施氮量對晉南旱地冬小麥干物質(zhì)及氮素積累轉(zhuǎn)移的影響

李廷亮，謝英荷，洪堅平，馮 倩，李金嵐

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801；2.山西省環(huán)境監(jiān)測中心站，山西太原030027）

小麥?zhǔn)巧轿魇〉?大糧食作物，播種面積占全省農(nóng)作物的20%以上，而山西省小麥播種面積的60%以上為旱地，晉南是旱作小麥的主要種植區(qū)。該地區(qū)光照資源豐富，作物產(chǎn)量潛力大，但由于受水分脅迫的影響，產(chǎn)量和氮肥利用率均偏低[1]。研究當(dāng)?shù)睾底餍←湼晌镔|(zhì)積累和氮素吸收轉(zhuǎn)運規(guī)律，對指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民合理施肥及提高產(chǎn)量具有重要意義。

氮素是植物生長所必需的營養(yǎng)元素之一，氮肥施用量直接影響到地上部分干物質(zhì)的積累和植株對氮素的吸收利用，從而影響小麥的光合特性、生理代謝及產(chǎn)量形成[2-5]。作物產(chǎn)量是通過光合作用直接或間接形成的，光合產(chǎn)物的積累和分配決定了作物的產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣，合理施氮可以增加干物質(zhì)累積量，提高干物質(zhì)花后轉(zhuǎn)移率，增加小麥產(chǎn)量。研究小麥對氮素的吸收、累積及轉(zhuǎn)運規(guī)律，有助于了解和調(diào)控作物生長發(fā)育，根據(jù)作物生長需求提供肥料，在增產(chǎn)的同時提高作物的氮素利用效率。

但目前干物質(zhì)和養(yǎng)分積累分配規(guī)律的研究多是在水分條件比較好或有灌溉條件下進(jìn)行的[6-7]，關(guān)于旱作小麥的研究比較少。而且小麥對氮素的吸收累積規(guī)律以及營養(yǎng)器官中干物質(zhì)的轉(zhuǎn)移分配與土壤肥力、降水量及其分布等氣候條件有關(guān)，具有區(qū)域差異性。

本試驗于2008—2010年研究了不同氮水平下晉南旱地冬小麥干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)移規(guī)律、養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)移特性，系統(tǒng)了解當(dāng)?shù)睾档匦←溞璧匦院驮霎a(chǎn)機(jī)理，以期為晉南及我國旱作小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

于2008—2010年連續(xù)2個生長季在山西襄汾縣伯玉村旱地小麥種植區(qū)進(jìn)行田間試驗。該區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均日照時數(shù)2419h，有效積溫4 700℃，年均氣溫12.6℃，無霜期180～210 d；年均降雨量為550 mm左右，主要集中在7—9月。2008—2009年和2009—2010年冬小麥生育期降雨量分別為182.6，142.2 mm。供試土壤為石灰性褐土，質(zhì)地為中壤，pH值8.02，耕層土壤有機(jī)質(zhì)11.2 g/kg，全氮0.88 g/kg，NO3-N 14.41 mg/kg，速效磷3.42 mg/kg，速效鉀201.91 mg/kg，容重1.14 g/cm3。2個年度試驗選用相鄰的2個地塊，其土壤肥力基本一致。

1.2 試驗設(shè)計

采用隨機(jī)區(qū)組排列，4次重復(fù)。小區(qū)面積50m2（6.25 m×8 m）。設(shè) N0（對照），N90，N180和 N270共4個施氮處理，分別施純氮（尿素，含N 46%）0，90，180，270 kg/hm2，按當(dāng)?shù)亓租浄首钸m用量，各處理均施P2O5（過磷酸鈣，含P2O512%）120kg/hm2和K2O（氯化鉀，含K2O 60%）150 kg/hm2。全部肥料在播種前一次性均勻撒入相應(yīng)小區(qū)，翻入土壤耕層后耙平；全生育期不進(jìn)行灌溉。供試品種為當(dāng)?shù)氐目购灯贩N臨旱6號，播量為150kg/hm2，分別于2008年10月3日和2009年9月25日播種，于2009年6月3日和2010年6月5日收獲，2009年7—9月休耕。

