氮肥增效劑與氮肥減量配施對冬小麥葉片生理及產量的影響

張永強,陳傳信,徐其江,聶石輝,雷鈞杰,劉昌文

(1.新疆農業科學院糧食作物研究所/農業農村部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室,烏魯木齊 830091;2.喀什地區農業技術推廣中心,新疆喀什,844000)

0 引 言

【研究意義】肥料是作物生長的“營養庫”[1-2]。氮肥增效劑與肥料配施,可緩慢釋放肥料中的營養元素,減少肥料的損耗,使作物充分吸收利用,提高肥料利用率,并可調節作物生理功能[3]。氮素是植物體內蛋白質、核酸、葉綠素和一些激素的重要組成部分,也是控制植物生長、光合作用和產量形成的重要因素[4-5]。但過量施用氮肥,會導致土壤中氮肥過剩,且未被作物吸收的氮肥會以各種方式損失而利用率低。研究氮肥增效劑與不同氮肥減量配施對提升冬小麥生長發育、葉片生理及產量和氮肥利用效率影響,對尋求最佳的減量配施模式有實際意義。【前人研究進展】氮肥增效劑能夠在一定程度上抑制和調控尿素的水解、硝化及反硝化等過程,在一定程度上減少氮素損失,提高氮肥利用效率[6];氮肥增效劑能促進有效穗增加,提高成穗率,提高氮肥利用率和小麥生產效率,促進小麥增產增收[7];還能減少施氮次數,節約肥料用量,降低成本[8]。添加氮肥增效劑可增加水稻產量,增強營養元素吸收能力,氮、磷、鉀肥料利用率均表現不同程度的提高[9];脲酶抑制劑與氮肥減量20%配施,可顯著提高水稻產量,提高土壤硝態氮含量和氮肥利用率,有效減少了土壤氮損耗,有利于土壤保持養分[10]。【本研究切入點】氮肥增效劑應用效果除受其自身化學性質的影響外,還會受到土壤質地、土壤有機質含量以及土壤溫度、土壤含水量和pH等環境因素的影響;而前人研究地點多是在內地、雨養農業模式下進行,目前在新疆干旱灌區農業模式方面的報道較少。需研究氮肥增效劑與氮肥減量配施對冬小麥葉片生理及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】大田試驗條件下,設置氮肥增效劑與不同的氮肥減施量配施試驗,研究氮肥增效劑與氮肥減量配施下冬小麥生長發育、葉片生理及產量和氮肥利用效率的變化規律,分析冬小麥在使用氮肥增效劑下的適宜的減氮量,為氮肥增效劑在冬小麥實際生產應用中提供指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗設在新疆喀什地區澤普縣新疆小麥育種家澤普基地脫絨廠試驗地(77°16' E,38°10' N),海拔1 215～1 490 m,屬暖溫帶大陸性干旱氣候,年平均氣溫11.4℃,極端最高氣溫39.5℃,極端最低氣溫-22.7℃。土壤為沙壤土,前茬為夏大豆,土壤有機質為 1.487 g/kg,全氮 0.635 g/kg,堿解氮37.3 mg/kg,速效磷18.2 mg/kg,速效鉀104.0 mg/kg。

供試小麥品種為新冬57號,于2020年10月15日適墑播種,播量300 kg/hm2,行距15 cm。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

以氮肥增效劑(有效成分:2-氯-6-三氯甲基吡啶,簡稱CP)為材料,設置5個不同氮肥增效劑與追施氮肥減量配施處理、1個常規模式和1個不施氮對照,共計7個處理,施用時將氮肥增效劑與肥料充分拌勻后施用。采用大區種植(面積2 100 m2=42 m×50 m)。播種前結合整地基施磷酸二銨450 kg/hm2;在越冬期、返青期、拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期各灌水1次,灌水量分別為1 050、900、1 050、900、750和750 m/hm2;其他病蟲草害防治措施與當地高產田保持一致。表1

表1 不同處理氮肥與氮肥增效劑施用時期、比例及施用量

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 葉綠素相對含量(SPAD值)

于冬小麥開花期、灌漿期,采用日本生產的SPAD-502葉綠素測定儀測定,每葉從基部到尖端測3點取平均值,每處理測30片旗葉。

1.2.2.2 光合參數

于冬小麥開花期、灌漿期,用LI-6400便攜式光合儀,于晴天11:00～13:00測定各處理冬小麥旗葉的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)等指標,每處理測定5片旗葉。

1.2.2.3 產量構成因素

于小麥成熟期,在每個處理分別取具有代表性的1 m×2行樣點3個,室內考種,計算出有效穗數、穗粒數和千粒重。另每處理分別選取3個具有代表性的樣點4 m2(2 m×2 m)實收,用于測定生物量和籽粒產量。

1.2.2.4 氮素利用效率

氮肥農學利用效率(kg/kg)=(施氮區籽粒產量-氮空白區籽粒產量)/施氮量;

