种植方式与追肥时期对黑龙江省冬小麦根系生长及品质的影响

陈龙涛，魏 ，商文楠，李馨园，王晓楠，李 晶

（东北农业大学农学院，哈尔滨 150030）

黑龙江省冬季严寒，持续期长，最低温度可达到-30℃[1-2]，年际间降雪量不均衡，风大，田间不易存雪，麦苗裸露田间易产生旱害和冻害，特别是遇秋冬和返青期土壤干旱，麦苗易风干死亡，恶劣的自然气候致使冬麦即使成功越冬，也会造成返青率较低。2007年冬小麦超强冬性抗寒品种的育成，打破了黑龙江冬季不能播种冬小麦的历史，合理运筹氮素实现小麦优质、高产、高效是黑龙江省冬小麦种植又一亟待解决的关键问题。返青期低温比常温的根系干重减少58.7%，根系体积减少81.6%[3]，直接影响后期的品质与产量形成。返青后通过不同时期追施氮肥对小麦干物质和氮素积累、运转及产量和品质均有较好效果，潘庆民等认为施用氮肥可提高蛋白质含量2.5%～3.0%，且随施氮时期后移，提高蛋白质含量作用增大[4]。沈建辉等认为，拔节和孕穗期追氮肥均提高了小麦产量和籽粒蛋白质含量，但过迟追氮不利于产量和蛋白质含量[5]。目前，我国主要冬麦种植区山东、河南两省已经形成相对较完善的配套种植栽培体系，但由于黑龙江省冬麦研究刚刚起步，对栽培基础理论研究比较薄弱，在氮肥运筹等方面还是空白。因此，本试验研究了不同种植方式和追肥时期对小麦根系生长和籽粒品质性状的影响，以期为黑龙江省冬小麦稳产、高产、高效栽培管理提供理论依据，同时对黑龙江省耕作制度由一年一熟转变成为两年三熟耕作模式，提高土地利用效率及种植结构调整具有积极意义。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2009～2010年在黑龙江省哈尔滨市东北农业大学实验实习基地（E126°41'，N45°45'）进行，土壤为黑钙土：全氮（TN）1.80 g·kg-1，有效磷（AP）49.5 mg·kg-1，速效钾（AK）159.8 mg·kg-1，有机质23.5 g·kg-1。试验品种选用东农冬麦1号，由东北农业大学小麦育种研究室提供。试验设计如表1所示。

表1 试验设计Table 1 Experiment design

栽培技术模式主要包括以下两种：特殊栽培技术模式—垄沟播种：采用垄沟内距离垄底1/3处两边垄帮双行播种；传统栽培技术模式—平播播种：采用传统平播播种。均按照每小区8行，行长5 m，行距0.3 m，小区面积12 m2，3次重复，随机区组排列。播种量150 kg·hm-2。底肥：磷酸二铵150 kg·hm-2（纯氮17 kg·hm-2、P2O544 kg·hm-2），硫酸钾75 kg·hm-2（K2O 37.5 kg·hm-2）。次年不同时期追施尿素150 kg·hm-2（纯氮69 kg·hm-2），结合浇水开沟追施于土壤。

1.2 测定方法

根系取样：大田试验的根样获取采用挖掘法[6]，分别于返青期、拔节期、抽穗期、乳熟期、成熟期取样测定各指标。选取生长正常、分布均匀的冬小麦植株，深入土层1 m获取较完整植株根系。前后两次的取样地点留有一定的间隔。根样充分浸泡后，用水缓慢冲洗，水流大小以不折损细根为原则。

根系体积和表面积指标测定：取各处理单株完整根系，利用根系扫描分析系统（Epson expression 1680扫描仪）透扫，将图像存为.tif格式，用根系分析软件WinRhizo5.0自动分析。各处理重复3次。

籽粒蛋白质含量测定：用J FOSS kjeltec2300型全自动凯氏定氮仪测定籽粒全氮含量，乘系数5.7换算为籽粒蛋白质含量。

湿面筋含量：用Perten 2200型面筋仪测定。

1.3 数据分析

试验结果用Excel 2003和DPS 7.05统计软件进行数据处理、分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 种植方式与追肥时期对冬小麦根系长度的影响

