施氮量对晋南旱地冬小麦干物质及氮素积累转移的影响

李廷亮，谢英荷，洪坚平，冯 倩，李金岚

（1.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801；2.山西省环境监测中心站，山西太原030027）

小麦是山西省第2大粮食作物，播种面积占全省农作物的20%以上，而山西省小麦播种面积的60%以上为旱地，晋南是旱作小麦的主要种植区。该地区光照资源丰富，作物产量潜力大，但由于受水分胁迫的影响，产量和氮肥利用率均偏低[1]。研究当地旱作小麦干物质积累和氮素吸收转运规律，对指导当地农民合理施肥及提高产量具有重要意义。

氮素是植物生长所必需的营养元素之一，氮肥施用量直接影响到地上部分干物质的积累和植株对氮素的吸收利用，从而影响小麦的光合特性、生理代谢及产量形成[2-5]。作物产量是通过光合作用直接或间接形成的，光合产物的积累和分配决定了作物的产量高低和品质优劣，合理施氮可以增加干物质累积量，提高干物质花后转移率，增加小麦产量。研究小麦对氮素的吸收、累积及转运规律，有助于了解和调控作物生长发育，根据作物生长需求提供肥料，在增产的同时提高作物的氮素利用效率。

但目前干物质和养分积累分配规律的研究多是在水分条件比较好或有灌溉条件下进行的[6-7]，关于旱作小麦的研究比较少。而且小麦对氮素的吸收累积规律以及营养器官中干物质的转移分配与土壤肥力、降水量及其分布等气候条件有关，具有区域差异性。

本试验于2008—2010年研究了不同氮水平下晋南旱地冬小麦干物质积累转移规律、养分吸收转移特性，系统了解当地旱地小麦需氮特性和增产机理，以期为晋南及我国旱作小麦高产高效生产提供科学依据和技术指导。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

于2008—2010年连续2个生长季在山西襄汾县伯玉村旱地小麦种植区进行田间试验。该区属暖温带大陆性季风气候，年均日照时数2419h，有效积温4 700℃，年均气温12.6℃，无霜期180～210 d；年均降雨量为550 mm左右，主要集中在7—9月。2008—2009年和2009—2010年冬小麦生育期降雨量分别为182.6，142.2 mm。供试土壤为石灰性褐土，质地为中壤，pH值8.02，耕层土壤有机质11.2 g/kg，全氮0.88 g/kg，NO3-N 14.41 mg/kg，速效磷3.42 mg/kg，速效钾201.91 mg/kg，容重1.14 g/cm3。2个年度试验选用相邻的2个地块，其土壤肥力基本一致。

1.2 试验设计

采用随机区组排列，4次重复。小区面积50m2（6.25 m×8 m）。设 N0（对照），N90，N180和 N270共4个施氮处理，分别施纯氮（尿素，含N 46%）0，90，180，270 kg/hm2，按当地磷钾肥最适用量，各处理均施P2O5（过磷酸钙，含P2O512%）120kg/hm2和K2O（氯化钾，含K2O 60%）150 kg/hm2。全部肥料在播种前一次性均匀撒入相应小区，翻入土壤耕层后耙平；全生育期不进行灌溉。供试品种为当地的抗旱品种临旱6号，播量为150kg/hm2，分别于2008年10月3日和2009年9月25日播种，于2009年6月3日和2010年6月5日收获，2009年7—9月休耕。

1.3 测定项目及方法

2008—2009年和2009—2010年生长季分别于苗期（11月3日和10月25日）、返青期（3月10日和3月6日）、拔节期（3月29日和4月2日）、抽穗期（4月27日和5月1日）、灌浆期（5月19日和5月20日）、成熟期（6月3日和6月5日）采集植物样品，每小区分别选有代表性地采取3行10 cm样段，带回实验室烘干，计算其干质量（成熟期为全区收获计产，分析样品分为籽粒、颖壳和秸秆3部分）。植物样品粉碎后，用浓H2SO4-H2O2法消煮，德国BRAN＋LUBBE公司的AA3连续流动分析仪测全植株各部分全氮含量。

