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        節(jié)水灌溉條件下不同施磷量對冬小麥磷素吸收利用的影響

        2018-07-27 05:59:10白倩倩史桂清郭程瑾
        麥類作物學(xué)報 2018年7期
        關(guān)鍵詞:濟(jì)麥磷素成熟期

        白倩倩,史桂清,郭程瑾,肖 凱

        (河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/河北省作物生長調(diào)控重點(diǎn)實驗室,河北保定 071001)

        磷素(P)是作物大量必需礦質(zhì)營養(yǎng)元素之一。由于P在土壤中易被固定和吸附,多數(shù)土壤P和施用的肥料P轉(zhuǎn)化為植株難于吸收利用的形態(tài),使生產(chǎn)中P肥利用率僅為15%~20%[1-2]。選用P高效品種,配合適宜P肥施用方法和技術(shù),對于小麥生產(chǎn)中節(jié)約P肥投入、促進(jìn)P資源可持續(xù)利用具有重要價值[3-5]。

        華北地區(qū)小麥生育期常處于干旱少雨季節(jié),主要通過地下水灌溉提供作物生產(chǎn)所需水分[6]。隨著工業(yè)發(fā)展和水資源的污染,該生態(tài)區(qū)地下水資源日益匱乏[7]。有關(guān)華北平原小麥節(jié)水灌溉及其與產(chǎn)量的關(guān)系、對根系、植株生理、生化等方面的影響已有大量研究[8-10]。有關(guān)節(jié)水灌溉條件下小麥植株的氮素吸收、利用特性已有較多報道[11-13],而有關(guān)節(jié)水栽培下小麥P的吸收、利用特性研究尚少見報道。本試驗以目前河北平原區(qū)具有較大推廣面積、需肥特征不同的2個小麥品種(喜肥的濟(jì)麥22,耐瘠的石優(yōu)20)為材料,研究節(jié)水灌溉條件下不同施P水平對供試品種P吸收、利用特性的影響,為小麥水肥高效利用提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗設(shè)計

        于2015-2016年度在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗農(nóng)場進(jìn)行大田試驗。供試土壤基本養(yǎng)分含量如下:有機(jī)質(zhì)14.4 g·kg-1,堿解氮62.86 mg·kg-1,速效磷12.60 mg·kg-1,速效鉀124.06 mg·kg-1。采用裂區(qū)設(shè)計,主區(qū)為供試小麥品種,分別為濟(jì)麥22和石優(yōu)20;副區(qū)為磷素用量,分別為底施P2O560 kg·hm-2(P60)、120 kg·hm-2(P120)和180 kg·hm-2(P180)。小區(qū)面積18 m2(6 m×3 m),重復(fù)3次。播種期為2015年10月10日,15 cm等行距種植,基本苗為 375×104·hm-2。播種前,各小區(qū)底施磷酸二銨(按照P設(shè)計用量)、尿素(N 112.5 kg·hm-2)、氯化鉀(K2O 150 kg·hm-2)。春季灌拔節(jié)水和灌漿水各1次,用水表控制灌水量為600 m3·hm-2,結(jié)合拔節(jié)水各小區(qū)追施氮素112.5 kg·hm-2(尿素)。其他管理措施同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)麥田。

        1.2 測定項目與方法

        1.2.1 小麥干重、P含量、P累積量和P累積速率測定

        在小麥出苗期、拔節(jié)期、挑旗期、開花期和成熟期,各小區(qū)取20株代表性植株,于105 ℃殺青 0.5 h,80 ℃烘干并稱重,計算單位面積的植株干重。將烘干植株樣本粉碎,采用釩鉬黃比色法測定植株P(guān)含量[14];計算不同時期植株P(guān)積累量;用后期P積累量減去前期P積累量,獲得出苗-拔節(jié)、拔節(jié)-挑旗、挑旗-開花和開花-成熟階段的P累積量。將上述各階段P累積量除以相應(yīng)持續(xù)天數(shù),獲得P累積速率。

        1.2.2 成熟期籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和各器官干重、P含量和分配比例測定

        成熟期,各小區(qū)選取代表性1 m2樣點(diǎn),調(diào)查成穗數(shù),脫粒、風(fēng)干后計算產(chǎn)量、考察千粒重。另選取30株植株,考察穗粒數(shù)。

        成熟期,各小區(qū)選取30株代表性植株,將植株分為籽粒、莖稈和葉鞘、葉片、穎殼和穗軸不同器官,風(fēng)干后測定各器官干重。各器官P含量測定同1.2.1;計算相應(yīng)器官P累積量;用各器官P累積量與植株總P累積量比值表示成熟期各器官P分配比例。

