施氮量對新疆滴灌冬小麥根系生長及產量的影響

段麗娜，章建新，薛麗華，孫乾坤，趙連佳

(1.新疆農業大學農學院,新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆農業科學院糧食作物研究所,新疆烏魯木齊 830091)

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施氮量對新疆滴灌冬小麥根系生長及產量的影響

段麗娜1，章建新1，薛麗華2，孫乾坤1，趙連佳1

(1.新疆農業大學農學院,新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆農業科學院糧食作物研究所,新疆烏魯木齊 830091)

摘要：為探明滴灌冬小麥高產需氮肥規律，利用大田試驗研究了N0(0 kg·hm-2)、N1(90 kg·hm-2)、N2(180 kg·hm-2)、N3(270 kg·hm-2)、N4(360 kg·hm-2) 施氮量對新冬18號0～60 cm土層根系生長的影響及其與產量和氮肥利用率的關系。結果表明，隨著施氮量的增加，拔節至成熟期間0～60 cm土層根系干重、根長和根系活力均增加，N3處理孕穗期小麥0～60 cm土層根干重、根長分別較N0處理增加11.93%、29.0%，增幅基本表現為0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm土層；N3處理較N0處理小麥產量增加30.35%，氮肥農學利用效率為6.90 kg·kg-1。拔節期前后施適量氮肥可促進0～60 cm土層根系生長和活力增強，是氮肥增產的重要原因。本試驗條件下最適宜施氮量為180～270 kg·hm-2，可獲得產量7 591.49～8 004.85 kg·hm-2，氮肥農學利用效率為6.90～8.06。

關鍵詞：冬小麥；滴灌；氮肥；根系；產量

新疆地處干旱區，農業生產完全依靠灌溉。由于灌溉水資源的匱乏，發展節水農業是必然選擇。滴灌技術已在新疆小麥生產上大面積應用，節水、增產效果顯著。滴灌施肥的顯著特點是可以將水肥通過滴灌系統直接輸送到作物根區附近，使水分和養分在土壤中均勻分布，以保證養分被根系快速吸收[1]。滴灌施肥在提高作物產量的同時，也可提高肥料利用效率[2]。根系是植物吸收水分和養分的重要器官，其數量、分布及活力對地上部器官的生長和產量具有直接影響[3-4]。根系發達、活力強是小麥高產優質的基礎[5]。氮肥施用是小麥生產的一個最重要管理措施。氮肥對產量的影響是從影響根系生長開始的。適量底施氮肥可促進小麥根系生長，增加總根量和表層根量，減少深層根量[6]。起身、拔節期肥水可增加小麥表層根量，孕穗期肥水促進中層和深層根生長[7-8]；拔節期和挑旗期追氮小麥的根系活力高于返青期追氮[9]。為了提高產量，普遍存在過量施用氮肥現象[10]，而過量施氮往往使小麥根系生長受到抑制[11]。滴灌可使硝態氮肥運移至作物根系最密集的0～40 cm 范圍內[12]，提高氮肥利用效率。目前，關于施氮量對滴灌冬小麥根系生長影響的研究很少。本試驗在田間滴灌條件下，研究了不同施氮量對高產冬小麥0～60 cm土層根系生長、產量及氮肥利用效率等的影響，以期為新疆滴灌冬小麥高產高效栽培提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料與設計

試驗于2013-2014年在新疆農業科學院瑪納斯試驗站(北緯44°18′14″，東經 86°13′11″)進行。冬小麥選用當地主栽品種新冬18號。試驗地前茬為大豆，土壤為沙壤土。0～20 cm土壤含有機質 28.4 g·kg-1，堿解氮52.2 mg·kg-1，速效磷20.2 mg·kg-1，速效鉀237.0 mg·kg-1。翻地前基施重過磷酸鈣 375 kg·hm-2，灌底墑水750 m3·hm-2。 2013年10月2日機械播種，播種量300 kg·hm-2，行距0.15 m。毛管為“1管4行”，毛管間距60 cm。基本苗 464萬株·hm-2。試驗設N0、N1、N2、N3、N45個施N處理，具體見表1。將各處理氮肥(尿素)分別加入施肥罐中隨水滴入各小區。隨機區組排列，設3次重復，每小區面積24 m2(8 m×3 m)，各小區間設1.2 m隔離帶。在播種前、越冬前、拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期各滴灌750 m3·hm-2。2014年6月20日～29日收獲。

