低氮脅迫對(duì)不同品種谷子生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

程璐 陳鑫 張涵 杜金哲 管延安

摘要：為研究不同品種谷子對(duì)氮肥的反應(yīng)，試驗(yàn)以冀谷31、豫谷8、濟(jì)谷18、濟(jì)谷17、濟(jì)谷16、濟(jì)谷15、濟(jì)谷14、濟(jì)谷12為材料，進(jìn)行不施氮和正常施氮處理，探究低氮脅迫對(duì)不同品種谷子的葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量、產(chǎn)量等性狀的影響。結(jié)果表明，低氮脅迫對(duì)不同品種谷子葉面積指數(shù)、葉片葉綠素含量和產(chǎn)量等性狀均有不利影響，處理間差異極顯著；不同品種間氮肥利用率不同。豫谷8的耐低氮脅迫指數(shù)（NSI）較小，氮肥貢獻(xiàn)率較大，即對(duì)于低氮脅迫最為敏感，對(duì)氮素的依賴(lài)性較大；而濟(jì)谷12和濟(jì)谷17的NSI指數(shù)均較大，氮肥貢獻(xiàn)率較小，即耐低氮性較強(qiáng)，對(duì)氮素的依賴(lài)較小，更為耐貧瘠。

關(guān)鍵詞：谷子；低氮脅迫；葉綠素；葉面積指數(shù)；產(chǎn)量

中圖分類(lèi)號(hào)：S515.034文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2016）10-0103-04

氮素是農(nóng)作物需求量最大的營(yíng)養(yǎng)元素，在提高作物產(chǎn)量中發(fā)揮了極大的促進(jìn)作用[1]。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的施用量迅速增加，在一些高產(chǎn)地區(qū)尤甚[2]。但是增施的氮肥進(jìn)一步的增產(chǎn)效應(yīng)減小，氮肥過(guò)量施入已經(jīng)造成我國(guó)氮肥利用效率較低，大部分氮肥通過(guò)不同途徑損失，氮肥過(guò)量施入導(dǎo)致的地下水硝酸鹽含量超標(biāo)、地表水富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越嚴(yán)重[3]。有研究表明，作物對(duì)低氮脅迫的反應(yīng)存在顯著的基因型差異，選用耐低氮品種是提高氮肥利用效率、減少氮肥用量、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的有效途徑[4]。谷子具有耐貧瘠、耐逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等特性，選育耐低氮脅迫的谷子品種及明確低氮對(duì)谷子生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響，可以提高氮肥利用率，對(duì)谷子合理施肥具有重大的指導(dǎo)意義。

本研究以8個(gè)谷子品種為供試材料，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行不施氮及正常施氮處理，比較各品種在處理后的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量差異及氮肥利用率，選擇對(duì)低氮脅迫耐性較好的谷子品種，為不同地區(qū)、不同肥力地塊的谷子高效施肥提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2013年6-10月在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)膠州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進(jìn)行。試驗(yàn)地為砂姜黑土，前茬作物為小麥。土壤基礎(chǔ)肥力：有機(jī)質(zhì)含量14.0 g/kg，全氮0.81 g/kg，全磷0.48 g/kg，全鉀19.82 g/kg，堿解氮74.01 mg/kg，速效磷 27.37 mg/kg，速效鉀79.84 mg/kg，pH 6.85（水土比 5∶1）。

供試谷子品種為冀谷31、豫谷8、濟(jì)谷18、濟(jì)谷17、濟(jì)谷16、濟(jì)谷15、濟(jì)谷14、濟(jì)谷12。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以不施氮（低氮脅迫L）和每666.7m2施氮10 kg（正常施氮N）為主區(qū)處理，供試8個(gè)谷子品種為副區(qū)處理。兩個(gè)主處理666.7m2均施P2O5 6 kg，K2O 3 kg。肥源為尿素（N≥46.2%）、硫酸鉀（K2O≥50%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5≥12%），肥料均作基肥于播前一次性施入。小區(qū)面積3.5 m×5 m=17.5 m2， 666.7m2種植密度為4.5萬(wàn)株。

1.3取樣和測(cè)定

谷子開(kāi)花時(shí)，每小區(qū)選擇同期開(kāi)花、長(zhǎng)勢(shì)一致的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，之后每隔7天進(jìn)行測(cè)定和取樣待測(cè)。葉綠素含量采用SPAD-502測(cè)定SPAD值，葉面積采用AM-300葉面積儀測(cè)定，計(jì)算葉面積指數(shù)。收獲后，考察單株穗重、單株粒重、出谷率、千粒重、秕谷率和產(chǎn)量。

