施硫对冬小麦水分积累分配及产量的影响

施硫对冬小麦水分积累分配及产量的影响

水资源匮乏和时空分布不均是中国北方平原农业可持续发展的主要限制因素。研究表明,土壤含水量的多少对小麦干物质的积累有显著的影响,水分亏缺造成的减产超过其它因素所导致产量损失的总和。作物的水分亏缺补偿效应不仅发生在干旱复水条件下,在干旱后增加肥料使用也可以产生补偿效应。通过施肥来补充土壤营养物质不仅能解除这一胁迫因子的影响,而且通过调节植物的生理过程,有效地提高作物产量,补偿水分不足造成的损失。适量的灌水可以提高水分利用效率,并且有利于干物质的积累,提高小麦产量。硫是作物生长发育的重要营养元素,在作物的生长代谢和抗逆栽培中发挥着重要的作用。李贵宝对河南农田土壤硫含量研究表明,缺硫样本数占样本总数的63.4%,主要是由于农业生产中不含硫肥料的施用和氮肥施用量增多,导致土壤养分失衡,土壤缺硫日益加剧。谢迎新等研究表明,施用硫肥对提高群体和旗叶光合速率以及硝酸还原酶活性等具有重要的作用;祝小捷等研究认为,硫氮配施增加了冬小麦叶片、茎、鞘、颖壳和穗轴等营养器官花前贮藏干物质;沈学善等研究表明,施硫处理不仅可提高开花期营养器官干物质和氮素积累量,还可促进其向子粒的转运。还有研究认为,施硫可提高小麦生育后期旗叶中抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统酶活性及含量,对缓解生育后期灾害、延缓小麦衰老是有益的。但是,前人对施硫和灌水单项研究较多,且多集中在灌水次数或施硫量对小麦干物质积累及产量等方面,而不同灌水条件下施硫对冬小麦生育后期碳、氮、硫物质积累的研究较少。本试验在前人研究的基础上,设置不同灌水处理和施硫水平,探讨其对冬小麦碳、氮、硫物质积累分配及子粒产量的影响,以期为采取水肥合理运筹的方式,实现小麦高产、高效提供理论依据。1材料和方法1.1供试土壤和施肥田间试验于2009年10月14日至2010年6月17日在河南农业大学科教示范园区进行。试验点位于E113°35′,N34°51′,属北温带大陆性季风气候。年平均气温14.2~14.3℃,气温日较差年平均11.0~11.2℃,年平均降水量580~630mm,年平均日照时数2300~2400h。小麦生育期间降水量为181.1mm,试验期间降水量和温度变化见图1。供试土壤为砂壤土,播种前0—30cm土壤有机质含量8.3g/kg,全氮0.87g/kg,速效磷24.44mg/kg,速效钾124.32mg/kg,有效硫含量18.4mg/kg,含水量18.82%,pH8.62。供试冬小麦选用大穗型品种兰考矮早8(LankaoAizao8)和多穗型品种豫农949(Yunong949)。试验采用裂裂区设计,3次重复。以品种为主区,灌水次数为副区,设:不灌水(W0),仅灌拔节水(W1),灌拔节水和开花水(W2)3个处理,每次灌水定额为90mm,灌水量用水表计量;施硫为副副区,设2个施硫水平:不施硫对照(S0)和施硫60kg/hm2(S60)。各处理均施N179.4、P2O5103.5、K2O90kg/hm2。所用肥料为尿素(含N46.3%),磷酸二铵(含N18%、P2O546%),氯化钾(含K2O60%),硫肥为单质硫。小区面积2.9m×7m。磷、钾肥和氮肥的50%,硫肥的50%作基肥施用,硫肥撒施后人工翻入,其余50%的氮肥和50%的硫肥于拔节期人工开沟追施。小麦于10月14日播种,三叶期定苗,兰考矮早8和豫农949分别为420×104和180×104株/hm2。