種植方式與追肥時期對黑龍江省冬小麥根系生長及品質(zhì)的影響

陳龍濤，魏 ，商文楠，李馨園，王曉楠，李 晶

（東北農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，哈爾濱 150030）

黑龍江省冬季嚴寒，持續(xù)期長，最低溫度可達到-30℃[1-2]，年際間降雪量不均衡，風大，田間不易存雪，麥苗裸露田間易產(chǎn)生旱害和凍害，特別是遇秋冬和返青期土壤干旱，麥苗易風干死亡，惡劣的自然氣候致使冬麥即使成功越冬，也會造成返青率較低。2007年冬小麥超強冬性抗寒品種的育成，打破了黑龍江冬季不能播種冬小麥的歷史，合理運籌氮素實現(xiàn)小麥優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效是黑龍江省冬小麥種植又一亟待解決的關(guān)鍵問題。返青期低溫比常溫的根系干重減少58.7%，根系體積減少81.6%[3]，直接影響后期的品質(zhì)與產(chǎn)量形成。返青后通過不同時期追施氮肥對小麥干物質(zhì)和氮素積累、運轉(zhuǎn)及產(chǎn)量和品質(zhì)均有較好效果，潘慶民等認為施用氮肥可提高蛋白質(zhì)含量2.5%～3.0%，且隨施氮時期后移，提高蛋白質(zhì)含量作用增大[4]。沈建輝等認為，拔節(jié)和孕穗期追氮肥均提高了小麥產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量，但過遲追氮不利于產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量[5]。目前，我國主要冬麥種植區(qū)山東、河南兩省已經(jīng)形成相對較完善的配套種植栽培體系，但由于黑龍江省冬麥研究剛剛起步，對栽培基礎理論研究比較薄弱，在氮肥運籌等方面還是空白。因此，本試驗研究了不同種植方式和追肥時期對小麥根系生長和籽粒品質(zhì)性狀的影響，以期為黑龍江省冬小麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、高效栽培管理提供理論依據(jù)，同時對黑龍江省耕作制度由一年一熟轉(zhuǎn)變成為兩年三熟耕作模式，提高土地利用效率及種植結(jié)構(gòu)調(diào)整具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2009～2010年在黑龍江省哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學實驗實習基地（E126°41'，N45°45'）進行，土壤為黑鈣土：全氮（TN）1.80 g·kg-1，有效磷（AP）49.5 mg·kg-1，速效鉀（AK）159.8 mg·kg-1，有機質(zhì)23.5 g·kg-1。試驗品種選用東農(nóng)冬麥1號，由東北農(nóng)業(yè)大學小麥育種研究室提供。試驗設計如表1所示。

表1 試驗設計Table 1 Experiment design

栽培技術(shù)模式主要包括以下兩種：特殊栽培技術(shù)模式—壟溝播種：采用壟溝內(nèi)距離壟底1/3處兩邊壟幫雙行播種；傳統(tǒng)栽培技術(shù)模式—平播播種：采用傳統(tǒng)平播播種。均按照每小區(qū)8行，行長5 m，行距0.3 m，小區(qū)面積12 m2，3次重復，隨機區(qū)組排列。播種量150 kg·hm-2。底肥：磷酸二銨150 kg·hm-2（純氮17 kg·hm-2、P2O544 kg·hm-2），硫酸鉀75 kg·hm-2（K2O 37.5 kg·hm-2）。次年不同時期追施尿素150 kg·hm-2（純氮69 kg·hm-2），結(jié)合澆水開溝追施于土壤。

1.2 測定方法

根系取樣：大田試驗的根樣獲取采用挖掘法[6]，分別于返青期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期取樣測定各指標。選取生長正常、分布均勻的冬小麥植株，深入土層1 m獲取較完整植株根系。前后兩次的取樣地點留有一定的間隔。根樣充分浸泡后，用水緩慢沖洗，水流大小以不折損細根為原則。

根系體積和表面積指標測定：取各處理單株完整根系，利用根系掃描分析系統(tǒng)（Epson expression 1680掃描儀）透掃，將圖像存為.tif格式，用根系分析軟件WinRhizo5.0自動分析。各處理重復3次。

