氮肥增效劑與氮肥減量配施對冬小麥葉片生理及產(chǎn)量的影響

張永強(qiáng),陳傳信,徐其江,聶石輝,雷鈞杰,劉昌文

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830091;2.喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,新疆喀什,844000)

0 引 言

【研究意義】肥料是作物生長的“營養(yǎng)庫”[1-2]。氮肥增效劑與肥料配施,可緩慢釋放肥料中的營養(yǎng)元素,減少肥料的損耗,使作物充分吸收利用,提高肥料利用率,并可調(diào)節(jié)作物生理功能[3]。氮素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和一些激素的重要組成部分,也是控制植物生長、光合作用和產(chǎn)量形成的重要因素[4-5]。但過量施用氮肥,會導(dǎo)致土壤中氮肥過剩,且未被作物吸收的氮肥會以各種方式損失而利用率低。研究氮肥增效劑與不同氮肥減量配施對提升冬小麥生長發(fā)育、葉片生理及產(chǎn)量和氮肥利用效率影響,對尋求最佳的減量配施模式有實(shí)際意義。【前人研究進(jìn)展】氮肥增效劑能夠在一定程度上抑制和調(diào)控尿素的水解、硝化及反硝化等過程,在一定程度上減少氮素?fù)p失,提高氮肥利用效率[6];氮肥增效劑能促進(jìn)有效穗增加,提高成穗率,提高氮肥利用率和小麥生產(chǎn)效率,促進(jìn)小麥增產(chǎn)增收[7];還能減少施氮次數(shù),節(jié)約肥料用量,降低成本[8]。添加氮肥增效劑可增加水稻產(chǎn)量,增強(qiáng)營養(yǎng)元素吸收能力,氮、磷、鉀肥料利用率均表現(xiàn)不同程度的提高[9];脲酶抑制劑與氮肥減量20%配施,可顯著提高水稻產(chǎn)量,提高土壤硝態(tài)氮含量和氮肥利用率,有效減少了土壤氮損耗,有利于土壤保持養(yǎng)分[10]。【本研究切入點(diǎn)】氮肥增效劑應(yīng)用效果除受其自身化學(xué)性質(zhì)的影響外,還會受到土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)含量以及土壤溫度、土壤含水量和pH等環(huán)境因素的影響;而前人研究地點(diǎn)多是在內(nèi)地、雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)模式下進(jìn)行,目前在新疆干旱灌區(qū)農(nóng)業(yè)模式方面的報(bào)道較少。需研究氮肥增效劑與氮肥減量配施對冬小麥葉片生理及產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】大田試驗(yàn)條件下,設(shè)置氮肥增效劑與不同的氮肥減施量配施試驗(yàn),研究氮肥增效劑與氮肥減量配施下冬小麥生長發(fā)育、葉片生理及產(chǎn)量和氮肥利用效率的變化規(guī)律,分析冬小麥在使用氮肥增效劑下的適宜的減氮量,為氮肥增效劑在冬小麥實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)設(shè)在新疆喀什地區(qū)澤普縣新疆小麥育種家澤普基地脫絨廠試驗(yàn)地(77°16' E,38°10' N),海拔1 215～1 490 m,屬暖溫帶大陸性干旱氣候,年平均氣溫11.4℃,極端最高氣溫39.5℃,極端最低氣溫-22.7℃。土壤為沙壤土,前茬為夏大豆,土壤有機(jī)質(zhì)為 1.487 g/kg,全氮 0.635 g/kg,堿解氮37.3 mg/kg,速效磷18.2 mg/kg,速效鉀104.0 mg/kg。

供試小麥品種為新冬57號,于2020年10月15日適墑播種,播量300 kg/hm2,行距15 cm。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以氮肥增效劑(有效成分:2-氯-6-三氯甲基吡啶,簡稱CP)為材料,設(shè)置5個(gè)不同氮肥增效劑與追施氮肥減量配施處理、1個(gè)常規(guī)模式和1個(gè)不施氮對照,共計(jì)7個(gè)處理,施用時(shí)將氮肥增效劑與肥料充分拌勻后施用。采用大區(qū)種植(面積2 100 m2=42 m×50 m)。播種前結(jié)合整地基施磷酸二銨450 kg/hm2;在越冬期、返青期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期各灌水1次,灌水量分別為1 050、900、1 050、900、750和750 m/hm2;其他病蟲草害防治措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田保持一致。表1

