氮肥對滴灌冬小麥籽粒灌漿特性的影響

姚 釗，王重陽，崔 靜

(石河子大學農學院，新疆 石河子 832003)

【研究意義】小麥是新疆第一大糧食作物，2017年新疆小麥的種植面積高達117.33萬hm2，占當地糧食作物種植面積的52%。通過節本增效、增加小麥種植效益有利于增加新疆農民收入，對新疆的經濟發展與社會穩定也發揮重要作用[1]。據不完全統計，截止2012年，作物滴灌技術僅在新疆的推廣面積已超過166×104hm2，目前,仍然以每年新增200×103hm2的規模在本地區擴大推廣應用，使該區成為世界上滴灌技術成功應用面積最大的區域[2]。因此滴灌小麥具有廣闊的發展前景。【前人研究進展】籽粒灌漿過程是光合同化物質向籽粒轉運的過程，決定著大麥等禾谷類作物的最終粒重、產量和品質，因此，籽粒灌漿特性一直受到農業科研工作者的關注[3]。有學者認為籽粒最終產量和灌漿期時間長短成正相關關系[4-6]，也有研究表明干物質積累平均速率是產量的最大影響因素，干物質積累平均速率越快，干物質積累越多[7]。氮素是植物體內調控植物生長和產量形成的重要因素，施氮是提高小麥產量的重要措施之一[8]。研究認為，氮肥能提高冬小麥籽粒的灌漿速率，適量的施氮能提高灌漿期籽粒的灌漿速率和干重。但也有研究顯示，氮肥對籽粒灌漿的特征參數和小麥的灌漿速率均無明顯影響[9-13]。【本研究切入點】前人對氮肥對小麥籽粒灌漿特性的影響的研究多集中在漫灌條件下，而對滴灌條件下氮肥對小麥籽粒灌漿特性的影響研究較少。【擬解決的關鍵問題】研究氮肥對滴灌冬小麥籽粒灌漿特性的影響，對于進一步探尋氮肥最佳運籌方式，實施合理施肥具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2019年在石河子大學農學院試驗站(44°20′N，88°3′E)進行。土壤為沙壤土，0～40 cm土層中有機質含量22.37 g·kg-1，速效鉀含量147 mg·kg-1，全氮含量0.75 g·kg-1，堿解氮含量58.23 mg·kg-1，速效磷含量19.83 mg·kg-1，土壤容重1.42 g·cm-3。

1.2 試驗方案

試驗選擇新冬22號(奎屯農科所選育)和新冬43號(新疆農墾科學院作物研究所選育)2種冬小麥為供試品種，人工條播，播種密度為525萬粒/公頃，實驗小區面積 5 m×8 m = 40 m2。全生育期基施磷酸二胺375 kg/hm2，追施磷酸二氫鉀60 kg/hm2，分別于拔節期和抽穗期均勻滴施。整個生育期總灌量525 mm，灌水10次，播種后各處理均滴出苗水60 mm，冬前(11月6日)均灌越冬水90 mm，各處理從返青后進行水分處理，返青至成熟共灌水8次，每10 d灌1次，分別灌水46.88 mm。其他田間管理措施與當地大田種植保持一致。

試驗設置N0、N1、N2、N3、N4 5個處理，分別施0、150、300、450、600 kg/hm2尿素。10%作基肥，其余分別于拔節期、孕穗期、抽穗期、灌漿初期按照30%、30%、20%、10%的比例隨水滴施。

1.3 測定項目與方法

小麥籽粒灌漿過程測定：抽穗期于各小區內選擇同一天抽穗且穗型大小基本一致的穗子 150～200個，掛上小紙牌。籽粒灌漿特性的測定于開花后第7天取樣，每處理取5個主莖穗，此后每隔7 d取樣1次，即花后7、14、21、28、35 d取籽粒鮮樣，105 ℃殺青30 min，75 ℃下烘至恒重，用千分之一天平稱重。以開花天數T為自變量，千粒重Y為因變量，用 Logistic方程Y=k/(1+ae-bT)對籽粒生長過程進行模擬。其中，k為理論最大千粒重；a、b為模型形狀參數。同時推導出灌漿參數：籽粒平均灌漿速率R[mg/(粒·d)]、灌漿持續時間T(d)、最大灌漿速率Rmax[mg/(粒·d)]、達到Rmax的時間Tmax(d)。T1、R1、T2、R2、T3、R3分別表示3個灌漿階段(漸增期、快增期和緩增期)灌漿持續時間(d)和階段灌漿速率[mg/(粒·d)]。用相關分析、逐步回歸對灌漿參數與粒重關系進行統計分析。

