播后镇压和冬前灌溉对冬小麦干物质转移和氮素利用效率的影响

张 迪，王红光，贾 彬，李东晓，李瑞奇，李雁鸣

(河北农业大学农学院/河北省作物生长调控重点实验室，河北保定 071000)

播后镇压和冬前灌溉对冬小麦干物质转移和氮素利用效率的影响

张 迪，王红光，贾 彬，李东晓，李瑞奇，李雁鸣

(河北农业大学农学院/河北省作物生长调控重点实验室，河北保定 071000)

为明确播后镇压和冬前灌溉对高产冬小麦干物质和氮素转移及氮素利用效率的影响，以冬小麦品种石新828和石麦12为材料，采用裂区田间试验，于开花期和成熟期，测定不同器官的干物质和氮积累量和转移量、籽粒产量、蛋白质产量、氮吸收效率和氮肥生产效率。结果表明，冬灌和镇压处理下，2个品种开花期和成熟期的干物质积累量下降，开花前各营养器官干物质的转移量、转移率及对籽粒的贡献率均降低，但开花后籽粒中的干物质积累量增加。冬灌处理小麦成熟期的总干物质积累量和产量下降。冬灌处理下，石新828开花后籽粒中的氮积累量增加，开花后氮素对籽粒的贡献率提高，但各器官的氮转移量显著降低，籽粒氮积累总量显著减少，氮吸收效率下降；冬灌对石麦12成熟期籽粒氮素积累量影响不显著。与不镇压相比，镇压处理下，2个品种开花期的氮积累总量和不同器官中的氮积累量均降低，而成熟期各器官氮积累量及分配比例的差异均不显著。镇压处理与不镇压处理相比，2个品种开花前营养器官中的氮转移量、转移率和贡献率均降低，但是开花后的氮积累量及其对籽粒氮的贡献率提高，其中，镇压的石麦12开花前氮转移量、贡献率和开花后氮积累量、贡献率与不镇压的差异达显著水平；成熟期籽粒氮素积累量的差异不显著。建议在足墒播种条件下不必进行冬灌，应根据播种前后土壤和水分条件确定是否需要镇压。

冬小麦; 冬前灌溉; 播后镇压; 产量; 干物质转移; 氮素利用效率

河北省冬季寒冷少雪，水资源严重匮乏，氮肥利用效率低[1]。该地区由于前后茬作物接茬时间短，常因播种质量问题导致小麦出苗率低、形成苗弱以及越冬死苗的现象[2]。因此，防冻保苗以提高小麦产量，是该地区急需解决的问题。冬前灌溉(以下简称冬灌)曾长期被作为冬小麦越冬保苗的措施，播后镇压也能提高出苗质量，但关于播后镇压和冬灌对小麦干物质积累、氮素利用效应的研究结果不尽相同。有研究表明，小麦籽粒中的氮来自开花后吸收的氮和开花前营养器官贮藏氮的再分配[3]；冬灌是影响小麦开花前氮素积累和转运的重要因素之一[4]。党建友等[5]报道，在山西南部地区，氮肥全部底施配合灌越冬水，能获得较高的小麦产量及较高的水分和氮素利用效率。褚鹏飞等[6]研究表明，冬小麦灌拔节水和开花水，可以获得理想的产量和水分利用效率。冬灌促进土壤硝态氮向深层淋溶，是沙土地降低氮肥利用效率的主要原因[7]；不是特别干旱和寒冷的年份，可以不灌越冬水[8]；为了预防冻害，应该采取镇压措施[9]。镇压可改变土壤紧实度和三相比，影响土壤中氮的氧化还原反应，改变土壤氮的供给能力，并通过增加根系与土壤的接触，促进氮的吸收[10]。但土壤过度紧实使根系生长量减少，从而减少对土壤养分的吸收[11]。Lal[12]报道，与不镇压相比，镇压玉米的氮素吸收量减少23.2%。但关于北部冬麦区播种后镇压和冬灌对冬小麦营养器官中干物质和氮素转移、氮素利用效率的影响研究较少。本研究就播种后镇压和冬灌对2个冬小麦品种干物质和氮素转移及氮素利用效率的影响进行探究，旨在明确这些技术措施对高产冬小麦的效应，为确定兼顾节水和简化栽培的管理措施提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验材料为冬小麦品种石麦12和石新828。试验于2012-2013年冬小麦生长季在河北省高碑店市进行。试验地为壤土，前茬为花生，施底肥前0～20 cm土层土壤养分为：有机质13.9 g·kg-1，碱解氮95.47 mg·kg-1，速效磷13.32 mg·kg-1。每公顷施N 240 kg、P2O5138 kg、K2O 108 kg。磷、钾肥全部底施，氮肥按底肥和拔节期追肥各50%施用。春季在拔节期和开花期各灌水1次。

