施氮量对四川盆地机播稻茬麦生长发育及氮素利用的影响

李朝苏， 汤永禄*， 吴 春， 吴晓丽， 黄 钢

(1 四川省农业科学院作物研究所/农业部西南地区小麦生物学与遗传育种重点实验室，四川成都 610066；2 南方丘陵区节水农业研究四川省重点实验室，四川成都 610066)

氮是作物生长发育所必需的大量元素，一定范围内，随着施氮量增加，小麦干物质积累量及产量均呈上升趋势[1-7]。受生态条件、 土壤质地、 耕作方式、 品种特性等因素影响，不同环境下小麦高产所需外源氮量及氮素利用效率存在明显差异[4-13]。主要分布于黄淮地区的旱茬小麦的氮素营养生理研究较为深入，而主要分布于长江流域的稻茬麦相关研究相对较少。稻茬麦区光热资源丰富，降雨较多，地下水位高，生长期受水资源限制作用小，是我国小麦增产潜力最大的区域[14-16]。

1 材料和方法

1.1 试验设计

表1 试验地土壤基础肥力Table 1 Basic soil fertility of the experimental fields

1.2 测定项目及方法

1.2.1 群体茎蘖变化 小麦出苗后每小区沿对角线方向随机确定3点，每点1.1 m2，将边界确定，在完全出苗后、 最高分蘖期以及灌浆后期调查样方内的总茎数或穗数，并计算单株分蘖数和成穗率，具体计算方法如下：

单株分蘖数=最高分蘖期茎蘖数/基本苗

成穗率=灌浆后期有效穗数/最高分蘖期茎蘖数×100%

1.2.2 产量和成熟期农艺性状 于成熟期在茎蘖调查点附近挖方测产，同时取连续的30个有效茎调查植株农艺性状。挖方面积4.0 m2，将穗子晒干后脱粒称重，用PM-8188型谷物水分测定仪测定籽粒含水率，混合均匀后随机数出两个500粒称重计算千粒重，两份样品重量差数与平均数之比保持在5%以内，根据实际含水率计算标准水分(13%)下的产量和千粒重。穗部农艺性状调查内容包括穗粒数、 小穗数、 结实小穗数，调查结束后将籽粒和营养器官分开于70℃下烘干称重计算经济系数。

1.2.3 成熟期植株氮素积累和分配 成熟期农艺性状调查结束后，同一处理的Ⅰ与Ⅱ重复、 Ⅲ与Ⅳ重复同部位样品等量混合，采用常规方法测试氮、 磷、 钾含量。2011年，分营养器官和籽粒两部分测试；2012年，分茎鞘、 叶片、 穗轴+颖壳以及籽粒四部分测试。根据各器官干物质积累量和氮素质量分数计算氮素积累量。

1.2.4 氮素利用效率 根据成熟期产量、 氮素积累量计算氮素利用效率相关参数，具体计算方法如下[18]：

氮肥农学利用率=(施氮区的籽粒产量-氮空白区籽粒产量)/施氮量

氮肥生产效率=籽粒产量/施氮量

氮素吸收效率=植株氮素积累量/施氮量

氮素利用效率=籽粒产量/植株氮素积累量

氮素收获指数=籽粒氮素积累量/植株氮素积累量

氮素表观回收率=(施氮区的植株氮素积累量-氮空白区植株氮素积累量)/施氮量

1.3 数据分析

采用 Excel 2003 和DPS v 12.50 软件对数据进行整理、 统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 施氮量对机播稻茬麦生长发育和产量的影响

表2 施氮量对机播稻茬小麦分蘖、 成穗的影响Table 2 Effect of nitrogen fertilization rate on tillering and spike formation of mechanical sowing wheat after rice

注(Note): 同列数据后不同字母表示同一年度同一土壤质地数据间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column mean significantly different at the 5% level in the same year and the same soil texture.

2.1.2 成熟期干物质分配 以2012年数据为例(表3)，两种土壤中，施氮处理各器官的干物质积累量均显著高于空白对照，但各施氮处理在营养器官的干物质积累量差异不显著。粘壤中，150 kg/hm2施氮处理的籽粒干重显著高于空白对照和105 kg/hm2处理；砂壤中各施氮处理间籽粒干重差异不显著。

从各器官分配比例来看，粘壤在不施氮或者施氮水平较低(105 kg/hm2)时，干物质更多的积累在叶片和茎鞘中，增加施氮量有利于提高干物质在籽粒中的分配比例。砂壤中，氮空白处理叶片干物质分配比例略低于施氮处理，其他器官分配比例与施氮处理差异较小。

表3 施氮量对机播稻茬小麦成熟期干物质分配的影响(2012)Table 3 Dry matter distribution in different organs at the maturity stage for mechanical sowing wheat after rice

注(Note): 同列数据后不同字母表示同一年度同一土壤质地数据间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column mean significantly different at the 5% level in the same year and the same soil texture.

