施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量的影響

李雪萌,楊 梅,秦保平,李賽星,郝倩倩,石彩云,張 敏,蔡瑞國(guó),楊 敏

(河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院/河北省作物逆境生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北秦皇島 066004)

小麥(TriticumaestivumL.)是世界最重要的糧食作物之一,2022年,我國(guó)小麥產(chǎn)量達(dá)1 377.3×108kg[1]。氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素,氮肥投入在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用[2]。氮代謝直接影響小麥產(chǎn)量和氮素利用率[3-5],合理施用氮肥可促進(jìn)植株干物質(zhì)和籽粒氮素積累[6],有利于蛋白質(zhì)合成[7],提高小麥產(chǎn)量和資源利用率[8-10]。過量施用氮肥則會(huì)導(dǎo)致小麥產(chǎn)量和氮素利用效率降低[11]。我國(guó)小麥生產(chǎn)中存在著氮肥投入量大、利用率低等問題,且氮素?fù)]發(fā)、淋溶導(dǎo)致的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)已嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[12-13]。研究強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量、干物質(zhì)與氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)與施氮量的關(guān)系,對(duì)冀東地區(qū)強(qiáng)筋小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)具有重要意義。

研究表明,在0～270 kg·hm-2施氮范圍內(nèi),小麥籽粒產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈先增后減的變化趨勢(shì),籽粒氮素積累量隨施氮量增加而增加[14-15]。小麥籽粒氮素來源于花前營(yíng)養(yǎng)器官氮轉(zhuǎn)運(yùn)和花后氮吸收兩個(gè)途徑,其中50%～95%的氮素積累來源于開花前營(yíng)養(yǎng)器官的再轉(zhuǎn)運(yùn)[16-18]。氮素利用效率則隨施氮量增加呈明顯降低趨勢(shì),且強(qiáng)筋小麥生產(chǎn)中氮肥投入過量會(huì)大幅降低小麥品質(zhì)[19]。當(dāng)前施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量和干物質(zhì)與氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的研究已有大量報(bào)道,但對(duì)冀東地區(qū)強(qiáng)筋小麥適宜施氮量的研究尚需更多數(shù)據(jù)。

本試驗(yàn)以課題組前期篩選的2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種津農(nóng)7號(hào)和中麥998為材料,研究施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量和干物質(zhì)與氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響,為冀東地區(qū)強(qiáng)筋小麥合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年10月—2022年6月在河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院實(shí)驗(yàn)站(39°44′N、119°13′E)進(jìn)行,該區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)地土質(zhì)為壤土,前茬作物為青貯玉米。播前0～20 cm土層土壤全氮1.39 g·kg-1,速效氮120.39 mg·kg-1,速效磷24.65 mg·kg-1,速效鉀62.15 mg·kg-1,有機(jī)質(zhì)16.47 g·kg-1。圖1為本地區(qū)試驗(yàn)?zāi)甓葰鉁嘏c降水情況。

圖1 2021—2022年小麥生育季試驗(yàn)地的降水量和氣溫Fig.1 Precipitation and temperature of experimental field in wheat growing season from 2021 to 2022

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì),品種為主區(qū),選用的2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種為津農(nóng)7號(hào)(氮高效型)和中麥998(氮低效型);施氮量為副區(qū),4個(gè)施氮量分別為0 kg·hm-2(N0)、180 kg·hm-2(N1)、210 kg·hm-2(N2)、240 kg·hm-2(N3)。小區(qū)面積15 m2(6 m × 2.5 m),3次重復(fù)。氮肥為尿素(含N 46%),底肥和拔節(jié)肥各占50%;磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%),鉀肥為硫酸鉀(含K2O 50%),P2O5和K2O施用量均為120 kg·hm-2,在播前作為底肥施入。2021年10月24日適墑播種,行距15 cm,基本苗為600×104株·hm-2,分別在越冬初期、拔節(jié)期和開花期灌水,每次600 m3·hm-2,其余管理方法同一般高產(chǎn)大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 小麥莖蘗數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)查

小麥生育進(jìn)程中定點(diǎn)選取1 m 2行樣點(diǎn)調(diào)查基本苗數(shù)、越冬初期總莖數(shù)、拔節(jié)期總莖數(shù)和成熟期有效穗數(shù),計(jì)算單株穗數(shù)(成熟期穗數(shù)/基本苗數(shù))。