试验采取裂区设计，主区是灌溉，分为不冬灌和冬灌；副区是播种后镇压，分为镇压和不镇压。小区面积4 m×20 m(80 m2)，3次重复。2012年10月11日12 cm等行距机械播种，播种后次日用石磙进行镇压处理。基本苗255万·hm-2。11月23日灌溉。2013年6月16日收获。其他田间管理均同当地高产田。

1.2 测定项目和方法

于开花期和成熟期在各小区取植株样品。开花期将植株样品分为叶片、茎秆+叶鞘(简称茎鞘)和穗3部分；成熟期分为叶片、茎鞘、颖壳+穗轴(简称穗)、籽粒4部分。于105 ℃杀青30 min，75 ℃烘干至恒重，粉碎后用H2SO4-H2O2法消煮，用AA3流动分析仪(德国SEAL公司生产)测定氮含量。用以下公式[13-14]计算相关指标：

氮积累量=干物质积累量×含氮量；

营养器官干物质(氮)转移量=开花期营养器官干物质(氮)积累量-成熟期营养器官干物质(氮)积累量；

开花后干物质(氮)积累量=成熟期干物质(氮)积累量-开花期干物质(氮)积累量

营养器官干物质(氮)转移率=营养器官干物质(氮)转移量/开花期营养器官干物质(氮)积累量×100%；

开花前营养器官干物质(氮)对籽粒的贡献率=营养器官干物质(氮)转移量/成熟期籽粒干物质(氮)积累量×100%；

开花后干物质(氮)对籽粒的贡献率=开花后干物质(氮)积累量/成熟期籽粒干物质(氮)积累量×100%；

器官的氮分配比例=器官的氮积累量/植株氮积累量×100%；

氮素吸收效率=植株氮积累量/施氮量

氮肥生产效率=籽粒产量/施氮量

籽粒蛋白质产量=籽粒产量×籽粒蛋白质含量

1.3 数据处理

用EXCEL 2003 和SPSS version 19.0进行数据统计、分析。

2 结果与分析

经方差分析发现，播后镇压与冬灌对各项被测指标的交互作用均不显著，因此只对2种措施的主效应进行分析。

2.1 播后镇压和冬灌对小麦干物质转移的影响

由表1可见，冬灌和镇压处理下，2个小麦品种开花期和成熟期的干物质积累量、开花前营养器官干物质转移量、转移率及对籽粒干重的贡献率均显著降低，但开花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率显著增加。与不冬灌相比，冬灌处理石麦12和石新828开花前干物质转移量分别降低了787.28和614.60 kg·hm-2，而开花后干物质积累量分别增加744.49和293.12 kg·hm-2，均与不冬灌处理的差异显著；由于开花后干物质积累量的增加量少于开花前干物质转移的减少量，因此冬灌处理小麦的总干物质积累量降低。与不镇压相比，镇压处理的石麦12和石新828开花前干物质的转移量分别降低了523.82和332.82 kg·hm-2，而开花后干物质积累量分别增加533.53和408.20 kg·hm-2，均与不镇压处理的差异显著，两个品种的总干物质积累量在镇压与不镇压处理间差异均不显著。

