播后鎮壓和冬前灌溉對冬小麥干物質轉移和氮素利用效率的影響

張 迪，王紅光，賈 彬，李東曉，李瑞奇，李雁鳴

(河北農業大學農學院/河北省作物生長調控重點實驗室，河北保定 071000)

播后鎮壓和冬前灌溉對冬小麥干物質轉移和氮素利用效率的影響

張 迪，王紅光，賈 彬，李東曉，李瑞奇，李雁鳴

(河北農業大學農學院/河北省作物生長調控重點實驗室，河北保定 071000)

為明確播后鎮壓和冬前灌溉對高產冬小麥干物質和氮素轉移及氮素利用效率的影響，以冬小麥品種石新828和石麥12為材料，采用裂區田間試驗，于開花期和成熟期，測定不同器官的干物質和氮積累量和轉移量、籽粒產量、蛋白質產量、氮吸收效率和氮肥生產效率。結果表明，冬灌和鎮壓處理下，2個品種開花期和成熟期的干物質積累量下降，開花前各營養器官干物質的轉移量、轉移率及對籽粒的貢獻率均降低，但開花后籽粒中的干物質積累量增加。冬灌處理小麥成熟期的總干物質積累量和產量下降。冬灌處理下，石新828開花后籽粒中的氮積累量增加，開花后氮素對籽粒的貢獻率提高，但各器官的氮轉移量顯著降低，籽粒氮積累總量顯著減少，氮吸收效率下降；冬灌對石麥12成熟期籽粒氮素積累量影響不顯著。與不鎮壓相比，鎮壓處理下，2個品種開花期的氮積累總量和不同器官中的氮積累量均降低，而成熟期各器官氮積累量及分配比例的差異均不顯著。鎮壓處理與不鎮壓處理相比，2個品種開花前營養器官中的氮轉移量、轉移率和貢獻率均降低，但是開花后的氮積累量及其對籽粒氮的貢獻率提高，其中，鎮壓的石麥12開花前氮轉移量、貢獻率和開花后氮積累量、貢獻率與不鎮壓的差異達顯著水平；成熟期籽粒氮素積累量的差異不顯著。建議在足墑播種條件下不必進行冬灌，應根據播種前后土壤和水分條件確定是否需要鎮壓。

冬小麥; 冬前灌溉; 播后鎮壓; 產量; 干物質轉移; 氮素利用效率

河北省冬季寒冷少雪，水資源嚴重匱乏，氮肥利用效率低[1]。該地區由于前后茬作物接茬時間短，常因播種質量問題導致小麥出苗率低、形成苗弱以及越冬死苗的現象[2]。因此，防凍保苗以提高小麥產量，是該地區急需解決的問題。冬前灌溉(以下簡稱冬灌)曾長期被作為冬小麥越冬保苗的措施，播后鎮壓也能提高出苗質量，但關于播后鎮壓和冬灌對小麥干物質積累、氮素利用效應的研究結果不盡相同。有研究表明，小麥籽粒中的氮來自開花后吸收的氮和開花前營養器官貯藏氮的再分配[3]；冬灌是影響小麥開花前氮素積累和轉運的重要因素之一[4]。黨建友等[5]報道，在山西南部地區，氮肥全部底施配合灌越冬水，能獲得較高的小麥產量及較高的水分和氮素利用效率。褚鵬飛等[6]研究表明，冬小麥灌拔節水和開花水，可以獲得理想的產量和水分利用效率。冬灌促進土壤硝態氮向深層淋溶，是沙土地降低氮肥利用效率的主要原因[7]；不是特別干旱和寒冷的年份，可以不灌越冬水[8]；為了預防凍害，應該采取鎮壓措施[9]。鎮壓可改變土壤緊實度和三相比，影響土壤中氮的氧化還原反應，改變土壤氮的供給能力，并通過增加根系與土壤的接觸，促進氮的吸收[10]。但土壤過度緊實使根系生長量減少，從而減少對土壤養分的吸收[11]。Lal[12]報道，與不鎮壓相比，鎮壓玉米的氮素吸收量減少23.2%。但關于北部冬麥區播種后鎮壓和冬灌對冬小麥營養器官中干物質和氮素轉移、氮素利用效率的影響研究較少。本研究就播種后鎮壓和冬灌對2個冬小麥品種干物質和氮素轉移及氮素利用效率的影響進行探究，旨在明確這些技術措施對高產冬小麥的效應，為確定兼顧節水和簡化栽培的管理措施提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗材料為冬小麥品種石麥12和石新828。試驗于2012-2013年冬小麥生長季在河北省高碑店市進行。試驗地為壤土，前茬為花生，施底肥前0～20 cm土層土壤養分為：有機質13.9 g·kg-1，堿解氮95.47 mg·kg-1，速效磷13.32 mg·kg-1。每公頃施N 240 kg、P2O5138 kg、K2O 108 kg。磷、鉀肥全部底施，氮肥按底肥和拔節期追肥各50%施用。春季在拔節期和開花期各灌水1次。