1.3.2 葉片葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)測(cè)定

于小麥開花后0、10、20、30 d,每個(gè)小區(qū)各選取10個(gè)單莖,使用SPAD-502葉綠素測(cè)定儀分別測(cè)定旗葉、倒2葉、倒3葉和倒4葉的SPAD值(晴天上午的10:00～11:00測(cè)定),取葉片1/3、1/2和2/3位置測(cè)定數(shù)值的平均值作為該葉片的SPAD值。

1.3.3 干物質(zhì)積累量的測(cè)定及相關(guān)指標(biāo)計(jì)算

于冬小麥開花期與成熟期,取50個(gè)單莖,3次重復(fù),成熟期植株樣品分為秸稈和籽粒2部分。于105 ℃殺青30 min后,70 ℃烘干至恒重,記錄干重,計(jì)算干物質(zhì)積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率。

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量= 開花期植株干重-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干重

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率= 花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期植株干重× 100%

花后干物質(zhì)積累量= 成熟期植株干物質(zhì)積累量-開花期植株干物質(zhì)積累量

花前干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率= 花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒重× 100%

花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率= 花后干物質(zhì)積累量/成熟期籽粒重× 100%

1.3.4 氮積累與轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定與計(jì)算

將1.2.3中烘干樣品粉碎,過60目篩,用半微量凱氏定氮法測(cè)定氮含量,并計(jì)算花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后氮素積累量、氮素利用效率等指標(biāo)。

花前氮積累量=開花期植株氮含量×開花期干物質(zhì)積累量

花前氮轉(zhuǎn)運(yùn)量=花前氮積累量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮積累量

花前氮轉(zhuǎn)運(yùn)率=花前氮轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期植株氮積累量×100%

花前氮轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒氮貢獻(xiàn)率=花前氮轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒氮積累量

花后氮積累量=成熟期植株氮積累量-開花期植株氮積累量

花后氮積累量對(duì)籽粒氮貢獻(xiàn)率=花后氮積累量/成熟期籽粒氮積累量×100%

氮收獲指數(shù)= 籽粒氮積累量/地上部氮積累量

氮利用效率= 籽粒產(chǎn)量/地上部氮積累量

氮肥偏生產(chǎn)力= 施氮籽粒產(chǎn)量/對(duì)應(yīng)的施氮量

氮肥生理利用效率=(施氮籽粒產(chǎn)量-不施氮籽粒產(chǎn)量)/(施氮成熟期地上部氮積累量-不施氮地上部氮積累量)

氮肥表觀利用率=(施氮地上部氮素積累量-不施氮地上部氮素積累量)/施氮量

籽粒蛋白質(zhì)含量= 籽粒含氮量×5.83

籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量= 籽粒蛋白質(zhì)含量×籽粒產(chǎn)量

1.3.5 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定

成熟期,每小區(qū)連續(xù)取20個(gè)麥穗調(diào)查穗粒數(shù);各小區(qū)收獲3個(gè)1 m 6行的麥穗,脫粒、曬干后稱重(13%籽粒含水量),測(cè)定千粒重和產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并作圖,用DPS v 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,用LSD法進(jìn)行差異顯著性分析,用SPSS 25.0進(jìn)行通徑分析和皮爾遜(Pearson)相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

品種和施氮量顯著影響強(qiáng)筋小麥的籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素(千粒重除外,表1)。較N0處理,N1、N2和N3處理下2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種的籽粒產(chǎn)量均顯著提高,在N0～N2施氮范圍內(nèi),籽粒產(chǎn)量隨氮肥增施而顯著增加,施氮量從N2增至N3時(shí),2個(gè)品種的增產(chǎn)效應(yīng)不顯著。

表1 不同施氮處理下的強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和生物量、籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量Table 1 Grain yield, yield components, biological yield, and protein yield of strong gluten wheat under different N treatments

津農(nóng)7號(hào)各施氮處理較N0分別增產(chǎn)11.94%、26.22%和30.65%,平均增產(chǎn)22.94%。中麥998各施氮處理較N0分別增產(chǎn)15.94%、22.46%和26.90%,平均增產(chǎn)21.77%。2個(gè)品種的穗數(shù)均隨施氮量增加逐漸增加,各處理間差異顯著;穗粒數(shù)隨施氮量增加而增加,N2、N3處理顯著高于其他處理,但二者間無顯著差異;千粒重在處理間差異均不顯著。在相同施氮量下,津農(nóng)7號(hào)籽粒產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)均高于中麥998。品種和施氮量互作對(duì)穗數(shù)和千粒重影響顯著。通徑分析可知(表2),產(chǎn)量構(gòu)成三因素中,穗數(shù)對(duì)2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種籽粒產(chǎn)量影響最大。

