全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2010, 36(7): 1192−1197 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(30871596), 国家重点基础研究发展计划项目(2009CB118604)和国家公益性行业(农业)科研专项经费项目
(200803030)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 王朝辉, E-mail: w-zhaohui@263.net, Tel: 029-87082234
第一作者联系方式: E-mail: zhouling2008913@163.com
Received(收稿日期): 2010-01-29; Accepted(接受日期): 2010-04-21.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2010.01192
旱地条件下冬小麦产量和农艺性状对养分投入的响应
周 玲 王朝辉* 李生秀
西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100
摘 要: 以 9个旱地冬小麦品种为材料, 通过田间试验研究其产量及主要农艺性状与养分投入水平的关系。与不施肥
对照相比, 在低、高水平养分投入条件下小麦籽粒产量分别提高 20%和 40%, 生物量提高 17%和 35%, 单位面积穗
数增加 11%和 25%, 穗粒数增加 8%和 10%。高产品种的生物量、单位面积穗数、穗粒数及其随养分投入增加而提高
的幅度显著高于低产品种。千粒重不受养分投入水平的影响。旱地条件下, 不同小麦品种的产量、生物量、单位面
积穗数和穗粒数均随养分投入水平的提高而显著提高, 并且存在品种间差异。高生物量、高单位面积穗数和穗粒数
是旱地高产品种的重要特征, 它们对养分投入的敏感响应是高产品种养分投入提高后产量提高的主要原因。
关键词: 冬小麦; 养分投入; 产量; 农艺性状
Grain Yield and Agronomic Traits of Winter Wheat Varieties in Response to
Fertilization in Dryland
ZHOU Ling, WANG Zhao-Hui*, and LI Sheng-Xiu
College of Resources and Environmental Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China
Abstract: The effects of phosphorus and nitrogen fertilizers on yield and its components have been widely studied in wheat
(Triticum aestivum L.), and it is generally understand that phosphorus fertilizer has the increase potential of spike number and
1000-kernel weight, whereas, nitrogen fertilizer may promote the spike number and grain number per spike but reduce the
1000-kernel weight. However, these conclusions were obtained in studies with high inputs of phosphorus and nitrogen. To gain
insights into the effect of fertilizer input level on the yield response of wheat in dryland, we planted nine winter wheat varieties in
the field where no fertilizer applied for six years. Compared with the control (zero input of fertilizer), dry matter and kernel yield
increased by 17% and 20% in the treatment of low fertilizer, and by 35% and 40% in the treatment of high fertilizer, respectively.
In the low-fertilizer treatment, spike number and kernel number per spike were 11% and 8% greater than those in the control,
respectively. In the high-fertilizer treatment, larger values of the two traits were observed (25% and 10%, respectively). The in-
crements of dry matter, spike number, and kernel number per spike were greater in high-yielding varieties than in low-yield ones,
showing a stronger response of high-yielding variety to the input of fertilizer. However, there was no effect of fertilizer rate on
1000-kernel weight. The results implied that yield, dry matter, spike number, and kernel number per spike of different varieties
had diverse responses to the level of fertilizer input under dryland condition. High-yielding varieties were characterized with high
levels of dry matter, spike number, and kernel number per spike, and their sensitive responses to fertilizer rates contributed greatly
to higher yields when more fertilizer was applied.
