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氮肥施用量對強筋和弱筋小麥干物質(zhì)積累及灌漿速率的影響

2017-11-17 02:54牛巧龍曹高燚萬鵬方明賴欣張貴龍李潔通信作者向春陽
天津農(nóng)學院學報 2017年3期
關鍵詞:營養(yǎng)器官氮量氮素

牛巧龍,曹高燚,萬鵬,方明,賴欣,張貴龍,李潔,通信作者,向春陽

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氮肥施用量對強筋和弱筋小麥干物質(zhì)積累及灌漿速率的影響

牛巧龍1,2,曹高燚1,通信作者,萬鵬1,2,方明2,賴欣2,張貴龍2,李潔2,通信作者,向春陽1

(1. 天津農(nóng)學院農(nóng)學與資源環(huán)境學院,天津300384;2. 農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所,天津300191)

為明確不同專用小麥植株干物質(zhì)運轉(zhuǎn)、籽粒灌漿特性對施氮水平的響應規(guī)律,以強筋小麥‘衡觀35’和弱筋小麥‘揚麥15’為試驗材料,在中國農(nóng)業(yè)科學院武清野外試驗站(N39°21′,E117°12′),設置0(N0)、180(N1)、300(N2)kg/hm23個施氮水平,研究了兩種小麥在孕穗期、開花期、完熟期地上部各部分器官物質(zhì)運轉(zhuǎn)及籽粒灌漿特性。結(jié)果表明:在一定范圍內(nèi)增施氮肥,對兩種小麥地上部各部位器官干物質(zhì)的積累均具有促進作用,且適量增施氮肥有益于小麥植株營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量及轉(zhuǎn)移率的提高;小麥籽粒干物質(zhì)積累分為緩增期、快增期及穩(wěn)定期,不同專用小麥在不同時期的灌漿速率有所差異,適量增施氮肥有利于籽粒最大灌漿速率的提高及灌漿末期灌漿速率的保持。綜合分析,在本研究條件下,兩種不同專用小麥的適宜施氮水平均為180 kg/hm2。

強筋、弱筋小麥;供氮水平;干物質(zhì)積累;灌漿速率

我國是小麥生產(chǎn)和消費大國,保障小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)關系到國計民生。近年來,我國糧食產(chǎn)量雖實現(xiàn)了“十二連增”,但多以玉米為主,小麥的增幅有限,小麥產(chǎn)業(yè)仍存在很大的發(fā)展空間[1]。隨著物質(zhì)生活水平的提高,人們的消費水平和營養(yǎng)理念發(fā)生了極大改變,生產(chǎn)供給和消費水平的結(jié)構性錯位使優(yōu)質(zhì)、安全的專用小麥成為未來小麥發(fā)展的主要方向[2]。在優(yōu)良小麥新品種選育的基礎上,配套高產(chǎn)栽培技術對于專用小麥的品質(zhì)形成也極為關鍵。小麥植株干物質(zhì)的積累是產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎[3],而籽粒的形成與灌漿過程對小麥產(chǎn)量的高低具有調(diào)節(jié)作用[4],小麥籽粒灌漿特征除受品種特性影響外,還受栽培措施尤其是氮肥施用水平的制約[5]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,小麥群體的組成、分布及其動態(tài)變化是構成其群體結(jié)構的重要部分[6]。合理的群體結(jié)構能夠更為有效地利用光能和地力,使單位源的光合生產(chǎn)能力提高,從而達到取得高產(chǎn)的條件之一。

本研究以強筋小麥‘衡觀35’(HG35)和弱筋小麥‘揚麥15’(YM15)為材料,通過設置3個施氮水平,探究不同施氮水平下兩種專用小麥植株干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運及籽粒灌漿特性的變化規(guī)律,揭示氮肥施用量與籽粒灌漿特性變化的關系,以期為不同專用小麥的高效栽培管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗地概況