根长是衡量根系生长状况的最基本指标之一[6]。小麦生长发育和产量形成，很大程度上取决于根系对深层土壤水分和养分的利用及同化产物在根冠之间的分布[7]。如图1所示，不同追肥处理下冬小麦随生育期推进，根系长度呈先升高后下降的变化趋势，乳熟期达到最大，成熟期衰老脱水萎蔫下降。表明拔节期至乳熟期是根系壮大的时期，随后由于生长中心的转移，根系的生长速度渐缓，到成熟期进入皱缩状态。进入抽穗期后，无论垄播还是平播均表现为拔节期追肥根系长度＞返青期+拔节期追肥根系长度＞返青期追肥根系长度＞不追肥根系长度，说明适期追施氮素对根系生长具有促进作用；同时可以看出，垄沟播种各处理根系长度高于传统平播播种各处理，表明因地制宜的采用垄沟播种种植方式在改善越冬环境的条件下，进入返青期较好地促进了植株地下根部生长，为最终实现稳产、高产起到重要作用。

2.2 种植方式与追肥时期对冬小麦根系平均直径的影响

植物对土壤中养分有效利用的能力很大程度上取决于其根系的构型，根系平均直径的大小是构型中的重要因子，直接决定根系吸收的动力[8]。由图2可以看出，不同处理根系平均直径随生育期呈先增加后减小变化的趋势，拔节期、抽穗期达到最大。根系直径的生长与根系长度的变化近似相同，表明二者协同生长。垄沟处理麦苗在拔节期追肥处理后在进入抽穗期后根系直径明显增加，提高了吸收能力；平播处理表现的不明显。表明根系的生长不仅与适宜的追肥有关，同时种植方式也对其生长有影响，是两个因素共同作用的结果。

图1 不同种植方式与追肥时期下冬小麦根系长度的变化Fig.1 Change of root length under different planting models and topdressing stage

图2 不同种植方式与追肥时期下冬小麦根系平均直径的变化Fig.2 Change of root average diameters by different planting models and topdressing stage

2.3 不同播种方式与追肥时期对冬小麦品质的影响

2.3.1 不同播种方式与追肥时期对冬小麦籽粒蛋白质含量的影响

小麦品质和产量的形成与氮素营养密切相关，氮肥的分期施用对小麦品质及产量均有调节效应。由表2可以看出，垄沟播种方式下各处理间差异显著，且达到极显著水平（P＜0.01），蛋白质含量表现为 L2＞L3＞L1＞L0，L1、L2、L3与 L0相比分别提高了3.6%、14.2%和12.7%，可以得出籽粒蛋白质含量随追氮时期的后移和施氮量增加而呈升高的趋势，且以拔节期一次全部追氮处理含量最高，表明追氮时期后移，有利于小麦蛋白质含量的提高。传统平播播种方式追肥与不追肥籽粒蛋白质含量差异显著（P＜0.05），蛋白质含量表现为P2＞P3＞P1＞P0；P2与P3差异不显著。P1、P2、P3与P0相比分别提高了10.5%、12.8%和12.0%。两种播种方式下对应各处理间达到显著差异，拔节期追肥处理垄沟播种较传统平播处理提高2%；返青+拔节期追肥处理垄沟播种较传统平播处理提高1.3%；两种播种方式对照处理间比较发现二者无显著差异，表明适宜追氮时期是影响籽粒蛋白质含量提高的主要因素，而播种方式对提高籽粒蛋白含量的影响不大，其影响过程主要通过适宜追肥时期来完成的。

2.3.2 不同播种方式与追肥时期对冬小麦籽粒湿面筋含量的影响

由表2可以看出，垄沟播种方式下湿面筋含量表 现 为 L2＞L3＞L1＞L0， L1、 L2、 L3与 L0差 异 显 著 ；L2、L3差异不显著；L1、L2、L3与 L0相比湿面筋含量分别提高了7.1%、13.2%和9.8%，表明拔节期追施适宜氮肥可以显著提高籽粒湿面筋含量，以拔节期一次全部追氮处理含量最高。传统平播播种方式下，湿面筋含量各处理表现为 P2＞P3＞P1＞P0，P1、P2与对照处理达到显著差异水平，P3与对照差异不显著，P1、P2、P3与P0相比湿面筋含量分别提高了5.9%、7.2%和5.4%。两种播种方式下L0与P0、L1与P1、L3与P3差异不显著；L2与P2处理存在显著差异。表明两种不同播种方式对冬麦影响籽粒湿面筋含量差异的影响不明显，籽粒中湿面筋的含量变化受追肥时期影响较明显。