表1　不同處理的施氮時期和施氮量

1.2測定項目及方法

1.2.1根樣采集及測定

分別于2014年小麥拔節期(4月20日)、孕穗期(5月13日)、花后14 d(6月2日)、花后28 d(6月16日)及成熟期(6月29日)于毛管間距1/2處選具代表性植株，緊貼地面剪去地上部后，將內體積為20 cm×30 cm×20 cm(麥行方向×垂直麥行方向×高)的鐵盒完全砸入土中后，連同土樣取出鐵盒；分3層(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)取出土樣；重復2次；分別過0.05 mm網篩洗凈泥土、去除雜質，獲取各處理的根樣。根系活力，采用TTC還原法測定[13]。用根系掃描儀測根與根系長度后，在80℃下烘至恒重。計算根長密度、根重密度。

1.2.2產量、氮肥利用效率的測定

成熟期分別在小區中間實收1個具有代表性樣點，每樣點面積9 m2，以3個重復平均值計算產量。測定有效穗數、穗粒數和千粒重。根據以下公式計算氮肥利用率：

氮肥農學利用率(AEN)=(施氮區籽粒產量-氮空白區籽粒產量)/施氮量

1.3數據處理

采用Excel 2010、Sigma Plot 10.0作圖，用SAS 8.0及SPSS 16.0進行方差分析。

2結果與分析

2.1不同施氮量對根系干重及根干重密度的影響

由表2可見，各處理0～60 cm土層的根系干重在拔節期后迅速增加，花后14 d達峰值后緩慢下降。拔節至成熟期，施氮處理小麥0～60 cm土層根干重均顯著高于對照，且不同處理在不同生育期差異程度不同。花后14 d N1、N2、N3、N4處理的根干重分別較N0增加4.92%、10.30%、16.84%、15.86%。整個小麥生育期間0～60 cm根干重密度在施氮處理與N0處理間差異顯著(圖1)，施氮處理較N0處理0～60 cm土層的根干重密度增幅多表現為0～20cm>20～40cm>40～60cm土層，花后14 d N1、N2、N3、N4處理0～20 cm土層的根干重密度分別較N0處理增加2.63%、9.99%、17.76%、19.37%。施氮量對0～60 cm土層根系干重的增加主要是0～20 cm根系干重增加的結果，孕穗期至成熟期以處理N3、N4的根系總干重最大。

表2　施氮處理對根系干重的影響

數據后不同字母代表處理間在5%水平差異顯著. 下同

Different letters following data mean significant difference among different treatments at 5% level. The same as below

2.2不同施氮量對根系長度及根長密度的影響

各施氮處理0～60 cm土層小麥的總根長在拔節期后迅速增加，均在花后14 d達峰值后緩慢下降(表3)。拔節至成熟期間0～60 cm土層總根長施氮處理與N0處理間差異顯著，花后14 d N1、N2、N3、N4處理的總根長分別較N0增加18.04%、23.09%、29.51%、30.28%。小麥孕穗期至成熟期0～60 cm根長密度施氮處理與N0處理間差異顯著(圖2)，施氮處理較N0處理的根長密度增幅多表現為0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm土層，花后14 d N1、N2、N3、N4處理0～20 cm土層的根長密度分別較N0增加12.85%、17.50%、18.72%、23.55%。施氮量對0～60 cm土層根系長度的影響主要是0～20 cm土層根系長度增加的結果，孕穗期至成熟期以N3、N4處理的根系最長。