‘揚麥15’(YM15)的品種來源為‘揚89-40’/‘川育2152’。該品種具有分蘗力強、株型緊湊、耐肥抗倒、耐寒耐濕、大穗大粒的特點,其粗蛋白(干基)含量10.24%,容重796 g/L,濕面筋含量19.7%,沉降值23.1 mL,吸水率54.1%,形成時間1.4 min,穩(wěn)定時間1.1 min,是我國推廣較好的優(yōu)質(zhì)弱筋小麥的代表。冬小麥‘衡觀35’(HG35)的品種來源為‘84觀749’/‘衡87-4263’。該品種具有生長迅速、株型緊湊、穗層整齊、矮稈、大穗、抗倒抗病、耐寒耐高溫、中早熟且廣適的特點,其倒二葉在灌漿中后期仍然具有很強的光合功能。2005年、2006年對其品質(zhì)特征進行測定,結(jié)果顯示,蛋白質(zhì)(干基)含量為13.99%、13.75%,濕面筋含量29.3%、30.3%,沉降值32.5、27.2 mL,吸水率62.0%、60.4%,穩(wěn)定時間3.0、3.0 min,最大抗延阻力180、141 E.U.,拉伸面積39、32 cm2,是我國近年來在黃淮區(qū)域重點推廣的優(yōu)質(zhì)強筋小麥品種。

田間試驗于2015—2016年度在中國農(nóng)業(yè)科學院武清野外試驗站(N39°21′,E117°12′)進行。土壤類型為潮土,耕作層土壤養(yǎng)分情況如表1。

表1 供試土壤養(yǎng)分含量

1.2 試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計,小麥不同品種為主區(qū),施氮量為副區(qū),小區(qū)隨機排列,各處理3次重復,設0、180、300 kg/hm23個施氮水平,分別以N0、N1、N2表示。小區(qū)面積48 m2(4 m×12 m),小區(qū)之間設置50 cm走道,品種間及重復間隔設置為1 m走道。同時施加P2O5150 kg/hm2和K2O 120 kg /hm2。氮肥為尿素(N含量46 %),磷肥為過磷酸鈣(P2O5含量17%),鉀肥為硫酸鉀(K2O含量51%),磷、鉀肥作為基肥一次性施入,氮肥以1∶1的基追比在整地播種前及拔節(jié)期施入。2015年10月13日播種,基本苗為120株/m2,其他管理同農(nóng)民廣泛采用的栽培管理模式。

1.3 測定指標及方法

1.3.1小麥植株樣品采集與指標測定

分別于小麥孕穗期、開花期、完熟期取樣20株,將孕穗期分為葉片、莖稈+莖鞘2個部分,開花期分為葉片、莖稈+莖鞘、穗子3個部分,完熟期分為葉片、莖稈+莖鞘、穎殼+穗軸、籽粒4個部分,于105 ℃殺青 30 min,75 ℃烘至恒重并進行稱量。指標計算方法如公式(1)~(4)。

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量=開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)量-完熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)量 (1)

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率=營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量/開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)量 (2)

營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移貢獻率=營養(yǎng)器官干物質(zhì)量/完熟期籽粒重量 (3)

經(jīng)濟系數(shù)=完熟期籽粒重量/植物總干物質(zhì)量 (4)

1.3.2 籽粒樣品采集及灌漿特性測定

開花后每隔5 d各選取20株麥穗,直至小麥成熟。人工脫粒并進行測定,統(tǒng)計小麥籽粒單粒干物質(zhì)量,按公式(5)計算灌漿速率。

灌漿速率=(后一時期單粒干物質(zhì)量-前一時期單粒干物質(zhì)量)/兩個時期間隔天數(shù) (5)

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗運用SPSS 17.0、Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和圖表制作,并采用Duncan法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥施用量對不同品種小麥干物質(zhì)積累及分配的影響

為探究氮肥對小麥干物質(zhì)積累的影響,研究了不同生育期(孕穗期、開花期、完熟期)時氮肥對‘HG35’和‘YM15’植株地上部各部位干物質(zhì)積累的變化規(guī)律。研究表明,孕穗期和開花期兩種小麥量干物質(zhì)積累量主要發(fā)生在葉片、莖鞘,小麥進行營養(yǎng)生長,且各生育期小麥葉片、莖鞘的干物質(zhì)積累量均隨施氮量的增加而顯著增加;完熟期兩種小麥干物質(zhì)積累量主要發(fā)生在籽粒,小麥籽粒生物量增加(表2~表4)。

