不同施氮量对冬小麦生长生理参数的影响

白 娟 李广信

（山西农业大学农学院 山西太原 030031）

小麦是一种在世界各地广泛种植的谷类作物，也是中国第二大粮食作物[1]，在我国广泛种植。 国家统计局数据显示，2022 年我国小麦种植面积为2.35×107hm2，其中有94.9%为冬小麦，其产量占到小麦总产量的96.5%。可见冬小麦在我国小麦产业中具有重要地位， 促进冬小麦稳产、 增产具有重要的意义。 在影响冬小麦生长的因素中，氮素营养占据着重要地位[2]。 有研究认为，土壤氮素供应水平对作物生长、发育和产量形成具有重要的调控作用，但是过度施用以氮肥为主的化肥会对作物生长和环境带来不利影响。 已经有研究指出[3]，限制作物生产的一个重要因素就是对肥料资源的不合理应用， 小麦等主要粮食作物均有超过30%的减施氮肥潜力， 减少氮肥施用量后提高环境效益的潜力为3%～10%。 刘卫星等[4]的研究表明，适宜减施氮肥可以使小麦群体保持较好的生长状态，减少无效生长。 梁玉超等[5]的研究提出， 适当控制氮肥施用量可以实现增产和抗倒伏的平衡。 此外也有研究表明，适当的有机肥替代可以改善作物的养分供应，并有利于作物的生长发育，从而提高作物产量[6-8]。 不同地区由于环境和作物的差异会导致最佳氮肥施用量的不同， 因此进行冬小麦土壤氮肥运筹试验对当地农业生产具有重要意义。本文作者针对不同施氮量对冬小麦生长生理参数的影响进行研究， 以期为冬小麦氮肥合理用量选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于晋中市太谷区孟家庄山西农业大学试验基地，属于温带大陆性气候，年平均气温11℃、降雨量498 mm。土壤类型属于褐土。耕作层土壤理化性质：土壤容重1.28 g/kg、有机碳含量1.36 g/kg、全氮含量2.01 g/kg、pH 为8.16、田间持水量0.38。

1.2 试验材料

冬小麦供试品种为京冬22。 试验所用氮肥为尿素（含氮量46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5含量12%），钾肥为氯化钾（K2O 含量60%），有机肥为商用鸡粪（含氮量2.7%）。

1.3 试验设计

冬小麦于2020 年10 月播种，2021 年6 月收获。试验采用完全随机设计，设7 个肥料处理，包括CK（不施氮肥）、N1（单施无机氮肥，纯N 量为100 kg/hm2）、N2（单施无机氮肥，纯N 量为200 kg/hm2）、N3（单施无机氮肥，纯N 量为300 kg/hm2）、MN1（化肥与有机肥按3∶1 配施，纯N 量为100 kg/hm2）、MN2（化肥与有机肥按3∶1 配施，纯N 量为200 kg/hm2）、MN3（化肥与有机肥按3∶1 配施，纯N 量为300 kg/hm2）。每个处理重复3 次，共21 个小区。 每个小区面积为20 m2，行距为0.2 m，并在大田四周设置保护行。

施肥方法：有机肥和磷肥、钾肥作基肥施入，氮肥的基追比为1∶1，其他田间管理措施按照当地的标准统一进行。

1.4 数据获取与分析

在冬小麦的拔节期、 抽穗期和灌浆期进行样品采集和指标测定。 每个小区选取代表性的植株10 株测定株高， 选取20 cm 行长的植株进行破坏性取样测定叶重和地上部生物量。 叶片叶绿素含量的测定采用乙醇浸泡-紫外分光光度法，叶片可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝染色法。

采用Microsoft Excel 2019 统计软件进行数据整理和绘图，采用SPSS 22.0 进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量下冬小麦生长参数的变化

与CK 相比，施氮处理对各生长参数的影响不同（表1）。不同施氮处理株高均有显著提高，拔节期、抽穗期和灌浆期的株高分别提高了63.03%、23.56%、10.14%。拔节期和抽穗期以MN3处理的株高最高，分别为49.48 cm、69.75 cm，灌浆期则以MN2处理最高，为88.42 cm，但与MN3处理差异不显著。 除了灌浆期株高表现为N1＞MN1外，同一施氮水平下有机肥配施处理的株高均高于化肥单施处理。

表1 不同施氮处理对不同生育时期冬小麦生长参数的影响

除了拔节期和抽穗期的叶鲜重及抽穗期的叶干重， 施氮处理对冬小麦叶片鲜重和干重的影响都不显著，随着生育时期的变化，总体呈现出先增大后降低的趋势，以抽穗期N2处理最高。

施氮处理的冬小麦地上部生物量一般高于CK，但拔节期N3处理的地上部鲜重低于CK， 地上部干重与CK 持平，差异并不显著。 抽穗期和灌浆期MN2处理的地上部鲜重和干重最高， 分别为5.76 kg/m2、1.29 kg/m2和6.67 kg/m2、 2.43 kg/m2， 且除了抽穗期地上部干重， 其他时期MN2处理表现为显著高于其他处理。 同一施氮水平下有机肥配施处理的地上部生物量均高于化肥单施处理。

2.2 不同施氮量下冬小麦生理参数的变化

不同施氮处理对冬小麦叶片叶绿素含量的变化有一定影响（表2）。 在3 个生育时期叶绿素a 含量的最大值均出现在N2处理， 与CK 相比， 分别增加了46.02%、26.65%、18.80%。 而3 个生育时期叶绿素b含量最大值分别出现在MN1、N1、N2处理，且与CK 相比分别增加了3.26%、19.71%、42.39%， 在抽穗期和灌浆期表现差异显著。 从整体叶绿素含量来看，3 个时期最大值分别出现在N2、N1、N2处理， 且抽穗期N1与N2处理之间差异不显著， 与处理CK 相比分别增加了30.60%、22.22%、25.15%。 随着生育时期的推进3 个叶绿素含量指标总体呈现出先增加后降低的趋势。