1.4 數據處理

數據用Sigmaplot12.5做圖，用Excel2016處理數據并進行相關性分析，用Spss16.0得出曲線擬合程度大小。

2 結果與分析

2.1 氮肥對冬小麥籽粒灌漿的影響

從圖1可以看出，不同氮肥處理下，灌漿期新冬22號和新冬43號千粒重均呈“S”形變化趨勢。R2均達到顯著水平，說明logistic方程的擬合度很好。不同處理下2個小麥品種灌漿速率都經歷了漸增、快增和緩增3個階段。灌漿前期各處理籽粒增重變化差異不明顯，但從花后15 d開始，N3處理下的新冬22號和N2處理下的新冬43號小麥籽粒千粒重快速增加，證明N3、N2分別是新冬22號和新冬43號小麥的最適宜氮肥處理。最終新冬22號籽粒干物質積累量表現為 N3>N4>N1>N2>N0;新冬43號則表現為N2>N3>N1>N4>N0。這表明適宜的施氮量對小麥籽粒灌漿有益，能提高籽粒千粒重，進而增加產量。

2.2 氮肥對冬小麥籽粒灌漿參數的影響

2.2.1 對籽粒干重變化的影響 由表1可知，隨著施氮量的增加，新冬22號和新冬43號理論最大千粒重(K)均呈現先增加后減少的趨勢。這與前人的研究結果相似[14]。2個小麥品種的理論最大千粒重在不同氮肥處理下的表現不同。新冬22號N3處理下理論最大千粒重為59.13 g，較N0、N1、N2、N4分別高26.48%、19.14%、23.99%、7.45%。新冬43號N2處理下理論最大千粒重為58.70 g，較N0、N1、N3、N4分別高21.18%、9.8%、4.39%、13.63%。

表1 不同氮肥處理下小麥模型方程參數

2.2.2 對籽粒灌漿時間(T)和平均灌漿速率(R)的影響 由表2可知，氮肥調控在一定程度上影響了灌漿持續時間。不同處理間比較發現，2個品種均表現出隨著施氮量的增加，灌漿持續時間先增加后降低；分析灌漿速率發現，新冬22號和新冬43號均在N0處理下最大，新冬43號平均灌漿速率較新冬22號高。2個小麥品種籽粒灌漿持續時間的變異系數均比平均灌漿速率的大，說明籽粒灌漿持續時間更易受施氮量影響。

表2 不同氮肥處理下小麥灌漿參數和次級參數

2.2.3 對最大灌漿速率(Rmax)和其出現時間(Tmax)的影響 隨著施氮量的增加，新冬22號和新冬43號的最大灌漿速率均表現出先下降后升高的趨勢，且最大灌漿速率都在N0處理下最大，分別為2.90、3.49 mg/(粒·d)，分別較N1、N2、N3、N4處理高23.93%、22.36%、47.21%、23.40%和44.81%、34.75%、37.4%、39.6%。新冬43號的最大灌漿速率將新冬22號高13.41%。

2個小麥品種最大灌漿速率出現時間在不同氮肥處理間的變化并不一致，新冬22號表現為隨施氮量的增加時間提前，各處理間相差不大，N4比N0提前0.44 d；新冬43號在N3處理下達到最大灌漿速率所需的時間最短，為4.62 d，在N0處理下所需的時間最長，為5.20 d。2個小麥品種最大灌漿速率的變異系數均大于其最大灌漿速率出現的時間的變異系數，說明最大灌漿速率更易受施氮量影響。

2.2.4 對不同階段籽粒灌漿參數的影響 在不同氮肥處理下，新冬22號和新冬43號不同階段籽粒灌漿參數變化具有相似性。隨著施氮量的增加，2個小麥品種快增期持續時間(T2)均呈現先增加后減少的趨勢；不同時期灌漿持續時間均表現為T3>T2>T1，且均是漸增期持續時間(T1)的變異系數較小(4.44%～11.77%)，快增期持續時間(T2)和緩增期持續時間(T3)的變異系數較大(22.94%～18.09%，22.94%～18.09%)。