1.4 数据分析

数据用Excel作图，用DPS软件进行统计分析，用Duncan’S新复极差法进行多重比较。

假定冬小麦生殖生长期间营养器官干物质积累量和养分累积量减少部分均转移到籽粒中，则根据公式计算营养器官干物质、养分的累积和转移指标[8]。干物质转移量＝花期地上部干物质累积量－收获期地上部营养器官（茎叶+颖壳）干物质累积量；花后干物质累积量＝收获期地上部干物质累积量－花期地上部干物质累积量；干物质转移贡献率＝干物质转移量/籽粒产量×100%；干物质转移效率＝干物质转移量/花期地上部干物质累积量×100%；植株氮素累积量（kg/hm2）＝秸秆干质量×氮素含量＋籽粒干质量×氮素含量＋颖壳干质量×氮素含量；植株氮素阶段累积量（kg/hm2）＝某生育时期的氮素累积量－上个生育时期的氮素累积量；氮素转移量=花期地上部氮素累积量－收获期地上部营养器官（茎叶＋颖壳）氮素累积量；氮素吸收量＝籽粒氮素积累量－氮素转移量；氮素转移贡献率＝氮素转移量/籽粒氮素积累量×100%；氮素吸收贡献率＝氮素吸收量/籽粒氮素积累量×100%。

2 结果与分析

2.1 施氮量对旱地冬小麦不同生育期干物质积累量的影响

各施氮处理下各小麦不同生育期干物质积累量变化趋势基本一致，均呈S型曲线（图1）。返青期前干物质积累量较少，2个年度分别为总积累量的18.9%～21.8%和14.8%～15.7%；返青期以后积累量迅速增加并持续至灌浆期，占总积累量的66.5%～71.4%和62.5%～77.9%；灌浆期—成熟期缓慢增加，期间干物质积累量占总积累量的8.0%～13.2%和6.5%～21.8%。

各施氮处理在返青期前对干物质累积的影响差异不显著，2个年度平均值分别为786.7，979.5 kg/hm2；返青期后干物质的积累量随施氮量的增加而增加，成熟期以N270处理最高，2个年度分别为4612.0，7804.3 kg/hm2，方差分析表明，N180与N270处理总干物质量间差异不显著，但均显著高于N90及对照处理，而N90与对照处理间差异显著。说明施氮可以促进旱地冬小麦干物质累积，且生育中后期表现明显，但当施氮量超过一定限度时，干物质积累量不再显著增加。

2.2 施氮量对旱地冬小麦花后干物质转移和累积的影响

施氮促进了冬小麦抽穗开花期后光合产物的转移和合成，2个年度的花后干物质转移量和累积量均随施氮量的增加而增加（表1）。2008—2009年，N270处理花后干物质累积量和转移量均最高，分别较N90处理高44.9%，19.5%（P＜0.05），但与N180处理差异不显著；2009—2010年，N270处理干物质转移量显著高于其他处理，花后干物质累积量与N180处理差异不显著，但显著高于N90处理。

从干物质转移效率和转移贡献率来看，2008—2009年以N90处理干物质转移效率和转移贡献率最高，分别为29.5%，42.3%，但除对照外，各处理间的干物质转移效率和转移贡献率差异均不显著；2009—2010年，以N270处理干物质转移效率和转移贡献率最高，分别为18.6%，31.1%，与N180处理差异不显著，但均显著高于N90处理，表明施氮可以促进花前干物质积累量和花后干物质合成量，但对干物质转移效率和对籽粒的贡献率影响不显著。

表1 不同施氮量对旱地冬小麦花后干物质转移及累积的影响

2.3 施氮量对旱地小麦不同生育期氮素积累的影响

由表2可知，各处理的氮素累积量随生育期进程总体呈增加趋势，但2个年度N270处理氮素累积量在灌浆期达最大，成熟期地上部氮素累积量占最大累积量的93%～96%，有4%～7%的氮素在灌浆期后被损失掉。

从阶段累积量考虑，不同生育期小麦的氮素累积能力不同，苗期地上部氮素累积量占最大累积量的20%～38%，这与基本苗数较高有关。苗期到返青期累积量变化不大，占最大累积量的5%～17%；返青后小麦快速生长，植株发育、茎秆充实需要吸收大量养分作为基础，所以各处理在返青期至抽穗期的氮素累积量分别占到最大累积量的44%～56%；灌浆期和成熟期地上部氮素阶段累积量还不足最大累积量的13%。可见，旱地冬小麦氮素吸收累积，返青至抽穗期是养分供应的关键时期。施氮显著促进了小麦不同生育期地上部氮素的累积，拔节期后增加幅度更大，2个年度N270处理的氮素最大累积量均显著高于其他处理，其值分别为60.14，104.94 kg/hm2，但成熟期N270和N180处理干物质积累量间差异不显著。