表2 不同施氮处理对不同生育时期冬小麦叶片叶绿素含量的影响

不同施氮处理对冬小麦叶片可溶性蛋白含量具有一定影响（图1）。拔节期叶片可溶性蛋白的含量在44.46～62.02 mg/g 之间，各处理间差异显著；抽穗期叶片可溶性蛋白的含量在39.22～47.32 mg/g 之间，与CK 相比，除N2处理以外其余5 个氮肥处理均表现为差异显著； 灌浆期的含量则在14.69～24.42 mg/g 之间，与CK 相比，除N1、MN1处理以外其余4 个氮肥处理均表现为差异显著。 拔节期和灌浆期MN3处理的叶片可溶性蛋白的含量显著高于其他处理， 抽穗期MN3处理含量最高， 但与N3、MN2处理差异不显著。从图1 可以看出，随着生育时期的推进，冬小麦叶片可溶性蛋白含量呈现出降低的趋势。

图1 不同施氮处理对冬小麦叶片可溶性蛋白含量的影响

2.3 不同施氮量对冬小麦生长生理参数的影响

通过对冬小麦不同生育时期的生长生理参数进行方差分析（表3）可知，施用氮肥对不同生育时期各生长生理参数影响较大，其中施用氮肥对拔节期、抽穗期和灌浆期的株高、叶鲜重、地上部鲜重、叶绿素a含量和叶片可溶性蛋白含量均有极显著的影响，而施肥对叶干重和地上部干重在抽穗期和灌浆期均有极显著影响， 对叶绿素含量在拔节期和灌浆期达到极显著影响， 对叶绿素b 含量仅在抽穗期和灌浆期达到显著影响。

表3 施氮量对不同生育时期冬小麦生长生理参数影响的方差分析

3 讨论与结论

不同施氮量对作物生长具有显著影响。 在本研究中，施氮处理均显著提高了冬小麦株高，且有机肥配施处理的株高高于化肥单施处理， 表明施用氮肥可提高植株株高，促进小麦生长，而有机肥配施可以在一定程度上减少化肥的使用量，这与张久明[7]等的研究结果一致。 本研究表明，施氮处理对冬小麦叶片质量和地上部生物量均有一定影响， 但总体来说叶片质量的变化并不明显， 地上部生物量更能体现不同施氮水平对植株的影响，MN2处理地上部生物量最大， 表明有机肥与化肥配施的中等施氮水平对冬小麦生物量的积累比较有利，贾峥嵘[9]等的研究也表明， 中氮处理时冬小麦前期生长既不会因缺少氮影响生长，也不会因氮过量造成干物质过量积累，影响冬小麦后期的生长。

氮素是植物合成叶绿素的重要元素， 施氮一般能促进植物叶片叶绿素的合成[10-11]。 师筝等[12]的研究结果表明， 施氮量对小麦生长特性和产量有显著影响，随着施氮量的增加，小麦的SPAD 值和叶绿素含量增加。 陈天鑫等[13]的研究指出，施氮量的增加能提高小麦植株氮素代谢水平， 从而增加叶片叶绿素含量， 但增施氮肥至270 kg/hm2时会影响小麦对土壤中其他营养元素的吸收， 从而在一定程度上抑制了叶绿素的合成。 本研究对冬小麦叶绿素含量的分析显示，随着生育时期的推进，叶绿素含量呈现先增加后降低的趋势， 在中等施氮200 kg/hm2水平下叶绿素含量最高， 可见适宜的施氮量能促进小麦叶片生长发育，增大叶面积，从而提高叶绿素含量，这与前人的研究结果一致。

植物可溶性蛋白质作为渗透调节物质， 可以在一定程度上反映植物的新陈代谢是否正常， 在氮素代谢中也起到了代谢库的作用[14]。因此植物体同化物质含量的多少将直接影响到植株体内的代谢强度。范雪梅等[15]指出在一定施氮范围内，小麦旗叶可溶性蛋白质含量可以随着施氮量的增加而升高。 本研究发现， 有机肥配施的高氮水平处理冬小麦可溶性蛋白含量高于其他处理， 说明中氮和高氮的施氮措施可以提高冬小麦叶片的可溶性蛋白含量， 这与郭丽等[16]的研究结果一致。

本研究也根据方差分析法对冬小麦生长生理参数与施氮量的关系进行了分析， 结果表明， 施氮对拔节期、 抽穗期和灌浆期冬小麦生长生理参数普遍存在不同程度的影响， 施用氮肥可以作为冬小麦田间管理的一项重要措施来改善作物生长发育的土壤环境。

综上所述， 不同施氮量会对冬小麦的生长发育产生不同影响。 在本试验条件下，施氮可以显著提高冬小麦的株高，促进地上部生物量的积累，提高叶片叶绿素含量和可溶性蛋白含量，但对叶片质量的影响有限。 其中有机肥配施氮肥的高氮水平（300 kg/hm2）对冬小麦株高和叶片可溶性蛋白的提高最明显， 有机肥配施氮肥的中氮水平 （200 kg/hm2） 对冬小麦地上部生物量积累促进明显， 单施无机肥的中氮水平（200 kg/hm2）对叶片叶绿素含量提高最明显。 因此，适宜的氮肥施用量可以促进冬小麦的生长发育，在本研究中结合农田减氮的背景，建议施氮量为200 kg/hm2的中氮水平，并辅以有机肥配施。