2個小麥品種不同時期灌漿速率大小均表現為R2>R1>R3，漸增期灌漿速率(R1)的變異系數較小(13.14%～11.79%)，快增期灌漿速率(R2)和緩增期灌漿速率(R3)的變異系數較大(13.86%～16.39%，13.86%～16.39%)。說明不同氮肥處理下不同階段籽粒灌漿參數受品種差異的影響小，漸增期灌漿參數相比較而言不易受氮肥施用量的影響。

2.2.5 小麥籽粒灌漿參數與粒重的相關性 新冬22號和新冬43號最大灌漿速率(Rmax)和其出現時間(Tmax，表3)、平均灌漿速率(R)和緩增期灌漿速率(R3)均與千粒重呈極顯著負相關(P﹤0.01)；漸增期灌漿速率(R1)、快增期持續時間(T2)、緩增期粒干重積累量(K3)均與千粒重呈極顯著正相關(P<0.01)；漸增期灌漿速率(R1)與平均灌漿速率(R)無顯著關系，而緩增期灌漿速率(R3)與平均灌漿速率(R)呈極顯著正相關(P<0.01)；平均灌漿速率(R)、漸增期灌漿速率(R1)和籽粒灌漿時間(T)、漸增期持續時間(T1)呈極顯著負相關(P﹤0.01)；因此，提高漸增期灌漿速率(R1)，延長快增期持續時間(T2)可以有效提高冬小麥千粒重。

表3 小麥籽粒灌漿參數與粒重的相關性

3 討 論

小麥的籽粒灌漿特性不僅受其本身的遺傳特性影響，還受施氮量等其它因素的影響[15-16]。新冬22號在N3(450 kg/hm2)處理下籽粒千粒重、灌漿持續時間和快增期持續時間均達到最大值；新冬43號在N2(300 kg/hm2)處理下籽粒千粒重、灌漿持續時間和快增期持續時間均達到最大值。證明不同品種的遺傳背景對氮肥的響應存在差異，適宜的施氮量能延長灌漿持續天數，增加籽粒千粒重，從而提高產量。也有研究表明，適宜的施氮量能加快小麥籽粒灌漿前期的灌漿速度，縮短灌漿快增期時間，從而使小麥籽粒快速達到最大灌漿速度，加速灌漿進程，為灌漿后期籽粒的進一步飽滿奠定良好的基礎[17]。而高氮處理下，小麥中粒弱勢粒灌漿速率明顯下降，特別是在灌漿前期與中期，籽粒灌漿過程受到抑制，使小麥產量降低[18]。研究還發現，新冬22號和新冬43號最大灌漿速率、籽粒灌漿天數的變異系數均比平均灌漿速率、最大灌漿速率出現時間的大，說明最大灌漿速率和籽粒灌漿天數更易受施氮量影響。這與錢兆國等[19]的研究相一致。并且漸增期灌漿參數相比較而言不易受氮肥施用量的影響。

對于籽粒千粒重是受灌漿速率還是灌漿持續時間影響大，目前沒有定論。小麥千粒重與灌漿速率呈正相關，但和灌漿持續時間沒有明顯聯系[20-22]。李娜等[23]研究發現施氮降低了小麥籽粒的平均灌漿速率，但延長了籽粒的灌漿持續時間，主要使快增期和緩增期的時間延長，最終使粒重增加。李彥旬等[24]認為適宜的施氮量不但能延長小麥灌漿活躍期，還能提高籽粒灌漿速率，有利于最終提高粒重。新冬22號和新冬43號在不同氮肥處理下，均表現出籽粒千粒重與漸增期灌漿速率(R1)、快增期持續時間(T2)和緩增期粒干重積累量(K3)呈極顯著正相關。因此提高漸增期灌漿速率(R1)，延長快增期持續時間(T2)可以有效提高冬小麥的千粒重。這與劉豐明[25]和倪永靜[26]的研究結果相類似。

4 結 論

(1)滴灌條件下冬小麥最大灌漿速率和籽粒灌漿時間更易受施氮量影響，而漸增期灌漿參數不易受氮肥施用量的影響。適宜的施氮量有利于籽粒千粒重、灌漿持續時間和快增期持續時間的增加。

(2)漸增期灌漿速率(R1)、快增期持續時間(T2)、緩增期粒干重積累量(K3)是提高籽粒千粒重的極顯著因素，因此提高漸增期灌漿速率，延長快增期持續時間是增加滴灌冬小麥產量的有效措施。

(3)生產上，滴灌條件下新冬22號和新冬43號分別推薦N3(450 kg/hm2)和N2(300 kg/hm2)處理為2個小麥品種的最佳施氮量。