水氮耦合對滴灌春小麥干物質積累分配與運轉規律的影響

張松超 陳慧 黃振江 張迪 石元強 王冀川

摘要[目的]明確滴灌春小麥干物質積累與分配特征的水氮效應。[方法]以新春6號為供試材料，設置不同的灌水、施氮處理，對小麥植株各器官干物質積累及分配進行研究。[結果]春小麥地上部分干物質積累量呈“S”形變化，積累速率最大時期在拔節期—灌漿期。總干質量積累較大的處理為W3N2、W2N2、W2N3和W3N1，分別達15.16、14.63、13.25和13.19 t/hm2。生育期內，N2處理的總干物質量、莖稈和穗器官干物質平均轉移率分別為14.06 t/hm2、45.34%和30.83%，而成熟期內W2處理的相應值分別為13.47 t/hm2、31.14%和60.80%，均明顯高于其他處理。各因素的總干物質積累影響效應從大到小依次為水氮耦合、水分、氮素，對穗部干物質影響效應從大到小依次為水氮耦合、氮素、水分。 [結論] 水氮耦合調控效應是調節滴灌春小麥生長的主要因素，生產中，采用中氮適水策略，保證生育前期的充足水分、中后期的適當氮素水平是促進春小麥健壯生長、提高產量的關鍵。

關鍵詞春小麥；水氮耦合；干物質；積累；分配

中圖分類號S512.1+2文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）19-0038-05

Effects of Water and Nitrogen Coupling on Dry Matter Accumulation，Distribution and Transferring Regularity of Spring Wheat under Drip Irrigation

ZHANG Songchao，CHEN Hui，HUANG Zhenjiang，WANG Jichuan* et al

（College of Plant Science， Tarim University， Alar， Xinjiang 843300）

Abstract[Objective]To clarify the effects of water and nitrogen on dry matter accumulation and distribution of spring wheat under drip irrigation. [Method] Took Xinchun 6 as test materials， different irrigation， nitrogen treatments were set to research wheat dry matter accumulation and distribution in different organs. [Result]The dry matter accumulation of aboveground parts of spring wheat was S shape curve， with the maximum accumulation rate being from jointing stage to filling stage. The treatments with higher total dry weight were W3N2， W2N2， W2N3 and W3N1， which dry weight were 15.16，14.63， 13.25 and 13.19 t/hm2， respectively.The average total dry weight and its transfer amount of stem and ear organs of N2 were 14.06 t/hm2， 45.34% and 30.83%， of W2 were 13.47 t/hm2， 31.14% and 60.80% at mature stage，respectively， these treatments were significantly higher than other treatments.The effects of the total dry matter accumulation and spike of various factors were as follows： coupling> water> nitrogen and coupling> nitrogen> water. [Conclusion]The regulation effect of water and nitrogen coupling is the main factor to regulate the growth of spring wheat under drip irrigation. In the production， based on medium nitrogen and adequate irrigation strategy， ensuring adequate water supply in the early growth stage and the appropriate nitrogen level in the middle and later stages is the key to promote the growth and yield of spring wheat.

Key wordsSpring wheat；Water and nitrogen coupling；Dry matter；Accumulation；Distribution

小麥是新疆主要的糧食作物，其生長主要受水、肥兩大因素的影響，而缺水少氮是制約新疆農業生產的重要因素[1]，如何合理地進行水氮運籌、最大限度地發揮資源生產潛力是當前小麥研究的重點。滴灌和水肥一體化是新疆自治區“十三五”重點推廣的技術之一[2]，由于水氮供應方式的改變，對小麥生長與物質積累的調控效應與常規生產小麥有所不同[3]。探明小麥不同生育時期各器官干物質積累與分配的特點，有利于確定滴灌施肥條件下小麥干物質積累分配最合理、運轉最高效時的水氮控制指標。目前，關于灌水量和施氮量對小麥干物質積累分配、運轉規律影響的研究較多[4-8]，但大多是針對漫灌條件下水、氮單因素對干物質積累影響的研究，關于滴灌條件下水氮耦合對小麥干物質積累分配、運轉規律影響的研究不夠深入[9]。該試驗設計不同水肥控制指標，研究水氮耦合對滴灌春小麥干物質積累分配與運轉規律的影響，為發揮水肥協同作用、提高其利用效率的水氮科學運籌措施的確定提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗點概況與材料

