施氮量对滴灌冬小麦干物质积累、分配及转运特征的影响

雷钧杰，张永强，赛力汗·赛，薛丽华，乔 旭，张宏芝，于建新，冯 兵,梁玉超，王 成,陈兴武

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091；3.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐 830091； 4 .奇台县农业技术推广中心，新疆奇台 831800);5.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)；

施氮量对滴灌冬小麦干物质积累、分配及转运特征的影响

雷钧杰1，2，张永强1,2，赛力汗·赛1,2，薛丽华1,2，乔 旭1,2，张宏芝2,3，于建新4，冯 兵4,梁玉超5，王 成5,陈兴武1,2

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091；3.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐 830091； 4 .奇台县农业技术推广中心，新疆奇台 831800);5.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)；

【目的】揭示不同施氮量对滴灌冬小麦干物质积累及转运特征的影响。【方法】大田滴灌条件下，通过设置180 kg/hm2(N1)、240 kg/hm2(N2)、300 kg/hm2(N3)、360 kg/hm2(N4)4个施氮量处理，研究不同施氮量对冬小麦干物质积累、分配、转运及产量的影响。【结果】随着施氮量的增加，整个生育进程中冬小麦群体干物质积累量基本呈N3>N4>N2>N1变化规律；冬小麦籽粒产量的形成以花后同化物转移贡献为主，花前同化物对籽粒的贡献率在27.41%～38.12%，花后为61.88%～72.59%；产量最高为9 540.15 kg/hm2(N3处理)，分别较N1、N2、N4处理产量提高了24.72%、14.44%和6.23%，达显著或极显著性差异水平。【结论】滴灌冬小麦的最适施氮量为300 kg/hm2。

施氮量；冬小麦；干物质积累；转运；产量

0 引 言

【研究意义】小麦是新疆最主要的粮食作物，其生产对保证自治区粮食安全至关重要，氮素作为小麦体内蛋白质、核酸、叶绿素和一些激素等的重要组成部分，是限制小麦生长和产量形成的主要因素[1]，故合理的施氮量已成为小麦栽培中最重要的增产措施之一[2]。近年来，随着滴灌节水技术在小麦栽培上的应用推广，滴灌小麦栽培面积不断扩大，截止目前已达到18×104hm2(270万亩)，但是，目前滴灌小麦滴灌施肥技术仍然存在不规范、不合理等问题，使滴灌小麦产量和经济效益未得到充分发挥。因此，研究施氮量对滴灌冬小麦干物质积累与转运特征的影响，探索滴灌冬小麦合理的施氮量，对于提高肥料利用效率和小麦产量具有重要现实意义。【前人研究进展】关于氮肥对小麦生长发育的影响，相关学者研究颇多，研究内容主要有，施氮量对春小麦干物质积累、产量、氮肥利用率及氮平衡[3-4]、对旱地小麦氮素吸收转运[5]、籽粒灌浆特性、光合特性和产量的影响[6-7]以及施氮量对不同基追比[8]、追氮时期[9]及施肥频率[10]对小麦生长和产量的影响。【本研究切入点】目前研究多集中在漫灌条件下，而针对滴灌小麦施氮量问题的研究报道较少[11-12]，且目前针对滴灌冬小麦施肥技术、适宜的施氮量尚不明确。【拟解决的关键问题】在大田滴灌条件下，设置不同的施氮量，研究不同施氮量对滴灌冬小麦干物质积累动态变化及其转运、分配特征，揭示施氮量对冬小麦产量形成影响的规律，确定滴灌冬小麦适宜的施氮量，为其高产高效栽培的科学施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2012～2013年在新疆奇台县西地镇西地村进行，试验区位于E89°13′，N43°25′，年均日照时数2 280～3 230 h，年均气温4.7 ℃。年均降雨量176 mm，蒸发量2 141 mm。极端最高气温39 ℃，极端最低气温-37.3 ℃。全年无霜期156 d。试验地土壤为灌溉灰漠土，播前0～20 cm土壤有机质2.84%，碱解氮52.22 mg/kg，速效磷20.20 mg/kg，速效钾237 mg/kg。翻地前基施纯氮94.5 kg/hm2；在冬小麦灌浆初期和中期每处理均滴施KH2PO4(98%)各1次，每次滴施22.5 kg/hm2。全生育期各处理滴水总量均为4 650 m3/hm2，各处理越冬前滴水900 m3/hm2，起身期至成熟期灌水3 750 m3/hm2。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用单因素随机区组试验设计，在大田滴灌条件下，以施氮量(纯氮)为试验因子，共设置180 kg/hm2(N1)、240 kg/hm2(N2)、300 kg/hm2(N3)、360 kg/hm2(N4)4个处理，供试品种新冬22号，于2012年9月28日播种，行距15 cm，基本苗570×104株/hm2，小区面积36 m2(3.6 m×10 m)，重复3次。滴灌带采用1管4行的布置方式，毛管间距60 cm。列出各处理施肥时期及施肥量。表1

