張蓉蓉，任愛霞，林文，Noor Hafeez，王文翔，李蕾，趙慶玲，高志強(qiáng)，孫敏

不同氮響應(yīng)型冬小麥品種植株氮素利用的差異及氮肥的調(diào)控研究

張蓉蓉，任愛霞，林文，Noor Hafeez，王文翔，李蕾，趙慶玲，高志強(qiáng)，孫敏*

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801）

【】明確不同氮響應(yīng)型冬小麥品種氮素吸收利用對氮肥的響應(yīng)差異，挖掘黃土高原麥區(qū)冬小麥品種的高效高產(chǎn)潛力。于2018—2019年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)小麥試驗基地開展試驗，試驗主區(qū)為良星99、邯麥13、山農(nóng)22、良星77、煙農(nóng)999和山農(nóng)29共6個冬小麥品種，副區(qū)為150、270 kg/hm2的2個施氮水平，分析不同氮響應(yīng)型冬小麥產(chǎn)量及氮效率與植株氮素吸收利用的關(guān)系。根據(jù)氮響應(yīng)度將6個冬小麥品種聚類劃分為強(qiáng)響應(yīng)型品種（山農(nóng)29、邯麥13和煙農(nóng)999）和弱響應(yīng)型品種（良星77、山農(nóng)22和良星99）。強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種顯著提高了籽粒氮素積累量、花前植株氮素運轉(zhuǎn)量、花后植株氮素積累量、產(chǎn)量以及氮效率，其中產(chǎn)量及氮效率分別增加17.85%～22.35%、9.20%～12.31%，顯著降低了成熟期20～200 cm土層土壤硝態(tài)氮量。施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2強(qiáng)響應(yīng)型品種成熟期莖稈+葉鞘、葉片氮素積累量和百公斤籽粒吸氮量顯著降低，花前植株氮素運轉(zhuǎn)量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率、花后植株氮素積累量、花前莖稈+葉鞘、葉片氮素運轉(zhuǎn)量及其貢獻(xiàn)率顯著提高，氮素利用效率和產(chǎn)量分別顯著增加11.98%和4.89%；弱響應(yīng)型品種各器官氮素積累量增加，籽粒氮素積累量所占比例下降，花前植株、莖稈+葉鞘氮素運轉(zhuǎn)量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率顯著提高，產(chǎn)量顯著提高7.87%，成熟期0～120 cm土層土壤硝態(tài)氮量顯著提高，百公斤籽粒吸氮量降低不顯著。此外，在同類品種不同施氮量條件下，產(chǎn)量、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量均與花前整株氮素運轉(zhuǎn)量相關(guān)性更高，且強(qiáng)響應(yīng)型小麥品種的相關(guān)性高于弱響應(yīng)型品種的。強(qiáng)響應(yīng)型品種產(chǎn)量、氮素利用效率高，器官中積累氮素向籽粒運轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，且花前莖稈+葉鞘、葉片氮素運轉(zhuǎn)量可以作為氮高效品種的篩選指標(biāo)。施氮量270 kg/hm2較150 kg/hm2促進(jìn)強(qiáng)響應(yīng)型品種產(chǎn)量及氮素利用效率顯著增加，保證高產(chǎn)高效。

