師 箏，高斯曼，李 彤，李雨澤，李紅霞，廖允成

(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院,陜西楊凌 712100)

小麥是世界重要谷類作物，是保障我國糧食安全的口糧作物，我國關(guān)中地區(qū)是其主要種植區(qū)[1]。氮素是基礎(chǔ)養(yǎng)分，在作物的營養(yǎng)循環(huán)、代謝過程中起著至關(guān)重要的作用[2]，小麥作為耗氮作物，適量施用氮肥可以增強光合作用，提高和改良籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)[3]。然而在實際生產(chǎn)中，農(nóng)戶會為追求高產(chǎn)而過量施用化肥，導(dǎo)致小麥生長時出現(xiàn)“倒伏”、“貪青”、抗逆能力下降的現(xiàn)象，還可能破壞土壤結(jié)構(gòu)，使水體富營養(yǎng)化等[4]，這不但提高了生產(chǎn)成本，降低氮肥利用率，影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且還會破壞生態(tài)系統(tǒng)。葉綠素突變目前已經(jīng)是一種普遍存在的突變類型，有研究表明，葉綠素含量對小麥的生長特性、產(chǎn)量和品質(zhì)有顯著影響[5]。所以，明確不同葉綠素含量小麥的較佳施氮量對小麥節(jié)肥、增產(chǎn)、強質(zhì)、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力具有重要意義[6]。

本試驗利用前期研究發(fā)現(xiàn)的葉綠素突變材料冀麥5265黃綠葉突變體(淺綠型)，以具有相同遺傳背景的冀麥5265(深綠型)和關(guān)中主推品種西農(nóng)979(深綠型)為對照，開展氮肥田間試驗，研究不同施氮水平對供試材料旗葉面積、葉綠素含量、光合特性、氮素利用率、產(chǎn)量和品質(zhì)等相關(guān)參數(shù)的影響，以揭示不同葉綠素含量小麥生長對氮肥的響應(yīng)機制，為高光效小麥栽培中合理施氮提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

田間試驗于2018年10月-2019年7月在陜西省楊凌示范區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作物標本區(qū)(N34°20′，E108°24′，海拔466.7 m)進行。試驗點位于關(guān)中平原地區(qū)，具有東亞暖溫帶半濕潤半干旱氣候和大陸性季風(fēng)氣候特征，年均氣溫 12.9 ℃，無霜期211 d，年均日照時數(shù)為2 163.8 h，年均降水量500～700 mm，且主要集中在夏季(7～9月)。土壤類型是塿土(粘粒組分36.5%，粉粒組分61.1%，砂粒組分2.4%)，pH值為 8.4，有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量分別為13.09 g·kg-1、0.86 g·kg-1、0.71 g·kg-1和14.76 g·kg-1，速效氮、速效磷和速效鉀含量分別為52.32 mg·kg-1、7.56 mg·kg-1和187.06 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

供試小麥品種為西農(nóng)979(深綠葉)、冀麥5265(深綠葉)和冀麥5265的突變體(黃綠葉，葉片從萌發(fā)即表現(xiàn)黃色，隨著生長發(fā)育葉片由淺黃色轉(zhuǎn)變成黃綠色，一直持續(xù)到收獲期，其他遺傳背景與冀麥5265相同)。設(shè)置4個氮肥施用量，分別為0 kg·hm-2(CK)、120 kg·hm-2(N1)、240 kg·hm-2(N2)和360 kg·hm-2(N3)。采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，共計36個小區(qū)，小區(qū)面積9 m2(3 m×3 m),各小區(qū)間留有30 cm隔離區(qū)，并在隔離區(qū)埋置從地下60 cm至地上40 cm塑料隔板起壟隔水肥。于2018年10月3日進行人工播種，播種量為150 kg·hm-2；肥料均在播種前基施。N肥為尿素(N≥46%)，按試驗設(shè)計施用；磷肥為過磷酸鈣(P2O5:16%)，施用量為120 kg·hm-2。其余田間栽培管理措施同一般大田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 旗葉面積測定

在開花期、花后14 d和花后28 d，用對角線取樣法，每個小區(qū)隨機選10株具有代表性的小麥植株測量其旗葉長和寬，葉面積=葉長×葉寬×0.83[7]。

1.3.2 SPAD值測定

在開花期、花后14 d和花后28 d，用葉綠素儀(Minolta、SPAD-520、日本)避開葉脈測定朝向長勢相似的小麥旗葉SPAD值，每個小區(qū)隨機測定30片旗葉取均值。

