施硫?qū)Χ←溗址e累分配及產(chǎn)量的影響

施硫?qū)Χ←溗址e累分配及產(chǎn)量的影響

水資源匱乏和時(shí)空分布不均是中國北方平原農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要限制因素。研究表明,土壤含水量的多少對(duì)小麥干物質(zhì)的積累有顯著的影響,水分虧缺造成的減產(chǎn)超過其它因素所導(dǎo)致產(chǎn)量損失的總和。作物的水分虧缺補(bǔ)償效應(yīng)不僅發(fā)生在干旱復(fù)水條件下,在干旱后增加肥料使用也可以產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)。通過施肥來補(bǔ)充土壤營養(yǎng)物質(zhì)不僅能解除這一脅迫因子的影響,而且通過調(diào)節(jié)植物的生理過程,有效地提高作物產(chǎn)量,補(bǔ)償水分不足造成的損失。適量的灌水可以提高水分利用效率,并且有利于干物質(zhì)的積累,提高小麥產(chǎn)量。硫是作物生長發(fā)育的重要營養(yǎng)元素,在作物的生長代謝和抗逆栽培中發(fā)揮著重要的作用。李貴寶對(duì)河南農(nóng)田土壤硫含量研究表明,缺硫樣本數(shù)占樣本總數(shù)的63.4%,主要是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不含硫肥料的施用和氮肥施用量增多,導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡,土壤缺硫日益加劇。謝迎新等研究表明,施用硫肥對(duì)提高群體和旗葉光合速率以及硝酸還原酶活性等具有重要的作用;祝小捷等研究認(rèn)為,硫氮配施增加了冬小麥葉片、莖、鞘、穎殼和穗軸等營養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì);沈?qū)W善等研究表明,施硫處理不僅可提高開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)和氮素積累量,還可促進(jìn)其向子粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。還有研究認(rèn)為,施硫可提高小麥生育后期旗葉中抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)酶活性及含量,對(duì)緩解生育后期災(zāi)害、延緩小麥衰老是有益的。但是,前人對(duì)施硫和灌水單項(xiàng)研究較多,且多集中在灌水次數(shù)或施硫量對(duì)小麥干物質(zhì)積累及產(chǎn)量等方面,而不同灌水條件下施硫?qū)Χ←溕笃谔?、氮、硫物質(zhì)積累的研究較少。本試驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上,設(shè)置不同灌水處理和施硫水平,探討其對(duì)冬小麥碳、氮、硫物質(zhì)積累分配及子粒產(chǎn)量的影響,以期為采取水肥合理運(yùn)籌的方式,實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)、高效提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1供試土壤和施肥田間試驗(yàn)于2009年10月14日至2010年6月17日在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教示范園區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)位于E113°35′,N34°51′,屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫14.2~14.3℃,氣溫日較差年平均11.0~11.2℃,年平均降水量580~630mm,年平均日照時(shí)數(shù)2300~2400h。小麥生育期間降水量為181.1mm,試驗(yàn)期間降水量和溫度變化見圖1。供試土壤為砂壤土,播種前0—30cm土壤有機(jī)質(zhì)含量8.3g/kg,全氮0.87g/kg,速效磷24.44mg/kg,速效鉀124.32mg/kg,有效硫含量18.4mg/kg,含水量18.82%,pH8.62。供試冬小麥選用大穗型品種蘭考矮早8(LankaoAizao8)和多穗型品種豫農(nóng)949(Yunong949)。試驗(yàn)采用裂裂區(qū)設(shè)計(jì),3次重復(fù)。以品種為主區(qū),灌水次數(shù)為副區(qū),設(shè):不灌水(W0),僅灌拔節(jié)水(W1),灌拔節(jié)水和開花水(W2)3個(gè)處理,每次灌水定額為90mm,灌水量用水表計(jì)量;施硫?yàn)楦备眳^(qū),設(shè)2個(gè)施硫水平:不施硫?qū)φ?S0)和施硫60kg/hm2(S60)。各處理均施N179.4、P2O5103.5、K2O90kg/hm2。所用肥料為尿素(含N46.3%),磷酸二銨(含N18%、P2O546%),氯化鉀(含K2O60%),硫肥為單質(zhì)硫。