不同施氮量對旱地小麥產(chǎn)量和氮素轉(zhuǎn)運的影響

干旱農(nóng)業(yè)在我國農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著極其重要的作用。為實現(xiàn)旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)目標,需要合理施肥。在肥料中,氮肥和磷肥均對小麥植株氮素代謝、籽粒蛋白質(zhì)和產(chǎn)量形成具有重要的調(diào)控作用。因此,研究氮磷肥的施用量及其配比對旱地小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)具有十分重要的意義。研究表明,氮磷肥影響小麥植株氮素的積累和轉(zhuǎn)運［１－３］,而花前貯存氮素在花后向籽粒的轉(zhuǎn)運對小麥籽粒蛋白質(zhì)含量起決定性作用［４］,花后氮素積累也進一步影響蛋白質(zhì)含量的高低［２］。在灌溉條件下,施氮量由120kg·hm－２增加到240kg·hm－２時,小麥營養(yǎng)器官的氮素積累量增加,而營養(yǎng)器官積累的氮素在花后向籽粒的轉(zhuǎn)運效率降低,籽粒蛋白質(zhì)含量也下降［５］。在施氮量低于150kg·hm－２時,增施氮肥后,旱地小麥各生育時期植株氮素積累量、成熟期籽粒氮素積累量、花前吸收氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運量和花后氮素吸收量顯著增加;施氮量超過150kg·hm－２后,成熟期籽粒氮素積累量及其分配比例降低,而營養(yǎng)器官氮素積累量及其分配比例升高［６］。施磷促進作物對氮素的吸收,但施磷過量則產(chǎn)生抑制作用［７］。適量施磷可顯著提高旱地小麥產(chǎn)量,不足或高量施磷,作物生長與產(chǎn)量形成均會受到抑制,適量施磷時氮素積累量和積累速率較早達到最大值,高量施磷不僅不能提高作物產(chǎn)量,還會增加生長后期作物體內(nèi)的氮素損失［８］。氮磷配施對小麥有明顯的增產(chǎn)作用［９］。不同氮磷配施對旱地小麥的干物質(zhì)積累、產(chǎn)量以及水分利用效率的影響順序基本一致,即高氮高磷>高氮低磷>低氮低磷>低氮高磷［１０－１１］。綜觀前人的研究,氮磷肥的施用比例對小麥植株中氮素的積累、分配以及籽粒產(chǎn)量均有顯著影響,但這些研究多集中于旱地或水地條件下氮磷單施或配施對小麥氮素吸收轉(zhuǎn)運以及產(chǎn)量與品質(zhì)的影響,而對于可改善土壤水分等理化狀況的免耕覆蓋條件下旱地小麥的氮磷配施效應(yīng)的研究尚不多見。為此,本試驗在深松耕作和地膜覆蓋條件下,研究了氮磷肥施用量和配比對小麥氮素積累和轉(zhuǎn)運及產(chǎn)量的影響,以期為免耕覆蓋條件下旱地小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1供試小麥品種及方案本試驗為從2009年至今連續(xù)多年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)旱地小麥聞喜試驗基地進行旱地小麥蓄水保墑技術(shù)研究的一部分。試驗地為夏閑地,土壤為黃土母質(zhì)上發(fā)育而成的石灰性褐土,耕層有機質(zhì)含量為8.65g·kg－１,全氮含量0.74g·kg－１,堿解氮含量32.93mg·kg－１,速效磷含量20.08mg·kg－１。供試小麥品種為運旱20410。試驗采用二因素裂區(qū)設(shè)計,以施氮量為主區(qū),設(shè)150和180kg·hm－２2個水平;以氮磷配比(純N∶P２O５)為副區(qū),設(shè)1∶0.5、1∶0.75、1∶1三個水平。重復(fù)3次,小區(qū)面積90m２(3m×30m)。前茬小麥收獲時留高茬,7月中旬采用深松機深松,深施有機肥(有機質(zhì)≥25%,N+P２O５+K２O≥6%)1500kg·hm－２,8月下旬耙耱收墑,氮磷肥全部于播前基施,并同時基施鉀肥(K２O)150kg·hm－２,10月1日地膜覆蓋播種,播量為97.5kg·hm－２,基本苗數(shù)225×10４株·hm－２,常規(guī)管理。1.2干物質(zhì)量的測定植株干物質(zhì)量及含氮量的測定:于開花期、成熟期每小區(qū)隨機取樣20株,按器官分離,開花期植株樣品分為葉片、莖稈+葉鞘、穗三部分,成熟期分為葉片、莖稈+葉鞘、穎殼+穗軸、籽粒四部分。