陳龍濤，魏 ，商文楠，李馨園，王曉楠，李 晶

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030）

黑龍江省冬季嚴(yán)寒，持續(xù)期長(zhǎng)，最低溫度可達(dá)到-30℃[1-2]，年際間降雪量不均衡，風(fēng)大，田間不易存雪，麥苗裸露田間易產(chǎn)生旱害和凍害，特別是遇秋冬和返青期土壤干旱，麥苗易風(fēng)干死亡，惡劣的自然氣候致使冬麥即使成功越冬，也會(huì)造成返青率較低。2007年冬小麥超強(qiáng)冬性抗寒品種的育成，打破了黑龍江冬季不能播種冬小麥的歷史，合理運(yùn)籌氮素實(shí)現(xiàn)小麥優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效是黑龍江省冬小麥種植又一亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。返青期低溫比常溫的根系干重減少58.7%，根系體積減少81.6%[3]，直接影響后期的品質(zhì)與產(chǎn)量形成。返青后通過(guò)不同時(shí)期追施氮肥對(duì)小麥干物質(zhì)和氮素積累、運(yùn)轉(zhuǎn)及產(chǎn)量和品質(zhì)均有較好效果，潘慶民等認(rèn)為施用氮肥可提高蛋白質(zhì)含量2.5%～3.0%，且隨施氮時(shí)期后移，提高蛋白質(zhì)含量作用增大[4]。沈建輝等認(rèn)為，拔節(jié)和孕穗期追氮肥均提高了小麥產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量，但過(guò)遲追氮不利于產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量[5]。目前，我國(guó)主要冬麥種植區(qū)山東、河南兩省已經(jīng)形成相對(duì)較完善的配套種植栽培體系，但由于黑龍江省冬麥研究剛剛起步，對(duì)栽培基礎(chǔ)理論研究比較薄弱，在氮肥運(yùn)籌等方面還是空白。因此，本試驗(yàn)研究了不同種植方式和追肥時(shí)期對(duì)小麥根系生長(zhǎng)和籽粒品質(zhì)性狀的影響，以期為黑龍江省冬小麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、高效栽培管理提供理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)黑龍江省耕作制度由一年一熟轉(zhuǎn)變成為兩年三熟耕作模式，提高土地利用效率及種植結(jié)構(gòu)調(diào)整具有積極意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2009～2010年在黑龍江省哈爾濱市東北農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地（E126°41'，N45°45'）進(jìn)行，土壤為黑鈣土：全氮（TN）1.80 g·kg-1，有效磷（AP）49.5 mg·kg-1，速效鉀（AK）159.8 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)23.5 g·kg-1。試驗(yàn)品種選用東農(nóng)冬麥1號(hào)，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥育種研究室提供。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experiment design

栽培技術(shù)模式主要包括以下兩種：特殊栽培技術(shù)模式—壟溝播種：采用壟溝內(nèi)距離壟底1/3處兩邊壟幫雙行播種；傳統(tǒng)栽培技術(shù)模式—平播播種：采用傳統(tǒng)平播播種。均按照每小區(qū)8行，行長(zhǎng)5 m，行距0.3 m，小區(qū)面積12 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。播種量150 kg·hm-2。底肥：磷酸二銨150 kg·hm-2（純氮17 kg·hm-2、P2O544 kg·hm-2），硫酸鉀75 kg·hm-2（K2O 37.5 kg·hm-2）。次年不同時(shí)期追施尿素150 kg·hm-2（純氮69 kg·hm-2），結(jié)合澆水開(kāi)溝追施于土壤。

1.2 測(cè)定方法

根系取樣：大田試驗(yàn)的根樣獲取采用挖掘法[6]，分別于返青期、拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期取樣測(cè)定各指標(biāo)。選取生長(zhǎng)正常、分布均勻的冬小麥植株，深入土層1 m獲取較完整植株根系。前后兩次的取樣地點(diǎn)留有一定的間隔。根樣充分浸泡后，用水緩慢沖洗，水流大小以不折損細(xì)根為原則。

根系體積和表面積指標(biāo)測(cè)定：取各處理單株完整根系，利用根系掃描分析系統(tǒng)（Epson expression 1680掃描儀）透掃，將圖像存為.tif格式，用根系分析軟件WinRhizo5.0自動(dòng)分析。各處理重復(fù)3次。

籽粒蛋白質(zhì)含量測(cè)定：用J FOSS kjeltec2300型全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定籽粒全氮含量，乘系數(shù)5.7換算為籽粒蛋白質(zhì)含量。