氮肥偏生產力(kg/kg)=籽粒產量/施氮量。

1.3 數據處理

采用Microsoft office 2016軟件進行數據處理和繪圖,采用SPSS統計分析軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對冬小麥開花期、灌漿期旗葉SPAD的影響

研究表明,與不施氮肥的處理相比,常規模式和不同程度減氮處理均能提高小麥開花期和灌漿期葉片的SPAD值。與常規模式相比,在使用CP條件下,減氮5%、減氮15%時冬小麥旗葉葉綠素含量(SPAD值)有明顯提高,減氮25%時冬小麥的旗葉葉綠素含量(SPAD值)仍有提高;在使用CP條件下,減氮35%、減氮45%時,冬小麥旗葉葉綠素含量(SPAD值)出現不同程度降低。圖1

圖1 不同處理下冬小麥開花期、灌漿期旗葉SPAD變化

2.2 不同處理對冬小麥開花期、灌漿期旗葉凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)的影響

研究表明,與常規模式相比,在使用氮肥增效劑(CP)條件下,減氮5%時,冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)有明顯提高,減氮15%時,冬小麥的旗葉Pn仍有提高;減氮25%時,冬小麥的旗葉Pn略有降低,但與常規模式處理間差異不大;在使用CP條件下,減氮35%、減氮45%時,冬小麥旗葉Pn出現明顯降低。不同處理小麥旗葉蒸騰速率(Tr)與Pn的變化規律基本相同,處理間同樣表現為在使用氮肥增效劑條件下,減氮5%時,冬小麥旗葉Tr有明顯提高,減氮15%時,冬小麥的旗葉Tr仍有提高;減氮25%時,冬小麥的旗葉Tr略有降低,但與常規模式處理間差異不顯著;在使用CP條件下,減氮35%～45%時,冬小麥旗葉Tr呈現出明顯降低變化。圖2

圖2 不同處理下冬小麥開花期、灌漿期旗葉凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)變化

2.3 不同處理對冬小麥開花期、灌漿期旗葉胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導度(Gs)的影響

研究表明,不同處理冬小麥旗葉氣孔導度(Gs)與凈光合速率(Pn)及蒸騰速率(Tr)的變化規律相似,與不施氮的處理相比,常規模式和減氮模式均提高了葉片的氣孔導度(Gs);但與常規模式相比,在使用氮肥增效劑(CP)條件下,減氮5%時,冬小麥旗葉凈Gs有明顯提高,減氮15%時,冬小麥的旗葉Gs仍有提高;減氮25%時,冬小麥的旗葉Gs略有降低,但與常規模式處理間差異不顯著;在使用CP條件下,減氮35%、減氮45%時,冬小麥旗葉Gs出現明顯降低。不同處理冬小麥旗葉胞間CO2濃度(Ci)與Pn、Tr、Gs的變化規律基本呈現出相反的趨勢,處理間旗葉Gs在減氮5%+CP處理最低,不施氮處理最高;在使用CP的條件下,隨著減氮量由15%依次增大到45%時,旗葉Gs呈逐漸增大的趨勢。圖3

圖3 不同處理下冬小麥開花期、灌漿期旗葉胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導度(Gs)變化

2.4 不同處理對冬小麥產量及肥料利用效率的影響

研究表明,在使用氮肥增效劑(CP)條件下,與常規模式相比冬小麥有效穗數、穗粒數多呈增加趨勢,除不施氮處理(554.35×104穗/hm2)、減氮45%+CP處理(612.65×104穗/hm2)顯著低于其他處理外,其它各處理間差異不顯著。與不施氮處理相比,增施氮肥能顯著增加冬小麥穗粒數并提高千粒重;與常規模式,在使用CP的條件下,減氮5%～25%時,穗粒數有所增加、千粒重略有降低,但處理間差異不顯著;減氮35%～45%時,穗粒數及千粒重均出現降低趨勢,且處理間差異達顯著水平(P<0.05)。不施氮處理相比,增施氮肥使冬小麥的籽粒產量明顯提高,處理間差異均達到了顯著水平(P<0.05);與常規模式相比,在使用CP時,減氮5%時小麥增產5.88%,減氮15%小麥增產3.62%;減氮25%小麥增產1.60%;減氮35%～45%時小麥產量出現了不同程度降低,分別降低6.22%(P<0.05)和19.32%(P<0.05)。與常規模式相比,在使用CP的條件下,減氮45%時氮肥農學利用效率出現了降低,氮肥偏生產力卻明顯提高;減氮5%～35%時,氮肥農學利用效率和氮肥偏生產力均有明顯提高。處理間,隨著氮肥減量的增加,小麥氮肥農學利用效率和氮肥偏生產力均呈"先增后降"的變化規律,氮肥農學利用效率在減氮25%+CP處理達到最大為12.16 kg/kg,氮肥偏生產力在減氮35%+CP處理達到最大為32.30 kg/kg。表2

