孫 婷 張建芳 比拉力·艾力 石元強 張 迪 李國坤 王冀川

（塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300）

小麥?zhǔn)俏覈谌蠹Z食作物，其生長發(fā)育與各器官的建成及氮素運籌息息相關(guān)［1］。施氮量、施氮時期及施氮比例對小麥最終籽粒產(chǎn)量的形成、品質(zhì)有重要影響［2］。當(dāng)前，在實際生產(chǎn)中，農(nóng)戶盲目地以增加施氮量作為提高小麥產(chǎn)量的主要手段，加之施氮方法與時期不科學(xué)，導(dǎo)致氮肥施用量逐年增加，氮素利用率下降，生產(chǎn)成本增加［3］，并帶來一系列生態(tài)環(huán)境問題。新疆作為我國最大的西部內(nèi)陸極端干旱地區(qū)，具有光熱資源豐富、耕地面積大的特點，小麥種植面積常年為118萬公頃，其中春麥36萬公頃左右，是我國第八大小麥生產(chǎn)區(qū)［4］。目前，新疆小麥生產(chǎn)逐漸采用滴灌水肥一體化技術(shù)，水肥利用效率和產(chǎn)量得到較大提高［5］。作物養(yǎng)分吸收利用特性與肥水施用方法及運籌方式緊密相關(guān)，在常規(guī)灌溉條件下氮素運籌對小麥氮素吸收與利用的研究較多，但針對極端干旱區(qū)滴灌條件下氮素運籌對滴灌春小麥氮素營養(yǎng)的吸收、利用及轉(zhuǎn)化的調(diào)控效應(yīng)鮮有報道，且有關(guān)合理的氮素運籌模式尚缺乏定論。本研究以滴灌春小麥為研究對象，分析了春小麥氮素吸收、利用及轉(zhuǎn)運特征，施氮量及施氮時期對滴灌春小麥氮素運轉(zhuǎn)的響應(yīng)，提出合理的氮素運籌方案，為南疆滴灌春小麥高產(chǎn)高效栽培提供一定的理論依據(jù)及必要的技術(shù)支持。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018 年和2019 年在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗站網(wǎng)室中進(jìn)行，該試驗點位于塔里木盆地西北邊緣，40°33'N，81°16'E，海拔1 012.2 m，年平均氣溫11.2℃，年均降水量45.7 mm，年均蒸發(fā)量1 988.4 mm，年均相對濕度在55%以下，屬典型暖溫帶內(nèi)陸型氣候。

試驗地土質(zhì)為沙壤土，干土體積質(zhì)量為1. 32 g/cm3，田間持水量為23.4%（質(zhì)量含水量），NO3-- N含量49.27 mg/kg，NH4+-N 含量6.70 mg/kg，有機質(zhì)的含量1.025%，土壤pH 值7.7。播前統(tǒng)一施基肥三料磷肥300 kg/hm2，硫酸鉀75 kg/hm2。

1.2 試驗設(shè)計

以新春6 號（早熟大穗型春小麥，新疆農(nóng)科院提供）和寧2038（中晚熟多穗型春小麥，寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)作物研究所提供）為試驗材料，開展施氮量與和施氮基追配比的雙因素控裂區(qū)試驗，主區(qū)為4個施用純氮量處理：0 kg/hm2、103. 5 kg/hm2、207. 0 kg/hm2和310.5 kg/hm2，以N0、N1、N2和N3表示；副區(qū)為4個基追氮肥配比處理，基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥∶灌漿肥分別為：10∶0∶0∶0、6∶4∶0∶0、4∶4∶2∶0和2∶4∶2∶2，以R1、R2、R3和R4表示；試驗共13個處理，每處理重復(fù)3次。于3月2日按照15 cm等行距播種，播量為575×104粒/hm2，小區(qū)面積為3 m×10 m=30 m2，出苗后按1 管4 行模式鋪設(shè)滴灌帶。全生育期滴灌8次，氮肥運籌以純氮折算成尿素（N-46%）嚴(yán)格按照試驗設(shè)計進(jìn)行（表1），氮素基肥于播前翻施，追肥用文丘里施肥器隨水滴施。