2.2 播后镇压和冬灌对小麦开花期和成熟期各器官氮素积累和分配的影响

从表2可以看出，冬灌处理下，2个品种开花期叶片、茎鞘和穗中的氮积累量和总氮积累量都降低。其中，石新828不同器官氮积累量和总氮积累量与不冬灌的差异均达显著水平，石麦12茎鞘的氮积累量和总氮积累量与不冬灌的差异达显著水平。从分配比例来看，石麦12冬灌处理叶片中的氮分配比例显著增加，茎鞘中的分配比例显著减少，穗中的分配比例与不冬灌的差异不显著；石新828冬灌处理穗中的氮分配比例显著升高，而在叶片和茎鞘中的分配比例与不冬灌的差异不显著。说明冬灌对2个小麦品种氮的积累量和在不同器官的分配比例的影响存在一定差异。与不镇压相比，2个品种镇压处理后，开花期的总氮积累量和不同器官中的氮积累量均有所降低，仅石麦12叶片和穗中的氮积累量及总氮积累量差异显著。2个品种镇压与不镇压处理小麦开花期各器官中的氮分配比例差异均不显著。

冬灌对2个小麦品种成熟期不同器官氮积累量和分配比例的影响不同(表3)。与不冬灌比较，冬灌的石新828不同器官氮积累量和总氮积累量均显著降低，茎鞘中的氮分配比例也显著降低，但籽粒中的氮分配比例提高。冬灌对石麦12不同器官氮积累量和分配比例的影响均不显著。镇压对成熟期2个品种不同器官的氮积累量和总氮积累量及其分配比例影响均不显著。

表1 播后镇压和冬灌对小麦干物质的影响

同列数据后的不同小写字母表示相同品种不同处理间的差异在0.05水平显著。下同。

Different small letters following data mean significant difference among different treatments at 0.05 level. I: Irrigation; NI:No irrigation; C:Compaction; NC:No compaction；DMA：Dry matter accumulation.The same below.

表2 播后镇压和冬灌对小麦开花期氮积累量和分配比例的影响

2.3 播后镇压和冬灌对小麦各器官氮素转移的影响

由表4可见，冬灌对2个小麦品种不同器官开花前氮素转移的影响不尽相同。与不冬灌相比，冬灌的石麦12的茎鞘开花前氮素向籽粒的转移量和转移率以及总氮转移量显著降低；石新828开花前叶片、茎鞘及总氮的转移量均显著降低，但开花前氮素的转移率与不冬灌的差异均不显著；2个品种开花前氮素对籽粒氮的贡献率均与不冬灌的差异不显著。2个品种冬灌处理开花后籽粒的氮积累量与对籽粒的贡献率都有所提高，但与不冬灌的差异均不显著。

镇压处理2个品种开花前营养器官氮转移量、转移率和对籽粒的贡献率都有所降低，开花后氮积累量与对籽粒的贡献率提高。其中，镇压的石麦12开花前氮素转移总量和对籽粒氮的贡献率显著低于不镇压，而开花后的氮积累量和对籽粒氮的贡献率显著高于不镇压。

2.4 播后镇压和冬灌对小麦产量和氮素利用的影响

由表5可见，与不冬灌相比，冬灌的石新828籽粒产量、蛋白质产量和氮素吸收效率均显著降低。表明冬灌不利于石新828对氮素的吸收利用。冬灌对石麦12产量和氮素利用的影响不显著。镇压处理对石新828、石麦12的产量和氮肥效率的影响均不显著。说明冬灌和镇压对小麦产量和氮素利用效率的影响在2个品种间稍有差异，镇压的影响比冬灌小。

