扬辐麦4号小麦不同产量群体氮素吸收利用特性

李春燕，于倩倩，2，贾晴晴，3，张玉雪，朱新开，封超年，郭文善

（1 扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009；2 江苏省泰州市姜堰区农业委员会，江苏泰州 225529；3 上海市松江区农业委员会，上海 201611）

扬辐麦4号小麦不同产量群体氮素吸收利用特性

李春燕1，于倩倩1，2，贾晴晴1，3，张玉雪1，朱新开1，封超年1，郭文善1*

（1 扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009；2 江苏省泰州市姜堰区农业委员会，江苏泰州 225529；3 上海市松江区农业委员会，上海 201611）

【目的】分析扬辐麦4号小麦不同产量群体氮素吸收利用特性，为高产群体氮肥调控提供技术依据。【方法】2008～2010年，在稻麦两熟条件下，采用二因素裂区设计，以施氮量为主区，设 N 187.5、225和262.5 kg/hm23 水平，以氮肥运筹比例为裂区，设基肥 : 壮蘖肥 : 拔节肥 : 孕穗肥为 7 : 1 : 2 : 0、5 : 1 : 2 : 2 和 3 : 1 : 3 : 3 三个水平。分析了不同产量群体阶段氮素积累量、花后氮素输出量与氮肥利用率。【结果】扬辐麦4号小麦高产群体（产量 ≥ 7500 kg/hm2）与中高产群体（7000～7500 kg/hm2）和中低产群体（产量 ≤ 7000 kg/hm2）相比，出苗至越冬期、越冬期至拔节期和拔节期至开花期氮素积累量适宜，开花期至成熟期氮素积累量高；高产群体 100 kg 籽粒吸氮量 2.87～3.01 kg、氮收获指数 0.71～0.80、氮肥吸收利用率为 44%～47%；其氮肥农学效率（17.69～17.96 kg/kg）和偏生产力（34.70～36.07 kg/kg）较高。【结论】扬辐麦4号采用基本苗 150×104/hm2，施氮量 225 kg/hm2条件下，采用基肥 : 壮蘖肥 : 拔节肥 : 孕穗肥分配比例为 5 : 1 : 2 : 2、3 : 1 : 3 : 3 的氮肥运筹方式，可获得最高的花后氮积累量、氮肥利用率以及氮收获指数，较高的氮肥农学效率和氮素利用效率，实现高产高效。

稻茬小麦；高产群体；氮素吸收；氮素利用率

小麦群体的结构与质量是提高小麦单产的基础，合理的小麦群体结构，充分利用光、热、水、气等自然资源，是获得高产的生理基础［1-2］。小麦栽培管理措施中施肥和肥料运筹等直接影响小麦的群体结构和群体内环境条件［3-4］，进而影响小麦产量，其中又以氮肥作用最为显著［5-6］。我国麦类作物氮肥利用率在 28%～41% 之间，平均 35% 左右，远低于世界平均氮肥利用率 50%［7-8］，以往的研究大多针对植株个体，研究其氮素的运转与分配和氮肥利用效率［9-10］，而从不同产量群体氮素吸收运转和利用特征角度研究不多。

本单位于 2011～2015年在江苏省淮南地区新技术展示基点县进行小面积高产技术的示范，在各年度不同气候条件下获得 7500 kg/hm2以上高产。近几年，江苏省小麦平均单产达到 5400 kg/hm2，小麦单产最高的海安县 2015年达到 6675 kg/hm2，与 7500 kg/hm2高产水平仍有差距。扬辐麦4号在江苏省淮南地区推广面积逐年增加，由于群体结构不合理，群体个体矛盾突出，高产潜力未能充分发挥。为此，分析了 2008～2010年扬辐麦4号高产群体（产量 ≥ 7500 kg/hm2）、中高产群体（7000～7500 kg/hm2）以及中低产群体（产量 ≤ 7000 kg/hm2）在阶段氮素积累、花后氮素运转以及氮肥利用率等方面的差异，为扬辐麦4号实现大面积高产稳产栽培提供理论依据和技术支撑。

