陳雨露，康 娟，王家瑞，申圓心，李玉瑩，張艷菲，馬 耕，徐文俊，王晨陽,2

(1.河南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，河南鄭州 450000；2.國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450000)

小麥作為我國主要糧食作物，其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)對國家糧食安全具有重要意義[1]。受季風氣候的影響，黃淮南部高產(chǎn)麥區(qū)降水主要集中在夏季，小麥生長期間降水只能滿足其需求的25%～40%，水分短缺成為限制小麥高產(chǎn)的主要因子[2]。研究表明，水分是決定植株氮素吸收特性的重要因素，不僅影響土壤中氮素的有效性，而且還影響作物對氮的吸收、轉(zhuǎn)運和同化[3, 4]。適時適量的灌溉能緩解干旱脅迫，增大小麥群體光合面積和光合速率，增加光合產(chǎn)物，促進干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量和水分利用效率[5]。磷是作物生長不可或缺的營養(yǎng)元素之一，能調(diào)控作物生長發(fā)育[6]。施磷能增加旱地小麥的吸氮量，提高小麥氮素積累速率，促進氮素向穗部的轉(zhuǎn)移，最終獲得增產(chǎn)[7-8]。增施磷肥能夠增加小麥成穗數(shù)和千粒重[9]。施磷還可以改善植株的水分狀況，實現(xiàn)水分利用效率和產(chǎn)量的同步提升[10]。但目前生產(chǎn)上磷肥的利用效率較低，通過水與磷的有效互作，能達到以水促磷和以磷調(diào)水的目的，這是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)高效的主要途徑[11]。在小麥實際生產(chǎn)中存在灌溉次數(shù)過多、大水漫灌等不合理現(xiàn)象，降低了水分利用效率，造成水資源浪費[12]。因此，探討灌水與施磷對冬小麥干物質(zhì)積累和氮素轉(zhuǎn)運特征的互作效應(yīng)，對提高冬小麥水分利用效率和產(chǎn)量具有重要實踐意義。但前人對磷肥和灌水單項效應(yīng)的研究較多，且多集中在灌水次數(shù)或施磷對小麥干物質(zhì)積累及產(chǎn)量影響等方面，有關(guān)水磷互作對小麥氮素積累、運轉(zhuǎn)影響的研究相對較少。本試驗設(shè)置不同灌水和施磷處理，探討了水、磷及其互作對冬小麥氮素積累轉(zhuǎn)運及水分利用效率的影響，以期為小麥水肥合理運籌、高產(chǎn)高效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗在河南省開封市祥符區(qū)姬坡農(nóng)場采取長期定位方式進行(自2012年開始實施)，調(diào)查時間為2017-2018年度小麥生長季。該地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，四季分明，年平均氣溫15 ℃，年均降水量350 mm，日照充足。試驗地土壤為黏土，0～20 cm土壤有機質(zhì)含量18.62 g·kg-1，全氮含量0.96 g·kg-1，有效磷含量17.35 mg·kg-1，速效鉀含量297.02 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機設(shè)計，設(shè)置灌水和施磷兩個因素。灌水設(shè)三個水平，即全生育期不灌水(W0)、灌1水(W1，拔節(jié)期)和灌2水(W2，拔節(jié)水+開花水)，灌水量用水表控制，每次灌水750 m3·hm-2。磷肥設(shè)兩個水平，分別為0 kg P2O5·hm-2(P0,不施磷肥)和150 kg P2O5·hm-2(P1)。每個處理重復三次，小區(qū)面積為56.2 m2(9 m×6.3 m)。施氮量均為240 kg·hm-2，K2O施用量均為120 kg·hm-2。氮肥按照5∶5分基施和拔節(jié)期追施，磷肥和鉀肥全部作基施。供試小麥品種為百農(nóng)207和豫麥49-198，適墑播種，兩品種播期均為2017年10月15日，播量均為280 kg·hm-2。全生育期各項農(nóng)田管理措施均按當?shù)馗弋a(chǎn)田進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 干物質(zhì)量和產(chǎn)量的測定