試驗于2016年在塔里木大學網室內進行，地理位置81°17′ E、40°32′ N，海拔1 004 m，年平均氣溫11.2 ℃，年均降水量45.7 mm，年均蒸發量1 988.4 mm，年均相對濕度在55%以下，屬典型暖溫帶內陸型極端干旱氣候。以中早熟矮稈春小麥品種新春6號為供試材料。

1.2試驗設計

水氮耦合小區試驗，采用裂區設計，主區為施氮量處理，設置無氮（N0，尿素0 kg/hm2）、少氮（N1，尿素138 kg/hm2）、中氮（N2，尿素207 kg/hm2）和高氮（N3，尿素276 kg/hm2）4個水平；副區為滴灌量處理，設置少水（W1，2 700 m3/hm2）、中水（W2，4 050 m3/hm2）和高水（W3，5 400 m3/hm2）3個水平，共計12個處理，每處理重復3次，按隨機區組排列。小區面積為10.50 m×2.86 m，種植20行，3月8日按15 cm等行距播種，種植密度為570萬株/hm2。每4行于2～3行間鋪放一條滴灌帶，1管4行模式。施氮量和滴灌量在拔節期、孕穗期、揚花期、籽粒形成期、灌漿期和蠟熟初期的分配比例分別為0.50∶0∶0.35∶0.15∶0∶0和0.182∶0.166∶0.202∶0.192∶0.159∶0.099。在實際操作過程中，將氮肥稱重后溶解在施肥罐中，使用文丘里施肥器隨滴灌施入，并通過水表控制記錄滴灌水量。各區之間用防滲材料隔開，隔離深度60 cm。

1.3測定項目

出苗后定期定點記錄株高、葉片數、葉片長寬，每隔7 d隨機取完整植株5株，觀察植株性狀后分器官稱鮮重，然后放入105 ℃烘箱中殺青15 min，80 ℃烘48 h至恒溫后稱干質量。

1.4數據分析

試驗分析采用DPS軟件進行數據處理和Excel數據作圖軟件完成。

2結果與分析

2.1不同處理對春小麥干物質積累的影響

由圖1可知，隨著生育時期的推進，各處理小麥干物質積累量均呈“S”形增加趨勢，在成熟期達到最大值。其中，出苗期至分蘗期干物質增長較緩慢，拔節后加快，至孕穗期呈直線增長，灌漿期后積累速度又減緩。從最終總干物質積累量大小上看，排名靠前的處理有W3N2（15.16 t/hm2）、W2N2（14.63 t/hm2）、W2N3（13.25 t/hm2）、W3N1（13.19 t/hm2）、W3N3（12.96 t/hm2）、W3N0（12.56 t/hm2）、W1N2（12.39 t/hm2）、W2N1（10.42 t/hm2），即高水中氮、中水中氮、中水高氮、高水低氮、高水高氮等處理的總干物質積累量較高，而低水、低氮處理普遍較低。

各處理在出苗期至拔節期干物質積累量和積累速度大致相同，并無明顯差異。拔節期以后，各處理之間差異開始增大，低水（W1）條件下，N3處理表現最為突出，最先進入直線積累（孕穗期—灌漿期）且直線積累時間最長達36 d，灌漿期至成熟期，積累速率下降，但積累量達到最大（12.45 t/hm2）。N0處理直線積累時間最晚（籽粒形成期—灌漿期）且時間最短，為23 d，干物質積累量最小僅為8.57 t/hm2。N1、N2處理直線積累在揚花期—灌漿期，時間為29、27 d，灌漿期后積累速率下降，至成熟期積累量最大為9.84、11.53 t/hm2。整體來看，各處理干物質積累量從大到小依次為N3、N2、N1、N0。說明水分虧缺時，增施氮肥有利于小麥提前進入直線積累時期，從而增大直線期時間，有利于干物質積累。