        1.3 P吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)參數(shù)的計算

        P收獲指數(shù)=單位面積籽粒P累積量/成熟期植株地上部P累積量[15];

        花前P轉(zhuǎn)運(yùn)量=單位面積開花期營養(yǎng)器官P累積量-成熟期單位面積營養(yǎng)器官P累積量[16];

        花前P轉(zhuǎn)運(yùn)效率=花前P轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期營養(yǎng)器官P累積量×100%[16];

        花前P貢獻(xiàn)率=花前P轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒P累積量×100%[16];

        P利用效率=成熟期籽粒產(chǎn)量/成熟期植株地上部P累積量[16];

        P肥偏生產(chǎn)力=產(chǎn)量/施P量[16]。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        利用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,利用SPSS 進(jìn)行差異顯著性分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同施P量對小麥生育期、植株干重、P含量和P累積量的影響

        由表1可知,同一品種不同P處理的各生育時期一致,表明小麥生育進(jìn)程不受施P水平的影響。不同品種相比,石優(yōu)20生育進(jìn)程略快于濟(jì)麥22,前者挑旗期和開花期均較后者提早1 d,成熟期提早2 d。

        由圖1可見,與P60處理相比,供試品種各生育時期P120和P180處理下的植株干重均顯著增加。與P120處理相比,P180處理下,石優(yōu)20植株干重除成熟期顯著增加外,其他時期增加不顯著;濟(jì)麥22植株干重除苗期增加不顯著外,其他時期均顯著增加。這表明不同小麥品種干物質(zhì)積累量對外源P水平的響應(yīng)不同。

        表1 供試品種不同處理下的生育時期Table 1 Information of the growth and developmental stages of the tested wheat cultivars under different treatments

        不同生育時期比較,供試小麥品種的植株P(guān)含量以拔節(jié)期最高,成熟期最低。供試小麥品種各生育時期的植株P(guān)含量均隨施P量的提高呈不同程度的增加,濟(jì)麥22在開花期、成熟期不同P處理間差異顯著;石優(yōu)22各時期P120與P180處理間均無顯著差異;石優(yōu)20各生育時期的植株P(guān)含量均高于濟(jì)麥22。這表明石優(yōu)20具有較強(qiáng)的P吸收能力,而濟(jì)麥22對施磷量較石優(yōu)20敏感。供試小麥品種植株P(guān)累積量均隨生育進(jìn)程推移、供磷水平增加明顯增多。與濟(jì)麥22相比,石優(yōu)20各生育時期的植株磷累積量較多。

        2.2 不同施P量對植株階段P累積量和P累積速率的影響

        由圖2可見,開花-成熟階段植株P(guān)累積量顯著高于其他階段,表明生育后期小麥具有較強(qiáng)的P吸收能力。挑旗-開花階段P積量較少,與該階段持續(xù)時間較短有關(guān)。小麥各生育階段植株P(guān)積累量均隨供P水平提高而增加。濟(jì)麥22 的P累積量在不同處理間的變幅大于石優(yōu)20。表明濟(jì)麥22對P水平更敏感。

        JM22:濟(jì)麥22;SY20:石優(yōu)20。圖柱上不同小寫字母表示同一品種不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

        JM22:Jimai 22;SY20:Shiyou 20.Different lower-case letters above columns of same cultivar mean significant difference among treatments(P<0.05).The same in other figures.

        圖1不同處理下各生育時期的小麥植株干重、P含量和P累積量

        Fig.1Plantbiomass,PcontentsandPaccumulationamountsofwheatatdifferentstagesunderdifferenttreatments

        小麥P累積速率隨生育進(jìn)程推移呈單峰曲線,出苗-拔節(jié)較低,拔節(jié)-挑旗增高,挑旗-開花達(dá)最高值,開花-成熟P累積強(qiáng)度下降但仍維持較高水平。供試小麥品種在各生育階段的P累積速率均隨施磷水平增高而增大,濟(jì)麥22在各處理間差異顯著(出苗-拔節(jié)除外);石優(yōu)20在出苗-拔節(jié)和拔節(jié)-挑旗階段各處理間差異不顯著,在挑旗-開花、開花-成熟階段,低P60與P120、P180處理間差異顯著。石優(yōu)22各生育階段的P累積速率均大于濟(jì)麥22。