施氮量对穗粒结构的影响因指标不同而异。增加施氮量利于有效穗数的增加及单穗小穗数、 结实小穗数、 穗粒数的提高，但千粒重呈下降趋势，尤其是粘壤，两年处理间千粒重差异均达显著水平，在倒伏较早的2012年，千粒重随施氮量增加降幅更大。粘壤中，增加施氮量利于经济系数的提高，砂壤中各处理间经济系数差异不显著。

2.2 施氮量对机播稻茬麦氮素利用效率的影响

2.2.1氮积累分配 各器官氮素积累量随施氮量增加呈显著上升趋势，尤其是茎鞘、 籽粒部位，两种土壤表现基本一致。氮素分配比例因器官和土壤质地不同而异，粘壤中，茎鞘中氮素分配比例随施氮量的增加呈上升趋势，而籽粒中呈下降趋势。砂壤中，空白处理氮在叶片、 茎鞘中分配比例较低，籽粒中分配比例较高；而施氮各处理的氮更多积累在营养器官中，在籽粒中分配比例相对较低，尤其是105 kg/hm2处理(表5)。

2.2.2 氮素利用率 随着施氮量的增加，植株氮素积累量呈上升趋势，在195 kg/hm2处理时达到最大值，处理间差异显著，不同年际、 不同土壤质地中表现一致。而氮素生产效率、 氮素吸收效率和氮素利用效率等参数随着施氮量的增加呈下降趋势，处理间差异显著。2011年，粘壤中氮素农学利用率处理间差异不显著；但在2012年，两种土壤中随着施氮量的增加也呈显著下降趋势。氮素收获指数、 氮素表观回收率等参数处理间差异相对较小(表6)。

表4 施氮量对机播稻茬小麦产量和穗粒结构的影响Table 4 Yield and ear kernel component of mechanical sowing wheat after rice

注(Note): ES—Effective spikes; GNS—Grain numbers per spike; TGW—1000-grain weight; SS—Spikelets per spike; FSS—Fertile spikelets per spike; HI—Harvest index; LR—Lodging ratio. 同列数据后不同字母表示同一年度同一土壤质地数据间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column mean significantly different at the 5% level in the same year and the same soil texture.

表5 施氮量对机播稻茬小麦各器官氮积累和分配的影响(2012)Table 5 N distribution in different organs at the maturity stage of wheat after rice under different N fertilization rates

注(Note): 同列数据后不同字母表示相同质地土壤上不同施氮量处理间差异达5%显著水平 Different letters mean values in a column significantly different at the 5% level in same soil texture.

表6 施氮量对机播稻茬小麦氮素利用效率的影响Table 6 Effect of nitrogen fertilization rate on nitrogen utilization efficiency of mechanical sowing wheat after rice

注(Note): PNAA—Plant nitrogen accumulation amount; NAFUE—Nitrogen agricultural fertilizer utilization efficiency; NPE—Nitrogen productivity efficiency; NUE—Nitrogen uptake efficiency; NUtE—Nitrogen utilization efficiency; NHI—Nitrogen harvest index; ANRE—Apparent nitrogen recovery efficiency. 同列数据后不同字母表示同一年度同一土壤质地数据间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column mean significantly different at the 5% level in the same year and the same soil texture.

3 讨论

氮素对穗粒结构的影响程度因指标不同而异，增施氮素对穗数和穗粒数普遍具有正向作用[2, 7,10]。本研究中，增加施氮量也能促进小穗和小花分化，单穗小穗数、 结实小穗数以及穗粒数均有不同程度增多。郭文善等人研究表明，适当增加施氮量，并扩大后期施肥比例等能显著促进胚乳细胞分裂增殖，提高胚乳细胞充实度，增加粒重[38]。而本研究中，随着施氮量的增加，千粒重呈显著下降趋势，在一定程度上抵消了穗粒数增加的正向作用。一方面可能因为穗数和穗粒数增加，每一籽粒获得的营养供给量减少；另一方面，籽粒灌浆充实质量与花前物质储藏量和转运效率密切相关[39]，本研究中各施氮处理花前干物质积累量差异较小，且由于茎鞘干物质积累量减少和机械强度下降造成大面积倒伏，导致营养物质转运受阻，粒重下降，在倒伏时间较早的2012年千粒重降幅尤其明显。

氮素的吸收、 运输和再分配效率是决定其利用效率高低的几个关键环节，增加氮素吸收，促进氮素向小麦籽粒中运输和积累是提高氮素利用效率的重要途径[40]。在较低肥力水平下，随着施氮量的增加，氮肥利用效率呈先升后降趋势[24]。本研究的土壤肥力较高，虽然随着施氮量的增加各器官氮素积累量呈显著上升趋势，尤其是茎鞘、 籽粒部位，但氮空白处理也有较高的籽粒产量，氮素农学利用率、 氮素生产效率、 氮素吸收效率和氮素利用效率等参数呈显著下降趋势，产量增加的比例不及施氮量增加的比例。而氮素收获指数和表观回收率的变幅不及其他指标，这表明在本研究施氮范围内，小麦源库基本平衡，随着施氮量的增加，氮素吸收量同步增加，籽粒和植株氮素含量并可协同增加，但氮素吸收量增加并没有进一步转化为更高的经济产量。

4 结论

增加施氮量利于四川盆地机播稻茬麦分蘖成穗及穗粒数的提高，在目前生产水平下150 kg/hm2施氮水平可以获得较高的产量和经济效益，继续增加氮素用量，产量和氮素利用效率下降。

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