氮素運籌對滴灌春小麥氮素吸收、利用及產量的影響

孫 婷 張建芳 比拉力·艾力 石元強 張 迪 李國坤 王冀川

（塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾843300）

小麥是我國第三大糧食作物，其生長發(fā)育與各器官的建成及氮素運籌息息相關［1］。施氮量、施氮時期及施氮比例對小麥最終籽粒產量的形成、品質有重要影響［2］。當前，在實際生產中，農戶盲目地以增加施氮量作為提高小麥產量的主要手段，加之施氮方法與時期不科學，導致氮肥施用量逐年增加，氮素利用率下降，生產成本增加［3］，并帶來一系列生態(tài)環(huán)境問題。新疆作為我國最大的西部內陸極端干旱地區(qū)，具有光熱資源豐富、耕地面積大的特點，小麥種植面積常年為118萬公頃，其中春麥36萬公頃左右，是我國第八大小麥生產區(qū)［4］。目前，新疆小麥生產逐漸采用滴灌水肥一體化技術，水肥利用效率和產量得到較大提高［5］。作物養(yǎng)分吸收利用特性與肥水施用方法及運籌方式緊密相關，在常規(guī)灌溉條件下氮素運籌對小麥氮素吸收與利用的研究較多，但針對極端干旱區(qū)滴灌條件下氮素運籌對滴灌春小麥氮素營養(yǎng)的吸收、利用及轉化的調控效應鮮有報道，且有關合理的氮素運籌模式尚缺乏定論。本研究以滴灌春小麥為研究對象，分析了春小麥氮素吸收、利用及轉運特征，施氮量及施氮時期對滴灌春小麥氮素運轉的響應，提出合理的氮素運籌方案，為南疆滴灌春小麥高產高效栽培提供一定的理論依據及必要的技術支持。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018 年和2019 年在新疆阿拉爾市塔里木大學農學試驗站網室中進行，該試驗點位于塔里木盆地西北邊緣，40°33'N，81°16'E，海拔1 012.2 m，年平均氣溫11.2℃，年均降水量45.7 mm，年均蒸發(fā)量1 988.4 mm，年均相對濕度在55%以下，屬典型暖溫帶內陸型氣候。

試驗地土質為沙壤土，干土體積質量為1. 32 g/cm3，田間持水量為23.4%（質量含水量），NO3-- N含量49.27 mg/kg，NH4+-N 含量6.70 mg/kg，有機質的含量1.025%，土壤pH 值7.7。播前統一施基肥三料磷肥300 kg/hm2，硫酸鉀75 kg/hm2。

1.2 試驗設計

以新春6 號（早熟大穗型春小麥，新疆農科院提供）和寧2038（中晚熟多穗型春小麥，寧夏農林科學院農作物研究所提供）為試驗材料，開展施氮量與和施氮基追配比的雙因素控裂區(qū)試驗，主區(qū)為4個施用純氮量處理：0 kg/hm2、103. 5 kg/hm2、207. 0 kg/hm2和310.5 kg/hm2，以N0、N1、N2和N3表示；副區(qū)為4個基追氮肥配比處理，基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥∶灌漿肥分別為：10∶0∶0∶0、6∶4∶0∶0、4∶4∶2∶0和2∶4∶2∶2，以R1、R2、R3和R4表示；試驗共13個處理，每處理重復3次。于3月2日按照15 cm等行距播種，播量為575×104粒/hm2，小區(qū)面積為3 m×10 m=30 m2，出苗后按1 管4 行模式鋪設滴灌帶。全生育期滴灌8次，氮肥運籌以純氮折算成尿素（N-46%）嚴格按照試驗設計進行（表1），氮素基肥于播前翻施，追肥用文丘里施肥器隨水滴施。

表1 各小區(qū)氮肥（尿素）施用分配表（kg/區(qū)）

1.3 測定項目與方法

1.3.1 各器官干物質及氮素的測定

分別在拔節(jié)期、揚花期和蠟熟期取樣，每個處理取3 株作為三次重復，分器官稱鮮質量后與105℃下殺青15 min，之后于85℃下烘干至質量恒定。對完成干物質測定的樣品，按葉片、莖+葉鞘、穎殼+穗軸、籽粒分樣，烘干粉碎并過0.5 mm篩，在陰涼干燥處密封保存采用H2SO4-H2O2消煮后采用凱氏定氮儀測定各器官全氮含量。

1.3.2 產量及其構成要素

于蠟熟期對每個處理進行考種，調查穗粒數和千粒質量，折算成公頃產量。

1.3.3 數據處理與分析

對2 年的數據進行平均，使用Microsoft Excel 2003 進行數據處理和作圖，采用DPS7. 05 統計軟件Duncan 新復極差法進行多重比較的顯著性檢驗。氮素積累與運轉、氮素利用效率等的計算公式如下［6-9］：

