氮素运筹对滴灌春小麦生长及光合特性的影响

2019-08-05张建芳比拉力艾力王冀川石元强孙婷张迪

塔里木大学学报 2019年2期

张建芳比拉力·艾力王冀川石元强孙婷张迪

（塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300）

作物的生长受到多方面因素的影响，其中施肥（尤其是氮肥）是重要的影响因素之一［1]，生产中，通过不同的施肥措施，调控作物生长发育，以促进作物实现高效、高产、优质的生产。在作物的氮素调控效应中，光合特征是重要的反应指标，也是受氮素调控进而影响作物生产性能的关键指标之一，因此开展氮素运筹对作物生长及光合特征影响的研究，能揭示氮肥应用的效能，对揭示作物氮素高效利用的机制有较好的理论意义。

小麦是新疆第二大作物，种植面积常年保持在118×104hm2左右，总产 629.7×104t，其中春小麦在46×104hm2左右，总产247.2×104t［2]，是新疆（尤其是南疆）重要的粮食作物，在保障粮食安全、社会稳定方面具有重要的战略地位。目前，随着滴灌技术的发展，大力推广麦田滴灌水肥一体化技术成为当前新疆提升小麦生产水平、促进粮食产业发展的主要任务［3]。在常规漫灌（畦灌）条件下，生育期追肥较困难，一般以基肥为主、追肥为辅的方式，肥效不高且大量施氮还污染环境，而滴灌条件下可以实现水肥一体并可根据作物养分需求及时追施，肥效大大提升［4]，节约成本，但在实际生产中由于缺乏滴灌施氮的相关理论研究，人们在氮素运筹方面采取经验模式，影响了施氮效果。本研究通过设置不同施氮配比和施氮量的小区试验，研究滴灌春小麦生长及光合特征，为开展进一步研究小麦氮素高效利用与产量形成的关系提供基础。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在塔里木大学农学试验站网室中进行，该试验点位于塔里木盆地西北边缘，40°33′N，81°16′E，海拔1 012.2 m，年平均气温11.2 ℃，年均降水量45.7 mm，年均蒸发量1 988.4 mm，年均相对湿度在55%以下，属典型暖温带内陆型气候。

采用土柱栽培的方法，土柱为硬质PVC管材，直径110 mm，长80 cm。每根土柱装土12 kg，土壤取自农田，土壤质量含水率为19.5%，土质为沙壤土，干土体积质量为1.32 g/cm3，田间持水量为23.4%（质量含水量），NO3--N含量49.27 mg/kg，NH4

+-N含量6.70 mg/kg，有机质的含量1.025%，土壤pH值7.7。为模拟田间滴灌模式，每根管采用医用输液管连接挂瓶进行滴灌施肥，氮素换算成尿素（N-46%）溶水后滴施，按照土柱面积换算得到具体水、尿素施用量。3月2日播种。每管播8粒，播深3 cm，当麦苗2叶时定苗至6株/管。

1.2 试验设计

选用新春6号（早熟大穗型春小麦，新疆农业科学院提供）和宁2038（中晚熟多穗型春小麦，宁夏农林科学院提供）为试验材料，开展施氮量与施氮配比的双因素控制性土柱栽培试验，滴施纯氮量处理设4个水平，分别为每千克干土滴施纯氮0 g、0.013 0 g、0.026 1 g和0.039 1 g（按土柱面积折算，相当于每公顷滴施纯氮0 kg、138 kg、276 kg和414 kg），以N0、N1、N2和N3表示；施氮配比按基肥、拔节肥、孕穗肥、灌浆肥分配，设四个比例为：100∶0∶0∶0、60∶40∶0∶0、20∶60∶20∶0 和 0∶40∶40∶20，以 R1、R2、R3和 R4表示；施氮量和施氮配比两因素组合得到16个处理，每处理重复九次（每处理9根土柱），两个品种共计288根管。全生育期滴灌8次，氮肥运筹严格按照试验设计进行，以氮肥混合土柱装土土壤为基施，以滴施氮素为追施。