其它栽培管理措施按一般高产田进行。1.2装置使用及分析方法干物质的测定:于越冬期、返青期、拔节期,每小区拔取5株,按叶、茎+鞘分离;开花期和成熟期,选取生长一致的10个单茎,按叶、茎+鞘、穗轴+颖壳、子粒分离,105℃杀青,80℃烘至恒重,称其干重。产量及产量构成因素:成熟期对固定样点进行调查,计算两样点平均穗数。随机选取10株,进行室内考种分析,千粒重按12.5%含水量测定,按2.9m×2m小区面积收获计产,折算每公顷产量。植株碳、氮、硫的测定:将成熟期所保留的样品烘干至恒重,用高速粉碎机粉碎,并过0.15mm筛,采用碳氮硫分析仪(varioMAXCNS,Germany)进行分析。样品在1145℃下燃烧,燃烧气体经干燥、清洁、还原后,形成的气体混合物(N2、CO2、SO2)在He载气流里以各自成分通过三根“吹扫-捕集”的吸附解吸柱进行分离,然后进入热导检测器(TCD),利用检测器信号、样品重量和储存的校准曲线以及和仪器相连的计算机计算元素浓度(%)。试验数据采用SPSS15.0统计分析软件分析处理。2结果与分析2.1在不同的灌溉条件下，硫的使用对冬小麦干物质的积累和分配的影响2.1.1不同处理下豫农979开花期和成熟度积累量s10随着生育时期推进,两品种干物质积累量逐渐增大,在成熟期达到最高值;越冬期、返青期和拔节期干物质的累积量无显著差异(图2)。S60水平下,豫农949开花期和成熟期积累量均表现为:W2显著高于其它处理;兰考矮早8开花期W0处理达到最大值,处理间无显著差异,成熟期以W1处理显著高于其它处理。开花期和成熟期干物质积累量均表现为S60显著高于S0,表明施用硫肥有利于生育后期植株地上部干物质积累,为产量提高奠定基础。2.1.2施硫肥对豫农19949干物质积累的影响表1看出,两品种成熟期干物质在不同器官中的积累量和分配依次为:子粒>茎+叶>穗轴+颖壳。S60水平下,两品种随灌水次数的增加各器官干物质积累量提高,且都在W2处理达到最高,而各器官分配在不同灌水处理间无显著差异。施用硫肥增加了豫农949各器官干物质的积累量,且在茎+叶、穗轴+颖壳中达到显著差异;兰考矮早8处理间干物质积累量仅在穗轴+颖壳中达显著差异。不同器官干物质分配表现为:施硫降低了豫农949干物质向子粒的分配,兰考矮早8则表现出相反的趋势,但处理间无显著差异。本试验条件下,施硫60kg/hm2结合灌水1~2次提高了干物质在各器官的积累量,品种间差异显著。2.2施硫肥对子粒中氮含量的影响成熟期不同器官中氮的含量依次为:子粒>茎+叶>穗轴+颖壳(表2)。S60水平下,两品种子粒、穗轴+颖壳中氮的含量均表现为:W0>W2>W1,W0与W1达显著差异;茎+叶中氮含量豫农949表现为W2>W1>W0,而兰考矮早8则表现为:W0>W2>W1。W0与其它处理达显著差异,表明干旱条件下施用硫肥有利于提高子粒中氮的含量。S0水平下,豫农949茎+叶、穗轴+颖壳中氮含量表现为:W2>W1、W0,W2与W0达显著差异,兰考矮早8则表现出W0>W1、W2。两品种子粒中氮含量均表现一致的趋势:W0>W2>W1,W0与W1达显著差异。S0与S60相比,施用硫肥提高了两品种茎+叶中氮含量,显著提高了豫农949子粒中氮含量,而兰考矮早8的子粒、穗轴+颖壳氮含量表现相反趋势,表明不同基因型对硫反应不同。表2还看出,不同器官中硫的含量依次为:茎+叶>穗轴+颖壳>子粒,S60水平下,两品种子粒硫的含量均为W0高于其它处理,穗轴+颖壳、茎+叶中硫含量则表现为W1、W2高于W0。