表1 各处理施氮量及施氮时期(kg/hm2)

Table 1 Quantities and date of nitrogen fertilizer rate by different treatments

处理Treatments基肥Basefertilizer起身期Standingstage拔节期Jointingstage孕穗期Bootingstage开花期Anthesisstage总量TotalN194 517 134 217 117 1180N294 529 158 229 129 1240N394 541 182 241 141 1300N494 553 1106 253 153 1360

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 小麦群体动态调查

基本苗、冬前总茎数、返青总茎数、起身期总茎数、收获穗数。

1.2.2.2 干物质积累量测定

于冬小麦拔节期、孕穗期、开花期，花后10 d、花后20 d、花后30 d、成熟期，每处理每重复取20株小麦鲜样，剪去根，将植株分为叶片、茎鞘、颖壳和穗轴、籽粒部分，放入105 ℃烘箱中杀青15 min，80 ℃烘24 h至恒重后称干重，分别测定各部分的干物质重。

干物质积累与转运量的计算方法如下[13]：

花前同化物转运量(kg)=开花期干物重(kg)-成熟期营养器官干重(kg)。

花后同化物转运量(kg)=成熟期籽粒干重(kg)-花前同化物转运量(kg)。

花前同化物转运率(%)=花前同化物转运量(kg)/开花期营养器官干重(kg)×100%。

花后同化物转运率(%)=花后同化物转运量(kg)/[收获时全株干重(kg)-开花时全株干重(kg)] ×100%。

花前同化物对籽粒的贡献率(%)=花前同化物转运量(kg)/成熟期籽粒干重(kg) ×100%。

花后同化物对籽粒的贡献率(%)=花后同化物转运量(kg)/成熟期籽粒干重(kg)×100%。

1.2.2.3 测产与考种

在小麦成熟期，分别从各小区选取具有代表性的样点4 m2(2 m×2 m)，实收测产。同时每小区选取20株，用于调查单株生物重、穗粒数和千粒重。

1.3 数据处理

采用DPS 7.05和Excel 2003软件进行处理数据和统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对滴灌冬小麦干物质积累的影响

干物质是光合作用的产物，较高的干物质是小麦产量形成的物质基础。不同施氮量条件下，滴灌冬小麦群体干物质积累总体变化趋势基本一致，从拔节到花后20 d干物质积累较为迅速，之后趋于平缓，大致呈“S”型变化趋势。但不同的生育阶段，干物质积累差异不同，具体为开花期以前处理间差异较小，开花期之后处理间差异日趋明显，但整个生育过程中基本表现为：N3>N4>N2>N1。进一步分析可知，各处理干物质均在成熟期达到最大，最大值为21 648.60 kg/hm2(N3处理)，较N1、N2、N4三个处理分别增加了11.31%、7.11%和4.80%，其与N1处理差异达极显著水平(P<0.01)、与N2处理差异达显著水平(P<0.05)，与N4处理差异不显著，在一定范围，增加施氮量可以提高滴灌冬小麦群体干物质积累量，但施氮量过高干物质积累量增加并不显著。图1

图1 不同施氮量下滴灌冬小麦群体干物质积累动态变化

Fig.1 The dynamic change of dry matter accumulation under different nitrogen applic- ationrate of winter wheat under drip irrigation

表2 不同施氮量下滴灌冬小麦干物质分配特征(%)

注：大小写字母分别表示差异达到0.01和0.05显著水平，下同

Note：The capital lowercase letters indicate significant difference at 0.01 and 0.05 level,respectively,the same as below

2.2 施氮量对滴灌冬小麦干物质分配特征的影响

干物质积累与分配的过程是产量形成的过程。小麦各器官干物质分配率达到峰值的时间不同，叶片所占比例在拔节期达到最大，而后随着生育进程的推进呈现出不断降低的趋势，小麦该生育时期不同施氮量条件下，N2处理叶片占比例最大为49.82%，分别较N1、N3、N4处理增加了4.58、2.53和3.55个百分点，至成熟期，N3处理所占比例最小，低于最高处理N1达10.61%；不同施氮量处理茎鞘所占比例呈先增后降的变化趋势，均在孕穗期达到最大，以N3处理最高，较其它三个处理依次高出2.785%、1.42%和3.55%；穗所占比例呈不断增加趋势，各处理均在成熟期达到最大值，且所占比例均达68%以上，其中N3处理最高可达70.4%，不同处理呈随施氮量增加，穗所占比例先增后降的态势，由此表明在一定范围内增加施氮量可增加前期干物质向营养器官的分配比例，同时在小麦转入生殖生长阶段时促进干物质向穗的分配。表2