1.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

耐低氮脅迫指數(shù)（NSI）為某一性狀低氮脅迫條件下調(diào)查值與正常條件下該性狀調(diào)查值的比值[5]。

肥料貢獻(xiàn)率是指施氮對(duì)谷子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率。肥料貢獻(xiàn)率（%）=（施氮肥區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量）/施氮區(qū)產(chǎn)量×100。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013和DPS v 7.05進(jìn)行處理和作圖。

2結(jié)果與分析

2.1低氮脅迫下不同品種谷子開(kāi)花后葉面積指數(shù)（LAI）的變化

根據(jù)表1分析，各品種處理的葉面積指數(shù)在開(kāi)花后均呈下降趨勢(shì)，花后35天降至最低。相對(duì)于正常施氮，在不施氮條件下，各品種LAI均降低，且差異呈極顯著水平。說(shuō)明氮肥不足會(huì)影響谷子葉片的形態(tài)建成，降低葉面積指數(shù)，減少光合面積。對(duì)NSI進(jìn)行比較得出，濟(jì)谷18的降低幅度最小，平均NSI為0.57；而冀谷31和豫谷8的降

幅較大，平均NSI分別為0.32和0.31。由表1看出，濟(jì)谷18、濟(jì)谷14和濟(jì)谷12的NSI值較高，且三品種差異不顯著，即在低氮脅迫下仍保持較高的冠層覆蓋率，而冀谷31、豫谷8和濟(jì)谷16則受低氮脅迫影響較大，光合面積減小較多，不利于積累光合產(chǎn)物。

2.2低氮脅迫下不同品種谷子開(kāi)花后頂葉SPAD值的變化

表2分析表明，在正常施氮條件下，除冀谷31和濟(jì)谷17呈單峰下降趨勢(shì)外，其余6個(gè)品種開(kāi)花后頂葉SPAD值均呈先上升后下降的趨勢(shì)，濟(jì)谷18和濟(jì)谷14的峰值出現(xiàn)在花后14天，剩余4個(gè)品種的峰值出現(xiàn)在花后7天；低氮脅迫下也呈現(xiàn)同樣趨勢(shì)，濟(jì)谷18的峰值出現(xiàn)在花后7天，豫谷8、濟(jì)谷15和濟(jì)谷14峰值在花后14天；其余處理在開(kāi)花后始終呈下降趨勢(shì)。低氮脅迫會(huì)明顯降低頂葉葉綠素含量，在開(kāi)花期及花后各時(shí)期同一品種不同施肥處理間均表現(xiàn)極顯著差異。在谷子開(kāi)花后0～35天內(nèi)，冀谷31的NSI平均值最大，為0.71；豫谷8和濟(jì)谷18間的NSI差異不顯著，豫谷8最小，為0.56。綜上所述，低氮脅迫對(duì)豫谷8頂葉葉綠素含量影響較大，而對(duì)冀谷31影響較小。

2.3低氮脅迫下不同品種谷子產(chǎn)量性狀的變化

如表3所示，低氮脅迫明顯降低不同品種谷子產(chǎn)量，縮短穗長(zhǎng)，降低單株穗重、單株粒重、單株莖葉重、千粒重和容重，增加秕谷率，對(duì)各性狀的影響程度因品種而異。對(duì)各品種性狀的NSI進(jìn)行方差分析可得出，各品種產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著差異，NSI均在0.25～0.30范圍內(nèi)。濟(jì)谷12產(chǎn)量的NSI最大，為0.30；其次是濟(jì)谷16和濟(jì)谷17，為0.29；豫谷8最小，為0.25。株高NSI最高的是濟(jì)谷12，為0.89，其次是冀谷31，為0.83；最低為濟(jì)谷15，僅0.58。冀谷31的穗長(zhǎng)NSI值最高，為0.77。品種內(nèi)單株穗重和單株粒重呈差異極顯著。濟(jì)谷16和濟(jì)谷17千粒重受氮脅迫影響最小，0.98。濟(jì)谷18和冀谷31的容重NSI最大，為0.99，說(shuō)明低氮脅迫基本不會(huì)對(duì)其容重產(chǎn)生影響。濟(jì)谷16的秕谷率受低氮脅迫影響最小，秕谷率增加幅度最小。

2.4不同品種谷子氮肥貢獻(xiàn)率的差異

如圖1所示，氮肥對(duì)不同品種谷子的貢獻(xiàn)率有差異。產(chǎn)量貢獻(xiàn)率在70.1%～74. 7%之間，其中氮肥貢獻(xiàn)率最高的是豫谷8，最低的是濟(jì)谷12。由此表明豫谷8易受到氮肥影響，低氮脅迫下產(chǎn)量有較大的下降趨勢(shì)；與其他品種相比，低氮脅迫對(duì)濟(jì)谷12的影響較小，在缺氮條件下減產(chǎn)最少。

