低氮脅迫對(duì)不同谷子品種生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

羅世武 楊軍學(xué) 王勇

摘要：為研究不同品種谷子對(duì)氮肥的反應(yīng)，試驗(yàn)以隴谷6號(hào)、隴谷11號(hào)、晉谷33號(hào)、晉谷39號(hào)、晉谷40號(hào)、晉谷41號(hào)、赤11-3429和黃金苗8個(gè)谷子品種為材料，進(jìn)行不施氮（低氮脅迫）和正常施氮處理，探究低氮脅迫對(duì)不同品種谷子的地上干物質(zhì)、根體積、葉片葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度、產(chǎn)量等性狀的影響。結(jié)果表明，低氮脅迫對(duì)不同品種谷子地上干物質(zhì)、根體積、葉片葉綠素含量和產(chǎn)量等性狀有不利影響，不同品種間氮肥利用率不同。晉谷40號(hào)的耐低氮脅迫指數(shù)（NSI）較小，氮肥貢獻(xiàn)率較大，即對(duì)于低氮脅迫最為敏感，對(duì)氮素的依賴(lài)性較大;而黃金苗的NSI較大，氮肥貢獻(xiàn)率較小，即耐低氮性較強(qiáng)，對(duì)氮素的依賴(lài)較小，更為耐貧瘠。

關(guān)鍵詞：谷子;低氮脅迫;葉綠素;產(chǎn)量;生長(zhǎng)發(fā)育

中圖分類(lèi)號(hào)： Q945.78;S515.01 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）13-0100-04

氮在植物營(yíng)養(yǎng)代謝和產(chǎn)量形成中發(fā)揮重要作用。不合理的施肥不僅造成大量的浪費(fèi)，而且導(dǎo)致環(huán)境污染、資源減少和生態(tài)條件的惡化[1-3]。提高氮素吸收效率不僅有利于增加產(chǎn)量和降低成本，而且可以減少因大量施肥而帶來(lái)的環(huán)境污染等負(fù)面的影響。谷子生物學(xué)產(chǎn)量在很大程度上反映了其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的潛力，而施肥又是調(diào)控生物學(xué)產(chǎn)量的重要手段，在同一氮肥水平條件下，生物產(chǎn)量是衡量不同品種或材料對(duì)氮素吸收效率的重要指標(biāo)。我國(guó)幾乎所有的耕地都缺乏氮素，因此選育耐低氮品種更具有廣泛的應(yīng)用前景[4]。把氮素的相對(duì)吸收量和相對(duì)利用率作為分類(lèi)依據(jù)，分析谷子無(wú)氮脅迫與正常供氮條件下植株氮素吸收利用的特性差異，綜合評(píng)價(jià)不同谷子品種對(duì)氮素的吸收利用能力。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)于2015年在寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院頭營(yíng)科研基地進(jìn)行，土壤為湘黃土，試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)材料

在施氮和不施氮2種條件下，對(duì)2014年谷子品種鑒定表現(xiàn)好的8個(gè)優(yōu)良谷子品種進(jìn)行田間農(nóng)藝性狀和有關(guān)產(chǎn)量性狀調(diào)查分析。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施氮水平：不施氮（低氮脅迫，N-）和施純氮150 kg/hm2（60%基施，40%拔節(jié)期追施）（正常施氮N+），副區(qū)為8個(gè)不同基因型谷子品種。小區(qū)面積3 m×5 m，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。4月28日播種，播前施底肥P2O5 90 kg/hm2，K2O 3 kg/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)測(cè)定分析

用SPAD-502型便攜式葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量。用LI-6400便攜式光合儀（美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)）測(cè)定葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）。耐低氮脅迫指數(shù)（NSI）為某一性狀低氮脅迫條件下調(diào)查值與正常條件下該性狀調(diào)查值的比值;低氮區(qū)的生物產(chǎn)量或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與高氮區(qū)的比值稱(chēng)為生物產(chǎn)量或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的耐低氮脅迫指數(shù)。肥料貢獻(xiàn)率是指施氮對(duì)谷子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率，肥料貢獻(xiàn)率的計(jì)算公式如下：肥料貢獻(xiàn)率=（施氮肥區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量）/施氮區(qū)產(chǎn)量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 低氮脅迫對(duì)不同谷子品種生育期的影響

不同谷子品種低氮脅迫試驗(yàn)（表3）表明，生育期最長(zhǎng)為135 d，最短為120 d，在出苗期和拔節(jié)期各品種之間沒(méi)有差異，但是到抽穗期各品種之間有明顯差異，隴谷6號(hào)在7月14日抽穗、晉谷39號(hào)在7月16日抽穗，抽穗最遲的品種為晉谷40號(hào)，在8月2日。成熟期最早的谷子品種為隴谷6號(hào)、隴谷11號(hào)、晉谷33號(hào)、晉谷39號(hào)，生育期均為120 d，成熟最遲的品種為晉谷40號(hào)和晉谷41號(hào)，生育期均為135 d。生育期在各品種之間最早與最晚前后相差15 d。

