沈會(huì)權(quán)， 欒海業(yè)， 陳 和， 陳 健， 陶 紅， 喬海龍， 臧 慧

(江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 鹽城 224002)

氮是植物必需營(yíng)養(yǎng)元素，也是作物產(chǎn)量最重要的養(yǎng)分限制因子。農(nóng)作物生產(chǎn)中，過(guò)量或不合理施用氮肥會(huì)導(dǎo)致氮肥利用率降低，施肥經(jīng)濟(jì)效益下降，并引起嚴(yán)重的環(huán)境污染等問(wèn)題。

前人已就施肥對(duì)主要農(nóng)作物水稻、小麥等氮素含量、累積量、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響進(jìn)行了大量研究［1］?；糁醒蟮龋?］和李久生等［3］的研究結(jié)果表明，隨著施氮量增加冬小麥吸氮量增加，而氮肥利用率遞減。不同品種冬小麥在氮素的吸收與利用特性上存在一定的差異，產(chǎn)量高的品種具有較高的氮素利用效率和較強(qiáng)的氮素吸收能力［4］。小麥氮素從營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒的再轉(zhuǎn)移受環(huán)境因子和基因型差異的影響［5-6］。Wu 等［7］研究認(rèn)為，雜交水稻品種的氮素利用效率比半矮稈和高稈常規(guī)水稻品種高。劉立軍等［8］認(rèn)為在氮肥施用量為300 kg/hm2的前提下，采用基肥、分蘗肥、?；ǚ手葹?∶2∶4的運(yùn)籌方式，可增加抽穗后的物質(zhì)積累與運(yùn)轉(zhuǎn)，提高產(chǎn)量，同時(shí)還有利于提高氮肥利用率，并能降低堊白率，提高碾米品質(zhì)和稻米蛋白質(zhì)含量。

目前施氮對(duì)大麥籽粒氮素代謝、植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)及其與籽粒蛋白質(zhì)積累的關(guān)系研究還較少。優(yōu)質(zhì)啤酒大麥要求蛋白質(zhì)含量適中或偏低，而生產(chǎn)上增施氮肥在提高大麥產(chǎn)量的同時(shí)，還顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量過(guò)高而不符合啤酒釀造要求［9］。因此，探求適宜施氮量，研究大麥對(duì)氮素吸收、累積及轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律是大麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)的重要內(nèi)容。本研究探討不同施氮水平對(duì)啤酒大麥植株氮素養(yǎng)分吸收累積動(dòng)態(tài)、籽粒蛋白質(zhì)積累及氮肥利用率的影響，為揭示大麥對(duì)氮素的吸收累積規(guī)律和科學(xué)施用氮肥等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 品種及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用江蘇省啤酒大麥主栽品種蘇啤3號(hào)和單2，試驗(yàn)在江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，前茬為水稻，土壤肥力中等，地力均勻。設(shè)純氮0 kg/hm2(N0)、75 kg/hm2(N75)、150 kg/hm2(N150)、225 kg/hm2(N225)和300 kg/hm2(N300)5個(gè)施氮水平處理，基追比為7∶3，分別于播種前和拔節(jié)期施入，氮素形態(tài)為尿素。另基施磷肥(P2O5)150 kg/hm2，鉀肥(K2O)150 kg/hm2。田間設(shè)計(jì)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，常規(guī)管理，人工條播，小區(qū)面積9 m2，行距25 cm，3次重復(fù)。

1.2 取樣與測(cè)定方法

各處理于孕穗期(4月12日)、抽穗期(5月4日)、灌漿初期(5月13日)、灌漿末期(5月21日)取樣1次直至成熟期。樣品于105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒重。植株氮素含量采用凱氏定氮法測(cè)定，按全氮量的5.7倍計(jì)算籽粒蛋白質(zhì)含量。數(shù)據(jù)都采用EXCEL和SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮水平對(duì)葉片中氮素含量的影響

從表1可以看出，在大麥生育后期，由于氮素向籽粒的大量轉(zhuǎn)移，大麥葉片中氮素含量從孕穗期至成熟期逐漸減少，成熟期與孕穗期相比大約下降了70%，前3個(gè)時(shí)期(孕穗期、抽穗期、灌漿初期)降幅較大;施氮水平對(duì)大麥葉片氮素含量也有顯著影響，在同一生育時(shí)期，隨著施氮量的增加葉片氮素含量有不同程度的增加，0 kg/hm2、75 kg/hm2施氮水平處理葉片中氮濃度含量顯著低于其他施氮水平處理中的氮含量。兩品種間變化趨勢(shì)基本一致，除抽穗期品種間差異顯著外，其他都未達(dá)顯著水平。

表1 不同時(shí)期大麥葉片在不同施氮處理下全氮含量的變化Table 1 The change of the total nitrogen content in barley leaves at different growth stages with different nitrogen treatments