2.3不同施氮量對根系活力的影響

由圖3可見，0～20 cm土層根系活力下降早于20～40 cm和40～60 cm土層。拔節至花后28 d，各施氮處理小麥0～60 cm土層根系活力顯著高于N0處理。N3處理小麥花后14 d 0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層根系活力分別較N0處理增加22.84%、20.03%、22.18%。增加施氮量可增加0～60 cm土層的根系活力，特別是灌漿前期20～40 cm、40～60 cm土層的活力，在拔節至花后28 d期間多以N3、N4最高。

表3　施氮處理對根系總長度的影響

圖柱上的不同字母代表處理間在5%水平差異顯著. 下同

Different letters beside column mean significant difference among different treatments at 5% level. The same as below

圖1不同施氮處理對根干重密度垂直分布的影響

Fig.1Effect of different nitrogen treatments on vertical distribution of dry root weight density

圖2　不同施氮處理對根長密度垂直分布的影響

2.4不同施氮量對產量和氮肥利用率的影響

不同施氮處理小麥的產量均顯著高于N0處理，且產量隨著施氮量的增加而增加，N3與N4處理差異不顯著。氮肥農學利用率隨施氮量的增加顯著降低(表4)。N1、N2、N3、N4處理小麥的產量分別較N0增加17.68%、23.60%、30.34%、33.56%；N3、N4處理顯著高于其他處理，其有效穗數分別較N0處理增加14.39%、12.30%，穗粒數分別較N0處理增加9.62%、10.66%，增加均顯著。N3、N4處理小麥的千粒重較N0處理均有所下降，但差異不顯著。各施氮處理小麥的產量與根干重(花后14 d)比值間差異不顯著，但均較N0處理顯著增加。結果說明，本試驗條件下增施氮肥可增加小麥產量，但顯著降低氮肥農學利用率；產量的增加主要是有效穗數和穗粒數增加的結果。綜合產量及氮肥農學利用效率，適宜施氮量為N3處理，產量達8 004.85 kg·hm-2左右。

Ⅰ:拔節期；Ⅱ：孕穗期；Ⅲ：花后14 d；Ⅳ：花后28 d；Ⅴ：成熟期

Ⅰ:Jointing stage； Ⅱ：Booting stage；Ⅲ：14 d after anthesis；Ⅳ：28 d after anthesis；Ⅴ：Maturity

圖3　不同施氮處理對根系活力垂直分布的影響

*:花后14 d 0～60 cm土層根干重

*:Dry root weight in 0-60 cm layers at 14 d after anthesis

3討 論

常規灌溉條件下，一定范圍的施氮量促進作物根系生長，但超量使用會抑制作物生長[14-16]。冬小麥拔節、孕穗期適宜的氮肥和水有利于提高開花、灌漿期的根系活力[7]，且可延緩小麥根系衰老進程,提高籽粒灌漿速率、增加粒重和產量[9]。本試驗結果與上述結論相似，孕穗期前施氮90～270 kg·hm-2，隨著施氮量的增加，拔節至花后28 d 0～60 cm土層的根長與干重增加，根系活力提高，產量增加，氮肥農學利用率降低；總施氮量達360 kg·hm-2時，根長與干重、根系活力和產量不再增加，氮肥農學利用率大幅度降低。本研究中，在孕穗期至花后28 d 期間，0～60 cm土層根干重、根長度、根系活力多以N3、N4最大，產量也以N3、N4最高。根系生長對施氮量的響應與產量的響應相似。說明孕穗前施氮肥可促進根系生長，增加小麥水分、養分吸收和群體物質生產能力，進而增加有效穗數和穗粒數，最終增加產量。在拔節期前后施適量氮肥對根系生長促進效果好于其他時期施氮，可能因為拔節期至孕穗期既是冬小麥根系生長最快時期，也是小穗數、小花數形成的關鍵時期[3]的緣故。