表1 试验滴灌氮肥(尿素)分配（g/管）

1.3 测定项目与方法

每个处理选择3管，每管选取长势均匀，有代表性的5株定点定期测量以下指标：

1.3.1 生长性状

a.株高：选用米尺对株高进行测定；

b.叶面积：采用叶片长宽系数法进行测定［5]。

1.3.2 光合指标

a.单叶光合指标：在小麦拔节、孕穗、扬花、灌浆、乳熟等时期采用便携式光合作用测定系统LI-6400XT（Li-Cor，USA），每个处理选取长势一致的3株，在晴天12：00时测定小麦顶部展开叶的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）等光合生理生态指标；叶片水分利用效率按照文献计算［6]：WUE=Pn/Tr。

b.旗叶SPAD：采用美国产502型SPAD仪在小麦各生育时期测定旗叶SPAD数值（叶片最宽处），每次测定10片叶，取平均值。

1.3.3 产量指标

于蜡熟期对每个处理进行考种，调查穗粒数和千粒质量，并折算成公顷产量。

然而，在湘西题材小说中或多或少都暗藏着城市文明的“入侵”，但作者并未明确表明对这种“文明”的态度，例如在《媚金、豹子与那羊》的结尾，对于媚金和豹子殉情的事，“白脸苗的女人，如今是再无这种热情的种子了。他们也仍然是能原谅男子，也仍然常常为男子牺牲，也仍然能用口唱出动人灵魂的歌，但都不能作媚金的行为了！”究竟都市文化带给了乡村怎样的变化？这就牵涉到了沈从文对乡村与城市的选择和态度。

使用Microsoft Excel 2003进行数据处理和作图，采用DPS7.05统计软件Duncan新复极差法进行多重比较的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 氮肥运筹对滴灌春小麦株高的影响

不同施氮量及施氮配比下滴灌春小麦株高结果见图1，可以看出，滴灌春小麦株高在4月10日（拔节中期）到5月5日（抽穗期）增长速率最快，扬花期以后增长缓慢。宁2038的平均株高为70.56 cm，新春6号为67.94 cm。在相同施氮量的条件下，最终株高表现为：R4＞R3＞R2＞R1，适当增加追肥次数能促进株高增加，但差异并不显著。在氮肥施用时期及施用比例相同的条件下，增施氮肥能显著增加株高。从施氮量的最终株高变异系数（CV）上看，宁2038为8.49%，新春6号为6.94%，施氮配比对最终株高CV大小分别为1.72%和1.23%，可见多穗型品种对施氮量及配比的响应程度大于大穗型品种，调整氮素运筹更能影响多穗型品种的株高，且主要以施氮量的调节效应为主，施氮配比影响不大。

2.2 氮肥运筹对滴灌春小麦叶面积的影响

春小麦单株叶面积在4月29日（孕穗期）达最大值，其具体变化大小受氮肥配比及施氮量的影响。由图2可知，在相同施氮量条件下，孕穗前各处理单株叶面积差异不大，但此后随施氮次数增加，单株叶面积差异逐渐增大，表现为施氮次数越多叶面积越大。在同一施氮配比条件下，随施氮量增加单株叶面积逐渐增加，其中N0处理显著小于施氮处理。可见，增施氮肥并进行氮素后移能有效增加单株叶面积。从氮素运筹对叶面积的影响程度上看，新春6号在不同施氮量处理的CV为20.36%，宁2038为29.24%，不同施氮配比新春6号为9.56%，宁2038为9.41%，说明多穗型品种叶面积对施氮量的反应更敏感，而两品种对施氮时期的反应差异不大。从组合处理看，在灌浆期单株叶面积排名前三位的处理，新春6号为N3R4、N2R4和N3R3处理，达到62.38、58.14和56.55 cm2，宁2038为N3R4、N2R4和N1R4处理，分别为66.53、62.28和61.15 cm2，可见多穗型品种的单株叶面积高于大穗型品种，且其对氮肥后移的敏感度也高于大穗型品种，即增施灌浆肥能有效减缓叶片衰老。

