施氮量對新疆滴灌冬小麥根系生長及產(chǎn)量的影響

段麗娜，章建新，薛麗華，孫乾坤，趙連佳

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,新疆烏魯木齊 830091)

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施氮量對新疆滴灌冬小麥根系生長及產(chǎn)量的影響

段麗娜1，章建新1，薛麗華2，孫乾坤1，趙連佳1

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,新疆烏魯木齊 830091)

摘要：為探明滴灌冬小麥高產(chǎn)需氮肥規(guī)律，利用大田試驗研究了N0(0 kg·hm-2)、N1(90 kg·hm-2)、N2(180 kg·hm-2)、N3(270 kg·hm-2)、N4(360 kg·hm-2) 施氮量對新冬18號0～60 cm土層根系生長的影響及其與產(chǎn)量和氮肥利用率的關(guān)系。結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，拔節(jié)至成熟期間0～60 cm土層根系干重、根長和根系活力均增加，N3處理孕穗期小麥0～60 cm土層根干重、根長分別較N0處理增加11.93%、29.0%，增幅基本表現(xiàn)為0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm土層；N3處理較N0處理小麥產(chǎn)量增加30.35%，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率為6.90 kg·kg-1。拔節(jié)期前后施適量氮肥可促進(jìn)0～60 cm土層根系生長和活力增強，是氮肥增產(chǎn)的重要原因。本試驗條件下最適宜施氮量為180～270 kg·hm-2，可獲得產(chǎn)量7 591.49～8 004.85 kg·hm-2，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率為6.90～8.06。

關(guān)鍵詞：冬小麥；滴灌；氮肥；根系；產(chǎn)量

新疆地處干旱區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全依靠灌溉。由于灌溉水資源的匱乏，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是必然選擇。滴灌技術(shù)已在新疆小麥生產(chǎn)上大面積應(yīng)用，節(jié)水、增產(chǎn)效果顯著。滴灌施肥的顯著特點是可以將水肥通過滴灌系統(tǒng)直接輸送到作物根區(qū)附近，使水分和養(yǎng)分在土壤中均勻分布，以保證養(yǎng)分被根系快速吸收[1]。滴灌施肥在提高作物產(chǎn)量的同時，也可提高肥料利用效率[2]。根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，其數(shù)量、分布及活力對地上部器官的生長和產(chǎn)量具有直接影響[3-4]。根系發(fā)達(dá)、活力強是小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)[5]。氮肥施用是小麥生產(chǎn)的一個最重要管理措施。氮肥對產(chǎn)量的影響是從影響根系生長開始的。適量底施氮肥可促進(jìn)小麥根系生長，增加總根量和表層根量，減少深層根量[6]。起身、拔節(jié)期肥水可增加小麥表層根量，孕穗期肥水促進(jìn)中層和深層根生長[7-8]；拔節(jié)期和挑旗期追氮小麥的根系活力高于返青期追氮[9]。為了提高產(chǎn)量，普遍存在過量施用氮肥現(xiàn)象[10]，而過量施氮往往使小麥根系生長受到抑制[11]。滴灌可使硝態(tài)氮肥運移至作物根系最密集的0～40 cm 范圍內(nèi)[12]，提高氮肥利用效率。目前，關(guān)于施氮量對滴灌冬小麥根系生長影響的研究很少。本試驗在田間滴灌條件下，研究了不同施氮量對高產(chǎn)冬小麥0～60 cm土層根系生長、產(chǎn)量及氮肥利用效率等的影響，以期為新疆滴灌冬小麥高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料與設(shè)計

