不同滴灌春小麦品种的氮素吸收规律和氮营养指数

史力超，翟 勇，侯振安，冶 军

(石河子大学农学院，新疆石河子 832003)



不同滴灌春小麦品种的氮素吸收规律和氮营养指数

史力超，翟 勇，侯振安，冶 军

(石河子大学农学院，新疆石河子 832003)

摘要：为探究滴灌春小麦氮素吸收规律和不同生育时期氮营养状况的基因型差异，以新春6号和新春35号为供试材料，设置0、75、150、225、300、375 kg·hm-26个施氮水平，分析滴灌条件下不同春小麦品种在生育期内的氮素吸收曲线、临界值曲线及氮营养指数。结果表明，两个春小麦品种氮素吸收量均随施氮量的增加而增加，新春6号的氮素快速积累期早于新春35号。植株吸氮量的临界值与出苗后天数均呈极显著的二次函数关系(新春6号：y= -0.174 6x2+22.528x+414.02，R2=0.998**；新春35号：y= -0.169 9x2+20.832x+357.13，R2=0.993**)。依据氮营养指数计算，两个春小麦品种的适宜施氮量均在225～300 kg·hm-2范围，且应适当降低出苗后25 d之前和提高出苗后35 d的施氮量。

关键词：滴灌；春小麦；氮素吸收；临界值曲线；氮营养指数

氮素是小麦必需的营养元素之一，直接影响小麦产量与品质的形成。但过多的氮素投入及不合理的氮肥运筹方式在增加小麦生产成本的同时，也会导致氮肥利用率降低[1-2]。作物产量随植株吸氮量的增加呈先增后降的趋势[3]。近年来，滴灌技术在新疆春小麦生产上的应用取得了良好效果，滴灌小麦的面积也逐年扩大[4-5]。滴灌条件下氮素可以随水移动被分配到耕层的不同部位，从而提高小麦氮肥利用率。在新疆干旱区灰漠土中、下等土壤肥力条件下，滴灌小麦氮肥最佳施用量为234 kg·hm-2[6]。也有人认为，滴灌春小麦的氮素积累潜力及最大积累速率随着施氮量的增加均呈先增后降的趋势，且快速积累时间逐渐减少，最佳施氮量为300 kg·hm-2[7]。可见，对该地区滴灌春小麦适宜的施氮量仍有一定争议，这可能与小麦品种及土壤肥力不同有关。此外，有关滴灌春小麦的氮素吸收规律目前也尚不明确。本研究在滴灌条件下通过分析不同小麦品种生育期内氮素吸收曲线、临界值曲线及氮营养指数来评价小麦各生育时期氮素营养状况，以期为滴灌小麦合理施氮提供依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验于2014年在新疆石河子市天业生态园进行，前茬作物为油葵，土壤为灌耕灰漠土，0～30 cm土壤有机质含量16.6 g·kg-1，碱解氮含量68.5 mg·kg-1，速效磷含量16.3 mg·kg-1，速效钾含量189.1 mg·kg-1。

1.2试验设计

供试小麦品种为新春6号和新春35号(两个品种均为当地主栽品种，且需氮量和生育期长短不同)，均于2014年3月31日播种(播量为345 kg·hm-2)，7月11日收获。试验设0、75、150、225、300和375 kg·hm-26个施氮水平(分别用N0～N5表示)，氮肥品种为尿素，每个处理总施氮量中基肥占20%，其余分别于苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期追施，比例分别为15%、30%、15%、10%和10%，追肥在每次取样后第二天进行。总灌水量为6 000 m3·hm-2，其中苗期、拔节期、孕穗期、扬花期、乳熟初期和乳熟末期的灌水量占总灌水量的15%、25%、20%、15%、15%和10%。滴灌带布置为一管四行(即4行小麦1条滴灌带，行距为15 cm，滴灌带幅宽为60 cm)。每个处理重复三次，小区面积为9 m2(3 m×3 m)，小区之间各设50 cm保护行。磷(P2O5)、钾(K2O)作为基肥一次性施入，施用量均为150 kg·hm-2。其他各项管理与大田生产相同。

1.3样品采集与测定

小麦从两叶一心期开始进行破坏性取样，每个小区选取具有代表性的植株10株，取其地上部分，按器官分样，然后在105 ℃烘箱中杀青30 min，75 ℃条件下烘干至恒重，冷却后测定干物质重，粉碎后用凯氏定氮法测定各器官全氮含量。成熟后选取1 m2(1 m×1 m)代表性样段测产。

1.4滴灌春小麦氮素积累的拟合、相对产量和氮营养指数的计算方法

用Logistic模型[8]模拟滴灌春小麦植株氮素积累随出苗后天数的增长特征，其基本模型为y=ym/(1+aebt)

式中y为春小麦氮素积累量；ym为氮素积累的理论最大值；t为出苗后天数；a、b为参数。对拟合方程求1阶、2阶和3阶导数，可得出相应生长曲线的快速生长时段的起始时间(t1)、终止时间(t3)、最大速率(vmax)及其出现的时间(t2)。

