施氮量对滴灌冬小麦干物质积累、分配与转运的影响

雷钧杰，张永强，赛力汗·赛，薛丽华，梁玉超，张宏芝，陈兴武,王志敏

(1.中国农业大学农学院，北京 100193； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所，新疆乌鲁木齐 830091；3.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，新疆乌鲁木齐 830091； 4.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052； 5.农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，新疆乌鲁木齐 830091)

施氮量对滴灌冬小麦干物质积累、分配与转运的影响

雷钧杰1,2,5，张永强2,5，赛力汗·赛1,2,5，薛丽华2,5，梁玉超4，张宏芝3,5，陈兴武2,5,王志敏1

(1.中国农业大学农学院，北京 100193； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所，新疆乌鲁木齐 830091；3.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，新疆乌鲁木齐 830091； 4.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052； 5.农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，新疆乌鲁木齐 830091)

为明确施氮量对滴灌冬小麦干物质积累、分配、转运及产量的影响，于2013-2015年连续两个冬小麦生长季，以新冬18号为试验材料，在大田滴灌条件下，设置了0 (N0)、94.5 (N1)、180 (N2)、240 (N3)、300 (N4)、360 kg·hm-2(N5)共6个施氮量处理，通过单因素随机区组试验，研究了不同施氮量下滴灌冬小麦干物质积累、分配及转运的特点。结果表明，不同施氮量处理下滴灌冬小麦单茎干物质积累量随生育进程均呈“S”曲线变化。成熟期干物质积累量、花前干物质的转运量及其转运效率、花后同化物积累量均以N3处理最高；花前干物质转运对籽粒产量的贡献率以及籽粒产量在两年中均随施氮水平的提高呈先增后减趋势，也均以N3处理最高，其中产量两年分别较N0处理增产68.01%和67.39%。因此，在本试验条件下，240 kg·hm-2施氮量最有利于滴灌冬小麦干物质积累、转运和高产。

滴灌；冬小麦；施氮量；干物质积累；干物质分配与转运

作为新疆的主要粮食作物，小麦的高产稳产对保证该地区粮食安全至关重要。氮素是限制小麦生长发育和产量形成的主要因素[1]，施用氮肥能显著影响小麦干物质积累、分配和转运[2-4]，故合理施氮是小麦高产栽培的重要要求[5]。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，但目前与之配套的施肥技术仍然存在诸多问题，致使滴灌小麦增产增收的潜力均难以充分发挥。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，探索滴灌冬小麦的适宜施氮量，对于肥料高效利用和滴灌小麦高产具有重要的现实意义。

有关氮肥运筹对小麦生长发育的影响研究颇多，研究内容主要涵盖了施氮量对春小麦干物质积累、产量、氮肥利用率及氮平衡[6-7]、对旱地小麦氮素吸收转运[8]、籽粒灌浆特性、叶片光合特性和籽粒产量的影响[9-10]，以及氮肥不同基追比[11]、追氮时期[12]、施肥频率[13]等方面。但是，前人的研究多是在漫灌条件下开展的，而针对滴灌冬小麦施氮量效应的研究报道较少[14-15]，且由于作用品种及地区差异，研究结果不尽相同。因此，针对滴灌冬小麦施肥技术中适宜施氮量的问题仍有必要开展进一步的深入研究。为此，本研究在大田滴灌条件下，分析了不同施氮量下滴灌冬小麦干物质积累、转运及分配特征，揭示滴灌冬小麦产量形成对施氮量的响应规律，以期确定滴灌冬小麦的适宜施氮量，为滴灌冬小麦高产高效栽培中合理施氮提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2013-2015年在新疆农科院玛纳斯试验站(44° N，86° E)进行。该区域属暖温带大陆性干旱半干旱气候区，年均日照时数2 700 ～ 2 800 h，年均气温7.2 ℃，年均降雨量205 mm，年均蒸发量1 691 mm，极端最高气温39.6 ℃，极端最低气温-37.4 ℃，全年无霜期165 ～ 172 d。试验地土壤为沙壤土，前茬为大豆，播前耕层土壤有机质含量16.8 g·kg-1，全氮含量0.92 g·kg-1，碱解氮含量62.3 mg·kg-1，速效磷含量14.5 mg·kg-1，速效钾含量164 mg·kg-1。冬小麦起身至成熟阶段气象参数见表1。

表1 冬小麦起身至成熟阶段的气象参数Table 1 Climatic data from upstanding stage to maturity of winter wheat

FTD:The first 10 days; STD:The second 10 days; TTD:The third 10 days.