1　材料与方法

1.1供试品种与材料

试验于 2008～2010年在扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室试验场进行（1 1 9.2 4°E，32.23°N），试验区域属于亚热带季风性湿润气候向温带季风气候的过渡区。土壤类型为轻壤土，前茬为水稻，2008年和 2009年秋播时 0—20 cm 耕层土壤速效氮含量分别为 90.24 mg/kg 和 89.46 mg/kg，速效磷含量为 46.68 mg/kg 和 45.31 mg/kg，速效钾含量为76.98 mg/kg 和 77.84 mg/kg。供试材料为中筋小麦品种扬辐麦4号，由江苏里下河农科所提供。

1.2试验方案

采用二因素裂区设计，施氮量为主区，设187.5、225、262.5 kg/hm2共 3 个水平；氮肥运筹比例为裂区，设基肥 : 壮蘖肥 : 拔节肥 : 孕穗肥=7 : 1 : 2 : 0、5 : 1 : 2 : 2、3 : 1 : 3 : 3 共 3 个比例，基肥于播种前施用，壮蘖肥于 5 叶期时施用，拔节肥于叶龄余数 2.5 叶时施用，孕穗肥于叶龄余数 1.2 叶时施用。磷（P2O5）钾（K2O）肥用量均为 135 kg/hm2，运筹比例为基肥 : 拔节肥=5 : 5。基本苗 150×104/hm2，小区面积 18 m2，重复3次。供试氮肥为复合肥（N : P2O5: K2O 含量均为 15%）和尿素（N 46%），磷肥为磷酸二铵（N 12%、P2O542%），钾肥为氯化钾（K2O 60%）。病虫草害防治按高产田进行。

在越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期取植株样本，分为叶片、茎鞘和穗，105℃ 杀青 30 min，80℃ 烘干至恒重，称重并粉碎，用 H2SO4-H2O2-靛酚蓝比色法测定含氮率［11］。

于小麦成熟期调查单位面积穗数、每穗平均粒数及千粒重（水分13%），每小区人工收割 1.2 m2计产量，重复3次。

1.3相关指标计算和统计分析

氮素相关指标的计算方法如下［10］：

氮肥农学利用率（kg/kg）=（施氮处理籽粒产量-空白区籽粒产量）/ 施氮量

氮肥吸收利用率=（施氮区小麦氮吸收量-空白区小麦氮吸收量）/ 施氮量×100%

氮肥偏生产力（kg/kg）=籽粒产量 / 施氮量

氮素生理利用率（kg/kg）=籽粒产量 / 植株氮积累量

氮素收获指数=籽粒氮积累量/植株氮积累量

100 kg 籽粒吸氮量（kg）=植株氮积累量 / 籽粒产量×100

利用 Microsoft Excel 2010 软件进行数据处理，运用 DPS 7.05 软件进行方差分析，采用 LSD 法比较不同数据间的差异，显著水平设定为 a=0.05。

2　结果与分析

2.1氮素构建的扬辐麦4号不同产量群体分类

两年试验结果表明（表1），当施氮量为 187.5 和225 kg/hm2时，以施氮量 225 kg/hm2、氮肥运筹为5 : 1 : 2 : 2 处理产量最高，与 3 : 1 : 3 : 3 处理差异不显著。当施氮量增加至 262.5 kg/hm2，不同氮肥运筹处理间籽粒产量表现为 7 : 1 : 2 : 0＞5 : 1 : 2 : 2＞3 : 1 : 3 : 3，主要是因为拔节孕穗肥施用比例过高会造成植株倒伏，降低籽粒产量。

表1　施氮量及氮肥运筹对小麦产量的影响Table 1　Effects of nitrogen application on yield formation of wheat

不同群体间按实际产量划分为高产群体（实际产量 ≥ 7500 kg/hm2，n=2）、中高产群体（7000～7500 kg/hm2，n08～09=2，n09～10=3）和中低产群体（实际产量≤ 7000 kg/hm2，n08～09=5，n09～10=4）（表2）。