氮響應(yīng)型；冬小麥；品種；土壤硝態(tài)氮；氮素吸收利用；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】近年來，氮肥施用過量導(dǎo)致氮素利用效率和小麥增產(chǎn)效益下降及土壤中硝態(tài)氮累積的現(xiàn)象較為普遍[1-3]。培育高產(chǎn)高效的新品種，以及采取合理的氮肥調(diào)控措施在作物生產(chǎn)中具有非常重要的意義?！狙芯窟M(jìn)展】小麥植株氮素吸收、積累及運轉(zhuǎn)與產(chǎn)量密切相關(guān)，但不同品種間存在基因型差異[4-5]。丁永剛等[6]研究表明，氮高效品種與氮中效和氮低效品種相比，在開花期和成熟期具有較高的干物質(zhì)積累量及花后干物質(zhì)積累量。王平等[7]研究表明，小麥氮高效型品種比氮低效型品種植株具有較強(qiáng)的吸氮能力，氮素累積量在花前營養(yǎng)器官中高，氮素量對于籽粒的提供相對較多。在河南省水地小麥上的研究表明，氮高效型品種的花前貯存氮素在花后向籽粒的轉(zhuǎn)運量、氮素農(nóng)藝效率及氮素偏生產(chǎn)力均顯著高于氮素中效型、氮素低效型及氮素超低效型品種[8]。在江蘇揚(yáng)州稻茬小麥上的研究表明，氮髙效品種開花期和成熟期氮素積累量、氮素吸收效率均顯著高于氮中效和氮低效品種，但品種類型間氮肥利用效率、氮素生理效率差異不顯著[9]。大部分研究的品種劃分都以一般的氮素利用效率為依據(jù)，而氮響應(yīng)度是衡量氮肥利用率高低的動態(tài)指標(biāo)，可以表示不同施氮量間氮肥利用的差異，且不同基因型間、相同基因型不同施氮水平間的氮響應(yīng)度亦存在差異[10]。王永華等[10]研究表明，低氮條件下，小麥基因型中氮響應(yīng)度高的品種，耐低氮能力較好，在高氮和低氮水平下均能獲得較高產(chǎn)量，但氮效率不一定高。氮肥作為調(diào)控小麥氮素營養(yǎng)的有效手段之一，研究其對小麥氮素的吸收、積累及其向籽粒的運輸特性是提高小麥產(chǎn)量、氮素利用效率的基礎(chǔ)。合理施氮可促進(jìn)植株對肥料的吸收積累、增加花后轉(zhuǎn)運量及灌漿期旗葉谷氨酰胺合成酶（GS）活性，提高產(chǎn)量和氮素利用效率[11-12]。隨著施氮水平的提高，氮素累積量顯著增加，而氮素收獲指數(shù)及氮素利用效率呈下降趨勢[13-15]。朱新開等[16]研究認(rèn)為，小麥的氮素利用效率及百公斤籽粒吸氮量存在基因型差異，且隨著施氮量的增加，百公斤籽粒吸氮量呈先升高后降低的趨勢。

【切入點】前人研究主要圍繞不同氮效率品種植株氮素吸收運轉(zhuǎn)的差異，但對不同氮響應(yīng)型小麥品種氮素吸收利用差異與植株各器官氮素運轉(zhuǎn)量的關(guān)系及其對氮肥的響應(yīng)及高產(chǎn)高效品種篩選的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】因此，以6個冬小麥品種為供試品種，以氮響應(yīng)度為指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)聚類劃分，研究不同氮響應(yīng)型小麥品種產(chǎn)量和氮素吸收、利用特性的差異及不同施氮水平下的調(diào)控作用，以期為高產(chǎn)高效小麥品種選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2018—2019年在山西省太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)小麥試驗基地（E112°34′，N37°25′）進(jìn)行，試驗區(qū)屬于溫帶大陸性氣候區(qū)，年平均氣溫10.4 ℃，試驗采用池栽，池深2 m，由厚度10 cm混凝土墻分隔，外墻增加10 cm厚的保溫層。土壤類型為壤土，2018年9月15日測定0～20 cm土層土壤肥力，其中有機(jī)質(zhì)量為12.64 g/kg，堿解氮量為40.36 mg/kg，速效磷量為14.28 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用二因素裂區(qū)設(shè)計，以品種為主區(qū)，設(shè)良星99（LX99）、邯麥13（HM13）、山農(nóng)22（SN22）、良星77（LX77）、煙農(nóng)999（YN999）和山農(nóng)29（SN29）6個水平（由太谷縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局提供），以施氮量為副區(qū)，設(shè)150 kg/hm2（N150）、270 kg/hm2（N270）2個水平，共6×2=12個處理，重復(fù)3次，小區(qū)面積為7.2 m2（3.6 m×2 m）。2018年10月9日播種，基施氮磷鉀肥，純氮肥按試驗設(shè)計均勻地撒在相應(yīng)小區(qū)內(nèi)（氮肥基追比為6∶4），純磷肥量和純鉀肥量分別為150、90 kg/hm2，人工將肥料翻入土壤中（深度10～15 cm）。條播，行距20 cm，播量180 kg/hm2。生育期內(nèi)保持池內(nèi)土壤含水率維持在60%左右，2019年6月20日收獲。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 植株干物質(zhì)量及含氮率