樣品于烘箱100℃殺青后,70℃烘干至恒重,測定干物質(zhì)量。樣品磨碎,用H２SO４-H２O２-靛酚藍比色法測定含氮量［１２］,籽粒蛋白質(zhì)含量按全氮量的5.7倍換算。成熟期考種及產(chǎn)量測定:成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重,每籽粒小區(qū)隨機取20株測定生物產(chǎn)量,收割2m２測籽粒產(chǎn)量。1.3貯存氮素轉(zhuǎn)運效率及化肥利用氮素運轉(zhuǎn)的計算參考于振文等［１３］和趙俊曄等［１４］的方法。營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量=開花期營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量;營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運效率=營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量/開花期氮素積累量×100%;營養(yǎng)器官花前貯存氮素貢獻率=營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量/籽粒氮素積累量×100%;營養(yǎng)器官花后氮素積累量=籽粒氮素積累量-花前氮素轉(zhuǎn)運量;花后積累氮素貢獻率=營養(yǎng)器官花后氮素積累量/籽粒氮素積累量×100%;氮肥利用率=(施氮區(qū)植株地上部氮素積累量-不施氮區(qū)植株地上部氮素積累量)/施氮量×100%;氮肥偏生產(chǎn)力=籽粒產(chǎn)量/施氮量;氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量。1.4整理、計算、圖譜與統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù)采用Excel2000、SAS8.0軟件進行整理、計算、繪圖與統(tǒng)計分析。經(jīng)方差分析,三年(2009-2012)的研究結(jié)果較為一致,年份間無顯著差異,故本文主要采用2011-2012年試驗數(shù)據(jù)進行分析。2結(jié)果與分析2.1營養(yǎng)器官氮素積累小麥開花期植株氮素主要積累在莖稈+葉鞘中(表1)。在氮磷比1∶0.5和1∶0.75下,增加施氮量顯著提高了植株各營養(yǎng)器官氮素積累量,而在氮磷比1∶1下顯著降低了各營養(yǎng)器官氮素積累量。施氮150kg·hm－２時,植株各營養(yǎng)器官氮素積累量以氮磷比為1∶1處理最高;施氮180kg·hm－２時,以氮磷比1∶0.75最高。由表2可以看出,在氮磷比為1∶0.5和1∶0.75時,增加施氮量顯著增加了成熟期莖稈+葉鞘、籽粒、地上部氮素積累量,顯著降低了葉片氮素積累量;在氮磷比為1∶1時,增加施氮量顯著降低了莖稈+葉鞘、籽粒、地上部氮素積累量,顯著增加了葉片、穗軸+穎殼氮素積累量。施氮量為150kg·hm－２時,莖稈+葉鞘、籽粒、地上部氮素積累量以氮磷比1∶1處理最高,葉片、穗軸+穎殼氮素積累量以氮磷比1∶1處理最低;施氮量為180kg·hm－２時,籽粒、地上部氮素積累量以氮磷比1∶0.75處理最高,葉片、穗軸+穎殼氮素積累量以氮磷比1∶0.75處理最低。2.2花前各營養(yǎng)器官花后氮素轉(zhuǎn)運由表3可看出,小麥籽粒氮素主要來源于營養(yǎng)器官花前貯存氮素的轉(zhuǎn)運。在氮磷比1∶0.5、1∶0.75下,增加施氮量增加了營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒氮素的貢獻率,而降低了營養(yǎng)器官花后積累的氮素對籽粒氮素的貢獻率,其中營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量在兩個施氮水平間差異顯著;在氮磷比為1∶1下,增加施氮量顯著增加了營養(yǎng)器官花后氮素積累量及其對籽粒氮素的貢獻率,但降低了營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒氮素的貢獻率。