中水（W2）條件下，N2、N3處理的直線增長期在拔節期—籽粒形成期，時間分別為22、23 d。干物質積累量在成熟期達到最大，分別為13.73、13.47 t/hm2。N0處理的直線增長期為孕穗期—籽粒形成期，時間為17 d。干物質在籽粒形成期至灌漿期后增長緩慢，導致穗部發育不全，干物質積累量不足，僅為10.37 t/hm2。N1處理的直線增長期為拔節期—揚花后期，時間為20 d。在籽粒形成期—灌漿期，干物質積累速度下降，在成熟期達到最大（12.29 t/hm2）。從整體來看，各處理干物質積累速率及積累量從大到小依次為籽粒形成期前N3、N2、N1、N0，在籽粒形成期—成熟期為N2、N3、N1、N0。說明在中水條件下，適量氮素會促進小麥營養生長和生殖生長，特別是在籽粒形成期后有利于提高穗部干物質積累速率和積累量，但是過高的氮素并不會使穗干物質積累量增加。

高水（W3）條件下，N1、N2處理最先進入直線積累期（拔節后期—灌漿前期），直線積累時間分別為29、32 d，灌漿期—成熟期，積累速率下降，但積累量達到最大，分別為1387、12.42 t/hm2。N3處理直線積累時間最晚（拔節期—揚花期），時間為23 d，干物質積累量為15.57 t/hm2。N0處理直線積累在拔節期—籽粒形成期，時間為20 d，灌漿期后積累速率下降，至成熟期積累量最大（10.12 t/hm2）。整體來看，各處理在營養生長階段積累速率和積累量從大到小依次為N1、N2、N0、N3，在生殖生長階段積累速率和積累量從大到小依次為N2、N1、N3、N0。說明高水條件下減少氮肥有利于小麥干物質積累速率增大，有利于干物質積累。

2.2新春6號干物質分配特征

由表1可以看出，干物質積累隨生育進程而增加，莖稈干物質積累量在孕穗期—籽粒形成期增長最快，至灌漿期達最大；葉片干物質積累呈現單峰曲線變化，在孕穗期后達高峰，隨后逐漸下降；穗器官干物質積累量在孕穗期—籽粒形成期增長緩慢，在籽粒形成期—灌漿期快速增長。

從干物質占總干質量分配比例大小上看，拔節前以葉片生長為主，葉片干物質積累量比例大于莖稈，孕穗期以后，植株進入到快速生長時期，干物質開始向穗器官轉移，但在籽粒形成期以前仍以莖葉的養分分配為中心，籽粒形成期各器官干物質積累量從大到小均為莖稈、葉片、穗，當籽粒進一步開始灌漿至成熟期穗器官才為干物質運轉與積累中心，各器官干物質比例從大到小依次為穗、莖桿、葉。

安徽農業科學2017年

2.3水、氮對春小麥干物質積累與分配的影響

2.3.1水分對干物質積累與分配的影響。

由表2可以看出，不同水分處理顯著影響小麥各器官的生長，隨著土壤水分的增加，小麥總干物質積累量和各器官干物質積累量逐漸增加，但從增加的程度上看，孕穗前，葉片干物質積累量分配比例最高，孕穗期—籽粒形成期，莖稈干物質積累量分配比例最高，而灌漿期穗器官干物質分配比例最高，說明增加水分在生育前期主要促進小麥葉片的生長，易造成葉面積肥大；生育中期主要促進莖稈生長，易造成莖稈伸長過快倒伏，后期則利于穗器官發育。