分別在小麥越冬期、返青期、拔節(jié)期和開花期隨機選取有代表性的植株20株，成熟期選取20個具有代表性的單莖。將所取樣品分成葉片、莖稈、穗軸、穎殼和籽粒五個部分，于105 ℃殺青30 min，然后80 ℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)量后粉碎研磨過篩保存，用于養(yǎng)分分析。

成熟期每小區(qū)選取具有代表性的9 m2(3 m×3 m)進行收獲，脫粒曬干后測定籽粒產(chǎn)量(籽粒含水量14%)。同時選取長勢均勻一致，具有代表性的20個單莖進行考種，分析產(chǎn)量構(gòu)成。

1.3.2 氮素積累與轉(zhuǎn)運的測定

將開花期和成熟期干物質(zhì)稱重后進一步分成莖、葉鞘和穗，成熟期分成莖、葉鞘、穗軸和穎殼，樣品粉碎后先用H2SO4-H2O2消解，再用凱氏法測定消解液中的全氮含量。

采用霍中洋等[13]的方法計算氮素積累和轉(zhuǎn)運指標?；ㄇ暗胤e累量=開花期莖葉氮素積累量+開花期穎殼氮素積累量；花后氮素轉(zhuǎn)運量=花前氮素積累量-成熟期莖葉氮素積累量-成熟期穎殼氮素積累量；轉(zhuǎn)運效率=花后氮素轉(zhuǎn)運量/花前氮素積累量×100%；貢獻率=花前氮素轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒氮素積累量×100%。

1.3.3 籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量及氮素利用效率

籽粒全氮含量乘以5.7即為籽粒蛋白質(zhì)含量(PC，%)[14]。用霍中洋等[13]方法計算氮素吸收效率(NUE，kg·kg-1)、氮素收獲指數(shù)(NHI，%)和蛋白質(zhì)產(chǎn)量(PY，kg·hm-2):NUE=Nu/Nr，NHI=Ng/Nu，PY=0.875Y×PC/100，其中，Ng、Nu、Nr和y分別表示籽粒氮素吸收量、地上部氮素吸收量、施氮量和籽粒產(chǎn)量。

1.3.4 土壤含水量和水分利用效率的測定

在冬小麥播前和成熟期，每20 cm為一層，取0～100 cm土樣，采用烘干稱重法測定并計算土壤質(zhì)量含水量。

采用測定土壤含水量計算作物耗水量(ET)：ET=(W1-W2)+Pr+I+C-D-R

式中，W1為播前土壤0～100 cm土層土壤貯水量(mm)，W2為收獲后0～100 cm土層土壤貯水量(mm),Pr為生育期有效降水量(mm)，I為生育期灌溉總量(mm)，C為地下水流入根部水量(mm)，D為根部以外排出水量(mm)，R為地表徑流(mm)。在本試驗中，地下水位大于 2.5 m，所以地下水流入根部的水量忽略不計； 本試驗地是平地，未發(fā)生徑流，而對于100 cm以下排水量則不影響本試驗計算，也可以忽略 不計。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0和Originpro 8軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析以及圖表繪制，運用Duncan新復極差法(SSR)進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水與施磷對冬小麥干物質(zhì)積累的影響

不同處理間小麥干物質(zhì)積累在越冬期和返青期均無顯著性差異(P>0.05)，拔節(jié)期以后差異增大，兩品種表現(xiàn)一致(圖1)。施磷顯著增加了拔節(jié)期以后的干物質(zhì)積累量(P<0.05)。與P0相比，P1條件下百農(nóng)207的開花期、成熟期干物質(zhì)積累量分別增加108.7%和132.9%，豫麥49-198分別增加91.2%和105.9%。P1條件下灌水顯著提高干物質(zhì)積累量(P<0.05)，其中百農(nóng)207和豫麥49-198干物質(zhì)積累量分別以W2P1和W1P1處理最大，顯著高于其他處理，較W0P0分別提高了163.9%和142.7%。這表明灌水和施用磷肥協(xié)同促進了植株干物質(zhì)積累。