表1 各小區(qū)氮肥（尿素）施用分配表（kg/區(qū)）

1.3 測定項目與方法

1.3.1 各器官干物質(zhì)及氮素的測定

分別在拔節(jié)期、揚花期和蠟熟期取樣，每個處理取3 株作為三次重復(fù)，分器官稱鮮質(zhì)量后與105℃下殺青15 min，之后于85℃下烘干至質(zhì)量恒定。對完成干物質(zhì)測定的樣品，按葉片、莖+葉鞘、穎殼+穗軸、籽粒分樣，烘干粉碎并過0.5 mm篩，在陰涼干燥處密封保存采用H2SO4-H2O2消煮后采用凱氏定氮儀測定各器官全氮含量。

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

于蠟熟期對每個處理進(jìn)行考種，調(diào)查穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，折算成公頃產(chǎn)量。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析

對2 年的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，使用Microsoft Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用DPS7. 05 統(tǒng)計軟件Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較的顯著性檢驗。氮素積累與運轉(zhuǎn)、氮素利用效率等的計算公式如下［6-9］：

各器官氮素累積量（mg/莖）=各器官含氮量×各器官干物質(zhì)積累量；

氮素轉(zhuǎn)運量=開花期營養(yǎng)器官氮素累積量-成熟期營養(yǎng)器官氮素累積量；

氮素轉(zhuǎn)運效率（%）=營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量/開花期營養(yǎng)器官氮素累積量×100%；

轉(zhuǎn)運的氮素對籽粒貢獻(xiàn)率（%）=氮素轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒氮素積累量×100%；

花后氮素吸收量（kg/hm2）=成熟期植株氮素積累量-開花前植株氮素積累量；

花后氮素吸收量對籽粒的貢獻(xiàn)率（%）=花后氮素吸收量/成熟期籽粒氮素積累量；

氮素籽粒生產(chǎn)效率（kg/kg）=籽粒產(chǎn)量/植株總氮素積累量；

氮素吸收效率（kg/kg）=植株氮素積累量/施氮量；

氮素利用率（%）=（施氮區(qū)植株氮素積累量-氮空白區(qū)植株氮素積累量）/施氮量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-氮空白區(qū)籽粒產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥運籌對小麥氮素積累的影響

由表2可知，隨生育進(jìn)程推進(jìn)植株氮素積累量呈增加的趨勢，至蠟熟期達(dá)到最大值，其中，拔節(jié)期氮素積累量隨氮素后移呈逐漸降低的趨勢，揚花期呈先增后降的趨勢，而蠟熟期呈逐漸增加的趨勢。在施氮時期及比例相同時，各時期氮素積累量隨施氮量的增加而增加。蠟熟期新春6 號和寧2038 的N3R4處理顯著高于其他各處理（P＜0. 05），分別達(dá)到53. 36 mg/莖和58.25 mg/莖，其次為N2R3、N3R4、N3R2，說明中氮、高氮分三次施入氮素積累量較高，而低氮底施、分兩次施入氮素積累量較低。在各施氮水平下，蠟熟期氮素積累量均以R3、R4處理較高，且顯著高于其他處理（P＜0. 05），說明氮肥分三次施入更有利于氮素的積累。