表3 播后镇压和冬灌对小麦成熟期氮积累量和分配比例的影响

表4 播后镇压和冬灌对小麦开花后氮积累和开花前氮转移及其对籽粒氮贡献率的影响

表5 播后镇压和冬灌对小麦籽粒产量和氮肥利用效率的影响

3 讨 论

3.1 冬灌对冬小麦干物质和氮素转移的影响

研究表明，小麦中后期增加灌溉次数，具有减少开花前干物质向籽粒转移的效应[15]。本研究结果表明，冬灌可使开花前干物质向籽粒的转移量、转移率和贡献率降低。与不冬灌相比，冬灌处理小麦开花后的干物质积累量和对籽粒的贡献率有所增加，但开花前干物质转移量的减幅更大，因此造成产量下降。说明冬灌处理使开花前干物质转移量降低是产量降低的主要原因。本研究中，灌浆后期阴雨寡照，光合作用降低，开花后的干物质生产较少。综合上述结果，在不利天气条件下，开花前干物质积累量对维持籽粒产量的相对稳定至关重要。

籽粒蛋白质含量是小麦的重要品质指标之一。籽粒蛋白质含量与开花前和开花后氮吸收量、开花前营养器官的氮积累量及开花后向籽粒的转移量和转移比例有关[16]。灌水处理是影响开花前氮素对籽粒氮贡献率的决定因素[17]。关于水分对氮素转移的影响，赵 辉等[18]研究发现，干旱处理可使冬小麦营养器官开花前氮素的运转量和运转率提高。段文学等[19]研究表明，与不灌水相比，灌拔节和开花水可使开花后营养器官氮素向籽粒的转移量和转移率增加，成熟期籽粒氮素积累量及分配比例提高。姜 东等[20]则认为干旱可使小麦开花前氮素的转移量减少。张永丽等[4]认为，冬灌处理对开花前植株氮素向籽粒转移的影响因品种而异。本研究表明，冬灌处理使2个品种开花后的干物质和氮素转移量及成熟期籽粒含氮量都有所降低，成熟期籽粒含氮量降低是由于开花前营养器官积累的氮素对籽粒的贡献率减少所致，与王小燕等[15]的结果类似。综上所述，冬灌对冬小麦干物质和氮素转移的影响因小麦品种、栽培条件及气候等因素而异。

3.2 播后镇压对冬小麦干物质和氮素转移的影响

土壤是植物生长的基础，土壤紧实度影响土壤养分有效性及其在土壤中的迁移和植物根系发育，最终会影响植物对养分的利用[21-22]。土壤紧实度对植物的影响因植物种类、镇压力度、镇压时间等因素而不同[23-25]。土壤紧实度过低和过高都造成大麦地上部生物量减少[26]。本研究表明，镇压可使小麦开花前营养器官的贮藏物质向籽粒的转移量减少，但开花后干物质的积累量增加，因此，对产量的影响较小。前人的研究多是模拟大型机械压实土壤或者常年不良耕作方式造成土壤紧实度胁迫，镇压力度较大。本研究采用的播后镇压处理是为了适当增加土壤紧实度，使种子与土壤充分接触，使用小型镇压机具，镇压力度较小，因此与前人的研究有着本质的区别。

Ahmad等[21]报道，随着镇压次数的增加，小麦的氮素吸收量减少，但以较小力度镇压2遍的处理与不镇压处理之间差异不显著。这也从侧面说明，在适度镇压力度下，镇压对作物的氮素吸收没有显著影响。贺明荣等[27]报道，提高土壤紧实度对小麦籽粒的品质无显著影响。本研究表明，镇压处理可使小麦开花前的氮积累量低于不镇压处理，但镇压处理花后氮积累量明显提高，成熟期总氮积累量和籽粒氮积累量与不镇压处理差异不显著。因此，针对生产中存在的土壤紧实度不够，影响小麦出苗等问题，可以采取播后镇压措施。

