減氮對小麥拔節(jié)期養(yǎng)分含量及植株生理性狀的影響

劉 歡，宋凌麒，田麗云，盛海君，2，3

[1.揚州大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇揚州 225127；2.江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210095；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質量監(jiān)測與評價重點實驗室(揚州大學)，江蘇揚州 225127]

小麥是當前世界上最重要的糧食作物之一，是世界上近1/3人口的生活主食。很多研究證明，播種期、小麥品種、水分供應和氣候等各種因素都會對小麥產(chǎn)量產(chǎn)生影響，其中施氮量的影響非常大。

施氮量與小麥生長之間存在的密切關系早已引起人們的廣泛關注。生產(chǎn)中氮肥施用偏多，不僅帶來資源浪費，也造成環(huán)境污染。如何根據(jù)小麥自身的養(yǎng)分需求特征，合理、準確、定量地施用氮肥，在穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎上提高氮肥利用效率，減少浪費，提高效益，是當前研究的熱點之一。本試驗擬研究適度減氮對拔節(jié)期小麥植物體中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量以及小麥主要生物學特性的影響，以期為優(yōu)化后期施肥、提高小麥產(chǎn)量和品質提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020—2021年在揚州大學農(nóng)學院試驗田(119°42′E，32°39′N)進行。播種前取樣，測定基礎地力，其中有機質含量為23.93 g/kg，全氮含量為1.40 g/kg，堿解氮含量為101.14 mg/kg，速效磷含量為70.94 mg/kg，速效鉀含量為145.21 mg/kg。試驗前進行秸稈還田處理(9 t/hm)，即采用人工的方式將已經(jīng)被機械切碎成5 cm左右的水稻短稈均勻鋪撒于小區(qū)。秸稈混入土層需要旋耕，旋耕深度為15 cm左右。供試氮肥為含氮46%的普通尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀。小麥品種為揚麥29，為當?shù)卮竺娣e推廣品種。

1.2 試驗設計

采用單因素隨機區(qū)組設計，試驗設4個處理，分別是正常施氮量(純N 240 kg/hm)、減氮10%、減氮15%、不施氮。

氮肥(按質量計)按照基肥、壯蘗肥、拔節(jié)肥、孕穗肥質量比為5∶1∶2∶2施用。磷(PO)、鉀(KO)均為120 kg/hm，按基肥和拔節(jié)肥各50%施入。2020年10月31日播種，待出苗后按基本苗225萬株/hm定苗，按高產(chǎn)田方式進行管理。小區(qū)面積12 m，重復3次。

1.3 測定項目與測定方法

1.3.1 苗高 于拔節(jié)期(展3葉)用直尺測量小麥苗高，苗高測量部位是從小麥的莖基到葉片的頂端。

1.3.2 植株氮、磷、鉀含量 于拔節(jié)期(展3葉)每處理取樣20株，烘干后稱質量，粉碎，用于養(yǎng)分測定。方法如下：全氮(不含硝態(tài)氮)含量采用硫酸-雙氧水消煮，靛酚藍比色法測定；硝態(tài)氮含量采用熱水提取，水楊酸法測定；全氮(含硝態(tài)氮)含量= 全氮(不含硝態(tài)氮)含量+硝態(tài)氮含量；全磷含量采用硫酸-雙氧水消煮，鉬銻抗比色法測定；全鉀含量采用硫酸-雙氧水消煮，火焰分光光度法測定。

1.3.3 土壤有效氮、有效磷、速效鉀含量 于拔節(jié)期(展3葉)，每處理取20 cm土樣，采用5點取樣，風干后粉碎過篩，進行相關養(yǎng)分測定，方法如下：有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗分光光度法測定；有效氮含量采用堿解擴散法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提，火焰分光光度法測定。

1.3.4 葉綠素含量 于拔節(jié)期(展3葉)每處理取樣20株，使用葉綠素測定儀測定小麥的展1葉和展2葉葉片的SPAD值(30張葉片的平均值)。測定部位是葉片的中間部位(避開葉片的葉脈部位)。

