低氮胁迫对不同谷子品种生长及产量的影响

罗世武 杨军学 王勇

摘要：为研究不同品种谷子对氮肥的反应，试验以陇谷6号、陇谷11号、晋谷33号、晋谷39号、晋谷40号、晋谷41号、赤11-3429和黄金苗8个谷子品种为材料，进行不施氮（低氮胁迫）和正常施氮处理，探究低氮胁迫对不同品种谷子的地上干物质、根体积、叶片叶绿素含量、气孔导度、产量等性状的影响。结果表明，低氮胁迫对不同品种谷子地上干物质、根体积、叶片叶绿素含量和产量等性状有不利影响，不同品种间氮肥利用率不同。晋谷40号的耐低氮胁迫指数（NSI）较小，氮肥贡献率较大，即对于低氮胁迫最为敏感，对氮素的依赖性较大;而黄金苗的NSI较大，氮肥贡献率较小，即耐低氮性较强，对氮素的依赖较小，更为耐贫瘠。

关键词：谷子;低氮胁迫;叶绿素;产量;生长发育

中图分类号： Q945.78;S515.01  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）13-0100-04

氮在植物营养代谢和产量形成中发挥重要作用。不合理的施肥不仅造成大量的浪费，而且导致环境污染、资源减少和生态条件的恶化[1-3]。提高氮素吸收效率不仅有利于增加产量和降低成本，而且可以减少因大量施肥而带来的环境污染等负面的影响。谷子生物学产量在很大程度上反映了其经济产量的潜力，而施肥又是调控生物学产量的重要手段，在同一氮肥水平条件下，生物产量是衡量不同品种或材料对氮素吸收效率的重要指标。我国几乎所有的耕地都缺乏氮素，因此选育耐低氮品种更具有广泛的应用前景[4]。把氮素的相对吸收量和相对利用率作为分类依据，分析谷子无氮胁迫与正常供氮条件下植株氮素吸收利用的特性差异，综合评价不同谷子品种对氮素的吸收利用能力。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验于2015年在宁夏农林科学院固原分院头营科研基地进行，土壤为湘黄土，试验地土壤基础养分见表1。

1.2 试验材料

在施氮和不施氮2种条件下，对2014年谷子品种鉴定表现好的8个优良谷子品种进行田间农艺性状和有关产量性状调查分析。

1.3 试验方法

试验采用裂区设计，主区为施氮水平：不施氮（低氮胁迫，N-）和施纯氮150 kg/hm2（60%基施，40%拔节期追施）（正常施氮N+），副区为8个不同基因型谷子品种。小区面积3 m×5 m，3次重复，随机区组排列。4月28日播种，播前施底肥P2O5 90 kg/hm2，K2O 3 kg/hm2。

1.4 数据测定分析

用SPAD-502型便携式叶绿素仪测定叶绿素含量。用LI-6400便携式光合仪（美国LI-COR公司生产）测定叶片气孔导度（Gs）。耐低氮胁迫指数（NSI）为某一性状低氮胁迫条件下调查值与正常条件下该性状调查值的比值;低氮区的生物产量或经济产量与高氮区的比值称为生物产量或经济产量的耐低氮胁迫指数。肥料贡献率是指施氮对谷子产量的贡献率，肥料贡献率的计算公式如下：肥料贡献率=（施氮肥区产量-空白区产量）/施氮区产量×100%。

2 结果与分析

2.1 低氮胁迫对不同谷子品种生育期的影响

不同谷子品种低氮胁迫试验（表3）表明，生育期最长为135 d，最短為120 d，在出苗期和拔节期各品种之间没有差异，但是到抽穗期各品种之间有明显差异，陇谷6号在7月14日抽穗、晋谷39号在7月16日抽穗，抽穗最迟的品种为晋谷40号，在8月2日。成熟期最早的谷子品种为陇谷6号、陇谷11号、晋谷33号、晋谷39号，生育期均为120 d，成熟最迟的品种为晋谷40号和晋谷41号，生育期均为135 d。生育期在各品种之间最早与最晚前后相差15 d。

