施氮肥对小麦产量、氮素吸收及产量构成因素的影响

施氮肥对小麦产量、氮素吸收及产量构成因素的影响

氮素对小麦的生长发育非常重要。人们过去研究了冬小麦氮素吸收和积累的动态规律。小麦叶、茎、颖壳、叶鞘末包被的穗下节部分的含氮量和籽粒蛋白质含量在不同基因型之间存在着显著差异。施氮后冬小麦的物质生产能力、氮素含量和吸氮量、各组织器官氮素水平都有不同程度的增加,但是不同基因型的增加率不同,这主要是由于遗传特性的差异,使得不同品种对氮肥的反应不同。虽然施氮能提高各器官组织含氮量,但是伴随着籽粒蛋白质含量的提高,营养器官氮素水平会下降。高产高蛋白质含量一直是小麦育种与栽培追求的目标,而要实现高蛋白质含量,必然要增加籽粒的含氮量。因此,本文将基因型与施氮结合起来,研究二者对冬小麦氮素吸收、干物质分配与产量及其构成因素的影响,旨在为根据不同品种特性,调控小麦对氮素的吸收、增加籽粒蛋白质含量与产量提供理论依据。1小麦幼苗培养中各物理素质的测定试验于2001年10月～2002年6月在西北农林科技大学土壤肥料试验站进行,耕层土壤有机质11.5g/kg,全氮1.5g/kg,NO3--N18.5mg/kg,NH4+-N5.14mg/kg,有效磷5.42mg/kg。试验设基因型和施氮2个因子,8个小麦基因型分别是NR9405、9430、偃师9号、小偃6号、陕229、西农2208、矮丰3号、商188。以尿素为氮源设0(N0)、90Nkg/hm2(N90)两个施氮水平,组成两因素完全试验方案,16个处理,随机区组设计,重复3次。小区长4m,宽2.4m,各小区均按75P2O5kg/hm2施用过磷酸钙作为肥底。小麦成熟后,每小区收获2m2,脱粒计产。小麦植株分为叶片、茎鞘、籽粒和穗轴+颖壳四部分,在65℃烘48h至恒重,H2SO4-H2O2消煮-靛酚兰比色法测定植物全氮含量。氮总吸收量(NTA)指成熟时叶片、茎鞘、颖壳+穗轴、籽粒氮累积量的总和;氮收获指数(NHI)指成熟时籽粒氮累积量与地上部器官氮总吸收量的比值;干物质分配率指各器官干物质重(例如叶片)占地上部总干物质重的百分率。用SAS6.02统计软件中的ANOVA方法对数据进方差分析和DUNCAN多重比较,方差分析模型为二因素完全随机区组固定效应模型。用不同的字母a、b等标识(或A、B等)表示差异显著(P<0.05)或差异极显著(P<0.01),用相同的字母标识表示差异不显著(P>0.05)。2结果与分析2.1施氮对籽粒养分含量和收获指数的影响表1表明无论施氮与否,不同基因型冬小麦植株各器官氮含量均以籽粒最高,茎鞘最低。经方差分析,茎鞘、穗轴+颖壳、叶片和籽粒氮含量在不同基因型之间存在显著差异,但是施氮90Nkg/hm2对小麦这四部分氮含量无显著影响。茎鞘氮含量陕229和矮丰3号明显高于NR9405,除NR9405以外其余7个基因型间无显著差异。小偃6号和西农2208的穗轴+颖壳氮含量显著高于NR9405、9430、商188,除小偃6号和西农2208以外,其余6个基因型间无显著差异。叶片氮含量在9430与西农2208之间有显著差异,但其余6个品种间无显著差异,叶片氮含量最高的品种是9430,最低的是西农2208。籽粒氮含量小偃6号显著高于9430、NR9405、西农2208、商188和偃师9号;虽然施氮对籽粒氮含量的影响未达显著水平,但是从总体上看,施氮能增加籽粒氮含量,小偃6号、矮丰3号、9430、商188、偃师9号这5个基因型施氮处理籽粒氮含量均大于不施氮处理,说明籽粒中的氮含量主要受遗传特性控制,施氮90Nkg/hm2对籽粒氮含量的提高仍然有一定的促进作用。氮总吸收量NTA在不同基因型间差异显著,矮丰3号显著高于NR9405和西农2208;9430、偃师9号、小偃6号、陕229、商188和矮丰3号之间差异不显著;施氮能极显著地增加氮总吸收量。施氮处理与不施氮处理相比,增加NTA分别是:小偃6号为0.01Ng/plant、西农2208为0.014Ng/plant、9430为0.023Ng/plant、矮丰3号为0.026Ng/plant、NR9405为0.031Ng/plant、商188为0.034Ng/plant、偃师9号为0.04Ng/plant、陕229为0.043Ng/plant。从8个基因型平均来看,施氮处理氮总吸收量为0.095Ng/plant,不施氮处理为0.067Ng/plant,二者相差0.028Ng/plant。氮收获指数(NHI)在不同基因型间差异显著,施氮对氮收获指数无显著影响。