OS；越冬期；RS：返青期；JS：拔節(jié)期；AS：開花期；MS：成熟期。

OS：Over-wintering stage;RS:Jointing stage;JS:Jointing stage;AS:Anthesis stage;MS:Maturing stage

圖1 灌水和施磷對冬小麥干物質(zhì)積累量的影響

Fig.1Effect of irrigation and phosphorus application on dry matter accumulation of winter wheat

2.2 灌水與施磷對冬小麥各器官氮素積累的影響

開花期不同營養(yǎng)器官中氮素積累量表現(xiàn)為莖稈+葉鞘>葉片>穗軸+穎殼(表1)。在P1條件下，百農(nóng)207莖鞘、葉片、穎軸氮素積累量均表現(xiàn)為W2>W1>W0，W0與W2間差異顯著；豫麥49-198莖鞘和穎軸表現(xiàn)為W1>W2>W0，W0與W1間差異顯著，葉片表現(xiàn)為W2>W1>W0，不同灌水水平間差異均顯著。與P0相比，P1顯著提高了各營養(yǎng)器官氮素積累量，其中百農(nóng)207開花期莖鞘、葉片、穎軸分別提高了68.91%、 83.24%和64.87%；豫麥49-198分別提高了 46.51%、38.33%和61.91%。與W0相比，W1、W2條件下百農(nóng)207的花前營養(yǎng)器官總氮素積累量分別增加35.48%和51.15%；豫麥49-198分別增加34.51%和43.02%。這說明灌水和施磷均可有效促進小麥花前營養(yǎng)器官氮素積累。

成熟期不同器官氮素積累量表現(xiàn)為籽粒>莖鞘+葉片>穗軸+穎殼(表2)。在P1條件下，百農(nóng)207的葉片和籽粒氮素積累量表現(xiàn)為W2>W1>W0，不同處理間差異均顯著；豫麥49-198的莖鞘、葉片、穎軸氮素積累量表現(xiàn)為W2>W1>W0，W0與W1間差異顯著，籽粒的氮素積累量表現(xiàn)為W1>W2>W0，不同處理間差異達顯著水平。這表明百農(nóng)207在灌2水(拔節(jié)水+開花水)時施磷有利于籽粒氮素積累；豫麥49-198在灌1水(拔節(jié)水)施磷有效提高籽粒氮含量，但也增加了成熟期莖鞘、葉片、穎軸中氮素殘留量，降低營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運效率。

表1 開花期小麥植株各營養(yǎng)器官氮素積累量Table 1 Nitrogen accumulation amount in different nutritious organs of wheat at anthesis kg·hm-2

同列數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下表同。

Values followed by different small letters in the same column are significantly different among the treatments at 0.05 level. The same in tables 2-6.

表2 成熟期小麥植株各器官氮素積累量Table 2 Nitrogen accumulation amount in different nutritious organs of wheat at maturity kg·hm-2