2.2不同产量群体氮素吸收与利用特性

高产群体氮素总积累量高于中高产和中低产群体，高产群体各生育阶段氮素积累量及积累比率与中高产和中低产群体也存在差异（表3）。三个产量水平，中低产群体在出苗-拔节期氮素积累最高，拔节-开花期和开花-成熟期氮素积累量最低，表明其后期植株中氮素积累量不足；中高产群体在拔节期至开花期氮积累量高于高产群体，开花至成熟期氮积累低于高产群体，也说明其在开花后氮素积累量不足。高产群体氮素积累量与中高产群体及中低产群体差异主要出现在开花-成熟期，该生育阶段高产群体氮素积累量及积累百分比极显著高于其他两个产量群体。高产群体开花前氮积累量平稳增加，开花至成熟期氮素积累量最高，平均达 48.41 kg/hm2，氮素积累百分率均达 23% 以上，中高产群体和中低产群体开花至成熟期氮积累百分率分别为 17.82% 和15.27%。相关分析表明，花后氮素积累量与产量呈极显著正相关，相关系数 r2008～2009=0.89**，r2009～2010=0.94**，说明中低产群体和中高产群体在开花后氮素积累不足，因此，生育前中期群体氮素积累量适中，花后氮素积累量高是实现高产的氮营养基础。

表2　不同产量群体产量构成因素Table 2　Yield components among the different yield level populations

表3　不同产量群体各生育期氮素积累量及积累比率Table 3　Differences in nitrogen accumulation amount and percentage at different stages of wheat among different yield level populations

从表4可以看出，氮收获指数、花后营养器官氮输出量、籽粒氮积累量、100 kg 籽粒吸氮量（2009～2010）均表现为高产群体＞中高产群体＞中低产群体，除 2008～2009年氮收获指数和两年度花后营养器官氮输出量不同产量群体间差异不显著外，其余差异达显著或极显著水平。相关分析表明，花后营养器官氮输出量与籽粒氮积累量呈极显著正相关，两年度相关系数分别为 r2008～2009=0.92**和r2009～2010=0.93**，即提高花后营养器官氮输出量有利于提高籽粒氮积累量。中低产群体百公斤籽粒吸氮量低，加之花后营养器官氮输出量低，影响籽粒中氮素的积累量，最终导致氮收获指数低。在本试验条件下，扬辐麦4号籽粒产量 7500 kg/hm2以上，100 kg 籽粒氮吸收量 2.87～3.01 kg，氮收获指数在0.71～0.79，花后营养器官氮输出量在 98～112 kg/hm2时方可能实现。

表4　不同产量群体氮积累、输出与百公斤籽粒吸氮量Table 4　N accumulation， translocation and requirement for producing 100 kg grain in different yield level populations

两年试验除 2009～2010年度氮肥偏生产力三个产量水平群体间差异未达显著水平外，农学利用率、氮肥吸收利用率、氮素生理利用率均差异显著（表5）。高产群体的氮肥吸收利用率最高，平均为45.56%，高产群体同时还具有较高的氮肥偏生产力和氮素生理利用率，氮肥农学效率 17.82 kg/kg，偏生产力 35.38 kg/kg，氮素生理利用率 38.86 kg/kg，说明施氮量 225 kg/hm2下氮肥运筹为 5 : 1 : 2 : 2 和3 : 1 : 3 : 3 处理，有利于氮肥利用率和氮素生理利用效率两者协同提高，是获得高产的营养基础，且两年度因氮肥吸收利用率变化规律一致，可作为衡量群体氮效率高低的重要指标。

表5　不同产量群体氮肥利用率的差异Table 5　Differences of nitrogen utilization rates among different yield levels population

