不同滴灌春小麥品種的氮素吸收規律和氮營養指數

史力超，翟 勇，侯振安，冶 軍

(石河子大學農學院，新疆石河子 832003)

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不同滴灌春小麥品種的氮素吸收規律和氮營養指數

史力超，翟 勇，侯振安，冶 軍

(石河子大學農學院，新疆石河子 832003)

摘要：為探究滴灌春小麥氮素吸收規律和不同生育時期氮營養狀況的基因型差異，以新春6號和新春35號為供試材料，設置0、75、150、225、300、375 kg·hm-26個施氮水平，分析滴灌條件下不同春小麥品種在生育期內的氮素吸收曲線、臨界值曲線及氮營養指數。結果表明，兩個春小麥品種氮素吸收量均隨施氮量的增加而增加，新春6號的氮素快速積累期早于新春35號。植株吸氮量的臨界值與出苗后天數均呈極顯著的二次函數關系(新春6號：y= -0.174 6x2+22.528x+414.02，R2=0.998**；新春35號：y= -0.169 9x2+20.832x+357.13，R2=0.993**)。依據氮營養指數計算，兩個春小麥品種的適宜施氮量均在225～300 kg·hm-2范圍，且應適當降低出苗后25 d之前和提高出苗后35 d的施氮量。

關鍵詞：滴灌；春小麥；氮素吸收；臨界值曲線；氮營養指數

氮素是小麥必需的營養元素之一，直接影響小麥產量與品質的形成。但過多的氮素投入及不合理的氮肥運籌方式在增加小麥生產成本的同時，也會導致氮肥利用率降低[1-2]。作物產量隨植株吸氮量的增加呈先增后降的趨勢[3]。近年來，滴灌技術在新疆春小麥生產上的應用取得了良好效果，滴灌小麥的面積也逐年擴大[4-5]。滴灌條件下氮素可以隨水移動被分配到耕層的不同部位，從而提高小麥氮肥利用率。在新疆干旱區灰漠土中、下等土壤肥力條件下，滴灌小麥氮肥最佳施用量為234 kg·hm-2[6]。也有人認為，滴灌春小麥的氮素積累潛力及最大積累速率隨著施氮量的增加均呈先增后降的趨勢，且快速積累時間逐漸減少，最佳施氮量為300 kg·hm-2[7]。可見，對該地區滴灌春小麥適宜的施氮量仍有一定爭議，這可能與小麥品種及土壤肥力不同有關。此外，有關滴灌春小麥的氮素吸收規律目前也尚不明確。本研究在滴灌條件下通過分析不同小麥品種生育期內氮素吸收曲線、臨界值曲線及氮營養指數來評價小麥各生育時期氮素營養狀況，以期為滴灌小麥合理施氮提供依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2014年在新疆石河子市天業生態園進行，前茬作物為油葵，土壤為灌耕灰漠土，0～30 cm土壤有機質含量16.6 g·kg-1，堿解氮含量68.5 mg·kg-1，速效磷含量16.3 mg·kg-1，速效鉀含量189.1 mg·kg-1。

1.2試驗設計

供試小麥品種為新春6號和新春35號(兩個品種均為當地主栽品種，且需氮量和生育期長短不同)，均于2014年3月31日播種(播量為345 kg·hm-2)，7月11日收獲。試驗設0、75、150、225、300和375 kg·hm-26個施氮水平(分別用N0～N5表示)，氮肥品種為尿素，每個處理總施氮量中基肥占20%，其余分別于苗期、拔節期、孕穗期、抽穗期和灌漿期追施，比例分別為15%、30%、15%、10%和10%，追肥在每次取樣后第二天進行。總灌水量為6 000 m3·hm-2，其中苗期、拔節期、孕穗期、揚花期、乳熟初期和乳熟末期的灌水量占總灌水量的15%、25%、20%、15%、15%和10%。滴灌帶布置為一管四行(即4行小麥1條滴灌帶，行距為15 cm，滴灌帶幅寬為60 cm)。每個處理重復三次，小區面積為9 m2(3 m×3 m)，小區之間各設50 cm保護行。磷(P2O5)、鉀(K2O)作為基肥一次性施入，施用量均為150 kg·hm-2。其他各項管理與大田生產相同。

1.3樣品采集與測定

小麥從兩葉一心期開始進行破壞性取樣，每個小區選取具有代表性的植株10株，取其地上部分，按器官分樣，然后在105 ℃烘箱中殺青30 min，75 ℃條件下烘干至恒重，冷卻后測定干物質重，粉碎后用凱氏定氮法測定各器官全氮含量。成熟后選取1 m2(1 m×1 m)代表性樣段測產。

1.4滴灌春小麥氮素積累的擬合、相對產量和氮營養指數的計算方法

用Logistic模型[8]模擬滴灌春小麥植株氮素積累隨出苗后天數的增長特征，其基本模型為y=ym/(1+aebt)

式中y為春小麥氮素積累量；ym為氮素積累的理論最大值；t為出苗后天數；a、b為參數。對擬合方程求1階、2階和3階導數，可得出相應生長曲線的快速生長時段的起始時間(t1)、終止時間(t3)、最大速率(vmax)及其出現的時間(t2)。