從水分對各器官干物質積累與分配的影響上看，W3處理的各器官干物質平均積累量最大而分配到葉片及穗器官的比例較小，W1與W3處理剛好相反，W2處理的干物質平均積累量居中但分配到莖稈的比例最大，說明干旱個體干物質積累基礎少，植株衰亡過早，但經濟系數較高；水分過高個體生長旺盛但經濟系數較低，成熟期適宜水分處理（W2）的總干物質積累量、莖稈和穗器官干物質積累量轉移率分別為13.47 t/hm2、31.14%和60.80%，較W1和W3處理高，說明W2處理能較好地協調物質生產與分配的關系，促進麥株健壯，生長有效性提高。

2.3.2氮素對干物質積累與分配的影響。

由表3可以看出，隨著施氮量的增加，干物質形成與積累量增加，并以孕穗期—籽粒形成期間增加速度最快。拔節期干物質積累量葉片中高于莖鞘，并以N0處理的葉片干物質和N2處理的莖稈干物質轉移率最高，說明增施一定氮肥利于莖稈生長。在孕穗期—籽粒形成期，干物質積累量從大到小依次為葉片、莖鞘、穗，說明干物質主要運轉至營養器官中，但是一部分開始向穗轉移。此期間莖稈干物質百分比最高，并以N1或N2處理的轉移率較大，說明適宜的施氮促進莖稈生長，但N3處理的葉片干物質百分比較高，說明氮肥過多易形成肥大葉片，不利于群體質量的提高。灌漿期是穗器官物質轉移率最高期，也是氮素處理對干物質積累影響差異表現最顯著的時期，干物質積累量從大到小依次為穗、莖鞘、葉片，穗器官是生長中心，氮肥處理對穗干物質轉移有較大影響，穗器官物質轉移率最高的處理是N2，達64.51%，其次是N0處理，達61.27%，N3處理最小為57.21%，說明適宜氮肥能較好協調莖葉和穗器官干物質運轉矛盾，小麥生長健壯，穗器官干物質轉移率大，利于籽粒發育，但氮素過多，莖葉生長旺盛，干物質轉移效率下降，甚至倒伏，造成總體干物質積累下降（此期總干物質積累量從大到小依次為處理N2、N3、N1、N0）。

2.3.3水氮耦合對各器官干物質積累的影響效應。

水氮對各器官干物質積累的影響在各生育時期有所不同（表4），總體上看，無論是葉片和莖稈，還是穗器官，各時期的影響大小均依次表現為水氮耦合、水分、氮素；對各器官的調控效應大小依次為莖稈、葉片、穗；孕穗前水分對葉片的調控效應較大，孕穗后對莖稈的調控效應較大；拔節期—孕穗期，水氮耦合效應和莖葉的水分效應最大，說明此期灌溉為主，施以一

定的氮肥能更好地促進植株生長，對穗的生長主要保證氮素供應；揚花期，對莖稈的調控效應最大，對葉片的調控效應最小，水分和耦合效應高于氮素效應，說明此期水氮供應以促進莖稈生長為主，水氮過多莖稈生長過快，易引起后期倒伏；灌漿期，對穗的調控效應最大，且效應大小依次為水氮耦合、氮、水，說明此期以穗器官生長為主，合理的水氮供應能促進籽粒灌漿。

水分及水氮對葉片的耦合效應隨生育進程逐漸下降，而氮肥對葉片的影響從大到小依次表現為孕穗期、拔節期、成熟期、籽粒形成期，說明生育前期保證水分供應、孕穗期合理配施氮肥能促進葉片生長；莖稈生長的水、氮效應在孕穗期最高，其次在籽粒形成期和拔節期，最低在成熟期，而耦合效應在拔節后一直增加，成熟期下降，說明莖稈的水、氮調控最大效應晚于葉片，孕穗期—籽粒形成期保證水氮供應是調控莖稈的關鍵。孕穗后穗器官的水分效應一直增加，而水氮耦合效應一直下降，氮素效應則下降不明顯。