表2 強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的通徑分析Table 2 Path analysis of grain yield and yield components of strong gluten wheat

隨著施氮量的增加,成熟期2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種生物量與籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量均提高。津農(nóng)7號(hào)施氮處理生物量較N0分別增加13.70%、29.80%和34.04%,平均為25.85%,各處理間差異顯著;中麥998施氮處理生物量較N0分別增加31.69%、57.50%和60.46%,平均為49.88%,N2、N3處理間無顯著差異。津農(nóng)7號(hào)施氮處理籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量比N0分別增加29.60%、53.13%和56.29%,平均為46.34%,N2、N3處理間差異不顯著;中麥998施氮處理蛋白質(zhì)產(chǎn)量比N0分別增加52.40%、68.09%和78.62%,平均為66.37%,各處理間差異顯著。在相同施氮量下,津農(nóng)7號(hào)生物量和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量均高于中麥998,施氮對(duì)中麥998生物量和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量影響較大。品種和施氮量互作對(duì)強(qiáng)筋小麥生物量影響顯著。綜上所述,增施氮肥可以有效提高強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量,過量施氮增產(chǎn)不明顯;增加施氮量對(duì)氮高效型品種籽粒的增產(chǎn)效應(yīng)高于低效型品種;施氮量對(duì)氮低效型品種生物量和籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量影響較大。

2.2 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥莖蘗數(shù)的影響

隨著小麥生育進(jìn)程的推進(jìn),2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種各處理的莖蘗數(shù)呈先增后減的趨勢(shì)(圖2)。因2021年小麥晚秋播,冬前小麥分蘗較少,越冬初期各施氮處理間的莖蘗數(shù)無顯著差異。拔節(jié)期莖蘗數(shù)隨施氮量增加而增加,N2和N3處理的莖蘗數(shù)顯著高于其他處理(P<0.05),但二者間差異不顯著;津農(nóng)7號(hào)N1、N2、N3處理比N0分別增加10.27%、26.38%和25.75%,平均為20.80%;中麥998N1、N2、N3處理比N0分別增加7.78%、30.96%和34.20%,平均為24.31%。成熟期,穗數(shù)和單株穗數(shù)隨施氮量增加而增加;津農(nóng)7號(hào)和中麥998施氮處理的穗數(shù)比N0平均增加16.94%和24.71%,最高達(dá)24.30%和33.20%,2品種N2、N3處理的單株穗數(shù)比N0高22.07%和28.59%。說明增施氮肥可增加群體穗數(shù)與單株穗數(shù)。

圖2 不同施氮處理下強(qiáng)筋小麥各生育期莖蘗數(shù)和單株穗數(shù)Fig.2 Tiller dynamics and spike number per plant of strong gluten wheat at different growth periods under different N treatments

2.3 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥SPAD值的影響

由圖3可知,隨生育期推進(jìn),2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種花后旗葉、倒2葉、倒3葉和倒4葉SPAD值均呈下降趨勢(shì);旗葉和倒2葉SPAD值在花后20～30 d呈顯著下降趨勢(shì),津農(nóng)7號(hào)各處理花后30 d較花后20 d平均下降41.43%和46.98%,中麥998平均下降43.51%和49.88%。2品種倒3葉和倒4葉SPAD值在花后10 d快速下降,且倒4葉較倒3葉下降時(shí)期有所提前,津農(nóng)7號(hào)倒3葉在花后10～20 d和20～30 d分別下降40.50%和59.61%,中麥998分別下降39.36%和65.84%;津農(nóng)7號(hào)和中麥998葉片SPAD值在花后10～20 d分別下降63.10%和71.41%,中麥998下降幅度大于津農(nóng)7號(hào),這說明氮高效型小麥品種生育后期光合能力較強(qiáng)。

相同品種和時(shí)間圖柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Different letterss above columns of same cultiver and time mean significant difference among treattments (P<0.05).圖3 不同施氮處理下強(qiáng)筋小麥葉片SPAD值Fig. 3 SPAD value of strong gluten wheat leaves under different N treatments