表2 氮素運籌對植株氮素積累量的影響（mg/莖）

2.2 氮肥運籌對小麥各器官氮素積累與分配的影響

由表3可知，新春6號和寧2038在各生育期均表現(xiàn)為莖稈的氮素積累量高于葉片。葉片、莖稈和穗軸+穎殼的氮素積累量均在揚花期最大。當(dāng)施氮量相同時，新春6 號、寧2038 各器官氮素積累量在拔節(jié)期表現(xiàn)為R1＞R2＞R3＞R4，R3、R4處理差異不顯著，但與R1處理差異達(dá)顯著；在揚花期表現(xiàn)為R3＞R2＞R4＞R1，各處理間差異達(dá)顯著；在蠟熟期營養(yǎng)器官表現(xiàn)為R4＞R3＞R2＞R1，各處理間差異達(dá)顯著，而籽粒氮素積累表現(xiàn)為R3＞R2＞R4＞R1，R3顯著高于其他處理?？梢?，隨生育推進(jìn)，施氮次數(shù)越多，其氮素積累量越大。當(dāng)施氮時期及比例相同時，兩品種各器官氮素積累量均表現(xiàn)為隨施氮量的增加而增加，在拔節(jié)期，N3處理的葉片氮素積累量最大，新春6 號與寧2038 分別為1.47～2.35 mg/莖、1.55～2.39 mg/莖，其次為N2處理，但與N3間差異不顯著。在揚花期和蠟熟期，新春6號與寧2038 在N3處理的總氮素積累量分別為29. 10～30.64 mg/莖、25.91～27.65 mg/莖及40.87～55.23 mg/莖、38.14～53.01 mg/莖，顯著高于其他氮素處理。說明過多施氮并不能顯著提高葉片氮素積累量，但能明顯提高中后期氮素積累總量，并主要表現(xiàn)為提高莖稈和籽粒的氮積累增加。組合處理中，新春6 號、寧2038 拔節(jié)期的各器官氮素積累量在N3R1處理下最高，在孕穗期以N3R3處理最高，其穗的氮素積累量分別比N3R1高6.63%、8.99%，比N1R3高13.68%、17.10%；在蠟熟期以N3R4處理達(dá)到最大，其穗+穎殼的氮素積累量分別比N3R1高11. 50%、11. 38%，比N1R4高30. 69%、34. 87%，籽粒的氮素積累量分別比N3R1高25. 88%、28. 36%，比N1R4高29. 68%、29.39%，表明增施氮肥對籽粒氮素積累量影響更顯著，實施氮素后移可以提高籽粒氮素積累量。

表3 氮素運籌對小麥各器官氮素積累與分配的影響（mg/莖）

（續(xù)表）

2.3 氮肥運籌對春小麥各器官氮素運轉(zhuǎn)的影響

由表4可知，花前各器官氮素轉(zhuǎn)運量隨施氮量的增加而增加，葉片和穗軸+穎殼氮素轉(zhuǎn)運量隨氮肥后移呈先增后降的變化趨勢，而莖則呈逐漸降低的變化趨勢。在施氮量相同時，R2、R3處理的葉片和穗軸+穎殼的氮素轉(zhuǎn)運量最高，R4則表現(xiàn)為最低，表明1～2 次追氮能提高葉片及穗軸+穎殼的轉(zhuǎn)運量，增施灌漿氮肥則不利于莖鞘及葉片的氮轉(zhuǎn)運量。各器官氮素轉(zhuǎn)運率大致表現(xiàn)為隨氮肥后或移施氮量的增加而降低，其對籽粒的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)不同，隨施氮量增加各器官氮素轉(zhuǎn)運率及貢獻(xiàn)率降低，但增加中后期追氮量，穗軸+穎殼的氮素貢獻(xiàn)率又有所增加。

施氮量、氮素后移及互作效應(yīng)對各器官氮素轉(zhuǎn)運的影響效應(yīng)（F 值）均達(dá)到極顯著差異（P＜0. 01），新春6 號和寧2038 施氮處理的葉片、莖稈+葉鞘和穗+穎殼的氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒的貢獻(xiàn)率變異系數(shù)分別為20.20%、27.92%、15.30%和22.27%、28.38%、14. 20%，氮素后移效應(yīng)分別為11. 66%、13. 18%、12.46%和12.24%、14.99%、11.07%，說明氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻(xiàn)率上，各器官的供氮效應(yīng)大于氮素后移效應(yīng)，且寧2038葉片和莖稈+葉鞘的供氮效應(yīng)大于新春6 號，而穗+穎殼的供氮效應(yīng)小于新春6 號。施氮量及施氮時期的互作效應(yīng)對各器官氮素轉(zhuǎn)運效率及對籽粒貢獻(xiàn)率均達(dá)到極顯著差異（P＜0. 01），說明適宜的施氮量及施氮時期能夠促進(jìn)各器官氮素向籽粒中轉(zhuǎn)運。從各器官氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒貢獻(xiàn)率大小上看，表現(xiàn)為莖稈+葉鞘＞葉片＞穗+穎殼，而氮素轉(zhuǎn)運率則表現(xiàn)為葉片＞莖稈+葉鞘＞穗+穎殼。