在完熟期,YMN2(YM表示‘YM15’,N及數(shù)字表示不同氮肥施加水平,下同)葉片干物質(zhì)積累顯著高出HGN2(HG表示‘HG35’,N及數(shù)字表示不同氮肥施加水平,下同)0.05 g/株;而 ‘HG35’的莖鞘干物質(zhì)積累量顯著高于‘YM15’(表2~表4)。

HGN2在孕穗、開花期莖鞘干物質(zhì)積累量分別為0.743,1.279 g/株,顯著高于YMN2的0.622,1.054 g/株。

此外,施氮能顯著促進強筋小麥穗粒重的增加,完熟期HGN2處理籽粒,籽粒穗粒重為2.01 g/株,顯著高于對照HGN0的1.56 g/株;而施氮對同期弱筋小麥‘YM15’穗粒重的影響未達顯著水平(表2~表4)。

表2 氮肥施用量對小麥孕穗期干物質(zhì)積累的影響 g/株

注:表中同列不同小寫英文字母表示不同處理的差異顯著性達0.05水平,下同

表3 氮肥施用量對小麥開花期干物質(zhì)積累的影響 g/株

表4 氮肥施用量對小麥完熟期干物質(zhì)積累的影響

2.2 氮肥施用量對不同品種小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)移及其貢獻率的影響

總體上,強筋小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率高于弱筋小麥品種(表5)?!瓾G35’葉片和莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率變化范圍為51.1%~74.2%,高于‘YM15’的35.2%~64.3%。

在品種方面,‘YM15’干物質(zhì)莖鞘轉(zhuǎn)移率隨施氮量的增加而顯著提高,YMN0處理莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量及轉(zhuǎn)移率分別為0.29 g/株和35.2%,顯著低于YMN2的0.51 g/株和48.3%;而施氮量對 ‘HG35’干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量及轉(zhuǎn)移率的影響未達顯著水平。

此外,施氮量顯著影響營養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的貢獻率,弱筋小麥葉片和莖鞘干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的貢獻率隨施氮量的增加而顯著增加;而強筋小麥葉片和莖鞘干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的貢獻率隨施氮量的增加而呈降低趨勢,HGN2莖鞘干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的貢獻率為32.6%,顯著低于HGN0的44.6%,說明‘HG35’營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的速率對施氮量的增加不敏感,過量施入氮肥并不會提高其干物質(zhì)轉(zhuǎn)移效率。

表5 氮肥施用量對小麥營養(yǎng)器官中干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移量和貢獻率的影響

2.3 氮肥施用量對不同品種小麥籽粒灌漿特性的影響

‘HG35’與‘YM15’開花后籽粒的干物質(zhì)積累量變化趨勢基本相似。在籽粒灌漿前期(花后0~10 d)平緩上升,灌漿中期與后期(花后10~30 d)呈快速上升,灌漿末期(花后35 d直到完熟期)籽粒保持穩(wěn)定,但各時期施氮量對兩個品種干物質(zhì)積累量的影響未達顯著水平(圖1)。

圖1 氮肥施用量對小麥籽粒干物質(zhì)量的影響

試驗表明,小麥籽粒灌漿速率及灌漿時間與小麥籽粒重密切相關(圖2)。

圖2 氮肥施用量對小麥籽粒灌漿速率的影響

由圖2可知,在小麥花后籽粒灌漿進程中,‘YM15’與‘HG35’籽粒灌漿速率變化趨勢相同,花后5~20 d,籽粒灌漿速率穩(wěn)步升高,灌漿高峰出現(xiàn)在花后20 d,此后灌漿速率快速降低。在品種之間,花后5~10 d,‘YM15’灌漿速率的增長幅度顯著低于‘HG35’,不同處理YMN0、YMN1、YMN2的增長幅度分別為0.70、0.58、0.79 mg/(?!),而HGN0、HGN1、HGN2的增長幅度分別是‘YM15’對應處理的1.44、1.78、1.45倍。而花后15~30 d,強筋、弱筋小麥各處理籽粒灌漿速率無顯著差異。