1.3 測定項目及方法

2008—2009年和2009—2010年生長季分別于苗期（11月3日和10月25日）、返青期（3月10日和3月6日）、拔節(jié)期（3月29日和4月2日）、抽穗期（4月27日和5月1日）、灌漿期（5月19日和5月20日）、成熟期（6月3日和6月5日）采集植物樣品，每小區(qū)分別選有代表性地采取3行10 cm樣段，帶回實驗室烘干，計算其干質(zhì)量（成熟期為全區(qū)收獲計產(chǎn)，分析樣品分為籽粒、穎殼和秸稈3部分）。植物樣品粉碎后，用濃H2SO4-H2O2法消煮，德國BRAN＋LUBBE公司的AA3連續(xù)流動分析儀測全植株各部分全氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel作圖，用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，用Duncan’S新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

假定冬小麥生殖生長期間營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量和養(yǎng)分累積量減少部分均轉(zhuǎn)移到籽粒中，則根據(jù)公式計算營養(yǎng)器官干物質(zhì)、養(yǎng)分的累積和轉(zhuǎn)移指標(biāo)[8]。干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量＝花期地上部干物質(zhì)累積量－收獲期地上部營養(yǎng)器官（莖葉+穎殼）干物質(zhì)累積量；花后干物質(zhì)累積量＝收獲期地上部干物質(zhì)累積量－花期地上部干物質(zhì)累積量；干物質(zhì)轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)率＝干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/籽粒產(chǎn)量×100%；干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率＝干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/花期地上部干物質(zhì)累積量×100%；植株氮素累積量（kg/hm2）＝秸稈干質(zhì)量×氮素含量＋籽粒干質(zhì)量×氮素含量＋穎殼干質(zhì)量×氮素含量；植株氮素階段累積量（kg/hm2）＝某生育時期的氮素累積量－上個生育時期的氮素累積量；氮素轉(zhuǎn)移量=花期地上部氮素累積量－收獲期地上部營養(yǎng)器官（莖葉＋穎殼）氮素累積量；氮素吸收量＝籽粒氮素積累量－氮素轉(zhuǎn)移量；氮素轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)率＝氮素轉(zhuǎn)移量/籽粒氮素積累量×100%；氮素吸收貢獻(xiàn)率＝氮素吸收量/籽粒氮素積累量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對旱地冬小麥不同生育期干物質(zhì)積累量的影響

各施氮處理下各小麥不同生育期干物質(zhì)積累量變化趨勢基本一致，均呈S型曲線（圖1）。返青期前干物質(zhì)積累量較少，2個年度分別為總積累量的18.9%～21.8%和14.8%～15.7%；返青期以后積累量迅速增加并持續(xù)至灌漿期，占總積累量的66.5%～71.4%和62.5%～77.9%；灌漿期—成熟期緩慢增加，期間干物質(zhì)積累量占總積累量的8.0%～13.2%和6.5%～21.8%。

各施氮處理在返青期前對干物質(zhì)累積的影響差異不顯著，2個年度平均值分別為786.7，979.5 kg/hm2；返青期后干物質(zhì)的積累量隨施氮量的增加而增加，成熟期以N270處理最高，2個年度分別為4612.0，7804.3 kg/hm2，方差分析表明，N180與N270處理總干物質(zhì)量間差異不顯著，但均顯著高于N90及對照處理，而N90與對照處理間差異顯著。說明施氮可以促進(jìn)旱地冬小麥干物質(zhì)累積，且生育中后期表現(xiàn)明顯，但當(dāng)施氮量超過一定限度時，干物質(zhì)積累量不再顯著增加。