2.3.3 不同播种方式与追肥时期对冬小麦籽粒产量的影响

各因素及互作对籽粒产量达到显著差异水平（P＜0.05）。由表2可以看出，垄沟播种各处理产量显著高于相应传统平播各处理产量，差异达到极显著水平（P＜0.01）。垄沟播种方式下各处理产量显著高于对照处理，表现为L2＞L3＞L1＞L0，L2、L3极显著差异于L1、L0，表明拔节期追肥显著提高籽粒产量；传统平播播种方式下各处理产量显著高于对照处理，表现为P2＞P3＞P1＞P0，P2与P3差异不显著，但显著差异于P1、P0，且达到极显著水平。表明与沟播相比，拔节期追施氮肥处理下传统平播栽培冬麦产量提高幅度低于沟播栽培模式。

表2 不同处理下冬小麦品质的变化Table 2 Change of winter wheat grain quality under different treatments

2.4 不同生育时期根系指标与品质的相关关系

结果见表3。

由表3可以看出，蛋白质含量在乳熟期、成熟期与根系直径呈显著正相关关系，且乳熟期达到极显著正相关；蛋白质含量与根系直径在抽穗期、乳熟期、成熟期与根系直径呈显著正相关，说明根系生长在中后期营养器官氮素向籽粒供应积累形成蛋白质过程中起重要作用。湿面筋含量与根系长度和直径在拔节期、抽穗期、乳熟期、成熟期均呈现显著正相关，且抽穗期和乳熟期达到极显著相关，表明在抽穗期和乳熟期根系长势对籽粒湿面筋的形成起到重要作用。根系长度，直径与产量在抽穗期、乳熟期和成熟期呈显著正相关，乳熟期达到极显著水平，表明根系对作物产量的影响表现于生育期的中后期，前期不显著可能与返青期、拔节期营养生长有关系。

表3 不同生育时期根系指标与品质的相关关系Table 3 Relationship between root growth and grain quality

3 讨论

根系生长要与其环境条件相适应，只有建立根系个体与群体最佳的动态平衡，使得数量与质量的协调发展，才能实现产量提高，品质改善[9]。相同密度、相同栽培条件下，根系发达，乳熟期次生根数量多，一般表现为产量高品质好[10]。本试验得到结论与其一致，中后期根系生长与品质及产量达到显著相关关系。大量的研究和生产实践表明，氮素施用显著影响小麦根系生长，当氮素施用适宜时，根系形态数量性状和生理性状达到最佳状态，有助于籽粒产量提高和籽粒品质改善[11-12]。本试验研究表明拔节期一次性追施氮肥，对冬麦根系生长具有促进作用，同时表现出品质及产量的显著提高，但是返青期一次性追肥作用不明显。

氮素是影响小麦籽粒品质和产量最活跃的因子。一般认为，前期追氮有利于提高产量，后期追氮则有助于改善品质，适宜的追氮时期可以较好的协调小麦高产与优质的关系。杨扎根等认为，兼顾产量和品质，高筋小麦最佳追氮时期是拔节至抽穗期，中筋小麦应适当提前追氮时期[13-14]。李珊珊等认为，与起身期施氮肥比较，拔节期和挑旗期追施氮肥，能提高不同类型小麦籽粒蛋白含量等品质指标[15-16]。杨延兵等认为，运筹氮素可改善小麦加工品质，但效果不明显[13]。马冬云等认为，综合考虑籽粒产量、蛋白质含量以拔节期追氮较为合适[17]。本试验在黑龙江高寒地区通过不同追肥时期对冬麦产量品质形成效果方面与前人研究结果一致。研究表明，拔节期追施足量氮肥有助于籽粒蛋白的积累，湿面筋含量及产量的提高，品质与产量同时达到最优。其主要原因可能与氮素吸收利用密切相关，拔节期是冬麦冬后壮长关键时期，此时期大量追肥不仅可以满足营养生长，对开花期氮积累量和花后营养器官贮存氮素向籽粒的运转均起到一定作用。同时，改善了小麦的群体质量，田间透光率好，植株健壮，抗倒伏能力提高，地上地下部分达到协调生长，根系长势发达，光合产物的生产能力提高，因此，拔节期追肥处理好于返青期追肥处理。

