施氮水平對穗型冬小麥品種氮素積累與轉運的影響

施氮水平對穗型冬小麥品種氮素積累與轉運的影響

作為中國北方平原最重要的糧食之一，冬小麥產(chǎn)量在國家食品安全中發(fā)揮著重要作用。不斷增加水肥特別是氮肥的投入,是該地區(qū)30年來小麥單產(chǎn)不斷提高的重要措施之一。然而近年來研究表明,華北平原冬小麥生產(chǎn)中氮肥施用的增產(chǎn)效果趨于降低,而氮肥過量施用對環(huán)境的污染漸趨加重。因此,關于兼顧產(chǎn)量、品質、經(jīng)濟和生態(tài)效益的安全合理施氮量已成為當前重要的研究課題。一般認為,小麥產(chǎn)量和品質的形成既受開花前貯存碳、氮物質的調節(jié),又決定于開花后光合生產(chǎn)和氮素的吸收能力,而開花后干物質和氮素從營養(yǎng)器官向籽粒中的運轉是決定籽粒產(chǎn)量和蛋白質含量的重要因素。有學者認為,氮肥施用是調控小麥花后碳、氮物質積累與運轉的最有效手段,也是實現(xiàn)專用小麥品質定向調控的重要措施。關于小麥籽粒灌漿期物質的分配運轉和積累已有較多的報道,但有關氮肥施用量對冬小麥品種的碳、氮物質運轉及其與籽粒蛋白質的關系報道較少。為此,本試驗在大田高產(chǎn)栽培條件下,研究了不同施氮水平對冬小麥花前貯藏物質、氮素再運轉和花后同化物質運轉、氮素積累以及對產(chǎn)量和蛋白質含量的影響,以期明確不同施氮水平對小麥花后干物質和氮素積累與運轉的影響及其與產(chǎn)量和品質形成的關系,為小麥經(jīng)濟施肥和高產(chǎn)優(yōu)質高效栽培提供參考。1材料和方法1.1供試品種及單苗種植試驗于2004~2006年度在河南農(nóng)業(yè)大學科教示范園區(qū)(鄭州)進行。試驗地土壤為潮土,前茬田箐掩底,土壤含有機質17.8g·kg-1、全氮0.998g·kg-1、堿解氮57.9mg·kg-1、速效磷67.5mg·kg-1、速效鉀204.8mg·kg-1、pH值為7.49。供試品種為大穗型高產(chǎn)小麥品種‘蘭考矮早8’和多穗型高產(chǎn)小麥品種‘豫麥49-198’。試驗采用裂區(qū)設計,施氮處理為主區(qū),品種為副區(qū),重復3次,小區(qū)面積3m×7m。結合耕翻整地,每公頃基施P2O5150kg,K2O150kg。施氮處理設4個水平,即每公頃施純N0kg(N1)、90kg(N2)、180kg(N3)、360kg(N4),氮肥品種為尿素。分別將總施氮量的50%作基肥掩底,剩余的50%于拔節(jié)期結合澆水追施。10月12日播種,3葉期定苗,基本苗根據(jù)品種特性而定,其中分蘗成穗率低的大穗型品種‘蘭考矮早8’基本苗為330萬·hm-2,分蘗成穗率高的多穗型品種‘豫麥49-198’基本苗為180萬·hm-2。其余田間管理按一般高產(chǎn)麥田進行。1.2試驗計劃和方法1.2.1提取干重的文于開花期、成熟期每個處理分別取長勢正常的10個單莖,按葉、莖鞘、穗軸(含穎殼)、籽粒等器官分樣,105℃下殺青10min,80℃烘至恒重,稱取干重。