施氮量為150kg·hm－２時,營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒氮素的貢獻率以氮磷比1∶1最高,營養(yǎng)器官花后氮素積累量及其對籽粒氮素的貢獻率以氮磷比1∶0.75處理最高;施氮量為180kg·hm－２時,營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量及其對籽粒氮素的貢獻率以氮磷比1∶0.75處理最高,且花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量與其他處理間差異顯著,花后氮素積累量及其對籽粒氮素的貢獻率隨磷肥比例的提高而增加?？傊?施氮量為180kg·hm－２、氮磷比1∶0.75更有利于營養(yǎng)器官花前貯存氮素向籽粒轉(zhuǎn)運。花前各營養(yǎng)器官貯存氮素運轉(zhuǎn)量以莖稈+葉鞘最高,葉片次之,穗軸+穎殼最低(表4)。在氮磷比1∶0.5和1∶0.75下,增加施氮量顯著提高了植株各營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量及轉(zhuǎn)運效率;在氮磷比1∶1下,增加施氮量降低了各營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運量及轉(zhuǎn)運效率,其中對各器官氮素運轉(zhuǎn)量影響均達到顯著水平。在施氮量為150kg·hm－２時,增加施磷量提高了植株各器官氮素轉(zhuǎn)運量及轉(zhuǎn)運效率,葉片、穗軸+穎殼和地上部氮素轉(zhuǎn)運量及轉(zhuǎn)運效率以氮磷比1∶1處理最高;在施氮量為180kg·hm－２時,葉片、穗軸+穎殼和地上部的氮素轉(zhuǎn)運量以氮磷比為1∶0.75處理最高。可見,施氮量為180kg·hm－２、氮磷比為1∶0.75最有利于葉片、穗軸+穎殼中氮素向籽粒轉(zhuǎn)運,從而提高籽粒中氮素積累量。2.3不同因素對穗粒數(shù)、千分率和籽粒蛋白質(zhì)含量的影響由表5可看出,在氮磷比1∶0.5和1∶0.75下,增加施氮量增加了小麥穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量,其中對氮磷比1∶0.5條件下穗粒數(shù)、籽粒蛋白質(zhì)含量及籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量和氮磷比1∶0.75條件下穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響達顯著水平;增加施氮量顯著降低了氮磷比1∶1條件下穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量。施氮量為150kg·hm－２時,增加施磷量顯著增加了穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量;施氮量為180kg·hm－２時,穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量以氮磷比1∶0.75處理最高。2.4不同施氮量對施磷量影響由表6可看出,增加施氮量顯著提高了氮磷比1∶0.75條件下氮肥利用率和氮素收獲指數(shù),而顯著降低氮磷比1∶1條件下氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素收獲指數(shù)。施氮量為150kg·hm－２時,增加施磷量顯著提高了氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素收獲指數(shù);施氮量為180kg·hm－２時,氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素收獲指數(shù)以氮磷比為1∶0.75處理最高。3不同營養(yǎng)器官花后氮素積累和轉(zhuǎn)變的行為研究表明,施氮200kg·hm－２較不施氮對小麥各器官的含氮量和氮素積累具有顯著的促進作用［１５］。水地小麥施氮量在0~195kg·hm－２范圍內(nèi),各器官含氮量和氮素積累量均隨施氮量的增加而提高［７］。旱地小麥在施氮量低于150kg·hm－２時,各生育時期植株氮素積累量隨施氮量增加而顯著增加,施氮量高于150kg·hm－２時,各時期植株氮素積累量并不隨施氮量增加而增加［６］。