Keywords: Winter wheat; Fertilizer rate; Grain yield; Agronomic trait
作物生产是植物利用环境中的光、水、肥、气
资源, 发挥自身遗传特性, 形成产量的综合过程。在
可控的资源中, 化肥投入是作物生产的重要物质基
础, 对粮食产量的贡献率占 50%左右[1]。化肥的增产
效果一方面取决于投入水平的高低, 另一方面取于
作物对肥料用量的反应[2]。如法国氮、磷(P2O5)用量
均为 80 kg hm−2时小麦产量达到 7 243 kg hm−2; 我
国的氮、磷(P2O5)用量分别为 198 kg hm−2和 103 kg
hm−2时, 产量仅为 4 709 kg hm−2 [3]。对农户化肥用
量的调查发现, 一些农户以较低的化肥投入实现了
第 7期 周 玲等: 旱地条件下冬小麦产量和农艺性状对养分投入的响应 1193


吨粮 [2], 而有些农户投入了较高的化肥却未达到这
一目标, 证明提高化肥效果具有更加重要的意义。
Guarda等[4]在意大利北部的研究表明, 20世纪 90年
代育成的新品种 Eridano和 Lampo在施氮水平为 80
kg hm−2的条件下, 产量达到 7 500 kg, 与施氮 160
kg hm−2下的产量没有显著差异, 原因在于低氮投入
条件下, 氮肥回收率分别上升 20%和 22%。低投入、
高效率是发挥化肥作用的出路所在, 也是保护环境
的迫切需求[5]。
小麦生长发育所必需的诸多矿质元素中, 氮和
磷需求量大而土壤供应量少, 供求之间严重失调。合
理供应这两种养分可协调产量结构, 改善生理特性,
增加光合产物积累, 进而显著提高小麦产量[6-8]。为
充分发挥肥料作用, 小麦生产中一是选用养分高效
品种, 二是协调养分供应。养分高效品种一直被看
作是实现养分高效利用的最经济途径[9]。这类品种
的性状既与小麦的产量潜力有关, 也与小麦对养分
投入的反应有关, 而这些都与小麦产量构成因素(单
位面积穗数、每穗粒数和千粒重)的协调有关, 三者
协调发展才能实现小麦高产[10]。协调养分供应也是
从养分对构成要素的协调入手。磷对提高单位面积
穗数贡献较大, 其次为粒重[10-12]。氮对小麦产量构
成的影响虽因品种和地力水平而有差异 [6,13-14], 但
一般表现为增加单位面积穗数和穗粒数、而降低千
粒重[15]。这些结论均在较高的化肥投入水平下获得,
而在低化肥投入条件下缺乏相关研究。
本文选择适于西北旱地种植的 9个冬小麦品种,
在连续 6 年未施任何肥料的低肥力田块上进行田间
试验, 研究其产量差异与主要农艺性状的关系, 确
定其对养分投入水平的响应, 探索低投入条件下小
麦高产的营养和农学原因。
1 材料与方法
1.1 试验地概况与试验设计
2008年 10月至 2009年 6月在西北农林科技大
学农作一站进行。该站位于黄土高原南部, 海拔 520
m 左右, 年均气温 13℃, 年均降水量 550~600 mm,
主要集中在 7~9月, 年均蒸发量 1 400 mm, 属半湿
润易旱地区。试验田土壤为人为旱耕土垫土, 含有
机质 21.9 g kg−1、全氮 0.8 g kg−1、硝态氮 6.9 mg kg−1、
铵态氮 18.5 mg kg−1、速效磷 6.5 mg kg−1、速效钾 114
mg kg−1, pH 8.3。
采用裂区设计, 主处理为养分投入水平, 包括
不施肥(对照), 80 kg hm−2 N + 50 kg hm−2 P2O5 (低投
入)和 160 kg hm−2 N + 100 kg hm−2 P2O5 (高投入) 3
个处理 , 氮肥用尿素 , 磷肥为磷酸二铵(含 N 17%,
含 P2O5 43%); 副处理为近年来当地广泛采用的 9个
冬小麦品种, 分别为西农 88、小偃 22、武农 148、
西农 979、西农 2611、西农 2000、西农 9871、旱丰
902 和九丰 9812, 分别由陕西长武县农技中心和西
北农林科技大学小麦研究所提供。主区面积 40 m2,
副区面积 2.7 m2, 每品种在一个副区内种 6行, 行长
1.8 m, 行距 20 cm, 人工点播, 播种密度为 50 粒
m−1, 4次重复。化肥播前一次施入, 整个生育期无灌
溉, 田间管理与当地栽培一致。
1.2 样品采集与测定
于成熟期采集样品, 每小区随机取 1 m 长的两
段植株, 合并后调查穗数, 计算单位面积穗数。然后