Y=Yt/Ym

式中Y为春小麦相对产量；Yt产量实测值；Ym为最大产量。相对产量有助于消除由于地块、田间管理等因素带来的误差。

NNI=Nt/Nc

式中NNI为氮营养指数；Nt为春小麦氮素吸收量的实测值；Nc为春小麦氮素吸收量的临界值。NNI可以直观地反映作物体内氮素的营养状况，NNI=1，氮素营养状况最为适宜；NNI<1，表现为氮素营养亏缺；NNI>1，表现为氮素营养过剩。

2结果与分析

2.1施氮对滴灌春小麦氮素吸收积累的影响及其拟合模型

不同施氮处理下滴灌春小麦的氮素积累趋势基本一致(图1)。从整个生育期来看，春小麦氮素吸收随着氮肥施用量的增加而增加，高氮处理(N5)与低氮处理(N0～N2)间差异显著，且随生育期的延长，不同施氮处理间差异不断增大，各生育时期新春35号氮素积累量略大于新春6号。说明施氮会促进滴灌春小麦吸收积累氮素。

从表1可以得出，滴灌春小麦植株氮素积累速率随着施氮量的增加而增加。利用Logistic模型拟合分析表明，两个小麦品种开始快速积累的时间均以N0最早，其快速积累时间也最短。新春6号干物质积累快速增长期为出苗后21.8～49.5 d(拔节期到抽穗期)，而新春6号干物质积累快速增长期为出苗后27.5～53.4 d(拔节期到抽穗期)，说明新春6号对氮素的吸收积累高峰期较早。

图1　不同施氮水平下滴灌春小麦氮素积累量的动态变化

品种VarietyN水平Nlevel拟合方程Regressionequationt1/dt2/dt3/d△t/dVmax/(kg·hm-2·d-1)R2新春6号N0y=197.27/(1+4.12e-0.1288t)21.832.042.220.46.20.980**Xinchun6N1y=227.60/(1+4.03e-0.1175t)23.134.345.522.36.30.970**N2y=254.57/(1+4.08e-0.1163t)23.835.146.422.66.80.972**N3y=271.89/(1+4.40e-0.1199t)25.736.747.721.97.80.985**N4y=293.69/(1+4.51e-0.1178t)27.138.349.522.58.60.982**N5y=311.15/(1+4.75e-0.1310t)26.236.348.121.99.60.970**新春35号N0y=217.23/(1+5.14e-0.1391t)27.537.046.418.97.20.990**Xinchun35N1y=248.03/(1+4.89e-0.1288t)27.738.048.220.47.90.981**N2y=276.53/(1+4.80e-0.1279t)28.237.548.820.68.60.977**N3y=307.61/(1+4.91e-0.1255t)28.639.149.621.09.60.986**N4y=319.53/(1+5.07e-0.1196t)31.442.453.422.09.40.946**N5y=341.50/(1+5.20e-0.1236t)31.442.152.721.310.40.990**

**：P<0.01

2.2滴灌春小麦植株吸氮量与相对产量的关系

用出苗后25～63 d的春小麦吸氮量分别与相对产量进行回归分析，二者符合线性加平台关系，即当植株吸氮量增加到某一临界值时，相对产量不再增加(图2和图3)。由回归方程可以计算出新春6号出苗后25、35、44、54和63 d氮素吸收的临界值分别为54、171、231、261 和288 kg·hm-2，新春35号分别为40、159、244、287和312 kg·hm-2。当春小麦吸氮量低于临界值时就会造成减产。

2.3滴灌春小麦植株吸氮量临界值与出苗后天数的关系

由图4可知，两品种春小麦出苗后25、35、44、54和63 d的吸氮量临界值。在实际生产中不可能均在出苗后25、35、44、54和63 d 5个时间点施肥。为了得出出苗后任意一天的植株吸氮量临界值，以方便实际应用，将上述5个植株吸氮量临界值(y)与出苗后天数(x)进行回归分析(图3)，建立了回归方程，新春6号为y= -0.169 9x2+20.832x+357.13(R2=0.993 1**)，新春35号为y= -0.174 6x2+22.528x+414.02(R2=0.998 5**)。将出苗后的天数代入拟合方程，就能够计算出与之相对应的植株吸氮量临界值。

图2　新春6号植株吸氮量与相对产量的关系

图3　新春35号植株吸氮量与相对产量的关系

y1：新春6号Xinchun 6；y2：新春35号Xinchun 35

图4春小麦临界吸氮量与出苗后天数的关系

Fig.4Relationship between days after emergence

and values of critical N uptake for spring wheat

2.4滴灌春小麦氮营养指数(NNI)的特点

由图5可以看出，两个品种春小麦的NNI变化趋势一致，在生育期内都呈现出一定程度的波动性，且均随着施氮量的增加而变大。两个品种春小麦低氮处理(N0～N2)的NNI都低于1，表明小区内氮素供应不足，出现了氮亏缺；高氮处理(N5)的NNI都高于1，表明小区内氮素供应充足，甚至过量；中氮处理(N3、N4)始终在1附近变化，表明较适宜的施氮量应在N3和N4之间。两个春小麦品种在出苗后第25天NNI较高，说明出苗后25 d之前的氮肥投入过量。此外，新春6号生育前中期氮营养指数较低，而新春35号生育中后期氮营养指数较低，表明新春6号生育前中期需氮量较高，新春35号生育中后期需氮量较高。