小區(qū)面積2.9m×7m。磷、鉀肥和氮肥的50%,硫肥的50%作基肥施用,硫肥撒施后人工翻入,其余50%的氮肥和50%的硫肥于拔節(jié)期人工開溝追施。小麥于10月14日播種,三葉期定苗,蘭考矮早8和豫農(nóng)949分別為420×104和180×104株/hm2。其它栽培管理措施按一般高產(chǎn)田進(jìn)行。1.2裝置使用及分析方法干物質(zhì)的測定:于越冬期、返青期、拔節(jié)期,每小區(qū)拔取5株,按葉、莖+鞘分離;開花期和成熟期,選取生長一致的10個(gè)單莖,按葉、莖+鞘、穗軸+穎殼、子粒分離,105℃殺青,80℃烘至恒重,稱其干重。產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素:成熟期對(duì)固定樣點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查,計(jì)算兩樣點(diǎn)平均穗數(shù)。隨機(jī)選取10株,進(jìn)行室內(nèi)考種分析,千粒重按12.5%含水量測定,按2.9m×2m小區(qū)面積收獲計(jì)產(chǎn),折算每公頃產(chǎn)量。植株碳、氮、硫的測定:將成熟期所保留的樣品烘干至恒重,用高速粉碎機(jī)粉碎,并過0.15mm篩,采用碳氮硫分析儀(varioMAXCNS,Germany)進(jìn)行分析。樣品在1145℃下燃燒,燃燒氣體經(jīng)干燥、清潔、還原后,形成的氣體混合物(N2、CO2、SO2)在He載氣流里以各自成分通過三根“吹掃-捕集”的吸附解吸柱進(jìn)行分離,然后進(jìn)入熱導(dǎo)檢測器(TCD),利用檢測器信號(hào)、樣品重量和儲(chǔ)存的校準(zhǔn)曲線以及和儀器相連的計(jì)算機(jī)計(jì)算元素濃度(%)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS15.0統(tǒng)計(jì)分析軟件分析處理。2結(jié)果與分析2.1在不同的灌溉條件下，硫的使用對(duì)冬小麥干物質(zhì)的積累和分配的影響2.1.1不同處理下豫農(nóng)979開花期和成熟度積累量s10隨著生育時(shí)期推進(jìn),兩品種干物質(zhì)積累量逐漸增大,在成熟期達(dá)到最高值;越冬期、返青期和拔節(jié)期干物質(zhì)的累積量無顯著差異(圖2)。S60水平下,豫農(nóng)949開花期和成熟期積累量均表現(xiàn)為:W2顯著高于其它處理;蘭考矮早8開花期W0處理達(dá)到最大值,處理間無顯著差異,成熟期以W1處理顯著高于其它處理。開花期和成熟期干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為S60顯著高于S0,表明施用硫肥有利于生育后期植株地上部干物質(zhì)積累,為產(chǎn)量提高奠定基礎(chǔ)。2.1.2施硫肥對(duì)豫農(nóng)19949干物質(zhì)積累的影響表1看出,兩品種成熟期干物質(zhì)在不同器官中的積累量和分配依次為:子粒>莖+葉>穗軸+穎殼。S60水平下,兩品種隨灌水次數(shù)的增加各器官干物質(zhì)積累量提高,且都在W2處理達(dá)到最高,而各器官分配在不同灌水處理間無顯著差異。施用硫肥增加了豫農(nóng)949各器官干物質(zhì)的積累量,且在莖+葉、穗軸+穎殼中達(dá)到顯著差異;蘭考矮早8處理間干物質(zhì)積累量僅在穗軸+穎殼中達(dá)顯著差異。不同器官干物質(zhì)分配表現(xiàn)為:施硫降低了豫農(nóng)949干物質(zhì)向子粒的分配,蘭考矮早8則表現(xiàn)出相反的趨勢,但處理間無顯著差異。本試驗(yàn)條件下,施硫60kg/hm2結(jié)合灌水1~2次提高了干物質(zhì)在各器官的積累量,品種間差異顯著。2.2施硫肥對(duì)子粒中氮含量的影響成熟期不同器官中氮的含量依次為:子粒>莖+葉>穗軸+穎殼(表2)。S60水平下,兩品種子粒、穗軸+穎殼中氮的含量均表現(xiàn)為:W0>W2>W1,W0與W1達(dá)顯著差異;莖+葉中氮含量豫農(nóng)949表現(xiàn)為W2>W1>W0,而蘭考矮早8則表現(xiàn)為:W0>W2>W1。W0與其它處理達(dá)顯著差異,表明干旱條件下施用硫肥有利于提高子粒中氮的含量。S0水平下,豫農(nóng)949莖+葉、穗軸+穎殼中氮含量表現(xiàn)為:W2>W1、W0,W2與W0達(dá)顯著差異,蘭考矮早8則表現(xiàn)出W0>W1、W2。兩品種子粒中氮含量均表現(xiàn)一致的趨勢:W0>W2>W1,W0與W1達(dá)顯著差異。S0與S60相比,施用硫肥提高了兩品種莖+葉中氮含量,顯著提高了豫農(nóng)949子粒中氮含量,而蘭考矮早8的子粒、穗軸+穎殼氮含量表現(xiàn)相反趨勢,表明不同基因型對(duì)硫反應(yīng)不同。表2還看出,不同器官中硫的含量依次為:莖+葉>穗軸+穎殼>子粒,S60水平下,兩品種子粒硫的含量均為W0高于其它處理,穗軸+穎殼、莖+葉中硫含量則表現(xiàn)為W1、W2高于W0。S0水平下,各處理間子粒中硫含量無顯著差異,穗軸+穎殼、莖+葉中硫含量均表現(xiàn)為W2高于或顯著高于其它處理。