剪去根, 将地上部植株分为茎叶、穗。样品风干后
脱粒, 称取茎叶、颖壳、籽粒风干重。取部分茎叶、
籽粒、颖壳在 105℃下杀青 30 min, 75℃烘干, 测定
风干样的水分含量。小麦千粒重采用 SLY-C 微电脑
自动数粒仪(浙江托普仪器有限公司, 中国杭州)计
数后称重; 穗粒数=(单位面积产量×1000)÷(单位面
积穗数×千粒重)。小麦生物量、籽粒产量、千粒重
均以烘干重表示。
1.3 统计分析
用 DPS软件统计分析试验数据。
2 结果与分析
2.1 不同养分投入水平的冬小麦产量及构成因素
籽粒产量与生物量均随养分投入水平增加而显
著提高, 与不施肥对照相比, 低投入籽粒产量提高
20%, 高投入提高 40%; 生物量相应提高 17%和
35%。随养分投入水平增加, 收获指数表现出明显的
增加趋势, 不施肥时为 42.1%, 高养分投入为 44.0%,
后者比前者高 4.5% (表 1)。在产量三要素中, 养分
增加后的产量提高主要在于提高了单位面积穗数和
穗粒数。与不施肥相比, 低投入时分别提高 11%和
8%, 高投入时分别提高 25%和 10%。
2.2 不同冬小麦品种籽粒产量、生物量及收获指
数对养分投入水平的响应
结合方差分析多重比较的结果, 可将 9 个小麦
品种分为 3组(表 2), 高产组品种为西农 88; 中产组
品种为小偃 22、旱丰 902、西农 9871、西农 2000、
武农 148; 低产组为西农 979、西农 2611、九丰 9812。
1194 作 物 学 报 第 36卷

表 1 不同养分投入水平下的冬小麦产量及构成因素
Table 1 Grain yield and main agronomic traits of winter wheat at different fertilizer rates
养分投入
Fertilizer input
籽粒产量
Grain yield
(kg hm−2)
总生物量
Dry matter
(kg hm−2)
收获指数
Harvest index
(%)
单位面积穗数
Spike numbers
(×104 hm−2)
穗粒数
Kernels per
spike
千粒重
1000-kernel
weight (g)
对照 Control 3115 c 7391 c 42.1 b 299 c 24.8 b 42.2 a
低水平 Low level 3726 b 8677 b 43.0 ab 331 b 26.9 a 42.6 a
高水平 High level 4349 a 9963 a 44.0 a 375 a 27.2 a 43.4 a
不同字母表示养分投入水平间的差异达 5%显著水平。
Values followed by different small letters are significantly different among treatments of nutrient input at 5% probability level.

无养分投入时, 高产品种西农 88的籽粒产量就显著
高于其他品种; 养分投入水平提高更增加了其增产
效果, 分别比对照提高 34%和 55%。中产组品种在
无养分投入时 , 产量多与低产组品种无显著差异 ;
低养分投入时小麦籽粒产量较对照提高 16%~29%,
平均为 25%; 高养分投入时产量提高 24%~79%, 平
均为 42%。低产组品种在无养分投入时产量就很低,
养分投入的增产幅度亦很小：低养分投入籽粒产量
较对照提高−4%~14%, 平均为 6%; 高养分投入提
高 10%~45%, 平均为 31%。可见, 不同组小麦产量
均在无养分投入时最低, 低投入时居中, 高投入时
最高; 无养分投入时籽粒产量及其对增加养分投入
的反应敏感程度是决定小麦产量的重要因素。
高产品种西农88 的生物量在不同养分投入水平
下仍然高于其他品种, 低投入时其生物量比对照提
高 29%, 高投入时提高 46%。中产组品种无养分投
入时 , 生物量居中 , 且与低产组无显著差异 ; 低养
分投入时其生物量比对照提高 20%~27%, 平均为
22%; 高养分投入时提高 21%~75%, 平均为 39%。
低产组品种在无养分投入时生物量很低, 养分投入
对其生物量的提高幅度有限, 低养分投入时其生物
量比对照提高 0~12%, 平均为 6%; 高养分投入时提
高 11%~35%, 平均为 23% (表 2)。显然, 生物量与籽
粒产量有同一规律, 无养分投入时, 高产品种的生