2.2 施氮水平對(duì)莖稈中氮素含量的影響

從表2可以看出，在大麥生育后期，莖稈中氮素含量從孕穗期至成熟期逐漸減少，成熟期與孕穗期相比大約下降了60%～70%;施氮水平對(duì)大麥莖稈中氮素含量也有影響，除蘇啤3號(hào)在抽穗期各處理間差異不顯著外，其他時(shí)期處理間都達(dá)顯著水平，在同一生育時(shí)期，隨著施氮量的增加莖稈中氮素含量有不同程度的增加;莖稈中氮素含量明顯低于葉片中，兩品種間變化趨勢(shì)基本一致，品種間差異性在各時(shí)期都未達(dá)顯著水平。

表2 不同時(shí)期大麥莖稈在不同施氮處理下全氮含量的變化Table 2 The changes of the total nitrogen content in barley stem at different growth stages with different nitrogen treatments

2.3 施氮水平對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量的影響

籽粒蛋白質(zhì)含量的變化曲線如圖1所示，各處理均呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，即籽粒中蛋白質(zhì)含量變化呈“高—低—高”的趨勢(shì)。這種變化反映了籽粒中蛋白質(zhì)和碳水化合物的積累動(dòng)態(tài)，在開(kāi)花初期，光合產(chǎn)物向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn)緩慢，碳水化合物的積累量很少，籽粒中氮含量相對(duì)較高;在灌漿初期，隨著光合產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)募铀?，氮的吸收相?duì)減慢，使此時(shí)蛋白質(zhì)含量相對(duì)下降;灌漿后期，干物質(zhì)積累變慢，而植株?duì)I養(yǎng)體內(nèi)的氮迅速輸送到籽粒中，籽粒中蛋白質(zhì)含量又升高，這與其他一些研究結(jié)果相符合［10-11］。不同施氮水平處理間蛋白質(zhì)含量差異顯著，隨著施氮量的增加蛋白質(zhì)含量逐漸增加;當(dāng)施氮量為150 kg/hm2時(shí)，最終籽粒蛋白質(zhì)含量為12%左右，達(dá)到國(guó)標(biāo)優(yōu)級(jí)啤酒大麥品質(zhì)的要求;施氮量為225 kg/hm2和300 kg/hm2時(shí)，籽粒蛋白質(zhì)含量偏高。

圖1 施氮水平對(duì)啤酒大麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響Fig.1 Effects of nitrogen application rates on grain protein content of malting barley

開(kāi)花后，籽粒蛋白質(zhì)積累量逐漸增加，不同時(shí)期間差異顯著;同一生育期內(nèi)，隨著施氮水平的增加，籽粒蛋白質(zhì)積累量逐漸增加，施氮量達(dá)到225 kg/hm2以后增加幅度變小;兩品種變化趨勢(shì)一致，差異不顯著(圖2)。

圖2 施氮水平對(duì)啤酒大麥籽粒蛋白質(zhì)積累量的影響Fig.2 Effects of nitrogen application rates on grain protein accumulation of malting barley

2.4 施氮對(duì)大麥氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

不同大麥品種、不同氮肥處理在花前氮積累量、氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)移效率等指標(biāo)見(jiàn)表3?；ㄇ暗胤e累量和轉(zhuǎn)運(yùn)量均隨著施氮水平的提高而增加，225 kg/hm2和300 kg/hm2施氮量處理顯著高于其他處理，但二者之間差異較小。表明增施氮肥明顯提高花前氮素積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)量，繼續(xù)施氮至過(guò)量則提高不顯著。

表3 施氮水平對(duì)大麥花前氮素積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及其對(duì)籽粒氮貢獻(xiàn)的影響Table 3 Effects of nitrogen rate on nitrogen accumulation and translocation before anthesis and its contribution to grain nitrogen in malting barley

氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率和轉(zhuǎn)運(yùn)氮對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率均隨施氮水平的提高呈先增大后減小趨勢(shì)，蘇啤3在施氮量為225 kg/hm2時(shí)最大，而單二在施氮量為150 kg/hm2時(shí)最大，說(shuō)明兩者在對(duì)氮肥利用的最適量上存在一定差異。適當(dāng)增施氮肥可顯著提高氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率，過(guò)量施氮?jiǎng)t降低轉(zhuǎn)運(yùn)效率和貢獻(xiàn)率。兩品種營(yíng)養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運(yùn)氮對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率在59.24%至68.23%之間，表明啤酒大麥成熟籽粒中氮含量大部分由營(yíng)養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運(yùn)而來(lái)，其余為根系從土壤中直接吸收的氮。

