施氮量對滴灌冬小麥干物質積累、分配與轉運的影響

雷鈞杰，張永強，賽力汗·賽，薛麗華，梁玉超，張宏芝，陳興武,王志敏

(1.中國農業大學農學院，北京 100193； 2.新疆農業科學院糧食作物研究所，新疆烏魯木齊 830091；3.新疆農業科學院核技術生物技術研究所，新疆烏魯木齊 830091； 4.新疆農業大學農學院，新疆烏魯木齊 830052； 5.農業部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室，新疆烏魯木齊 830091)

施氮量對滴灌冬小麥干物質積累、分配與轉運的影響

雷鈞杰1,2,5，張永強2,5，賽力汗·賽1,2,5，薛麗華2,5，梁玉超4，張宏芝3,5，陳興武2,5,王志敏1

(1.中國農業大學農學院，北京 100193； 2.新疆農業科學院糧食作物研究所，新疆烏魯木齊 830091；3.新疆農業科學院核技術生物技術研究所，新疆烏魯木齊 830091； 4.新疆農業大學農學院，新疆烏魯木齊 830052； 5.農業部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室，新疆烏魯木齊 830091)

為明確施氮量對滴灌冬小麥干物質積累、分配、轉運及產量的影響，于2013-2015年連續兩個冬小麥生長季，以新冬18號為試驗材料，在大田滴灌條件下，設置了0 (N0)、94.5 (N1)、180 (N2)、240 (N3)、300 (N4)、360 kg·hm-2(N5)共6個施氮量處理，通過單因素隨機區組試驗，研究了不同施氮量下滴灌冬小麥干物質積累、分配及轉運的特點。結果表明，不同施氮量處理下滴灌冬小麥單莖干物質積累量隨生育進程均呈“S”曲線變化。成熟期干物質積累量、花前干物質的轉運量及其轉運效率、花后同化物積累量均以N3處理最高；花前干物質轉運對籽粒產量的貢獻率以及籽粒產量在兩年中均隨施氮水平的提高呈先增后減趨勢，也均以N3處理最高，其中產量兩年分別較N0處理增產68.01%和67.39%。因此，在本試驗條件下，240 kg·hm-2施氮量最有利于滴灌冬小麥干物質積累、轉運和高產。

滴灌；冬小麥；施氮量；干物質積累；干物質分配與轉運

作為新疆的主要糧食作物，小麥的高產穩產對保證該地區糧食安全至關重要。氮素是限制小麥生長發育和產量形成的主要因素[1]，施用氮肥能顯著影響小麥干物質積累、分配和轉運[2-4]，故合理施氮是小麥高產栽培的重要要求[5]。近年來，隨著滴灌節水技術在小麥栽培上的應用推廣，滴灌小麥栽培面積不斷擴大，但目前與之配套的施肥技術仍然存在諸多問題，致使滴灌小麥增產增收的潛力均難以充分發揮。因此，研究施氮量對滴灌冬小麥干物質積累與轉運特征的影響，探索滴灌冬小麥的適宜施氮量，對于肥料高效利用和滴灌小麥高產具有重要的現實意義。

有關氮肥運籌對小麥生長發育的影響研究頗多，研究內容主要涵蓋了施氮量對春小麥干物質積累、產量、氮肥利用率及氮平衡[6-7]、對旱地小麥氮素吸收轉運[8]、籽粒灌漿特性、葉片光合特性和籽粒產量的影響[9-10]，以及氮肥不同基追比[11]、追氮時期[12]、施肥頻率[13]等方面。但是，前人的研究多是在漫灌條件下開展的，而針對滴灌冬小麥施氮量效應的研究報道較少[14-15]，且由于作用品種及地區差異，研究結果不盡相同。因此，針對滴灌冬小麥施肥技術中適宜施氮量的問題仍有必要開展進一步的深入研究。為此，本研究在大田滴灌條件下，分析了不同施氮量下滴灌冬小麥干物質積累、轉運及分配特征，揭示滴灌冬小麥產量形成對施氮量的響應規律，以期確定滴灌冬小麥的適宜施氮量，為滴灌冬小麥高產高效栽培中合理施氮提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2013-2015年在新疆農科院瑪納斯試驗站(44° N，86° E)進行。該區域屬暖溫帶大陸性干旱半干旱氣候區，年均日照時數2 700 ～ 2 800 h，年均氣溫7.2 ℃，年均降雨量205 mm，年均蒸發量1 691 mm，極端最高氣溫39.6 ℃，極端最低氣溫-37.4 ℃，全年無霜期165 ～ 172 d。試驗地土壤為沙壤土，前茬為大豆，播前耕層土壤有機質含量16.8 g·kg-1，全氮含量0.92 g·kg-1，堿解氮含量62.3 mg·kg-1，速效磷含量14.5 mg·kg-1，速效鉀含量164 mg·kg-1。冬小麥起身至成熟階段氣象參數見表1。

