旱地小麥休閑期不同覆蓋方式對(duì)氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)分配的影響

旱地小麥休閑期不同覆蓋方式對(duì)氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)分配的影響

小麥氮素的吸收、積累和運(yùn)輸與生產(chǎn)力和品質(zhì)密切相關(guān)。水是影響氮素吸收和運(yùn)輸?shù)闹匾蛩兀◤堄懒⒌龋?008）。作為小麥生長(zhǎng)發(fā)育的兩個(gè)重要因素，水和氮素存在一定的相互作用（范雪梅等，2006；巴赫尼，2011；陳望廬，2012；藏河等，2012）。陳星等(2012)認(rèn)為,水氮互作對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量、氮積累量、氮素利用率有顯著或極顯著影響;Bahrani(2011)研究表明,水分虧缺降低了小麥植株中營(yíng)養(yǎng)器官氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量;范雪梅等(2006)研究表明,干旱逆境條件下施用氮肥對(duì)小麥植株氮代謝和籽粒蛋白質(zhì)積累有明顯的調(diào)節(jié)效應(yīng)。自然降水是旱地麥田唯一的水分來(lái)源,充分利用有限的天然降水,提高土壤集雨保墑能力是實(shí)現(xiàn)該區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。因此,前人在蓄水保墑技術(shù)上做了大量的研究(樊俊華和宋小麗,2006;黨廷輝等,2008;張水清等,2010;李艷和劉海軍,2012),李艷和劉海軍(2012)對(duì)旱地小麥地膜覆蓋栽培技術(shù)的研究認(rèn)為地膜覆蓋可以減少土壤蒸發(fā)和提高水分利用率;黨廷輝(2008)、樊俊華和宋小麗(2006)研究了覆蓋栽培對(duì)小麥產(chǎn)量與水分的影響,結(jié)果均表明地膜覆蓋具有較好的保溫增溫效果,提高了產(chǎn)量和水分利用率。中國(guó)北方旱區(qū)60%的降雨集中在休閑期,由于夏季溫度高,地表水分蒸發(fā)損失多,達(dá)不到伏雨春用的目的,如何充分利用休閑期有限的降水資源,集雨用雨,提高水分利用率、肥料利用率,從而提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì),是旱區(qū)農(nóng)田管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而前人的研究多集中在生育期的覆蓋保水方面,往往忽視了休閑期的蓄水保墑研究。因此,本文立足于蓄保休閑期降雨,研究休閑期深翻覆蓋的蓄水保墑效果及對(duì)氮素吸收利用的影響,以明確休閑期深翻覆蓋的具體時(shí)間及最佳覆蓋方式,探索旱地小麥休閑期蓄水保墑技術(shù)的新途徑。1材料和方法1.1休閑期偏高,可選用及“運(yùn)旱”分田間試驗(yàn)于2009—2011年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)聞喜試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地為夏閑地,2010年7月1日測(cè)定土壤肥力,有機(jī)質(zhì)為8.65g·kg-1,全氮0.74g·kg-1,堿解氮為32.93mg·kg-1,速效磷為20.08mg·kg-1。試驗(yàn)區(qū)十年九旱,降水60%~70%集中于夏秋季(7、8、9月)。表1為試驗(yàn)田2005—2011年降雨情況,數(shù)據(jù)由聞喜縣氣象局提供。2010—2011年全年降雨量較常年稍高,總體表現(xiàn)為休閑期偏高,生育前期較低,2005—2011年平均休閑期降雨量占全年的58.0%,2010—2011年占75.0%。供試品種為“運(yùn)旱20410”,由聞喜縣農(nóng)業(yè)局提供。試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì),以休閑期深翻覆蓋的時(shí)間為主區(qū),設(shè)麥?zhǔn)蘸?5d(7月1日,15DAH)、麥?zhǔn)蘸?5d(8月1日,45DAH)兩個(gè)水平,兩個(gè)水平之間相差1個(gè)月(7月),降雨量相差為132.3mm,即8月1日深翻覆蓋處理在雨后進(jìn)行;以覆蓋方式為副區(qū),設(shè)滲水地膜覆蓋(由山西農(nóng)科院綜考所提供,是山西省農(nóng)科院綜合考察研究所研制的一種新型農(nóng)膜,具有微通透結(jié)構(gòu),能滲水、通氣,滲水地膜表面看上去和普通地膜一樣,使用方法一樣,WPM)、液態(tài)地膜覆蓋(山東鄒城“烏金”牌,由鄒城市環(huán)保化工產(chǎn),使用時(shí)先將原粉用1.5~2倍的清水化開攪拌成細(xì)膩的糊狀,再加4倍清水?dāng)嚢杈鶆?