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设置0、94.5、180、240、300和360 kg·hm-26个施氮量处理，分别用N0～N5表示，每个处理重复3次，各处理施肥方案见表2。小区面积48 m2，小区间隔离带60 cm。播前耙地3～4遍，耙深8 cm左右。小麦合墒播种，2013和2014年播种期分别为10月1日和9月28日，播种量均为270 kg·hm-2(播种密度675万株·hm-2)。供试小麦品种为新麦18号。播前结合翻地，基施纯氮94.5 kg·hm-2(尿素折算)、P2O5172.5 kg·hm-2(重过磷酸钙折算)和K2O 52.5 kg·hm-2(硫酸钾折算)。在冬小麦开花期、灌浆前期、灌浆中期，结合滴灌每次追施磷酸二氢钾 22.5 kg·hm-2。全生育期采用滴灌方式灌水8次，具体滴灌时期及滴灌量见表3。

表2 滴灌小麦不同处理施氮总量及不同时期追氮量Table 2 Total nitrogen application amount and topdressing nitrogen at different growth stages of winter wheat under drip irrigation

表3 不同滴灌时期的滴灌量Table 3 Amount of drip irrigation at different stages m3·hm-2

1.3 测试项目与方法

1.3.1 小麦群体动态调查

小麦生育过程中调查基本苗、冬前总茎数、返青总茎数、起身期总茎数(春季最大总茎数)、收获穗数。

1.3.2 干物质积累量测定

于冬小麦拔节期、孕穗期、开花期、花后12 d、花后24 d和成熟期，每小区每次取20个单茎，剪去根，将单茎分解成不同器官，105 ℃杀青15 min，80 ℃烘24 h至恒重后称干重。采用Logistic方程拟合滴灌冬小麦干物质积累变化：

y=k/[1+e(a-bt)]

式中，y为冬小麦拔节后t天单茎干物质积累量；t表示冬小麦拔节后的天数；k表示冬小麦单茎干物质理论最大积累量；a、b为待定系数。

根据方程推导出最快生长时间段的起始时间(t1)、终止时间(t2)、最大相对生长速率(Vm)、最大相对生长速率出现时间(tm)和快速增长期持续的时间(△t)：t1=[lnea-1.317] /b；t2=[lnea+1.317]/b；Vm=-bk/4；tm=-a/b；△t=t2-t1。

同时计算干物质转运特征参数[16]：

花前同化物转运量=开花期全茎干重-成熟期单茎营养器官干重；

花后同化物积累量=成熟期籽粒干重-花前同化物转运量；

花前同化物转运效率=花前同化物转运量/开花期营养器官干重×100%；

花前同化物对籽粒产量的贡献率=花前同化物转运量/成熟期籽粒干重×100%；

轩轩的爸爸妈妈所担心的就是宝宝的性格问题。轩轩常常显得喜怒无常、自制力差，执拗起来让父母觉得在众人面前“露怯”，可是他丝毫感觉不到自己“露怯”了。父母发愁了，宝宝没有自知之明怎么行呢？

花后同化物对籽粒产量的贡献率=花后同化物转运量/成熟期籽粒干重×100%。

1.4 测产与考种

于冬小麦成熟期在各个小区分别选取4 m2(2 m×2 m)样点，进行人工收割，脱粒后风干称重，并折算产量(籽粒含水量为13%)。另从每小区量取1 m双行样段，调查有效穗数、穗粒数、千粒重等指标。

1.5 数据分析

采用 Microsoft Excel 2010 进行数据整理，运用 DPS 7.05 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1施氮量对滴灌冬小麦单茎干物质积累的影响

滴灌冬小麦单茎干物质积累量两年均随生育进程的推进呈“S”曲线变化，表现为拔节期至孕穗初期干物质积累缓慢，而后干物质积累迅速，花后24 d至成熟期趋于平缓(图1)。与不施氮(N0)处理相比，施氮显著促进小麦干物质积累，且随着施氮水平的提高，小麦单茎干物质累积量两年均呈先增后降的趋势，其中N3处理最高。通过Logistic方程模拟分析(表4)，随着施氮量的增大，虽然干物质积累最大速率出现时间(tm)相对提前，但因其在一定范围内同时增大了干物质积累最大速率(Vm)和干物质积累持续时间(△t)，故最终干物质累积量仍然较高，与实际相符；理论干物质积累量亦在N3处理达到峰值，继续增加氮肥施用量后，总干物质积累量及特征值反而表现出不同程度的降低趋势，说明施氮量过多或过少均不利于小麦光合产物的积累。

JS：拔节期;BS:孕穗期；AS：开花期；AA12：花后12 d；AA24：花后24 d；MS：成熟期。下图同。

表4 不同施氮量下冬小麦地上部分干物质积累的Logistic方程模拟及其特征值Table 4 Logistic equations and their eigenvalues of dry matter accumulation of winter wheat shoot under different nitrogen application rate

t:冬小麦拔节后的天数；y:冬小麦干物质积累量；Vm:干物质最大增长速率；tm:干物质积累最大速率出现的时间；t1、t2:分别为 Logistic方程生长函数的两个拐点；△t:干物质快速积累持续天数；**:P<0.01。

t:The days after jointing stage of winter wheat;y:Dry matter accumulation of winter wheat;Vm:The maximum increase rate of dry matter;tm:The days of the maximum dry matter accumulation rate occurred;t1andt2are two inflexions of the Logistic equations; △t:The continued days of dry matter rapid accumulation; **:P<0.01.