津農(nóng)7號(hào)各葉片的SPAD值隨施氮量增加呈上升趨勢(shì),N0顯著低于其他處理,N1、N2處理間無顯著差異,N3處理顯著高于其他處理。中麥998旗葉SPAD值隨施氮量增加顯著增加,N1、N2處理間差異不顯著,花后0、10 d倒2葉和倒3葉SPAD值變化趨勢(shì)與旗葉相似,花后20、30 d受施氮量影響不明顯。說明,增加施氮量有利于維持強(qiáng)筋小麥生育后期SPAD值,且對(duì)氮高效型強(qiáng)筋小麥品種效應(yīng)大于氮低效型品種。

2.4 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和花后干物質(zhì)積累的影響

由表3可知,隨施氮量的增加,津農(nóng)7號(hào)花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率隨施氮量增加而增加,N0、N1處理顯著低于其他處理,二者間差異不顯著,花前干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率平均為22.84%。花后干物質(zhì)積累量及其籽粒貢獻(xiàn)率隨施氮量增加而降低,花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率平均為77.16%。中麥998花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率隨施氮量增加呈先減少后增加的趨勢(shì),平均為39.41%,花后干物質(zhì)積累量及其對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率隨施氮量增加分別表現(xiàn)為增加和先增后減的趨勢(shì),花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率平均為60.59%。相同施氮量下,2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種的花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率均高于花前干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率;津農(nóng)7號(hào)花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率均低于中麥998,而花后干物質(zhì)積累量及其對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率則與之相反。品種和施氮量互作對(duì)花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和花后干物質(zhì)積累影響極顯著。綜上2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種籽粒產(chǎn)量多來源于花后干物質(zhì)積累,且氮高效型品種干物質(zhì)平均轉(zhuǎn)運(yùn)率高于氮低效品種;增加施氮量可以提高花前、花后干物質(zhì)積累量,但其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率因品種而異。

表3 不同施氮處理下強(qiáng)筋小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特征Table 3 Dry matter transport characteristics of strong gluten wheat under different N treatments

2.5 不同施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥籽粒氮素積累和蛋白質(zhì)含量的影響

施氮量對(duì)2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種成熟期籽粒氮素積累量和蛋白質(zhì)含量影響顯著(圖4)。2個(gè)品種籽粒氮素積累量均表現(xiàn)為N3、N2>N1>N0,津農(nóng)7號(hào)施氮處理比N0處理平均增加41.29%,中麥998施氮處理比N0處理平均增加95.94%;N3處理下籽粒氮素積累量最高,津農(nóng)7號(hào)達(dá)266.02 kg·hm-2,中麥998達(dá)262.50 kg·hm-2,N2、N3處理間無顯著差異。2品種籽粒蛋白質(zhì)含量均表現(xiàn)為N2、N3>N1>N0,津農(nóng)7號(hào)在N2時(shí)最高,為15.31%,施氮處理比N0平均增加18.91%;中麥998在N3時(shí)最高,為15.04%,施氮處理比N0平均增加36.49%;2品種N2、N3處理間均無顯著差異。綜上所述,在0～210 kg·hm-2內(nèi),增施氮肥可以提高強(qiáng)筋小麥成熟期籽粒氮素積累量和蛋白質(zhì)含量;增施氮肥至240 kg·hm-2后,籽粒氮素積累量和蛋白質(zhì)含量較210 kg·hm-2處理無顯著增加,說明適宜施氮量有利于小麥籽粒氮素積累和蛋白質(zhì)合成,過量施氮對(duì)成熟期小麥籽粒氮素積累和蛋白質(zhì)含量的影響不顯著。

相同品種圖柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Different letterss above columns mean significant difference among treatments at 0.05 level.圖 4 不同施氮處理下強(qiáng)筋小麥籽粒氮素積累量和蛋白質(zhì)含量Fig. 4 Grain N accumulation and protein content of strong gluten wheat under different N treatments