本试验得出，黑龙江省垄沟播种的冬小麦根系生长与品质及产量形成效果好于传统平播处理，这可能与垄沟内种植冬小麦冬前垄台可以防风，垄沟可以积雪，达到增温、保墒、防旱的效果，实现冬麦高返青率，冬后沟内贮水保墒促进麦苗生长，最终实现高产、优质。由于本试验只研究探讨返青期与拔节期追肥对根系及品质形成的关系，抽穗期等后期追肥对其影响还有待于进一步探讨。

4 结论

拔节期追肥处理根系长度最大，且垄沟处理大于传统平播处理，种植方式和追肥时期共同影响根系生长。适宜追氮时期是影响籽粒蛋白质含量和湿面筋含量提高的主要因素，而种植方式对提高籽粒蛋白含量的影响不明显。由此可知，黑龙江省冬小麦采取垄沟播种在拔节期适量追肥的栽培技术有助于根系生长及显著提高籽粒品质和产量。

[1] 蔺涛,谢云,陈德量,等.黑龙江省气候变化对粮食生产地影响[J].自然资源学报,2008,23(2):307-319.

[2] 于晶,张林,苍晶.冬小麦抗寒性的研究[J].东北农业大学学报,2008,39(11):123-127.

[3] 刘炜,杨君,许安民,等.不同根区温度对冬小麦生长发育及养分吸收的影响[J].干旱地区农业研究,2010,28(4):197-201.

[4] 潘庆民,于振文.追氮时期对冬小麦籽粒品质和产量的影响[J].麦类作物学,2002,22(2):65-69.

[5] 沈建辉,戴廷波,荆奇,等.施氮时期对专用小麦干物质和氮素积累、运转及产量和蛋自质含量的影响[J].麦类作物学,2004,24(1):55-58.

[6] 马元喜.小麦的根[M].北京:中国农业出版社,1999.

[7] 赵琳,范亚宁,李世清,等.施氮和不同栽培模式对半湿润农田生态系统冬小麦根系特征的影响[J].西北农林科技大学学报:自然科学版,2007,35(11):65-70.

[8] Forde B G,Lorenzo H.The nutritional control of root development[J].Plant Soil,2001,232:51-68.

[9] 关军锋,马春红,李广敏.干旱胁迫下小麦根冠生物量变化及其与抗旱性的关系[J].河北农业大学学报,2004,27(1):1-5.

[10] 李邦发.几个小麦品种根生长发育特性初探[J].种子,2005,24(5):29-32.

[11] 翟丙年,孙春梅,王俊儒,等.氮素亏缺对冬小麦根系生长发育的影响[J].作物学报,2003,29(6):913-918.

[12] 李秧秧,邵明安.小麦根系对水分和氮肥的生理生态反应[J].植物营养与肥料学报,2000,6(4):383-388.

[13] 李截然,李文雄,曾寒冰,等.氮肥施用期对春小麦氮素利用和蛋白质产量的效应[J].东北农学院学报,1991,22(3):205-215.

[14] 杨扎根,王姣爱,裴雪霞,等.不同追氮时期对两种筋型小麦产量和品质的影响[J].中国土壤与肥,2008(3):32-34.

[14] 武际,郭熙盛,王允青,等.氮肥基追比例对烟农19小麦氮索吸收利用及产量和品质的影响[J].麦类作物学报,2008,28(6):1021-1027.

[15] 李姗姗,赵广才,常旭虹,等.追氮时期对强筋小麦产量品质及其相关生理指标的影响[J].麦类作物学报,2008,28(3):461-465.

[16] 杨延兵,高荣歧,尹燕杆,等.不同品质类型冬小麦子粒产量和品质性状对氮肥的响应[J].麦类作物学报,2004,24(2):97-102.

[17] 马冬云,郭天则,岳艳军,等.不同时期追氮对冬小麦植株氮素积累及运转特性的影响[J].植物营养与肥料学报,2009,15(2):262-268.