2.3 灌水與施磷對冬小麥各器官氮素轉(zhuǎn)運的 影響

2.3.1 灌水對氮素轉(zhuǎn)運的影響

灌水增加了莖鞘和葉片的氮素轉(zhuǎn)運量(表3)。與W0相比，W1條件下百農(nóng)207的莖鞘和葉片氮素轉(zhuǎn)運量分別增加66.7%和64.1%，豫麥49-198分別提高4.2%和12.5%；W2條件下百農(nóng)207的莖鞘和葉片氮素轉(zhuǎn)運量分別增加 70.45%和72.34%，豫麥49-198分別提高了 10.42%和27.08%。隨灌水次數(shù)的增加，豫麥49-198葉片和穎軸氮素轉(zhuǎn)運效率呈降低趨勢。與W0相比，W1條件下葉片和穎軸氮素轉(zhuǎn)運效率分別降低5.19%和17.83%，W2條件下分別降低10.39%和22.48%。灌水對不同品種各營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運特征影響表現(xiàn)不一。在W0、W1、W2條件下百農(nóng)207氮素轉(zhuǎn)運效率均表現(xiàn)為葉片>穎軸>莖鞘，對籽粒氮素的貢獻率均表現(xiàn)為葉片>莖鞘>穎軸；豫麥49-198氮素轉(zhuǎn)運效率在W0和W2條件下表現(xiàn)為葉片>莖鞘>穎軸，在W1條件下表現(xiàn)為葉片>穎軸>莖鞘，而對籽粒氮素的貢獻率在W0條件下表現(xiàn)為莖鞘>葉片>穎軸，在W1和W2條件下均表現(xiàn)為葉片>莖鞘>穎軸。

2.3.2 施磷對氮素轉(zhuǎn)運的影響

施磷顯著提高了各器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量(表3)，與P0相比，P1條件下百農(nóng)207莖鞘、葉片和穎軸氮素轉(zhuǎn)運量分別增加64.56%、84.05%和79.69%，豫麥49-198莖鞘、葉片和穎軸氮素轉(zhuǎn)運量分別提高了35.65%、34.78%和56.41%。施磷對各器官氮素轉(zhuǎn)運效率因品種不同有所差異。P1條件下百農(nóng)207的莖鞘和葉片氮素轉(zhuǎn)運效率較P0分別降低7.54%和4.61%；穎軸氮素轉(zhuǎn)運效率增加5.5%。與P0相比，P1條件下豫麥49-198的莖鞘和穎軸氮素轉(zhuǎn)運效率分別降低4.76%和1.78%。施磷提高了百農(nóng)207葉片和穎軸氮素轉(zhuǎn)運對籽粒氮素的貢獻率，增幅分別為13.71%和12.74%。

2.3.3 水磷互作對氮素轉(zhuǎn)運的影響

水磷互作顯著影響葉片氮素轉(zhuǎn)運對籽粒氮素的貢獻率以及穎軸氮素轉(zhuǎn)運效率(表3)。從花后氮素總轉(zhuǎn)運量來看，百農(nóng)207的 W2P1處理最大，較W0P0處理增加142.35%；豫麥49-198 的 W1P1處理最大，較W0P0處理提高了 71.19%。

表3 開花后小麥植株各營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量和貢獻率Table 3 Nitrogen translocation and contribution rate in different nutritious organs of wheat after anthesis

TA:轉(zhuǎn)運量；TR:轉(zhuǎn)運效率；CR:貢獻率。

TA:Transfer amount; TR:Transfer rate; CR:Contribution rate.

2.4 灌水與施磷對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

灌水對兩個品種的籽粒產(chǎn)量影響不一(表4)。在P0條件下，百農(nóng)207籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為W2>W1>W0，處理間差異顯著；豫麥49-198表現(xiàn)為W1>W0>W2，處理間均無顯著差異。這表明在不施磷時灌水對百農(nóng)207的增產(chǎn)效果大于豫麥49-198。在P1條件下，百農(nóng)207籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為W2>W1>W0，處理間差異均顯著，其中W2P1處理較W0P0處理增產(chǎn)116.3%；豫麥49-198表現(xiàn)為W1>W2>W0，W1、W2與W0間差異均顯著，其中W1P1處理較W0P0處理增產(chǎn)69.1%。與P0相比，P1條件下豫麥49-198和百農(nóng)207籽粒產(chǎn)量分別提高50.1%和74.4%。

從產(chǎn)量構(gòu)成看，與P0相比，P1顯著增加了百農(nóng)207和豫麥49-198的穗數(shù)和穗粒數(shù)，其中穗數(shù)分別增加25.6%和15.1%，穗粒數(shù)分別增加 25.9%和29.8%；P1條件下豫麥49-198千粒重顯著提高，但百農(nóng)207無明顯變化。灌水提高了兩品種有效穗數(shù)，與W0相比，W1和W2條件下百農(nóng)207的穗數(shù)分別增加13.49%和16.49%，豫麥49-198分別提高20.87%和26.42%。