3 討論與結(jié)論

本試驗通過設置不同的氮肥施用水平,研究了優(yōu)質(zhì)強筋小麥‘衡觀35’及優(yōu)質(zhì)弱筋小麥‘揚麥15’不同生育時期的植株干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運規(guī)律和籽粒灌漿特性。一定范圍內(nèi),施用氮肥對兩種專用小麥地上部各部位器官干物質(zhì)的積累具有促進作用。隨著生育進程的推進,兩種小麥植株干物質(zhì)分配中心由營養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移。適量增施氮肥可以促進光合產(chǎn)物的形成、積累以及由營養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運[7-8]。施氮處理下,‘HG35’營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累對籽粒的貢獻率高于‘YM15’,說明氮素對小麥植株干物質(zhì)量及營養(yǎng)器官對籽粒的貢獻率的影響因品種特性的不同而存在差異[9-11]。

小麥籽粒干物質(zhì)的積累與其粒重密切相關,提高籽??煸銎诘墓酀{速率以及延緩灌漿末期灌漿速率對小麥千粒重的提高具有顯著的促進作用[12]。本試驗條件下,在氮轉(zhuǎn)運和農(nóng)學利用方面,適量增施氮肥能夠提高花后25~30 d小麥籽粒的灌漿速率,延長籽粒灌漿持續(xù)時間,有利于小麥籽粒千粒重的增加。增施氮肥提高了兩種小麥總干物質(zhì)積累量、營養(yǎng)器官干物質(zhì)和氮素向籽粒轉(zhuǎn)移的貢獻率,有利于收獲指數(shù)的提高?!瓾G35’和‘YM15’植株氮素利用效率均隨著施氮量的增加而降低,在180 kg/hm2施氮處理下二者氮素農(nóng)學利用效率最大,‘HG35’氮素吸收速率顯著高于‘YM15’。

小麥生長與其品種特性、栽培因子及環(huán)境因子有關。適宜的施氮量及氮肥運籌能夠提高小麥的莖蘗成穗率[13],有利于個體和群體的協(xié)調(diào)發(fā)育。李宇峰等[14]的研究結(jié)果顯示,施氮可促進強筋小麥‘西農(nóng)979’和弱筋小麥‘鄭麥004’的有效穗數(shù)。小麥的莖蘗成穗率與拔節(jié)期追施氮肥比例呈極顯著二次曲線關系[15]。過量施氮時群體結(jié)構偏大,會增加植株的呼吸損耗, 此時對群體干物質(zhì)積累的促進效應下降,因而會降低花后光合產(chǎn)物的積累及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻率[7,16]。李友軍等[17]認為,拔節(jié)期重施氮肥能夠增強‘豫麥10號’基部一、二節(jié)間的充實度并提高穗頸節(jié)在株高中所占的比例,從而改善后期田間的通風透光條件。李國強等[18]認為,小麥植株莖鞘干物質(zhì)最大分配比例與穗部干物質(zhì)最大分配比例分別出現(xiàn)在孕穗期和完熟期,且適量施氮有利于莖鞘分配比例的提高。因此,適宜的施氮量有利于構建合理的形態(tài)結(jié)構,從而影響植株對土壤養(yǎng)分及光能的吸收利用,進而影響植株干物質(zhì)、氮素的積累及其對籽粒的貢獻率。

隨著生育進程的推進,小麥植株群體干物質(zhì)量呈漸增趨勢,在干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移的過程中伴隨著籽粒氮素的積累。趙滿興等[19]對旱地小麥‘陜253’、‘小偃503’,‘陜229’和‘小偃2’4個品種氮素累積、運輸和分配特征進行研究,認為不同品種間氮素累積量和氮肥利用率均存在顯著差異。張微微[6]在關于不同小麥氮素吸收利用對減氮施氮的響應研究中指出,弱筋小麥‘揚麥13’和中筋小麥‘揚麥16’在180 kg/hm2施氮處理與四葉期追肥的互作下,氮肥吸收效率、氮肥農(nóng)學利用率及氮素收獲指數(shù)均得到顯著提高,過量施氮時則有所下降,因此適量減施氮肥使得氮素養(yǎng)分得以較為充分的吸收利用。

