低氮脅迫對不同品種谷子生長及產(chǎn)量的影響

程璐 陳鑫 張涵 杜金哲 管延安

摘要：為研究不同品種谷子對氮肥的反應，試驗以冀谷31、豫谷8、濟谷18、濟谷17、濟谷16、濟谷15、濟谷14、濟谷12為材料，進行不施氮和正常施氮處理，探究低氮脅迫對不同品種谷子的葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量、產(chǎn)量等性狀的影響。結果表明，低氮脅迫對不同品種谷子葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量和產(chǎn)量等性狀均有不利影響，處理間差異極顯著；不同品種間氮肥利用率不同。豫谷8的耐低氮脅迫指數(shù)（NSI）較小，氮肥貢獻率較大，即對于低氮脅迫最為敏感，對氮素的依賴性較大；而濟谷12和濟谷17的NSI指數(shù)均較大，氮肥貢獻率較小，即耐低氮性較強，對氮素的依賴較小，更為耐貧瘠。

關鍵詞：谷子；低氮脅迫；葉綠素；葉面積指數(shù)；產(chǎn)量

中圖分類號：S515.034文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）10-0103-04

氮素是農(nóng)作物需求量最大的營養(yǎng)元素，在提高作物產(chǎn)量中發(fā)揮了極大的促進作用[1]。自20世紀70年代以來，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的施用量迅速增加，在一些高產(chǎn)地區(qū)尤甚[2]。但是增施的氮肥進一步的增產(chǎn)效應減小，氮肥過量施入已經(jīng)造成我國氮肥利用效率較低，大部分氮肥通過不同途徑損失，氮肥過量施入導致的地下水硝酸鹽含量超標、地表水富營養(yǎng)化等環(huán)境問題已經(jīng)越來越嚴重[3]。有研究表明，作物對低氮脅迫的反應存在顯著的基因型差異，選用耐低氮品種是提高氮肥利用效率、減少氮肥用量、提高農(nóng)產(chǎn)品品質的有效途徑[4]。谷子具有耐貧瘠、耐逆性強、適應性廣等特性，選育耐低氮脅迫的谷子品種及明確低氮對谷子生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，可以提高氮肥利用率，對谷子合理施肥具有重大的指導意義。

本研究以8個谷子品種為供試材料，通過對其進行不施氮及正常施氮處理，比較各品種在處理后的生長發(fā)育、產(chǎn)量差異及氮肥利用率，選擇對低氮脅迫耐性較好的谷子品種，為不同地區(qū)、不同肥力地塊的谷子高效施肥提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2013年6-10月在青島農(nóng)業(yè)大學膠州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進行。試驗地為砂姜黑土，前茬作物為小麥。土壤基礎肥力：有機質含量14.0 g/kg，全氮0.81 g/kg，全磷0.48 g/kg，全鉀19.82 g/kg，堿解氮74.01 mg/kg，速效磷 27.37 mg/kg，速效鉀79.84 mg/kg，pH 6.85（水土比 5∶1）。

供試谷子品種為冀谷31、豫谷8、濟谷18、濟谷17、濟谷16、濟谷15、濟谷14、濟谷12。

1.2試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計，以不施氮（低氮脅迫L）和每666.7m2施氮10 kg（正常施氮N）為主區(qū)處理，供試8個谷子品種為副區(qū)處理。兩個主處理666.7m2均施P2O5 6 kg，K2O 3 kg。肥源為尿素（N≥46.2%）、硫酸鉀（K2O≥50%）、過磷酸鈣（P2O5≥12%），肥料均作基肥于播前一次性施入。小區(qū)面積3.5 m×5 m=17.5 m2， 666.7m2種植密度為4.5萬株。

1.3取樣和測定

谷子開花時，每小區(qū)選擇同期開花、長勢一致的植株進行掛牌標記，之后每隔7天進行測定和取樣待測。葉綠素含量采用SPAD-502測定SPAD值，葉面積采用AM-300葉面積儀測定，計算葉面積指數(shù)。收獲后，考察單株穗重、單株粒重、出谷率、千粒重、秕谷率和產(chǎn)量。

1.4試驗數(shù)據(jù)處理

耐低氮脅迫指數(shù)（NSI）為某一性狀低氮脅迫條件下調查值與正常條件下該性狀調查值的比值[5]。

肥料貢獻率是指施氮對谷子產(chǎn)量的貢獻率。肥料貢獻率（%）=（施氮肥區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量）/施氮區(qū)產(chǎn)量×100。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013和DPS v 7.05進行處理和作圖。

2結果與分析

2.1低氮脅迫下不同品種谷子開花后葉面積指數(shù)（LAI）的變化

根據(jù)表1分析，各品種處理的葉面積指數(shù)在開花后均呈下降趨勢，花后35天降至最低。相對于正常施氮，在不施氮條件下，各品種LAI均降低，且差異呈極顯著水平。說明氮肥不足會影響谷子葉片的形態(tài)建成，降低葉面積指數(shù)，減少光合面積。對NSI進行比較得出，濟谷18的降低幅度最小，平均NSI為0.57；而冀谷31和豫谷8的降