表4 氮素運籌對春小麥各器官氮素轉(zhuǎn)運量和貢獻(xiàn)率的影響

2.4 氮肥運籌對春小麥氮素轉(zhuǎn)運的影響

由表5 可知，新春6 號、寧2038 在不施氮肥的處理下，花前營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運率及氮素轉(zhuǎn)運量對籽粒的貢獻(xiàn)率均顯著高于施氮處理，而花后氮素吸收量及花后氮素吸收量對籽粒的貢獻(xiàn)率均顯著低于施氮處理，說明施氮處理利于花后氮素的吸收與積累，不利于花前營養(yǎng)器官氮素的積累向籽粒的轉(zhuǎn)運、分配?；ê蟮匚樟烤訬3R4處理最高，其次是N2R4處理且差異并不顯著，說明在控制施氮時期的基礎(chǔ)上，增施氮肥有利于花后氮素的吸收，但施氮量過多并不利于花后氮素的吸收。從各因素對植株氮素吸收與分配的影響程度（F 值）看，花前營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率及對籽粒的貢獻(xiàn)率和花后氮素吸收及對籽粒的貢獻(xiàn)率指標(biāo)方面的施氮量、施氮時期及互作效應(yīng)達(dá)到極顯著水平（P＜0. 01），說明在控制施氮量的基礎(chǔ)上，氮素后移是促進(jìn)氮素吸收與分配的基礎(chǔ)，適宜的施氮量和施氮時期可以充分發(fā)揮氮素的優(yōu)化分配。

表5 氮素運籌對春小麥氮素積累與運轉(zhuǎn)的影響

2.5 氮肥運籌對春小麥氮素利用效率、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表6 可知，不同氮素運籌對兩品種小麥穗粒數(shù)、穗質(zhì)量及氮素利用的影響均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。在施氮時期及比例相同時，穗粒數(shù)隨施氮量的增加而增加，在N2、N3處理下，千粒質(zhì)量和穗質(zhì)量差異并不顯著；在施氮量相同時，隨氮素后移穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和穗質(zhì)量呈先增加后減小的趨勢，說明適當(dāng)?shù)牡睾笠瓶梢蕴岣咝←湲a(chǎn)量。就穗質(zhì)量的高低而言，N3處理及R3處理穗質(zhì)量最大，但與N2處理及R2處理的差異不大，說明施氮量在207～310.5 kg/hm2施氮時期在拔節(jié)期和孕穗期是較合理的。施氮量過多或施氮時期過晚均不利于發(fā)揮氮素的增產(chǎn)效果。從施氮量、氮素后移及互作對產(chǎn)量構(gòu)成及氮素利用的調(diào)控效應(yīng)看，除千粒質(zhì)量的氮素后移效應(yīng)外，其他各項指標(biāo)的施氮量、氮素后移及互作效應(yīng)（F 值）均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），兩品種在不同供氮水平下，其穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、穗質(zhì)量、氮素吸收效率、氮素農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮籽粒生產(chǎn)效率變異系數(shù)（CV）均小于在不同氮素后移條件下，且新春6 號各CV 值略高于寧2038，表明在增施氮肥的基礎(chǔ)上，采取氮素后移策略，適當(dāng)增加追肥次數(shù)，發(fā)揮施氮量和施氮時期互作效應(yīng)，是提高氮素利用效率、提高小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵，且施氮量越多，大穗型品種越應(yīng)該注重氮肥后移，增加追氮次數(shù)。

從組合處理上看，N3R4和N2R3穗質(zhì)量顯著高于其他處理，新春6 號分別達(dá)到1. 26 g 和1. 22 g（折合產(chǎn)量8 929.10 kg/hm2和8 506.16 kg/hm2），寧2038 分別達(dá)到1.09 g 和1.12 g（折合產(chǎn)量8 357.62 kg/hm2和8 187.02 kg/hm2），表明施氮量為207～310.5 kg/hm2、基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥∶灌漿肥為4∶4∶2∶0 或2∶4∶2∶2是本地區(qū)春小麥實現(xiàn)高產(chǎn)和氮肥高效利用的最優(yōu)氮素運籌模式。