（1）建立多元產(chǎn)業(yè)集群模式。山東省制造業(yè)產(chǎn)業(yè)集群多數(shù)基于本省內(nèi)源品牌發(fā)展，譬如青島家電制造業(yè)就是在本土海信、海爾品牌帶動下，才有許多同類企業(yè)和關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)成立并發(fā)展起來。所以山東應(yīng)該構(gòu)建多元產(chǎn)業(yè)集群模式，導(dǎo)入國外先進品牌和企業(yè)，利用外部品牌的能量帶動本地企業(yè)發(fā)展。

1.3.3 光合特性測定

在開花期和花后28 d，選晴朗無云的早上 9：00—11：00，每個小區(qū)選5株健康、朝向長勢相似的植株標記掛牌，用LI-6400光合儀(Li-Cor、Lincoln、美國)避開葉脈測定旗葉的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、細胞間隙CO2濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs)。

1.3.4 地上部分氮含量測定

在開花期和成熟期，取長勢相似的40株小麥地上部，開花期分穗、莖鞘、旗葉和余下葉四部分，成熟期分籽粒、穎殼+穗軸、莖鞘、旗葉和余下葉五部分，于105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘箱中烘至恒重。將各部分粉碎，使用凱氏定氮法測定氮含量。

1.3.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

在成熟期，每個小區(qū)收獲1 m2代表樣點的小麥，測定籽粒水分含量后折算出含水量為13%的產(chǎn)量，并取長勢均勻的1 m 三行調(diào)查植株成穗數(shù)、千粒重、穗粒數(shù)[8]。

1.3.6 籽粒品質(zhì)相關(guān)指標測定

剔除收獲小麥籽粒中的不完整籽粒和雜質(zhì)后，采用近紅外(NIR)整粒谷物分析儀(Perten、IM9100型、瑞典)測定小麥籽粒粗蛋白(干基)含量、面筋(濕基)含量、吸水率、沉降值和容重。

1.4 氮利用相關(guān)指標計算

氮肥偏生產(chǎn)力=籽粒產(chǎn)量/施氮量[9]

氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量/植株氮素積累量[11]

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2017進行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 25分析數(shù)據(jù)，使用Excel 2017制表繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對冬小麥不同生育時期旗葉面積的影響

如圖1所示，開花后，不同葉綠素含量小麥旗葉面積均呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，以開花期值最大，開花期-花后14 d期間旗葉面積減小幅度較大，花后14～28 d期間則變化不大。隨著施氮量的增加，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體的旗葉面積呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，N2處理達到最大值，且顯著(P<0.05)高于其他三個處理；冀麥5265的旗葉面積則呈增大趨勢，N3處理達到最大值，且顯著(P<0.05)高于CK和N1處理，說明一定范圍的施氮有利于旗葉面積的增加。供試材料間旗葉面積比較，開花期，西農(nóng)979>冀麥5265>冀麥5265黃綠葉突變體，花后14 d和花后28 d則表現(xiàn)為冀麥5265>西農(nóng)979>冀麥5265黃綠葉突變體。

979：西農(nóng)979；WT：冀麥5265；MU：冀麥5265黃綠葉突變體；相同時期圖柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。979：Xinong 979;WT:Jimai 5265;MU:Jimai 5265 yellow-green leaf mutant;Different small letters above columns at same stage mean significant difference at 0.05 level.The same below.圖1 不同生育時期施氮量對旗葉面積的影響Fig.1 Effect of N level on flag leaf area of wheat at different growth stages

2.2 施氮量對冬小麥不同生育時期旗葉SPAD值的影響

如圖2所示，不同葉綠素含量小麥的旗葉SPAD值均隨著生育期推移呈先增后減的趨勢，均在花后14 d達到最大值。在同一生育時期，隨著施氮量的增加，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體的旗葉SPAD值呈先增大后減小趨勢，以N2處理最大，且顯著(P<0.05)高于CK和N1處理；而冀麥5265旗葉的SPAD值則持續(xù)增大，表現(xiàn)為CK

圖2 不同生育時期施氮量對旗葉 SPAD 值的影響Fig.2 Effect of N level rates on SPAD value of flag leaves of wheat at different growth stages