表1 冬小麥起身至成熟階段的氣象參數Table 1 Climatic data from upstanding stage to maturity of winter wheat

FTD:The first 10 days; STD:The second 10 days; TTD:The third 10 days.

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，設置0、94.5、180、240、300和360 kg·hm-26個施氮量處理，分別用N0～N5表示，每個處理重復3次，各處理施肥方案見表2。小區面積48 m2，小區間隔離帶60 cm。播前耙地3～4遍，耙深8 cm左右。小麥合墑播種，2013和2014年播種期分別為10月1日和9月28日，播種量均為270 kg·hm-2(播種密度675萬株·hm-2)。供試小麥品種為新麥18號。播前結合翻地，基施純氮94.5 kg·hm-2(尿素折算)、P2O5172.5 kg·hm-2(重過磷酸鈣折算)和K2O 52.5 kg·hm-2(硫酸鉀折算)。在冬小麥開花期、灌漿前期、灌漿中期，結合滴灌每次追施磷酸二氫鉀 22.5 kg·hm-2。全生育期采用滴灌方式灌水8次，具體滴灌時期及滴灌量見表3。

表2 滴灌小麥不同處理施氮總量及不同時期追氮量Table 2 Total nitrogen application amount and topdressing nitrogen at different growth stages of winter wheat under drip irrigation

表3 不同滴灌時期的滴灌量Table 3 Amount of drip irrigation at different stages m3·hm-2

1.3 測試項目與方法

1.3.1 小麥群體動態調查

小麥生育過程中調查基本苗、冬前總莖數、返青總莖數、起身期總莖數(春季最大總莖數)、收獲穗數。

1.3.2 干物質積累量測定

于冬小麥拔節期、孕穗期、開花期、花后12 d、花后24 d和成熟期，每小區每次取20個單莖，剪去根，將單莖分解成不同器官，105 ℃殺青15 min，80 ℃烘24 h至恒重后稱干重。采用Logistic方程擬合滴灌冬小麥干物質積累變化：

y=k/[1+e(a-bt)]

式中，y為冬小麥拔節后t天單莖干物質積累量；t表示冬小麥拔節后的天數；k表示冬小麥單莖干物質理論最大積累量；a、b為待定系數。

根據方程推導出最快生長時間段的起始時間(t1)、終止時間(t2)、最大相對生長速率(Vm)、最大相對生長速率出現時間(tm)和快速增長期持續的時間(△t)：t1=[lnea-1.317] /b；t2=[lnea+1.317]/b；Vm=-bk/4；tm=-a/b；△t=t2-t1。

同時計算干物質轉運特征參數[16]：

花前同化物轉運量=開花期全莖干重-成熟期單莖營養器官干重；

花后同化物積累量=成熟期籽粒干重-花前同化物轉運量；

花前同化物轉運效率=花前同化物轉運量/開花期營養器官干重×100%；

花前同化物對籽粒產量的貢獻率=花前同化物轉運量/成熟期籽粒干重×100%；

軒軒的爸爸媽媽所擔心的就是寶寶的性格問題。軒軒常常顯得喜怒無常、自制力差，執拗起來讓父母覺得在眾人面前“露怯”，可是他絲毫感覺不到自己“露怯”了。父母發愁了，寶寶沒有自知之明怎么行呢？