分別于開花期、成熟期取樣20株，隨機(jī)取樣。開花期植株樣品分為葉片、莖稈+葉鞘、穗軸3部分，成熟期植株樣品分為葉片、莖稈+葉鞘、穎殼+穗軸和籽粒4部分。于105 ℃殺青30 min后，70 ℃烘至恒質(zhì)量，稱量并記錄干物質(zhì)量；樣品粉碎后用H2SO4-H2O2-靛酚藍(lán)比色法[17]測定銨態(tài)氮量，并計算植株各器官含氮率及氮素積累量。

1.3.2 成熟期0～200 cm土層土壤硝態(tài)氮量

在小麥成熟期，采用5點取樣法利用土鉆對每個處理取0～200 cm土層土樣，每20 cm為1層進(jìn)行采集，將土鉆采集的重復(fù)土樣混合均勻。取過2 mm篩的新鮮土樣5 g，加入活性炭吸附有機(jī)質(zhì)顏色，然后加入50 mL 0.01mol/L CaCl2提取液室溫振蕩30 min，將過濾后濾液利用全自動離子分析儀（Easy Chem Plus）測定土壤硝態(tài)氮量，3次重復(fù)。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成

于冬小麥成熟期，剪取0.667 m2長勢均勻的冬小麥穗子，調(diào)查穗數(shù)與每穗平均粒數(shù)，置于網(wǎng)袋中，脫粒曬干后稱質(zhì)量，即為實際產(chǎn)量，同時用該籽粒樣本測定千粒質(zhì)量。

1.3.4 百公斤籽粒吸氮量

成熟期測定小麥植株各器官銨態(tài)氮量，并計算植株各器官含氮率、干物質(zhì)量、實際籽粒產(chǎn)量，計算植株氮素積累量。

1.4 計算方法

氮響應(yīng)度按王永華等[10]的方法計算：氮響應(yīng)度（kg/kg）=（高氮籽粒產(chǎn)量-低氮籽粒產(chǎn)量）/（高施氮量-低施氮量）

氮素積累量按趙俊曄等[17]、Przulj等[18]方法計算：植株氮素積累量=植株干物質(zhì)量×含氮率；花前植株氮素運轉(zhuǎn)量=開花期營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量；花前植株氮素的運轉(zhuǎn)對籽粒的貢獻(xiàn)率=花前植株氮素運轉(zhuǎn)量?籽粒氮素積累量×100%；花后植株氮素積累量=成熟期植株氮素積累量-開花期植株氮素積累量；花后植株氮素積累對籽粒的貢獻(xiàn)率=花后植株氮素積累量?籽粒氮素積累量×100%；氮素吸收效率=植株氮素積累量?施氮量×100%；氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量?植株氮素積累量×100%；氮肥生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量?施氮量×100%。

百公斤籽粒吸氮量按朱新開等[16]的方法計算：百公斤籽粒吸氮量=植株氮素積累量?籽粒產(chǎn)量×100。

1.5 統(tǒng)計分析

試驗采用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù)，采用DPS 7.50和SAS 9.0軟件進(jìn)行聚類分析及統(tǒng)計分析，聚類分析采用系統(tǒng)聚類的最短距離法，差異顯著性檢驗用LSD法，顯著性水平設(shè)定為=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥品種氮響應(yīng)度的聚類分析

增加施氮量，作物生物產(chǎn)量或籽粒產(chǎn)量的變化程度可用氮響應(yīng)度表示。根據(jù)氮響應(yīng)度將6個小麥品種分為2類，山農(nóng)29（8.44 kg/kg）、煙農(nóng)999（7.43 kg/kg）和邯麥13（5.84 kg/kg）屬于強(qiáng)響應(yīng)型品種，良星77（4.10 kg/kg）、山農(nóng)22（4.33 kg/kg）和良星99（3.67 kg/kg）屬于弱響應(yīng)型品種。

