雷鈞杰，張永強(qiáng)，賽力汗·賽，薛麗華，梁玉超，張宏芝，陳興武,王志敏

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100193； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，新疆烏魯木齊 830091；3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所，新疆烏魯木齊 830091； 4.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052； 5.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，新疆烏魯木齊 830091)

施氮量對滴灌冬小麥干物質(zhì)積累、分配與轉(zhuǎn)運的影響

雷鈞杰1,2,5，張永強(qiáng)2,5，賽力汗·賽1,2,5，薛麗華2,5，梁玉超4，張宏芝3,5，陳興武2,5,王志敏1

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100193； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，新疆烏魯木齊 830091；3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所，新疆烏魯木齊 830091； 4.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052； 5.農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，新疆烏魯木齊 830091)

為明確施氮量對滴灌冬小麥干物質(zhì)積累、分配、轉(zhuǎn)運及產(chǎn)量的影響，于2013-2015年連續(xù)兩個冬小麥生長季，以新冬18號為試驗材料，在大田滴灌條件下，設(shè)置了0 (N0)、94.5 (N1)、180 (N2)、240 (N3)、300 (N4)、360 kg·hm-2(N5)共6個施氮量處理，通過單因素隨機(jī)區(qū)組試驗，研究了不同施氮量下滴灌冬小麥干物質(zhì)積累、分配及轉(zhuǎn)運的特點。結(jié)果表明，不同施氮量處理下滴灌冬小麥單莖干物質(zhì)積累量隨生育進(jìn)程均呈“S”曲線變化。成熟期干物質(zhì)積累量、花前干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運量及其轉(zhuǎn)運效率、花后同化物積累量均以N3處理最高；花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率以及籽粒產(chǎn)量在兩年中均隨施氮水平的提高呈先增后減趨勢，也均以N3處理最高，其中產(chǎn)量兩年分別較N0處理增產(chǎn)68.01%和67.39%。因此，在本試驗條件下，240 kg·hm-2施氮量最有利于滴灌冬小麥干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運和高產(chǎn)。

滴灌；冬小麥；施氮量；干物質(zhì)積累；干物質(zhì)分配與轉(zhuǎn)運

作為新疆的主要糧食作物，小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對保證該地區(qū)糧食安全至關(guān)重要。氮素是限制小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的主要因素[1]，施用氮肥能顯著影響小麥干物質(zhì)積累、分配和轉(zhuǎn)運[2-4]，故合理施氮是小麥高產(chǎn)栽培的重要要求[5]。近年來，隨著滴灌節(jié)水技術(shù)在小麥栽培上的應(yīng)用推廣，滴灌小麥栽培面積不斷擴(kuò)大，但目前與之配套的施肥技術(shù)仍然存在諸多問題，致使滴灌小麥增產(chǎn)增收的潛力均難以充分發(fā)揮。因此，研究施氮量對滴灌冬小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運特征的影響，探索滴灌冬小麥的適宜施氮量，對于肥料高效利用和滴灌小麥高產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。

有關(guān)氮肥運籌對小麥生長發(fā)育的影響研究頗多，研究內(nèi)容主要涵蓋了施氮量對春小麥干物質(zhì)積累、產(chǎn)量、氮肥利用率及氮平衡[6-7]、對旱地小麥氮素吸收轉(zhuǎn)運[8]、籽粒灌漿特性、葉片光合特性和籽粒產(chǎn)量的影響[9-10]，以及氮肥不同基追比[11]、追氮時期[12]、施肥頻率[13]等方面。但是，前人的研究多是在漫灌條件下開展的，而針對滴灌冬小麥?zhǔn)┑啃?yīng)的研究報道較少[14-15]，且由于作用品種及地區(qū)差異，研究結(jié)果不盡相同。因此，針對滴灌冬小麥?zhǔn)┓始夹g(shù)中適宜施氮量的問題仍有必要開展進(jìn)一步的深入研究。為此，本研究在大田滴灌條件下，分析了不同施氮量下滴灌冬小麥干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運及分配特征，揭示滴灌冬小麥產(chǎn)量形成對施氮量的響應(yīng)規(guī)律，以期確定滴灌冬小麥的適宜施氮量，為滴灌冬小麥高產(chǎn)高效栽培中合理施氮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2013-2015年在新疆農(nóng)科院瑪納斯試驗站(44° N，86° E)進(jìn)行。該區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶愿珊蛋敫珊禋夂騾^(qū)，年均日照時數(shù)2 700 ～ 2 800 h，年均氣溫7.2 ℃，年均降雨量205 mm，年均蒸發(fā)量1 691 mm，極端最高氣溫39.6 ℃，極端最低氣溫-37.4 ℃，全年無霜期165 ～ 172 d。試驗地土壤為沙壤土，前茬為大豆，播前耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量16.8 g·kg-1，全氮含量0.92 g·kg-1，堿解氮含量62.3 mg·kg-1，速效磷含量14.5 mg·kg-1，速效鉀含量164 mg·kg-1。冬小麥起身至成熟階段氣象參數(shù)見表1。