图1 不同施氮量及施氮配比对株高的影响

图2 不同施氮量及施氮配比对单株叶面积的影响

2.3 氮肥运筹对滴灌春小麦叶片SPAD值的影响

不同施氮量及施氮配比下滴灌春小麦叶片SPAD值见图3。

图3 不同施氮量及施氮配比对叶片SPAD的影响

由图可知，两品种叶片SPAD值均随生育进程呈现“减小—增大—减小”的趋势，在4月28日～5月5日（抽穗期）最低，在5月19日（灌浆初期）最高。新春6号的平均SPAD为45.65，宁2038为49.64。不施氮处理的SPAD显著小于其他处理，在施氮处理中，施氮量越大，SPAD值越高，新春6号不同施氮处理各期SPAD的平均CV为8.04%，宁2038为7.80%，表明大穗型品种叶片SPAD对施氮量的敏感程度高于多穗型品种。不同施氮配比对叶片SPAD的影响，随施氮次数增加，SPAD有所增加，但处理间差异并不大。从组合处理看，新春6号的N3R3和N3R5处理的叶片SPAD最高，宁2038的N3R2和N3R3处理的叶片SPAD最高，说明在高氮条件下，大穗型品种注重孕穗肥、灌浆肥，多穗型品种注重拔节肥、孕穗肥，能促进叶片功能，延缓旗叶叶绿素的降解，促进植物叶片的光合作用。低-高-低的曲折变化趋势，籽粒形成期（5月12日）最高，其次是孕穗期（4月16日），灌浆后期（6月1日）最低（见图4）。从平均Pn上看，新春6号为13.91 μmolCO2/(m2·s)，低于宁 2038 的 15.10 μmol-CO2/(m2·s)，表明多穗型品种的叶片光和生产能力高于大穗型品种。

随施氮量增加，单叶净光合速率增加，但施氮量过高，其促进效应下降；随施氮次数的增加单叶净光合速率随生育进程逐渐变大，且在乳熟期表现得更明显，同时在高氮条件下乳熟期R3和R4处理的单叶净光合速率明显高于R1和R2处理，说明增加施氮次数及中后期比例，有利于维持叶片后期的光合性能，施氮量越高，增加施肥次数所表现出的后期叶片功能增强的正效应越大。另外，氮素和施氮次数对新春6号叶片Pn的平均效应CV为14.57%和

2.4 氮肥运筹对滴灌春小麦光合特性的影响

2.4.1 净光合速率（Pn）

春小麦叶片净光合速率（Pn）随生育进程呈高-4.38%，大于宁2038的11.74%和4.10%，表明氮素运筹对大穗型品种的效应高于多穗型品种，且以施氮量效应为主，更应该注重高氮条件下的氮肥后移技术。

图4 不同施氮量及施氮配比对叶片净光合速率（Pn）的影响

2.4.2 蒸腾速率（Tr）

滴灌春小麦叶片的蒸腾速率（Tr）与Pn的变化趋势一致，籽粒形成期最高，灌浆末期最低（见图5）。新春6号的叶片平均Tr为5.38 mmolH2O/(m2·s)，低于宁 2038的 5.78 mmolH2O/(m2·s)，表明多穗型品种叶片的水分生理活性高于大穗型品种。在各施氮水平下，两品种叶片的Tr随施氮量的增加而增加，并随生育进程差异逐渐增大，以灌浆期差异最明显。在各氮肥配比处理下，在拔节中期全部基施氮肥的Tr最高，分3次追肥的Tr最低，在孕穗扬花期追施1～2次氮肥处理的Tr最高，扬花以后，随追氮次数增加，Tr增加，可见氮肥后移能增加中后期小麦叶片Tr，对叶片生理功能提高、防治衰老有利。另外两品种叶片Tr对氮素运筹反应不同，新春6号在不同氮素量及不同氮素配比处理间的CV均高于宁2038，说明大穗型品种对氮素运筹较多穗型品种更敏感。

图5 不同施氮量及施氮配比对叶片蒸腾速率（Tr）的影响

2.5 氮肥运筹对滴灌春小麦叶片水分利用效率的影响

滴灌春小麦叶片水分利用效率（WUE）在2.13～3.24 mmol/(m2·s)之间，随生育进程变化较平稳，拔节中期最高，扬花-籽粒形成期次之，灌浆后期最小（见图6）。