試驗于2013-2014年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院瑪納斯試驗站(北緯44°18′14″，東經(jīng) 86°13′11″)進(jìn)行。冬小麥選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N新冬18號。試驗地前茬為大豆，土壤為沙壤土。0～20 cm土壤含有機質(zhì) 28.4 g·kg-1，堿解氮52.2 mg·kg-1，速效磷20.2 mg·kg-1，速效鉀237.0 mg·kg-1。翻地前基施重過磷酸鈣 375 kg·hm-2，灌底墑水750 m3·hm-2。 2013年10月2日機械播種，播種量300 kg·hm-2，行距0.15 m。毛管為“1管4行”，毛管間距60 cm。基本苗 464萬株·hm-2。試驗設(shè)N0、N1、N2、N3、N45個施N處理，具體見表1。將各處理氮肥(尿素)分別加入施肥罐中隨水滴入各小區(qū)。隨機區(qū)組排列，設(shè)3次重復(fù)，每小區(qū)面積24 m2(8 m×3 m)，各小區(qū)間設(shè)1.2 m隔離帶。在播種前、越冬前、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期各滴灌750 m3·hm-2。2014年6月20日～29日收獲。

表1　不同處理的施氮時期和施氮量

1.2測定項目及方法

1.2.1根樣采集及測定

分別于2014年小麥拔節(jié)期(4月20日)、孕穗期(5月13日)、花后14 d(6月2日)、花后28 d(6月16日)及成熟期(6月29日)于毛管間距1/2處選具代表性植株，緊貼地面剪去地上部后，將內(nèi)體積為20 cm×30 cm×20 cm(麥行方向×垂直麥行方向×高)的鐵盒完全砸入土中后，連同土樣取出鐵盒；分3層(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)取出土樣；重復(fù)2次；分別過0.05 mm網(wǎng)篩洗凈泥土、去除雜質(zhì)，獲取各處理的根樣。根系活力，采用TTC還原法測定[13]。用根系掃描儀測根與根系長度后，在80℃下烘至恒重。計算根長密度、根重密度。

1.2.2產(chǎn)量、氮肥利用效率的測定

成熟期分別在小區(qū)中間實收1個具有代表性樣點，每樣點面積9 m2，以3個重復(fù)平均值計算產(chǎn)量。測定有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。根據(jù)以下公式計算氮肥利用率：

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(AEN)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-氮空白區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010、Sigma Plot 10.0作圖，用SAS 8.0及SPSS 16.0進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同施氮量對根系干重及根干重密度的影響

由表2可見，各處理0～60 cm土層的根系干重在拔節(jié)期后迅速增加，花后14 d達(dá)峰值后緩慢下降。拔節(jié)至成熟期，施氮處理小麥0～60 cm土層根干重均顯著高于對照，且不同處理在不同生育期差異程度不同。花后14 d N1、N2、N3、N4處理的根干重分別較N0增加4.92%、10.30%、16.84%、15.86%。整個小麥生育期間0～60 cm根干重密度在施氮處理與N0處理間差異顯著(圖1)，施氮處理較N0處理0～60 cm土層的根干重密度增幅多表現(xiàn)為0～20cm>20～40cm>40～60cm土層，花后14 d N1、N2、N3、N4處理0～20 cm土層的根干重密度分別較N0處理增加2.63%、9.99%、17.76%、19.37%。施氮量對0～60 cm土層根系干重的增加主要是0～20 cm根系干重增加的結(jié)果，孕穗期至成熟期以處理N3、N4的根系總干重最大。

表2　施氮處理對根系干重的影響

數(shù)據(jù)后不同字母代表處理間在5%水平差異顯著. 下同

Different letters following data mean significant difference among different treatments at 5% level. The same as below

2.2不同施氮量對根系長度及根長密度的影響

各施氮處理0～60 cm土層小麥的總根長在拔節(jié)期后迅速增加，均在花后14 d達(dá)峰值后緩慢下降(表3)。拔節(jié)至成熟期間0～60 cm土層總根長施氮處理與N0處理間差異顯著，花后14 d N1、N2、N3、N4處理的總根長分別較N0增加18.04%、23.09%、29.51%、30.28%。小麥孕穗期至成熟期0～60 cm根長密度施氮處理與N0處理間差異顯著(圖2)，施氮處理較N0處理的根長密度增幅多表現(xiàn)為0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm土層，花后14 d N1、N2、N3、N4處理0～20 cm土層的根長密度分別較N0增加12.85%、17.50%、18.72%、23.55%。施氮量對0～60 cm土層根系長度的影響主要是0～20 cm土層根系長度增加的結(jié)果，孕穗期至成熟期以N3、N4處理的根系最長。