2.2 氮肥對植株氮素積累轉(zhuǎn)運的影響

2.2.1 成熟期植株各器官氮素積累

強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種提高了莖稈+葉鞘、葉片氮素積累量，顯著提高了籽粒和整株氮素積累量，提高了籽粒氮素積累量所占比例，降低了穗軸+穎殼氮素積累量（表1）。施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2強(qiáng)響應(yīng)型品種莖稈+葉鞘、葉片氮素積累量顯著降低，穗軸+穎殼、整株氮素積累量，籽粒氮素積累量及其占比均顯著提高；弱響應(yīng)型品種各器官氮素積累量增加，籽粒氮素積累量所占比例下降。且強(qiáng)響應(yīng)型品種中，施氮量對莖稈+葉鞘氮素積累量的影響以山農(nóng)29差異顯著，煙農(nóng)999和邯麥13不顯著；對穗軸+穎殼氮素積累量的影響以煙農(nóng)999差異顯著，山農(nóng)29和邯麥13不顯著。可見，強(qiáng)響應(yīng)型品種籽粒氮素積累能力強(qiáng)，施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2更有利于其莖稈+葉鞘和葉片中積累的氮素向籽粒轉(zhuǎn)移，尤其山農(nóng)29。

表1 不同響應(yīng)型小麥品種成熟期各器官氮素積累量

注 不同小寫字母表示不同處理間差異顯著（≤0.05），不同大寫字母表示不同施氮量下各類品種的平均值差異顯著（≤0.05）。下同。

2.2.2花前植株氮素運轉(zhuǎn)和花后植株氮素積累

強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種顯著提高了花前植株氮素運轉(zhuǎn)量和花后植株氮素積累量，提高了花前植株氮素運轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率（表2）。施氮量270 kg/hm2較150 kg/hm2顯著提高了2類型品種花前植株氮素運轉(zhuǎn)量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率，強(qiáng)響應(yīng)型品種花后植株氮素積累量亦顯著增加。且強(qiáng)響應(yīng)型品種中，施氮量對花前植株氮素運轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率和花后植株氮素積累量對籽粒的貢獻(xiàn)率的影響以山農(nóng)29和煙農(nóng)999差異顯著，邯麥13差異不顯著?？梢?，強(qiáng)響應(yīng)型品種具有更強(qiáng)的氮素運轉(zhuǎn)和積累能力，施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2更有利于花前積累氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移，增大貢獻(xiàn)率，尤其山農(nóng)29和煙農(nóng)999。

2.2.3花前各器官氮素運轉(zhuǎn)量及其對籽粒貢獻(xiàn)率

強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種提高了花前各器官氮素運轉(zhuǎn)量，且穗軸+穎殼的氮素運轉(zhuǎn)量及其貢獻(xiàn)率差異顯著（表3）。施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2顯著增加了花前各器官氮素運轉(zhuǎn)量，強(qiáng)響應(yīng)型品種莖稈+葉鞘、葉片的運轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率顯著提高；弱響應(yīng)型品種花前莖稈+葉鞘的運轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率顯著提高。且強(qiáng)響應(yīng)型品種中，施氮量對花前葉片氮素運轉(zhuǎn)量對籽粒的貢獻(xiàn)率的影響以山農(nóng)29、煙農(nóng)999差異顯著?？梢姡瑥?qiáng)響應(yīng)型品種的各器官具有更強(qiáng)的花前氮素向籽粒運轉(zhuǎn)的能力，以莖稈+葉鞘、葉片為主，施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2更有利于促進(jìn)花前莖稈+葉鞘、葉片積累氮素的運轉(zhuǎn)，尤其山農(nóng)29和煙農(nóng)999。

表2 不同響應(yīng)型小麥品種花前植株氮素運轉(zhuǎn)和花后植株氮素積累

注 PANT：花前植株氮素運轉(zhuǎn)；NAAA：花后植株氮素積累。下同。不同小寫字母表示不同處理間差異顯著（≤0.05），不同大寫字母表示不同施氮量下各類品種的平均值差異顯著（≤0.05）。