2.3 施氮量對冬小麥不同生育時期光合特性的影響

如表1所示，花后28 d的小麥旗葉各項光合指標與開花期相比均有所下降，其中CK處理下降幅度最大，說明施用氮肥可以延緩旗葉衰老速度，使葉片光合時間延長。隨著施氮量的增加，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體旗葉的Pn(光合速率)、Tr(蒸騰速率)和Gs(氣孔導(dǎo)度)值均呈現(xiàn)先增大后減小趨勢，均在N2處理中達到最大值，且顯著(P<0.05)高于CK和N1處理；而冀麥5265旗葉的Pn、Tr和Gs值則呈持續(xù)增大趨勢，在N3處理中達到最大值，且顯著(P<0.05)高于其他三個施氮處理。西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體旗葉的Ci(胞間CO2濃度)值隨施氮量增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢，N2處理最低；而冀麥5265呈現(xiàn)持續(xù)減小的趨勢，表現(xiàn)為CK>N1>N2>N3。開花期和花后28 d，冀麥5265黃綠葉突變體的Pn均高于另外兩個品種。

表1 不同生育時期施氮量對旗葉光合特性的影響Table 1 Effect of N level on photosynthetic characteristics of flag leaves of wheat at different growth stages

2.4 施氮量對冬小麥氮素利用率的影響

如表2所示，西農(nóng)979、冀麥5265黃綠葉突變體和冀麥5265的氮肥偏生產(chǎn)力值均隨著施氮量的增加而顯著(P<0.05)降低，N1處理最大；西農(nóng)979的N1和N2處理較N3處理高141.83%和80.95%，冀麥5265的N1和N2處理較N3處理高160.71%和 39.86%，冀麥5265黃綠葉突變體的N1和N2處理較N3處理高200.97%和 75.13%。通過比較發(fā)現(xiàn)，冀麥5265黃綠葉突變體的氮肥偏生產(chǎn)力隨氮肥施用量增加而下降的幅度較大。在N1處理下，氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為冀麥5265>冀麥5265黃綠葉突變體>西農(nóng)979。

表2 施氮量對小麥氮素利用的影響Table 2 Effects of N level on nitrogenutilization efficiency of wheat

隨著施氮量的增加，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體的氮肥農(nóng)學(xué)效率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在N2處理中達到最大，且顯著(P<0.05)高于N1和N3施氮量；西農(nóng)979的N1和N3處理較N2處理分別降低了 37.98%和57.04%，冀麥5265黃綠葉突變體的N1和N3處理較N2分別降低了26.58%和78.85%；冀麥5265的氮肥農(nóng)學(xué)效率則持續(xù)減小，以N1處理最大，顯著(P<0.05)高于其他施氮處理；相較N1處理，N2和N3處理分別降低36.65%和48.24%。供試材料間比較發(fā)現(xiàn)，氮肥農(nóng)學(xué)效率表現(xiàn)為西農(nóng)979>冀麥5265>冀麥5265黃綠葉突變體。

西農(nóng)979、冀麥5265黃綠葉突變體和冀麥5265的氮素利用效率均隨著施氮量的增加而呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，以N2處理最小，且顯著(P<0.05)低于CK和N1處理；西農(nóng)979的CK、N1和N3處理較N2處理分別增加了36.53%、34.05%和26.82%，在冀麥5265的CK、N1和N3處理較N2處理增加了28.92%、11.68%和1.56%，在冀麥5265黃綠葉突變體的CK、N1和N3處理較N2處理增加了33.49%、23.93%和 7.48%。通過比較發(fā)現(xiàn)，不同葉綠素含量小麥氮素利用效率表現(xiàn)為西農(nóng)979>冀麥5265>冀麥5265黃綠葉突變體。

2.5 施氮量對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如表3所示，隨著施氮量的增加，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量變化趨勢一致，均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，以N2處理最大，且顯著(P<0.05)高于其他三個處理。西農(nóng)979的產(chǎn)量，N1、N2和N3處理相比于CK處理分別增加了28.74%、70.31%和59.73%；冀麥5265黃綠葉突變體的產(chǎn)量，N1、N2和N3處理相比于CK處理分別增加 10.50%、28.57%和9.04%。冀麥5265的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量變化則表現(xiàn)為隨著施氮量的增加而持續(xù)增加，以N3處理最大，且顯著(P<0.05)高于其他處理。冀麥5265產(chǎn)量，N1、N2和N3處理相比于CK處理分別增加了37.43%、47.42%和58.09%。

表3 施氮量對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 3 Effect of N level on yield and its components of wheat