濕面筋含量：用Perten 2200型面筋儀測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)結(jié)果用Excel 2003和DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植方式與追肥時(shí)期對(duì)冬小麥根系長(zhǎng)度的影響

根長(zhǎng)是衡量根系生長(zhǎng)狀況的最基本指標(biāo)之一[6]。小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成，很大程度上取決于根系對(duì)深層土壤水分和養(yǎng)分的利用及同化產(chǎn)物在根冠之間的分布[7]。如圖1所示，不同追肥處理下冬小麥隨生育期推進(jìn)，根系長(zhǎng)度呈先升高后下降的變化趨勢(shì)，乳熟期達(dá)到最大，成熟期衰老脫水萎蔫下降。表明拔節(jié)期至乳熟期是根系壯大的時(shí)期，隨后由于生長(zhǎng)中心的轉(zhuǎn)移，根系的生長(zhǎng)速度漸緩，到成熟期進(jìn)入皺縮狀態(tài)。進(jìn)入抽穗期后，無(wú)論壟播還是平播均表現(xiàn)為拔節(jié)期追肥根系長(zhǎng)度＞返青期+拔節(jié)期追肥根系長(zhǎng)度＞返青期追肥根系長(zhǎng)度＞不追肥根系長(zhǎng)度，說(shuō)明適期追施氮素對(duì)根系生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用；同時(shí)可以看出，壟溝播種各處理根系長(zhǎng)度高于傳統(tǒng)平播播種各處理，表明因地制宜的采用壟溝播種種植方式在改善越冬環(huán)境的條件下，進(jìn)入返青期較好地促進(jìn)了植株地下根部生長(zhǎng)，為最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)起到重要作用。

2.2 種植方式與追肥時(shí)期對(duì)冬小麥根系平均直徑的影響

植物對(duì)土壤中養(yǎng)分有效利用的能力很大程度上取決于其根系的構(gòu)型，根系平均直徑的大小是構(gòu)型中的重要因子，直接決定根系吸收的動(dòng)力[8]。由圖2可以看出，不同處理根系平均直徑隨生育期呈先增加后減小變化的趨勢(shì)，拔節(jié)期、抽穗期達(dá)到最大。根系直徑的生長(zhǎng)與根系長(zhǎng)度的變化近似相同，表明二者協(xié)同生長(zhǎng)。壟溝處理麥苗在拔節(jié)期追肥處理后在進(jìn)入抽穗期后根系直徑明顯增加，提高了吸收能力；平播處理表現(xiàn)的不明顯。表明根系的生長(zhǎng)不僅與適宜的追肥有關(guān)，同時(shí)種植方式也對(duì)其生長(zhǎng)有影響，是兩個(gè)因素共同作用的結(jié)果。

圖1 不同種植方式與追肥時(shí)期下冬小麥根系長(zhǎng)度的變化Fig.1 Change of root length under different planting models and topdressing stage

圖2 不同種植方式與追肥時(shí)期下冬小麥根系平均直徑的變化Fig.2 Change of root average diameters by different planting models and topdressing stage

2.3 不同播種方式與追肥時(shí)期對(duì)冬小麥品質(zhì)的影響

2.3.1 不同播種方式與追肥時(shí)期對(duì)冬小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響

小麥品質(zhì)和產(chǎn)量的形成與氮素營(yíng)養(yǎng)密切相關(guān)，氮肥的分期施用對(duì)小麥品質(zhì)及產(chǎn)量均有調(diào)節(jié)效應(yīng)。由表2可以看出，壟溝播種方式下各處理間差異顯著，且達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為 L2＞L3＞L1＞L0，L1、L2、L3與 L0相比分別提高了3.6%、14.2%和12.7%，可以得出籽粒蛋白質(zhì)含量隨追氮時(shí)期的后移和施氮量增加而呈升高的趨勢(shì)，且以拔節(jié)期一次全部追氮處理含量最高，表明追氮時(shí)期后移，有利于小麥蛋白質(zhì)含量的提高。傳統(tǒng)平播播種方式追肥與不追肥籽粒蛋白質(zhì)含量差異顯著（P＜0.05），蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為P2＞P3＞P1＞P0；P2與P3差異不顯著。P1、P2、P3與P0相比分別提高了10.5%、12.8%和12.0%。兩種播種方式下對(duì)應(yīng)各處理間達(dá)到顯著差異，拔節(jié)期追肥處理壟溝播種較傳統(tǒng)平播處理提高2%；返青+拔節(jié)期追肥處理壟溝播種較傳統(tǒng)平播處理提高1.3%；兩種播種方式對(duì)照處理間比較發(fā)現(xiàn)二者無(wú)顯著差異，表明適宜追氮時(shí)期是影響籽粒蛋白質(zhì)含量提高的主要因素，而播種方式對(duì)提高籽粒蛋白含量的影響不大，其影響過(guò)程主要通過(guò)適宜追肥時(shí)期來(lái)完成的。