表3 不同響應(yīng)型小麥品種花前各器官氮素運轉(zhuǎn)量及其對籽粒貢獻(xiàn)率的影響

注 不同小寫字母表示不同處理間差異顯著（≤0.05），不同大寫字母表示不同施氮量下各類品種的平均值差異顯著（≤0.05）。

2.3 氮肥對小麥成熟期土壤硝態(tài)氮量的影響

成熟期各土層土壤硝態(tài)氮量呈先降后升再降的趨勢，其中80～100 cm土層最低，而后上升，到120～140 cm 土層有一高峰后下降（圖1）。強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種顯著降低了成熟期20～200 cm各土層土壤硝態(tài)氮量。施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2強(qiáng)響應(yīng)型品種成熟期0～160 cm土層土壤硝態(tài)氮量顯著提高；弱響應(yīng)型品種成熟期0～120 cm土層土壤硝態(tài)氮量顯著提高。

2.4 氮肥對產(chǎn)量、氮效率及百公斤籽粒吸氮量的影響

2.4.1 產(chǎn)量和氮效率

強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種顯著提高了產(chǎn)量、氮素吸收效率、利用效率和生產(chǎn)效率，分別達(dá)17.85%～22.35%、17.85%～22.35%、9.20%～12.31%和7.96%～8.94%（表4）。施氮量270 kg/hm2較150 kg/hm2強(qiáng)響應(yīng)型品種產(chǎn)量和氮素利用效率分別顯著提高11.98%和4.89%；弱響應(yīng)型品種產(chǎn)量顯著提高7.87%。且強(qiáng)響應(yīng)型品種中，施氮量對氮素利用效率的影響以山農(nóng)29和煙農(nóng)999差異顯著?？梢?，強(qiáng)響應(yīng)型品種具有更好的氮素吸收、利用能力，最終形成了較高的產(chǎn)量，尤其是山農(nóng)29，施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2更有利于實現(xiàn)高產(chǎn)高效。

2.4.2百公斤籽粒吸氮量

強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種顯著降低了百公斤籽粒吸氮量（圖2）。施氮270kg/hm2較150 kg/hm2強(qiáng)響應(yīng)型品種百公斤籽粒吸氮量顯著降低；弱響應(yīng)型品種百公斤籽粒吸氮量降低，但差異不顯著。且強(qiáng)響應(yīng)型品種中，施氮量對百公斤籽粒吸氮量的影響以山農(nóng)29、煙農(nóng)999差異顯著?？梢?，強(qiáng)響應(yīng)型品種具有更好的氮素吸收能力，即在同一產(chǎn)量水平下較省肥，施氮量270kg/hm2較150 kg/hm2對氮素吸收方面促進(jìn)作用更強(qiáng)。

圖1 成熟期0～200 cm土層土壤硝態(tài)氮量

表4 不同響應(yīng)型小麥品種產(chǎn)量及氮效率

圖2 不同響應(yīng)型小麥品種百公斤籽粒吸氮量

2.5 植株氮素吸收運轉(zhuǎn)特性與產(chǎn)量的關(guān)系

在同類品種不同施氮量條件下，強(qiáng)響應(yīng)型品種，產(chǎn)量、氮素利用效率與花前莖稈+葉鞘、葉片、整株氮素運轉(zhuǎn)量呈顯著或極顯著相關(guān)，產(chǎn)量還與花后植株氮素積累量呈顯著相關(guān)，百公斤籽粒吸氮量與花前莖稈+葉鞘、葉片、整株氮素運轉(zhuǎn)量顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；弱響應(yīng)型品種，產(chǎn)量、氮素利用效率與花前莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼、整株氮素運轉(zhuǎn)量顯著相關(guān)，百公斤籽粒吸氮量與與花前莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼、整株氮素運轉(zhuǎn)量顯著負(fù)相關(guān)；強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種產(chǎn)量、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量與花前整株氮素運轉(zhuǎn)量的相關(guān)性均更高。氮素吸收效率、氮素生產(chǎn)效率與各指標(biāo)均不相關(guān)（表5）。