表1 冬小麥起身至成熟階段的氣象參數(shù)Table 1 Climatic data from upstanding stage to maturity of winter wheat

FTD:The first 10 days; STD:The second 10 days; TTD:The third 10 days.

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，設(shè)置0、94.5、180、240、300和360 kg·hm-26個施氮量處理，分別用N0～N5表示，每個處理重復(fù)3次，各處理施肥方案見表2。小區(qū)面積48 m2，小區(qū)間隔離帶60 cm。播前耙地3～4遍，耙深8 cm左右。小麥合墑播種，2013和2014年播種期分別為10月1日和9月28日，播種量均為270 kg·hm-2(播種密度675萬株·hm-2)。供試小麥品種為新麥18號。播前結(jié)合翻地，基施純氮94.5 kg·hm-2(尿素折算)、P2O5172.5 kg·hm-2(重過磷酸鈣折算)和K2O 52.5 kg·hm-2(硫酸鉀折算)。在冬小麥開花期、灌漿前期、灌漿中期，結(jié)合滴灌每次追施磷酸二氫鉀 22.5 kg·hm-2。全生育期采用滴灌方式灌水8次，具體滴灌時期及滴灌量見表3。

表2 滴灌小麥不同處理施氮總量及不同時期追氮量Table 2 Total nitrogen application amount and topdressing nitrogen at different growth stages of winter wheat under drip irrigation

表3 不同滴灌時期的滴灌量Table 3 Amount of drip irrigation at different stages m3·hm-2

1.3 測試項目與方法

1.3.1 小麥群體動態(tài)調(diào)查

小麥生育過程中調(diào)查基本苗、冬前總莖數(shù)、返青總莖數(shù)、起身期總莖數(shù)(春季最大總莖數(shù))、收獲穗數(shù)。

1.3.2 干物質(zhì)積累量測定

于冬小麥拔節(jié)期、孕穗期、開花期、花后12 d、花后24 d和成熟期，每小區(qū)每次取20個單莖，剪去根，將單莖分解成不同器官，105 ℃殺青15 min，80 ℃烘24 h至恒重后稱干重。采用Logistic方程擬合滴灌冬小麥干物質(zhì)積累變化：

y=k/[1+e(a-bt)]

式中，y為冬小麥拔節(jié)后t天單莖干物質(zhì)積累量；t表示冬小麥拔節(jié)后的天數(shù)；k表示冬小麥單莖干物質(zhì)理論最大積累量；a、b為待定系數(shù)。

根據(jù)方程推導(dǎo)出最快生長時間段的起始時間(t1)、終止時間(t2)、最大相對生長速率(Vm)、最大相對生長速率出現(xiàn)時間(tm)和快速增長期持續(xù)的時間(△t)：t1=[lnea-1.317] /b；t2=[lnea+1.317]/b；Vm=-bk/4；tm=-a/b；△t=t2-t1。

同時計算干物質(zhì)轉(zhuǎn)運特征參數(shù)[16]：

花前同化物轉(zhuǎn)運量=開花期全莖干重-成熟期單莖營養(yǎng)器官干重；

花后同化物積累量=成熟期籽粒干重-花前同化物轉(zhuǎn)運量；

花前同化物轉(zhuǎn)運效率=花前同化物轉(zhuǎn)運量/開花期營養(yǎng)器官干重×100%；

花前同化物對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=花前同化物轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干重×100%；

軒軒的爸爸媽媽所擔(dān)心的就是寶寶的性格問題。軒軒常常顯得喜怒無常、自制力差，執(zhí)拗起來讓父母覺得在眾人面前“露怯”，可是他絲毫感覺不到自己“露怯”了。父母發(fā)愁了，寶寶沒有自知之明怎么行呢？