3　讨论

3.1氮肥对不同产量群体的调控效应

不同产量水平小麦群体结构和产量特征存在较大差异。凌启鸿等［12］以扬麦5号为材料，提出了产量7500 kg/hm2群体质量指标，指出提高后期穗肥比例有利于提高群体质量与茎蘖成穗率。李春燕等［13］提出了弱筋小麦宁麦9号实现优质产量达 6000 kg/hm2的群体质量指标，指出弱筋小麦适度增密、适量减氮、氮肥前移群体结构合理，能协调高产与优质的矛盾。近年来，黄淮麦区提出了超高产小麦（≥ 9000 kg/hm2）氮肥调控技术，主要通过培肥地力，返青期适当控制、拔节至药隔期适时适量肥水促控，使单位面积穗数、粒数和粒重协调，实现超高产［14-16］；张洪程等［17］通过适当增加施氮量、氮肥后移以及增加拔节孕穗肥比例，适度控制无效分蘖，在河南点获得产量 ≥ 9000 kg/hm2的超高产群体；长江中下游麦区也提出了适量施氮、氮肥后移（3 : 1 : 3 : 3）、穗肥在剑叶露尖或孕穗期施用的超高产（≥ 9000 kg/hm2）小麦群体氮肥调控技术，同时也指出过量施氮增产不明显［18］。本研究结果表明，施氮量、氮肥运筹对小麦不同产量群体结构影响并不一致。施氮量由187.5 kg/hm2增加至 225 kg/hm2，通过增穗稳定粒数和粒重增加产量，相同施氮量下氮肥后移处理主要是通过增穗和稳定粒重增加产量，以施氮量为 225 kg/hm2下，氮肥运筹为 5 : 1 : 2 : 2 和 3 : 1 : 3 : 3 两处理产量最高；施氮量增加至 262.5 kg/hm2，三种氮肥运筹处理产量均降低。本试验条件下，基本苗 150×104/hm2，施氮量 225 kg/hm2，氮肥运筹为 5 : 1 : 2 : 2 和 3 : 1 : 3 : 3 处理均创建出高产群体，其产量结构为 穗数 450×104/hm2～530×104/hm2，每穗粒数 38～41 粒，千粒重40～44 g，说明中等施氮量，适当增加孕穗肥施用比例，有利于形成合理的群体结构，易获得高产。

3.2不同产量群体氮素吸收与利用特征差异

在小麦生产中为提高单位面积产量增施氮肥，当施氮量超过适宜值后，氮肥利用率显著降低，经济效益不高，还造成环境污染，不利于生态农业的可持续发展［8］。合理施用氮肥，提高氮肥利用效率成为小麦高产高效栽培的研究重点。有研究表明，相同施氮量，氮肥施用时期后移和基追比例的增加可明显促进小麦氮素的吸收累积［9］，加之小麦拔节-开花期是吸氮峰值期，提高该阶段氮素积累量有利于产量提高［18］，朱新开等指出中强筋小麦要优质高产，关键是提高植株中、后期氮素积累量［19］。本试验结果亦表明拔节至开花是小麦吸氮高峰期，氮积累百分率最高达 47%，高产群体拔节至开花期氮积累量与中高产群体差异不显著。开花至成熟期高产群体氮积累百分率要显著高于其他两群体，说明中低产群体和中高产群体氮素积累过多消耗于前中期无效和低效营养器官的生长，导致花后营养器官氮输出量低，籽粒生产需要的氮素供应不足，且相关分析表明，开花至成熟期氮积累量与产量达极显著的正相关，进一步说明稳定花前氮素积累量是基础，增加小麦花后氮素积累量是关键。Osaki 等［20］研究认为，营养体过量的氮素转移导致叶片早衰及光合能力下降。本试验表明，高产群体花后营养器官氮素输出量均要高于其余两个群体，但与之差异不显著，且开花期高产群体保持较高的LAI值（数据另发表），说明高产群体花后营养器官氮素转移量适中。Hooper等［21］研究得出小麦的氮收获指数 0.71 左右；Silva 等［22］的试验中小麦氮收获指数高达 0.845；Foulkes 等［23］指出在氮素收获指数无显著差异的条件下，提高干物质在不同器官中的分配，特别是干物质在籽粒中的分配比例能提高氮素利用效率。长江中下游稻茬小麦 9000 kg/hm2以上超高产群体氮收获指数为 0.73～0.77［18］，本试验扬辐麦4号高产群体氮收获指数两年度分别为 0.71 和 0.79，与同区域超高产群体相当。张洪程等［17］认为扬州生产 7500 kg/hm2徐麦 25 籽粒吸氮量为 250.2 kg/hm2，本试验中扬辐麦4号高产群体籽粒吸氮量为 215～225 kg/hm2，低于张洪程等［17］研究得到的吸氮量，与朱新开等［19］提出的长江中下游淮南麦区籽粒产量 8200～8500 kg/hm2小麦群体氮素积累量基本一致。氮肥当季利用率是衡量氮效率的重要指标之一，河南砂姜黑土采用深松的耕作方式小麦氮肥利用率由38.1% 提高至 45.81%［24］；稻茬麦区采用基追比例为 3∶3∶4 的运筹方式，小麦氮肥利用率由33.33% 提高至 45.83%［17］。在本试验中，扬辐麦4号高产群体其氮肥的当季利用率为 44.03%～47.09%，远高于我国氮肥平均利用率 35%，已接近世界氮肥利用率水平，说明在长江中下游稻茬麦区，高产小麦品种加上高产配套栽培技术，科学合理施用氮肥，在一定程度上提高氮肥利用率是可行的。