即每10kg原粉兌60kg水,經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾后,用噴霧器均勻地噴覆地面,LF)、不覆蓋(NF)3個(gè)處理,共6個(gè)處理,重復(fù)3次,小區(qū)面積30m×3m=90m2。前茬小麥?zhǔn)斋@時(shí)留高茬,休閑期撒入有機(jī)肥(1500kg·hm-2),將秸稈、有機(jī)肥深翻(深度為25~30cm)入土壤中,而后覆蓋,9月5日揭膜、耙耱收墑。9月29日播種,基施氮、磷、鉀肥,純氮150kg·hm-2,P2O5150kg·hm-2,K2O150kg·hm-2,基本苗315×104株·hm-2,行距20cm,機(jī)械條播。1.2測(cè)量設(shè)計(jì)和方法1.2.1土壤含水量的測(cè)量1.2.2植株干物質(zhì)量測(cè)定于越冬期、返青期、拔節(jié)期、開花期、成熟期取樣20株,其中越冬期、返青期、拔節(jié)期取整株樣品,開花期植株樣品為葉片、莖稈+葉鞘、穗三部分,成熟期植株樣品為籽粒、葉片、莖稈+葉鞘、穎殼+穗軸四部分。樣品于70℃烘至恒重,測(cè)定干物質(zhì)量。將不同生育時(shí)期的植株樣本烘干后磨碎,用H2SO4-H2O2-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定(趙俊曄和于振文,2006)。經(jīng)與半微量凱氏定氮量測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,兩方法測(cè)定結(jié)果一致。1.2.3品種和高產(chǎn)試驗(yàn)的成熟成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)、每穗平均粒數(shù)及千粒重,每小區(qū)取20株測(cè)定生物產(chǎn)量,共收割2m2,計(jì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。1.3數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2000、SAS8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算、繪圖與統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1休閑期的深度拉伸和對(duì)植物氮吸收和積累的影響2.1.1生育時(shí)期植株氮積累量和地膜覆蓋量的變化前茬小麥?zhǔn)斋@后45d深翻覆蓋較15d可顯著提高各生育時(shí)期植株氮積累量,且以滲水地膜覆蓋高于液態(tài)地膜覆蓋?？梢?休閑期等雨后深翻有利于植株氮積累,可增加覆蓋對(duì)植株含氮率的調(diào)控效應(yīng),且采用滲水地膜覆蓋效果更好。2.1.2地膜覆蓋對(duì)出苗、生育期、拔節(jié)、孕穗及開花的影響植株各生育階段氮吸收速率表現(xiàn)為單峰曲線變化趨勢(shì),以孕穗-開花階段最高(圖1)。前茬小麥?zhǔn)斋@后45d深翻覆蓋較15d可提高各生育階段氮吸收速率。15d深翻覆蓋可提高出苗-越冬、越冬-拔節(jié)兩階段植株氮吸收速率;45d深翻覆蓋可提高各生育階段氮吸收速率,采用滲水地膜覆蓋出苗-越冬、越冬-拔節(jié)、孕穗-開花差異顯著,采用液態(tài)地膜覆蓋出苗-越冬、拔節(jié)-孕穗差異顯著。此外,深翻后采用滲水地膜覆蓋較液態(tài)地膜可顯著提高出苗-越冬、越冬-拔節(jié)、孕穗-開花各階段氮吸收速率。說(shuō)明,休閑期等雨后深翻有利于促進(jìn)植株氮素積累,拔節(jié)期以后效應(yīng)更明顯,若深翻后采用滲水地膜覆蓋促進(jìn)效應(yīng)延續(xù)至開花期仍達(dá)到顯著水平,若采用液態(tài)地膜覆蓋可延續(xù)至孕穗期。2.2休閑期的影響是植物氮素運(yùn)營(yíng)的深入恢復(fù)2.2.1深翻與花前氮素轉(zhuǎn)移由表3可看出,花前植株中貯存氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移率為67.8%~86.8%,對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率為73.2%~79.3%。前茬小麥?zhǔn)斋@后45d深翻較15d可提高花前氮素轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率,可提高液態(tài)地膜覆蓋和不覆蓋條件下花前氮素運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率。