花后同化物對籽粒產量的貢獻率=花后同化物轉運量/成熟期籽粒干重×100%。

1.4 測產與考種

于冬小麥成熟期在各個小區分別選取4 m2(2 m×2 m)樣點，進行人工收割，脫粒后風干稱重，并折算產量(籽粒含水量為13%)。另從每小區量取1 m雙行樣段，調查有效穗數、穗粒數、千粒重等指標。

1.5 數據分析

采用 Microsoft Excel 2010 進行數據整理，運用 DPS 7.05 軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1施氮量對滴灌冬小麥單莖干物質積累的影響

滴灌冬小麥單莖干物質積累量兩年均隨生育進程的推進呈“S”曲線變化，表現為拔節期至孕穗初期干物質積累緩慢，而后干物質積累迅速，花后24 d至成熟期趨于平緩(圖1)。與不施氮(N0)處理相比，施氮顯著促進小麥干物質積累，且隨著施氮水平的提高，小麥單莖干物質累積量兩年均呈先增后降的趨勢，其中N3處理最高。通過Logistic方程模擬分析(表4)，隨著施氮量的增大，雖然干物質積累最大速率出現時間(tm)相對提前，但因其在一定范圍內同時增大了干物質積累最大速率(Vm)和干物質積累持續時間(△t)，故最終干物質累積量仍然較高，與實際相符；理論干物質積累量亦在N3處理達到峰值，繼續增加氮肥施用量后，總干物質積累量及特征值反而表現出不同程度的降低趨勢，說明施氮量過多或過少均不利于小麥光合產物的積累。

JS：拔節期;BS:孕穗期；AS：開花期；AA12：花后12 d；AA24：花后24 d；MS：成熟期。下圖同。

表4 不同施氮量下冬小麥地上部分干物質積累的Logistic方程模擬及其特征值Table 4 Logistic equations and their eigenvalues of dry matter accumulation of winter wheat shoot under different nitrogen application rate

t:冬小麥拔節后的天數；y:冬小麥干物質積累量；Vm:干物質最大增長速率；tm:干物質積累最大速率出現的時間；t1、t2:分別為 Logistic方程生長函數的兩個拐點；△t:干物質快速積累持續天數；**:P<0.01。

t:The days after jointing stage of winter wheat;y:Dry matter accumulation of winter wheat;Vm:The maximum increase rate of dry matter;tm:The days of the maximum dry matter accumulation rate occurred;t1andt2are two inflexions of the Logistic equations; △t:The continued days of dry matter rapid accumulation; **:P<0.01.

2.2施氮量對滴灌冬小麥不同器官干物質積累與分配的影響

2.2.1 施氮量對滴灌冬小麥不同器官干物質積累的影響

不同處理下滴灌小麥葉片干物質積累均呈先增后減趨勢(圖2)，在開花期葉干重最大。施氮后小麥葉片干物質積累量均顯著高于不施氮處理，開花前以N5處理的葉片干物質積累量最大，但至成熟期，卻以N3處理最高，這可能是因為施氮量過大易造成后期冠層下部郁閉，進而使葉片過早脫落所致。不同處理的小麥莖鞘干物質累積均表現為“快速增長-緩慢降低-迅速下降”的趨勢，累積峰值出現時間較葉片有所推遲，大致在開花后12 d左右(圖3)。不同處理中，莖鞘的干物質積累峰值以N3處理最高。各處理穗部干物質則隨著生育進程的推進表現為持續升高(圖4)，以N3處理積累量最大，但N5與N4處理差異較小。說明當施氮量達到一定水平后，繼續增施氮肥對各器官干物質積累的影響不大，反而造成肥料的浪費。