2.6 不同施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表4可知,施氮0～240 kg·hm-2范圍內(nèi),津農(nóng)7號(hào)開花期、成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量和花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量均隨施氮量的增加逐漸增加,各施氮處理比N0處理平均增加126.56%、82.03%和147.45%;開花期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量和花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量在N2、N3處理間無顯著差異。花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對(duì)籽粒氮貢獻(xiàn)率隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢(shì),均表現(xiàn)為N1>N2、N3>N0,N2、N3處理間無顯著差異。花后氮素積累量及其對(duì)籽粒氮貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為隨施氮量的增加呈先減后增的趨勢(shì),N0處理顯著高于N1、N2和N3處理,且N2、N3處理間無顯著差異,N1、N2和N3處理較N0分別減少29.72%、10.79%和7.42%,平均減少15.98%。

表4 不同施氮處理下強(qiáng)筋小麥氮素轉(zhuǎn)運(yùn)特征Table 4 N transport characteristics of strong gluten wheat under different N treatments

中麥998,開花期、成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量和花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量N1、N2和N3處理比N0平均增加127.56%、108.11%和133.69%;花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率隨施氮量的增加而增加,均表現(xiàn)為N3、N2>N1>N0,且N2、N3處理間無顯著差異。花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率、花后氮素積累量隨施氮量增加呈先增后減的趨勢(shì),N2、N3處理花后氮素積累量顯著高于其他處理,但二者間差異不顯著,N1、N2和N3處理較N0分別增加31.03%、61.50%和58.04%,平均增加50.19%,花后氮素積累量對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率隨施氮量的增加而降低,N2、N3處理間差異不顯著。

相同施氮量下,津農(nóng)7號(hào)開花期、成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量均高于中麥998。品種和施氮量互作對(duì)營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn)影響顯著。施氮顯著提高了植株氮素積累量、花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后氮素積累量,當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平時(shí),施氮對(duì)營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量和氮素轉(zhuǎn)運(yùn)無顯著提高效應(yīng);增加施氮量有利于氮高效品種花后氮素積累,對(duì)氮低效品種花后氮素積累有所抑制。

2.7 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥氮素利用的影響

由表5可知,2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種氮素收獲指數(shù)均表現(xiàn)為N1>N0>N2>N3,N0和N1顯著高于N2和N3處理。氮素利用效率隨施氮量的增加而降低,津農(nóng)7號(hào)N1、N2和N3處理比N0處理降低13.56%、21.75%和21.53%,平均降低18.95%,中麥998N1、N2和N3處理比N0降低23.22%、28.00%和30.30%,平均降低27.17%。津農(nóng)7號(hào)隨施氮量的增加氮肥偏生產(chǎn)力呈下降趨勢(shì),N1、N2處理顯著高于N3處理;氮肥表觀利用率呈先增后減的趨勢(shì),N2處理下最高,各處理間差異顯著;氮肥生理利用效率顯著增加,N1與N3處理間差異顯著。中麥998氮肥偏生產(chǎn)力隨施氮量增加顯著降低;氮肥表觀利用率和氮肥生理利用效率呈先增后減趨勢(shì),N2處理表現(xiàn)最高。

表5 不同施氮處理下強(qiáng)筋小麥的氮效率指標(biāo)Table 5 N efficiency index of strong gluten wheat under different N treatments

在相同施氮量處理下,津農(nóng)7號(hào)氮肥偏生產(chǎn)力均高于中麥998,施氮對(duì)中麥998氮素利用效率影響較大。品種和施氮量互作對(duì)氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率和氮肥表觀利用率影響顯著。說明施氮量影響強(qiáng)筋小麥氮素利用相關(guān)指標(biāo),氮高效型品種氮肥偏生產(chǎn)力優(yōu)于低效型品種,且氮素利用效率較穩(wěn)定。

2.8 強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)、氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)系

由表6可知,津農(nóng)7號(hào)花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量與籽粒產(chǎn)量、穗數(shù)呈極顯著正相關(guān),與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān)。中麥998花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量與籽粒產(chǎn)量、穗數(shù)和穗粒數(shù)呈不顯著正相關(guān),與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān),花后干物質(zhì)積累量、花前氮素積累量、花后氮素積累量與籽粒產(chǎn)量和穗數(shù)呈極顯著正相關(guān),與穗粒數(shù)呈不顯著正相關(guān),花后氮素積累量與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān)。

表6 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與干物質(zhì)和氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of grain yield and yield components, dry matter and N accumulation and translocation