2.2 低氮胁迫对不同谷子品种地上干物质的影响

生物量是作物干物质积累的结果，反映作物的生长发育潜势，不同谷子品种的地上部生物量在一定程度上反映了该品种的生物学产量。由图1可以看出，在低氮胁迫下，8个不同谷子品种地上部干物质在苗期耐氮胁迫指数以品种黄金苗最大，为1.3，陇谷11号次之，为1.2;在成熟期耐氮胁迫指数以晋谷33号最大，为1.8，其次是陇谷11号，为1.7。总体而言，在谷子生育期内，地上干物质积累量耐氮胁迫指数是陇谷6号和晋谷40号相对较低于其他品种，也就是说，在谷子低氮胁迫试验中，陇谷6号和晋谷40号耐低氮能力较差，黄金苗和陇谷11号耐低氮能力较强。

2.3 低氮胁迫对不同谷子品种根体积的影响

由图2可见，低氮胁迫下8个谷子品种的根体积从苗期到抽穗期差别不明显，在抽穗期耐氮胁迫指数以品种黄金苗最大，为1.00，其次是晋谷33号，为0.75;在成熟期耐氮胁迫指数以黄金苗最大，为1.50，其次是晋谷33号，分别为 1.25。总体而言，在生育期，根体积耐氮胁迫指数是晋谷39号相对较低于其他品种，也就是说，在谷子低氮胁迫试验中，晋谷39号耐低氮能力较差，黄金苗、晋谷33号耐低氮能力较强。

2.4 低氮胁迫对不同谷子品种5株叶干质量的影响

由图3可以看出，低氮胁迫下8个谷子品种的5株叶干质量耐氮胁迫指数在苗期以品种晋谷40号最大，为1.44;其次是黄金苗和陇谷11号，分别为1.11和1.00;晋谷41号最低，为0.23。在拔节期，耐氮胁迫指数以品种陇谷6号最大，为0.92;晋谷40号最低，为0.45。在抽穗期，耐氮胁迫指数以品种黄金苗最大，为0.94;其次是陇谷11号，为0.85;陇谷6号最低，为0.41。在成熟期，耐氮胁迫指数赤11-3429最大，为1.07;其次是晋谷39号，为1.06;陇谷6号最低，为0.61。整体来看，各生育期谷子品种5株叶干质量耐氮胁迫指数表现不稳定，说明低氮胁迫对不同谷子品种5株叶干质量的生长影响相对较小。

2.5 低氮胁迫对不同谷子品种叶绿素含量的影响

氮素是叶绿素的组成成分，氮素的丰缺与叶片叶绿素含量有密切的关系。这可以从叶片面积和叶色来判断氮素营养的供应状况。在苗期，一般植物缺氮往往表现为生长缓慢，植株矮小，叶片薄而小，叶色缺绿发黄[5]。表4表明，随着谷子生育期延长，在正常施氮条件下，黄金苗呈单峰下降趋势，其余7个品种SPAD值从拔节期开始后均呈上升的趋势;在低氮胁迫下也呈现同样趋势。低氮胁迫会明显降低谷子叶绿素含量，在谷子拔节期，晋谷39号的NSI最大，为 0.98，晋谷33号和赤11-3429的NSI最小， 为0.82。综上所述，低氮胁迫对晋谷33号和赤11-3429叶绿素含量影响较大，而对晋谷39号影响较小。除谷子品种黄金苗的叶绿素含量在抽穗期正常施氮条件下低于低氮胁迫下外，其余谷子品种在正常施氮条件下叶绿素含量均高于低氮胁迫下叶绿素含量。