表2 不同施氮量对旱地冬小麦生育期地上部氮素累积量的影响 kg/hm2

2.4 施肥对旱地冬小麦花后氮素转移和吸收的影响

灌浆期至成熟期，小麦籽粒氮素累积主要来源于2个方面[9]，一是抽穗前累积在植株中的氮素，在生育后期向籽粒转移（转移的氮素为抽穗开花期地上部累积的氮素与收获期茎叶的氮素积累量之差）；二是抽穗后，植株从土壤吸收的氮素（为收获期籽粒吸氮量与茎叶转移氮素之差）。

旱地冬小麦籽粒氮素累积主要来自于茎叶向籽粒的转移，其占到籽粒氮素累积量的82%～98%，只有少部分氮素来自土壤吸收（表3），氮素转移贡献量随施氮量的增加而显著增加，2个年度均以N270处理氮素转移贡献量最高，分别为38.86，66.10 kg/hm2。氮素土壤吸收量总体偏低，在0～180 kg/hm2施氮范围内，随施氮量增加而增加；但当施氮量达到270 kg/hm2时，氮素土壤吸收量显著降低。氮吸收贡献量和吸收贡献率分别以N270和N180处理最高。

表3 不同施氮量对旱地冬小麦花后氮素转移及吸收的影响

3 讨论与结论

（1）干物质的积累和分配转移与经济产量有密切关系，抽穗期前（包括抽穗期）生产的干物质大多以结构物质的形态固定下来，主要用来建造营养器官和穗器官，抽穗期后生产的干物质大多用来建造和充实籽粒。高产要求抽穗期前、后干物质生产具有合理结构，以保持库源平衡[10]。本研究表明，晋南旱地冬小麦干物质积累量积累主要发生在返青期后，施氮没有改变积累规律，只是改变了不同生育期的阶段累积量。2个试验年度返青前各施氮处理间差异不显著，积累量占总累积量的14%～22%；返青—灌浆期积累量占62%～78%，灌浆—成熟期占6%～22%。整个过程表现为慢—快—慢的规律，这与胡田田等[11]的研究结果相一致。也有研究认为，干物质积累的高峰出现在拔节后[12-13]，原因一般是将拔节期之前干物质积累量作为总体考虑，实质上返青—拔节期的干物质积累量的阶段积累量和日积累量分别是返青前的5倍和10倍[12]。同时本研究还表明，各施氮处理在返青期前对干物质累积的影响差异不显著，返青期后干物质的积累量随施氮量的增加而增加，但当施氮量超过180 kg/hm2时，干物质积累量增加不显著。施氮可以提高花前干物质积累量和花后干物质合成量，但对干物质转移效率和对籽粒的贡献率影响不显著。

本研究中，不同施氮量对旱地冬小麦干物质积累量的影响，因年度不同而表现出一定差异性。在2008—2009年，各生育期不同施氮量下的干物质积累量均显著低于2009—2010年对应的干物质量，原因可能是2008—2009年生育期60%的降水量集中在灌浆至成熟期，从播前到抽穗期降水仅为73.3 mm，而2009—2010年从播前到抽穗期降水量为113 mm，且2009年11月的强降雪（降水量为39.7 mm）在减少地面水分蒸发的同时，增加了土壤蓄水量[14]，促进了干物质的积累。

（2）研究小麦对养分的吸收积累及其向籽粒的运转特性，是提高小麦产量、改善小麦品质和提高肥料利用效率的基础。本试验表明，晋南旱地冬小麦地上部氮素累积量随生育期进程总体呈增加趋势，苗期和返青—抽穗期是氮素积累的主要时期，分别占总积累量的20%～38%，44%～56%。本试验中的部分处理在成熟期有4%～7%的氮素损失，这在同延安等[15]的研究中也有报道，关于作物地上部氮素损失的原因有多种，可能是以叶片吐水、雨水或露水淋洗途径损失[16-17]，也可能是由于后期植物衰老、蛋白质降解而造成的损失[18]。有研究指出，增施氮肥可以提高小麦对氮素的吸收和运转，但施加量过高，小麦对氮素的吸收、运转却有所降低[2，15，19]。本研究条件下，施氮量在0～270 kg/hm2之间时，冬小麦生育期地上部分氮素累积量及花后氮素向籽粒转移贡献量均随施氮量的增加而增加，但当施氮量超过180 kg/hm2时，成熟期氮素积累量则增加不显著。籽粒氮素累积主要来自于茎叶向籽粒的转移，占到籽粒氮素累积量的82%～98%，只有少部分氮素来自土壤吸收。有很多研究也表明，小麦籽粒积累的氮素主要来自前期营养器官储存氮素的再分配，再分配氮占籽粒氮素的69%～87%，因品种不同而存在差异[15，20]。