可見，產(chǎn)量、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量均與花前整株氮素運轉(zhuǎn)量相關(guān)性最高，且強(qiáng)響應(yīng)型小麥品種的相關(guān)性高于弱響應(yīng)型品種。

表5 不同響應(yīng)型小麥品種植株氮素吸收運轉(zhuǎn)特性與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

3 討論

研究表明，品種是影響冬小麥氮素吸收利用的關(guān)鍵因素，且施氮量對其有顯著的調(diào)控作用。供試的2類品種相比，強(qiáng)響應(yīng)型品種花前莖稈+葉鞘、葉片及整株的氮素運轉(zhuǎn)量高，收獲后籽粒氮素的積累量也高，氮素利用效率高；弱響應(yīng)型品種，則相對較低。這與其他的研究結(jié)果[22-25]相似。有研究認(rèn)為，氮素水平對氮素吸收量有顯著影響，地上部氮素積累量隨氮素水平的增加而顯著增加[26]。柴彥君等[2]研究認(rèn)為，施氮能顯著提高小麥成熟期各器官氮素的積累量，且提高的幅度因品種而異。本研究與前人研究[4]并不完全相同。施氮量270 kg/hm2較150 kg/hm2強(qiáng)響應(yīng)型品種成熟期莖稈+葉鞘、葉片的氮素積累量顯著降低，穗軸+穎殼、籽粒的氮素積累量顯著增加；弱響應(yīng)型品種各器官氮素積累量均增加。這可能是因為強(qiáng)響應(yīng)型品種莖稈+葉鞘、葉片氮素運轉(zhuǎn)、再利用能力更強(qiáng)，可以減少氮素的殘留。

張旭等[27]研究基于氮肥吸收效率和氮肥農(nóng)學(xué)效率將參試材料分為氮高效型、中效型和低效型，且與氮中效型和低效型品種相比，氮高效型品種具有較高的產(chǎn)量、干物質(zhì)和氮素積累量。劉國歡等[28]和Gaju等[29]研究認(rèn)為，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。本研究中，強(qiáng)響應(yīng)型品種較弱響應(yīng)型品種具有更高的產(chǎn)量、氮素積累量、氮素吸收效率及利用效率，與前人研究結(jié)果[9]一致。

張銘等[5]研究認(rèn)為，氮素的吸收效率和氮肥的農(nóng)學(xué)利用率在不同土壤肥力條件下均以不施氮處理最高。李久生等[30]、姜麗娜等[26]研究表明，隨施氮量的增加，小麥的氮素吸收效率和利用效率均趨于降低，在增加小麥氮素吸收的同時，也增加了殘留和損失量。本試驗結(jié)果與前人研究不同[26]。本研究中，施氮量270 kg/hm2較150 kg/hm2氮素利用效率提高，且強(qiáng)響應(yīng)型品種達(dá)顯著水平，導(dǎo)致這個結(jié)果的原因是增加施氮量提高了品種的氮素運轉(zhuǎn)能力，可能是提高了一些與氮素轉(zhuǎn)運關(guān)鍵酶的活性[31]。因此，有關(guān)不同氮響應(yīng)型小麥品種之間氮素積累轉(zhuǎn)運相關(guān)酶的活性差異及更深層次的基因表達(dá)特性還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1）6個供試小麥品種按氮響應(yīng)強(qiáng)度不同，可聚類為強(qiáng)氮響應(yīng)品種（山農(nóng)29、煙農(nóng)999、邯麥13）和弱氮響應(yīng)品種（良星77、山農(nóng)22、良星99）2類。

2）強(qiáng)氮響應(yīng)型品種具有較高的氮素利用效率和產(chǎn)量，器官中積累氮素向籽粒運轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，籽粒氮素積累量高，因此較省肥。施氮量從150 kg/hm2增加至270 kg/hm2，顯著增加了氮素利用效率和產(chǎn)量，主要是促進(jìn)了強(qiáng)氮響應(yīng)型品種莖稈+葉鞘、葉片中積累的氮素向籽粒運轉(zhuǎn)。