2.3不同施氮量對根系活力的影響

由圖3可見，0～20 cm土層根系活力下降早于20～40 cm和40～60 cm土層。拔節(jié)至花后28 d，各施氮處理小麥0～60 cm土層根系活力顯著高于N0處理。N3處理小麥花后14 d 0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層根系活力分別較N0處理增加22.84%、20.03%、22.18%。增加施氮量可增加0～60 cm土層的根系活力，特別是灌漿前期20～40 cm、40～60 cm土層的活力，在拔節(jié)至花后28 d期間多以N3、N4最高。

表3　施氮處理對根系總長度的影響

圖柱上的不同字母代表處理間在5%水平差異顯著. 下同

Different letters beside column mean significant difference among different treatments at 5% level. The same as below

圖1不同施氮處理對根干重密度垂直分布的影響

Fig.1Effect of different nitrogen treatments on vertical distribution of dry root weight density

圖2　不同施氮處理對根長密度垂直分布的影響

2.4不同施氮量對產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

不同施氮處理小麥的產(chǎn)量均顯著高于N0處理，且產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，N3與N4處理差異不顯著。氮肥農(nóng)學(xué)利用率隨施氮量的增加顯著降低(表4)。N1、N2、N3、N4處理小麥的產(chǎn)量分別較N0增加17.68%、23.60%、30.34%、33.56%；N3、N4處理顯著高于其他處理，其有效穗數(shù)分別較N0處理增加14.39%、12.30%，穗粒數(shù)分別較N0處理增加9.62%、10.66%，增加均顯著。N3、N4處理小麥的千粒重較N0處理均有所下降，但差異不顯著。各施氮處理小麥的產(chǎn)量與根干重(花后14 d)比值間差異不顯著，但均較N0處理顯著增加。結(jié)果說明，本試驗條件下增施氮肥可增加小麥產(chǎn)量，但顯著降低氮肥農(nóng)學(xué)利用率；產(chǎn)量的增加主要是有效穗數(shù)和穗粒數(shù)增加的結(jié)果。綜合產(chǎn)量及氮肥農(nóng)學(xué)利用效率，適宜施氮量為N3處理，產(chǎn)量達(dá)8 004.85 kg·hm-2左右。

Ⅰ:拔節(jié)期；Ⅱ：孕穗期；Ⅲ：花后14 d；Ⅳ：花后28 d；Ⅴ：成熟期

Ⅰ:Jointing stage； Ⅱ：Booting stage；Ⅲ：14 d after anthesis；Ⅳ：28 d after anthesis；Ⅴ：Maturity