圖2 施氮量對滴灌冬小麥葉片干物質積累的影響

圖3 施氮量對滴灌冬小麥莖鞘干物質積累的影響

滴灌冬小麥葉片、莖鞘干重占單莖總干重的比例隨生育進程分別呈降低和先升后降的變化趨勢(表5)。與不施氮處理相比，施氮提高了葉片花后12 d前的干重比例，在花后12 d和成熟期則呈相反趨勢；過多施氮降低了莖鞘干重比例，到成熟期不同處理間差異縮?。皇┑欣谒敫芍乇壤黾?，但到成熟期不同處理間無顯著差異。這表明施氮影響滴灌小麥干物質分配。

圖4 施氮量對滴灌冬小麥穗干物質積累的影響

表5 施氮量對滴灌冬小麥各器官干物質分配比例的影響(兩年平均值)Table 5 Effect of nitrogen application rate on dry matter allocation ratio of winter wheat under drip irrigation (mean of two years) %

同列數字后的字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。下表同。

Values followed by different letters within the same column are significantly different among cultivars (lines) at 0.05 level.The same in other tables.

2.3 施氮量對滴灌冬小麥干物質轉運的影響

由表6可知，兩年試驗中，在施氮量不超過N3處理時，冬小麥花前同化物轉運量、轉運效率、對籽粒產量的貢獻率以及花后同化物積累量隨施氮水平的提高均呈增加趨勢；施氮量超過N3處理時，各指標變化不顯著或顯著下降。小麥花后同化物對籽粒貢獻率兩年均以N0處理最大，與其他處理差異顯著。表明在適宜的施氮范圍內增施氮肥可以促進滴灌冬小麥花前同化物在花后向籽粒的轉運以及花后干物質積累。

表6 施氮量對滴灌冬小麥同化物轉運量、轉運效率及對籽粒產量貢獻率的影響Table 6 Effect of nitrogen application rate on assimilation translocation amount,translocation proportion and contribution rate to grain yield of winter wheat under drip irrigation

2.4 施氮量對滴灌冬小麥產量及其構成的影響

由表7可知，與不施氮處理相比，施氮顯著增加滴灌冬小麥產量，但隨著施氮量的增加，兩年籽粒產量均表現出先增后降的趨勢，且均以N3處理最高。N3處理兩年分別較N0處理增產68.01%和67.39%。隨著施氮量的增加，千粒重和穗粒數與產量的變化趨勢一致，均以N3處理最大；而穗數表現為施氮處理高于不施氮處理，施氮處理間差異不明顯。說明施氮對滴灌冬小麥的增產效應主要因為提高了千粒重和穗粒數。

表7 施氮量對滴灌冬小麥產量及其構成的影響Table 7 Effect of different nitrogen application rate on the yield and yield components of winter wheat under drip irrigation

3 討 論

已有研究表明，干物質生產是作物產量形成的基礎，各種農藝措施對作物產量的影響大多與干物質積累特點及其轉化效率有關，干物質積累與合理分配是提高作物產量的關鍵[17]，而氮素營養是影響小麥干物質積累的主要因素[18]。張 娜等[19]、胡田田等[20]和張 杰等[21]研究表明，施用氮肥能夠顯著促進小麥干物質積累，并在一定施氮量范圍內，干物質的積累量隨施氮量的增多而增大，但超出這個范圍時，增施氮肥會導致干物質積累量不增反降。本研究中，增加施氮量可以提高滴灌冬小麥干物質積累量，但施氮量過高時干物質積累量反而降低，這與前人研究結論相似。適量增施氮肥能夠促進開花前營養器官貯存的干物質在花后向籽粒的轉運，從而提高籽粒產量[22]。屈會娟等[23]研究表明，小麥開花前干物質的轉運對籽粒產量的貢獻率為21%～37%，而花后干物質對籽粒產量的貢獻率均在60%以上。本研究表明，不同處理的滴灌冬小麥花前同化物對籽粒產量的貢獻率為26.40%～37.85%，花后為62.15%～73.60%，可見滴灌冬小麥籽粒產量的形成同樣以花后同化物積累為主，與前人研究結論一致。但本研究中，適當增施氮肥可以有效促進滴灌小麥花前營養器官儲存的同化物向籽粒的轉運，有利于提高滴灌小麥產量。