而本試驗在深松覆蓋蓄水保墑前提下,施氮量由150kg·hm－２增加到180kg·hm－２,在氮磷比為1∶0.5和1∶0.75條件下開花期和成熟期植株氮素積累量仍然顯著增加,說明深松覆蓋改善旱地水分狀況,提高了旱地小麥最佳施氮量的上限。昝亞玲［１６］研究表明,旱地小麥在施氮160kg·hm－２條件下,在施磷量50~100kg·hm－２范圍內(nèi),成熟期植株氮素積累量隨施磷量的增加而顯著增加,進一步增加磷肥用量時,氮素積累量不再顯著提高。本試驗中,在施氮量為150kg·hm－２下,施磷量在75~150kg·hm－２范圍內(nèi),增施磷肥促進了開花期和成熟期植株對氮素的吸收和積累;而在施氮量為180kg·hm－２時,氮磷比由1∶0.75到增加1∶1,開花期和成熟期植株氮素積累量反而顯著下降,表明并非在所有條件下植株氮素積累量都是隨著施氮量和施磷量的增加而增加,過量施肥不利于氮素在小麥體內(nèi)的累積。籽粒中的氮素源于開花后植株吸收同化的氮素和開花前營養(yǎng)器官中積累并在開花后向籽粒轉(zhuǎn)移的氮素,且后者的比例大于前者［１７］。前人在植株不同營養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)運規(guī)律及其對籽粒氮的貢獻尚存在爭議。研究發(fā)現(xiàn),小麥營養(yǎng)體的氮素積累變化動態(tài)因向籽粒中轉(zhuǎn)運量的不同而異。各營養(yǎng)體對籽粒氮的貢獻順序為莖(含葉鞘)最高,葉片次之［１８］。趙萬春等［１５］研究表明,小麥葉片氮素轉(zhuǎn)運量、氮素轉(zhuǎn)運效率和貢獻率最大。本試驗中小麥莖稈+葉鞘氮素轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率最大,葉片次之,穗軸和穎殼最小,這與劉曉冰等［１８］的研究結(jié)果一致。王月福等［１９］認為,提高氮素營養(yǎng)水平可以增加花前氮素轉(zhuǎn)運量,但是過高的氮素營養(yǎng)水平則降低向籽粒的轉(zhuǎn)運量,使其對籽粒氮素的貢獻率降低。本研究中,在施氮量為180kg·hm－２下,氮磷比為1∶0.75時,營養(yǎng)器官花前貯存氮素轉(zhuǎn)運量及對籽粒氮素的貢獻率都最高,花后氮素積累量及對籽粒氮素的貢獻率居中,最有利于籽粒蛋白質(zhì)的形成。孟曉瑜［２０］研究發(fā)現(xiàn),施用氮肥對旱地小麥有顯著的增產(chǎn)作用,但當(dāng)施氮量大于160kg·hm－２時,增施氮肥的增產(chǎn)增效作用下降;產(chǎn)量三要素中穗數(shù)隨施氮量的增加而增加,穗粒數(shù)隨施氮量的增加呈拋物線型變化,千粒重與施氮量相關(guān)性不顯著。本試驗中,穗數(shù)已經(jīng)達到每公頃600萬穗,在旱地小麥中屬較高水平,故隨施氮量的增加,差異并不顯著,而穗粒數(shù)、千粒重在氮磷比1∶0.75時均隨施氮量的增加而顯著增加。姜宗慶［２１］研究表明,揚麥12和揚麥9號在0~108kg·hm－２施磷量范圍內(nèi)、中優(yōu)9507在0~144kg·hm－２施磷量范圍內(nèi),穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重也均隨施磷量的增加而增加,再繼續(xù)增加施磷量,均有所下降。本試驗中,在施氮量為150kg·hm－２時,穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量在施磷量75~150kg·hm－２范圍內(nèi),均隨施磷量的增加而增加;施氮量為180kg·hm－２時,在施磷量90~135kg·hm－２范圍內(nèi),均隨施磷量的增加而增加。隨施氮量增加,小麥籽粒蛋白質(zhì)含量增加;適當(dāng)提高施氮量,既能提高蛋白質(zhì)含量,又能增加籽粒產(chǎn)量［７，２２］;施氮量過高時,籽粒蛋白質(zhì)含量雖提高,但籽粒產(chǎn)量下降［７，２３］。適量施磷能增加冬小麥籽粒產(chǎn)量,高量施磷的增產(chǎn)效應(yīng)降低［２４］。前人關(guān)于施磷對小麥品質(zhì)的影響的研究結(jié)論不一致。王立秋研究認為,小麥籽粒蛋白質(zhì)含量隨施磷量的增加而提高［２５］。而胡承霖