2.2 施氮量對旱地冬小麥花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移和累積的影響

施氮促進(jìn)了冬小麥抽穗開花期后光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移和合成，2個年度的花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量和累積量均隨施氮量的增加而增加（表1）。2008—2009年，N270處理花后干物質(zhì)累積量和轉(zhuǎn)移量均最高，分別較N90處理高44.9%，19.5%（P＜0.05），但與N180處理差異不顯著；2009—2010年，N270處理干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量顯著高于其他處理，花后干物質(zhì)累積量與N180處理差異不顯著，但顯著高于N90處理。

從干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)率來看，2008—2009年以N90處理干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)率最高，分別為29.5%，42.3%，但除對照外，各處理間的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)率差異均不顯著；2009—2010年，以N270處理干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)率最高，分別為18.6%，31.1%，與N180處理差異不顯著，但均顯著高于N90處理，表明施氮可以促進(jìn)花前干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)合成量，但對干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率和對籽粒的貢獻(xiàn)率影響不顯著。

表1 不同施氮量對旱地冬小麥花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移及累積的影響

2.3 施氮量對旱地小麥不同生育期氮素積累的影響

由表2可知，各處理的氮素累積量隨生育期進(jìn)程總體呈增加趨勢，但2個年度N270處理氮素累積量在灌漿期達(dá)最大，成熟期地上部氮素累積量占最大累積量的93%～96%，有4%～7%的氮素在灌漿期后被損失掉。

從階段累積量考慮，不同生育期小麥的氮素累積能力不同，苗期地上部氮素累積量占最大累積量的20%～38%，這與基本苗數(shù)較高有關(guān)。苗期到返青期累積量變化不大，占最大累積量的5%～17%；返青后小麥快速生長，植株發(fā)育、莖稈充實需要吸收大量養(yǎng)分作為基礎(chǔ)，所以各處理在返青期至抽穗期的氮素累積量分別占到最大累積量的44%～56%；灌漿期和成熟期地上部氮素階段累積量還不足最大累積量的13%。可見，旱地冬小麥氮素吸收累積，返青至抽穗期是養(yǎng)分供應(yīng)的關(guān)鍵時期。施氮顯著促進(jìn)了小麥不同生育期地上部氮素的累積，拔節(jié)期后增加幅度更大，2個年度N270處理的氮素最大累積量均顯著高于其他處理，其值分別為60.14，104.94 kg/hm2，但成熟期N270和N180處理干物質(zhì)積累量間差異不顯著。

表2 不同施氮量對旱地冬小麥生育期地上部氮素累積量的影響 kg/hm2

2.4 施肥對旱地冬小麥花后氮素轉(zhuǎn)移和吸收的影響

灌漿期至成熟期，小麥籽粒氮素累積主要來源于2個方面[9]，一是抽穗前累積在植株中的氮素，在生育后期向籽粒轉(zhuǎn)移（轉(zhuǎn)移的氮素為抽穗開花期地上部累積的氮素與收獲期莖葉的氮素積累量之差）；二是抽穗后，植株從土壤吸收的氮素（為收獲期籽粒吸氮量與莖葉轉(zhuǎn)移氮素之差）。

旱地冬小麥籽粒氮素累積主要來自于莖葉向籽粒的轉(zhuǎn)移，其占到籽粒氮素累積量的82%～98%，只有少部分氮素來自土壤吸收（表3），氮素轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)量隨施氮量的增加而顯著增加，2個年度均以N270處理氮素轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)量最高，分別為38.86，66.10 kg/hm2。氮素土壤吸收量總體偏低，在0～180 kg/hm2施氮范圍內(nèi)，隨施氮量增加而增加；但當(dāng)施氮量達(dá)到270 kg/hm2時，氮素土壤吸收量顯著降低。氮吸收貢獻(xiàn)量和吸收貢獻(xiàn)率分別以N270和N180處理最高。