2.6 低氮胁迫对不同谷子品种气孔导度的影响

气孔是植物与外界环境进行物质交换的主要通道，气孔导度涉及植物的光合作用和蒸腾作用2个方面，它是决定植物光合强度和蒸腾强度的重要因素[6-7]。由表5可以看出，低氮胁迫下8个谷子品种中除晋谷40号和晋谷41号外，其他谷子品种的气孔导度从苗期→拔节期→抽穗期按照“低→高→低”的趨势变化。在苗期，耐氮胁迫指数以谷子品种黄金苗最大，为1.03;其次是赤11-3429，为1.02;晋谷40号和晋谷41号最低，为0.93。在拔节期，耐氮胁迫指数以黄金苗最大，为0.98;其次为陇谷6号、晋谷33号、晋谷39号和晋谷40号，均为0.97;晋谷41号和赤11-3429最低，为0.90。在抽穗期，耐低氮胁迫指数以谷子品种黄金苗最大，为1.05;其次是晋谷39号和晋谷40号，均为0.97;晋谷41号耐低氮胁迫指数最低，为0.51。综上所述，在谷子低氮胁迫试验中，黄金苗在谷子各生育期耐低氮胁迫指数相对较大，该谷子品种耐低氮能力较强。晋谷41号耐低氮胁迫指数较低，该谷子品种耐低氮胁迫能力较差。

2.7 低氮胁迫对不同谷子品种产量性状的影响

低氮胁迫下不同品种谷子产量性状的变化如表6所示，低氮胁迫能明显降低不同品种谷子产量，缩短穗长和穗茎长，降低主穗质量、主穗粒质量和千粒质量，对各性状的影响程度因品种而异。各品种产量的NSI在0.67～0.87。黄金苗产量的NSI最大，为0.87;其次是晋谷39号，为0.81;晋谷40号最小，为0.67。陇谷11号株高NSI最高，为0.97，其次是晋谷40号、陇谷6号，为0.95;黄金苗最低，为0.85。陇谷11号、晋谷39号和晋谷41号的穗长NSI最高，均为0.97。晋谷33号的千粒质量NSI最高，为0.97，说明晋谷33号千粒质量受氮胁迫影响最小。

2.8 低氮胁迫对不同谷子品种氮肥贡献率的影响

由于不同作物对肥料的反应不同，所以农业生产应在综合考虑不同作物的需肥特性、施肥效应及经济效益的基础上对肥料资源进行合理配置[8]。本研究不同品种谷子氮肥贡献率的差异如图4所示，氮肥对不同品种谷子的贡献率有差异，产量贡献率在13.3%～33.3%，其中氮肥贡献率最高的谷子品种是晋谷40号，为33.3%，最低的谷子品种是黄金苗，为13.3%。由此表明晋谷40号易受到氮肥影响，低氮胁迫下产量有较大的下降趋势，与其他品种相比，低氮胁迫对黄金苗的影响较小，在缺氮条件下减产最少。

3 结论与讨论

本试验以不同谷子品种的地上干物质、根体积、叶绿素含量的SPAD值、产量等相关农艺性状和氮肥贡献率作为调查指标，衡量了低氮胁迫对不同谷子品种的影响。综合分析表明，谷子品种黄金苗在低氮胁迫条件下，地上干物质、根体积、气孔导度和叶片叶绿素含量的耐氮胁迫指数NSI较大，氮肥贡献率最低，说明该品种耐低氮能力较强，低氮胁迫对其影响较小。在谷子低氮胁迫试验中，晋谷40号、陇谷6号、晋谷39号和晋谷41号的地上干物质、根体积和叶片叶绿素含量的NSI较小，即受低氮胁迫的影响较大，不利于进行光合作用和光合产物的积累;不同谷子品种的产量及相关农艺性状分析表明，晋谷40号的NSI较低，且氮肥贡献率最高。在农业生产中根据不同品种耐氮胁迫能力的不同，可以指导不同品种谷子种植在不同肥力地块，对合理施用氮肥、提高氮肥利用率有重要意义。

参考文献：

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