%、9.15%、7.35%和3.47%。
表4 不同处理下滴灌冬小麦产量及其构成因素的变化
Table 4
| 处理 Treatment | 不孕小穗数 Sterile spikelets | 可孕小穗数 Fertile spikelets | 有效穗数 Effective spikes (×104/hm2) | 穗粒数 Grains per spike | 千粒重 1000-grain weight (g) | 产量 Yield (kg/hm2) | 收获指数 Harvest index (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| F0 | 2.96a | 15.18b | 718.14c | 27.34c | 33.71c | 7572.33c | 31.78b |
| F1 | 2.91a | 15.75b | 740.06bc | 35.89b | 34.24bc | 8185.91bc | 33.21b |
| F2 | 2.62a | 15.94b | 750.26b | 36.60ab | 35.44ab | 8519.03b | 33.77b |
| F3 | 2.52a | 16.22b | 767.27ab | 37.51ab | 35.89ab | 8646.84ab | 35.04b |
| F4 | 2.22a | 17.36a | 784.28a | 38.66a | 36.63a | 9210.95a | 36.25a |
2.5 滴灌冬小麦农艺性状与产量间的相关性
由图3可知，冬小麦产量与株高、穗长、有效穗数、穗粒数、千粒重、可孕小穗数均呈正相关关系，其中与千粒重的相关性达显著差异水平（P<0.05），与可孕小穗数的相关性达极显著差异水平（P<0.01）。株高与其他指标的相关性表现为穗长>穗粒数>有效穗数>千粒重>可孕小穗数>产量>不孕小穗数，其中株高与穗长、穗粒数呈显著正相关性。穗粒数与穗长、有效穗数均呈显著正相关性。可孕小穗数与有效穗数、千粒重呈显著正相关性，相关系数分别为0.812和0.881。不孕小穗数与产量、株高、穗长、有效穗数、穗粒数、千粒重、可孕小穗数均呈负相关关系，其中与有效穗数和千粒重达极显著差异水平。
图3
图3
滴灌冬小麦农艺性状与产量指标间的相关关系
右偏椭圆表示呈正相关性，左偏椭圆表示呈负相关性。圆度越小，颜色越深，则相关性越强；圆度越大，颜色越浅，则相关性越低。Y：产量；PH：株高；SL：穗长；ES：有效穗数；GPS：穗粒数；TGW：千粒重；FS：可孕小穗数；SS：不孕小穗数。“*”和“**”分别表示P < 0.05和P < 0.01水平显著相关。
Fig.3
Correlation between agronomic traits and yield indexes of drip-irrigated winter wheat
Right-biased ellipse indicates the positive correlation, left-biased ellipse indicates the negative correlation. The smaller the roundness and the darker the color, the stronger the correlation; the larger the roundness and the lighter the color, the lower the correlation. Y: yield; PH: plant height; SL: spike length; ES: effective spikes; GPS: grains per spike; TGW: 1000-grain weight; FS: fertile spikelets; SS: sterile spikelets.“*”and“**”indicate significant correlations at the P < 0.05 and P < 0.01 levels, respectively.
3 讨论
王晓磊等[18]研究表明，相较于普通尿素，控释尿素可以降低水稻株高和节间长度。魏凤珍等[19]认为，随着追肥比例增加，小麦基部节间长度以及穗下节间长度增长，而株高和各节间长度呈相反趋势，表明减少基肥用量及提高追肥比例能够为小麦构建良好的株型结构，进而提升产量。这与本研究结果一致，即与其他尿素处理相比，在基肥、拔节期和孕穗期分次施用控释尿素可降低小麦株高，降幅最高达4.01%，同时节间长度缩短。薛志伟等[20]研究表明，施用腐植酸尿素可增加小麦穗长和可孕小穗数，减少不孕小穗数。蒋昕光等[21]研究表明，控释尿素处理下的单株生物量相较于普通尿素处理增大28.9%，与本研究结果类似。本试验中，施用腐植酸尿素和控释尿素相较于普通尿素处理均可提高小麦穗长、可孕小穗数及单株生物量，其中控释尿素分次施用处理下上述性状达到最大值，且不孕小穗数最少，有利于产量增加。魏海燕等[22]研究表明，缓控释肥基施后于分蘖期施用尿素，可有效提高成穗率和最终穗数，进而实现增产。姚单君等[23]研究表明，腐植酸尿素相较于控释尿素一次性追施可以提升小麦产量。梅沛沛等[24]研究表明，相较于常规尿素处理，控释尿素分次施用可以通过提高小麦单位面积穗数、穗粒数和千粒重，进而实现增产，与本研究结果一致，即腐植酸尿素和控释尿素分次施用较普通尿素处理均可提升冬小麦千粒重及穗粒数，最终表现为增产。而周华敏等[25]研究发现，控释氮肥一次性施用时的穗数、穗粒数和千粒重与常规尿素处理无显著差异，表现为稳产。同时，靳海洋等[26]发现控释氮肥一次性施用会因成穗数降低而减产，与本研究结果不一致。本试验中，控释尿素一次性施入的产量及其构成要素均高于普通尿素和腐植酸尿素处理，这可能受新疆干旱少雨的条件或者冬小麦的生长及品种特性影响所致。
4 结论
施用尿素对滴灌冬小麦株型性状、叶面积指数、干物质积累转运特性和产量均有显著的调控作用。综合分析可知，控释尿素分基肥（40%）、拔节期（40%）和孕穗期（20%）施用，可以通过降低冬小麦株高及各节间长度构建良好的株型结构，有利于冬小麦生长发育，进而增大叶面积指数和光合势，有效提高干物质积累转运效率及其对籽粒贡献率，最终促进产量形成。本试验各处理中，滴灌冬小麦籽粒产量最高，为9210.95 kg/hm2，增产幅度达6.52%~21.64%，可为大田推广应用提供理论参考。
参考文献
Agronomic, environmental, and ecosystem economic benefits of controlled-release nitrogen fertilizers for maize production in Southwest China