計算方法如下:(1)營養(yǎng)器官花前貯藏物質運轉量=開花期干重-成熟期干重(2)營養(yǎng)器官花前貯藏物質運轉率=(開花期干重-成熟期干重)/開花期干重×100%(3)花后光合同化量(輸入籽粒部分,下同)=成熟期籽粒干重-營養(yǎng)器官花前貯藏物質運轉量(4)對籽粒重的貢獻率=花前貯藏物質運轉量(或花后同化物量)/成熟期籽粒干重×100%。1.2.2n素運轉及貢獻率用Foss型蛋白質定氮儀按GB/T5511-1985方法測定各樣品全氮含量;籽粒蛋白質含量按全氮量的5.7倍換算。N素轉運計算方法如下:(1)開花前貯藏氮素運轉量=開花期全氮量-成熟期全氮量(2)開花前貯藏氮素運轉率=(開花期全氮量-成熟期全氮量)/開花期全氮量×100%(3)花后氮素積累量=成熟期籽粒全氮量-開花前營養(yǎng)器官貯藏氮素運轉量(4)對籽粒氮貢獻率=開花前貯藏氮素運轉量(或花后同化氮素量)/成熟期籽粒全氮量×100%1.3數(shù)據(jù)分析試驗數(shù)據(jù)采用DPS(DataProcessingSystem)軟件和Excel進行分析。2結果與分析2.1施氮量對小麥品種花前貯藏物質運轉的影響由表1可以看出,與對照(N1)相比,2種穗型冬小麥品種除N4處理的運轉率外,各施氮處理葉片、莖鞘的花前貯藏物質再運轉量和運轉率均有所增加。其中,葉片、莖鞘花前貯藏物質運轉量和各營養(yǎng)器官總再運轉量,大穗型品種‘蘭考矮早8’表現(xiàn)為N3>N2>N4>N1,多穗型品種‘豫麥49-198’表現(xiàn)為N3>N4>N2>N1;葉片、莖鞘的運轉率,大穗型品種‘蘭考矮早8’表現(xiàn)為N3>N2>N1>N4,多穗型品種‘豫麥49-198’表現(xiàn)為N3>N4>N2>N1;2種穗型小麥品種營養(yǎng)器官花前貯藏物質總運轉率均表現(xiàn)為N3>N2>N1>N4。表明適宜的施氮量有利于這2種穗型小麥品種營養(yǎng)器官的花前貯藏物質向結實器官運轉與積累。由表1還可以看出,2品種成熟期籽粒干重、花后光合同化物輸入籽粒量及花前貯藏物對籽粒重的貢獻率均表現(xiàn)出隨施氮量的增加而增加的趨勢,花后光合同化量對籽粒重的貢獻率遠大于花前貯藏物質總運轉量對籽粒重的貢獻率,但隨施氮水平增加的變化趨勢不太規(guī)律。2種穗型品種間相比較,大穗型品種‘蘭考矮早8’比多穗型品種‘豫麥49-198’開花后營養(yǎng)器官暫貯性光合同化物向籽粒中的輸出量和對籽粒重的貢獻率較高,這可能是‘蘭考矮早8’最終結實粒數(shù)多、千粒重高的生理原因。2.2增施肥量對花前貯藏氮素再運轉的影響由表2可以看出,與對照N1處理相比,2種穗型小麥品種增施氮肥處理的葉片、莖鞘、穎殼+穗軸等營養(yǎng)器官的花前貯藏氮素再運轉量和運轉率以及總運轉量和總運轉率均呈增加的趨勢。其中,大穗型品種‘蘭考矮早8’葉片、莖、鞘和穎殼+穗軸花前貯藏氮素再運轉量、葉片的運轉率及總運轉率均表現(xiàn)為N3>N4>N2>N1;莖、鞘和穎殼+穗軸等花前貯藏氮素再運轉率表現(xiàn)為N3>N2>N4>N1。多穗型品種‘豫麥49-198’葉片花前貯藏氮素再運轉量和運轉率表現(xiàn)為N3>N2>N4>N1;莖鞘運轉量和運轉率及穎殼+穗軸的運轉量和總運轉量均表現(xiàn)為N3>N4>N2>N1;穎殼+穗軸的運轉率和總運轉率表現(xiàn)為N3>N2>N1>N4。