表4 灌水水、施磷對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 4 Effect of irrigation and phosphorus application on grain yields and its components of winter wheat

表5 不同處理對小麥氮素吸收效率和籽粒蛋白質(zhì)含量的影響Table 5 Effect of different treatments on nitrogen uptake efficiency and grain protein content in winter wheat

2.5 灌水與施磷對冬小麥氮素吸收效率和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響

灌水顯著提高了小麥氮素吸收效率(NAE)和蛋白質(zhì)產(chǎn)量(PY)(表5)。W1和W2下百農(nóng)207 NAW較W0分別增加14.06%和23.43%,PY分別提高21.91%和 28.26%；豫麥49-198 NAE分別增加 39.08%和35.63%，PY提高 23.64%和14.78%。施磷結(jié)合灌水也顯著提高小麥NAE和PY。其中百農(nóng)207、豫麥49-198的NAE以W2P1處理最大，較W0P0處理分別增加102.08%和102.59%；PY以W1P1處理最大，較W0P0處理增加97.37%和64.69%。

2.6 灌水與施磷對冬小麥水分利用的影響

與P0相比(表6)，P1條件下百農(nóng)207和豫麥49-198的總耗水量分別增加9.5%和 9.1%，而水分利用效率分別提高55.1%和29.2%，表明施磷雖然增加了麥田耗水，但因籽粒產(chǎn)量顯著增加，也提高了水分利用效率。兩品種相比，百農(nóng)207水分利用效率顯著高于豫麥49-198。P0條件下，豫麥49-198水分利用效率表現(xiàn)為W0>W1>W2，W0與W1間無顯著性差異，W0與W2間差異顯著；而百農(nóng)207表現(xiàn)為W1>W0>W2，不同處理間差異均不顯著。這表明不施磷時灌水對百農(nóng)207水分利用效率無明顯影響，但顯著降低了豫麥49-198水分利用效率。P1條件下，百農(nóng)207和豫麥49-198水分利用效率分別在W2和W1條件下最高，說明施磷結(jié)合關(guān)鍵時期灌水能有效提高小麥水分利用效率。

表6 不同處理對耗水量及水分利用效率的影響Table 6 Effect of different treatments on water consumption and water use efficiency

3 討 論

在作物產(chǎn)量形成過程中，氮、磷調(diào)控小麥生長發(fā)育，是影響干物質(zhì)積累的主要營養(yǎng)元素[15]；土壤水分影響營養(yǎng)物質(zhì)運移，間接影響作物對養(yǎng)分的吸收利用[16]，其中小麥拔節(jié)期和開花期是對水分比較敏感的兩個時期[17]。研究表明，小麥拔節(jié)期灌水可有效促進花后干物質(zhì)積累[18]。本試驗結(jié)果表明，百農(nóng)207灌2水(拔節(jié)水+開花水)的干物質(zhì)累積量增加最多；豫麥49-198灌1水(拔節(jié)水)顯著提高了拔節(jié)至成熟期干物質(zhì)積累，說明灌水促進小麥干物質(zhì)積累，但其效應(yīng)在品種間存在差異。適量施磷可有效促進小麥植株干物質(zhì)累積[19]。在本試驗條件下，與不施磷處理相比，施磷處理使花后干物質(zhì)積累量分別增加132.9%(百農(nóng)207)和105.9%(豫麥49-198)。這主要因為磷肥不僅補充了小麥營養(yǎng)物質(zhì)需求，同時延長了光合速率高值的持續(xù)期，增加光合產(chǎn)物[20]，從提高了花后干物質(zhì)積累量。