2.3.2 不同播種方式與追肥時(shí)期對(duì)冬小麥籽粒濕面筋含量的影響

由表2可以看出，壟溝播種方式下濕面筋含量表 現(xiàn) 為 L2＞L3＞L1＞L0， L1、 L2、 L3與 L0差 異 顯 著 ；L2、L3差異不顯著；L1、L2、L3與 L0相比濕面筋含量分別提高了7.1%、13.2%和9.8%，表明拔節(jié)期追施適宜氮肥可以顯著提高籽粒濕面筋含量，以拔節(jié)期一次全部追氮處理含量最高。傳統(tǒng)平播播種方式下，濕面筋含量各處理表現(xiàn)為 P2＞P3＞P1＞P0，P1、P2與對(duì)照處理達(dá)到顯著差異水平，P3與對(duì)照差異不顯著，P1、P2、P3與P0相比濕面筋含量分別提高了5.9%、7.2%和5.4%。兩種播種方式下L0與P0、L1與P1、L3與P3差異不顯著；L2與P2處理存在顯著差異。表明兩種不同播種方式對(duì)冬麥影響籽粒濕面筋含量差異的影響不明顯，籽粒中濕面筋的含量變化受追肥時(shí)期影響較明顯。

2.3.3 不同播種方式與追肥時(shí)期對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響

各因素及互作對(duì)籽粒產(chǎn)量達(dá)到顯著差異水平（P＜0.05）。由表2可以看出，壟溝播種各處理產(chǎn)量顯著高于相應(yīng)傳統(tǒng)平播各處理產(chǎn)量，差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。壟溝播種方式下各處理產(chǎn)量顯著高于對(duì)照處理，表現(xiàn)為L(zhǎng)2＞L3＞L1＞L0，L2、L3極顯著差異于L1、L0，表明拔節(jié)期追肥顯著提高籽粒產(chǎn)量；傳統(tǒng)平播播種方式下各處理產(chǎn)量顯著高于對(duì)照處理，表現(xiàn)為P2＞P3＞P1＞P0，P2與P3差異不顯著，但顯著差異于P1、P0，且達(dá)到極顯著水平。表明與溝播相比，拔節(jié)期追施氮肥處理下傳統(tǒng)平播栽培冬麥產(chǎn)量提高幅度低于溝播栽培模式。

表2 不同處理下冬小麥品質(zhì)的變化Table 2 Change of winter wheat grain quality under different treatments

2.4 不同生育時(shí)期根系指標(biāo)與品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，蛋白質(zhì)含量在乳熟期、成熟期與根系直徑呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且乳熟期達(dá)到極顯著正相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與根系直徑在抽穗期、乳熟期、成熟期與根系直徑呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明根系生長(zhǎng)在中后期營(yíng)養(yǎng)器官氮素向籽粒供應(yīng)積累形成蛋白質(zhì)過(guò)程中起重要作用。濕面筋含量與根系長(zhǎng)度和直徑在拔節(jié)期、抽穗期、乳熟期、成熟期均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，且抽穗期和乳熟期達(dá)到極顯著相關(guān)，表明在抽穗期和乳熟期根系長(zhǎng)勢(shì)對(duì)籽粒濕面筋的形成起到重要作用。根系長(zhǎng)度，直徑與產(chǎn)量在抽穗期、乳熟期和成熟期呈顯著正相關(guān)，乳熟期達(dá)到極顯著水平，表明根系對(duì)作物產(chǎn)量的影響表現(xiàn)于生育期的中后期，前期不顯著可能與返青期、拔節(jié)期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)有關(guān)系。

表3 不同生育時(shí)期根系指標(biāo)與品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系Table 3 Relationship between root growth and grain quality

