施氮量對四川盆地機播稻茬麥生長發(fā)育及氮素利用的影響

李朝蘇， 湯永祿*， 吳 春， 吳曉麗， 黃 鋼

(1 四川省農業(yè)科學院作物研究所/農業(yè)部西南地區(qū)小麥生物學與遺傳育種重點實驗室，四川成都 610066；2 南方丘陵區(qū)節(jié)水農業(yè)研究四川省重點實驗室，四川成都 610066)

氮是作物生長發(fā)育所必需的大量元素，一定范圍內，隨著施氮量增加，小麥干物質積累量及產量均呈上升趨勢[1-7]。受生態(tài)條件、 土壤質地、 耕作方式、 品種特性等因素影響，不同環(huán)境下小麥高產所需外源氮量及氮素利用效率存在明顯差異[4-13]。主要分布于黃淮地區(qū)的旱茬小麥的氮素營養(yǎng)生理研究較為深入，而主要分布于長江流域的稻茬麥相關研究相對較少。稻茬麥區(qū)光熱資源豐富，降雨較多，地下水位高，生長期受水資源限制作用小，是我國小麥增產潛力最大的區(qū)域[14-16]。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

表1 試驗地土壤基礎肥力Table 1 Basic soil fertility of the experimental fields

1.2 測定項目及方法

1.2.1 群體莖蘗變化 小麥出苗后每小區(qū)沿對角線方向隨機確定3點，每點1.1 m2，將邊界確定，在完全出苗后、 最高分蘗期以及灌漿后期調查樣方內的總莖數(shù)或穗數(shù)，并計算單株分蘗數(shù)和成穗率，具體計算方法如下：

單株分蘗數(shù)=最高分蘗期莖蘗數(shù)/基本苗

成穗率=灌漿后期有效穗數(shù)/最高分蘗期莖蘗數(shù)×100%

1.2.2 產量和成熟期農藝性狀 于成熟期在莖蘗調查點附近挖方測產，同時取連續(xù)的30個有效莖調查植株農藝性狀。挖方面積4.0 m2，將穗子曬干后脫粒稱重，用PM-8188型谷物水分測定儀測定籽粒含水率，混合均勻后隨機數(shù)出兩個500粒稱重計算千粒重，兩份樣品重量差數(shù)與平均數(shù)之比保持在5%以內，根據(jù)實際含水率計算標準水分(13%)下的產量和千粒重。穗部農藝性狀調查內容包括穗粒數(shù)、 小穗數(shù)、 結實小穗數(shù)，調查結束后將籽粒和營養(yǎng)器官分開于70℃下烘干稱重計算經濟系數(shù)。

1.2.3 成熟期植株氮素積累和分配 成熟期農藝性狀調查結束后，同一處理的Ⅰ與Ⅱ重復、 Ⅲ與Ⅳ重復同部位樣品等量混合，采用常規(guī)方法測試氮、 磷、 鉀含量。2011年，分營養(yǎng)器官和籽粒兩部分測試；2012年，分莖鞘、 葉片、 穗軸+穎殼以及籽粒四部分測試。根據(jù)各器官干物質積累量和氮素質量分數(shù)計算氮素積累量。

1.2.4 氮素利用效率 根據(jù)成熟期產量、 氮素積累量計算氮素利用效率相關參數(shù)，具體計算方法如下[18]：

氮肥農學利用率=(施氮區(qū)的籽粒產量-氮空白區(qū)籽粒產量)/施氮量

氮肥生產效率=籽粒產量/施氮量

氮素吸收效率=植株氮素積累量/施氮量

氮素利用效率=籽粒產量/植株氮素積累量

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量

氮素表觀回收率=(施氮區(qū)的植株氮素積累量-氮空白區(qū)植株氮素積累量)/施氮量

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用 Excel 2003 和DPS v 12.50 軟件對數(shù)據(jù)進行整理、 統(tǒng)計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 施氮量對機播稻茬麥生長發(fā)育和產量的影響

表2 施氮量對機播稻茬小麥分蘗、 成穗的影響Table 2 Effect of nitrogen fertilization rate on tillering and spike formation of mechanical sowing wheat after rice

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年度同一土壤質地數(shù)據(jù)間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column mean significantly different at the 5% level in the same year and the same soil texture.

2.1.2 成熟期干物質分配 以2012年數(shù)據(jù)為例(表3)，兩種土壤中，施氮處理各器官的干物質積累量均顯著高于空白對照，但各施氮處理在營養(yǎng)器官的干物質積累量差異不顯著。粘壤中，150 kg/hm2施氮處理的籽粒干重顯著高于空白對照和105 kg/hm2處理；砂壤中各施氮處理間籽粒干重差異不顯著。

從各器官分配比例來看，粘壤在不施氮或者施氮水平較低(105 kg/hm2)時，干物質更多的積累在葉片和莖鞘中，增加施氮量有利于提高干物質在籽粒中的分配比例。砂壤中，氮空白處理葉片干物質分配比例略低于施氮處理，其他器官分配比例與施氮處理差異較小。

表3 施氮量對機播稻茬小麥成熟期干物質分配的影響(2012)Table 3 Dry matter distribution in different organs at the maturity stage for mechanical sowing wheat after rice

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年度同一土壤質地數(shù)據(jù)間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column mean significantly different at the 5% level in the same year and the same soil texture.