物量较高; 增加养分时其反应敏感。
养分投入增加, 不同小麦品种的收获指数均呈
现明显的增加趋势(表 2), 但同一养分水平投入的收
获指数差异不大。无养分投入, 高产品种西农 88的
收获指数为 41.5%, 中、低产品种的平均值分别为
42.1%和 42.4%。低养分投入条件下 , 三者分别为
43.5%、43.0%和 42.8%; 高养分投入时, 相应的收获
指数分别为 44.3%、43.0%和 44.8%。可见, 收获指
数的高低似乎难以解释低投入条件下小麦品种产量
高低之间的差异。
2.3 不同冬小麦品种产量构成因素对养分投入
水平的响应
高产品种西农 88的单位面积穗数在不同养分投
入水平时均明显高于其他品种, 养分投入更促进其

表 2 不同冬小麦品种的籽粒产量、生物量及收获指数对养分投入水平的响应
Table 2 Grain yield, dry matter, and harvest index of different winter wheat varieties at different fertilizer rates
籽粒产量 Grain yield (kg hm−2) 生物量 Dry matter (kg hm−2) 收获指数 Harvest index (%)
品种
Variety 对照
Control
低投入
Low input
高投入
High input
对照
Control
低投入
Low input
高投入
High input
对照
Control
低投入
Low input
高投入
High input
西农 88 Xinong 88 3497 c(a) 4680 b(a) 5406 a(a) 8325 c(a) 10733 b(a) 12163 a(a) 41.5 b(b) 43.5 a(abc) 44.3 a(bc)
小偃 22 Xiaoyan 22 3295 b(abc) 4111 ab(b) 4720 a(b) 8314 b(b) 9975 ab(ab) 11401 a(b) 39.4 b(c) 41.3 a(bc) 41.5 a(e)
旱丰 902 Hanfeng 902 3161 b(abc) 3973 a(b) 4192 a(c) 7551 b(ab) 9115 a(bc) 9724 a(cd) 41.8 b(b) 43.3 a(abc) 43.0 ab(d)
西农 9871 Xinong 9871 3406 b(ab) 3949 a(b) 4234 a(c) 7548 b(ab) 9088 a(bc) 9838 a(c) 45.0 a(a) 43.5 b(abc) 43.0 b(d)
西农 2000 Xinong 2000 2895 a(c) 3721 a(bc) 3739 a(d) 6947 a(b) 8410 a(cde) 8415 a(e) 41.8 b(b) 44.3 a(ab) 44.3 a(bc)
武农 148 Wunong 148 2896 c(c) 3708 b(bc) 5197 a(a) 6911 c(b) 8792 b(cd) 12118 a(a) 42.3 a(b) 42.5 a(abc) 43.3 a(cd)
西农 979 Xinong 979 2991 b(bc) 3401 b(cd) 4139 a(c) 7180 b(b) 7418 b(ef) 9095 a(d) 41.5 b(b) 45.5 a(a) 45.8 a(a)
西农 2611 Xinong 2611 2900 b(c) 3109 b(de) 4211 a(c) 7014 c(b) 7843 b(de) 9465 a(cd) 41.3 a(b) 40.5 a(c) 44.5 a(b)
九丰 9812 Jiufeng 9812 2994 a(abc) 2884 a(e) 3307 a(e) 6732 a(b) 6727 a(f) 7453 a(f) 44.5 a(a) 42.5 a(abc) 44.0 a(bcd)
括号外不同小写字母表示养分投入水平间的差异达 5%显著水平, 括号内的不同字母表示品种间的差异达 5%显著水平。
Values followed by different letters outside and inside parentheses are significantly different among treatments and varieties at 5%
probability level, respectively.