由表7可知,2個(gè)品種氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率與籽粒產(chǎn)量和穗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),與千粒重呈極顯著正相關(guān)。津農(nóng)7號(hào)氮肥偏生產(chǎn)力與穗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),氮肥表觀利用率與籽粒產(chǎn)量、穗數(shù)呈極顯著正相關(guān),與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān),氮肥生理利用效率與穗數(shù)呈顯著正相關(guān)。中麥998氮肥偏生產(chǎn)力與穗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),與千粒重呈顯著正相關(guān);氮肥表觀利用率與穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)。花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后氮素積累量的增加對(duì)氮高效型強(qiáng)筋小麥品種籽粒產(chǎn)量的提升有重要作用,花后干物質(zhì)積累量和氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)與氮低效型強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量顯著相關(guān)。

表7 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素與氮效率指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 7 Correlation analysis of grain yield and yield components with N efficiency index

3 討論

3.1 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

施氮量對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均有顯著效應(yīng),合理施用氮肥是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的重要措施[20]。研究表明,在225～270 kg·hm-2范圍內(nèi)增施氮肥,小麥產(chǎn)量、穗數(shù)和穗粒數(shù)呈先升后降趨勢(shì)[21];施用氮肥顯著增加小麥產(chǎn)量,氮肥用量過高時(shí)小麥有減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)[22];適宜的施氮量可以增加穗粒數(shù)、千粒重、籽粒蛋白質(zhì)含量、氮素利用效率和小麥產(chǎn)量[23-24]。本試驗(yàn)中,2個(gè)強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮量增加而增加,施氮量為210、240 kg·hm-2處理間無顯著差異,說明增施氮肥能有效提高強(qiáng)筋小麥籽粒產(chǎn)量,但施氮量過高時(shí),籽粒產(chǎn)量提高幅度較小。綜合考慮產(chǎn)量與氮肥投入,210 kg·hm-2的N投入量是冀東地區(qū)強(qiáng)筋小麥種植的適宜選擇。

小麥籽粒產(chǎn)量受穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三個(gè)因素的影響[25]。有研究表明,施氮主要通過影響穗數(shù)影響產(chǎn)量,穗數(shù)隨施氮量增加而增加[26],在適宜施氮范圍內(nèi),千粒重顯著降低,穗數(shù)、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量均隨施氮量增加顯著[27]。本試驗(yàn)中,隨施氮量增加強(qiáng)筋小麥穗數(shù)顯著增加,千粒重降低,可能與小麥生育后期籽粒灌漿受限有關(guān)[28]。穗粒數(shù)隨施氮量增加逐漸增加,當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平時(shí),穗粒數(shù)不再顯著增加;適宜施氮量可顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量,過量施氮時(shí)籽粒蛋白質(zhì)含量反而會(huì)降低,這與前人研究結(jié)果一致[29]。生育前期較優(yōu)的群體莖蘗數(shù)量和生育中期較高的成穗率是小麥高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)[30-31]。在本研究中,2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種有效穗數(shù)和單株穗數(shù)隨施氮量的增加顯著增加,這說明增施氮肥有利于強(qiáng)筋小麥群體穗數(shù)和單株穗數(shù)增加,從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

3.2 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥SPAD值的影響

適宜增加施氮量可使冬小麥在花后獲得相對(duì)穩(wěn)定的SPAD值,各葉片SPAD值隨小麥花后生育期推進(jìn)逐漸下降[32]。有研究表明,小麥開花后28～35 d時(shí),施氮量在210 kg·hm-2時(shí)的旗葉SPAD值最高,增加施氮量可有效提高小麥旗葉、倒2葉和倒3葉SPAD值[33-34]。但是在本試驗(yàn)條件下,施氮量在240 kg·hm-2時(shí)各葉片SPAD值最高,這可能與選用小麥品種和當(dāng)?shù)毓庹諚l件不同有關(guān)。在本研究中,各葉片SPAD值在花后各生育期隨施氮量增加而增加,且增加施氮量延緩了花后葉片SPAD值降低,小麥生育后期光合性能提升,這與前人研究結(jié)果一致[6],從而提高籽粒產(chǎn)量。