陕229和9430的NHI显著大于小偃6号,不同基因型氮收获指数由大到小的顺序为陕229、9430、矮丰3号、西农2208、偃师9号、商188、NR9405、小偃6号。陕229不施氮处理氮收获指数最高达到82.86%,小偃6号施氮处理最低为75.51%。2.2施氮对小麦干物质分配的影响表2表明,在开花期,叶片干物质分配率、茎鞘干物质分配率不同基因型间分别存在显著差异(P<0.05)和极显著差异(P<0.01),而穗干物质分配率在不同基因型间无显著差异。开花期叶片干物质分配率最高的是西农2208,最低的是NR9405。茎鞘干物质分配率最高的是商188,最低的是西农2208。施氮肥对开花期叶片、茎鞘、穗干物质分配率均无显著影响。开花期小麦地上部单株干物质重在不同基因型之间无显著差异,但是明显地受到施氮肥的影响。从不同基因型平均来看,施氮处理地上部干物质重为4.8679g/plant,不施氮处理为3.7394g/plant,施氮比不施氮增加了1.1285g/plant。表明施氮肥促进了冬小麦在开花期时的干物质累积。在成熟期,叶片干物质分配率、茎鞘干物质分配率、颖壳+穗轴干物质分配率及籽粒干物质分配率不同基因型间存在极显著差异(P<0.01)。成熟期叶片干物质分配率最高的是NR9504,最低的是偃师9号。茎鞘干物质分配率最高的是小偃6号,最低的是9430。颖壳+穗轴干物质分配率最高的是偃师9号,最低的是矮丰3号。籽粒干物质分配率也就是收获指数(HI)最高的是陕229,为49.019%,最低的是小偃6号,为39%。施氮肥对成熟期茎鞘、颖壳+穗轴、籽粒干物质分配率均无显著影响,但是施氮肥能极显著(P<0.01)地提高成熟期叶片的干物质分配率。从不同基因型平均来看,施氮处理成熟期叶片干物质分配率为11.2646%,不施氮处理为9.9007%,施氮比不施氮增加了1.3639%。表明,施氮肥促进了冬小麦在成熟期叶片中干物质的累积,从而有利用于叶片功能期的延长。成熟期小麦地上部单株干物质重在不同基因型之间无显著差异,但是明显地受到施氮肥的影响。从不同基因型平均来看,施氮处理地上部干物质重为7.3898g/plant,不施氮处理为5.2957g/plant,施氮比不施氮增加了2.0941g/plant。表明,施氮肥促进了冬小麦在成熟期时的干物质累积。2.3施氮对穗粒数、粒度重和每穗粒重的影响不同基因型小麦产量及其构成因素见表3。结果表明,单位面积株数在不同基因型间无显著差异,而施氮能显著地增加单位面积株数。单位面积穗数在不同基因型间存在极显著差异(P<0.001),从2个施氮水平平均看,单位面积穗数由多到少的顺序为矮丰3号、小偃6号、陕229、偃师9号、NR9405、商188、西农2208、9430。施氮能极显著地增加单位面积穗数(p<0.0001),从不同基因型平均来看,施氮处理比不施氮处理每m2增加133穗。单株分蘖数在不同基因型间也存在极显著差异(P<0.001)。矮丰3号和小偃6号最多,分别为1.99分蘖穗/株和1.72分蘖穗/株;9430最少,为0.84分蘖穗/株。施氮能够极显著地增加单株分蘖成穗数(P<0.001),从不同基因型平均来看,施氮处理比不施氮处理多0.75穗/株。每穗粒数在不同基因型间也存在极显著差异(P<0.001)。不同基因型每穗粒数从多到少的顺序为西农2208、9430、商188、陕229、矮丰3号、偃师9号、小偃6号、NR9405。施氮对每穗粒数没有显著影响。单位面积粒数在不同基因型间也存在极显著差异(P<0.01),不同基因型间单位面积粒数由多到少的顺序为矮丰3号、陕229、西农2208、小偃6号、商188、9430、偃师9号、NR9405。施氮可以明显增加单位面积籽粒数(P<0.01),从不同基因型平均来看,施氮处理比不施氮处理增加5974grain/m2,施氮对单位面积籽粒数的影响主要与氮肥影响单位面积穗数和分蘖穗有关。千粒重在不同基因型间存在极显著差异(P<0.01),从2个施氮水平平均看,千粒重由大到小顺序为NR9405、商188、偃师9号、西农2208、小偃6号、9430、矮丰3号、陕229。NR9405千粒重最高,43.40克、陕229最低,36.12克,二者相差7.28克。施氮能显著提高千粒重(P<0.05),从不同基因型平均来看,施氮处理千粒重为40.34克,不施氮处理千粒重为38.83克,施氮比不施氮增加1.51克。每穗粒重在不同基因型间存在极显著差异(P<0.0001)。