花后同化物對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=花后同化物轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干重×100%。

1.4 測產(chǎn)與考種

于冬小麥成熟期在各個小區(qū)分別選取4 m2(2 m×2 m)樣點，進(jìn)行人工收割，脫粒后風(fēng)干稱重，并折算產(chǎn)量(籽粒含水量為13%)。另從每小區(qū)量取1 m雙行樣段，調(diào)查有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等指標(biāo)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，運用 DPS 7.05 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1施氮量對滴灌冬小麥單莖干物質(zhì)積累的影響

滴灌冬小麥單莖干物質(zhì)積累量兩年均隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈“S”曲線變化，表現(xiàn)為拔節(jié)期至孕穗初期干物質(zhì)積累緩慢，而后干物質(zhì)積累迅速，花后24 d至成熟期趨于平緩(圖1)。與不施氮(N0)處理相比，施氮顯著促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累，且隨著施氮水平的提高，小麥單莖干物質(zhì)累積量兩年均呈先增后降的趨勢，其中N3處理最高。通過Logistic方程模擬分析(表4)，隨著施氮量的增大，雖然干物質(zhì)積累最大速率出現(xiàn)時間(tm)相對提前，但因其在一定范圍內(nèi)同時增大了干物質(zhì)積累最大速率(Vm)和干物質(zhì)積累持續(xù)時間(△t)，故最終干物質(zhì)累積量仍然較高，與實際相符；理論干物質(zhì)積累量亦在N3處理達(dá)到峰值，繼續(xù)增加氮肥施用量后，總干物質(zhì)積累量及特征值反而表現(xiàn)出不同程度的降低趨勢，說明施氮量過多或過少均不利于小麥光合產(chǎn)物的積累。

JS：拔節(jié)期;BS:孕穗期；AS：開花期；AA12：花后12 d；AA24：花后24 d；MS：成熟期。下圖同。

表4 不同施氮量下冬小麥地上部分干物質(zhì)積累的Logistic方程模擬及其特征值Table 4 Logistic equations and their eigenvalues of dry matter accumulation of winter wheat shoot under different nitrogen application rate

t:冬小麥拔節(jié)后的天數(shù)；y:冬小麥干物質(zhì)積累量；Vm:干物質(zhì)最大增長速率；tm:干物質(zhì)積累最大速率出現(xiàn)的時間；t1、t2:分別為 Logistic方程生長函數(shù)的兩個拐點；△t:干物質(zhì)快速積累持續(xù)天數(shù)；**:P<0.01。

t:The days after jointing stage of winter wheat;y:Dry matter accumulation of winter wheat;Vm:The maximum increase rate of dry matter;tm:The days of the maximum dry matter accumulation rate occurred;t1andt2are two inflexions of the Logistic equations; △t:The continued days of dry matter rapid accumulation; **:P<0.01.

2.2施氮量對滴灌冬小麥不同器官干物質(zhì)積累與分配的影響

2.2.1 施氮量對滴灌冬小麥不同器官干物質(zhì)積累的影響

不同處理下滴灌小麥葉片干物質(zhì)積累均呈先增后減趨勢(圖2)，在開花期葉干重最大。施氮后小麥葉片干物質(zhì)積累量均顯著高于不施氮處理，開花前以N5處理的葉片干物質(zhì)積累量最大，但至成熟期，卻以N3處理最高，這可能是因為施氮量過大易造成后期冠層下部郁閉，進(jìn)而使葉片過早脫落所致。不同處理的小麥莖鞘干物質(zhì)累積均表現(xiàn)為“快速增長-緩慢降低-迅速下降”的趨勢，累積峰值出現(xiàn)時間較葉片有所推遲，大致在開花后12 d左右(圖3)。不同處理中，莖鞘的干物質(zhì)積累峰值以N3處理最高。各處理穗部干物質(zhì)則隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)表現(xiàn)為持續(xù)升高(圖4)，以N3處理積累量最大，但N5與N4處理差異較小。說明當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平后，繼續(xù)增施氮肥對各器官干物質(zhì)積累的影響不大，反而造成肥料的浪費。