籽粒蛋白質(zhì)含量測定：用J FOSS kjeltec2300型全自動凱氏定氮儀測定籽粒全氮含量，乘系數(shù)5.7換算為籽粒蛋白質(zhì)含量。

濕面筋含量：用Perten 2200型面筋儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗結(jié)果用Excel 2003和DPS 7.05統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理、分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植方式與追肥時期對冬小麥根系長度的影響

根長是衡量根系生長狀況的最基本指標之一[6]。小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成，很大程度上取決于根系對深層土壤水分和養(yǎng)分的利用及同化產(chǎn)物在根冠之間的分布[7]。如圖1所示，不同追肥處理下冬小麥隨生育期推進，根系長度呈先升高后下降的變化趨勢，乳熟期達到最大，成熟期衰老脫水萎蔫下降。表明拔節(jié)期至乳熟期是根系壯大的時期，隨后由于生長中心的轉(zhuǎn)移，根系的生長速度漸緩，到成熟期進入皺縮狀態(tài)。進入抽穗期后，無論壟播還是平播均表現(xiàn)為拔節(jié)期追肥根系長度＞返青期+拔節(jié)期追肥根系長度＞返青期追肥根系長度＞不追肥根系長度，說明適期追施氮素對根系生長具有促進作用；同時可以看出，壟溝播種各處理根系長度高于傳統(tǒng)平播播種各處理，表明因地制宜的采用壟溝播種種植方式在改善越冬環(huán)境的條件下，進入返青期較好地促進了植株地下根部生長，為最終實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)起到重要作用。

2.2 種植方式與追肥時期對冬小麥根系平均直徑的影響

植物對土壤中養(yǎng)分有效利用的能力很大程度上取決于其根系的構(gòu)型，根系平均直徑的大小是構(gòu)型中的重要因子，直接決定根系吸收的動力[8]。由圖2可以看出，不同處理根系平均直徑隨生育期呈先增加后減小變化的趨勢，拔節(jié)期、抽穗期達到最大。根系直徑的生長與根系長度的變化近似相同，表明二者協(xié)同生長。壟溝處理麥苗在拔節(jié)期追肥處理后在進入抽穗期后根系直徑明顯增加，提高了吸收能力；平播處理表現(xiàn)的不明顯。表明根系的生長不僅與適宜的追肥有關(guān)，同時種植方式也對其生長有影響，是兩個因素共同作用的結(jié)果。

圖1 不同種植方式與追肥時期下冬小麥根系長度的變化Fig.1 Change of root length under different planting models and topdressing stage

圖2 不同種植方式與追肥時期下冬小麥根系平均直徑的變化Fig.2 Change of root average diameters by different planting models and topdressing stage

2.3 不同播種方式與追肥時期對冬小麥品質(zhì)的影響

2.3.1 不同播種方式與追肥時期對冬小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響

小麥品質(zhì)和產(chǎn)量的形成與氮素營養(yǎng)密切相關(guān)，氮肥的分期施用對小麥品質(zhì)及產(chǎn)量均有調(diào)節(jié)效應。由表2可以看出，壟溝播種方式下各處理間差異顯著，且達到極顯著水平（P＜0.01），蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為 L2＞L3＞L1＞L0，L1、L2、L3與 L0相比分別提高了3.6%、14.2%和12.7%，可以得出籽粒蛋白質(zhì)含量隨追氮時期的后移和施氮量增加而呈升高的趨勢，且以拔節(jié)期一次全部追氮處理含量最高，表明追氮時期后移，有利于小麥蛋白質(zhì)含量的提高。傳統(tǒng)平播播種方式追肥與不追肥籽粒蛋白質(zhì)含量差異顯著（P＜0.05），蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為P2＞P3＞P1＞P0；P2與P3差異不顯著。P1、P2、P3與P0相比分別提高了10.5%、12.8%和12.0%。兩種播種方式下對應各處理間達到顯著差異，拔節(jié)期追肥處理壟溝播種較傳統(tǒng)平播處理提高2%；返青+拔節(jié)期追肥處理壟溝播種較傳統(tǒng)平播處理提高1.3%；兩種播種方式對照處理間比較發(fā)現(xiàn)二者無顯著差異，表明適宜追氮時期是影響籽粒蛋白質(zhì)含量提高的主要因素，而播種方式對提高籽粒蛋白含量的影響不大，其影響過程主要通過適宜追肥時期來完成的。