試驗采取裂區設計，主區是灌溉，分為不冬灌和冬灌；副區是播種后鎮壓，分為鎮壓和不鎮壓。小區面積4 m×20 m(80 m2)，3次重復。2012年10月11日12 cm等行距機械播種，播種后次日用石磙進行鎮壓處理。基本苗255萬·hm-2。11月23日灌溉。2013年6月16日收獲。其他田間管理均同當地高產田。

1.2 測定項目和方法

于開花期和成熟期在各小區取植株樣品。開花期將植株樣品分為葉片、莖稈+葉鞘(簡稱莖鞘)和穗3部分；成熟期分為葉片、莖鞘、穎殼+穗軸(簡稱穗)、籽粒4部分。于105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒重，粉碎后用H2SO4-H2O2法消煮，用AA3流動分析儀(德國SEAL公司生產)測定氮含量。用以下公式[13-14]計算相關指標：

氮積累量=干物質積累量×含氮量；

營養器官干物質(氮)轉移量=開花期營養器官干物質(氮)積累量-成熟期營養器官干物質(氮)積累量；

開花后干物質(氮)積累量=成熟期干物質(氮)積累量-開花期干物質(氮)積累量

營養器官干物質(氮)轉移率=營養器官干物質(氮)轉移量/開花期營養器官干物質(氮)積累量×100%；

開花前營養器官干物質(氮)對籽粒的貢獻率=營養器官干物質(氮)轉移量/成熟期籽粒干物質(氮)積累量×100%；

開花后干物質(氮)對籽粒的貢獻率=開花后干物質(氮)積累量/成熟期籽粒干物質(氮)積累量×100%；

器官的氮分配比例=器官的氮積累量/植株氮積累量×100%；

氮素吸收效率=植株氮積累量/施氮量

氮肥生產效率=籽粒產量/施氮量

籽粒蛋白質產量=籽粒產量×籽粒蛋白質含量

1.3 數據處理

用EXCEL 2003 和SPSS version 19.0進行數據統計、分析。

2 結果與分析

經方差分析發現，播后鎮壓與冬灌對各項被測指標的交互作用均不顯著，因此只對2種措施的主效應進行分析。

2.1 播后鎮壓和冬灌對小麥干物質轉移的影響

由表1可見，冬灌和鎮壓處理下，2個小麥品種開花期和成熟期的干物質積累量、開花前營養器官干物質轉移量、轉移率及對籽粒干重的貢獻率均顯著降低，但開花后干物質積累量及其對籽粒的貢獻率顯著增加。與不冬灌相比，冬灌處理石麥12和石新828開花前干物質轉移量分別降低了787.28和614.60 kg·hm-2，而開花后干物質積累量分別增加744.49和293.12 kg·hm-2，均與不冬灌處理的差異顯著；由于開花后干物質積累量的增加量少于開花前干物質轉移的減少量，因此冬灌處理小麥的總干物質積累量降低。與不鎮壓相比，鎮壓處理的石麥12和石新828開花前干物質的轉移量分別降低了523.82和332.82 kg·hm-2，而開花后干物質積累量分別增加533.53和408.20 kg·hm-2，均與不鎮壓處理的差異顯著，兩個品種的總干物質積累量在鎮壓與不鎮壓處理間差異均不顯著。