2.3 施氮量对滴灌冬小麦花前和花后同化物转运的影响

不同施氮量处理对滴灌冬小麦花前、花后同化物转运量、转运率和对籽粒产量的贡献率均有显著的影响。随着施氮量的增加，花前、花后同化物转运量呈“先增后降”的变化趋势，且均在N3处理达到最大，分别为3 240.23和5 418.47 kg/hm2，较N1、N2、N4分别相应增加了85.07%、60.28%、1.46%和16.88%、8.08%、4.53%，花前同化物转运量N3处理与N1、N2处理达到了极显著差异(P<0.01)，花后同化物转运量N3处理与N1、N2处理达到了显著差异水平(P<0.5)，其中与N1处理达到了极显著差异水平(P<0.01)。表明增施氮肥能显著促进滴灌冬小麦花前同化物转运。花前、花后同化物转运率均随着施氮量的增加呈N4>N3>N2>N1的变化规律。对籽粒的贡献率花前为N4>N3>N2>N1，花后为N1>N2>N3>N4，花前、花后同化物的转运量均会影响冬小麦籽粒产量的形成，但以花后影响较大。表3

表3 不同施氮量下滴灌冬小麦花前和花后同化物转运变化

Table 3 Effects of different nitrogen rates on on assimilation transportation after and before anthesis of winter wheat under drip irrigation

处理Treatments花前同化物Assimilationbeforeanthesis花后同化物Assimilationafteranthesis转运量Transportation(kg/hm2)转运率Transportatingrate(%)对籽粒贡献率Contributionrate(%)转运量Transportation(kg/hm2)转运率Transportatingrate(%)对籽粒贡献率Contributionrate(%)N11750 81cC16 55cB27 41cB4635 80cB52 27cC72 59aAN22021 56bB17 65bB28 74bB5013 30bAB57 23bBC71 26aAN33240 23aA24 85aA37 42aA5418 47aA62 95aAB62 58bBN43193 70aA25 18aA38 12aA5183 92aA65 01aA61 88bB

2.4 不同施氮量处理对滴灌冬小麦产量及产量构成因素的影响

随着施氮量的增加，单位面积的穗数呈增加趋势，但处理间无差异；穗粒数呈“先增后降”的变化趋势，以N3处理最多为36.10粒，比N1、N2处理分别增加了13.99%、7.97%，均达到显著差异水平(P<0.05)，其中与N1处理达到了极显著差异水平(P<0.01)；比N4处理增加了4.09%，差异不显著。千粒重随着施氮量的增加表现为N3>N4>N2>N1，最高的N3处理与N1处理之间差异显著(P<0.05)，但与N2、N4处理之间差异不显著。产量以N3处理最高，为9 540.15 kg/hm2，分别较N1、N2、N4处理产量提高了24.72%、14.44%和6.23%，处理间达到了显著或极显著差异水平，说明适宜施氮量可以协调冬小麦构成因素的关系，可以提高产量，过量施氮反而会导致减产。表4

表4 不同施氮量下滴灌冬小麦产量和产量构成因素

Table 4 Effects of different nitrogen rates on yield and yield components of winter wheat under drip irrigation

处理Treatments穗数Spikenumber(104spilks/hm2)穗粒数Grainsperspike千粒重1000-grainweight(g)产量Yield(kg/hm2)N1572 85aA31 67cB42 27bA7649 53cCN2588 45aA33 49bAB42 46abA8336 63bBCN3598 80aA36 10aA44 45aA9540 15aAN4601 50aA34 68aAB43 05aA8980 24bAB

3 讨 论

研究表明，在一定范围内，小麦干物质的积累量随施氮量的增加而增大，但超出这个范围时，干物质的积累量不增反降[14-15]。研究结果显示，增加施氮量可以提高滴灌冬小麦群体干物质积累量，但施氮量过高干物质积累量反而降低，尤其是生育后期，与施氮量为300 kg/hm2的处理差异逐渐增大，这与前人研究结果一致。适量增施氮肥能够促进开花前营养器官贮存的干物质在花后向籽粒的转运，从而提高籽粒产量[16]。屈会娟等[17]研究表明，小麦开花前光合同化的干物质转运对籽粒的贡献占21%～37%，而花后干物质对籽粒的贡献率均在60%以上,研究结果与其吻合。研究结果表明，不同施氮量条件下，滴灌冬小麦花前同化物对籽粒的贡献率在27.41%～38.12%，花后为61.88%～72.59%，滴灌冬小麦籽粒产量的形成同样以花后同化物转移贡献为主，但适当增施氮肥可以有效促进花前营养器官储存的同化物向籽粒的转移。