2.3.2 不同播種方式與追肥時期對冬小麥籽粒濕面筋含量的影響

由表2可以看出，壟溝播種方式下濕面筋含量表 現(xiàn) 為 L2＞L3＞L1＞L0， L1、 L2、 L3與 L0差 異 顯 著 ；L2、L3差異不顯著；L1、L2、L3與 L0相比濕面筋含量分別提高了7.1%、13.2%和9.8%，表明拔節(jié)期追施適宜氮肥可以顯著提高籽粒濕面筋含量，以拔節(jié)期一次全部追氮處理含量最高。傳統(tǒng)平播播種方式下，濕面筋含量各處理表現(xiàn)為 P2＞P3＞P1＞P0，P1、P2與對照處理達到顯著差異水平，P3與對照差異不顯著，P1、P2、P3與P0相比濕面筋含量分別提高了5.9%、7.2%和5.4%。兩種播種方式下L0與P0、L1與P1、L3與P3差異不顯著；L2與P2處理存在顯著差異。表明兩種不同播種方式對冬麥影響籽粒濕面筋含量差異的影響不明顯，籽粒中濕面筋的含量變化受追肥時期影響較明顯。

2.3.3 不同播種方式與追肥時期對冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響

各因素及互作對籽粒產(chǎn)量達到顯著差異水平（P＜0.05）。由表2可以看出，壟溝播種各處理產(chǎn)量顯著高于相應傳統(tǒng)平播各處理產(chǎn)量，差異達到極顯著水平（P＜0.01）。壟溝播種方式下各處理產(chǎn)量顯著高于對照處理，表現(xiàn)為L2＞L3＞L1＞L0，L2、L3極顯著差異于L1、L0，表明拔節(jié)期追肥顯著提高籽粒產(chǎn)量；傳統(tǒng)平播播種方式下各處理產(chǎn)量顯著高于對照處理，表現(xiàn)為P2＞P3＞P1＞P0，P2與P3差異不顯著，但顯著差異于P1、P0，且達到極顯著水平。表明與溝播相比，拔節(jié)期追施氮肥處理下傳統(tǒng)平播栽培冬麥產(chǎn)量提高幅度低于溝播栽培模式。

表2 不同處理下冬小麥品質(zhì)的變化Table 2 Change of winter wheat grain quality under different treatments

2.4 不同生育時期根系指標與品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

結(jié)果見表3。

由表3可以看出，蛋白質(zhì)含量在乳熟期、成熟期與根系直徑呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且乳熟期達到極顯著正相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與根系直徑在抽穗期、乳熟期、成熟期與根系直徑呈顯著正相關(guān)，說明根系生長在中后期營養(yǎng)器官氮素向籽粒供應積累形成蛋白質(zhì)過程中起重要作用。濕面筋含量與根系長度和直徑在拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，且抽穗期和乳熟期達到極顯著相關(guān)，表明在抽穗期和乳熟期根系長勢對籽粒濕面筋的形成起到重要作用。根系長度，直徑與產(chǎn)量在抽穗期、乳熟期和成熟期呈顯著正相關(guān)，乳熟期達到極顯著水平，表明根系對作物產(chǎn)量的影響表現(xiàn)于生育期的中后期，前期不顯著可能與返青期、拔節(jié)期營養(yǎng)生長有關(guān)系。

表3 不同生育時期根系指標與品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系Table 3 Relationship between root growth and grain quality