前人研究發現，小麥的產量與氮素的營養水平關系密切[24]，適量施用氮肥后，水稻氮肥利用率有所提高[25]；施氮量過高時，小麥穗粒數雖在一定水平上有所增加，但由于未能彌補由于千粒重和穗數的大幅降低而造成的產量損失，最終導致小麥產量不增反降[26]。侯麗麗等[27]、Jaime等[28]研究表明，在低氮水平時，增施氮肥后，小麥籽粒產量提高，當施氮量達到高限時，進一步增施氮肥，可使產量降低。本研究表明，隨著施氮量的增加，滴灌冬小麥籽粒產量先增后降，且兩年均在施氮量為240 kg·hm-2(N3處理)時產量達到最高，這與前人研究結果一致。在千粒重方面，張 銘等[29]和林 琪等[30]均認為，隨施氮量的增加，小麥千粒重呈下降趨勢。本研究中，隨著施氮量的增加，滴灌冬小麥千粒重呈先增后降的變化趨勢，這與前人研究結果不一致，這可能是由于在滴灌條件下，肥料隨水直接作用于小麥根區，同時滿足了水、肥的需求，極大地提高了肥料利用效率所致。

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EffectofNitrogenApplicationRateonDryMatterAccumulation,DistributionandTranslocationofWinterWheatunderDripIrrigation

LEIJunjie1,2,5,ZHANGYongqiang2,5,Sailihan·SAI1,2,5，XUELihua2,5,LIANGYuchao4，ZHANGHongzhi3,5,CHENXingwu2,5,WANGZhimin1
(1.College of Agronomy,China Agricultural University,Beijing 100193,China; 2.Research Insititute of Grain Crops,Xinjiang Academy of Agricultural Science,Urumqi，Xinjiang 830091,China; 3.Research Insititute of Nuclear and Biological Technologies,Xinjiang Academy of Agricultural Science,Urumqi，Xinjiang 830091,China； 4.College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University,Urumqi，Xinjiang 830052,China; 5.Key Laboratory of Desert-Oasis Crop Physiology,Ecology and Cultivation,Ministry of Agriculture,Urumqi，Xinjiang 830091,China)

To explicit the effect of nitrogen fertilization rate on dry matter accumulation,distribution,translocation and yield of winter wheat under drip irrigation,two-year field experiments with six treatments including 0 kg·hm-2(N0),94.5 kg·hm-2(N1),180 kg·hm-2(N2),240 kg·hm-2(N3),300 kg·hm-2(N4),and 360 kg·hm-2(N5) were conducted by using randomized block experiment design in wheat growing seasons from 2013 to 2015,with Xindong 18 as material.The results indicated that dry matter accumulation under all of the treatments showed an “S” curve.Dry matter accumulation,the translocation of assimilates before and after flowering and their translocation rate,and the average value of translocation of assimilates before and after flowering reached the maximum under N3treatment.The contribution rate of dry matter before anthesis translocation to grain presented a trend of N3>N2>N4>N5>N1>N0in both two-year experiments,and maximum yield was also obtained under N3in two years,which was 68.01% and 67.39% higher than that of N0,respectively.The results showed that the largest accumulation of dry matter and the highest yield for winter wheat can be achieved with nitrogen application rate of 240 kg·hm-2with drip irrigation.

Drip irrigation; Winter wheat; Nitrogen application rate; Dry matter accumulation; Dry matter distribution and translocation

時間：2017-08-08

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170808.0911.022.html

2017-01-18

2017-04-20

新疆維吾爾自治區重點研發計劃項目(2016B01002-3)；新疆維吾爾自治區公益性科研院所基本科研業務經費資助項目(KY2015002,KY2013058)；新疆維吾爾自治區自然科學基金面上項目(2014211A028)；新疆維吾爾自治區科技支撐項目(201231103)；國家小麥產業技術體系項目(CARS-3)

E-mail：leijunjie@sohu.com

王志敏(E-mail:zhimin206@263.net);陳興武(E-mail:cxw0723@sina.com)

S512.1；S311

： A

：1009-1041(2017)08-1078-09