2.2 低氮脅迫對(duì)不同谷子品種地上干物質(zhì)的影響

生物量是作物干物質(zhì)積累的結(jié)果，反映作物的生長(zhǎng)發(fā)育潛勢(shì)，不同谷子品種的地上部生物量在一定程度上反映了該品種的生物學(xué)產(chǎn)量。由圖1可以看出，在低氮脅迫下，8個(gè)不同谷子品種地上部干物質(zhì)在苗期耐氮脅迫指數(shù)以品種黃金苗最大，為1.3，隴谷11號(hào)次之，為1.2;在成熟期耐氮脅迫指數(shù)以晉谷33號(hào)最大，為1.8，其次是隴谷11號(hào)，為1.7?？傮w而言，在谷子生育期內(nèi)，地上干物質(zhì)積累量耐氮脅迫指數(shù)是隴谷6號(hào)和晉谷40號(hào)相對(duì)較低于其他品種，也就是說(shuō)，在谷子低氮脅迫試驗(yàn)中，隴谷6號(hào)和晉谷40號(hào)耐低氮能力較差，黃金苗和隴谷11號(hào)耐低氮能力較強(qiáng)。

2.3 低氮脅迫對(duì)不同谷子品種根體積的影響

由圖2可見(jiàn)，低氮脅迫下8個(gè)谷子品種的根體積從苗期到抽穗期差別不明顯，在抽穗期耐氮脅迫指數(shù)以品種黃金苗最大，為1.00，其次是晉谷33號(hào)，為0.75;在成熟期耐氮脅迫指數(shù)以黃金苗最大，為1.50，其次是晉谷33號(hào)，分別為 1.25?？傮w而言，在生育期，根體積耐氮脅迫指數(shù)是晉谷39號(hào)相對(duì)較低于其他品種，也就是說(shuō)，在谷子低氮脅迫試驗(yàn)中，晉谷39號(hào)耐低氮能力較差，黃金苗、晉谷33號(hào)耐低氮能力較強(qiáng)。

2.4 低氮脅迫對(duì)不同谷子品種5株葉干質(zhì)量的影響

由圖3可以看出，低氮脅迫下8個(gè)谷子品種的5株葉干質(zhì)量耐氮脅迫指數(shù)在苗期以品種晉谷40號(hào)最大，為1.44;其次是黃金苗和隴谷11號(hào)，分別為1.11和1.00;晉谷41號(hào)最低，為0.23。在拔節(jié)期，耐氮脅迫指數(shù)以品種隴谷6號(hào)最大，為0.92;晉谷40號(hào)最低，為0.45。在抽穗期，耐氮脅迫指數(shù)以品種黃金苗最大，為0.94;其次是隴谷11號(hào)，為0.85;隴谷6號(hào)最低，為0.41。在成熟期，耐氮脅迫指數(shù)赤11-3429最大，為1.07;其次是晉谷39號(hào)，為1.06;隴谷6號(hào)最低，為0.61。整體來(lái)看，各生育期谷子品種5株葉干質(zhì)量耐氮脅迫指數(shù)表現(xiàn)不穩(wěn)定，說(shuō)明低氮脅迫對(duì)不同谷子品種5株葉干質(zhì)量的生長(zhǎng)影響相對(duì)較小。

2.5 低氮脅迫對(duì)不同谷子品種葉綠素含量的影響

氮素是葉綠素的組成成分，氮素的豐缺與葉片葉綠素含量有密切的關(guān)系。這可以從葉片面積和葉色來(lái)判斷氮素營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)狀況。在苗期，一般植物缺氮往往表現(xiàn)為生長(zhǎng)緩慢，植株矮小，葉片薄而小，葉色缺綠發(fā)黃[5]。表4表明，隨著谷子生育期延長(zhǎng)，在正常施氮條件下，黃金苗呈單峰下降趨勢(shì)，其余7個(gè)品種SPAD值從拔節(jié)期開(kāi)始后均呈上升的趨勢(shì);在低氮脅迫下也呈現(xiàn)同樣趨勢(shì)。低氮脅迫會(huì)明顯降低谷子葉綠素含量，在谷子拔節(jié)期，晉谷39號(hào)的NSI最大，為 0.98，晉谷33號(hào)和赤11-3429的NSI最小， 為0.82。綜上所述，低氮脅迫對(duì)晉谷33號(hào)和赤11-3429葉綠素含量影響較大，而對(duì)晉谷39號(hào)影響較小。除谷子品種黃金苗的葉綠素含量在抽穗期正常施氮條件下低于低氮脅迫下外，其余谷子品種在正常施氮條件下葉綠素含量均高于低氮脅迫下葉綠素含量。