表明,休閑期等雨后深翻有利于促進(jìn)花前植株貯存氮素轉(zhuǎn)移,促進(jìn)籽粒氮的積累。15d深翻覆蓋可顯著提高花前植株中貯存氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率和貢獻(xiàn)率,且以滲水地膜覆蓋顯著最高;45d深翻覆蓋可顯著提高轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率和滲水地膜覆蓋條件下的貢獻(xiàn)率,且轉(zhuǎn)移量以滲水地膜覆蓋顯著最高?？梢?休閑期深翻覆蓋有利于開花前植株中貯存氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移,增加了轉(zhuǎn)移量、轉(zhuǎn)移率及貢獻(xiàn)率。2.2.2不同處理間籽粒氮積累量的變化直至成熟期,植株體內(nèi)74.2%~89.5%的氮素已轉(zhuǎn)移到籽粒中,其余氮素殘留在葉片、莖稈、穎殼、穗軸中,且以莖稈中最高,其次是穎殼和穗軸(表4)。前茬小麥?zhǔn)斋@后45d深翻較15d可提高籽粒氮積累量及其所占的比例,降低了葉片、莖稈、穎殼+穗軸中氮積累量所占的比例?？梢?休閑期等雨后深翻更有利于植株貯存氮素向籽粒中運(yùn)轉(zhuǎn)。15d深翻覆蓋顯著增加了籽粒氮積累量及其所占的比例,且以滲水地膜覆蓋顯著最高;顯著降低了葉片和莖稈氮積累量及其所占的比例、穎殼+穗軸氮積累量所占的比例,且均以滲水地膜覆蓋最低。45d深翻覆蓋顯著增加了籽粒氮積累量及其所占的比例,且籽粒氮積累量以滲水地膜顯著最高;降低了葉片、莖稈、穎殼+穗軸氮積累量及其所占的比例,且莖稈氮積累量及其所占的比例以滲水地膜覆蓋最高,但各處理間差異不顯著。說(shuō)明,休閑期等雨后深翻覆蓋可以促進(jìn)成熟期籽粒氮素積累,降低其他器官中氮素殘留,促進(jìn)其向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)。2.3減少總耗水量前茬小麥?zhǔn)斋@后45d深翻較15d降低了總耗水量,增加了產(chǎn)量和水分利用效率(表5)。休閑期深翻覆蓋增加了總耗水量,可能是由于覆蓋有明顯的保水增溫效應(yīng),促進(jìn)了小麥生長(zhǎng),增加耗水,從而增加了總耗水量,覆蓋顯著增加了籽粒產(chǎn)量和水分利用效率,且以滲水地膜覆蓋顯著最高?？梢?休閑期等雨深翻覆蓋可增加產(chǎn)量,提高水分利用效率,且采用滲水地膜覆蓋效果更好。2.4各處理間氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率的單因素試驗(yàn)結(jié)果分析由表6可看出,前茬小麥?zhǔn)斋@后45d深翻較15d可提高氮素吸收效率、氮收獲指數(shù)、氮素生產(chǎn)效率,而降低了氮素利用效率。休閑期深翻覆蓋可顯著提高氮素吸收效率、氮素生產(chǎn)效率,以滲水地膜覆蓋顯著最高。休閑期不同時(shí)間深翻覆蓋對(duì)氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率的影響存在差異。15d深翻覆蓋可提高氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率,以滲水地膜覆蓋最高,且氮素收獲指數(shù)各處理間差異顯著,氮素利用效率各處理間差異不顯著;45d深翻覆蓋可顯著提高氮素收獲指數(shù),但兩覆蓋處理間差異不顯著,滲水地膜覆蓋顯著降低了氮素利用效率,液態(tài)地膜覆蓋與不覆蓋處理間差異不顯著。說(shuō)明,休閑期等雨后深翻有利于植株氮素吸收,有利于植株氮素向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn),最終促進(jìn)籽粒蛋白質(zhì)形成,且以滲水地膜覆蓋效果較好。3對(duì)土壤水分的影響水分作為影響小麥生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素之一,影響著植株體內(nèi)生理生化過(guò)程,最終以植株各器官生物量的累積、產(chǎn)量的形成體現(xiàn)出來(lái)(范雪梅等;2005)。水分對(duì)植株氮素吸收運(yùn)轉(zhuǎn)有較大影響(Bahrani,2011;陳星等,2012;臧賀藏等,2012),大量研究表明,在水分逆境下,降低了小麥開花前貯存在葉片、莖稈和葉鞘、穎殼等營(yíng)養(yǎng)器官中氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率,從而減少了籽粒氮積累量和籽粒產(chǎn)量。