3）在同類品種不同施氮量條件下，產(chǎn)量、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量均與花前整株氮素運轉(zhuǎn)量相關(guān)性更高，且強(qiáng)響應(yīng)型小麥品種的相關(guān)性高于弱響應(yīng)型品種。

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Nitrogen Translocation in Winter Wheat Varies with Cultivars and Nitrogen Fertilization

ZHANG Rongrong, REN Aixia, LIN Wen, Noor Hafeez,WANG Wenxiang,LI Lei, ZHAO Qingling, GAO Zhiqiang, SUN Min*

(College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China)

【】Excessive application of nitrogen fertilizer is often used by farmers in China as an insurance to guarantee winter wheat yield despite its detrimental impact on the environments such as leaching to groundwater and development of eutrophication. Breeding new varieties with improved nitrogen use efficiency is an alternative to sustain wheat production without compromising the environment.【】The objective of this paper is to experimentally compare the difference in nitrogen uptake and translocation between different varieties of winter wheat in response to nitrogen fertilization in the loess plateau of China.【】The experiment was conducted from 09/2018 to 07/2019 at Taigu experimental station of Shanxi Agricultural University. We compared six cultivars: Liangxing 99, Hanmai 13, Shannong 22, Liangxing 77, Yannong 999 and Shannong 29. Added to each cultivar was two nitrogen fertilizations: 150 kg/hm2and 270 kg/hm2. In each treatment, we analyzed the relationship between wheat yield and N use efficiency (NUE) as well as N translocation.【】The varieties Shannong-29, Hanmai-13 and Yannnong-999 were more N-use efficient. Compared with other three varieties, they saw a significant increase in N accumulation in grains and pre-anthesis N translocation and post-anthesis N accumulation; their grain yield and NUE thus increased by 17.85%～22.35% and 9.20%～12.31%, respectively, due to the increased N uptake from the 20～200 cm soil. Fertilization also affected N translocation and accumulation. For the three N-efficient varieties, increasing N application from 150 kg/hm2to 270 kg/hm2significantly reduced N accumulation in stem, sheath, leaves and the grains, but boosted pre-anthesis N translocation in stem, sheath and leaves, and post-anthesis N accumulation in the grains. These combined to increase average grain yield and NUE by 11.98% and 4.89%, respectively. For the varieties with low N use efficiency, increasing N application also boosted N accumulation in their grains though not as significant as in other varieties. For the same variety, its yield, NUE and N content in the grains were all positively correlated with pre-anthesis N translocation, especially for the varieties with high NUE. 【】Wheat varieties with high NUE gave high yield because they are more efficient to translocate N from organs to the grains. Pre-anthesis N translocation in stem, sheath and leaves can be used as a proxy for NUE. In terms of fertilization, increasing N fertilizer application from 150 kg/hm2to 270 kg/hm2can promote yield and NUE, especially the varieties with high NUE.

nitrogen use efficiency; winter wheat; variety; soil nitrate; nitrogen uptake and utilization; yield

S323

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020430

1672 - 3317（2021）07 - 0036 - 08

張蓉蓉, 任愛霞, 林文, 等. 不同氮響應(yīng)型冬小麥品種植株氮素利用的差異及氮肥的調(diào)控研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2021, 40(7): 36-43.

ZHANG Rongrong, REN Aixia, LIN Wen, et al. Nitrogen Translocation in Winter Wheat Varies with Cultivars and Nitrogen Fertilization[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 36-43.

2020-07-30

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項經(jīng)費（CARS-03-01-24）；國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFD020040105）；山西省重點研發(fā)計劃重點項目（201703D211001）；山西省“1331工程”重點創(chuàng)新（培育）團(tuán)隊項目

張蓉蓉（1998-），女。碩士研究生，主要從事旱作栽培及作物生理研究。E-mail: zhang_rong_r@163.com

孫敏（1979-），女。教授，主要從事旱作栽培與作物生理研究。E-mail: sm_sunmin@126.com

責(zé)任編輯：韓洋