Y=Yt/Ym

式中Y為春小麥相對產量；Yt產量實測值；Ym為最大產量。相對產量有助于消除由于地塊、田間管理等因素帶來的誤差。

NNI=Nt/Nc

式中NNI為氮營養指數；Nt為春小麥氮素吸收量的實測值；Nc為春小麥氮素吸收量的臨界值。NNI可以直觀地反映作物體內氮素的營養狀況，NNI=1，氮素營養狀況最為適宜；NNI<1，表現為氮素營養虧缺；NNI>1，表現為氮素營養過剩。

2結果與分析

2.1施氮對滴灌春小麥氮素吸收積累的影響及其擬合模型

不同施氮處理下滴灌春小麥的氮素積累趨勢基本一致(圖1)。從整個生育期來看，春小麥氮素吸收隨著氮肥施用量的增加而增加，高氮處理(N5)與低氮處理(N0～N2)間差異顯著，且隨生育期的延長，不同施氮處理間差異不斷增大，各生育時期新春35號氮素積累量略大于新春6號。說明施氮會促進滴灌春小麥吸收積累氮素。

從表1可以得出，滴灌春小麥植株氮素積累速率隨著施氮量的增加而增加。利用Logistic模型擬合分析表明，兩個小麥品種開始快速積累的時間均以N0最早，其快速積累時間也最短。新春6號干物質積累快速增長期為出苗后21.8～49.5 d(拔節期到抽穗期)，而新春6號干物質積累快速增長期為出苗后27.5～53.4 d(拔節期到抽穗期)，說明新春6號對氮素的吸收積累高峰期較早。

圖1　不同施氮水平下滴灌春小麥氮素積累量的動態變化

品種VarietyN水平Nlevel擬合方程Regressionequationt1/dt2/dt3/d△t/dVmax/(kg·hm-2·d-1)R2新春6號N0y=197.27/(1+4.12e-0.1288t)21.832.042.220.46.20.980**Xinchun6N1y=227.60/(1+4.03e-0.1175t)23.134.345.522.36.30.970**N2y=254.57/(1+4.08e-0.1163t)23.835.146.422.66.80.972**N3y=271.89/(1+4.40e-0.1199t)25.736.747.721.97.80.985**N4y=293.69/(1+4.51e-0.1178t)27.138.349.522.58.60.982**N5y=311.15/(1+4.75e-0.1310t)26.236.348.121.99.60.970**新春35號N0y=217.23/(1+5.14e-0.1391t)27.537.046.418.97.20.990**Xinchun35N1y=248.03/(1+4.89e-0.1288t)27.738.048.220.47.90.981**N2y=276.53/(1+4.80e-0.1279t)28.237.548.820.68.60.977**N3y=307.61/(1+4.91e-0.1255t)28.639.149.621.09.60.986**N4y=319.53/(1+5.07e-0.1196t)31.442.453.422.09.40.946**N5y=341.50/(1+5.20e-0.1236t)31.442.152.721.310.40.990**

**：P<0.01

2.2滴灌春小麥植株吸氮量與相對產量的關系

用出苗后25～63 d的春小麥吸氮量分別與相對產量進行回歸分析，二者符合線性加平臺關系，即當植株吸氮量增加到某一臨界值時，相對產量不再增加(圖2和圖3)。由回歸方程可以計算出新春6號出苗后25、35、44、54和63 d氮素吸收的臨界值分別為54、171、231、261 和288 kg·hm-2，新春35號分別為40、159、244、287和312 kg·hm-2。當春小麥吸氮量低于臨界值時就會造成減產。

2.3滴灌春小麥植株吸氮量臨界值與出苗后天數的關系

由圖4可知，兩品種春小麥出苗后25、35、44、54和63 d的吸氮量臨界值。在實際生產中不可能均在出苗后25、35、44、54和63 d 5個時間點施肥。為了得出出苗后任意一天的植株吸氮量臨界值，以方便實際應用，將上述5個植株吸氮量臨界值(y)與出苗后天數(x)進行回歸分析(圖3)，建立了回歸方程，新春6號為y= -0.169 9x2+20.832x+357.13(R2=0.993 1**)，新春35號為y= -0.174 6x2+22.528x+414.02(R2=0.998 5**)。將出苗后的天數代入擬合方程，就能夠計算出與之相對應的植株吸氮量臨界值。

圖2　新春6號植株吸氮量與相對產量的關系

圖3　新春35號植株吸氮量與相對產量的關系

y1：新春6號Xinchun 6；y2：新春35號Xinchun 35

圖4春小麥臨界吸氮量與出苗后天數的關系

Fig.4Relationship between days after emergence

and values of critical N uptake for spring wheat

2.4滴灌春小麥氮營養指數(NNI)的特點

由圖5可以看出，兩個品種春小麥的NNI變化趨勢一致，在生育期內都呈現出一定程度的波動性，且均隨著施氮量的增加而變大。兩個品種春小麥低氮處理(N0～N2)的NNI都低于1，表明小區內氮素供應不足，出現了氮虧缺；高氮處理(N5)的NNI都高于1，表明小區內氮素供應充足，甚至過量；中氮處理(N3、N4)始終在1附近變化，表明較適宜的施氮量應在N3和N4之間。兩個春小麥品種在出苗后第25天NNI較高，說明出苗后25 d之前的氮肥投入過量。此外，新春6號生育前中期氮營養指數較低，而新春35號生育中后期氮營養指數較低，表明新春6號生育前中期需氮量較高，新春35號生育中后期需氮量較高。