S0水平下,各处理间子粒中硫含量无显著差异,穗轴+颖壳、茎+叶中硫含量均表现为W2高于或显著高于其它处理。子粒中硫含量S60显著高于S0,茎+叶、穗轴+颖壳中无显著差异。子粒中硫含量的增加,必然会影响其品质和加工性状。2.3兰考矮早8与s10不同处理对产量和品质的影响两品种随灌水次数增加子粒产量逐步提高,均在W2水平下达到最大值。表3看出,相同灌水次数下,豫农949的子粒产量显著提高;在W2、W1条件下,施用硫肥增产率分别达2.57%和5.51%,W0增产高达9.39%;兰考矮早8仅在W2处理增产达8.97%。两品种产量最大值均出现在S60W2处理,且较S0W0处理分别增加28.56%和34.29%。两品种不同处理间成穂数表现不同,豫农949表现为S60高于或显著高于S0;兰考矮早8表现出相反的趋势,但穗粒数均表现为S60高于或显著高于S0。豫农949在S60和S0条件下,W2千粒重均显著高于W1和W0;兰考矮早8仅在S60条件下W2千粒重高于或显著高于W1、W0。两品种子粒产量及其构成因素表现不同,反映了不同基因型对灌水和硫肥的响应差异,同时也表明干旱胁迫下施硫对提高小麦子粒产量有积极作用。3施硫肥对小麦干物质积累及分配的影响研究表明,灌底墒水和拔节水有利于提高拔节期之后的干物质积累量和总的干物质积累量,过量灌溉不利于拔节至成熟阶段的干物质积累。李世清等研究表明,在水分胁迫时,施用肥料,叶绿素含量、叶片强度和净光合速率增加。硫是作物叶绿素合成和ATP磺酰活性所必需。有研究认为,施用硫肥能促进全生育时期的群体和旗叶净光合速率,尤其是适量基施配合拔节期追施可维持小麦生育后期较高的群体光合速率,对后期子粒和产量的提高起重要作用;朱云集等认为,基施纯硫或基施与拔节期追施各50%,能显著地提高群体光合速率,增大干物质积累,进而提高产量。本试验在底墒充足的基础上,补施硫肥,减少灌水次数,也显著提高小麦生育后期(开花期和成熟期)干物质积累量。有关成熟期冬小麦干物质积累及分配研究多集中在水、氮及水氮交互方面。郑成岩等研究表明,拔节期灌水、开花期不灌水有利于干物质向子粒分配,进而利于子粒产量的提高。有研究认为,控制100cm以内土层土壤含水量为田间最大持水量的55%左右,施用磷肥能提高花前储存同化物的运转量、运转率及对子粒的贡献率,而土壤水分含量的增加降低了颖壳+穗轴的干物质积累量和比例。本试验结果表明,随着灌水次数的增加各器官干物质积累量提高,且以子粒的积累量最大,施硫增大茎+叶、穗轴+颖壳分配量,而子粒分配量处理间无显著差异。小麦的氮素代谢和硫素代谢之间存在密切联系,关于硫对小麦品质和碳、氮转运的影响及不同小麦品种氮、硫积累特性的研究较多。祝小捷等研究表明,中氮和高氮水平下施硫增加了氮素的运转量,提高了植株对氮的吸收利用和碳物质积累。Salvagiotti等的研究结果也表明,硫肥可协调土壤养分平衡,提高氮素利用率;王东等认为,小麦植株的氮素积累量与硫的积累量呈极显著正相关。本研究采用碳、氮、硫分析仪,通过对灌水、施硫条件下小麦植株碳氮硫含量分析,表明施硫显著提高了豫农949子粒中氮和硫的含量,而兰考矮早8仅提高了子粒中硫的含量。子粒中氮、硫含量的提高对改善小麦品质有重要作用。小麦子粒产量的形成,大部分是从叶片和茎秆向子粒转移。在土壤缺硫的条件下,一定施硫范围内,小麦产量随施硫量的增加而提高;也有研究表明,施硫可以增加小麦小花数分化,减少不育小花数,从而增加穗粒数而提高产量。本研究看出,施硫提高了两品种的穗粒数、千粒重及产量,其中豫农94