3 討論

根系生長要與其環(huán)境條件相適應，只有建立根系個體與群體最佳的動態(tài)平衡，使得數(shù)量與質(zhì)量的協(xié)調(diào)發(fā)展，才能實現(xiàn)產(chǎn)量提高，品質(zhì)改善[9]。相同密度、相同栽培條件下，根系發(fā)達，乳熟期次生根數(shù)量多，一般表現(xiàn)為產(chǎn)量高品質(zhì)好[10]。本試驗得到結(jié)論與其一致，中后期根系生長與品質(zhì)及產(chǎn)量達到顯著相關(guān)關(guān)系。大量的研究和生產(chǎn)實踐表明，氮素施用顯著影響小麥根系生長，當?shù)厥┯眠m宜時，根系形態(tài)數(shù)量性狀和生理性狀達到最佳狀態(tài)，有助于籽粒產(chǎn)量提高和籽粒品質(zhì)改善[11-12]。本試驗研究表明拔節(jié)期一次性追施氮肥，對冬麥根系生長具有促進作用，同時表現(xiàn)出品質(zhì)及產(chǎn)量的顯著提高，但是返青期一次性追肥作用不明顯。

氮素是影響小麥籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量最活躍的因子。一般認為，前期追氮有利于提高產(chǎn)量，后期追氮則有助于改善品質(zhì)，適宜的追氮時期可以較好的協(xié)調(diào)小麥高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的關(guān)系。楊扎根等認為，兼顧產(chǎn)量和品質(zhì)，高筋小麥最佳追氮時期是拔節(jié)至抽穗期，中筋小麥應適當提前追氮時期[13-14]。李珊珊等認為，與起身期施氮肥比較，拔節(jié)期和挑旗期追施氮肥，能提高不同類型小麥籽粒蛋白含量等品質(zhì)指標[15-16]。楊延兵等認為，運籌氮素可改善小麥加工品質(zhì)，但效果不明顯[13]。馬冬云等認為，綜合考慮籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量以拔節(jié)期追氮較為合適[17]。本試驗在黑龍江高寒地區(qū)通過不同追肥時期對冬麥產(chǎn)量品質(zhì)形成效果方面與前人研究結(jié)果一致。研究表明，拔節(jié)期追施足量氮肥有助于籽粒蛋白的積累，濕面筋含量及產(chǎn)量的提高，品質(zhì)與產(chǎn)量同時達到最優(yōu)。其主要原因可能與氮素吸收利用密切相關(guān)，拔節(jié)期是冬麥冬后壯長關(guān)鍵時期，此時期大量追肥不僅可以滿足營養(yǎng)生長，對開花期氮積累量和花后營養(yǎng)器官貯存氮素向籽粒的運轉(zhuǎn)均起到一定作用。同時，改善了小麥的群體質(zhì)量，田間透光率好，植株健壯，抗倒伏能力提高，地上地下部分達到協(xié)調(diào)生長，根系長勢發(fā)達，光合產(chǎn)物的生產(chǎn)能力提高，因此，拔節(jié)期追肥處理好于返青期追肥處理。

本試驗得出，黑龍江省壟溝播種的冬小麥根系生長與品質(zhì)及產(chǎn)量形成效果好于傳統(tǒng)平播處理，這可能與壟溝內(nèi)種植冬小麥冬前壟臺可以防風，壟溝可以積雪，達到增溫、保墑、防旱的效果，實現(xiàn)冬麥高返青率，冬后溝內(nèi)貯水保墑促進麥苗生長，最終實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)。由于本試驗只研究探討返青期與拔節(jié)期追肥對根系及品質(zhì)形成的關(guān)系，抽穗期等后期追肥對其影響還有待于進一步探討。

4 結(jié)論

拔節(jié)期追肥處理根系長度最大，且壟溝處理大于傳統(tǒng)平播處理，種植方式和追肥時期共同影響根系生長。適宜追氮時期是影響籽粒蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量提高的主要因素，而種植方式對提高籽粒蛋白含量的影響不明顯。由此可知，黑龍江省冬小麥采取壟溝播種在拔節(jié)期適量追肥的栽培技術(shù)有助于根系生長及顯著提高籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量。

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