各器官氮素累積量（mg/莖）=各器官含氮量×各器官干物質積累量；

氮素轉運量=開花期營養(yǎng)器官氮素累積量-成熟期營養(yǎng)器官氮素累積量；

氮素轉運效率（%）=營養(yǎng)器官氮素轉運量/開花期營養(yǎng)器官氮素累積量×100%；

轉運的氮素對籽粒貢獻率（%）=氮素轉運量/成熟期籽粒氮素積累量×100%；

花后氮素吸收量（kg/hm2）=成熟期植株氮素積累量-開花前植株氮素積累量；

花后氮素吸收量對籽粒的貢獻率（%）=花后氮素吸收量/成熟期籽粒氮素積累量；

氮素籽粒生產效率（kg/kg）=籽粒產量/植株總氮素積累量；

氮素吸收效率（kg/kg）=植株氮素積累量/施氮量；

氮素利用率（%）=（施氮區(qū)植株氮素積累量-氮空白區(qū)植株氮素積累量）/施氮量×100%；

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

氮肥偏生產力（kg/kg）=施氮區(qū)產量/施氮量。

2 結果與分析

2.1 氮肥運籌對小麥氮素積累的影響

由表2可知，隨生育進程推進植株氮素積累量呈增加的趨勢，至蠟熟期達到最大值，其中，拔節(jié)期氮素積累量隨氮素后移呈逐漸降低的趨勢，揚花期呈先增后降的趨勢，而蠟熟期呈逐漸增加的趨勢。在施氮時期及比例相同時，各時期氮素積累量隨施氮量的增加而增加。蠟熟期新春6 號和寧2038 的N3R4處理顯著高于其他各處理（P＜0. 05），分別達到53. 36 mg/莖和58.25 mg/莖，其次為N2R3、N3R4、N3R2，說明中氮、高氮分三次施入氮素積累量較高，而低氮底施、分兩次施入氮素積累量較低。在各施氮水平下，蠟熟期氮素積累量均以R3、R4處理較高，且顯著高于其他處理（P＜0. 05），說明氮肥分三次施入更有利于氮素的積累。

表2 氮素運籌對植株氮素積累量的影響（mg/莖）

2.2 氮肥運籌對小麥各器官氮素積累與分配的影響

由表3可知，新春6號和寧2038在各生育期均表現為莖稈的氮素積累量高于葉片。葉片、莖稈和穗軸+穎殼的氮素積累量均在揚花期最大。當施氮量相同時，新春6 號、寧2038 各器官氮素積累量在拔節(jié)期表現為R1＞R2＞R3＞R4，R3、R4處理差異不顯著，但與R1處理差異達顯著；在揚花期表現為R3＞R2＞R4＞R1，各處理間差異達顯著；在蠟熟期營養(yǎng)器官表現為R4＞R3＞R2＞R1，各處理間差異達顯著，而籽粒氮素積累表現為R3＞R2＞R4＞R1，R3顯著高于其他處理。可見，隨生育推進，施氮次數越多，其氮素積累量越大。當施氮時期及比例相同時，兩品種各器官氮素積累量均表現為隨施氮量的增加而增加，在拔節(jié)期，N3處理的葉片氮素積累量最大，新春6 號與寧2038 分別為1.47～2.35 mg/莖、1.55～2.39 mg/莖，其次為N2處理，但與N3間差異不顯著。在揚花期和蠟熟期，新春6號與寧2038 在N3處理的總氮素積累量分別為29. 10～30.64 mg/莖、25.91～27.65 mg/莖及40.87～55.23 mg/莖、38.14～53.01 mg/莖，顯著高于其他氮素處理。說明過多施氮并不能顯著提高葉片氮素積累量，但能明顯提高中后期氮素積累總量，并主要表現為提高莖稈和籽粒的氮積累增加。組合處理中，新春6 號、寧2038 拔節(jié)期的各器官氮素積累量在N3R1處理下最高，在孕穗期以N3R3處理最高，其穗的氮素積累量分別比N3R1高6.63%、8.99%，比N1R3高13.68%、17.10%；在蠟熟期以N3R4處理達到最大，其穗+穎殼的氮素積累量分別比N3R1高11. 50%、11. 38%，比N1R4高30. 69%、34. 87%，籽粒的氮素積累量分別比N3R1高25. 88%、28. 36%，比N1R4高29. 68%、29.39%，表明增施氮肥對籽粒氮素積累量影響更顯著，實施氮素后移可以提高籽粒氮素積累量。