子粒中硫含量S60顯著高于S0,莖+葉、穗軸+穎殼中無顯著差異。子粒中硫含量的增加,必然會(huì)影響其品質(zhì)和加工性狀。2.3蘭考矮早8與s10不同處理對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響兩品種隨灌水次數(shù)增加子粒產(chǎn)量逐步提高,均在W2水平下達(dá)到最大值。表3看出,相同灌水次數(shù)下,豫農(nóng)949的子粒產(chǎn)量顯著提高;在W2、W1條件下,施用硫肥增產(chǎn)率分別達(dá)2.57%和5.51%,W0增產(chǎn)高達(dá)9.39%;蘭考矮早8僅在W2處理增產(chǎn)達(dá)8.97%。兩品種產(chǎn)量最大值均出現(xiàn)在S60W2處理,且較S0W0處理分別增加28.56%和34.29%。兩品種不同處理間成穂數(shù)表現(xiàn)不同,豫農(nóng)949表現(xiàn)為S60高于或顯著高于S0;蘭考矮早8表現(xiàn)出相反的趨勢,但穗粒數(shù)均表現(xiàn)為S60高于或顯著高于S0。豫農(nóng)949在S60和S0條件下,W2千粒重均顯著高于W1和W0;蘭考矮早8僅在S60條件下W2千粒重高于或顯著高于W1、W0。兩品種子粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素表現(xiàn)不同,反映了不同基因型對(duì)灌水和硫肥的響應(yīng)差異,同時(shí)也表明干旱脅迫下施硫?qū)μ岣咝←溩恿．a(chǎn)量有積極作用。3施硫肥對(duì)小麥干物質(zhì)積累及分配的影響研究表明,灌底墑水和拔節(jié)水有利于提高拔節(jié)期之后的干物質(zhì)積累量和總的干物質(zhì)積累量,過量灌溉不利于拔節(jié)至成熟階段的干物質(zhì)積累。李世清等研究表明,在水分脅迫時(shí),施用肥料,葉綠素含量、葉片強(qiáng)度和凈光合速率增加。硫是作物葉綠素合成和ATP磺酰活性所必需。有研究認(rèn)為,施用硫肥能促進(jìn)全生育時(shí)期的群體和旗葉凈光合速率,尤其是適量基施配合拔節(jié)期追施可維持小麥生育后期較高的群體光合速率,對(duì)后期子粒和產(chǎn)量的提高起重要作用;朱云集等認(rèn)為,基施純硫或基施與拔節(jié)期追施各50%,能顯著地提高群體光合速率,增大干物質(zhì)積累,進(jìn)而提高產(chǎn)量。本試驗(yàn)在底墑充足的基礎(chǔ)上,補(bǔ)施硫肥,減少灌水次數(shù),也顯著提高小麥生育后期(開花期和成熟期)干物質(zhì)積累量。有關(guān)成熟期冬小麥干物質(zhì)積累及分配研究多集中在水、氮及水氮交互方面。鄭成巖等研究表明,拔節(jié)期灌水、開花期不灌水有利于干物質(zhì)向子粒分配,進(jìn)而利于子粒產(chǎn)量的提高。有研究認(rèn)為,控制100cm以內(nèi)土層土壤含水量為田間最大持水量的55%左右,施用磷肥能提高花前儲(chǔ)存同化物的運(yùn)轉(zhuǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率及對(duì)子粒的貢獻(xiàn)率,而土壤水分含量的增加降低了穎殼+穗軸的干物質(zhì)積累量和比例。本試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著灌水次數(shù)的增加各器官干物質(zhì)積累量提高,且以子粒的積累量最大,施硫增大莖+葉、穗軸+穎殼分配量,而子粒分配量處理間無顯著差異。小麥的氮素代謝和硫素代謝之間存在密切聯(lián)系,關(guān)于硫?qū)π←溒焚|(zhì)和碳、氮轉(zhuǎn)運(yùn)的影響及不同小麥品種氮、硫積累特性的研究較多。祝小捷等研究表明,中氮和高氮水平下施硫增加了氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)量,提高了植株對(duì)氮的吸收利用和碳物質(zhì)積累。Salvagiotti等的研究結(jié)果也表明,硫肥可協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分平衡,提高氮素利用率;王東等認(rèn)為,小麥植株的氮素積累量與硫的積累量呈極顯著正相關(guān)。本研究采用碳、氮、硫分析儀,通過對(duì)灌水、施硫條件下小麥植株碳氮硫含量分析,表明施硫顯著提高了豫農(nóng)949子粒中氮和硫的含量,而蘭考矮早8僅提高了子粒中硫的含量。子粒中氮、硫含量的提高對(duì)改善小麥品質(zhì)有重要作用。小麥子粒產(chǎn)量的形成,大部分是從葉片和莖稈向子粒轉(zhuǎn)移。在土壤缺硫的條件下,一定施硫范圍內(nèi),小麥產(chǎn)量隨施硫量的增加而提高;也有研究表明,施硫可以增加小麥小花數(shù)分化,減少不育小花數(shù),從而增加穗粒數(shù)而提高產(chǎn)量。本研究看出,施硫提高了兩品種的穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量,其中豫農(nóng)94