第 7期 周 玲等: 旱地条件下冬小麦产量和农艺性状对养分投入的响应 1195


增加 , 低投入时比对照提高 27%, 高投入时提高
40%。中产组品种的单位面积穗数与低产组无显著
差异, 低养分投入时比对照提高 7%~16%, 平均为
11%; 高养分投入时提高 14%~52%, 平均为 27%。
低产组品种单位面积穗数较低, 低养分投入时比对
照提高 0~10%, 平均为 5%; 高养分投入时提高
7%~25%, 平均为 17%。可见, 单位面积穗数与籽粒
产量的情况一致, 高产品种在无养分投入时有较高
的单位面积穗数, 且随养分投入增加能显著增加。
无养分投入时 , 高产品种西农 88 的穗粒数为
27.1, 中、低产品种的平均值分别是 24.6 和 24.3。
低养分投入时, 三者分别是 28.2、28.0 和 24.9。高
养分投入时, 分别是 30.2、26.9和 26.9 (表 3)。高产
品种的穗粒数较高, 低产品种的穗粒数较低, 但这
一差别不像单位面积穗数那样明显, 说明穗粒数起
着次要作用。
无养分投入时 , 高产品种西农 88 的千粒重为
38.8 g, 中、低产品种的平均值分别是 42.9 g和 42.3
g。低养分投入时, 三者分别是 39.8、42.7和 43.2 g。
高养分投入时, 分别是 39.5、44.4和 43.0 g (表 3)。
高产品种的千粒重并不高, 低产品种并不低, 千粒重
的高低不能解释低投入时小麦品种间的产量差异。

表 3 不同冬小麦品种产量构成因素对养分投入水平的响应
Table 3 Yield components of different winter wheat varieties with different fertilizer rates
单位面积穗数
Spike numbers (×104 hm−2)
穗粒数
Kernels per spike
千粒重
1000-kernel weight (g) 品种
Variety 对照
Control
低投入
Low input
高投入
High input
对照
Control
低投入
Low input
高投入
High input
对照
Control
低投入
Low input
高投入
High input
西农 88 Xinong 88 329 c(a) 417 b(a) 461 a(a) 27.1 b(b) 28.2 ab(b) 30.2 a(ab) 38.8 a(ef) 39.8 a(de) 39.5 a(cd)
小偃 22 Xiaoyan 22 329 b(a) 355 ab(b) 406 a(c) 24.7 b(cd) 28.2 a(b) 25.8 b(cd) 40.8 b(def) 40.9 b(de) 45.3 a(b)
旱丰 902 Hanfeng 902 282 b(bc) 307 b(c) 341 a(e) 23.9 a(d) 25.7 a(b) 23.9 a(d) 46.8 b(a) 50.2 a(a) 51.9 a(a)
西农9871 Xinong 9871 289 c(ab) 329 b(bc) 365 a(de) 26.4 b(bc) 31.7 a(a) 28.1 b(bc) 44.8 a(ab) 38.2 b(ef) 42.6 ab(bcd)
西农2000 Xinong 2000 300 a(ab) 321 a(bc) 341 a(e) 24.8 b(cd) 28.0 a(b) 25.7 ab(cd) 38.6 b(f) 41.5 ab(de) 42.7 a(bcd)
武农 148 Wunong 148 285 b(b) 330 b(bc) 433 a(b) 23.4 b(d) 26.4 ab(b) 30.9 a(ab) 43.5 a(bc) 431 a(cd) 39.4 b (d)
西农 979 Xinong 979 312 b(ab) 324 b(bc) 373 a(d) 22.8 b(d) 22.6 b(c) 26.0 a(cd) 41.3 b(cde) 47.1 a(ab) 43.4 ab(bc)
西农 2611 Xinong 2611 322 c(ab) 353 b(b) 403 a(c) 20.6 b (e) 19.3 b(d) 23.7 a(d) 43.7 b(bc) 46.4 a(bc) 44.3 ab(b)
九丰 9812 Jiufeng 9812 241 b(c) 241 b(d) 258 a(f) 29.7 a(a) 32.7 a(a) 31.1 a(a) 41.9 a(cd) 36.1 b(f) 41.4 a(bcd)
括号外不同小写字母表示养分投入水平间的差异达 5%显著水平, 括号内的不同字母表示品种间的差异达 5%显著水平。
Values followed by different letters outside and inside parentheses are significantly different among treatments and varieties at 5%
probability level, respectively.