表3 氮素運籌對小麥各器官氮素積累與分配的影響（mg/莖）

（續(xù)表）

2.3 氮肥運籌對春小麥各器官氮素運轉的影響

由表4可知，花前各器官氮素轉運量隨施氮量的增加而增加，葉片和穗軸+穎殼氮素轉運量隨氮肥后移呈先增后降的變化趨勢，而莖則呈逐漸降低的變化趨勢。在施氮量相同時，R2、R3處理的葉片和穗軸+穎殼的氮素轉運量最高，R4則表現為最低，表明1～2 次追氮能提高葉片及穗軸+穎殼的轉運量，增施灌漿氮肥則不利于莖鞘及葉片的氮轉運量。各器官氮素轉運率大致表現為隨氮肥后或移施氮量的增加而降低，其對籽粒的貢獻率表現不同，隨施氮量增加各器官氮素轉運率及貢獻率降低，但增加中后期追氮量，穗軸+穎殼的氮素貢獻率又有所增加。

施氮量、氮素后移及互作效應對各器官氮素轉運的影響效應（F 值）均達到極顯著差異（P＜0. 01），新春6 號和寧2038 施氮處理的葉片、莖稈+葉鞘和穗+穎殼的氮素轉運量對籽粒的貢獻率變異系數分別為20.20%、27.92%、15.30%和22.27%、28.38%、14. 20%，氮素后移效應分別為11. 66%、13. 18%、12.46%和12.24%、14.99%、11.07%，說明氮素轉運量對籽粒貢獻率上，各器官的供氮效應大于氮素后移效應，且寧2038葉片和莖稈+葉鞘的供氮效應大于新春6 號，而穗+穎殼的供氮效應小于新春6 號。施氮量及施氮時期的互作效應對各器官氮素轉運效率及對籽粒貢獻率均達到極顯著差異（P＜0. 01），說明適宜的施氮量及施氮時期能夠促進各器官氮素向籽粒中轉運。從各器官氮素轉運量對籽粒貢獻率大小上看，表現為莖稈+葉鞘＞葉片＞穗+穎殼，而氮素轉運率則表現為葉片＞莖稈+葉鞘＞穗+穎殼。

表4 氮素運籌對春小麥各器官氮素轉運量和貢獻率的影響

2.4 氮肥運籌對春小麥氮素轉運的影響

由表5 可知，新春6 號、寧2038 在不施氮肥的處理下，花前營養(yǎng)器官氮素轉運率及氮素轉運量對籽粒的貢獻率均顯著高于施氮處理，而花后氮素吸收量及花后氮素吸收量對籽粒的貢獻率均顯著低于施氮處理，說明施氮處理利于花后氮素的吸收與積累，不利于花前營養(yǎng)器官氮素的積累向籽粒的轉運、分配?；ê蟮匚樟烤訬3R4處理最高，其次是N2R4處理且差異并不顯著，說明在控制施氮時期的基礎上，增施氮肥有利于花后氮素的吸收，但施氮量過多并不利于花后氮素的吸收。從各因素對植株氮素吸收與分配的影響程度（F 值）看，花前營養(yǎng)器官氮素轉運量、轉運率及對籽粒的貢獻率和花后氮素吸收及對籽粒的貢獻率指標方面的施氮量、施氮時期及互作效應達到極顯著水平（P＜0. 01），說明在控制施氮量的基礎上，氮素后移是促進氮素吸收與分配的基礎，適宜的施氮量和施氮時期可以充分發(fā)揮氮素的優(yōu)化分配。

表5 氮素運籌對春小麥氮素積累與運轉的影響

2.5 氮肥運籌對春小麥氮素利用效率、產量及其構成因素的影響

由表6 可知，不同氮素運籌對兩品種小麥穗粒數、穗質量及氮素利用的影響均達到極顯著水平（P＜0.01）。在施氮時期及比例相同時，穗粒數隨施氮量的增加而增加，在N2、N3處理下，千粒質量和穗質量差異并不顯著；在施氮量相同時，隨氮素后移穗粒數、千粒質量和穗質量呈先增加后減小的趨勢，說明適當的氮素后移可以提高小麥產量。就穗質量的高低而言，N3處理及R3處理穗質量最大，但與N2處理及R2處理的差異不大，說明施氮量在207～310.5 kg/hm2施氮時期在拔節(jié)期和孕穗期是較合理的。施氮量過多或施氮時期過晚均不利于發(fā)揮氮素的增產效果。從施氮量、氮素后移及互作對產量構成及氮素利用的調控效應看，除千粒質量的氮素后移效應外，其他各項指標的施氮量、氮素后移及互作效應（F 值）均達到極顯著水平（P＜0.01），兩品種在不同供氮水平下，其穗粒數、千粒質量、穗質量、氮素吸收效率、氮素農學利用率、氮肥偏生產力和氮籽粒生產效率變異系數（CV）均小于在不同氮素后移條件下，且新春6 號各CV 值略高于寧2038，表明在增施氮肥的基礎上，采取氮素后移策略，適當增加追肥次數，發(fā)揮施氮量和施氮時期互作效應，是提高氮素利用效率、提高小麥產量的關鍵，且施氮量越多，大穗型品種越應該注重氮肥后移，增加追氮次數。