3 討論

根系生長(zhǎng)要與其環(huán)境條件相適應(yīng)，只有建立根系個(gè)體與群體最佳的動(dòng)態(tài)平衡，使得數(shù)量與質(zhì)量的協(xié)調(diào)發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提高，品質(zhì)改善[9]。相同密度、相同栽培條件下，根系發(fā)達(dá)，乳熟期次生根數(shù)量多，一般表現(xiàn)為產(chǎn)量高品質(zhì)好[10]。本試驗(yàn)得到結(jié)論與其一致，中后期根系生長(zhǎng)與品質(zhì)及產(chǎn)量達(dá)到顯著相關(guān)關(guān)系。大量的研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，氮素施用顯著影響小麥根系生長(zhǎng)，當(dāng)?shù)厥┯眠m宜時(shí)，根系形態(tài)數(shù)量性狀和生理性狀達(dá)到最佳狀態(tài)，有助于籽粒產(chǎn)量提高和籽粒品質(zhì)改善[11-12]。本試驗(yàn)研究表明拔節(jié)期一次性追施氮肥，對(duì)冬麥根系生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，同時(shí)表現(xiàn)出品質(zhì)及產(chǎn)量的顯著提高，但是返青期一次性追肥作用不明顯。

氮素是影響小麥籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量最活躍的因子。一般認(rèn)為，前期追氮有利于提高產(chǎn)量，后期追氮?jiǎng)t有助于改善品質(zhì)，適宜的追氮時(shí)期可以較好的協(xié)調(diào)小麥高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的關(guān)系。楊扎根等認(rèn)為，兼顧產(chǎn)量和品質(zhì)，高筋小麥最佳追氮時(shí)期是拔節(jié)至抽穗期，中筋小麥應(yīng)適當(dāng)提前追氮時(shí)期[13-14]。李珊珊等認(rèn)為，與起身期施氮肥比較，拔節(jié)期和挑旗期追施氮肥，能提高不同類(lèi)型小麥籽粒蛋白含量等品質(zhì)指標(biāo)[15-16]。楊延兵等認(rèn)為，運(yùn)籌氮素可改善小麥加工品質(zhì)，但效果不明顯[13]。馬冬云等認(rèn)為，綜合考慮籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量以拔節(jié)期追氮較為合適[17]。本試驗(yàn)在黑龍江高寒地區(qū)通過(guò)不同追肥時(shí)期對(duì)冬麥產(chǎn)量品質(zhì)形成效果方面與前人研究結(jié)果一致。研究表明，拔節(jié)期追施足量氮肥有助于籽粒蛋白的積累，濕面筋含量及產(chǎn)量的提高，品質(zhì)與產(chǎn)量同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。其主要原因可能與氮素吸收利用密切相關(guān)，拔節(jié)期是冬麥冬后壯長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)期大量追肥不僅可以滿足營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，對(duì)開(kāi)花期氮積累量和花后營(yíng)養(yǎng)器官貯存氮素向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn)均起到一定作用。同時(shí)，改善了小麥的群體質(zhì)量，田間透光率好，植株健壯，抗倒伏能力提高，地上地下部分達(dá)到協(xié)調(diào)生長(zhǎng)，根系長(zhǎng)勢(shì)發(fā)達(dá)，光合產(chǎn)物的生產(chǎn)能力提高，因此，拔節(jié)期追肥處理好于返青期追肥處理。

本試驗(yàn)得出，黑龍江省壟溝播種的冬小麥根系生長(zhǎng)與品質(zhì)及產(chǎn)量形成效果好于傳統(tǒng)平播處理，這可能與壟溝內(nèi)種植冬小麥冬前壟臺(tái)可以防風(fēng)，壟溝可以積雪，達(dá)到增溫、保墑、防旱的效果，實(shí)現(xiàn)冬麥高返青率，冬后溝內(nèi)貯水保墑促進(jìn)麥苗生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)。由于本試驗(yàn)只研究探討返青期與拔節(jié)期追肥對(duì)根系及品質(zhì)形成的關(guān)系，抽穗期等后期追肥對(duì)其影響還有待于進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

拔節(jié)期追肥處理根系長(zhǎng)度最大，且壟溝處理大于傳統(tǒng)平播處理，種植方式和追肥時(shí)期共同影響根系生長(zhǎng)。適宜追氮時(shí)期是影響籽粒蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量提高的主要因素，而種植方式對(duì)提高籽粒蛋白含量的影響不明顯。由此可知，黑龍江省冬小麥采取壟溝播種在拔節(jié)期適量追肥的栽培技術(shù)有助于根系生長(zhǎng)及顯著提高籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量。

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