3.3 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

開花期各營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)是小麥產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),合理施用氮肥能夠提高小麥總干物質(zhì)量,促進(jìn)小麥營(yíng)養(yǎng)器官中干物質(zhì)積累,提高花前干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)[35-36]。有研究表明,減量施氮與過量施氮相比更有利于花前干物質(zhì)向籽粒再運(yùn)轉(zhuǎn);適量施氮有利于促進(jìn)小麥營(yíng)養(yǎng)器官花前干物質(zhì)向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)[37-38]。干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)小麥產(chǎn)量形成有較大影響,其中花后干物質(zhì)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)更大[23];基因型對(duì)小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率影響顯著[39]。本研究中,增加施氮量促進(jìn)花前干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn),對(duì)花后干物質(zhì)積累有所抑制,且不同品種間花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和花后干物質(zhì)積累有一定差異,這與仝 錦等[39]研究結(jié)果一致。2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種花前干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率平均為31.13%,花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率平均為68.87%,花后干物質(zhì)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)更大,增加施氮量可以促進(jìn)花前干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn),但相對(duì)抑制了花后干物質(zhì)積累,導(dǎo)致其對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率降低;氮高效型品種干物質(zhì)平均轉(zhuǎn)運(yùn)率高于氮低效型品種。

3.4 施氮量對(duì)強(qiáng)筋小麥氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)與氮素利用的影響

施氮可以顯著提高小麥植株氮素積累量,增施氮肥有利于小麥營(yíng)養(yǎng)器官中積累的氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)移,施氮量過多對(duì)營(yíng)養(yǎng)器官氮素向籽粒轉(zhuǎn)移有抑制作用[7];適宜施氮量下,小麥氮素積累量隨施氮量的增加而增加,氮肥過量會(huì)降低其效應(yīng)[40]。在本研究中,2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種成熟期籽粒氮素積累量隨施氮量的增加而增加,但當(dāng)施氮量由210 kg·hm-2增至240 kg·hm-2時(shí),籽粒氮素積累量未顯著提高,說明施氮過多于強(qiáng)筋小麥籽粒氮素積累無益。研究表明,在0～360 kg·hm-2施氮范圍內(nèi),隨著施氮量的增加,營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率及其對(duì)籽粒氮素的貢獻(xiàn)率均呈上升趨勢(shì),氮素收獲指數(shù)隨著施氮量的增加呈下降趨勢(shì)[41]。在本試驗(yàn)中,2個(gè)強(qiáng)筋小麥品種開花期、成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量隨施氮量的增加而增加,施氮促進(jìn)了氮素由營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn),但是施氮量過高,氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)效率明顯降低,這與前人研究結(jié)果一致[15]。增加施氮量有利于氮高效品種花后氮素吸收,對(duì)氮低效品種花后氮素積累有所抑制,這表現(xiàn)在津農(nóng)7號(hào)花后氮素積累量對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率隨施氮量增加逐漸增加,但中麥998花后氮素積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率隨施氮量增加逐漸降低。

合理的氮肥運(yùn)籌模式和氮高效小麥品種的篩選在小麥生產(chǎn)中具有重要意義[42]。有研究表明,施氮顯著影響小麥氮素利用率和氮素收獲指數(shù),不同類型小麥品種產(chǎn)量和氮肥生理利用效率差異顯著[43];氮肥生理利用效率、氮素吸收效率和氮素利用效率隨施氮量的增加而降低,施氮量過多會(huì)導(dǎo)致施入的氮素流失到環(huán)境中,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響[44]。小麥籽粒產(chǎn)量與氮肥農(nóng)學(xué)利用率、偏生產(chǎn)力和表觀利用率呈極顯著正相關(guān),在氮素充足的情況下繼續(xù)增施氮肥,小麥對(duì)氮肥的利用效率反而會(huì)有所下降[45]。在本試驗(yàn)中,氮素收獲指數(shù)、氮素利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力與穗數(shù)、千粒重呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系,氮素收獲指數(shù)和氮素利用效率與小麥籽粒產(chǎn)量呈顯著相關(guān)關(guān)系。氮肥表觀利用率隨施氮量的增加呈先增加后減少的趨勢(shì),與前人研究結(jié)果一致[46]。施氮量對(duì)氮低效型品種氮素利用效率影響高于氮高效型品種,表現(xiàn)在中麥998氮素利用效率減少量高于津農(nóng)7號(hào),這表明高氮高效型品種氮素利用效率較穩(wěn)定,綜合考慮氮素收獲指數(shù)、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素利用效率,N2處理最優(yōu)。本試驗(yàn)條件下,210 kg·hm-2是本區(qū)域強(qiáng)筋小麥種植的適宜施氮量。