2.2 播后鎮壓和冬灌對小麥開花期和成熟期各器官氮素積累和分配的影響

從表2可以看出，冬灌處理下，2個品種開花期葉片、莖鞘和穗中的氮積累量和總氮積累量都降低。其中，石新828不同器官氮積累量和總氮積累量與不冬灌的差異均達顯著水平，石麥12莖鞘的氮積累量和總氮積累量與不冬灌的差異達顯著水平。從分配比例來看，石麥12冬灌處理葉片中的氮分配比例顯著增加，莖鞘中的分配比例顯著減少，穗中的分配比例與不冬灌的差異不顯著；石新828冬灌處理穗中的氮分配比例顯著升高，而在葉片和莖鞘中的分配比例與不冬灌的差異不顯著。說明冬灌對2個小麥品種氮的積累量和在不同器官的分配比例的影響存在一定差異。與不鎮壓相比，2個品種鎮壓處理后，開花期的總氮積累量和不同器官中的氮積累量均有所降低，僅石麥12葉片和穗中的氮積累量及總氮積累量差異顯著。2個品種鎮壓與不鎮壓處理小麥開花期各器官中的氮分配比例差異均不顯著。

冬灌對2個小麥品種成熟期不同器官氮積累量和分配比例的影響不同(表3)。與不冬灌比較，冬灌的石新828不同器官氮積累量和總氮積累量均顯著降低，莖鞘中的氮分配比例也顯著降低，但籽粒中的氮分配比例提高。冬灌對石麥12不同器官氮積累量和分配比例的影響均不顯著。鎮壓對成熟期2個品種不同器官的氮積累量和總氮積累量及其分配比例影響均不顯著。

表1 播后鎮壓和冬灌對小麥干物質的影響

同列數據后的不同小寫字母表示相同品種不同處理間的差異在0.05水平顯著。下同。

Different small letters following data mean significant difference among different treatments at 0.05 level. I: Irrigation; NI:No irrigation; C:Compaction; NC:No compaction；DMA：Dry matter accumulation.The same below.

表2 播后鎮壓和冬灌對小麥開花期氮積累量和分配比例的影響

2.3 播后鎮壓和冬灌對小麥各器官氮素轉移的影響

由表4可見，冬灌對2個小麥品種不同器官開花前氮素轉移的影響不盡相同。與不冬灌相比，冬灌的石麥12的莖鞘開花前氮素向籽粒的轉移量和轉移率以及總氮轉移量顯著降低；石新828開花前葉片、莖鞘及總氮的轉移量均顯著降低，但開花前氮素的轉移率與不冬灌的差異均不顯著；2個品種開花前氮素對籽粒氮的貢獻率均與不冬灌的差異不顯著。2個品種冬灌處理開花后籽粒的氮積累量與對籽粒的貢獻率都有所提高，但與不冬灌的差異均不顯著。

鎮壓處理2個品種開花前營養器官氮轉移量、轉移率和對籽粒的貢獻率都有所降低，開花后氮積累量與對籽粒的貢獻率提高。其中，鎮壓的石麥12開花前氮素轉移總量和對籽粒氮的貢獻率顯著低于不鎮壓，而開花后的氮積累量和對籽粒氮的貢獻率顯著高于不鎮壓。

2.4 播后鎮壓和冬灌對小麥產量和氮素利用的影響

由表5可見，與不冬灌相比，冬灌的石新828籽粒產量、蛋白質產量和氮素吸收效率均顯著降低。表明冬灌不利于石新828對氮素的吸收利用。冬灌對石麥12產量和氮素利用的影響不顯著。鎮壓處理對石新828、石麥12的產量和氮肥效率的影響均不顯著。說明冬灌和鎮壓對小麥產量和氮素利用效率的影響在2個品種間稍有差異，鎮壓的影響比冬灌小。

