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施氮量對四川盆地機播稻茬麥生長發育及氮素利用的影響

2014-04-01 10:04:54李朝蘇湯永祿吳曉麗
植物營養與肥料學報 2014年2期
關鍵詞:產量影響

李朝蘇, 湯永祿*, 吳 春, 吳曉麗, 黃 鋼

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

氮是作物生長發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]。受生態條件、 土壤質地、 耕作方式、 品種特性等因素影響,不同環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的旱茬小麥的氮素營養生理研究較為深入,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或穗數,并計算單株分蘗數和成穗率,具體計算方法如下:

單株分蘗數=最高分蘗期莖蘗數/基本苗

成穗率=灌漿后期有效穗數/最高分蘗期莖蘗數×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,混合均勻后隨機數出兩個500粒稱重計算千粒重,兩份樣品重量差數與平均數之比保持在5%以內,根據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、 小穗數、 結實小穗數,調查結束后將籽粒和營養器官分開于70℃下烘干稱重計算經濟系數。

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,采用常規方法測試氮、 磷、 鉀含量。2011年,分營養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。根據各器官干物質積累量和氮素質量分數計算氮素積累量。

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

氮肥農學利用率=(施氮區的籽粒產量-氮空白區籽粒產量)/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=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量

氮素表觀回收率=(施氮區的植株氮素積累量-氮空白區植株氮素積累量)/施氮量

1.3 數據分析

采用 Excel 2003 和DPS v 12.50 軟件對數據進行整理、 統計分析和作圖。

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): 同列數據后不同字母表示同一年度同一土壤質地數據間差異達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年數據為例(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): 同列數據后不同字母表示同一年度同一土壤質地數據間差異達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的增加及單穗小穗數、 結實小穗數、 穗粒數的提高,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的提高,砂壤中各處理間經濟系數差異不顯著。

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、 氮素表觀回收率等參數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. 同列數據后不同字母表示同一年度同一土壤質地數據間差異達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): 同列數據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. 同列數據后不同字母表示同一年度同一土壤質地數據間差異達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,增施氮素對穗數和穗粒數普遍具有正向作用[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、 結實小穗數以及穗粒數均有不同程度增多。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增加的正向作用。一方面可能因為穗數和穗粒數增加,每一籽粒獲得的營養供給量減少;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節,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,繼續增加氮素用量,產量和氮素利用效率下降。

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