2.2施氮量对滴灌冬小麦不同器官干物质积累与分配的影响

2.2.1 施氮量对滴灌冬小麦不同器官干物质积累的影响

不同处理下滴灌小麦叶片干物质积累均呈先增后减趋势(图2)，在开花期叶干重最大。施氮后小麦叶片干物质积累量均显著高于不施氮处理，开花前以N5处理的叶片干物质积累量最大，但至成熟期，却以N3处理最高，这可能是因为施氮量过大易造成后期冠层下部郁闭，进而使叶片过早脱落所致。不同处理的小麦茎鞘干物质累积均表现为“快速增长-缓慢降低-迅速下降”的趋势，累积峰值出现时间较叶片有所推迟，大致在开花后12 d左右(图3)。不同处理中，茎鞘的干物质积累峰值以N3处理最高。各处理穗部干物质则随着生育进程的推进表现为持续升高(图4)，以N3处理积累量最大，但N5与N4处理差异较小。说明当施氮量达到一定水平后，继续增施氮肥对各器官干物质积累的影响不大，反而造成肥料的浪费。

图2 施氮量对滴灌冬小麦叶片干物质积累的影响

图3 施氮量对滴灌冬小麦茎鞘干物质积累的影响

滴灌冬小麦叶片、茎鞘干重占单茎总干重的比例随生育进程分别呈降低和先升后降的变化趋势(表5)。与不施氮处理相比，施氮提高了叶片花后12 d前的干重比例，在花后12 d和成熟期则呈相反趋势；过多施氮降低了茎鞘干重比例，到成熟期不同处理间差异缩小；施氮有利于穗干重比例增加，但到成熟期不同处理间无显著差异。这表明施氮影响滴灌小麦干物质分配。

图4 施氮量对滴灌冬小麦穗干物质积累的影响

表5 施氮量对滴灌冬小麦各器官干物质分配比例的影响(两年平均值)Table 5 Effect of nitrogen application rate on dry matter allocation ratio of winter wheat under drip irrigation (mean of two years) %

同列数字后的字母不同表示处理间差异显著(P<0.05)。下表同。

Values followed by different letters within the same column are significantly different among cultivars (lines) at 0.05 level.The same in other tables.

2.3 施氮量对滴灌冬小麦干物质转运的影响

由表6可知，两年试验中，在施氮量不超过N3处理时，冬小麦花前同化物转运量、转运效率、对籽粒产量的贡献率以及花后同化物积累量随施氮水平的提高均呈增加趋势；施氮量超过N3处理时，各指标变化不显著或显著下降。小麦花后同化物对籽粒贡献率两年均以N0处理最大，与其他处理差异显著。表明在适宜的施氮范围内增施氮肥可以促进滴灌冬小麦花前同化物在花后向籽粒的转运以及花后干物质积累。

表6 施氮量对滴灌冬小麦同化物转运量、转运效率及对籽粒产量贡献率的影响Table 6 Effect of nitrogen application rate on assimilation translocation amount,translocation proportion and contribution rate to grain yield of winter wheat under drip irrigation

2.4 施氮量对滴灌冬小麦产量及其构成的影响

由表7可知，与不施氮处理相比，施氮显著增加滴灌冬小麦产量，但随着施氮量的增加，两年籽粒产量均表现出先增后降的趋势，且均以N3处理最高。N3处理两年分别较N0处理增产68.01%和67.39%。随着施氮量的增加，千粒重和穗粒数与产量的变化趋势一致，均以N3处理最大；而穗数表现为施氮处理高于不施氮处理，施氮处理间差异不明显。说明施氮对滴灌冬小麦的增产效应主要因为提高了千粒重和穗粒数。

表7 施氮量对滴灌冬小麦产量及其构成的影响Table 7 Effect of different nitrogen application rate on the yield and yield components of winter wheat under drip irrigation