表2 不同處理下冬小麥產量及肥料利用效率變化

3 討 論

過量施用氮肥是造成氮素大量流失,是氮肥利用率低主要原因之一[11]。氮肥增效劑與氮肥配合使用,可有效降低氮肥中的養分釋放速度,減少養分的損失,能有效提高作物對氮的吸收利用,從而促進作物生長發育及產量的提高。吳承杰等[12]和胡田田等[11]均研究表明,不同時期施用氮肥增效劑均能有效抑制土壤中的硝化作用,提高土壤銨態氮的含量來減少氮肥的損失,幫助增加小麥根部區域的氮素吸收,從而減少氮肥的損失,提高肥料的有效利用,促進小麥的生長。李玉等[13]研究表明,尿素添加脲酶抑制劑可以增加小麥株高、提高小麥葉片中的葉綠素含量,增加小麥分蘗數,促進小麥后期營養器官中的干物質向籽粒轉運,提高小麥產量。張盼盼等[14]研究表明,在氮肥減施20%和10%時添加硝化抑制劑2-氯-6-三氯甲基吡啶,玉米籽粒產量均達到正常施氮水平,氮肥減施添加硝化抑制劑處理通過增加穗粒數促進籽粒高產。帥鵬等[15]研究表明,施用氮肥增效劑能夠提高水稻生育后期葉片葉綠素含量和保護酶活性,增強葉片組織保護能力,延緩葉片衰老進程,延長葉片光合功能期,提高產量和氮肥利用率。研究結果表明,增施氮肥可以提高冬小麥旗葉SPAD值,配施氮肥增效劑(CP)條件下,減氮5%、減氮15%時冬小麥旗葉SPAD值有明顯提高,減氮25%時冬小麥的旗葉SPAD值仍有提高;減氮35%、減氮45%時冬小麥旗葉SPAD值出現不同程度降低。在使用CP條件下,減氮5%時冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs均有明顯提高,減氮15%時冬小麥的旗葉Pn、Tr、Gs仍有提高;減氮25%時小麥的旗葉Pn、Tr、Gs略有降低,減氮35%、減氮45%時冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs出現明顯降低;冬小麥旗葉Ci與Pn、Tr、Gs基本呈現出相反的變化趨勢。

桂召貴等[8]和過維鈞等[16]均研究指出,小麥使用氮肥增效劑后,主要是促進成穗率的增加,單位面積的有效穗數均有明顯增高。許靖等[17]研究也認為,氮肥中添加硝化抑制劑有利于小麥增產。原因可能在于促進了小麥有效分蘗的形成,進而增加了小麥穗數。研究表明,在使用CP條件下,與常規模式相比冬小麥有效穗數、穗粒數多呈增加趨勢;減氮5%～25%時,穗粒數有所增加、千粒重略有降低;減氮35%～45%時,穗粒數及千粒重均出現降低趨勢。在使用CP時,減氮5%時小麥增產5.88%,減氮15%小麥增產3.62%;減氮25%小麥增產1.602%;減氮35%～45%時小麥產量出現了不同程度降低,分別降低6.22%和19.32%。與常規模式相比,在使用CP的條件下,減氮45%時氮肥農學利用效率出現了降低,氮肥偏生產力卻明顯提高;減氮5%～35%時,氮肥農學利用效率和氮肥偏生產力均有明顯提高。處理間,隨著氮肥減量的增加,小麥氮肥農學利用效率和氮肥偏生產力均呈“先增后降”的變化規律,氮肥農學利用效率在減氮25%+CP處理達到最大為12.16 kg/kg,氮肥偏生產力在減氮35%+CP處理達到最大為32.30 kg/kg。氮肥增效劑有提高小麥成穗率,增加有效穗,在增加穗粒數的同時粒重也有一定的增加,促進高產的作用。

4 結 論

氮肥增效劑與氮肥減量配施可促進冬小麥的生長發育,改善葉片生理特性,提高冬小麥籽粒產量和氮肥利用效率。在使用氮肥增效劑(CP)條件下,減氮5%～25%時冬小麥的旗葉SPAD值仍有提高,減氮35%～45%時降低了冬小麥旗葉SPAD值;冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs,在減氮5%時均有明顯提高,減氮15%時略有提高,減氮25%時略有降低,減氮35%～45%時明顯降低;冬小麥旗葉Ci與Pn、Tr、Gs基本呈現出相反的變化趨勢。減氮模式下,CP提高冬小麥有效穗數、穗粒數,但減輕了千粒重。與常規模式相比,減氮5%～25%時小麥增產幅度在1.60%～5.88%,減氮35%～45%時小麥產量降低了6.22%～19.32%。與常規模式相比,CP總體上提高了氮肥農學利用效率和氮肥偏生產力。在配施氮肥增效劑的基礎上,減少15%～25%的氮肥投入且冬小麥仍有一定的增產。