表1 不同處理氮肥與氮肥增效劑施用時(shí)期、比例及施用量

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 葉綠素相對含量(SPAD值)

于冬小麥開花期、灌漿期,采用日本生產(chǎn)的SPAD-502葉綠素測定儀測定,每葉從基部到尖端測3點(diǎn)取平均值,每處理測30片旗葉。

1.2.2.2 光合參數(shù)

于冬小麥開花期、灌漿期,用LI-6400便攜式光合儀,于晴天11:00～13:00測定各處理冬小麥旗葉的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)等指標(biāo),每處理測定5片旗葉。

1.2.2.3 產(chǎn)量構(gòu)成因素

于小麥成熟期,在每個(gè)處理分別取具有代表性的1 m×2行樣點(diǎn)3個(gè),室內(nèi)考種,計(jì)算出有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。另每處理分別選取3個(gè)具有代表性的樣點(diǎn)4 m2(2 m×2 m)實(shí)收,用于測定生物量和籽粒產(chǎn)量。

1.2.2.4 氮素利用效率

氮肥農(nóng)學(xué)利用效率(kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-氮空白區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量;

氮肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)=籽粒產(chǎn)量/施氮量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft office 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖,采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對冬小麥開花期、灌漿期旗葉SPAD的影響

研究表明,與不施氮肥的處理相比,常規(guī)模式和不同程度減氮處理均能提高小麥開花期和灌漿期葉片的SPAD值。與常規(guī)模式相比,在使用CP條件下,減氮5%、減氮15%時(shí)冬小麥旗葉葉綠素含量(SPAD值)有明顯提高,減氮25%時(shí)冬小麥的旗葉葉綠素含量(SPAD值)仍有提高;在使用CP條件下,減氮35%、減氮45%時(shí),冬小麥旗葉葉綠素含量(SPAD值)出現(xiàn)不同程度降低。圖1

圖1 不同處理下冬小麥開花期、灌漿期旗葉SPAD變化

2.2 不同處理對冬小麥開花期、灌漿期旗葉凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)的影響

研究表明,與常規(guī)模式相比,在使用氮肥增效劑(CP)條件下,減氮5%時(shí),冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)有明顯提高,減氮15%時(shí),冬小麥的旗葉Pn仍有提高;減氮25%時(shí),冬小麥的旗葉Pn略有降低,但與常規(guī)模式處理間差異不大;在使用CP條件下,減氮35%、減氮45%時(shí),冬小麥旗葉Pn出現(xiàn)明顯降低。不同處理小麥旗葉蒸騰速率(Tr)與Pn的變化規(guī)律基本相同,處理間同樣表現(xiàn)為在使用氮肥增效劑條件下,減氮5%時(shí),冬小麥旗葉Tr有明顯提高,減氮15%時(shí),冬小麥的旗葉Tr仍有提高;減氮25%時(shí),冬小麥的旗葉Tr略有降低,但與常規(guī)模式處理間差異不顯著;在使用CP條件下,減氮35%～45%時(shí),冬小麥旗葉Tr呈現(xiàn)出明顯降低變化。圖2

圖2 不同處理下冬小麥開花期、灌漿期旗葉凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)變化

2.3 不同處理對冬小麥開花期、灌漿期旗葉胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響

研究表明,不同處理冬小麥旗葉氣孔導(dǎo)度(Gs)與凈光合速率(Pn)及蒸騰速率(Tr)的變化規(guī)律相似,與不施氮的處理相比,常規(guī)模式和減氮模式均提高了葉片的氣孔導(dǎo)度(Gs);但與常規(guī)模式相比,在使用氮肥增效劑(CP)條件下,減氮5%時(shí),冬小麥旗葉凈Gs有明顯提高,減氮15%時(shí),冬小麥的旗葉Gs仍有提高;減氮25%時(shí),冬小麥的旗葉Gs略有降低,但與常規(guī)模式處理間差異不顯著;在使用CP條件下,減氮35%、減氮45%時(shí),冬小麥旗葉Gs出現(xiàn)明顯降低。不同處理冬小麥旗葉胞間CO2濃度(Ci)與Pn、Tr、Gs的變化規(guī)律基本呈現(xiàn)出相反的趨勢,處理間旗葉Gs在減氮5%+CP處理最低,不施氮處理最高;在使用CP的條件下,隨著減氮量由15%依次增大到45%時(shí),旗葉Gs呈逐漸增大的趨勢。圖3