1.3.5 生物量 于拔節(jié)期(展3葉)每處理取樣20株，用烘干稱重法測定干質量，通過計算得出每公頃的生物量。

1.3.6 莖蘗數(shù) 于拔節(jié)期(展3葉)先在田間用計數(shù)法測出每平方米的小麥莖蘗數(shù)，再通過計算得出每公頃的總莖蘗數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析方法

利用Excel 2010軟件處理試驗數(shù)據(jù)。采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗(法)。

2 結果與分析

2.1 施氮量對小麥拔節(jié)期土壤有效氮、有效磷、速效鉀含量的影響

如圖1所示，土壤中堿解氮數(shù)值變化離不開土壤中投加氮肥的作用。土壤中堿解氮含量最大值為76.55 mg/kg，為減氮10%處理；其次是正常施氮處理，為75.30 mg/kg；不施氮處理最小，只有 62.74 mg/kg。跟正常施氮處理相比，減氮15%和不施氮處理分別下降了8.66%、16.70%，而減氮10%處理土壤中堿解氮含量雖然略有增加但差異不顯著。

土壤中硝態(tài)氮含量變化趨勢與堿解氮一致。對于硝態(tài)氮含量來說，最大值出現(xiàn)在減氮10%處理，其次是常規(guī)施氮處理、減氮15%處理、不施氮處理。跟正常施氮處理作比較，減氮15%和不施氮處理的土壤中硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)下降趨勢，而減氮10%處理土壤中堿解氮含量雖然略有增加但差異不顯著。

土壤中銨態(tài)氮含量變化與施氮量之間的關系不緊密，其含量在土壤的全部處理中都處于一個相對較低的水平。

如表1所示，施氮量與土壤中有效磷含量呈負相關，即隨著施氮量的減少，土壤中有效磷含量明顯增加，最多(不施氮處理)增加了40.60%，差異達到了顯著水平。

表1 不同施氮量處理土壤中有效磷含量

由表2可知，不同處理土壤中速效鉀含量變化趨勢與有效磷表現(xiàn)一致，施氮量與土壤中速效鉀含量也呈負相關關系，即隨著施氮量的減少，土壤中速效鉀含量明顯增加，與對照(正常施氮處理)相比，減氮10%、減氮15%和不施氮處理中速效鉀含量分別增加了3.62%、6.52%和23.91%。

表2 不同施氮量處理土壤中速效鉀含量

2.2 施氮量對拔節(jié)期小麥植物體內(nèi)氮、磷、鉀含量及積累量的影響

2.2.1 對氮、磷、鉀含量的影響 如圖2所示，施氮量明顯影響小麥體內(nèi)全氮(含硝態(tài)氮)含量，其中正常處理小麥體內(nèi)全氮(含硝態(tài)氮)含量最高，為24.04 g/kg，其次是減氮10%處理，為23.66 g/kg，不施氮處理最小，只有15.24 g/kg。與正常施氮處理相比，減氮10%處理小麥中全氮(含硝態(tài)氮)含量略有減少但差異不顯著，減氮15%和不施氮處理小麥中全氮(含硝態(tài)氮)含量顯著下降，分別比常規(guī)施氮處理下降了14.85%和36.61%。

施氮量對小麥中全氮(不含硝態(tài)氮)含量的影響與全氮(含硝態(tài)氮)是相同的。即正常施氮處理小麥中全氮(不含硝態(tài)氮)含量>減氮10%處理>減氮15%處理>不施氮處理。與正常施氮處理相比，減氮10%處理小麥中全氮(不含硝態(tài)氮)含量略有減少但差異不顯著，減氮15%和不施氮處理小麥中全氮(不含硝態(tài)氮)含量顯著減少。

不同施氮量處理小麥植株體內(nèi)硝態(tài)氮含量水平較低。施氮量與小麥硝態(tài)氮含量之間無明顯相關性。

由表3可知，適量減氮(減氮10%)對小麥植株體內(nèi)磷濃度無明顯影響，減氮15%和不施氮處理小麥體內(nèi)磷含量顯著下降，分別比對照(正常施氮處理)下降了6.65%和24.10%。施氮量與小麥體內(nèi)鉀含量之間沒有明顯的相關性。