圖3　不同施氮處理對根系活力垂直分布的影響

*:花后14 d 0～60 cm土層根干重

*:Dry root weight in 0-60 cm layers at 14 d after anthesis

3討 論

常規(guī)灌溉條件下，一定范圍的施氮量促進(jìn)作物根系生長，但超量使用會抑制作物生長[14-16]。冬小麥拔節(jié)、孕穗期適宜的氮肥和水有利于提高開花、灌漿期的根系活力[7]，且可延緩小麥根系衰老進(jìn)程,提高籽粒灌漿速率、增加粒重和產(chǎn)量[9]。本試驗結(jié)果與上述結(jié)論相似，孕穗期前施氮90～270 kg·hm-2，隨著施氮量的增加，拔節(jié)至花后28 d 0～60 cm土層的根長與干重增加，根系活力提高，產(chǎn)量增加，氮肥農(nóng)學(xué)利用率降低；總施氮量達(dá)360 kg·hm-2時，根長與干重、根系活力和產(chǎn)量不再增加，氮肥農(nóng)學(xué)利用率大幅度降低。本研究中，在孕穗期至花后28 d 期間，0～60 cm土層根干重、根長度、根系活力多以N3、N4最大，產(chǎn)量也以N3、N4最高。根系生長對施氮量的響應(yīng)與產(chǎn)量的響應(yīng)相似。說明孕穗前施氮肥可促進(jìn)根系生長，增加小麥水分、養(yǎng)分吸收和群體物質(zhì)生產(chǎn)能力，進(jìn)而增加有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，最終增加產(chǎn)量。在拔節(jié)期前后施適量氮肥對根系生長促進(jìn)效果好于其他時期施氮，可能因為拔節(jié)期至孕穗期既是冬小麥根系生長最快時期，也是小穗數(shù)、小花數(shù)形成的關(guān)鍵時期[3]的緣故。

有研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)灌溉條件下，施氮量為180 kg·hm-2(基施、拔節(jié)期各90 kg·hm-2)時，產(chǎn)量為8 339.69 kg·hm-2[14]，滴灌條件下，施氮量為189 kg·hm-2(分蘗期15%，拔節(jié)期20%，孕穗期25%，揚花期25%，灌漿期15%),產(chǎn)量為6 384.9 kg·hm-2[12]。本試驗中，施氮量為180～270 kg·hm-2(基施90 kg·hm-2、拔節(jié)期90～180 kg·hm-2)，產(chǎn)量為8 004.85～8 202.63 kg·hm-2。差異可能是由于品種、土壤肥力條件和施肥時期等條件不同所導(dǎo)致。有關(guān)滴灌高產(chǎn)麥田的氮肥運籌技術(shù)還需根據(jù)小麥品種及土壤肥力、環(huán)境進(jìn)一步優(yōu)化，以提高小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率。

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收稿日期：2015-12-29修回日期：2016-01-31

基金項目：新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年基金項目(xjnkq-2015045)

通訊作者：薛麗華(E-mail:xuelihua521@126.com)

中圖分類號：S512.1；S311

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-1041(2016)06-0773-06

Effects of Nitrogen Application on the Growth of Root and Yield of Winter Wheat under Drip Irrigation

DUAN Lina1,ZHANG Jianxin1,XUE Lihua2,SUN Qiankun1,ZHAO Lianjia1

(1. College of Agronomy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830052,China;2.Grain Crops Research Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi,Xinjiang 830091,China)

Abstract:To verify the effects of nitrogen application on the growth of root and yield of winter wheat under drip irrigation,five different nitrogen application treatments:N0(0 kg·hm-2),N1(90 kg·hm-2),N2(180 kg·hm-2),N3(270 kg·hm-2),and N4(360 kg·hm-2) were conducted.In the field experiments,effects of different nitrogen application treatments on root growth in 0-60 cm soil layers and the relationship between the yield and nitrogen use efficiency were studied. The results showed that:with the increase of nitrogen application,the dry weight,length and vitality of root in 0-60 cm layers was increased from jointing to maturity stages; the dry weight and length of root in 0-60 cm layers at booting stage under N3 treatment were increased by 11.93% and 29.0%,respectively,compared to those under N0 treatment,with an increase amplitude ranged as 0-20 cm > 20-40 cm > 40-60 cm soil layers; the yield under N3 treatment was increased by 30.35% and the AEN was 6.90 kg·kg-1. The appropriate amount of nitrogen fertilizer application promoted root growth and strong vitality in 0-60 cm layers before and after jointing stage,and it was an important factor for production increase. In this experiment,the optimum amount of nitrogen was 180-270 kg·hm-2,and the yield was 7 591.49-8 004.85 kg·hm-2,with the AEN of 6.90-8.06.

Key words:Winter wheat;Drip irrigation;Nitrogen;Root; Yield

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-05-30

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160530.1549.026.html

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