3 討論

關(guān)于小麥在灌漿期間氮素轉(zhuǎn)移的規(guī)律已有大量研究，并取得許多重要進(jìn)展，小麥的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)受環(huán)境條件、小麥品種的制約［12］，氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量受干物質(zhì)量的影響很大，高產(chǎn)品種大于低產(chǎn)品種。大麥在生育后期其干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)和氮代謝活動(dòng)都與小麥有很大區(qū)別，抽穗后大麥莖稈的干物質(zhì)積累率和輸出率都比小麥高數(shù)倍，且優(yōu)質(zhì)啤酒大麥要求籽粒蛋白質(zhì)含量不宜太高，歐洲釀造協(xié)會(huì)要求大麥蛋白質(zhì)含量不高于 11.5%［13］。

本研究發(fā)現(xiàn)，各生育時(shí)期，隨著施氮水平的提高，葉片、莖稈、籽粒中的氮含量都逐漸增加;不同時(shí)期間，開(kāi)花后由于氮素從營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒的運(yùn)輸，葉片和莖稈中的氮含量逐漸降低;同一時(shí)期，葉片的氮含量要高于莖稈的氮含量，最終對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率也要高于莖稈。籽粒蛋白質(zhì)含量高低主要與籽粒氮積累能力密切相關(guān)，本研究中，花前積累氮素對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率為59.24%～68.23%。因此，花前植株氮素積累量對(duì)最終籽粒蛋白質(zhì)積累起主要作用，提高花前積累氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)和再分配能力可以促進(jìn)蛋白質(zhì)含量的提高，這與郭天財(cái)?shù)龋?4］在小麥中的研究結(jié)果一致。隨著施肥水平的提高，兩品種花前植株氮素的積累量及其在開(kāi)花后向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量均增加，但氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率和轉(zhuǎn)運(yùn)氮對(duì)籽粒氮的貢獻(xiàn)率均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。蘇啤3號(hào)在施氮量為225 kg/hm2時(shí)貢獻(xiàn)率最高，而單二在施氮量為 150 kg/hm2時(shí)貢獻(xiàn)率最高，在施氮水平為150 kg/hm2時(shí)兩品種籽粒蛋白質(zhì)含量分別為11.44%和11.23%，符合優(yōu)質(zhì)啤酒大麥的要求。本試驗(yàn)初步確定氮肥用量150 kg/hm2為生產(chǎn)中參考用量，還有待結(jié)合不同處理下的產(chǎn)量進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

［1］萬(wàn)靚軍，張洪程，霍中洋，等.氮肥運(yùn)籌對(duì)超級(jí)雜交粳稻產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用率的影響［J］.作物學(xué)報(bào)，2007，33(2):175-182.

［2］霍中洋，葛 鑫，張洪程，等.施氮方式對(duì)不同專用小麥吸收及氮肥利用率的影響［J］.作物學(xué)報(bào)，2004，30(5):449-454.

［3］李久生，李 蓓，宿梅雙，等.冬小麥氮素吸收及產(chǎn)量對(duì)噴灌施肥均勻性的響應(yīng)［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38(8):1600-1607.

［4］同延安，趙 營(yíng)，趙護(hù)兵，等.施氮量對(duì)冬小麥氮素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13(1):64-69.

［5］周順利，張福鎖，王興仁，等.高產(chǎn)條件下不同品種冬小麥氮素吸收與利用特性的比較研究［J］.土壤肥料，2000(6):20-24.

［6］AUDE B，CHRISTOPHE L，CHRISTINE B，et al.Nitrogen remobilization during grain filling in wheat:genotypic and environmental effects［J］.Crop Sci，2005，45(3):1141-11501.

［7］WU P，TAO Q N.Genotype response and selection pressure on nitrogen-use efficiency in rice under different nitrogen regions［J］.Plant Nutrition，1995，18(3):450-487.

［8］劉立軍，王志琴，桑大志，等.氮肥運(yùn)籌對(duì)水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響［J］.揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，23(3):46-50.

［9］沈會(huì)權(quán)，陳曉靜，陳 和，等.氮肥用量及運(yùn)籌對(duì)不同啤酒大麥產(chǎn)量和啤用品質(zhì)的影響［J］.大麥與谷物科學(xué)，2008(2):29-32.

［10］張洪程，許 軻，戴其根，等.超高產(chǎn)小麥吸氮特性與氮肥運(yùn)籌的初步研究［J］.作物學(xué)報(bào)，1998，24(6):935-939.

［11］田紀(jì)春，張忠義，梁作勤，等.高蛋白和低蛋白小麥品種的氮素吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)分配差異研究［J］.作物學(xué)報(bào)，1994，20(1):76-83.

［12］荊 奇，戴廷波，姜 東，等.不同生態(tài)條件下不同基因型小麥干物質(zhì)和氮素積累與分配特征［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，27(1):1-5.

［13］徐壽軍，顧小莉，卜義霞，等.冬大麥花后穗部氮素積累及轉(zhuǎn)移的研究［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13(2):200-207.

［14］郭天財(cái)，宋 曉，馬冬云，等.氮素營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)冬小麥碳氮運(yùn)轉(zhuǎn)的影響［J］.西北植物學(xué)報(bào)，2007，27(8):1605-1610.