图6 不同施氮量及施氮配比对叶片水分利用效率（WUE）的影响

随施氮量增加叶片WUE降低，其中在N3、N2条件下的WUE较N0、N1下降较明显，说明增施氮肥不利于叶片WUE的提高；不同施氮配比对WUE的影响品种间存在差异，新春6号叶片WUE对施氮配比反应不敏感，但宁2038在R4条件下的WUE在籽粒形成期之前显著高于其他处理，但之后下降较快，说明增施灌浆肥能提升多穗型品种生育前中期WUE，改进叶片生产性能。

2.6 氮肥运筹对滴灌春小麦产量的影响

随施氮量增加，穗粒数、千粒质量、收获穗数及单穗质量和产量增加，且除新春6号的穗粒数外，两品种N3处理的各产量因素均显著高于其他处理（见表2）。另外，随施氮次数增加除新春6号的千粒质量在R4处理下最大外，两品种R3处理的各产量因子均最大，说明增施氮肥并注意追施孕穗肥、灌浆肥是提高滴灌春小麦产量的有效措施；施氮量与施氮配比对两品种产量因子的影响有一定差异，从施氮量的CV大小上看，除穗数较宁2038小外，新春6号其他各因子的CV均高于宁2038，且产量的CV最高。从施氮配比的CV大小上看，新春6号各产量因子均高于宁2038，且两品种的CV普遍比不同施氮量处理的CV小。由此说明大穗型品种产量构成对氮素运筹更敏感，并以施氮量影响为主，施氮配比影响为辅；

从组合处理的比较上看，产量排名前3位的处理新春 6号分别是N3R3＞N3R4＞N2R3，N3R3与N3R4差异不显著，N3R4与N2R3差异不显著；宁2038为N3R3＞N3R4＞N3R2，3处理间差异不显著。说明施氮量为207.0～310.5 kg/hm2、施氮时期及比例为基肥∶拔节肥∶孕穗肥∶灌浆肥=40∶40∶20∶0或20∶40∶20∶20可获得较高的产量，且大穗型品种更应注重氮肥供应和追氮后移的管理策略。

表2 不同施氮量、施氮配比对产量构成的影响

3 讨论

本研究发现拔节期、孕穗期和灌浆期追施三次氮肥的绿叶面积最大，这与刘强等［7]认为的在拔节期和扬花期两次追施氮肥在花后能保持较高的绿叶面积有所不同，这可能与干旱区滴灌小麦后期氮素需求比例较高有关［8]。且施氮处理的叶面积下降速率明显降低。

一般认为［9-10]施氮可显著提高小麦叶片的光合性能及SPAD值，降低其衰减速率。本研究表明，滴灌春小麦叶片SPAD值在生育期内呈“减小—增加—减小”的变化趋势，且随施氮量增加，SPAD值呈增加趋势，施氮促进了叶片叶绿素的合成，延缓叶绿素的分解，不施氮肥处理的叶片SPAD值显著低于施氮处理，这与Hikosaka等［11]人研究结果一致。扬花期追施氮肥能延缓叶绿素的分解［12-13]，可以维持较高的叶面积［14]，而本研究中孕穗期追施氮肥的 R3、R4处理，在孕穗期以后的SPAD值明显高于其他处理，表明孕穗期追施氮肥能延缓旗叶叶绿素的降解，相对于孕穗期不施肥的处理能增加叶片叶绿素含量，这可能与滴灌春小麦生育高峰前移有关［15]。冯波等［16]提出，在氮肥用量相同时基追配比为1∶2时，小麦后期光合速率和产量最高；而张娟等［17]人认为基追配比为5∶5时的处理利于提高小麦的净光合速率。本研究发现，在基肥∶拔节肥∶孕穗肥∶灌浆肥为2∶4∶2∶2时小麦净光合速率最高，同宋任祥等［18]人提出的扬花期追肥可以促进旗叶的光合速率，使叶片的衰老得到延缓相类似，而与冯波［16]、张娟［17]等人的观点不一致，这也是滴灌小麦后期长势强［19]、增施氮肥比例有利于产量物质形成而易获得高产的关键所在。