表3 播后鎮壓和冬灌對小麥成熟期氮積累量和分配比例的影響

表4 播后鎮壓和冬灌對小麥開花后氮積累和開花前氮轉移及其對籽粒氮貢獻率的影響

表5 播后鎮壓和冬灌對小麥籽粒產量和氮肥利用效率的影響

3 討 論

3.1 冬灌對冬小麥干物質和氮素轉移的影響

研究表明，小麥中后期增加灌溉次數，具有減少開花前干物質向籽粒轉移的效應[15]。本研究結果表明，冬灌可使開花前干物質向籽粒的轉移量、轉移率和貢獻率降低。與不冬灌相比，冬灌處理小麥開花后的干物質積累量和對籽粒的貢獻率有所增加，但開花前干物質轉移量的減幅更大，因此造成產量下降。說明冬灌處理使開花前干物質轉移量降低是產量降低的主要原因。本研究中，灌漿后期陰雨寡照，光合作用降低，開花后的干物質生產較少。綜合上述結果，在不利天氣條件下，開花前干物質積累量對維持籽粒產量的相對穩定至關重要。

籽粒蛋白質含量是小麥的重要品質指標之一。籽粒蛋白質含量與開花前和開花后氮吸收量、開花前營養器官的氮積累量及開花后向籽粒的轉移量和轉移比例有關[16]。灌水處理是影響開花前氮素對籽粒氮貢獻率的決定因素[17]。關于水分對氮素轉移的影響，趙 輝等[18]研究發現，干旱處理可使冬小麥營養器官開花前氮素的運轉量和運轉率提高。段文學等[19]研究表明，與不灌水相比，灌拔節和開花水可使開花后營養器官氮素向籽粒的轉移量和轉移率增加，成熟期籽粒氮素積累量及分配比例提高。姜 東等[20]則認為干旱可使小麥開花前氮素的轉移量減少。張永麗等[4]認為，冬灌處理對開花前植株氮素向籽粒轉移的影響因品種而異。本研究表明，冬灌處理使2個品種開花后的干物質和氮素轉移量及成熟期籽粒含氮量都有所降低，成熟期籽粒含氮量降低是由于開花前營養器官積累的氮素對籽粒的貢獻率減少所致，與王小燕等[15]的結果類似。綜上所述，冬灌對冬小麥干物質和氮素轉移的影響因小麥品種、栽培條件及氣候等因素而異。

3.2 播后鎮壓對冬小麥干物質和氮素轉移的影響

土壤是植物生長的基礎，土壤緊實度影響土壤養分有效性及其在土壤中的遷移和植物根系發育，最終會影響植物對養分的利用[21-22]。土壤緊實度對植物的影響因植物種類、鎮壓力度、鎮壓時間等因素而不同[23-25]。土壤緊實度過低和過高都造成大麥地上部生物量減少[26]。本研究表明，鎮壓可使小麥開花前營養器官的貯藏物質向籽粒的轉移量減少，但開花后干物質的積累量增加，因此，對產量的影響較小。前人的研究多是模擬大型機械壓實土壤或者常年不良耕作方式造成土壤緊實度脅迫，鎮壓力度較大。本研究采用的播后鎮壓處理是為了適當增加土壤緊實度，使種子與土壤充分接觸，使用小型鎮壓機具，鎮壓力度較小，因此與前人的研究有著本質的區別。

Ahmad等[21]報道，隨著鎮壓次數的增加，小麥的氮素吸收量減少，但以較小力度鎮壓2遍的處理與不鎮壓處理之間差異不顯著。這也從側面說明，在適度鎮壓力度下，鎮壓對作物的氮素吸收沒有顯著影響。賀明榮等[27]報道，提高土壤緊實度對小麥籽粒的品質無顯著影響。本研究表明，鎮壓處理可使小麥開花前的氮積累量低于不鎮壓處理，但鎮壓處理花后氮積累量明顯提高，成熟期總氮積累量和籽粒氮積累量與不鎮壓處理差異不顯著。因此，針對生產中存在的土壤緊實度不夠，影響小麥出苗等問題，可以采取播后鎮壓措施。