圖2 施氮量對滴灌冬小麥葉片干物質(zhì)積累的影響

圖3 施氮量對滴灌冬小麥莖鞘干物質(zhì)積累的影響

滴灌冬小麥葉片、莖鞘干重占單莖總干重的比例隨生育進(jìn)程分別呈降低和先升后降的變化趨勢(表5)。與不施氮處理相比，施氮提高了葉片花后12 d前的干重比例，在花后12 d和成熟期則呈相反趨勢；過多施氮降低了莖鞘干重比例，到成熟期不同處理間差異縮??；施氮有利于穗干重比例增加，但到成熟期不同處理間無顯著差異。這表明施氮影響滴灌小麥干物質(zhì)分配。

圖4 施氮量對滴灌冬小麥穗干物質(zhì)積累的影響

表5 施氮量對滴灌冬小麥各器官干物質(zhì)分配比例的影響(兩年平均值)Table 5 Effect of nitrogen application rate on dry matter allocation ratio of winter wheat under drip irrigation (mean of two years) %

同列數(shù)字后的字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。下表同。

Values followed by different letters within the same column are significantly different among cultivars (lines) at 0.05 level.The same in other tables.

2.3 施氮量對滴灌冬小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運的影響

由表6可知，兩年試驗中，在施氮量不超過N3處理時，冬小麥花前同化物轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率、對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率以及花后同化物積累量隨施氮水平的提高均呈增加趨勢；施氮量超過N3處理時，各指標(biāo)變化不顯著或顯著下降。小麥花后同化物對籽粒貢獻(xiàn)率兩年均以N0處理最大，與其他處理差異顯著。表明在適宜的施氮范圍內(nèi)增施氮肥可以促進(jìn)滴灌冬小麥花前同化物在花后向籽粒的轉(zhuǎn)運以及花后干物質(zhì)積累。

表6 施氮量對滴灌冬小麥同化物轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率及對籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率的影響Table 6 Effect of nitrogen application rate on assimilation translocation amount,translocation proportion and contribution rate to grain yield of winter wheat under drip irrigation

2.4 施氮量對滴灌冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

由表7可知，與不施氮處理相比，施氮顯著增加滴灌冬小麥產(chǎn)量，但隨著施氮量的增加，兩年籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)出先增后降的趨勢，且均以N3處理最高。N3處理兩年分別較N0處理增產(chǎn)68.01%和67.39%。隨著施氮量的增加，千粒重和穗粒數(shù)與產(chǎn)量的變化趨勢一致，均以N3處理最大；而穗數(shù)表現(xiàn)為施氮處理高于不施氮處理，施氮處理間差異不明顯。說明施氮對滴灌冬小麥的增產(chǎn)效應(yīng)主要因為提高了千粒重和穗粒數(shù)。

表7 施氮量對滴灌冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 7 Effect of different nitrogen application rate on the yield and yield components of winter wheat under drip irrigation

3 討 論

已有研究表明，干物質(zhì)生產(chǎn)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，各種農(nóng)藝措施對作物產(chǎn)量的影響大多與干物質(zhì)積累特點及其轉(zhuǎn)化效率有關(guān)，干物質(zhì)積累與合理分配是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵[17]，而氮素營養(yǎng)是影響小麥干物質(zhì)積累的主要因素[18]。張 娜等[19]、胡田田等[20]和張 杰等[21]研究表明，施用氮肥能夠顯著促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累，并在一定施氮量范圍內(nèi)，干物質(zhì)的積累量隨施氮量的增多而增大，但超出這個范圍時，增施氮肥會導(dǎo)致干物質(zhì)積累量不增反降。本研究中，增加施氮量可以提高滴灌冬小麥干物質(zhì)積累量，但施氮量過高時干物質(zhì)積累量反而降低，這與前人研究結(jié)論相似。適量增施氮肥能夠促進(jìn)開花前營養(yǎng)器官貯存的干物質(zhì)在花后向籽粒的轉(zhuǎn)運，從而提高籽粒產(chǎn)量[22]。屈會娟等[23]研究表明，小麥開花前干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為21%～37%，而花后干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均在60%以上。本研究表明，不同處理的滴灌冬小麥花前同化物對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為26.40%～37.85%，花后為62.15%～73.60%，可見滴灌冬小麥籽粒產(chǎn)量的形成同樣以花后同化物積累為主，與前人研究結(jié)論一致。但本研究中，適當(dāng)增施氮肥可以有效促進(jìn)滴灌小麥花前營養(yǎng)器官儲存的同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運，有利于提高滴灌小麥產(chǎn)量。