表3 不同施氮量對旱地冬小麥花后氮素轉(zhuǎn)移及吸收的影響

3 討論與結(jié)論

（1）干物質(zhì)的積累和分配轉(zhuǎn)移與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有密切關(guān)系，抽穗期前（包括抽穗期）生產(chǎn)的干物質(zhì)大多以結(jié)構(gòu)物質(zhì)的形態(tài)固定下來，主要用來建造營養(yǎng)器官和穗器官，抽穗期后生產(chǎn)的干物質(zhì)大多用來建造和充實籽粒。高產(chǎn)要求抽穗期前、后干物質(zhì)生產(chǎn)具有合理結(jié)構(gòu)，以保持庫源平衡[10]。本研究表明，晉南旱地冬小麥干物質(zhì)積累量積累主要發(fā)生在返青期后，施氮沒有改變積累規(guī)律，只是改變了不同生育期的階段累積量。2個試驗?zāi)甓确登嗲案魇┑幚黹g差異不顯著，積累量占總累積量的14%～22%；返青—灌漿期積累量占62%～78%，灌漿—成熟期占6%～22%。整個過程表現(xiàn)為慢—快—慢的規(guī)律，這與胡田田等[11]的研究結(jié)果相一致。也有研究認(rèn)為，干物質(zhì)積累的高峰出現(xiàn)在拔節(jié)后[12-13]，原因一般是將拔節(jié)期之前干物質(zhì)積累量作為總體考慮，實質(zhì)上返青—拔節(jié)期的干物質(zhì)積累量的階段積累量和日積累量分別是返青前的5倍和10倍[12]。同時本研究還表明，各施氮處理在返青期前對干物質(zhì)累積的影響差異不顯著，返青期后干物質(zhì)的積累量隨施氮量的增加而增加，但當(dāng)施氮量超過180 kg/hm2時，干物質(zhì)積累量增加不顯著。施氮可以提高花前干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)合成量，但對干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率和對籽粒的貢獻(xiàn)率影響不顯著。

本研究中，不同施氮量對旱地冬小麥干物質(zhì)積累量的影響，因年度不同而表現(xiàn)出一定差異性。在2008—2009年，各生育期不同施氮量下的干物質(zhì)積累量均顯著低于2009—2010年對應(yīng)的干物質(zhì)量，原因可能是2008—2009年生育期60%的降水量集中在灌漿至成熟期，從播前到抽穗期降水僅為73.3 mm，而2009—2010年從播前到抽穗期降水量為113 mm，且2009年11月的強(qiáng)降雪（降水量為39.7 mm）在減少地面水分蒸發(fā)的同時，增加了土壤蓄水量[14]，促進(jìn)了干物質(zhì)的積累。

（2）研究小麥對養(yǎng)分的吸收積累及其向籽粒的運轉(zhuǎn)特性，是提高小麥產(chǎn)量、改善小麥品質(zhì)和提高肥料利用效率的基礎(chǔ)。本試驗表明，晉南旱地冬小麥地上部氮素累積量隨生育期進(jìn)程總體呈增加趨勢，苗期和返青—抽穗期是氮素積累的主要時期，分別占總積累量的20%～38%，44%～56%。本試驗中的部分處理在成熟期有4%～7%的氮素?fù)p失，這在同延安等[15]的研究中也有報道，關(guān)于作物地上部氮素?fù)p失的原因有多種，可能是以葉片吐水、雨水或露水淋洗途徑損失[16-17]，也可能是由于后期植物衰老、蛋白質(zhì)降解而造成的損失[18]。有研究指出，增施氮肥可以提高小麥對氮素的吸收和運轉(zhuǎn)，但施加量過高，小麥對氮素的吸收、運轉(zhuǎn)卻有所降低[2，15，19]。本研究條件下，施氮量在0～270 kg/hm2之間時，冬小麥生育期地上部分氮素累積量及花后氮素向籽粒轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)量均隨施氮量的增加而增加，但當(dāng)施氮量超過180 kg/hm2時，成熟期氮素積累量則增加不顯著。籽粒氮素累積主要來自于莖葉向籽粒的轉(zhuǎn)移，占到籽粒氮素累積量的82%～98%，只有少部分氮素來自土壤吸收。有很多研究也表明，小麥籽粒積累的氮素主要來自前期營養(yǎng)器官儲存氮素的再分配，再分配氮占籽粒氮素的69%～87%，因品種不同而存在差異[15，20]。

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