施氮量對穗粒結構的影響因指標不同而異。增加施氮量利于有效穗數(shù)的增加及單穗小穗數(shù)、 結實小穗數(shù)、 穗粒數(shù)的提高，但千粒重呈下降趨勢，尤其是粘壤，兩年處理間千粒重差異均達顯著水平，在倒伏較早的2012年，千粒重隨施氮量增加降幅更大。粘壤中，增加施氮量利于經濟系數(shù)的提高，砂壤中各處理間經濟系數(shù)差異不顯著。

2.2 施氮量對機播稻茬麥氮素利用效率的影響

2.2.1氮積累分配 各器官氮素積累量隨施氮量增加呈顯著上升趨勢，尤其是莖鞘、 籽粒部位，兩種土壤表現(xiàn)基本一致。氮素分配比例因器官和土壤質地不同而異，粘壤中，莖鞘中氮素分配比例隨施氮量的增加呈上升趨勢，而籽粒中呈下降趨勢。砂壤中，空白處理氮在葉片、 莖鞘中分配比例較低，籽粒中分配比例較高；而施氮各處理的氮更多積累在營養(yǎng)器官中，在籽粒中分配比例相對較低，尤其是105 kg/hm2處理(表5)。

2.2.2 氮素利用率 隨著施氮量的增加，植株氮素積累量呈上升趨勢，在195 kg/hm2處理時達到最大值，處理間差異顯著，不同年際、 不同土壤質地中表現(xiàn)一致。而氮素生產效率、 氮素吸收效率和氮素利用效率等參數(shù)隨著施氮量的增加呈下降趨勢，處理間差異顯著。2011年，粘壤中氮素農學利用率處理間差異不顯著；但在2012年，兩種土壤中隨著施氮量的增加也呈顯著下降趨勢。氮素收獲指數(shù)、 氮素表觀回收率等參數(shù)處理間差異相對較小(表6)。

表4 施氮量對機播稻茬小麥產量和穗粒結構的影響Table 4 Yield and ear kernel component of mechanical sowing wheat after rice

注(Note): ES—Effective spikes; GNS—Grain numbers per spike; TGW—1000-grain weight; SS—Spikelets per spike; FSS—Fertile spikelets per spike; HI—Harvest index; LR—Lodging ratio. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年度同一土壤質地數(shù)據(jù)間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column mean significantly different at the 5% level in the same year and the same soil texture.

表5 施氮量對機播稻茬小麥各器官氮積累和分配的影響(2012)Table 5 N distribution in different organs at the maturity stage of wheat after rice under different N fertilization rates

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示相同質地土壤上不同施氮量處理間差異達5%顯著水平 Different letters mean values in a column significantly different at the 5% level in same soil texture.

表6 施氮量對機播稻茬小麥氮素利用效率的影響Table 6 Effect of nitrogen fertilization rate on nitrogen utilization efficiency of mechanical sowing wheat after rice

注(Note): PNAA—Plant nitrogen accumulation amount; NAFUE—Nitrogen agricultural fertilizer utilization efficiency; NPE—Nitrogen productivity efficiency; NUE—Nitrogen uptake efficiency; NUtE—Nitrogen utilization efficiency; NHI—Nitrogen harvest index; ANRE—Apparent nitrogen recovery efficiency. 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年度同一土壤質地數(shù)據(jù)間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column mean significantly different at the 5% level in the same year and the same soil texture.

3 討論

氮素對穗粒結構的影響程度因指標不同而異，增施氮素對穗數(shù)和穗粒數(shù)普遍具有正向作用[2, 7,10]。本研究中，增加施氮量也能促進小穗和小花分化，單穗小穗數(shù)、 結實小穗數(shù)以及穗粒數(shù)均有不同程度增多。郭文善等人研究表明，適當增加施氮量，并擴大后期施肥比例等能顯著促進胚乳細胞分裂增殖，提高胚乳細胞充實度，增加粒重[38]。而本研究中，隨著施氮量的增加，千粒重呈顯著下降趨勢，在一定程度上抵消了穗粒數(shù)增加的正向作用。一方面可能因為穗數(shù)和穗粒數(shù)增加，每一籽粒獲得的營養(yǎng)供給量減少；另一方面，籽粒灌漿充實質量與花前物質儲藏量和轉運效率密切相關[39]，本研究中各施氮處理花前干物質積累量差異較小，且由于莖鞘干物質積累量減少和機械強度下降造成大面積倒伏，導致營養(yǎng)物質轉運受阻，粒重下降，在倒伏時間較早的2012年千粒重降幅尤其明顯。

氮素的吸收、 運輸和再分配效率是決定其利用效率高低的幾個關鍵環(huán)節(jié)，增加氮素吸收，促進氮素向小麥籽粒中運輸和積累是提高氮素利用效率的重要途徑[40]。在較低肥力水平下，隨著施氮量的增加，氮肥利用效率呈先升后降趨勢[24]。本研究的土壤肥力較高，雖然隨著施氮量的增加各器官氮素積累量呈顯著上升趨勢，尤其是莖鞘、 籽粒部位，但氮空白處理也有較高的籽粒產量，氮素農學利用率、 氮素生產效率、 氮素吸收效率和氮素利用效率等參數(shù)呈顯著下降趨勢，產量增加的比例不及施氮量增加的比例。而氮素收獲指數(shù)和表觀回收率的變幅不及其他指標，這表明在本研究施氮范圍內，小麥源庫基本平衡，隨著施氮量的增加，氮素吸收量同步增加，籽粒和植株氮素含量并可協(xié)同增加，但氮素吸收量增加并沒有進一步轉化為更高的經濟產量。

4 結論

增加施氮量利于四川盆地機播稻茬麥分蘗成穗及穗粒數(shù)的提高，在目前生產水平下150 kg/hm2施氮水平可以獲得較高的產量和經濟效益，繼續(xù)增加氮素用量，產量和氮素利用效率下降。

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