圖5　不同氮素水平下滴灌春小麥氮素營養指數的動態變化

3討 論

滴灌可以將肥料在小麥的不同生育時期隨水施用，這有別于常規小麥的施肥方式，因此明確滴灌春小麥生育期總施氮量及不同生育時期植株吸氮量臨界值、施氮比例是滴灌春小麥研究的一個重要方面。本研究中，兩個春小麥品種植株氮素積累量在各生育時期均隨施氮量的增加而增加，這與郭天財等[7]研究結果一致。而劉 其等[7]研究認為，隨著施氮量的增加，滴灌春小麥氮素積累量在各生育時期均呈先增后降的趨勢。本研究結果與其不同的原因可能是本試驗設置的最高施氮量相對較小，沒有超過氮素積累量達到最大的施氮量。本研究表明，新春35號氮素快速積累的時間大于新春6號，這與前人[9-10]研究結果有相似之處。

傳統種植模式下小麥最佳施肥量確定是以收獲時的最高產量(或最佳經濟產量)為依據，對氮肥在不同生育階段的貢獻并不清楚，通常將不同階段的施氮量按固定比例施用。而小麥整個生長過程中對氮肥的需求存在著階段性的差別[11]。因此，傳統施肥量的確定對于快速生長階段氮肥需求量的估計可能會低于實際需求，而對緩慢生長階段需肥量的估計則會可能高于實際值。

作物臨界氮濃度是作物維持最大產量所需的最低植株全氮濃度。臨界氮濃度與植株干物質累積量存在冪函數關系[12-13]。這與本研究模擬氮素吸收臨界曲線所用的方法相似。本研究將各生育時期不同施氮量所對應的植株氮素吸收量與相對產量進行回歸分析得到各生育時期吸氮量臨界值，將各生育時期植株吸氮量臨界值與出苗后天數進行回歸分析得到氮素吸收臨界值曲線，可以計算出任意一天植株氮素吸收的臨界值。因此，可以通過測小麥生育期內任意一天的吸氮量，將其與當天氮素吸收的臨界值進行比較來判斷是否需要施肥。前人基于作物臨界氮濃度稀釋模型提出氮營養指數(NNI) 的概念，其生物學意義合理，能定量動態描述作物氮營養狀況的變化[14-15]。本研究表明，兩個春小麥品種適宜的施氮量均在225～300 kg·hm-2范圍。生育前期施氮量為225 kg·hm-2時，兩個小麥品種的氮營養指數均大于1，而生育中期兩個小麥品種均小于1，說明本試驗施氮比例前期相對較高，而生育中期相對較低，其中新春6號生育中前期較低，而新春35生育中后期較低。這也說明作物施肥應根據品種吸肥特點進行。

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Absorption Characteristics and Nutrition Index of Nitrogen for Spring Wheat under Drip-irrigation

SHI Lichao,ZHAI Yong,HOU Zhenan,YE Jun

(College of Agriculture, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832003,China)

Abstract:The objective of this experiment was to explore the law of nitrogen absorption and nitrogen nutrition during different growth periods of spring wheat under drip irrigation. The field experiment consisted of six nitrogen fertilizer treatments (0 kg·hm-2, 75 kg·hm-2, 150 kg·hm-2, 225 kg·hm-2, 300 kg·hm-2, and 375 kg·hm-2) using two wheat cultivars (Xinchun 6 and Xinchun 35), to estimate N nutrition index and N absorption curves under drip irrigation. The results showed that N accumulation in both cultivars increased with the increase of nitrogen application, while the rapid-accumulation period of Xinchun 6 was earlier than of Xinchun 35. Quadratic function relationship between the critical values of N absorption and the number of days after seedling was extremely significant (Xinchun 6：y=-0.174 6x2+22.528x+414.02, R2=0.998**; Xinchun 35：y=-0.169 9x2+20.832x+357.13, R2=0.993**). On the basis of N nutrition index, reasonable N application ranged from 225 kg·hm-2to 300 kg·hm-2for two cultivars. Meanwhile, N application before 25 days after seedling should be properly decreased and that at 35 days after seedling should be increased.

Key words:Drip irrigation; Spring wheat; N absorption; Curve of critical values; N nutrition index

中圖分類號：S512.1；S318

文獻標識碼：A

文章編號：1009-1041(2016)03-0302-06

通訊作者：冶 軍(E-mail:yejun.shz@163.com)

基金項目：國家科技支撐計劃項目(2012BAD42B02)

收稿日期：2015-09-04修回日期：2015-10-31

網絡出版時間：2016-03-01

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160301.1338.014.html

第一作者E-mail：shidaslc@163.com