周年氮肥統(tǒng)籌對冬小麥、夏玉米生理特性及干物質(zhì)積累的影響

韓小偉 張慧 薛艷芳 錢欣 王竹 趙海軍 高英波 李宗新

摘要：本試驗(yàn)以鄭單958（玉米）和濟(jì)麥22（小麥）為供試材料，研究冬小麥-夏玉米周年氮肥分配比例（4∶?6、5∶?5和6∶?4）及肥料種類（樹脂包膜肥料、脲酶抑制性肥料和脲甲醛肥料）對冬小麥、夏玉米葉片SPAD值、超氧化物歧化酶（SOD）活性、硝酸還原酶及干物質(zhì)積累的影響。結(jié)果表明，當(dāng)冬小麥-夏玉米周年氮肥分配比例為6∶?4時，冬小麥SPAD值、SOD活性、硝酸還原酶活性及干物質(zhì)積累量均相對較高;當(dāng)冬小麥-夏玉米周年氮肥分配比例為5∶?5和4∶?6時，夏玉米各生理指標(biāo)及干物質(zhì)積累量均較高。冬小麥-夏玉米周年氮肥分配比例為5∶?5時周年干物質(zhì)積累量較多，較4∶?6和6∶?4處理分別提高4.5%和8.5%。肥料種類對夏玉米生理特性及干物質(zhì)積累量無顯著影響。

關(guān)鍵詞：冬小麥;夏玉米;氮肥統(tǒng)籌;肥料種類;生理特性

中圖分類號：S512.1+10.62+S513.062??文獻(xiàn)標(biāo)識號：A??文章編號：1001-4942（2019）06-0091-06

Abstract?In this experiment， Zhengdan 958 （maize） and Jimai 22 （wheat） were used as materials to study the effects of annual nitrogen allocation ratio （4∶?6， 5∶?5 and 6∶?4） and fertilizer types （resin coated urea， urease inhibitory fertilizer and urea formaldehyde fertilizer） on SPAD value， superoxide dismutase （SOD） and nitrate reductase activities and dry matter accumulation in winter wheat and summer maize leaves. The results showed that the SPAD value， SOD activity， nitrate reductase activity and dry matter accumulation of winter wheat were relatively higher when the annual nitrogen allocation ratio of winter wheat to summer maize was 6∶?4， and the physiological indexes and dry matter accumulation of summer maize were higher when the annual nitrogen allocation ratio of winter wheat to summer maize was 5∶?5 and 4∶?6. The annual dry matter accumulation of winter wheat-summer maize increased by 4.5% and 8.5% at the ratio of 5∶?5 compared with that at 4∶?6 and 6∶?4 respectively. Fertilizer types had no significant effect on physiological characteristics and dry matter accumulation of summer maize.

Keywords?Winter wheat; Summer maize; Nitrogen fertilizer planning; Fertilizer type; Physiological characteristics

冬小麥-夏玉米輪作是華北平原主要的作物種植模式。該區(qū)耕地面積占全國耕地面積的21%，糧食總產(chǎn)量占全國糧食總產(chǎn)的26%。其中該區(qū)（北京、天津、河北、山東、河南大部、安徽和江蘇北部）冬小麥播種面積和產(chǎn)量分別占全國的66%和75%，玉米播種面積和產(chǎn)量分別占全國的31%和30%，這對于保障國家糧食安全具有重要意義[1]。

光合作用的強(qiáng)弱與植株葉綠素含量緊密相關(guān)，SPAD值作為衡量葉綠素含量的一種指標(biāo)，與葉綠素含量呈正相關(guān)，同時葉綠素含量與植株氮營養(yǎng)有密切關(guān)系[2， 3]。生育后期是冬小麥、夏玉米產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，該階段植株衰老特性對于冬小麥、夏玉米籽粒的建成具有重要的影響[4]。生育后期植株代謝失調(diào)，作物通過自身抗氧化酶系統(tǒng)清除生育后期產(chǎn)生的有害物質(zhì)，其中抗氧化酶包括SOD、CAT、POD、MDA等[5]。合理施氮能夠提高葉片中抗氧化酶活性，尤其是SOD活性[6]。硝酸還原酶是小麥、玉米氮代謝的關(guān)鍵酶，其活性大小與籽粒產(chǎn)量有密切聯(lián)系，適當(dāng)增施氮肥有利于提高小麥、玉米硝酸還原酶活性[5， 7]。而冬小麥-夏玉米光合同化物最終以干物質(zhì)的形式呈現(xiàn)，其干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量之間呈顯著正相關(guān)[8-10]。