4 结 论

氮肥对滴灌冬小麦的干物质积累、转运及产量的形成均有明显的影响，随着施氮量的增加，不同生育时期，各处理冬小麦干物质积累基本呈N3>N4>N2>N1变化规律，且处理间干物质在茎鞘、叶及穗分配规律一致。增施氮肥能促进花前干物质向籽粒转运，进而提高籽粒产量。试验条件下，滴灌冬小麦的适宜的施氮量为300 kg/hm2(N3处理)，产量最高为9 540.15 kg/hm2。

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Fund project:Supported by Training Program for Youth Science and Technology Innovation Talents of Xinjiang Uygur Autonomous Region "Research into Accumulation and Translocation Characteristics of Dry Matter in Wheat Canopy under Drip Irrigation by Different Water and Nitrogen Regulations (2013721029); Open Subject of Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Desert Oasis Region, Ministry of Agriculture "The Effects of the Amount of Nitrogen Fertilizer Application on the Regulation System of Quality Formation of Winter Wheat under Drip Irrigation", The Science and Technology Support Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region " Research into the Key Technology for the Production of High Yield and Efficiency Wheat under Drip Irrigation" (201231103), and the Special Fund for the Modern Agricultural Technology System Construction "The Comprehensive Experimental Station in Xinjiang of the National Wheat Industry Technology System" (CARS-3-65).

Effects of Different Nitrogen Application Rates on Dry Matter Accumulation, Distribution and Translocation in Winter Wheat under Drip Irrigation

LEI Jun-jie1,2, ZHANG Yong-qiang1,2, SAI Li han Sai1,2, XUE Li-hua1,2, QIAO Xu1,2,ZHANG Hong-zhi2,3, YU Jian-xin4, FENG Bing4, LIANG Yu-chao5,WANG Cheng5, CHEN Xing-wu1,2

(1.ResearchInstituteofGrainCrops,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China； 2.KeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSysteminDesertOasisRegion,MinistryofAgriculture,Urumqi830091,China;3.ResearchInstituteofNuclearandBiotechnologies,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China； 4.CenterofAgriculturalTechniquesExtensionofQitaiArea,QitaiXinjiang831800,China；5.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity，Urumqi830052,China)

【Objective】 In order to reveal the effect of different nitrogen application rates on dry matter accumulation, distribution and translocation in winter wheat under drip irrigation in Xinjiang.【Method】The pot experiment with four different treatments of 180 kg/hm2(N1), 240 kg/hm2(N2),300 kg/hm2(N3)and 360 kg/hm2(N3) was carried out to study the effects of four different amounts of nitrogen on winter-wheat dry matter accumulation, distribution, transportation and yield.【Result】The results showed that with the increasing of nitrogen application, the amount of dry matter accumulation of the winter wheat colony presented a trend of N3>N4>N2>N1in the whole growing process; the yield formation was mainly contributed by assimilative matter translocation, which accounted for from 61.88% to 72.59%, while the contribution rate of assimilative matter translocation before anthesis varied from 27.41% to 38.12%; the difference in yield among treatments was significant or very significant, and the grain yield was the highest by treatment N3(9，540.15 kg/hm2), which was 24.72%, 14.44% and 6.23% higher than those by N1,N2and N4treatment, respectively.【Conclusion】The suitable nitrogen quota was 300 kg/hm2for winter wheat under drip irrigation in local conditions.

nitrogen fertilizer rate; winter wheat; dry matter accumulation; translocation; yield

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.01.010

2015-09-04

自治区青年科技创新人才培养工程项目“不同水氮调控下滴灌小麦冠层干物质积累与运转特征研究”(2013721029)；农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室开放课题“施氮量对滴灌冬小麦品质形成的调控机制” ；自治区科技支撑项目“新疆小麦滴灌高产高效关键技术研究”(201231103)；现代农业产业技术体系建设专项资金“国家小麦产业技术体系新疆综合试验站”(CARS-3-65)

雷钧杰(1972-)，男，甘肃古浪人，研究员，研究方向为作物高产栽培，(E-mail)leijunjie@sohu.com

陈兴武(1960-),男，陕西山阳人，研究员，研究方向为作物高产栽培，(E-mail)cxw0723@sina.com

S512.1+1;

A

1001-4330(2016)01-0077-07