圖3 不同處理下冬小麥開花期、灌漿期旗葉胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)變化

2.4 不同處理對冬小麥產(chǎn)量及肥料利用效率的影響

研究表明,在使用氮肥增效劑(CP)條件下,與常規(guī)模式相比冬小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)多呈增加趨勢,除不施氮處理(554.35×104穗/hm2)、減氮45%+CP處理(612.65×104穗/hm2)顯著低于其他處理外,其它各處理間差異不顯著。與不施氮處理相比,增施氮肥能顯著增加冬小麥穗粒數(shù)并提高千粒重;與常規(guī)模式,在使用CP的條件下,減氮5%～25%時(shí),穗粒數(shù)有所增加、千粒重略有降低,但處理間差異不顯著;減氮35%～45%時(shí),穗粒數(shù)及千粒重均出現(xiàn)降低趨勢,且處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。不施氮處理相比,增施氮肥使冬小麥的籽粒產(chǎn)量明顯提高,處理間差異均達(dá)到了顯著水平(P<0.05);與常規(guī)模式相比,在使用CP時(shí),減氮5%時(shí)小麥增產(chǎn)5.88%,減氮15%小麥增產(chǎn)3.62%;減氮25%小麥增產(chǎn)1.60%;減氮35%～45%時(shí)小麥產(chǎn)量出現(xiàn)了不同程度降低,分別降低6.22%(P<0.05)和19.32%(P<0.05)。與常規(guī)模式相比,在使用CP的條件下,減氮45%時(shí)氮肥農(nóng)學(xué)利用效率出現(xiàn)了降低,氮肥偏生產(chǎn)力卻明顯提高;減氮5%～35%時(shí),氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均有明顯提高。處理間,隨著氮肥減量的增加,小麥氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均呈"先增后降"的變化規(guī)律,氮肥農(nóng)學(xué)利用效率在減氮25%+CP處理達(dá)到最大為12.16 kg/kg,氮肥偏生產(chǎn)力在減氮35%+CP處理達(dá)到最大為32.30 kg/kg。表2

表2 不同處理下冬小麥產(chǎn)量及肥料利用效率變化

3 討 論

過量施用氮肥是造成氮素大量流失,是氮肥利用率低主要原因之一[11]。氮肥增效劑與氮肥配合使用,可有效降低氮肥中的養(yǎng)分釋放速度,減少養(yǎng)分的損失,能有效提高作物對氮的吸收利用,從而促進(jìn)作物生長發(fā)育及產(chǎn)量的提高。吳承杰等[12]和胡田田等[11]均研究表明,不同時(shí)期施用氮肥增效劑均能有效抑制土壤中的硝化作用,提高土壤銨態(tài)氮的含量來減少氮肥的損失,幫助增加小麥根部區(qū)域的氮素吸收,從而減少氮肥的損失,提高肥料的有效利用,促進(jìn)小麥的生長。李玉等[13]研究表明,尿素添加脲酶抑制劑可以增加小麥株高、提高小麥葉片中的葉綠素含量,增加小麥分蘗數(shù),促進(jìn)小麥后期營養(yǎng)器官中的干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn),提高小麥產(chǎn)量。張盼盼等[14]研究表明,在氮肥減施20%和10%時(shí)添加硝化抑制劑2-氯-6-三氯甲基吡啶,玉米籽粒產(chǎn)量均達(dá)到正常施氮水平,氮肥減施添加硝化抑制劑處理通過增加穗粒數(shù)促進(jìn)籽粒高產(chǎn)。帥鵬等[15]研究表明,施用氮肥增效劑能夠提高水稻生育后期葉片葉綠素含量和保護(hù)酶活性,增強(qiáng)葉片組織保護(hù)能力,延緩葉片衰老進(jìn)程,延長葉片光合功能期,提高產(chǎn)量和氮肥利用率。研究結(jié)果表明,增施氮肥可以提高冬小麥旗葉SPAD值,配施氮肥增效劑(CP)條件下,減氮5%、減氮15%時(shí)冬小麥旗葉SPAD值有明顯提高,減氮25%時(shí)冬小麥的旗葉SPAD值仍有提高;減氮35%、減氮45%時(shí)冬小麥旗葉SPAD值出現(xiàn)不同程度降低。在使用CP條件下,減氮5%時(shí)冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs均有明顯提高,減氮15%時(shí)冬小麥的旗葉Pn、Tr、Gs仍有提高;減氮25%時(shí)小麥的旗葉Pn、Tr、Gs略有降低,減氮35%、減氮45%時(shí)冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs出現(xiàn)明顯降低;冬小麥旗葉Ci與Pn、Tr、Gs基本呈現(xiàn)出相反的變化趨勢。

