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研究明确种植密度和施氮量对超高产冬小麦群体生育动态、碳氮代谢和产量形成的影响规律,对于冬小麦超高产配套栽培技术的建立,具有一定的理论和实践意义。本研究以冬小麦品种石麦18为材料,于2013~2014年度在河北省藁城市进行田间试验,采用二因素裂区设计:密度为主区,共4个水平,分别为每公顷基本苗150万(D150)、225万(D225)、300万(D300)和375万(D375);施氮量为副区,共3个水平,分别为每公顷施纯氮180(N180)、240(N240)和300 kg(N300)。主要研究结果如下:随着密度的增加,各生育时期的群体总茎(穗)数都逐渐增加,但随着生育时期的推进,不同密度之间的差距逐渐缩小,至成熟期4种密度均取得了较高的穗数。随密度增加,总成穗率和分蘖穗比例逐渐降低,但主茎穗比例却逐渐增加,4种密度的分蘖穗比例均高于主茎穗比例。越冬前至开花期叶面积指数(LAI)和干物质积累量随着密度的增加而增加,但开花后D150和D225的LAI和干物质积累量均高于D300和D375的,经济系数随着密度的增加而降低。随着施氮量的增加,各生育时期的群体总茎(穗)数和干物质积累量均逐渐增加,但经济系数却逐渐降低。孕穗期以前不同施氮量的LAI差异不显著,但施氮量高的处理开花以后LAI的衰减较慢。小麦旗叶叶绿素SPAD值、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)均从开花期开始逐渐升高,开花后12 d达到最大值,以后降低。随着密度的增加,各时期的叶绿素SPAD值和上述光合参数均逐渐降低,低密度处理能有效延缓旗叶叶片的衰老速度,提高光合效率。随着施氮量的增加,各时期的叶绿素SPAD值和上述光合参数均先升高后降低,N240的最高,但N240与N300之间差异不显著。随着密度的提高,生育前中期小麦叶片、茎鞘的氮素积累量逐渐增加,但随着生育时期的推进,不同密度间的差距逐渐缩小,至开花期低密度D150和D225的叶片、茎鞘的氮素积累量高于高密度D300和D375的。籽粒的氮素积累量、叶片和茎鞘的氮素转移量和转移率均随着密度的增加而降低。随着施氮量的增加,各营养器官的氮素积累量大致呈现增加的趋势。在D150和D225密度下,籽粒的氮素积累量、叶片和茎鞘的氮素转移量随施氮量的增加而增加,但在D300和D375密度下,籽粒的氮素积累量、叶片的氮素转移量却随施氮量的增加而降低。随施氮量增加,茎鞘、穗轴+颖壳的氮素转移率逐渐降低,但叶片的氮素转移率却先增加后降低,以N240的最高。随密度的提高,越冬前至开花期叶片、茎鞘、籽粒中的可溶性总糖含量和全氮含量逐渐降低。在N180施氮量下,籽粒全氮含量以D300的最高;在N240和N300施氮量下,籽粒全氮含量以D225的最高。拔节期至开花期,低密度D150和D225叶片的C/N基本上都高于高密度D300和D375的,茎鞘、穗轴+颖壳、籽粒以及整个植株的C/N大致随密度增加而降低。随施氮量增加,低密度的D150和D225处理全生育期各营养器官的可溶性总糖含量都逐渐增加,而高密度的D300和D375仅生育前期各营养器官中可溶性总糖含量增加,拔节以后叶片和茎鞘中的可溶性总糖却逐渐降低。在D150和D225密度下,籽粒全氮含量以N240的最高;在D300和D375密度下,籽粒全氮含量以N180的最高。在同一密度下,不同施氮量的C/N没有明显的变化规律,但籽粒中的C/N随着施氮量的增加而减小。密度对产量及3个产量构成因素的影响显著,施氮量仅对千粒重和产量的影响显著,密度与施氮量对千粒重和产量存在显著交互作用。随着密度的增加,穗数逐渐增加,但不同密度之间的穗数差异不显著。穗粒数、千粒重随着密度的增加逐渐降低,D150的穗粒数显著高于D375的,D150和D225的千粒重显著高于D300和D375的。籽粒产量随着密度的增加而降低,而且施氮量越高的情况下,4个密度之间的产量差异越大。在同一密度下,随着施氮量的增加,穗数、穗粒数大致呈现增加的趋势,千粒重变化不明显。在较低密度下以施氮较多的产量较高,而在较高密度下以施氮较少的产量较高。C/N与产量的相关性分析表明,拔节期至开花期叶片和茎鞘中有较高的C/N有利于产量提高。而对于整个小麦植株来说,孕穗期至开花期有较高的C/N有利于产量的提高。综合以上研究结果,小麦产量以基本苗150万·hm-2,施氮量240和300 kg·hm-2的2个处理最高,分别为10308.65和10221.98 kg·hm-2。在此种植密度和施氮量组合下,各时期的LAI大小适宜,并且在后期衰退较慢,叶绿素SPAD值含量较高且维持时间长,有效改善了小麦的光合性能,有利于光合产物的积累,并能显著增加籽粒的可溶性总糖和全氮含量,促进营养器官中的氮素向籽粒转移,保持籽粒的代谢活力。并且此密度和施氮量组合的小麦植株在孕穗期至开花期有较高的C/N,碳水化合物充足,有利于籽粒灌浆,增加粒重。加之具有足够的成穗数和较多的穗粒数,因此获得高产。根据本研究结果,在低密度下建议适当增施氮肥,而从节本增效考虑,在高密度下应适当减少氮肥投入,以实现小麦的优质高产高效。