前人對(duì)氮素吸收運(yùn)轉(zhuǎn)方面的研究較多(Loffler,1985;杜金哲等,2001;李華等,2007;李光等,2012),認(rèn)為在不同生育階段氮積累量及比例不同,且對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率亦有差異,小麥植株中的氮素主要靠開花前的積累,籽粒中氮2/3來(lái)自花前氮同化,1/3來(lái)自花后氮同化,花前氮運(yùn)轉(zhuǎn)量對(duì)籽粒積累的作用大于花后氮積累量。因此,水分對(duì)小麥氮素吸收運(yùn)轉(zhuǎn)的影響是最終影響產(chǎn)量的重要原因,從而影響水、氮效率。水分是旱地小麥產(chǎn)量、品質(zhì)提升的重要限制因子,如何蓄住天上水、保住地上墑一直是旱地小麥生產(chǎn)工作者主要從事的課題之一。目前,前人在耕作保水方面已取得了較大進(jìn)展,認(rèn)為合理耕作是提高旱地小麥水分利用率的重要措施(張勝愛(ài)等,2006;侯賢清等,2009)。張勝愛(ài)等(2006)研究認(rèn)為,播前深松耕有利于改善土體結(jié)構(gòu),增加土壤蓄水保墑性能;侯賢清等(2009)研究認(rèn)為,休閑期翻耕能有效地蓄雨保墑,提高旱平地冬小麥播前的土壤貯水量,顯著改善了苗期的土壤水分狀況。此外,耕作對(duì)旱地小麥水分運(yùn)行、氮素吸收利用的研究表明(李友軍,2006;邱臨靜等,2007),適當(dāng)?shù)母髟耘嗄Ｊ娇梢燥@著提高成熟期地上部分和籽粒的氮積累量,且提高氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后積累量,提高了水肥的利用效率、氮素生產(chǎn)效率,因而可以顯著提高小麥產(chǎn)量和效益。本研究表明,休閑期不同時(shí)間深翻對(duì)水分和氮素吸收運(yùn)轉(zhuǎn)的影響存在差異,前茬小麥?zhǔn)斋@后45d深翻較15d深翻可提高水分利用效率,可提高各生育時(shí)期植株氮積累量和各生育階段氮吸收速率,可提高花前氮素轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率,可提高籽粒氮積累量及其所占的比例,最終提高了氮素吸收效率、氮素生產(chǎn)效率。本研究中兩次深翻對(duì)水、氮的影響主要是由于降雨量差異引起的,兩次深翻時(shí)間相差1個(gè)月,降雨量相差為132.3mm。說(shuō)明,土壤中有一定水分之后進(jìn)行深翻可起到更高的保蓄效果。不同降雨年型之間也存在差異,因此,旱地小麥休閑期深翻的具體時(shí)間根據(jù)不同降雨年型存在差異,這有待進(jìn)一步探索。覆蓋也是旱地小麥保墑的重要措施之一。大量研究表明,覆蓋可以明顯提高有限降水的利用效率(楊建設(shè)和信乃詮,1998;韓思明等,2000;高亞軍等,2005;李華等,2007;任愛(ài)霞等,2011),從而影響植株對(duì)氮素的吸收利用(高亞軍等,2005;李華等,2007;鄧聯(lián)峰等,2011),均認(rèn)為地膜覆蓋可以提高植株對(duì)氮素的吸收,促進(jìn)生長(zhǎng)后期莖葉氮素向穗部的轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移量占穗吸氮量增加值的86.3%。本研究也有類似結(jié)果,旱地小麥休閑期覆蓋提高了產(chǎn)量和水分利用效率,可提高各生育時(shí)期植株氮積累量、各生育階段氮吸收速率、花前氮素轉(zhuǎn)移量和轉(zhuǎn)移率、籽粒氮積累量及其所占的比例,最終提高了氮素吸收效率、氮素收獲指數(shù)、氮素生產(chǎn)效率。此外,本研究結(jié)果表明,滲水地膜覆蓋較液態(tài)地膜有較好的水、氮效應(yīng)。王鶴齡等(2008)研究表明,地膜覆蓋春小麥較露地春小麥可增加其灌漿速率以及提高籽粒產(chǎn)量;徐瀾等(2010)、郭秀卿等(2012)研究了滲水地膜覆蓋對(duì)玉米、谷子等作物的影響,認(rèn)為滲水地膜具有的微孔效應(yīng)較普通地膜、秸稈有較好覆蓋保水效應(yīng)。氮效率是表示植物礦質(zhì)養(yǎng)分吸收和利用能力的重要指標(biāo),不同氮效率有不同的含義和意義。氮肥吸收效率可以反映植株對(duì)氮肥吸收能力的高低,氮素利用效率可以反映植株氮素經(jīng)濟(jì)系數(shù)的高低;氮肥生產(chǎn)效率通常用來(lái)比較不同措施條件下氮肥生產(chǎn)能力的差異。本研究表明,旱地小麥休閑期等雨后深翻并采用滲水地膜覆蓋可有效的提高氮素吸收效率、氮素生產(chǎn)效率。可見,旱地小麥氮素吸收能力、氮肥生產(chǎn)能力對(duì)水分十分敏感,在蓄水保墑的前提下,