本研究基于田間試驗結(jié)果,與強筋品種‘HG35’相比,弱筋小麥‘YM15’對氮素施用更為敏感,且過高施氮量影響‘YM15’籽粒蛋白含量等品質(zhì)指標。綜合產(chǎn)量品質(zhì)各項指標,‘YM15’施氮量應低于‘HG35’,180 kg/hm2施氮水平即可使‘YM15’達到優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)。有關氮素運籌、水氮互作等對不同品種小麥的影響仍需進一步探索。

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責任編輯:宗淑萍

Effects of Nitrogen Application on Dry Matter Accumulation and Grain Filling Rate of Strong Gluten and Weak Gluten Wheat

NIU Qiao-long1,2,CAO Gao-yi1,Corresponding Author,WAN Peng1,2,F(xiàn)ANG Ming2,LAI Xin2,ZHANG Gui-long2,LI Jie2,Corresponding Author,XIANG Chun-yang1

(1. College of Agronomy and Resource Environment, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Agro- Environmental Protection Institute, Ministry of Agriculture, Tianjin 300191, China)

In order to clarify the responses of different wheat plant dry matter translocation and grain filling characteristics to nitrogen application levels, to study the aboveground organs matter translocation at booting stage, flowering stage and mature stage and the grain filling properties, a field experiment was carried out in the field monitoring station of Agro-Environmental Protection Institute under different nitrogen treatments, 0(N0), 180(N1), 300(N2)kg/hm2. The wheat cultivar, strong gluten wheat ‘Hengguan35’(HG35)and weak gluten wheat ‘Yangmai15’(YM15)were selected for the study. The results indicate that the increase of nitrogen input within a certain extent could promote the different parts of organs dry matter accumulation of two kinds of wheat, and the increase of nitrogen input was beneficial to dry matter accumulation and improve the transfer rate of wheat plant nutrient organs; dry matter accumulation of wheat grain is divided into slow growth stage, rapid growth period and stable period, and different wheat differ in different periods of grain filling rate, increasing nitrogen input within a certain extent was beneficial to improve the maximum grain filling rate and maintain the filling rate in telophase of grain filling. Comprehensive analysis, under the conditions of this study, the suitable nitrogen application rate of two kinds of special use wheat was 180 kg/hm2.

strong gluten and weak gluten wheat; nitrogen supply level; dry matter accumulation; grain filling rate

1008-5394(2017)03-0001-05

S147

A

2017-05-09

國家科技支撐計劃項目“城郊環(huán)保型高效農(nóng)業(yè)關鍵技術研究與示范”(2014BAD14B00);農(nóng)業(yè)部引進國際先進農(nóng)業(yè)科學技術項目“農(nóng)用土壤碳匯計量監(jiān)測技術體系引進與應用”(2015-Z7,2016-X53);國家自然科學基金項目“氧化改性生物炭對設施菜地土壤氮素淋失的阻控作用與機制”(41571292)

牛巧龍(1990-),女,山西永濟人,碩士在讀,主要從事作物遺傳育種研究。E-mail:1063102864@qq.com。

曹高燚(1984-),男,河南南陽人,講師,博士,主要從事種子科學與分子育種研究。E-mail:caogaoyi@tjau.edu.cn。李潔(1986-),女,河北保定人,助理研究員,博士,主要從事作物生理生態(tài)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)過程研究。E-mail: lijie@caas.cn。

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施氮量與栽插密度對超級早稻中早22產(chǎn)量的影響
楸樹無性系苗期氮素分配和氮素效率差異
基于光譜分析的玉米氮素營養(yǎng)診斷
氮素運籌對玉米干物質(zhì)積累、氮素吸收分配及產(chǎn)量的影響
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