施氮水平对穗型冬小麦品种氮素积累与转运的影响

施氮水平对穗型冬小麦品种氮素积累与转运的影响

作为中国北方平原最重要的粮食之一，冬小麦产量在国家食品安全中发挥着重要作用。不断增加水肥特别是氮肥的投入,是该地区30年来小麦单产不断提高的重要措施之一。然而近年来研究表明,华北平原冬小麦生产中氮肥施用的增产效果趋于降低,而氮肥过量施用对环境的污染渐趋加重。因此,关于兼顾产量、品质、经济和生态效益的安全合理施氮量已成为当前重要的研究课题。一般认为,小麦产量和品质的形成既受开花前贮存碳、氮物质的调节,又决定于开花后光合生产和氮素的吸收能力,而开花后干物质和氮素从营养器官向籽粒中的运转是决定籽粒产量和蛋白质含量的重要因素。有学者认为,氮肥施用是调控小麦花后碳、氮物质积累与运转的最有效手段,也是实现专用小麦品质定向调控的重要措施。关于小麦籽粒灌浆期物质的分配运转和积累已有较多的报道,但有关氮肥施用量对冬小麦品种的碳、氮物质运转及其与籽粒蛋白质的关系报道较少。为此,本试验在大田高产栽培条件下,研究了不同施氮水平对冬小麦花前贮藏物质、氮素再运转和花后同化物质运转、氮素积累以及对产量和蛋白质含量的影响,以期明确不同施氮水平对小麦花后干物质和氮素积累与运转的影响及其与产量和品质形成的关系,为小麦经济施肥和高产优质高效栽培提供参考。1材料和方法1.1供试品种及单苗种植试验于2004~2006年度在河南农业大学科教示范园区(郑州)进行。试验地土壤为潮土,前茬田箐掩底,土壤含有机质17.8g·kg-1、全氮0.998g·kg-1、碱解氮57.9mg·kg-1、速效磷67.5mg·kg-1、速效钾204.8mg·kg-1、pH值为7.49。供试品种为大穗型高产小麦品种‘兰考矮早8’和多穗型高产小麦品种‘豫麦49-198’。试验采用裂区设计,施氮处理为主区,品种为副区,重复3次,小区面积3m×7m。结合耕翻整地,每公顷基施P2O5150kg,K2O150kg。施氮处理设4个水平,即每公顷施纯N0kg(N1)、90kg(N2)、180kg(N3)、360kg(N4),氮肥品种为尿素。分别将总施氮量的50%作基肥掩底,剩余的50%于拔节期结合浇水追施。10月12日播种,3叶期定苗,基本苗根据品种特性而定,其中分蘖成穗率低的大穗型品种‘兰考矮早8’基本苗为330万·hm-2,分蘖成穗率高的多穗型品种‘豫麦49-198’基本苗为180万·hm-2。其余田间管理按一般高产麦田进行。1.2试验计划和方法1.2.1提取干重的文于开花期、成熟期每个处理分别取长势正常的10个单茎,按叶、茎鞘、穗轴(含颖壳)、籽粒等器官分样,105℃下杀青10min,80℃烘至恒重,称取干重。计算方法如下:(1)营养器官花前贮藏物质运转量=开花期干重-成熟期干重(2)营养器官花前贮藏物质运转率=(开花期干重-成熟期干重)/开花期干重×100%(3)花后光合同化量(输入籽粒部分,下同)=成熟期籽粒干重-营养器官花前贮藏物质运转量(4)对籽粒重的贡献率=花前贮藏物质运转量(或花后同化物量)/成熟期籽粒干重×100%。1.2.2n素运转及贡献率用Foss型蛋白质定氮仪按GB/T5511-1985方法测定各样品全氮含量;籽粒蛋白质含量按全氮量的5.7倍换算。N素转运计算方法如下:(1)开花前贮藏氮素运转量=开花期全氮量-成熟期全氮量(2)开花前贮藏氮素运转率=(开花期全氮量-成熟期全氮量)/开花期全氮量×100%(3)花后氮素积累量=成熟期籽粒全氮量-开花前营养器官贮藏氮素运转量(4)对籽粒氮贡献率=开花前贮藏氮素运转量(或花后同化氮素量)/成熟期籽粒全氮量×100%1.3数据分析试验数据采用DPS(DataProcessingSystem)软件和Excel进行分析。2结果与分析2.1施氮量对小麦品种花前贮藏物质运转的影响由表1可以看出,与对照(N1)相比,2种穗型冬小麦品种除N4处理的运转率外,各施氮处理叶片、茎鞘的花前贮藏物质再运转量和运转率均有所增加。其中,叶片、茎鞘花前贮藏物质运转量和各营养器官总再运转量,大穗型品种‘兰考矮早8’表现为N3>N2>N4>N1,多穗型品种‘豫麦49-198’表现为N3>N4>N2>N1;叶片、茎鞘的运转率,大穗型品种‘兰考矮早8’表现为N3>N2>N1>N4,多穗型品种‘豫麦49-198’表现为N3>N4>N2>N1;2种穗型小麦品种营养器官花前贮藏物质总运转率均表现为N3>N2>N1>N4。