從各因素對不同器官在各生育階段的影響上看，孕穗期的水、氮、耦合調控效應最大，且以調控莖稈和穗為主，其次，是灌漿期的穗器官氮素效應和揚花期的莖稈水氮耦合效應及拔節期的葉片水分效應。由此說明，孕穗期是肥水調控的關鍵期，此前，以水分調控為主，此后以水氮配合調控為主，且后期的氮素調控保持較高水平，這也體現了氮肥后移的重要性[10]。

3結論與討論

春小麥上部分干物質呈“S”形變化。出苗至拔節，干物質增長緩慢，拔節期至灌漿期干物質積累速率最大，為直線增長，乳熟期—成熟期積累速率又減緩。不同的水氮處理對小麥的干物質積累有顯著的影響。其中高水中氮、中水中氮、中水高氮、高水低氮、高水高氮等處理的總干物質積累量較高。低水低氮處理干物質積累緩慢，其直線增長期短，速率慢，造成小麥過早衰亡。高水高氮處理植株營養生長過旺，抑制生殖生長[11]，使穗的干物質積累減小。不同水分處理中，水分虧缺（W1）條件下，增施氮肥有利于小麥提前進入直線積累期，利于干物質積累。適宜水分（W2）條件下，適量較高的氮素（N2）能促進穗部干物質積累速率和積累量的提高，利于產量形成，但過高的氮素（N3）并不會使穗干物質量增加，反而對其有抑制作用[12]。高水條件下，隨施氮量增加，干物質的直線增長期延長，但穗器官干物質積累量和轉移率以N2處理最高，說明后期保持一定氮素供應能明顯促進籽粒發育，提高產量。

從各器官干物質積累量分配比例大小上看，拔節前以葉片生長為主，孕穗期前葉片干物質分配率達到高峰，隨后開始下降。莖稈干物質分配率從拔節期開始增加，孕穗期后，植株進入快速生長時期，植株開始由營養生長逐漸轉向生殖生長，干物質開始向穗器官轉移，但在籽粒形成期以前仍以莖葉的養分分配為中心，此時干物質分配莖稈大于葉片。當籽粒進一步開始灌漿至成熟期，穗干物質量一直增加，穗器官成為干物質運轉與積累中心，此時干物質主要分配至穗，葉片逐漸衰亡。不同水分處理顯著影響小麥各器官的生長，隨著土壤水分的增加，小麥總干物質積累量和各器官干物質積累量逐漸增加，但水分過大或過少，葉片干物質轉移率過高或過低，均不利于個體生長，適宜水分（W2）的莖稈干物質積累量及轉移率均較高，能促進莖稈健壯生長，對后期穗器官干物質轉移率的提高有利。隨施氮量增加，總干物質積累量增加，但高氮（N3）處理的總干物質積累量有所下降，這可能與群體倒伏有關[13]。滴施一定的氮肥（N1、N2）在拔節期—孕穗期間能促進莖稈生長，在灌漿期能促進籽粒發育，并以N2處理的總干物質量、莖稈和穗器官干物質轉移率最高，分別達14.06 t/hm2、4534%和30.83%，但氮素過多，莖葉生長旺盛，穗器官干物質轉移率下降至57.21%，嚴重影響產量形成。

各因素對小麥整體干物質影響從大到小依次為水氮耦合、水分、氮素，對穗部干物質積累影響從大到小依次為水氮耦合、氮素、水分，對各器官的調控效應從大到小依次為莖稈、葉片、穗，說明在干旱灌溉區，肥水耦合調控效應是調節小麥生長的主要因素，對群體大小調控的主導因素為水分，而對穗器官發育調控的主導因素是氮素，由此，在實際生產中，應注重生育期的肥水運籌，在保證充足的水分供應以促進群體發展的同時，中后期適當施用氮肥，提高穗器官發育質量，才能保證小麥健壯高效生產，發揮以水調氮的綜合效應。

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