表3 不同施氮量處理小麥體內(nèi)磷、鉀含量

2.2.2 對氮、磷、鉀積累量的影響 施氮量同樣影響小麥體內(nèi)氮素積累量(圖3)。試驗表明，正常處理小麥體內(nèi)全氮(含硝態(tài)氮)積累量最高，為 344 kg/hm，其次是減氮10%處理，為312 kg/hm，二者差異不顯著。減氮15%和不施氮處理小麥中全氮積累量顯著下降，分別比常規(guī)施氮處理下降了39.53%和87.50%。

由于不同處理小麥體內(nèi)硝態(tài)氮積累量都不高，因此加不加硝態(tài)氮對全氮影響不大，全氮(不含硝態(tài)氮)和全氮(含硝態(tài)氮)二者表現(xiàn)完全一致。

由表4可知，不同處理小麥體內(nèi)磷積累量隨施氮量的減少急劇下降，與對照相比，減氮10%、減氮15%和不施氮處理磷積累量分別減少了8.63%、34.40%、85.15%，其中減氮15%和不施氮2個處理與對照處理的差異達到了顯著水平。

表4 不同施氮量處理小麥體內(nèi)磷積累量

由表5可知，施氮量對小麥體內(nèi)鉀積累量的影響與磷一致，即隨著施氮量的減少，小麥體內(nèi)鉀積累量明顯減少，與對照(正常施氮處理)相比，減氮10%、減氮15%和不施氮處理小麥體內(nèi)鉀積累量分別減少了10.12%、37.42%、80.37%。

表5 不同施氮量處理小麥體內(nèi)鉀積累量

2.3 施氮量對拔節(jié)期小麥主要生物學特性的影響

2.3.1 對葉綠素含量(SPAD值)的影響 如表6所示，減氮10%不會影響小麥功能葉片中葉綠素含量，與正常施氮處理相比，減氮10%處理小麥展1葉和展2葉葉片中葉綠素含量略有增減但相差不大，減氮15%以上會影響葉綠素合成，SPAD值出現(xiàn)明顯下降。

表6 不同施氮量處理小麥葉片葉綠素含量

2.3.2 對群體莖蘗數(shù)的影響 如表7所示，減氮10%處理小麥群體莖蘗數(shù)最高，為1 031萬個/hm，比正常施氮處理(983萬個/hm)高出4.88%，減氮15%處理小麥群體莖蘗數(shù)略有下降，但與正常施氮處理相比差異不顯著。不施氮處理莖蘗數(shù)顯著減少，比常規(guī)施氮處理下降了60.53%。

表7 不同施氮量處理小麥群體莖蘗數(shù)

2.3.3 對小麥苗高及干物質積累量的影響 由表8可知，減施氮肥對小麥株高有明顯的抑制作用，并對積聚在小麥體內(nèi)的干物質造成影響。正常施氮處理的小麥苗高長勢最好，減氮10%、減氮15%和不施氮處理拔節(jié)期小麥苗高分別下降了8.00%、12.75%和30.43%。干物質積累量也明顯減少，最多(不施氮處理)減少了80.26%，與對照(正常施氮處理)相比，差異達到了顯著水平。

表8 不同施氮量處理小麥苗高及干物質積累量

3 討論與結論

3.1 討論

小麥的糧食屬性以及我國人口眾多的特點決定了其在農(nóng)產(chǎn)品中不可或缺的地位，而這種糧食作物最后產(chǎn)量的多少取決于其在關鍵時期能否得到充足的氮素供應，由此可見，小麥的生長離不開氮素供應。施氮量對小麥土壤中速效氮、磷、鉀含量的影響被眾多研究者所關注。呂敏娟等針對冬小麥探討了施氮量是否會影響土壤氮素平衡，結果發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮在土層中的聚積與土中添加氮肥有直接關系，過量的氮素加入到土層中則會起反作用，肥料不被充分利用的同時也危害到環(huán)境。郭麗等研究認為，在施氮量低于240 kg/hm時，硝態(tài)氮在土層中不會增加，超過臨界值后，土地種植年限越久，硝態(tài)氮越容易聚積。