前人研究發(fā)現(xiàn)，小麥的產(chǎn)量與氮素的營養(yǎng)水平關(guān)系密切[24]，適量施用氮肥后，水稻氮肥利用率有所提高[25]；施氮量過高時，小麥穗粒數(shù)雖在一定水平上有所增加，但由于未能彌補(bǔ)由于千粒重和穗數(shù)的大幅降低而造成的產(chǎn)量損失，最終導(dǎo)致小麥產(chǎn)量不增反降[26]。侯麗麗等[27]、Jaime等[28]研究表明，在低氮水平時，增施氮肥后，小麥籽粒產(chǎn)量提高，當(dāng)施氮量達(dá)到高限時，進(jìn)一步增施氮肥，可使產(chǎn)量降低。本研究表明，隨著施氮量的增加，滴灌冬小麥籽粒產(chǎn)量先增后降，且兩年均在施氮量為240 kg·hm-2(N3處理)時產(chǎn)量達(dá)到最高，這與前人研究結(jié)果一致。在千粒重方面，張 銘等[29]和林 琪等[30]均認(rèn)為，隨施氮量的增加，小麥千粒重呈下降趨勢。本研究中，隨著施氮量的增加，滴灌冬小麥千粒重呈先增后降的變化趨勢，這與前人研究結(jié)果不一致，這可能是由于在滴灌條件下，肥料隨水直接作用于小麥根區(qū)，同時滿足了水、肥的需求，極大地提高了肥料利用效率所致。

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EffectofNitrogenApplicationRateonDryMatterAccumulation,DistributionandTranslocationofWinterWheatunderDripIrrigation

LEIJunjie1,2,5,ZHANGYongqiang2,5,Sailihan·SAI1,2,5，XUELihua2,5,LIANGYuchao4，ZHANGHongzhi3,5,CHENXingwu2,5,WANGZhimin1
(1.College of Agronomy,China Agricultural University,Beijing 100193,China; 2.Research Insititute of Grain Crops,Xinjiang Academy of Agricultural Science,Urumqi，Xinjiang 830091,China; 3.Research Insititute of Nuclear and Biological Technologies,Xinjiang Academy of Agricultural Science,Urumqi，Xinjiang 830091,China； 4.College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University,Urumqi，Xinjiang 830052,China; 5.Key Laboratory of Desert-Oasis Crop Physiology,Ecology and Cultivation,Ministry of Agriculture,Urumqi，Xinjiang 830091,China)

To explicit the effect of nitrogen fertilization rate on dry matter accumulation,distribution,translocation and yield of winter wheat under drip irrigation,two-year field experiments with six treatments including 0 kg·hm-2(N0),94.5 kg·hm-2(N1),180 kg·hm-2(N2),240 kg·hm-2(N3),300 kg·hm-2(N4),and 360 kg·hm-2(N5) were conducted by using randomized block experiment design in wheat growing seasons from 2013 to 2015,with Xindong 18 as material.The results indicated that dry matter accumulation under all of the treatments showed an “S” curve.Dry matter accumulation,the translocation of assimilates before and after flowering and their translocation rate,and the average value of translocation of assimilates before and after flowering reached the maximum under N3treatment.The contribution rate of dry matter before anthesis translocation to grain presented a trend of N3>N2>N4>N5>N1>N0in both two-year experiments,and maximum yield was also obtained under N3in two years,which was 68.01% and 67.39% higher than that of N0,respectively.The results showed that the largest accumulation of dry matter and the highest yield for winter wheat can be achieved with nitrogen application rate of 240 kg·hm-2with drip irrigation.

Drip irrigation; Winter wheat; Nitrogen application rate; Dry matter accumulation; Dry matter distribution and translocation

時間：2017-08-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170808.0911.022.html

2017-01-18

2017-04-20

新疆維吾爾自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目(2016B01002-3)；新疆維吾爾自治區(qū)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)經(jīng)費資助項目(KY2015002,KY2013058)；新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金面上項目(2014211A028)；新疆維吾爾自治區(qū)科技支撐項目(201231103)；國家小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-3)

E-mail：leijunjie@sohu.com

王志敏(E-mail:zhimin206@263.net);陳興武(E-mail:cxw0723@sina.com)

S512.1；S311

： A

：1009-1041(2017)08-1078-09