表明適量增施氮肥有利于2種穗型小麥品種營養(yǎng)器官花前貯藏氮素向結實器官的運轉與積累。由表2還可以看出,增施氮肥增加了2種穗型小麥品種成熟期籽粒氮素含量和花前貯藏氮素總運轉量對籽粒氮素含量的貢獻率,并且花前貯藏氮素總運轉量對籽粒氮素含量的貢獻率大于花后的貢獻率。其中,大穗型品種‘蘭考矮早8’3個施氮處理成熟期籽粒氮素含量的增幅為8.802%~53.58%,多穗型品種‘豫麥49-198’的增幅為4.99%~69.27%。不同施氮處理對2種穗型小麥品種籽粒氮素含量的影響表現(xiàn)為N3>N4>N2>N1,表明適量增施氮肥可促進小麥花前貯藏氮素向籽粒中運轉,有利于改善籽粒品質。2.3施氮效應檢測由表3可知,增施氮肥增加了2種穗型小麥品種的籽粒產(chǎn)量、蛋白質產(chǎn)量及蛋白質含量,其中,施氮對2種穗型品種的籽粒產(chǎn)量和蛋白質產(chǎn)量的氮肥效應表現(xiàn)為N3>N4>N2>N1,對蛋白質含量的氮肥效應表現(xiàn)為N4>N3>N2>N1,且與N1處理相比,均達到差異極顯著水平(P<0.01)。但施氮效應品種間表現(xiàn)不一致,與N1處理相比,大穗型品種‘蘭考矮早8’籽粒產(chǎn)量和蛋白質產(chǎn)量分別增加了10.84%~21.02%和22.53%~41.69%;多穗型品種‘豫麥49-198’分別增加了12.04%~27.07%和31.67%~52.45%。表明適量增施氮肥有利于提高2種穗型小麥品種的籽粒產(chǎn)量和蛋白質產(chǎn)量。3施氮量對小麥籽粒重和籽粒理化指標的影響在小麥籽粒形成與灌漿過程中,源(葉)同化物的生成、轉運及向庫(籽粒)中的分配累積能力是制約產(chǎn)量的重要因素。一般認為,小麥籽粒產(chǎn)量大部分來自花后光合產(chǎn)物的積累,因此灌漿期同化物的分配、轉運和積累對小麥產(chǎn)量高低具有重要意義。有研究表明,適量增施氮肥可以促進營養(yǎng)器官貯存性同化物向籽粒的運轉,增加其占籽粒重的比例,從而提高籽粒產(chǎn)量,過量施用氮肥不利于營養(yǎng)器官貯存性同化物向籽粒中的再分配,從而導致產(chǎn)量降低。本試驗結果表明,2種穗型小麥品種各施氮處理對成熟期籽粒重的影響均表現(xiàn)為N3>N4>N1>N2,其增加幅度為0.33%~23.36%,且以N3處理的增幅最大(23.36%),說明不施氮肥或過少、過量施用氮肥均不利于干物質向結實器官運轉,進而影響籽粒重和籽粒產(chǎn)量的提高。開花前營養(yǎng)器官的貯存氮素是小麥籽粒蛋白質合成的重要底物。王月福等認為,增施氮肥或增加土壤基礎肥力可提高營養(yǎng)器官氮素向籽粒中的轉移量,且轉移量隨著施氮量的增加而增加。本試驗結果表明,適量增施氮肥增加了2種穗型小麥品種葉片、莖鞘和穎殼+穗軸等營養(yǎng)器官花前貯藏氮素再運轉量和運轉率以及總再運轉量和運轉率,從而增加了2種穗型小麥品種成熟期籽粒氮素含量,并提高了花前貯藏氮素總運轉量對籽粒氮素含量的貢獻率。徐恒永等研究認為,施氮量在75~225kg·hm-2時產(chǎn)量呈遞增趨勢,施氮量超過300kg·hm-2時產(chǎn)量下降