氮素作為植株?duì)I養(yǎng)的三要素之一，對作物的生長發(fā)育起關(guān)鍵性作用。在一定范圍內(nèi)，隨施氮量的增加冬小麥、夏玉米干物質(zhì)積累量增加[11， 12]。前人關(guān)于小麥、玉米的研究大多數(shù)局限于單季施氮量、施肥時期及栽培措施對作物生理特性及干物質(zhì)積累的影響。而關(guān)于冬小麥-夏玉米周年氮肥分配比例及肥料種類對作物生理特性及干物質(zhì)積累影響的研究相對較少。據(jù)此，本試驗(yàn)以濟(jì)麥22、鄭單958為試材，探究周年氮肥分配比例及肥料種類對冬小麥、夏玉米生理特性及干物質(zhì)積累的影響，以期為周年作物綠色增產(chǎn)增效提供參考。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017年4月至2018年10月在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所章丘龍山試驗(yàn)基地（117°32′E，36°43′N）和小麥玉米國家工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)基地位于華北平原冬小麥、夏玉米一年兩熟種植區(qū)。該區(qū)年均降水量693.4 mm，年均氣溫13.6℃，年均日照時數(shù)2 558.3 h，無霜期209.0 d，土壤為棕壤。試驗(yàn)地0～40 cm土層理化性狀：pH值7.9，有機(jī)質(zhì)含量15.0 g/kg，堿解氮58.8 mg/kg，全氮1.3 g/kg，速效磷39.0 mg/kg，速效鉀120.0 mg/kg。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計

供試材料：玉米品種鄭單958，小麥品種濟(jì)麥22。

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計（表1），設(shè)置空白對照區(qū)（CK），主處理為冬小麥季與夏玉米季3個氮肥分配比例（4∶?6、5∶?5、6∶?4）;副處理為肥料種類，夏玉米季選用專用控釋肥：樹脂包膜肥料（PCU，N-P2O5-K2O：28-8-8）、脲酶抑制劑型肥料（NBPT，N-P2O5-K2O：26-11-11）、脲甲醛型肥料（UF，N-P2O5-K2O：26-6-8），冬小麥季統(tǒng)一施用尿素。周年氮肥總用量為480 kg/hm2，夏玉米季氮肥均做種肥一次施入，冬小麥季依照基追比例2∶?3分別做基肥、拔節(jié)期追肥施入。冬小麥、夏玉米磷鉀肥施用量均為120 kg/hm2，肥料分別為過磷酸鈣和硫酸鉀。冬小麥播種量為165 kg/hm2，夏玉米種植密度為每公頃6萬株。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積5 m×6 m=30 m2。

1.3?測定項(xiàng)目與方法

葉綠素相對含量（SPAD值）測定：冬小麥分別于開花期、灌漿中期及灌漿后期每小區(qū)選定代表性植株10株，夏玉米分別于播種后26、37、52、67、82 d每小區(qū)選定代表性植株5株，采用日本美能達(dá)公司生產(chǎn)的SPAD-502型葉綠素儀測量小麥旗葉、玉米穗位葉SPAD值。

酶活性測定：冬小麥分別于開花期、灌漿中期及灌漿后期選取10片具有代表性的旗葉鮮樣;夏玉米分別于吐絲后0、15、30、45 d每小區(qū)選取3片具有代表性的穗位葉鮮樣。稱取0.5 g冬小麥旗葉或夏玉米穗位葉，磨碎，置于10 mL離心管中，加入5 mL磷酸緩沖液，4℃條件下制備成組織勻漿液，3 500 r/min離心10 min后取上清液進(jìn)行測定。超氧化物歧化酶活性采用羥胺法測定;硝酸還原酶活性采用活體法測定[13]。

干物質(zhì)積累測定：冬小麥于成熟期取樣，每小區(qū)選取0.3 m2長勢一致的樣方;夏玉米于成熟期取樣，每小區(qū)選取3株長勢一致的植株;選取的植株樣品在105℃條件下殺青20 min，75℃條件下烘干至恒重，稱其干物質(zhì)重。

1.4?數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2016處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并用Duncans法進(jìn)行多重比較（P<0.05），采用Origin 2018軟件進(jìn)行作圖。