表6 氮素運籌對春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、氮素利用的影響

（續(xù)表）

3 討論

前人關(guān)于花前氮素的積累與轉(zhuǎn)運、花后氮素的吸收與轉(zhuǎn)運各有不同。有研究表明，增加施氮量可以提高植株氮素積累量，但營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運率降低［10-13］。本研究發(fā)現(xiàn)，花后氮素積累量及對籽粒的貢獻(xiàn)率隨施氮時期的推遲而增加，而氮素運轉(zhuǎn)的貢獻(xiàn)率降低，這與馬冬云等［14］人研究結(jié)果一致。潘慶民［15］等研究表明，在施氮比例與施氮水平較高時，可以提高氮素的轉(zhuǎn)運量，但氮素轉(zhuǎn)運率降低，這與本研究結(jié)果相一致。Cass man 等［16］人研究認(rèn)為在小麥孕穗期增施氮肥可以提高氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運，不同時期氮素后移可以提高氮肥的吸收效率。本實驗研究發(fā)現(xiàn)，各施氮處理中，氮素分配量表現(xiàn)為R3、R4＞R2＞R1，且差異顯著；氮肥的吸收效率表現(xiàn)為R3、R4＞R2＞R1，且差異顯著，表明孕穗期增施氮肥可以提高氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運，不同時期氮肥分次施入可以提高氮肥的吸收效率，同Cass man的觀點一致。

氮素吸收利用效率、氮素偏生產(chǎn)力分別從不同角度描述了小麥對氮素的利用效率，常用此來表示氮素利用率的定量指標(biāo)［17］。氮素吸收利用效率、氮素偏生產(chǎn)力及氮籽粒生產(chǎn)效率均隨施氮量的增加而降低，這與劉立軍等［18-19］人研究結(jié)果一致；在施氮量相同的條件下增加追施氮素的比例，可以提高氮素吸收利用效率，在追氮比例相同的條件下，將414 kg/hm2施氮量降低至276 kg/hm2，氮素吸收利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均提高，這與馬興華等［20］研究結(jié)果相似。Jiang 等［21］人認(rèn)為增施氮肥降低了氮肥偏生產(chǎn)力，拔節(jié)期+揚花期追施氮肥能顯著提高氮素吸收利用率；氮素后移對氮肥偏生產(chǎn)力無顯著影響，這與本研究結(jié)果不一致，可能試驗條件和種植品種的差異所致［22］。在本研究范圍內(nèi)，綜合穗質(zhì)量和氮素吸收利用效率結(jié)果表明，在施氮量為276 kg/hm2，基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥為4∶4∶2是春小麥實現(xiàn)高產(chǎn)和氮肥高效利用的最優(yōu)氮素運籌模式。關(guān)于氮素運籌對春小麥氮素代謝的生理機制仍需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

（1）隨生育期推進(jìn)，植株氮素積累量隨施氮量和施氮次數(shù)的增加而增加，其對蠟熟期的影響最為顯著，但在中氮、高氮處理下差異不大。

（2）施氮顯著增加氮素轉(zhuǎn)運量，但施氮量過多并不能提高氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運和分配。低氮條件下，氮肥作底肥一次施入時的氮素轉(zhuǎn)運量最大，中、高氮條件下，新春6號按基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥=4∶4∶2施入時的氮素轉(zhuǎn)運量最大；寧2038按基肥∶拔節(jié)肥=6∶4時施入的氮素轉(zhuǎn)運量最大?；ê蟮匚樟考皩ψ蚜５呢暙I(xiàn)率均在分三次施入時最高，且大穗型品種高于多穗型品種。表明施氮量較少時，采取基肥為主的施肥策略，施氮量增大時，采取增加拔節(jié)、孕穗肥比例，適當(dāng)補施灌漿肥的策略，大穗型品種更應(yīng)注重氮肥后移。

（3）氮肥分次施入可以提高小麥的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，當(dāng)?shù)拾椿省冒喂?jié)肥∶孕穗肥為4∶4∶2時可獲得最大穗質(zhì)量。穗質(zhì)量在中氮、高氮處理間差異不顯著，說明施氮量過多并不能提高小麥產(chǎn)量。綜合穗質(zhì)量和氮素吸收利用效率結(jié)果表明，在施氮量為207～310. 5 kg/hm2，基肥∶拔節(jié)肥∶孕穗肥∶灌漿肥為4∶2∶2∶0 或2∶4∶2∶2 是本地區(qū)滴灌春小麥實現(xiàn)高產(chǎn)和氮肥高效利用的最優(yōu)氮素運籌模式。