图5　不同氮素水平下滴灌春小麦氮素营养指数的动态变化

3讨 论

滴灌可以将肥料在小麦的不同生育时期随水施用，这有别于常规小麦的施肥方式，因此明确滴灌春小麦生育期总施氮量及不同生育时期植株吸氮量临界值、施氮比例是滴灌春小麦研究的一个重要方面。本研究中，两个春小麦品种植株氮素积累量在各生育时期均随施氮量的增加而增加，这与郭天财等[7]研究结果一致。而刘 其等[7]研究认为，随着施氮量的增加，滴灌春小麦氮素积累量在各生育时期均呈先增后降的趋势。本研究结果与其不同的原因可能是本试验设置的最高施氮量相对较小，没有超过氮素积累量达到最大的施氮量。本研究表明，新春35号氮素快速积累的时间大于新春6号，这与前人[9-10]研究结果有相似之处。

传统种植模式下小麦最佳施肥量确定是以收获时的最高产量(或最佳经济产量)为依据，对氮肥在不同生育阶段的贡献并不清楚，通常将不同阶段的施氮量按固定比例施用。而小麦整个生长过程中对氮肥的需求存在着阶段性的差别[11]。因此，传统施肥量的确定对于快速生长阶段氮肥需求量的估计可能会低于实际需求，而对缓慢生长阶段需肥量的估计则会可能高于实际值。

作物临界氮浓度是作物维持最大产量所需的最低植株全氮浓度。临界氮浓度与植株干物质累积量存在幂函数关系[12-13]。这与本研究模拟氮素吸收临界曲线所用的方法相似。本研究将各生育时期不同施氮量所对应的植株氮素吸收量与相对产量进行回归分析得到各生育时期吸氮量临界值，将各生育时期植株吸氮量临界值与出苗后天数进行回归分析得到氮素吸收临界值曲线，可以计算出任意一天植株氮素吸收的临界值。因此，可以通过测小麦生育期内任意一天的吸氮量，将其与当天氮素吸收的临界值进行比较来判断是否需要施肥。前人基于作物临界氮浓度稀释模型提出氮营养指数(NNI) 的概念，其生物学意义合理，能定量动态描述作物氮营养状况的变化[14-15]。本研究表明，两个春小麦品种适宜的施氮量均在225～300 kg·hm-2范围。生育前期施氮量为225 kg·hm-2时，两个小麦品种的氮营养指数均大于1，而生育中期两个小麦品种均小于1，说明本试验施氮比例前期相对较高，而生育中期相对较低，其中新春6号生育中前期较低，而新春35生育中后期较低。这也说明作物施肥应根据品种吸肥特点进行。

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Absorption Characteristics and Nutrition Index of Nitrogen for Spring Wheat under Drip-irrigation

SHI Lichao,ZHAI Yong,HOU Zhenan,YE Jun

(College of Agriculture, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832003,China)

Abstract:The objective of this experiment was to explore the law of nitrogen absorption and nitrogen nutrition during different growth periods of spring wheat under drip irrigation. The field experiment consisted of six nitrogen fertilizer treatments (0 kg·hm-2, 75 kg·hm-2, 150 kg·hm-2, 225 kg·hm-2, 300 kg·hm-2, and 375 kg·hm-2) using two wheat cultivars (Xinchun 6 and Xinchun 35), to estimate N nutrition index and N absorption curves under drip irrigation. The results showed that N accumulation in both cultivars increased with the increase of nitrogen application, while the rapid-accumulation period of Xinchun 6 was earlier than of Xinchun 35. Quadratic function relationship between the critical values of N absorption and the number of days after seedling was extremely significant (Xinchun 6：y=-0.174 6x2+22.528x+414.02, R2=0.998**; Xinchun 35：y=-0.169 9x2+20.832x+357.13, R2=0.993**). On the basis of N nutrition index, reasonable N application ranged from 225 kg·hm-2to 300 kg·hm-2for two cultivars. Meanwhile, N application before 25 days after seedling should be properly decreased and that at 35 days after seedling should be increased.

Key words:Drip irrigation; Spring wheat; N absorption; Curve of critical values; N nutrition index

中图分类号：S512.1；S318

文献标识码：A

文章编号：1009-1041(2016)03-0302-06

通讯作者：冶 军(E-mail:yejun.shz@163.com)

基金项目：国家科技支撑计划项目(2012BAD42B02)

收稿日期：2015-09-04修回日期：2015-10-31

网络出版时间：2016-03-01

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160301.1338.014.html

第一作者E-mail：shidaslc@163.com