2?結(jié)果與分析

2.1?氮肥統(tǒng)籌對冬小麥旗葉、夏玉米穗位葉SPAD值的影響

由圖1看出，隨生育進(jìn)程推進(jìn)，不同處理冬小麥旗葉SPAD值均呈下降趨勢，開花期和灌漿中期施氮處理均高于不施氮處理，且各施氮處理間無顯著差異;灌漿后期， W/M6∶?4、W/M5∶?5處理分別較CK和W/M4∶?6處理顯著提高41.2%和46.3%、35.1%和40.0%。表明W/M6∶?4和W/M5∶?5處理均可延緩小麥旗葉衰老的速度。

3?討論

光合色素是植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)，而光合色素中葉綠素含量與光合強(qiáng)度有緊密聯(lián)系[14]。過量施氮和不施氮處理均會導(dǎo)致小麥旗葉SPAD值降低[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，開花期和灌漿中期，施用氮肥處理較不施氮小麥旗葉SPAD值均顯著提高，而施氮處理間均無顯著差異;灌漿后期，W/M5∶?5和W/M6∶?4的SPAD值較W/M4∶?6和CK顯著提高。生育前期土壤氮素能夠滿足作物葉綠素的合成，而隨生育進(jìn)程推進(jìn)，土壤中氮素被吸收和流失，導(dǎo)致W/M4∶?6和CK處理中土壤氮素已無法滿足小麥對氮素的需求，造成葉綠素合成受到抑制。夏玉米季，播種后82 d W/M4∶?6處理較W/M6∶?4及對照差異顯著;肥料種類對夏玉米穗位葉SPAD值影響無顯著差異。

隨生育進(jìn)程推進(jìn)，植物衰老加劇[16]。前人研究表明，在施氮量為75～375 kg/hm2范圍內(nèi)，SOD活性隨施氮量的增加而升高[17，18]。本研究結(jié)果與之相似，在192～288 kg/hm2范圍內(nèi)，SOD活性在不同生育時期均隨施氮量的增加而增加。研究表明，玉米葉片SOD活性隨施氮量增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢[8]。本研究發(fā)現(xiàn)，W/M4∶?6和W/M5∶?5處理較W/M6∶?4和CK處理SOD活性相對較高，W/M4∶?6和W/M5∶?5處理之間無顯著差異，可能由于W/M6∶?4和CK處理下耕層土壤氮素較少，造成夏玉米生育后期氮肥供應(yīng)不足、衰老加快，從而導(dǎo)致酶活性降低。

前人研究表明，小麥旗葉硝酸還原酶活性與花后植株吸氮量有密切聯(lián)系[19]。過量施氮或氮肥不足均會降低葉片硝酸還原酶活性[20， 21]。本研究發(fā)現(xiàn)，開花期和灌漿中期以W/M5∶?5和W/M6∶?4處理硝酸還原酶活性較高，灌漿后期以W/M6∶?4最高，與花后植株吸氮量的變化規(guī)律基本一致，表明增施氮肥能夠有效提高冬小麥硝酸還原酶活性。趙宏偉等[22]研究認(rèn)為在整個生育期內(nèi)玉米硝酸還原酶活性呈現(xiàn)單峰曲線變化，且當(dāng)施氮量在0～300 kg/hm2之間，硝酸還原酶活性隨施氮量的增加而增加。本研究發(fā)現(xiàn)施氮量為240 kg/hm2時硝酸還原酶活性已基本穩(wěn)定，不再隨施氮量的增加而升高。表明在本試驗(yàn)條件下，施氮量為240 kg/hm2時已基本滿足植株對氮素的需求。

光合同化物最終以干物質(zhì)的形式呈現(xiàn)，其干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量顯著正相關(guān)[8-10]。適量增施氮肥有助于提高作物干物質(zhì)積累量[12， 23] 。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小麥?zhǔn)┑繛?92～288 kg/hm2時干物質(zhì)積累量均無顯著性變化，但施氮量192 kg/hm2時干物質(zhì)積累量較低，而夏玉米干物質(zhì)積累量隨施氮量增加而增加。

4?結(jié)論

綜上所述，冬小麥-夏玉米周年氮肥分配為6∶?4時，冬小麥SPAD值、SOD活性、硝酸還原酶活性均相對較高。冬小麥-夏玉米周年氮肥分配比例為5∶?5和4∶?6時，夏玉米SPAD值、SOD活性、硝酸還原酶活性均相對較高;肥料種類對其生理特性及干物質(zhì)積累均無顯著影響。當(dāng)冬小麥-夏玉米周年氮肥分配比例為5∶?5時周年干物質(zhì)積累量最高;從單季作物來看，周年氮肥分配比例對冬小麥干物質(zhì)積累量均無顯著性影響，夏玉米干物質(zhì)積累量隨當(dāng)季氮肥分配比例的增加而增加。

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