［1］马红梅，谢英荷，洪坚平.2009—2010年襄汾旱地冬小麦生产现状分析[J].山西农业科学，2011，39（4）：332-335，338.

［2］赵满兴，周建斌，杨绒，等.不同施氮量对旱地不同品种冬小麦氮素累积、运输和分配的影响[J].植物营养与肥料学报，2006，12（2）：143-149.

［3］Chen X，Zhang F，Römheld V，et al.Synchronizing N supply from soil and fertilizer and N demand of winter wheat by an improved Nmin method [J].Nutr Cycl Agroecosyst，2006，74：91-98.

［4］胡国成，楼中，姚苏梅，等.不同时期施氮对小麦产量、穗粒结构及植株抗逆性的影响 [J].内蒙古农业科技，1999（增刊）：33-35.

［5］邓世媛，陈建军.干旱胁迫下氮素营养对作物生长及生理代谢的影响[J].河南农业科学，2005（11）：24-26.

［6］Han Z J，Yu Z W，Wang D，et al.Effects of supplemental irrigation based on test soil moisture on dry matter accumulation and distribution and water use efficiency in winter wheat[J].Acta A-gronomica Sinica，2010，36（3）：257-265.

［7］Li F M，Liu XL，Li SQ.Effects ofearlysoil water distribution on the dry matter partition between roots and shoots of winter wheat[J].Agriculture Water Management，2001，49（3）：163-171.

［8］李华，党廷辉，戚龙海，等.黄土旱塬不同氮肥用量下冬小麦干物质累积和氮素吸收利用过程研究 [J].水土保持学报，2008，22（5）：138-141.

［9］李华.栽培模式对冬小麦产量形成和养分利用的影响[D].杨凌：西北农林科技大学，2006.

［10］李志勇，陈建军.不同水肥条件下冬小麦的干物质积累、产量及水氮利用效率[J].麦类作物学报，2005，25（5）：80-83.

［11］胡田田，李岗.施肥对旱地农田生态系统冬小麦干物质积累的影响[J].干旱地区农业研究，2000，18（3）：15-19.

［12］吴国梁，崔秀珍.高产小麦氮磷钾营养机理和需肥规律研究[J].中国农学通报，2000，16（2）：8-11.

［13］郭栋，党廷辉，戚龙海.黄土旱塬不同氮肥用量下冬小麦干物质累积和氮素吸收利用过程研究 [J].水土保持学报，2008，22（5）：138-141.

［14］谢英荷，李廷亮，洪坚平，等.施氮和垄膜沟播种植对晋南旱地冬小麦水分利用的影响 [J].应用生态学报，2011，22（8）：2038-2044.

［15］同延安，赵营，赵护兵，等.施氮量对冬小麦氮素吸收、转运及产量的影响 [J].植物营养及肥料学报，2007，13（1）：64-69.

［16］Hutchinson G D，Mosier R.Nitrous oxide emissions from an irrigated cornfield[J].Science，1979，205：1125-1127.

［17］胡田田，李岗，韩思明.旱地冬小麦吸收氮、磷的营养特征[J].西北植物学报，2000，20（5）：826-830.

［18］王朝晖，田霄鸿，李生秀.冬小麦生长后期地上部分氮素的氨挥发损失[J].作物学报，2001，27（1）：1-6.

［19］王春阳，周建斌，郑剑锋，等.不同栽培模式及施氮量对半旱地冬小麦氮素累积及分配的影响[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2008，36（1）：101-108.

［20］张庆江，张立言，毕桓武.普通小麦碳氮物质积累分配特征及与籽粒蛋白质的关系 [J].华北农学报，1996，11（3）：57-62.