有研究發現，常規灌溉條件下，施氮量為180 kg·hm-2(基施、拔節期各90 kg·hm-2)時，產量為8 339.69 kg·hm-2[14]，滴灌條件下，施氮量為189 kg·hm-2(分蘗期15%，拔節期20%，孕穗期25%，揚花期25%，灌漿期15%),產量為6 384.9 kg·hm-2[12]。本試驗中，施氮量為180～270 kg·hm-2(基施90 kg·hm-2、拔節期90～180 kg·hm-2)，產量為8 004.85～8 202.63 kg·hm-2。差異可能是由于品種、土壤肥力條件和施肥時期等條件不同所導致。有關滴灌高產麥田的氮肥運籌技術還需根據小麥品種及土壤肥力、環境進一步優化，以提高小麥產量和氮肥利用效率。

參考文獻：

[1]周本智,張守攻,傅懋毅.植物根系研究新技術Minirhizotron的起源、發展和應用[J].生態學雜志,2007,26(2):253-260.

Zhou B Z,Zhang S G,Fu M Y.Minirhizotron,a new technique for plant root system research:its invention,development and application [J].ChineseJournalofEcology,2007,26(2):253-260.

[2]Wu Q P,Chen F J,Chen Y L,etal.Root growth in response to nitrogen supply in Chinese maize hybrids released between 1973 and 2009 [J].ScienceChina(LifeSciences),2011,54(7):642-650.

[3]田中偉,樊永惠,殷 美,等.長江中下游小麥品種根系改良特征及其與產量的關系[J].作物學報,2015,41(4):613-622.

Tian Z W,Fan Y H,Yin M ,etal.Genetic improvement of root growth and its relationship with grain yield of wheat cultivars in the middle-low of Yangtze river [J].ActaAgronomicaSinica,2015,41(4):613-622.

[4]劉金山,戴 健,劉 洋,等.過量施氮對旱地土壤碳、氮及供氮能力的影響[J].植物營養與肥料學報,2015,21(1):112-120.

Liu J S,Dai J,Liu Y,etal.Effects of excessive nitrogen fertilization on soil organic carbon and nitrogen supply capacity in dry land [J].JournalofPlantNutritionandFertilizer,2015,21(1):112-120.

[5]劉殿英,石立巖,董慶裕.不同時期追施肥水對冬小麥根系、根系活性和植株性狀的影響[J].作物學報,1993,19(2):149-155.Liu D Y,Shi L Y,Dong Q Y.Effects of topdressing fertilizer in different periods of winter wheat root,root activity and plant characteristics [J].ActaAgronomicalSinica,1993,19(2):149-155.

[6]朱新開,郭文善,封超年,等.肥料運籌對小麥群體質量的調節效應[J].江蘇農學院學報,1998,19(1):45-50.

Zhu X K,Guo W S,Feng C N,etal.Effect of fertilizer application on population quality in wheat [J].JiangsuAgricultureResearch,1998,19(1):45-50.

[7]李秧秧,邵明安.小麥根系對水分和氮肥的生理生態反應[J].植物營養與肥料學報,2000,6(4):383-388.

Li Y Y ,Shao M A.Physio-ecological response of spring wheat root to water and nitrogen [J].JournalofPlantNutritionandFertilizer,2000,6(4):383-388.

[8] Yuan J F,Feng G,Ma H Y,etal.Effect of nitrate on root development and nitrogen uptake ofSuaedaphysophoraunder NaCl salinity [J].Pedosphere,2010,20(4):536-544.

[9]姜 東,于振文,蘇 波,等.不同施氮時期對冬小麥根系衰老的影響[J].作物學報,1997,23(2):181-190.

Jiang D,Yu Z W,Su B,etal.Effect of different application stage of nitrogen on root senescence in winter wheat [J].ActaAgronomicaSinica,1997,23(2):181-190.

[10]Zhu W,Wan L,Zhao L F.Effect of nutrient level on phytoplankton community structure in different water bodies [J].JournalofEnvironmentalSciences,2010,22(1):32-39.

[11]Liao C S,Liu R Y,Zhang F S,etal.Nitrogen under-and over-supply induces distinct protein responses in maize xylem sap[J].JournalofIntegrativePlantBiology,2012,54(6):374-387.

[12]陳 靜,王迎春,李 虎,等.滴灌施肥對冬小麥農田土壤NO3--N分布、累積及氮素平衡的影響[J].植物營養與肥料學報,2015,21(4):927-935.