2.6 低氮脅迫對(duì)不同谷子品種氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔是植物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的主要通道，氣孔導(dǎo)度涉及植物的光合作用和蒸騰作用2個(gè)方面，它是決定植物光合強(qiáng)度和蒸騰強(qiáng)度的重要因素[6-7]。由表5可以看出，低氮脅迫下8個(gè)谷子品種中除晉谷40號(hào)和晉谷41號(hào)外，其他谷子品種的氣孔導(dǎo)度從苗期→拔節(jié)期→抽穗期按照“低→高→低”的趨勢(shì)變化。在苗期，耐氮脅迫指數(shù)以谷子品種黃金苗最大，為1.03;其次是赤11-3429，為1.02;晉谷40號(hào)和晉谷41號(hào)最低，為0.93。在拔節(jié)期，耐氮脅迫指數(shù)以黃金苗最大，為0.98;其次為隴谷6號(hào)、晉谷33號(hào)、晉谷39號(hào)和晉谷40號(hào)，均為0.97;晉谷41號(hào)和赤11-3429最低，為0.90。在抽穗期，耐低氮脅迫指數(shù)以谷子品種黃金苗最大，為1.05;其次是晉谷39號(hào)和晉谷40號(hào)，均為0.97;晉谷41號(hào)耐低氮脅迫指數(shù)最低，為0.51。綜上所述，在谷子低氮脅迫試驗(yàn)中，黃金苗在谷子各生育期耐低氮脅迫指數(shù)相對(duì)較大，該谷子品種耐低氮能力較強(qiáng)。晉谷41號(hào)耐低氮脅迫指數(shù)較低，該谷子品種耐低氮脅迫能力較差。

2.7 低氮脅迫對(duì)不同谷子品種產(chǎn)量性狀的影響

低氮脅迫下不同品種谷子產(chǎn)量性狀的變化如表6所示，低氮脅迫能明顯降低不同品種谷子產(chǎn)量，縮短穗長(zhǎng)和穗莖長(zhǎng)，降低主穗質(zhì)量、主穗粒質(zhì)量和千粒質(zhì)量，對(duì)各性狀的影響程度因品種而異。各品種產(chǎn)量的NSI在0.67～0.87。黃金苗產(chǎn)量的NSI最大，為0.87;其次是晉谷39號(hào)，為0.81;晉谷40號(hào)最小，為0.67。隴谷11號(hào)株高NSI最高，為0.97，其次是晉谷40號(hào)、隴谷6號(hào)，為0.95;黃金苗最低，為0.85。隴谷11號(hào)、晉谷39號(hào)和晉谷41號(hào)的穗長(zhǎng)NSI最高，均為0.97。晉谷33號(hào)的千粒質(zhì)量NSI最高，為0.97，說(shuō)明晉谷33號(hào)千粒質(zhì)量受氮脅迫影響最小。

2.8 低氮脅迫對(duì)不同谷子品種氮肥貢獻(xiàn)率的影響

由于不同作物對(duì)肥料的反應(yīng)不同，所以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)在綜合考慮不同作物的需肥特性、施肥效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上對(duì)肥料資源進(jìn)行合理配置[8]。本研究不同品種谷子氮肥貢獻(xiàn)率的差異如圖4所示，氮肥對(duì)不同品種谷子的貢獻(xiàn)率有差異，產(chǎn)量貢獻(xiàn)率在13.3%～33.3%，其中氮肥貢獻(xiàn)率最高的谷子品種是晉谷40號(hào)，為33.3%，最低的谷子品種是黃金苗，為13.3%。由此表明晉谷40號(hào)易受到氮肥影響，低氮脅迫下產(chǎn)量有較大的下降趨勢(shì)，與其他品種相比，低氮脅迫對(duì)黃金苗的影響較小，在缺氮條件下減產(chǎn)最少。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)以不同谷子品種的地上干物質(zhì)、根體積、葉綠素含量的SPAD值、產(chǎn)量等相關(guān)農(nóng)藝性狀和氮肥貢獻(xiàn)率作為調(diào)查指標(biāo)，衡量了低氮脅迫對(duì)不同谷子品種的影響。綜合分析表明，谷子品種黃金苗在低氮脅迫條件下，地上干物質(zhì)、根體積、氣孔導(dǎo)度和葉片葉綠素含量的耐氮脅迫指數(shù)NSI較大，氮肥貢獻(xiàn)率最低，說(shuō)明該品種耐低氮能力較強(qiáng)，低氮脅迫對(duì)其影響較小。在谷子低氮脅迫試驗(yàn)中，晉谷40號(hào)、隴谷6號(hào)、晉谷39號(hào)和晉谷41號(hào)的地上干物質(zhì)、根體積和葉片葉綠素含量的NSI較小，即受低氮脅迫的影響較大，不利于進(jìn)行光合作用和光合產(chǎn)物的積累;不同谷子品種的產(chǎn)量及相關(guān)農(nóng)藝性狀分析表明，晉谷40號(hào)的NSI較低，且氮肥貢獻(xiàn)率最高。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)不同品種耐氮脅迫能力的不同，可以指導(dǎo)不同品種谷子種植在不同肥力地塊，對(duì)合理施用氮肥、提高氮肥利用率有重要意義。

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