3.3 冬灌和播后鎮壓對冬小麥產量和資源利用效率的影響

提高水分和氮肥利用效率是目前農業生產中需要解決的關鍵問題。作物的籽粒產量與灌水量之間呈拋物線關系，合理搭配灌水時期和灌水量均能提高水分利用效率[28]。本研究表明，冬灌后2個品種的產量和氮素利用效率均有不同程度下降，冬灌后石新828的氮肥生產效率和氮素吸收效率降低，而對石麥12的影響較小。說明在本試驗條件下，冬灌并不利于提高水分利用效率，對氮素利用效率的影響因小麥品種而異。與冬灌的效應相比，播種后鎮壓對2個小麥品種產量和氮素利用效率的影響都比較小。因此，應根據播種前后的土壤和水分條件確定是否需要鎮壓。而從提高資源利用效率角度出發，在與本研究類似的高產栽培的足墑播種條件下，可以免去冬灌措施。

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Effect of Post-Sowing Soil Compaction and Pre-Winter Irrigation on Dry Matter Translocation and Nitrogen Use Efficiency of Winter Wheat

ZHANG Di, WANG Hongguang, JIA Bin, LI Dongxiao, LI Ruiqi, LI Yanming

(College of Agronomy, Hebei Agricultural University/Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province, Baoding, Hebei 071000, China)

In order to clarify the effects of post-sowing soil compaction and pre-winter irrigation on the translocation of dry matter and nitrogen and nitrogen use efficiency of high-yielding winter wheat, a field experiment was carried out, using two wheat cultivars, Shimai 12 and Shixin 828. The experiments were designed as split plots.The amounts of dry matter and nitrogen accumulation and translocation in different organs at anthesis and maturity, grain yield, grain protein content, nitrogen absorption efficiency and nitrogen fertilizer production efficiency of wheat were determined. The results showed that under the treatments with pre-winter irrigation and post-sowing soil compaction, the amount of dry matter accumulation at anthesis and maturity of the two cultivars was decreased, and the amount and rate of pre-anthesis dry matter translocation from vegetative organs, and the contribution rate of pre-anthesis dry matter to grain weight of the two cultivars were also decreased, but post-anthesis dry matter accumulation amount in grains of the two cultivars were increased. The dry matter accumulation of wheat plants at maturity and grain yield of the two cultivars were decreased under the treatments with pre-winter irrigation. The amount of post-anthesis nitrogen accumulation in grains was increased, and the contribution rate of post-anthesis nitrogen accumulation to grain nitrogen was increased in Shixin 828, but the translocation amount of pre-anthesis accumulated nitrogen to grain was significantly reduced, so that the total amount of grain nitrogen and nitrogen absorption efficiency was decreased. For Shimai 12, however, the effect of pre-winter irrigation on grain nitrogen accumulation amount at maturity was not significant. Comparing with the treatments without post-sowing compaction, the amount of nitrogen accumulation in different organs and whole plants of wheat with post-sowing compaction was reduced at anthesis in the two cultivars. At maturity, however, the difference of nitrogen accumulation amount and distribution percentage in all organs of both cultivars was not significant. Compared with those without compaction, the translocation amount, translocation rate and contribution rate to grain nitrogen of pre-anthesis accumulated nitrogen in vegetative organs were decreased, but the accumulation amount and contribution rate to grain nitrogen of post-anthesis accumulated nitrogen were increased in the treatments with post-sowing compaction for both cultivars.For Shimai 12, all the differences of amount and contribution rate to grain nitrogen of pre- and post-anthesis accumulated nitrogen were significant between the two treatments. The difference of nitrogen amount accumulated in grains at maturity was not significant. It is suggested that, pre-winter irrigation is unnecessary with adequate soil moisture when sowing of wheat. Whether post-sowing compaction is needed should be determined according to pre- and post-sowing soil moisture of winter wheat.

Winter wheat; Pre-winter irrigation; Post-sowing compaction; Grain yield; Dry matter translocation; Nitrogen use efficiency

時間：2017-04-07

2016-08-05

2016-11-02 基金項目：國家現代農業產業技術體系項目(CARS-3-2-3) 第一作者E-mail：zhangdi0101@sina.com 通訊作者：李雁鳴(E-mail:nxzwst@hebau.edu.cn; liym315@126.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)04-0535-08

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170407.1021.030.html