本試驗結論與呂敏娟等的研究結論不一致，本研究中減氮10%處理對小麥拔節(jié)期土壤中的硝態(tài)氮含量比正常施氮處理高19.72%，說明在一定范圍減少施氮量并不會導致土壤中氮素的下降，反而會提高土壤中氮素的含量。

施氮量影響小麥植物體內(nèi)氮磷鉀的積累。李升東等研究認為，添加少于 207 kg/hm的氮肥，氮素就會被較好利用，當施氮量超過這個限度，氮素將不能被合理利用。本試驗表明，與常規(guī)施氮量處理相比，減氮10%處理小麥植物體內(nèi)全氮含量略有減少但差異不顯著，減氮15%以上全氮、磷、鉀含量及積累量顯著下降，這與李升東等的研究結論相一致。向土壤中投入的氮肥越多，小麥體內(nèi)全氮的總量會出現(xiàn)對應的上漲趨勢。

施氮量影響小麥主要生物學特性，葛君等的研究關注了施氮量與SPAD值的關系，SPAD值出現(xiàn)與氮素同步增加的情況需要保證向土中投加小于245 kg/hm的氮肥。土中投入的氮肥一旦達到臨界點315 kg/hm時，SPAD值反而降低。本研究中小麥展2葉結論與葛君等的研究相一致，隨著施氮量的增加，SPAD值也會相應的增加。

生產(chǎn)中拔節(jié)期是小麥重要的追施時間，十分有利于小麥小穗分化、發(fā)育與結實，并有利于提高粒質量。從本試驗結果可以看出，適度減氮并沒有出現(xiàn)植株缺氮現(xiàn)象，且植株P、K含量還出現(xiàn)上升的趨勢，有利于提高植株抗逆性和生產(chǎn)性能(K可提高植株抗倒性、抗病性，P可提高小花結實率)，再結合小麥生育后期的適度管理，可能更有利于穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)抗逆生態(tài)。

3.2 結論

通過設置不同氮肥用量田間試驗，研究施氮量對拔節(jié)期小麥氮、磷、鉀營養(yǎng)及主要生物學特性的影響，得到如下基本結論：(1)施氮量影響小麥拔節(jié)期土壤中有效氮、磷、鉀含量。與正常施氮處理相比，減氮10%處理土壤中堿解氮含量略有增加但差異不顯著，減氮15%和不施氮處理土壤中堿解氮含量明顯下降；有效磷和速效鉀含量與施氮量負相關，即隨施氮量減少而增加，與對照(正常施氮處理)相比，減氮10%、減氮15%和不施氮處理中有效磷含量分別增加了11.15%、18.69%和40.60%，速效鉀含量分別增加了3.62%、6.52%和23.91%。(2)施氮量影響小麥植株對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收。隨施氮量的減少，植株體內(nèi)氮磷鉀積累量明顯減少，與對照(正常施氮)相比，適量減氮(減氮10%處理)植株體內(nèi)氮磷鉀積累量略有下降但差異不顯著，減氮15%和不施氮處理小麥體內(nèi)氮磷素積累量急劇下降；植株體內(nèi)氮磷濃度隨施氮量減少而減少，鉀濃度與施氮量之間無明顯的相關性。(3)施氮量與拔節(jié)期小麥葉片中葉綠素含量(SPAD值)及群體莖蘗數(shù)有相關性，但適量減氮(減氮10%)不會導致葉綠素含量及群體莖蘗數(shù)明顯下降，減氮15%以上會影響葉綠素合成，SPAD值出現(xiàn)明顯下降，群體莖蘗數(shù)也明顯下降。(4)減施氮肥對小麥苗高有明顯的抑制作用，進而影響了干物質的積累。與對照(正常施氮處理)相比，減氮10%、減氮15%和不施氮處理拔節(jié)期小麥苗高分別下降了8.00%、12.75%和30.43%，干物質積累量分別減少了8.59%、29.43%和80.26%。