3.3 冬灌和播后镇压对冬小麦产量和资源利用效率的影响

提高水分和氮肥利用效率是目前农业生产中需要解决的关键问题。作物的籽粒产量与灌水量之间呈抛物线关系，合理搭配灌水时期和灌水量均能提高水分利用效率[28]。本研究表明，冬灌后2个品种的产量和氮素利用效率均有不同程度下降，冬灌后石新828的氮肥生产效率和氮素吸收效率降低，而对石麦12的影响较小。说明在本试验条件下，冬灌并不利于提高水分利用效率，对氮素利用效率的影响因小麦品种而异。与冬灌的效应相比，播种后镇压对2个小麦品种产量和氮素利用效率的影响都比较小。因此，应根据播种前后的土壤和水分条件确定是否需要镇压。而从提高资源利用效率角度出发，在与本研究类似的高产栽培的足墒播种条件下，可以免去冬灌措施。

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Effect of Post-Sowing Soil Compaction and Pre-Winter Irrigation on Dry Matter Translocation and Nitrogen Use Efficiency of Winter Wheat

ZHANG Di, WANG Hongguang, JIA Bin, LI Dongxiao, LI Ruiqi, LI Yanming

(College of Agronomy, Hebei Agricultural University/Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province, Baoding, Hebei 071000, China)

In order to clarify the effects of post-sowing soil compaction and pre-winter irrigation on the translocation of dry matter and nitrogen and nitrogen use efficiency of high-yielding winter wheat, a field experiment was carried out, using two wheat cultivars, Shimai 12 and Shixin 828. The experiments were designed as split plots.The amounts of dry matter and nitrogen accumulation and translocation in different organs at anthesis and maturity, grain yield, grain protein content, nitrogen absorption efficiency and nitrogen fertilizer production efficiency of wheat were determined. The results showed that under the treatments with pre-winter irrigation and post-sowing soil compaction, the amount of dry matter accumulation at anthesis and maturity of the two cultivars was decreased, and the amount and rate of pre-anthesis dry matter translocation from vegetative organs, and the contribution rate of pre-anthesis dry matter to grain weight of the two cultivars were also decreased, but post-anthesis dry matter accumulation amount in grains of the two cultivars were increased. The dry matter accumulation of wheat plants at maturity and grain yield of the two cultivars were decreased under the treatments with pre-winter irrigation. The amount of post-anthesis nitrogen accumulation in grains was increased, and the contribution rate of post-anthesis nitrogen accumulation to grain nitrogen was increased in Shixin 828, but the translocation amount of pre-anthesis accumulated nitrogen to grain was significantly reduced, so that the total amount of grain nitrogen and nitrogen absorption efficiency was decreased. For Shimai 12, however, the effect of pre-winter irrigation on grain nitrogen accumulation amount at maturity was not significant. Comparing with the treatments without post-sowing compaction, the amount of nitrogen accumulation in different organs and whole plants of wheat with post-sowing compaction was reduced at anthesis in the two cultivars. At maturity, however, the difference of nitrogen accumulation amount and distribution percentage in all organs of both cultivars was not significant. Compared with those without compaction, the translocation amount, translocation rate and contribution rate to grain nitrogen of pre-anthesis accumulated nitrogen in vegetative organs were decreased, but the accumulation amount and contribution rate to grain nitrogen of post-anthesis accumulated nitrogen were increased in the treatments with post-sowing compaction for both cultivars.For Shimai 12, all the differences of amount and contribution rate to grain nitrogen of pre- and post-anthesis accumulated nitrogen were significant between the two treatments. The difference of nitrogen amount accumulated in grains at maturity was not significant. It is suggested that, pre-winter irrigation is unnecessary with adequate soil moisture when sowing of wheat. Whether post-sowing compaction is needed should be determined according to pre- and post-sowing soil moisture of winter wheat.

Winter wheat; Pre-winter irrigation; Post-sowing compaction; Grain yield; Dry matter translocation; Nitrogen use efficiency

时间：2017-04-07

2016-08-05

2016-11-02 基金项目：国家现代农业产业技术体系项目(CARS-3-2-3) 第一作者E-mail：zhangdi0101@sina.com 通讯作者：李雁鸣(E-mail:nxzwst@hebau.edu.cn; liym315@126.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)04-0535-08

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