2.6 施氮量對冬小麥品質(zhì)的影響

如表4所示，氮肥施用量對不同葉綠素含量小麥的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值、吸水率和容重有顯著影響。西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水率、沉降值和容重隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，均以N2處理最大。冀麥5265的上述指標則隨著施氮量的增加而升高，在N3處理時最大，CK西農(nóng)979>冀麥5265。

表4 施氮量對小麥品質(zhì)的影響Table 4 Effect of N level rates on wheat quality

3 討 論

氮素是合成葉綠素的重要礦質(zhì)元素[12]，旗葉的光合作用是決定小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。本試驗對小麥旗葉的面積、旗葉SPAD值和光合特性結(jié)果分析顯示，旗葉的面積、SPAD值和凈光合速率等指標在不同施氮水平下的變化趨勢表現(xiàn)出一致性。施氮量為0～360 kg·hm-2范圍內(nèi)，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體的各被測指標都隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在施氮量為240 kg·hm-2時達到最大值，且顯著 (P<0.05)高于不施氮組；冀麥5265則是隨著施氮量的增加呈現(xiàn)持續(xù)增大的趨勢，在施氮量為360 kg·hm-2時達到最大值，且顯著 (P<0.05)高于不施氮組。本研究中，冀麥5265黃綠葉突變體旗葉面積小于另外兩種小麥，但其SPAD值和光合速率差異不明顯。這些結(jié)果與前人研究[13-15]一致。適宜的施氮量能促進小麥旗葉生長發(fā)育，增大葉面積，提高SPAD值，增強小麥體內(nèi)氮素代謝水平，提升光合速率，減緩旗葉的衰老速度，從而達到提高小麥籽粒產(chǎn)量的目的[16-19]。旗葉SPAD值能夠反應(yīng)葉片中葉綠素含量的相對值，較高的葉綠素含量利于葉片捕光，提高光合作用，旗葉SPAD值與光合速率呈正相關(guān)[20-21]。葉面積的增大能增強對光能的捕獲，從而提高光合速率，但其影響是有限的。

氮肥偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率和氮素利用率是衡量氮肥利用效率的重要指標之一[22]。本試驗結(jié)果表明，施氮量為0～360 kg·hm-2范圍內(nèi)，小麥的氮肥偏生產(chǎn)力隨著氮肥施用量的增加而逐漸降低，氮肥農(nóng)學(xué)利用率則是隨著氮肥施用量的增加，西農(nóng)979與冀麥5265黃綠葉突變體呈先增大后減小趨勢，冀麥5265呈持續(xù)減小趨勢。冀麥5265黃綠葉突變體的氮肥利用效率低于另外兩種小麥，由此可見，為提高氮素利用效率，種植不同葉綠素含量小麥時，要施用與之適宜的施氮量。這與張福鎖等[23]研究結(jié)果基本一致。

穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重以及籽粒產(chǎn)量對氮素調(diào)控反應(yīng)敏感[24]。本試驗中，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體的產(chǎn)量在施氮量為0～360 kg·hm-2時，隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在施氮量為240 kg·hm-2時產(chǎn)量達到最大值，且顯著(P<0.05)高于不施氮組；冀麥5265的產(chǎn)量則是隨著施氮量的增加持續(xù)增大。這說明氮肥能提高小麥的生長能力，對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均有提高作用，不同小麥獲得最高產(chǎn)量時的氮肥用量有所差異，種植小麥時要結(jié)合其需氮特性施以適量的氮肥[25-28]。冀麥5265黃綠葉突變體的光合能力強，但產(chǎn)量卻低于另外兩種小麥，其原因還有待進一步研究。

本試驗結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉突變體的籽粒品質(zhì)指標先增后減，冀麥5265則是隨著施氮量的增加持續(xù)增大，最佳施氮組與不施氮組相比，小麥籽粒品質(zhì)指標增加顯著(P<0.05)。冀麥5265黃綠葉突變體蛋白質(zhì)含量大于其他兩種小麥。說明在一定施氮范圍內(nèi)氮肥水平與籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值、吸水率和容重等品質(zhì)指標均呈線性正相關(guān)，氮肥的增施和高光效都有益于小麥品質(zhì)的改良[29]。

4 結(jié) 論

在關(guān)中平原地區(qū)，雨養(yǎng)條件下，適當(dāng)增施氮肥可以顯著(P<0.05)促進小麥光合作用，提升氮肥利用率和提高籽粒產(chǎn)量及品質(zhì)。綜合考慮，西農(nóng)979和冀麥5265黃綠葉變體的最適施氮量是240 kg·hm-2，冀麥5265是360 kg·hm-2。