Chen J,Wang Y C,Li H,etal.Characteristics soil nitrate distribution,accumulation and nitrogen balance in winter wheat field under drip fertilization [J].JournalofPlantNutritionandFertilizer,2015,21(4):927-935.

[13]胡 敏.小麥根系研究方法標準化與關鍵技術改良化[D].鄭州：河南農業大學,2012.

Hu M.Standardization of root research approaches and improvement in key techniques in wheat [D].Zhengzhou:Agricultural University of Henan,2012.

[14]邱喜陽,王晨陽,王彥麗,等.施氮量對冬小麥根系生長分布及產量的影響[J].西北農業學報,2012,21(1):53-58.

Qiu X Y,Wang C Y,Wang Y L,etal.Effects of nitrogen application rate on root system distribution and grain yield of winter wheat cultivars [J].ActaAgricultureBoreali-occidentalisSinica,2012,21(1):53-58.

[15]熊淑萍,王小純,李春明,等.冬小麥根系時空分布動態及產量對不同氮源配施的響應[J].植物生態學報,2011,35(7):759-768.

Xiong S P,Wang X C,Li C M,etal.Responses of the spatial-temporal distribution of winter wheat(Triticumaestivum) roots and yield to different ratios of nitrogen sources [J].ChineseJournalofPlantEcology,2011,35(7):759-768.

[16]張學營,李曉欣,王 坤,等.不同施氮水平下灌水量對冬小麥根系生長分布、產量及土壤硝態氮含量的影響[J].河北農業大學學報,2013,36(3):13-19.

Zhang X Y,Li X X,Wang K,etal.Effects of irrigation amount on root distribution,yield of winter wheat and soil NO3-N content under different nitrogen application rates [J].JournalofAgriculturalUniversityofHebei,2013,36(3):13-19.

收稿日期：2015-12-29修回日期：2016-01-31

基金項目：新疆農業科學院青年基金項目(xjnkq-2015045)

通訊作者：薛麗華(E-mail:xuelihua521@126.com)

中圖分類號：S512.1；S311

文獻標識碼：A

文章編號：1009-1041(2016)06-0773-06

Effects of Nitrogen Application on the Growth of Root and Yield of Winter Wheat under Drip Irrigation

DUAN Lina1,ZHANG Jianxin1,XUE Lihua2,SUN Qiankun1,ZHAO Lianjia1

(1. College of Agronomy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830052,China;2.Grain Crops Research Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi,Xinjiang 830091,China)

Abstract:To verify the effects of nitrogen application on the growth of root and yield of winter wheat under drip irrigation,five different nitrogen application treatments:N0(0 kg·hm-2),N1(90 kg·hm-2),N2(180 kg·hm-2),N3(270 kg·hm-2),and N4(360 kg·hm-2) were conducted.In the field experiments,effects of different nitrogen application treatments on root growth in 0-60 cm soil layers and the relationship between the yield and nitrogen use efficiency were studied. The results showed that:with the increase of nitrogen application,the dry weight,length and vitality of root in 0-60 cm layers was increased from jointing to maturity stages; the dry weight and length of root in 0-60 cm layers at booting stage under N3 treatment were increased by 11.93% and 29.0%,respectively,compared to those under N0 treatment,with an increase amplitude ranged as 0-20 cm > 20-40 cm > 40-60 cm soil layers; the yield under N3 treatment was increased by 30.35% and the AEN was 6.90 kg·kg-1. The appropriate amount of nitrogen fertilizer application promoted root growth and strong vitality in 0-60 cm layers before and after jointing stage,and it was an important factor for production increase. In this experiment,the optimum amount of nitrogen was 180-270 kg·hm-2,and the yield was 7 591.49-8 004.85 kg·hm-2,with the AEN of 6.90-8.06.

Key words:Winter wheat;Drip irrigation;Nitrogen;Root; Yield

網絡出版時間：2016-05-30

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160530.1549.026.html

第一作者E-mail：971218814@qq.com