        2.3 不同施P量對成熟期各器官干重、P含量、P累積量和分配比例的影響

        由圖3可見,成熟期小麥干重以籽粒最高,莖稈和葉鞘次之,其次為葉片,穎殼和穗軸最低。P含量也以籽粒最高,其次為穎殼和穗軸、莖稈和葉鞘,葉片最低。P累積量和P分配比例也以籽粒最高,莖稈和葉鞘次之,葉片、穎殼和穗軸較低。

        成熟期小麥不同器官的干重、P含量和P累積量均隨施磷水平增加而提高。與P60相比,P120和P180處理下各器官的干重和P累積量均顯著或不顯著增加。籽粒中的P分配比例隨供磷水平增高而增大,莖稈和葉鞘、葉片中的P分配比例則隨供磷水平增高而降低。這表明増施磷素可促進(jìn)生育后期植株體內(nèi)P向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)。兩品種成熟期各器官P分配比例差異不大。

        2.4 不同施P量對植株P(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)和利用的影響

        由表2可見,隨供P水平的提高,各品種的產(chǎn)量、穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均呈增加趨勢。P60和P120處理下,石優(yōu)20產(chǎn)量、穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著高于濟(jì)麥22,但千粒重顯著低于濟(jì)麥22。P180處理下,石優(yōu)20產(chǎn)量低于濟(jì)麥22,但兩者間差異不顯著,各產(chǎn)量構(gòu)成因素間差異均不顯著。隨供磷水平的提高,花前P轉(zhuǎn)運(yùn)量和花前P轉(zhuǎn)運(yùn)效率增高,營養(yǎng)器官P貢獻(xiàn)率、P利用效率和P肥偏生產(chǎn)力降低。不同品種相比,石優(yōu)20花前P轉(zhuǎn)運(yùn)量和營養(yǎng)器官P貢獻(xiàn)率與濟(jì)麥22相近,但前者P收獲指數(shù)、花前P轉(zhuǎn)運(yùn)效率、P利用效率和P肥偏生產(chǎn)力較后者下降。表明施P水平對籽粒產(chǎn)量、營養(yǎng)器官P轉(zhuǎn)運(yùn)效率和P利用效率具有較大影響。

        圖2 不同處理下供試品種各生育階段P累積量和階段P累積速率

        3 討 論

        水分和磷素對小麥生長發(fā)育、生理特征和產(chǎn)量形成能力具有重要影響[5,17]。研究表明,相同供水處理下,增施磷肥能增強(qiáng)植株利用土壤水能力,提高灌漿中后期旗葉相對含水量和水勢,改善植株干物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量[18-19]。増施磷肥結(jié)合澆灌灌漿水,能有效提高生育后期植株光合速率,改善單葉水分利用效率和產(chǎn)量[20]。適當(dāng)水分(田間持水量60%~70%)配合適宜數(shù)量磷素(150 kg·hm-2)能維持較長灌漿高值持續(xù)期,提高葉片氣孔導(dǎo)度和光合速率,協(xié)調(diào)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素[21]。本試驗結(jié)果表明,與低磷處理相比,高磷處理下供試品種各生育時期、階段植株磷素吸收和累積能力增強(qiáng),產(chǎn)量形成能力顯著改善。這表明節(jié)水増磷耦合效應(yīng)在調(diào)控植株磷素吸收和產(chǎn)量形成中發(fā)揮重要作用。

        小麥植株對磷素的吸收受到溫度、水分供應(yīng)等環(huán)境因子以及內(nèi)在生理特性等多因素的影響[3, 18-19]。研究表明,冬小麥各生育階段植株對磷素的吸收呈單峰曲線,以拔節(jié)至孕穗最多[15]。孕穗期之前,植株體內(nèi)磷素主要分配至葉片和莖鞘,此后植株吸收及貯存于營養(yǎng)器官中的磷素逐步向穗和籽粒中轉(zhuǎn)移,成熟期植株體內(nèi)約2/3磷素轉(zhuǎn)運(yùn)至籽粒[3]。本試驗發(fā)現(xiàn),節(jié)水栽培條件下,不同施磷水平對各生育時期、階段植株磷素吸收和成熟期器官間P素分配具有較大影響,適當(dāng)増施磷素則各生育時期P含量、階段P累積量提高,花前P轉(zhuǎn)運(yùn)量和花前P轉(zhuǎn)運(yùn)率增加,營養(yǎng)器官P貢獻(xiàn)率、P利用效率和P肥偏生產(chǎn)力降低。因此,生產(chǎn)中應(yīng)依據(jù)土壤速效磷含量、供磷潛力和水分供應(yīng)狀況,合理施用磷素,以改善植株磷素營養(yǎng)和磷素利用效率。

