不同施氮量對冬小麥生長生理參數的影響

白 娟 李廣信

（山西農業大學農學院 山西太原 030031）

小麥是一種在世界各地廣泛種植的谷類作物，也是中國第二大糧食作物[1]，在我國廣泛種植。 國家統計局數據顯示，2022 年我國小麥種植面積為2.35×107hm2，其中有94.9%為冬小麥，其產量占到小麥總產量的96.5%。可見冬小麥在我國小麥產業中具有重要地位， 促進冬小麥穩產、 增產具有重要的意義。 在影響冬小麥生長的因素中，氮素營養占據著重要地位[2]。 有研究認為，土壤氮素供應水平對作物生長、發育和產量形成具有重要的調控作用，但是過度施用以氮肥為主的化肥會對作物生長和環境帶來不利影響。 已經有研究指出[3]，限制作物生產的一個重要因素就是對肥料資源的不合理應用， 小麥等主要糧食作物均有超過30%的減施氮肥潛力， 減少氮肥施用量后提高環境效益的潛力為3%～10%。 劉衛星等[4]的研究表明，適宜減施氮肥可以使小麥群體保持較好的生長狀態，減少無效生長。 梁玉超等[5]的研究提出， 適當控制氮肥施用量可以實現增產和抗倒伏的平衡。 此外也有研究表明，適當的有機肥替代可以改善作物的養分供應，并有利于作物的生長發育，從而提高作物產量[6-8]。 不同地區由于環境和作物的差異會導致最佳氮肥施用量的不同， 因此進行冬小麥土壤氮肥運籌試驗對當地農業生產具有重要意義。本文作者針對不同施氮量對冬小麥生長生理參數的影響進行研究， 以期為冬小麥氮肥合理用量選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于晉中市太谷區孟家莊山西農業大學試驗基地，屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫11℃、降雨量498 mm。土壤類型屬于褐土。耕作層土壤理化性質：土壤容重1.28 g/kg、有機碳含量1.36 g/kg、全氮含量2.01 g/kg、pH 為8.16、田間持水量0.38。

1.2 試驗材料

冬小麥供試品種為京冬22。 試驗所用氮肥為尿素（含氮量46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5含量12%），鉀肥為氯化鉀（K2O 含量60%），有機肥為商用雞糞（含氮量2.7%）。

1.3 試驗設計

冬小麥于2020 年10 月播種，2021 年6 月收獲。試驗采用完全隨機設計，設7 個肥料處理，包括CK（不施氮肥）、N1（單施無機氮肥，純N 量為100 kg/hm2）、N2（單施無機氮肥，純N 量為200 kg/hm2）、N3（單施無機氮肥，純N 量為300 kg/hm2）、MN1（化肥與有機肥按3∶1 配施，純N 量為100 kg/hm2）、MN2（化肥與有機肥按3∶1 配施，純N 量為200 kg/hm2）、MN3（化肥與有機肥按3∶1 配施，純N 量為300 kg/hm2）。每個處理重復3 次，共21 個小區。 每個小區面積為20 m2，行距為0.2 m，并在大田四周設置保護行。

施肥方法：有機肥和磷肥、鉀肥作基肥施入，氮肥的基追比為1∶1，其他田間管理措施按照當地的標準統一進行。

1.4 數據獲取與分析

在冬小麥的拔節期、 抽穗期和灌漿期進行樣品采集和指標測定。 每個小區選取代表性的植株10 株測定株高， 選取20 cm 行長的植株進行破壞性取樣測定葉重和地上部生物量。 葉片葉綠素含量的測定采用乙醇浸泡-紫外分光光度法，葉片可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍染色法。

采用Microsoft Excel 2019 統計軟件進行數據整理和繪圖，采用SPSS 22.0 進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量下冬小麥生長參數的變化

與CK 相比，施氮處理對各生長參數的影響不同（表1）。不同施氮處理株高均有顯著提高，拔節期、抽穗期和灌漿期的株高分別提高了63.03%、23.56%、10.14%。拔節期和抽穗期以MN3處理的株高最高，分別為49.48 cm、69.75 cm，灌漿期則以MN2處理最高，為88.42 cm，但與MN3處理差異不顯著。 除了灌漿期株高表現為N1＞MN1外，同一施氮水平下有機肥配施處理的株高均高于化肥單施處理。

表1 不同施氮處理對不同生育時期冬小麥生長參數的影響

除了拔節期和抽穗期的葉鮮重及抽穗期的葉干重， 施氮處理對冬小麥葉片鮮重和干重的影響都不顯著，隨著生育時期的變化，總體呈現出先增大后降低的趨勢，以抽穗期N2處理最高。

施氮處理的冬小麥地上部生物量一般高于CK，但拔節期N3處理的地上部鮮重低于CK， 地上部干重與CK 持平，差異并不顯著。 抽穗期和灌漿期MN2處理的地上部鮮重和干重最高， 分別為5.76 kg/m2、1.29 kg/m2和6.67 kg/m2、 2.43 kg/m2， 且除了抽穗期地上部干重， 其他時期MN2處理表現為顯著高于其他處理。 同一施氮水平下有機肥配施處理的地上部生物量均高于化肥單施處理。

2.2 不同施氮量下冬小麥生理參數的變化

不同施氮處理對冬小麥葉片葉綠素含量的變化有一定影響（表2）。 在3 個生育時期葉綠素a 含量的最大值均出現在N2處理， 與CK 相比， 分別增加了46.02%、26.65%、18.80%。 而3 個生育時期葉綠素b含量最大值分別出現在MN1、N1、N2處理，且與CK 相比分別增加了3.26%、19.71%、42.39%， 在抽穗期和灌漿期表現差異顯著。 從整體葉綠素含量來看，3 個時期最大值分別出現在N2、N1、N2處理， 且抽穗期N1與N2處理之間差異不顯著， 與處理CK 相比分別增加了30.60%、22.22%、25.15%。 隨著生育時期的推進3 個葉綠素含量指標總體呈現出先增加后降低的趨勢。