桂召貴等[8]和過維鈞等[16]均研究指出,小麥?zhǔn)褂玫试鲂┖?主要是促進(jìn)成穗率的增加,單位面積的有效穗數(shù)均有明顯增高。許靖等[17]研究也認(rèn)為,氮肥中添加硝化抑制劑有利于小麥增產(chǎn)。原因可能在于促進(jìn)了小麥有效分蘗的形成,進(jìn)而增加了小麥穗數(shù)。研究表明,在使用CP條件下,與常規(guī)模式相比冬小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)多呈增加趨勢;減氮5%～25%時(shí),穗粒數(shù)有所增加、千粒重略有降低;減氮35%～45%時(shí),穗粒數(shù)及千粒重均出現(xiàn)降低趨勢。在使用CP時(shí),減氮5%時(shí)小麥增產(chǎn)5.88%,減氮15%小麥增產(chǎn)3.62%;減氮25%小麥增產(chǎn)1.602%;減氮35%～45%時(shí)小麥產(chǎn)量出現(xiàn)了不同程度降低,分別降低6.22%和19.32%。與常規(guī)模式相比,在使用CP的條件下,減氮45%時(shí)氮肥農(nóng)學(xué)利用效率出現(xiàn)了降低,氮肥偏生產(chǎn)力卻明顯提高;減氮5%～35%時(shí),氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均有明顯提高。處理間,隨著氮肥減量的增加,小麥氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力均呈“先增后降”的變化規(guī)律,氮肥農(nóng)學(xué)利用效率在減氮25%+CP處理達(dá)到最大為12.16 kg/kg,氮肥偏生產(chǎn)力在減氮35%+CP處理達(dá)到最大為32.30 kg/kg。氮肥增效劑有提高小麥成穗率,增加有效穗,在增加穗粒數(shù)的同時(shí)粒重也有一定的增加,促進(jìn)高產(chǎn)的作用。

4 結(jié) 論

氮肥增效劑與氮肥減量配施可促進(jìn)冬小麥的生長發(fā)育,改善葉片生理特性,提高冬小麥籽粒產(chǎn)量和氮肥利用效率。在使用氮肥增效劑(CP)條件下,減氮5%～25%時(shí)冬小麥的旗葉SPAD值仍有提高,減氮35%～45%時(shí)降低了冬小麥旗葉SPAD值;冬小麥旗葉Pn、Tr、Gs,在減氮5%時(shí)均有明顯提高,減氮15%時(shí)略有提高,減氮25%時(shí)略有降低,減氮35%～45%時(shí)明顯降低;冬小麥旗葉Ci與Pn、Tr、Gs基本呈現(xiàn)出相反的變化趨勢。減氮模式下,CP提高冬小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù),但減輕了千粒重。與常規(guī)模式相比,減氮5%～25%時(shí)小麥增產(chǎn)幅度在1.60%～5.88%,減氮35%～45%時(shí)小麥產(chǎn)量降低了6.22%～19.32%。與常規(guī)模式相比,CP總體上提高了氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力。在配施氮肥增效劑的基礎(chǔ)上,減少15%～25%的氮肥投入且冬小麥仍有一定的增產(chǎn)。