從組合處理上看，N3R4和N2R3穗質量顯著高于其他處理，新春6 號分別達到1. 26 g 和1. 22 g（折合產量8 929.10 kg/hm2和8 506.16 kg/hm2），寧2038 分別達到1.09 g 和1.12 g（折合產量8 357.62 kg/hm2和8 187.02 kg/hm2），表明施氮量為207～310.5 kg/hm2、基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥∶灌漿肥為4∶4∶2∶0 或2∶4∶2∶2是本地區(qū)春小麥實現高產和氮肥高效利用的最優(yōu)氮素運籌模式。

表6 氮素運籌對春小麥產量及其構成因素、氮素利用的影響

（續(xù)表）

3 討論

前人關于花前氮素的積累與轉運、花后氮素的吸收與轉運各有不同。有研究表明，增加施氮量可以提高植株氮素積累量，但營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉運率降低［10-13］。本研究發(fā)現，花后氮素積累量及對籽粒的貢獻率隨施氮時期的推遲而增加，而氮素運轉的貢獻率降低，這與馬冬云等［14］人研究結果一致。潘慶民［15］等研究表明，在施氮比例與施氮水平較高時，可以提高氮素的轉運量，但氮素轉運率降低，這與本研究結果相一致。Cass man 等［16］人研究認為在小麥孕穗期增施氮肥可以提高氮素向籽粒的轉運，不同時期氮素后移可以提高氮肥的吸收效率。本實驗研究發(fā)現，各施氮處理中，氮素分配量表現為R3、R4＞R2＞R1，且差異顯著；氮肥的吸收效率表現為R3、R4＞R2＞R1，且差異顯著，表明孕穗期增施氮肥可以提高氮素向籽粒的轉運，不同時期氮肥分次施入可以提高氮肥的吸收效率，同Cass man的觀點一致。

氮素吸收利用效率、氮素偏生產力分別從不同角度描述了小麥對氮素的利用效率，常用此來表示氮素利用率的定量指標［17］。氮素吸收利用效率、氮素偏生產力及氮籽粒生產效率均隨施氮量的增加而降低，這與劉立軍等［18-19］人研究結果一致；在施氮量相同的條件下增加追施氮素的比例，可以提高氮素吸收利用效率，在追氮比例相同的條件下，將414 kg/hm2施氮量降低至276 kg/hm2，氮素吸收利用率和氮肥偏生產力均提高，這與馬興華等［20］研究結果相似。Jiang 等［21］人認為增施氮肥降低了氮肥偏生產力，拔節(jié)期+揚花期追施氮肥能顯著提高氮素吸收利用率；氮素后移對氮肥偏生產力無顯著影響，這與本研究結果不一致，可能試驗條件和種植品種的差異所致［22］。在本研究范圍內，綜合穗質量和氮素吸收利用效率結果表明，在施氮量為276 kg/hm2，基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥為4∶4∶2是春小麥實現高產和氮肥高效利用的最優(yōu)氮素運籌模式。關于氮素運籌對春小麥氮素代謝的生理機制仍需進一步深入研究。

4 結論

（1）隨生育期推進，植株氮素積累量隨施氮量和施氮次數的增加而增加，其對蠟熟期的影響最為顯著，但在中氮、高氮處理下差異不大。

（2）施氮顯著增加氮素轉運量，但施氮量過多并不能提高氮素向籽粒的轉運和分配。低氮條件下，氮肥作底肥一次施入時的氮素轉運量最大，中、高氮條件下，新春6號按基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥=4∶4∶2施入時的氮素轉運量最大；寧2038按基肥∶拔節(jié)肥=6∶4時施入的氮素轉運量最大?；ê蟮匚樟考皩ψ蚜５呢暙I率均在分三次施入時最高，且大穗型品種高于多穗型品種。表明施氮量較少時，采取基肥為主的施肥策略，施氮量增大時，采取增加拔節(jié)、孕穗肥比例，適當補施灌漿肥的策略，大穗型品種更應注重氮肥后移。

（3）氮肥分次施入可以提高小麥的穗粒數和千粒質量，當氮肥按基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥為4∶4∶2時可獲得最大穗質量。穗質量在中氮、高氮處理間差異不顯著，說明施氮量過多并不能提高小麥產量。綜合穗質量和氮素吸收利用效率結果表明，在施氮量為207～310. 5 kg/hm2，基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥∶灌漿肥為4∶2∶2∶0 或2∶4∶2∶2 是本地區(qū)滴灌春小麥實現高產和氮肥高效利用的最優(yōu)氮素運籌模式。