表明适宜的施氮量有利于这2种穗型小麦品种营养器官的花前贮藏物质向结实器官运转与积累。由表1还可以看出,2品种成熟期籽粒干重、花后光合同化物输入籽粒量及花前贮藏物对籽粒重的贡献率均表现出随施氮量的增加而增加的趋势,花后光合同化量对籽粒重的贡献率远大于花前贮藏物质总运转量对籽粒重的贡献率,但随施氮水平增加的变化趋势不太规律。2种穗型品种间相比较,大穗型品种‘兰考矮早8’比多穗型品种‘豫麦49-198’开花后营养器官暂贮性光合同化物向籽粒中的输出量和对籽粒重的贡献率较高,这可能是‘兰考矮早8’最终结实粒数多、千粒重高的生理原因。2.2增施肥量对花前贮藏氮素再运转的影响由表2可以看出,与对照N1处理相比,2种穗型小麦品种增施氮肥处理的叶片、茎鞘、颖壳+穗轴等营养器官的花前贮藏氮素再运转量和运转率以及总运转量和总运转率均呈增加的趋势。其中,大穗型品种‘兰考矮早8’叶片、茎、鞘和颖壳+穗轴花前贮藏氮素再运转量、叶片的运转率及总运转率均表现为N3>N4>N2>N1;茎、鞘和颖壳+穗轴等花前贮藏氮素再运转率表现为N3>N2>N4>N1。多穗型品种‘豫麦49-198’叶片花前贮藏氮素再运转量和运转率表现为N3>N2>N4>N1;茎鞘运转量和运转率及颖壳+穗轴的运转量和总运转量均表现为N3>N4>N2>N1;颖壳+穗轴的运转率和总运转率表现为N3>N2>N1>N4。表明适量增施氮肥有利于2种穗型小麦品种营养器官花前贮藏氮素向结实器官的运转与积累。由表2还可以看出,增施氮肥增加了2种穗型小麦品种成熟期籽粒氮素含量和花前贮藏氮素总运转量对籽粒氮素含量的贡献率,并且花前贮藏氮素总运转量对籽粒氮素含量的贡献率大于花后的贡献率。其中,大穗型品种‘兰考矮早8’3个施氮处理成熟期籽粒氮素含量的增幅为8.802%~53.58%,多穗型品种‘豫麦49-198’的增幅为4.99%~69.27%。不同施氮处理对2种穗型小麦品种籽粒氮素含量的影响表现为N3>N4>N2>N1,表明适量增施氮肥可促进小麦花前贮藏氮素向籽粒中运转,有利于改善籽粒品质。2.3施氮效应检测由表3可知,增施氮肥增加了2种穗型小麦品种的籽粒产量、蛋白质产量及蛋白质含量,其中,施氮对2种穗型品种的籽粒产量和蛋白质产量的氮肥效应表现为N3>N4>N2>N1,对蛋白质含量的氮肥效应表现为N4>N3>N2>N1,且与N1处理相比,均达到差异极显著水平(P<0.01)。但施氮效应品种间表现不一致,与N1处理相比,大穗型品种‘兰考矮早8’籽粒产量和蛋白质产量分别增加了10.84%~21.02%和22.53%~41.69%;多穗型品种‘豫麦49-198’分别增加了12.04%~27.07%和31.67%~52.45%。表明适量增施氮肥有利于提高2种穗型小麦品种的籽粒产量和蛋白质产量。3施氮量对小麦籽粒重和籽粒理化指标的影响在小麦籽粒形成与灌浆过程中,源(叶)同化物的生成、转运及向库(籽粒)中的分配累积能力是制约产量的重要因素。一般认为,小麦籽粒产量大部分来自花后光合产物的积累,因此灌浆期同化物的分配、转运和积累对小麦产量高低具有重要意义。有研究表明,适量增施氮肥可以促进营养器官贮存性同化物向籽粒的运转,增加其占籽粒重的比例,从而提高籽粒产量,过量施用氮肥不利于营养器官贮存性同化物向籽粒中的再分配,从而导致产量降低。本试验结果表明,2种穗型小麦品种各施氮处理对成熟期籽粒重的影响均表现为N3>N4>N1>N2,其增加幅度为0.33%~23.36%,且以N3处理的增幅最大(23.36%),说明不施氮肥或过少、过量施用氮肥均不利于干物质向结实器官运转,进而影响籽粒重和籽粒产量的提高。开花前营养器官的贮存氮素是小麦籽粒蛋白质合成的重要底物。王月福等认为,增施氮肥或增加土壤基础肥力可提高营养器官氮素向籽粒中的转移量,且转移量随着施氮量的增加而增加。本试验结果表明,适量增施氮肥增加了2种穗型小麦品种叶片、茎鞘和颖壳+穗轴等营养器官花前贮藏氮素再运转量和运转率以及总再运转量和运转率,从而增加了2种穗型小麦品种成熟期籽粒氮素含量,并提高了花前贮藏氮素总运转量对籽粒氮素含量的贡献率。徐恒永等研究认为,施氮量在75~225kg·hm-2时产量呈递增趋势,施氮量超过300kg·hm-2时产量下降