表2 不同施氮處理對不同生育時期冬小麥葉片葉綠素含量的影響

不同施氮處理對冬小麥葉片可溶性蛋白含量具有一定影響（圖1）。拔節期葉片可溶性蛋白的含量在44.46～62.02 mg/g 之間，各處理間差異顯著；抽穗期葉片可溶性蛋白的含量在39.22～47.32 mg/g 之間，與CK 相比，除N2處理以外其余5 個氮肥處理均表現為差異顯著； 灌漿期的含量則在14.69～24.42 mg/g 之間，與CK 相比，除N1、MN1處理以外其余4 個氮肥處理均表現為差異顯著。 拔節期和灌漿期MN3處理的葉片可溶性蛋白的含量顯著高于其他處理， 抽穗期MN3處理含量最高， 但與N3、MN2處理差異不顯著。從圖1 可以看出，隨著生育時期的推進，冬小麥葉片可溶性蛋白含量呈現出降低的趨勢。

圖1 不同施氮處理對冬小麥葉片可溶性蛋白含量的影響

2.3 不同施氮量對冬小麥生長生理參數的影響

通過對冬小麥不同生育時期的生長生理參數進行方差分析（表3）可知，施用氮肥對不同生育時期各生長生理參數影響較大，其中施用氮肥對拔節期、抽穗期和灌漿期的株高、葉鮮重、地上部鮮重、葉綠素a含量和葉片可溶性蛋白含量均有極顯著的影響，而施肥對葉干重和地上部干重在抽穗期和灌漿期均有極顯著影響， 對葉綠素含量在拔節期和灌漿期達到極顯著影響， 對葉綠素b 含量僅在抽穗期和灌漿期達到顯著影響。

表3 施氮量對不同生育時期冬小麥生長生理參數影響的方差分析

3 討論與結論

不同施氮量對作物生長具有顯著影響。 在本研究中，施氮處理均顯著提高了冬小麥株高，且有機肥配施處理的株高高于化肥單施處理， 表明施用氮肥可提高植株株高，促進小麥生長，而有機肥配施可以在一定程度上減少化肥的使用量，這與張久明[7]等的研究結果一致。 本研究表明，施氮處理對冬小麥葉片質量和地上部生物量均有一定影響， 但總體來說葉片質量的變化并不明顯， 地上部生物量更能體現不同施氮水平對植株的影響，MN2處理地上部生物量最大， 表明有機肥與化肥配施的中等施氮水平對冬小麥生物量的積累比較有利，賈崢嶸[9]等的研究也表明， 中氮處理時冬小麥前期生長既不會因缺少氮影響生長，也不會因氮過量造成干物質過量積累，影響冬小麥后期的生長。

氮素是植物合成葉綠素的重要元素， 施氮一般能促進植物葉片葉綠素的合成[10-11]。 師箏等[12]的研究結果表明， 施氮量對小麥生長特性和產量有顯著影響，隨著施氮量的增加，小麥的SPAD 值和葉綠素含量增加。 陳天鑫等[13]的研究指出，施氮量的增加能提高小麥植株氮素代謝水平， 從而增加葉片葉綠素含量， 但增施氮肥至270 kg/hm2時會影響小麥對土壤中其他營養元素的吸收， 從而在一定程度上抑制了葉綠素的合成。 本研究對冬小麥葉綠素含量的分析顯示，隨著生育時期的推進，葉綠素含量呈現先增加后降低的趨勢， 在中等施氮200 kg/hm2水平下葉綠素含量最高， 可見適宜的施氮量能促進小麥葉片生長發育，增大葉面積，從而提高葉綠素含量，這與前人的研究結果一致。

植物可溶性蛋白質作為滲透調節物質， 可以在一定程度上反映植物的新陳代謝是否正常， 在氮素代謝中也起到了代謝庫的作用[14]。因此植物體同化物質含量的多少將直接影響到植株體內的代謝強度。范雪梅等[15]指出在一定施氮范圍內，小麥旗葉可溶性蛋白質含量可以隨著施氮量的增加而升高。 本研究發現， 有機肥配施的高氮水平處理冬小麥可溶性蛋白含量高于其他處理， 說明中氮和高氮的施氮措施可以提高冬小麥葉片的可溶性蛋白含量， 這與郭麗等[16]的研究結果一致。

本研究也根據方差分析法對冬小麥生長生理參數與施氮量的關系進行了分析， 結果表明， 施氮對拔節期、 抽穗期和灌漿期冬小麥生長生理參數普遍存在不同程度的影響， 施用氮肥可以作為冬小麥田間管理的一項重要措施來改善作物生長發育的土壤環境。

綜上所述， 不同施氮量會對冬小麥的生長發育產生不同影響。 在本試驗條件下，施氮可以顯著提高冬小麥的株高，促進地上部生物量的積累，提高葉片葉綠素含量和可溶性蛋白含量，但對葉片質量的影響有限。 其中有機肥配施氮肥的高氮水平（300 kg/hm2）對冬小麥株高和葉片可溶性蛋白的提高最明顯， 有機肥配施氮肥的中氮水平 （200 kg/hm2） 對冬小麥地上部生物量積累促進明顯， 單施無機肥的中氮水平（200 kg/hm2）對葉片葉綠素含量提高最明顯。 因此，適宜的氮肥施用量可以促進冬小麥的生長發育，在本研究中結合農田減氮的背景，建議施氮量為200 kg/hm2的中氮水平，并輔以有機肥配施。