3討論與結(jié)論

植物在遭受低氮脅迫等外界環(huán)境脅迫后，植株形態(tài)學(xué)和生理生化參數(shù)發(fā)生改變，因此與植株抵御逆境能力強(qiáng)度相關(guān)的部分植株性狀和生理生化參數(shù)，可作為耐脅迫能力強(qiáng)弱的參考和鑒定指標(biāo)[6-9]。氮是葉綠素的重要組分，缺氮會(huì)影響葉綠素的合成。1917年，葉面積指數(shù)（LAI）由Balls提出，它可以明確作物生長(zhǎng)發(fā)育的動(dòng)態(tài)，既是決定表征作物的冠層結(jié)構(gòu)和判斷作物長(zhǎng)勢(shì)，又是決定作物生物量和產(chǎn)量的關(guān)鍵因子[10-12]。王雁敏等人研究結(jié)果表明，施氮量增加，玉米的LAI增加[13]。路海東等人研究表明，氮肥對(duì)不同基因型玉米品種影響顯著，不同品種的耐低氮能力存在明顯差異[14]。

頂葉是谷子關(guān)鍵源器官，頂葉的光合基本代表了冠層光合的趨勢(shì)。本試驗(yàn)以頂葉葉綠素含量的SPAD值、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量等相關(guān)農(nóng)藝性狀和氮肥貢獻(xiàn)率作為調(diào)查指標(biāo)，衡量了低氮脅迫對(duì)不同谷子品種的影響。綜合分析表明，豫谷8在低氮脅迫條件下，葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量降低幅度較大，NSI值較小，即受低氮脅迫的影響較大，不利于進(jìn)行光合作用和光合產(chǎn)物的積累；產(chǎn)量及相關(guān)農(nóng)藝性狀分析表明，豫谷8的NSI值均較低，且氮肥貢獻(xiàn)率最高。濟(jì)谷12和濟(jì)谷17在低氮脅迫下葉面積指數(shù)和葉片葉綠素含量降低幅度較小，產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀的NSI值較其他品種均較大，且氮肥貢獻(xiàn)率較低，即耐低氮性較好。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)不同品種耐氮脅迫能力的不同，可以指導(dǎo)不同品種谷子種植在不同肥力地塊，對(duì)合理施用氮肥、提高氮肥利用率有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜爽，吳鳳芝，關(guān)頌?zāi)龋?耐低氮脅迫黃瓜品種的篩選[J].中國(guó)蔬菜，2012（8）： 51-56.

[2]陳雅君，閆慶偉，張璐，等.氮素與植物生長(zhǎng)相關(guān)研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2013，44（4）：144-148.

[3]張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰，等.中國(guó)主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑[J].土壤學(xué)報(bào)，2008，45（5）： 915-924.

[4]趙付江，申書(shū)興，李青云，等.耐低氮茄子基因型的篩選[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)， 2008，9（3）：375-377，380.

[5]姚啟倫，胡芳，許江.低氮脅迫下玉米地方品種形態(tài)特征和光合特性的變化[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40（5）：37-41.

[6]曹黎明，潘曉華.水稻耐低磷基因型種質(zhì)的篩選與鑒定[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（2）：162-168.

[7]丁洪，李生秀，郭慶元，等.酸性磷酸酶活性與大豆耐低磷能力的相關(guān)研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1997，3（2）：123-128.

[8]李淑文，文宏達(dá)，周彥珍，等.不同氮效率小麥品種氮素吸收和物質(zhì)生產(chǎn)特性[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39（10）：1992-2000.

[9]趙紅梅，郭程瑾，段巍巍，等.小麥品種抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)， 2007，8（1）：76-81.

[10]陳雪洋.基于環(huán)境星CCD數(shù)據(jù)的冬小麥葉面積指數(shù)遙感監(jiān)測(cè)模型研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009.

[11]王希群.北京山區(qū)油松、側(cè)柏林質(zhì)量調(diào)控理論與技術(shù)的研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)， 2005.

[12]張榮霞.不同作物多種葉面積指數(shù)獲取方法對(duì)比研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[13]王雁敏，王平.西北半干旱地區(qū)不同氮磷配施對(duì)玉米生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，17（6）：79-83.

[14]路海東，薛吉全，馬國(guó)勝，等.低氮脅迫對(duì)不同基因型夏玉米源庫(kù)性狀和灌漿特性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21（5）：1277-1282.