从2个施氮水平平均看,每穗粒重从大到小的顺序为西农2208、商188、9430、陕229、偃师9号、小偃6号、矮丰3号、NR9405。施氮对每穗粒重的影响未达到显著水平。单位面积籽粒重在不同基因型间存在极显著差异(P<0.0001)。从2个施氮水平平均看,单位面积籽粒产量从大到小的顺序为矮丰3号、西农2208、偃师9号、陕229、9430、小偃6号、商188和NR9405。施氮能极显著的增加单位面积籽粒产量(P<0.0001),从不同基因型品种平均来看,施氮处理为463.28g/m2,不施氮处理为296.13g/m2,二者相差167.15g/m2。2.4u3000“”的基因型由图1及方差分析结果表明,单位面积籽粒产量不同基因型间存在极显著差异。从2个施氮水平平均来看,单位面积籽粒产量从大到小的顺序为矮丰3号、西农2208、偃师9号、陕229、9430、小偃6号、商188和NR9405。产量最高的矮丰3号为4350.3kg/hm2,最低的NR9405仅为3159.8kg/hm2。矮丰3号、西农2208、偃师9号、陕229和9430之间差异不显著,但是它们显著高于其它3个基因型。9430、小偃6号和商188之间产量差异不显著。施氮能极显著的增加单位面积籽粒产量,施氮处理与不施氮处理相比,增产量矮丰3号为987.8kg/hm2、西农2208为1035.4kg/hm2、小偃6号为1377.3kg/hm2、9430为1677.1kg/hm2、商188为1691.0kg/hm2、陕229为1921.4kg/hm2、偃师9号为1924.6kg/hm2、NR9405为2758.2kg/hm2,其中增产量最大的是NR9405,说明不同基因型小麦产量对氮肥的反应不同。将8个基因型籽粒平均,施氮处理为4633.5kg/hm2,不施氮处理为2961.4kg/hm2。3施氮对小麦籽粒干物质分配率和收获指数的影响本试验中单位面积株数在基因型间差异不显著,但是单位面积穗数、粒数、单株分蘖数、每穗粒数、千粒重、每穗粒重以及单位面积粒重在基因型间存在极显著差异,同时,施氮对单位面积株数、穗数、粒数、产量和千粒重也有显著的增加作用,这与翟丙年等(2001)的研究结果一致,但是施氮对每穗粒数没有明显影响。有报道,不施氮会严重地降低每穗粒数。随着施氮量增加,产量构成因素中的穗数、穗粒数、千粒重以及产量均显著增加,但当施肥量超过一定水平后(如180kgN/hm2),这些指标就开始下降。本试验中,千粒重最高的品种是NR9405,最低的是陕229;单株分蘖成穗率最高的是矮丰3号,最低的是9430;单位面积产量最高的是为矮丰3号,最低的是NR9405。单位面积籽粒产量不同基因型间存在极显著差异。单位面积籽粒产量从大到小的顺序为矮丰3号、西农2208、偃师9号、陕229、9430、小偃6号、商188和NR9405。施氮能极显著的增加单位面积籽粒产量,施氮处理与不施氮处理相比,将8个基因型籽粒平均,施氮处理为4633.5kg/hm2,不施氮处理为2961.4kg/hm2。籽粒干物质分配率(即收获指数HI)最高的是陕229,为0.49,最低的是小偃6号,为0.39,施氮对收获指数HI没有明显影响。除了在开花期穗干物质分配率在不同基因型间无显著差异之外,无论是在开花期和成熟期,叶片干物质分配率、茎鞘干物质分配率以及成熟期颖壳+穗轴干物质分配率及籽粒干物质分配率(HI)不同基因型间存在显著差异。施氮肥对开花期叶片、茎鞘、穗干物质分配率以及成熟期茎鞘、颖壳+穗轴、籽粒干物质分配率均无显著影响。但是施氮肥能极显著(P<0.01)地提高成熟期叶片的干物质分配率。无论在开花期还是在成熟期冬小麦地上部单株干物质重在不同基因型之间无显著差异,但是明显地受到施氮肥的影响。基施氮肥促进了开花期之后冬小麦在地上部干物质总的累积量。小麦进入开花期之后,籽粒开始灌浆。由于灌浆期营养器官中的物质要向籽粒中发生转移,因此与开花期相比较,在成熟期时叶片、茎鞘的干物质分配率均大辐度下降。开花期时茎鞘干物质分配率在53%～59%,而在成熟期时下降到26%～36%;同样,在开花期时叶片干物质分配率在21%～26%,而在成熟期时下降到9%～12%。表明贮藏器官在小麦籽粒灌浆期间发生了明显的物质转移。本试验中8个不同基因型冬小麦成熟期叶片、茎鞘、颖壳+穗轴和籽粒氮含量存在显著差异,这与前人的研究结果一致,植株各部位氮含量的大小顺序为籽粒>叶片>颖壳+穗轴>茎鞘。HouYou-Liang认为每公倾施N200kg能显著提高各器官氮含量,可能由于本试验条件下的施氮量(90Nkg/h