3 讨论
除产量潜力、抗逆性及适应性等内在遗传因素
外, 小麦产量还受到多重环境因素的影响 [16], 养分
投入是最主要的可控环境因素[7]。本研究结果表明
旱地不同品种小麦产量对养分投入水平的响应存在
明显差异。高产品种对养分投入的敏感程度明显高
于低产品种。由此可见, 在西北旱地, 除高效用水、提
高土壤肥力外, 优化品种对节肥增产具有很大潜力。
生物量和收获指数反映了小麦生产中源的生产
潜力和流的动向, 在一定程度上协调着籽粒的库容,
最终决定小麦产量[17]。在本研究中, 高产品种具有
明显高于低产品种的生物量, 这与童依平等 [18] 的
结果相似。适量施氮可提高小麦的生物量, 但用量
过多, 提高效应会明显下降[4,19]; 而各品种的生物量
均随养分投入水平的提高而显著提高, 可能是因为
田块多年未施肥, 全量养分和速效养分均较低, 外
界养分投入并未超出小麦生长发育所需。作为影响
小麦产量重要因素的收获指数取决于小麦的秆型 ,
高秆型小麦品种收获指数低, 只有 30%左右; 矮秆
型收获指数高, 可达 50%以上[20-21]。但小麦产量并
不以收获指数为转移。高的收获指数固然可节省水
分养分资源, 但由于减少了营养器官的生物量, 相
应地也减少了光合产物的形成与累积, 产量并未突
出提高[22]。只有在两者协调的情况下, 高产才可实
现。当前应用的中秆型小麦品种同时兼顾了营养与
繁殖器官的统一, 收获指数已较过去品种有明显提
高[23-24], 且大都稳定在一定范围。在这种情况下, 养
分的投入引起了是营养器官与繁殖器官的相互提高,
而不是繁殖器官的单一增长, 因此养分投入就无法
促使收获指数相应大幅度提高。
构成小麦产量的穗数、粒数和粒重之间存在着
矛盾和竞争。竞争的实质是不同库对由源流入物质
1196 作 物 学 报 第 36卷

的争夺。较多的穗数和粒数必然影响粒的库容, 造
成粒数与粒重之间的矛盾。这就造成了不同条件下,
三个构成要素对小麦籽粒产量贡献的差异[25]。但从
整体来看, 单位面积穗数始终是基础, 要获得高产,
必须在保证一定单位面积穗数的前提下, 协调提高
穗粒数和粒重[26-28]。本试验结果显示, 较高的单位
面积穗数是小麦品种高产的保证, 而单位面积穗数
又随养分投入水平的提高而提高。不同品种对养分
投入的反应有较大差异, 高产品种反应更好, 低产
品种相对逊色。这一特征对品种选用有重要启示。
施用氮肥和磷肥提高了小麦分蘖能力[29-30], 增加了
单位面积穗数, 施氮又能促进穗花发育 [29], 这些都
为有效地提高穗粒数创造了条件。曾浙荣等[31]对小
麦品种籽粒灌浆特性的研究表明, 决定千粒重的主
要因素是平均灌浆速率, 而不是灌浆持续时间。提
高灌浆速率就能增加粒重。高氮肥用量会延长灌浆
时间, 降低灌浆速率, 最终降低千粒重[32]。在本研究
中, 千粒重与养分投入水平并无明显关系, 可能与
同时施用氮、磷肥有关, 是磷肥提高千粒重[33]和氮
降低千粒重[15]共同作用的表现。
4 结论
在旱地小麦高产栽培中品种起着决定作用, 不
同品种小麦产量、生物量、单位面积穗数及穗粒数
对养分投入水平的响应均存在明显差异。高的生物
量、单位面积穗数和穗粒数是高产品种的重要特征。
选择优良品种, 根据优良品种的遗传特性采用合理
的栽培措施 , 特别是养分调控 , 构建合理群体 , 在
保证一定成穗数的前提下 , 穗粒数与千粒重并重 ,
通过减少不孕小穗和小花数来增加每穗粒数, 通过
提高灌浆速率来提高千粒重[34], 是西北旱地进一步
提高冬小麦产量的有效途径。
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