小麥籽粒的高產(chǎn)源于花后營養(yǎng)器官較高的氮素再分配[21]?；ê鬆I養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運不僅受水肥調(diào)控，而且與小麥品種有關(guān)[22]。胡語妍等[23]研究表明，適宜灌水量可促進營養(yǎng)器官中氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移。本試驗中，與不灌水相比，W1(拔節(jié)水)、W2(拔節(jié)水+開花水)處理下百農(nóng)207營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量分別增加3.1%和17.7%；豫麥49-198分別提高38.8%和60.2%，說明灌水對營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運的效應(yīng)因品種而異。陳夢楠等[24]認為，深松配施磷肥150 kg·hm-2，可提高小麥籽粒氮素積累量和籽粒產(chǎn)量。本研究中，施磷(150 kg·hm-2)顯著提高了兩品種籽粒氮素積累量，但也增加了成熟期營養(yǎng)器官氮素殘留量，降低了營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運效率。同時發(fā)現(xiàn)，灌水與施磷對營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運效率和貢獻率的影響因品種而異，其中百農(nóng)207、豫麥49-198分別在W2P1和W1P1處理有最高氮素轉(zhuǎn)運效率和貢獻率，表明適量灌水配合施磷能提高花前儲存同化物的轉(zhuǎn)運效率及對籽粒氮素的貢獻率。

前人關(guān)于灌水和施磷對小麥品質(zhì)的影響研究結(jié)論頗不一致。有研究表明，土壤水分虧缺時小麥籽粒蛋白質(zhì)含量提高[25]。但本研究結(jié)果中兩品種籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量均在不灌水處理下最低，可能是干旱影響了籽粒中蛋白質(zhì)代謝在內(nèi)的生理過程，引起氮素損失所致[26]。陳力平等[27]認為，施磷顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量。而在本研究中，百農(nóng)207、豫麥49-198籽粒蛋白質(zhì)含量分別在灌2水和灌1水時最高，說明適宜的灌水與磷肥配施在維持花前高氮素積累量的基礎(chǔ)上能促進營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運，增加成熟期籽粒氮素積累量，進而顯著提高蛋白質(zhì)含量。

優(yōu)質(zhì)的群體莖蘗數(shù)量以及高的成穗率是小麥高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)[28]。小麥在生育關(guān)鍵期灌水可通過影響產(chǎn)量構(gòu)成因素而提高產(chǎn)量[29]，其中拔節(jié)期灌水的穗數(shù)較不灌水處理增加14.6%[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，在W1(拔節(jié)水)和W2(拔節(jié)水+開花水)下，百農(nóng)207的穗數(shù)較不灌水分別增加 12.1%、12.6%；豫麥49-198分別增加8.1%和 26.6%；施磷也顯著提高了兩品種的有效穗數(shù)，并對穗粒數(shù)和千粒重有一定的影響，這與張少民等[31]研究結(jié)果一致。

有研究表明，施磷能顯著增加小麥耗水量，對水分利用效率無顯著影響[32]。本研究中，施磷(150 kg·hm-2)在提高小麥耗水量的同時，也提高了水分利用效率。這可能與磷肥促進了根系生長、提高了根系對深層水的吸收利用有關(guān)[33]。兩品種比較，百農(nóng)207水分利用效率明顯高于豫麥49-198。梁銀麗等[34]認為，就水分利用效率而言，干旱脅迫條件下施用磷肥的效果要優(yōu)于灌溉處理。而本研究結(jié)果中，與不灌水條件下施用磷肥相比，灌水條件下施用磷肥不僅增加了小麥產(chǎn)量，也提高了水分利用效率。

4 結(jié) 論

本試驗條件下，適宜灌水與施磷顯著促進了冬小麥干物質(zhì)積累、花前營養(yǎng)器官氮素積累及花后氮素向籽粒轉(zhuǎn)運，提高了籽粒及籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量和水分利用效率。在黃淮南部高產(chǎn)麥區(qū)，施磷150 kg·hm-2結(jié)合全生育期灌水1～2次是冬小麥高產(chǎn)高效的水磷管理模式。