3 讨 论

已有研究表明，干物质生产是作物产量形成的基础，各种农艺措施对作物产量的影响大多与干物质积累特点及其转化效率有关，干物质积累与合理分配是提高作物产量的关键[17]，而氮素营养是影响小麦干物质积累的主要因素[18]。张 娜等[19]、胡田田等[20]和张 杰等[21]研究表明，施用氮肥能够显著促进小麦干物质积累，并在一定施氮量范围内，干物质的积累量随施氮量的增多而增大，但超出这个范围时，增施氮肥会导致干物质积累量不增反降。本研究中，增加施氮量可以提高滴灌冬小麦干物质积累量，但施氮量过高时干物质积累量反而降低，这与前人研究结论相似。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[22]。屈会娟等[23]研究表明，小麦开花前干物质的转运对籽粒产量的贡献率为21%～37%，而花后干物质对籽粒产量的贡献率均在60%以上。本研究表明，不同处理的滴灌冬小麦花前同化物对籽粒产量的贡献率为26.40%～37.85%，花后为62.15%～73.60%，可见滴灌冬小麦籽粒产量的形成同样以花后同化物积累为主，与前人研究结论一致。但本研究中，适当增施氮肥可以有效促进滴灌小麦花前营养器官储存的同化物向籽粒的转运，有利于提高滴灌小麦产量。

前人研究发现，小麦的产量与氮素的营养水平关系密切[24]，适量施用氮肥后，水稻氮肥利用率有所提高[25]；施氮量过高时，小麦穗粒数虽在一定水平上有所增加，但由于未能弥补由于千粒重和穗数的大幅降低而造成的产量损失，最终导致小麦产量不增反降[26]。侯丽丽等[27]、Jaime等[28]研究表明，在低氮水平时，增施氮肥后，小麦籽粒产量提高，当施氮量达到高限时，进一步增施氮肥，可使产量降低。本研究表明，随着施氮量的增加，滴灌冬小麦籽粒产量先增后降，且两年均在施氮量为240 kg·hm-2(N3处理)时产量达到最高，这与前人研究结果一致。在千粒重方面，张 铭等[29]和林 琪等[30]均认为，随施氮量的增加，小麦千粒重呈下降趋势。本研究中，随着施氮量的增加，滴灌冬小麦千粒重呈先增后降的变化趋势，这与前人研究结果不一致，这可能是由于在滴灌条件下，肥料随水直接作用于小麦根区，同时满足了水、肥的需求，极大地提高了肥料利用效率所致。

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EffectofNitrogenApplicationRateonDryMatterAccumulation,DistributionandTranslocationofWinterWheatunderDripIrrigation

LEIJunjie1,2,5,ZHANGYongqiang2,5,Sailihan·SAI1,2,5，XUELihua2,5,LIANGYuchao4，ZHANGHongzhi3,5,CHENXingwu2,5,WANGZhimin1
(1.College of Agronomy,China Agricultural University,Beijing 100193,China; 2.Research Insititute of Grain Crops,Xinjiang Academy of Agricultural Science,Urumqi，Xinjiang 830091,China; 3.Research Insititute of Nuclear and Biological Technologies,Xinjiang Academy of Agricultural Science,Urumqi，Xinjiang 830091,China； 4.College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University,Urumqi，Xinjiang 830052,China; 5.Key Laboratory of Desert-Oasis Crop Physiology,Ecology and Cultivation,Ministry of Agriculture,Urumqi，Xinjiang 830091,China)

To explicit the effect of nitrogen fertilization rate on dry matter accumulation,distribution,translocation and yield of winter wheat under drip irrigation,two-year field experiments with six treatments including 0 kg·hm-2(N0),94.5 kg·hm-2(N1),180 kg·hm-2(N2),240 kg·hm-2(N3),300 kg·hm-2(N4),and 360 kg·hm-2(N5) were conducted by using randomized block experiment design in wheat growing seasons from 2013 to 2015,with Xindong 18 as material.The results indicated that dry matter accumulation under all of the treatments showed an “S” curve.Dry matter accumulation,the translocation of assimilates before and after flowering and their translocation rate,and the average value of translocation of assimilates before and after flowering reached the maximum under N3treatment.The contribution rate of dry matter before anthesis translocation to grain presented a trend of N3>N2>N4>N5>N1>N0in both two-year experiments,and maximum yield was also obtained under N3in two years,which was 68.01% and 67.39% higher than that of N0,respectively.The results showed that the largest accumulation of dry matter and the highest yield for winter wheat can be achieved with nitrogen application rate of 240 kg·hm-2with drip irrigation.

Drip irrigation; Winter wheat; Nitrogen application rate; Dry matter accumulation; Dry matter distribution and translocation

时间：2017-08-08

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170808.0911.022.html

2017-01-18

2017-04-20

新疆维吾尔自治区重点研发计划项目(2016B01002-3)；新疆维吾尔自治区公益性科研院所基本科研业务经费资助项目(KY2015002,KY2013058)；新疆维吾尔自治区自然科学基金面上项目(2014211A028)；新疆维吾尔自治区科技支撑项目(201231103)；国家小麦产业技术体系项目(CARS-3)

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王志敏(E-mail:zhimin206@263.net);陈兴武(E-mail:cxw0723@sina.com)

S512.1；S311

： A

：1009-1041(2017)08-1078-09