幅較大，平均NSI分別為0.32和0.31。由表1看出，濟谷18、濟谷14和濟谷12的NSI值較高，且三品種差異不顯著，即在低氮脅迫下仍保持較高的冠層覆蓋率，而冀谷31、豫谷8和濟谷16則受低氮脅迫影響較大，光合面積減小較多，不利于積累光合產(chǎn)物。

2.2低氮脅迫下不同品種谷子開花后頂葉SPAD值的變化

表2分析表明，在正常施氮條件下，除冀谷31和濟谷17呈單峰下降趨勢外，其余6個品種開花后頂葉SPAD值均呈先上升后下降的趨勢，濟谷18和濟谷14的峰值出現(xiàn)在花后14天，剩余4個品種的峰值出現(xiàn)在花后7天；低氮脅迫下也呈現(xiàn)同樣趨勢，濟谷18的峰值出現(xiàn)在花后7天，豫谷8、濟谷15和濟谷14峰值在花后14天；其余處理在開花后始終呈下降趨勢。低氮脅迫會明顯降低頂葉葉綠素含量，在開花期及花后各時期同一品種不同施肥處理間均表現(xiàn)極顯著差異。在谷子開花后0～35天內，冀谷31的NSI平均值最大，為0.71；豫谷8和濟谷18間的NSI差異不顯著，豫谷8最小，為0.56。綜上所述，低氮脅迫對豫谷8頂葉葉綠素含量影響較大，而對冀谷31影響較小。

2.3低氮脅迫下不同品種谷子產(chǎn)量性狀的變化

如表3所示，低氮脅迫明顯降低不同品種谷子產(chǎn)量，縮短穗長，降低單株穗重、單株粒重、單株莖葉重、千粒重和容重，增加秕谷率，對各性狀的影響程度因品種而異。對各品種性狀的NSI進行方差分析可得出，各品種產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著差異，NSI均在0.25～0.30范圍內。濟谷12產(chǎn)量的NSI最大，為0.30；其次是濟谷16和濟谷17，為0.29；豫谷8最小，為0.25。株高NSI最高的是濟谷12，為0.89，其次是冀谷31，為0.83；最低為濟谷15，僅0.58。冀谷31的穗長NSI值最高，為0.77。品種內單株穗重和單株粒重呈差異極顯著。濟谷16和濟谷17千粒重受氮脅迫影響最小，0.98。濟谷18和冀谷31的容重NSI最大，為0.99，說明低氮脅迫基本不會對其容重產(chǎn)生影響。濟谷16的秕谷率受低氮脅迫影響最小，秕谷率增加幅度最小。

2.4不同品種谷子氮肥貢獻率的差異

如圖1所示，氮肥對不同品種谷子的貢獻率有差異。產(chǎn)量貢獻率在70.1%～74. 7%之間，其中氮肥貢獻率最高的是豫谷8，最低的是濟谷12。由此表明豫谷8易受到氮肥影響，低氮脅迫下產(chǎn)量有較大的下降趨勢；與其他品種相比，低氮脅迫對濟谷12的影響較小，在缺氮條件下減產(chǎn)最少。

3討論與結論

植物在遭受低氮脅迫等外界環(huán)境脅迫后，植株形態(tài)學和生理生化參數(shù)發(fā)生改變，因此與植株抵御逆境能力強度相關的部分植株性狀和生理生化參數(shù)，可作為耐脅迫能力強弱的參考和鑒定指標[6-9]。氮是葉綠素的重要組分，缺氮會影響葉綠素的合成。1917年，葉面積指數(shù)（LAI）由Balls提出，它可以明確作物生長發(fā)育的動態(tài)，既是決定表征作物的冠層結構和判斷作物長勢，又是決定作物生物量和產(chǎn)量的關鍵因子[10-12]。王雁敏等人研究結果表明，施氮量增加，玉米的LAI增加[13]。路海東等人研究表明，氮肥對不同基因型玉米品種影響顯著，不同品種的耐低氮能力存在明顯差異[14]。

頂葉是谷子關鍵源器官，頂葉的光合基本代表了冠層光合的趨勢。本試驗以頂葉葉綠素含量的SPAD值、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量等相關農(nóng)藝性狀和氮肥貢獻率作為調查指標，衡量了低氮脅迫對不同谷子品種的影響。綜合分析表明，豫谷8在低氮脅迫條件下，葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量降低幅度較大，NSI值較小，即受低氮脅迫的影響較大，不利于進行光合作用和光合產(chǎn)物的積累；產(chǎn)量及相關農(nóng)藝性狀分析表明，豫谷8的NSI值均較低，且氮肥貢獻率最高。濟谷12和濟谷17在低氮脅迫下葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量降低幅度較小，產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀的NSI值較其他品種均較大，且氮肥貢獻率較低，即耐低氮性較好。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，可以指導不同品種谷子種植在不同肥力地塊，對合理施用氮肥、提高氮肥利用率有重要意義。

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