        小麥不同基因型(品種)在吸收和利用磷素的能力上存在明顯遺傳多樣性現(xiàn)象[15-17]。低磷水平下,磷高效小麥品種較磷低效品種的植株干物質(zhì)生產(chǎn)效率提高,籽粒產(chǎn)量增加[15]。此外,磷高效基因型在低磷脅迫下,重要生育時期的莖葉和籽粒P含量提高[4]、磷素累積量增多[2]。在生理方面,磷高效品種低磷脅迫條件下較磷低效品種具有較強(qiáng)碳同化能力、根系生理活性和根系酸性磷酸化酶(APase)活性,使植株的磷素吸收和利用能力增強(qiáng)[16-17]。本研究表明,濟(jì)麥22和石優(yōu)20在重要生育時期、階段對外源磷素的吸收和利用特性存在較大差異,石優(yōu)20在各供磷水平植株P(guān)含量和階段P累積量均高于濟(jì)麥22。此外,石優(yōu)20對低供磷水平(P60)的響應(yīng)更為敏感,對中磷水平(P120)的響應(yīng)能力減弱,表現(xiàn)為植株P(guān)含量、P累積量、干物質(zhì)積累量以及產(chǎn)量增幅隨供磷量增多變??;濟(jì)麥22對供試P水平較敏感,隨施磷水平提高,該品種P含量、階段P累積量、干重和成熟期產(chǎn)量隨之增加。上述結(jié)果表明,石優(yōu)20具有較強(qiáng)的抵御低磷脅迫能力,低磷水平下能實現(xiàn)較高產(chǎn)量;濟(jì)麥22則在豐磷下吸收和利用磷素的能力較強(qiáng);節(jié)水栽培下適合增加供磷水平可改善植株的磷素吸收和產(chǎn)量形成能力。有關(guān)影響上述小麥品種磷素吸收和利用特性的生物學(xué)基礎(chǔ)有待進(jìn)一步探討。

        圖3 不同處理下小麥成熟期各器官的干重、P含量、P累積量和P分配比例

        性狀Trait品種 Cultivar P處理 P treatmentP60P120P180產(chǎn)量 Yield/(kg·hm-2)濟(jì)麥22 Jimai 225 822.73e 7 349.10c 8 262.97a 石優(yōu)20 Shiyou 206 250.36d 7 810.55b 8 145.16a 穗數(shù) Spike number/(104·hm-2)濟(jì)麥22 Jimai 22521.27c580.28b613.32a石優(yōu)20 Shiyou 20552.91b608.23a616.52a穗粒數(shù) Grain number per spike濟(jì)麥22 Jimai 2230.34c33.29b35.62a石優(yōu)20 Shiyou 2034.26b36.23a36.58a千粒重 1 000 grain weight/g濟(jì)麥22 Jimai 2241.86c42.22b43.45a石優(yōu)20 Shiyou 2036.66b39.34a40.13aP收獲指數(shù) P harvest index濟(jì)麥22 Jimai 220.74a 0.73a 0.72a 石優(yōu)20 Shiyou 200.65b 0.65b 0.67b 花前P轉(zhuǎn)運(yùn)量 Translocation of pre-flowering P/(kg·hm-2) 濟(jì)麥22 Jimai 229.11c 11.60b 13.13a 石優(yōu)20 Shiyou 209.51c 12.56ab 12.95a 花前P轉(zhuǎn)運(yùn)效率 Transport rate of pre-flowering P/%濟(jì)麥22 Jimai 2234.41ab 34.99a 36.22a 石優(yōu)20 Shiyou 2030.90c 33.41b 33.68b 營養(yǎng)器官P貢獻(xiàn)率 P contribution rate of vegetative tissue/%濟(jì)麥22 Jimai 2228.97a 28.83a 27.26a 石優(yōu)20 Shiyou 2026.25a 28.59a 27.15a P利用效率 P utilization rate/(kg·kg-1)濟(jì)麥22 Jimai 22136.36a 130.21ab 123.22b 石優(yōu)20 Shiyou 20111.90c115.50c 114.70c P肥偏生產(chǎn)力 Partial productivity of P fertilizer/(kg·kg-1)濟(jì)麥22 Jimai 2297.05a 61.24b 45.91c 石優(yōu)20 Shiyou 20104.17a 65.09b 46.36c

        同性狀數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

        Different lower-case letters following data at same trait mean significant difference among treatments(P<0.05).

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