4　结论

扬辐麦4号高产群体（产量 ≥ 7500 kg/hm2）生育前中期要求有适宜的群体氮素积累量，关键是提高花后氮积累量，有利于籽粒氮积累量和氮收获指数的提高。采用基本苗 150×104/hm2，施氮量 225 kg/hm2下，基肥 : 壮蘖肥 : 拔节肥 : 孕穗肥为 5 : 1 : 2 : 2 或 3 : 1 : 3 : 3 的氮肥运筹方式，群体氮肥吸收利用率最高，且具有氮肥农学利用率、偏生产力以及氮素生理利用率较高的特征，实现高产高效。

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Nitrogen accumulation and utilization characteristics of wheat cultivar Yangfumai 4 at different population yield levels

LI Chun-yan1，YU Qian-qian1，2，JIA Qing-qing1，3，ZHANG Yu-xue1，ZHU Xin-kai1，FENG Chao-nian1，GUO Wen-shan1*
（1 Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology / Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu 225009， China； 2 Agricultural Commission of Jiangyan District， Taizhou， Jiangsu 225529， China； 3 Agricultural Commission of Songjiang District， Shanghai， 201611， China）

【Objectives】Nitrogen accumulation and nitrogen use efficiency of wheat Yangfumai 4 at different yield levels was studied for acquiring more than 7500 kg/hm2yield level included.【Methods】From 2008-2010， field experiments were conducted using three levels of yield population，high yield level population（≥ 7500 kg/hm2）， medium to high yield level population（7000-7500 kg/hm2）and low to medium yield level population（≤ 7000 kg/hm2）. The split-plot design three application rates of nitrogen（187.5， 225 and 262.5 kg/hm2）， and three nitrogen allocation ratios of basis: tillering: elongation: booting（7 : 1 : 2 : 0， 5 : 1 : 2 : 2 and 3 : 1 : 3 : 3）in the rice-wheat rotation system. The nitrogen accumulation， nitrogen translocation after anthesis different growth stages and nitrogen fertilizer use efficiencies were analyzed.【Results】 Compared to the midium high and midium low populations， the N accumulation amounts（NAA）of the high yield population from sprouting to wintering， from wintering to elongation and from elongation to anthesis were suitable， and the NAA from anthesis to maturity was higher； The N uptake to produce 100 kg grain， N harvest index，agronomic efficiency， recovery efficiency and partial factor productivity of the high yield population were 2.87-3.01 kg， 0.71-0.80， 17.69-17.96 kg/kg， 44%-47% and 34.70-36.07 kg/kg， respectively.【Conclusions】For the cultivar Yangfumai 4 under planting density of 150×104/hm2， nitrogen amount of 225 kg/hm2， and nitrogen allocation ratios of 5 : 1 : 2 : 2 and 3 : 1 : 3 : 3 will achieve yields higher than 7500 kg/hm2. The NAA after anthesis， nitrogen fertilizer use efficiency and nitrogen harvest index will be the highest and the nitrogen agronomic efficiency and nitrogen utilization efficiency will be high.

wheat following rice； high yield population； nitrogen uptake； nitrogen use efficiency

S512.1； S506

A

1008-505X（2016）05-1196-08

2015-10-19接受日期：2016-01-01

扬州市自然科学基金青年科技人才项目（YZ2014035）；江苏省自主创新专项［CX（15）1002］；江苏省科技支撑计划（BE2015340）；江苏高校优势学科建设工程资助项目；扬州大学 “ 高端人才支持计划 ” 项目资助。

李春燕（1977—），女，江苏淮安人，博士，副教授，主要从事小麦优质高产栽培与生理研究。E-mail：licy@yzu.edu.cn

Tel：0514-87979300，E-mail：guows@yzu.edu.cn