陳 慧，黃振江，王冀川，潘雪嬌，張 迪，徐雅麗

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

0 引 言

【研究意義】水、氮是影響小麥籽粒產(chǎn)量形成的重要因素，為了獲得高產(chǎn)，過度增加水肥投入量，造成水分和氮肥農(nóng)田利用率下降[1]，生產(chǎn)效率不高，同時，殘留在土壤和進(jìn)入大氣中的氮素還對地下水及大氣等環(huán)境造成危害[2]。所以，合理的水、氮管理是實(shí)現(xiàn)作物產(chǎn)量與資源利用效率協(xié)同提高的重要措施。水氮耦合的關(guān)鍵在于最大程度地發(fā)揮水分與氮肥的正交互作用，利用二者間協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行水氮綜合管理。【前人研究進(jìn)展】前人研究發(fā)現(xiàn)，水分和氮素是影響小麥氮素吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的最有效因子之一[3]，合理的水分供應(yīng)和適量增施氮肥在一定程度上能增強(qiáng)小麥光葉片光合性能，促進(jìn)氮素有效利用，提高籽粒產(chǎn)量[4]。然而，過度干旱或過量灌溉均不利于小麥植株對氮素的吸收，適量灌溉可以顯著提高水分和氮肥利用效率[3,5]。王麗梅等[6]報道，水氮耦合能顯著促進(jìn)氮素在籽粒的累積，且植株氮素累積量與灌溉量呈二次回歸關(guān)系。另有研究表明，在小麥籽粒產(chǎn)量影響因素中，水分和氮肥之間存在著明顯的交互作用[7-8]。一方面小麥氮素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用受土壤水分狀況的影響，另一方面土壤水分不足對產(chǎn)量的負(fù)效應(yīng)可以通過適當(dāng)增施氮肥而減小[9-10]。趙炳梓等[11]的研究表明，隨灌溉水量的增加小麥的水分利用率在降低，但當(dāng)灌水量較低時，水分利用率隨著施氮量增加呈上升趨勢?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在水氮資源日趨短缺的干旱區(qū)，實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)的同時更需要考慮水、肥資源高效利用。合理的水氮配比，既決定著小麥能否高產(chǎn)，也是實(shí)現(xiàn)水分、氮素養(yǎng)分效率協(xié)同提高的必要條件。迄今為止，有關(guān)氮肥、水分與干物質(zhì)積累分配、葉片光合生理及水肥利用等相關(guān)的研究報道較多[12-14]，而水氮互作對滴灌冬小麥氮素吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響則鮮見報道。研究南疆綠洲區(qū)冬小麥在不同滴灌水氮供應(yīng)條件下氮素吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)特性指標(biāo)上的差異?！緮M解決的關(guān)鍵問題】設(shè)置滴灌水氮耦合試驗(yàn)，研究南疆綠洲區(qū)冬小麥在不同滴灌水氮供應(yīng)條件下氮素吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)特性指標(biāo)上的差異，明確滴灌條件下冬小麥的水氮調(diào)控響應(yīng)特征，為進(jìn)一步研究滴灌小麥水肥高效利用及高產(chǎn)形成的生理機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)于2015～2016年在塔里木大學(xué)試驗(yàn)站網(wǎng)室中進(jìn)行，試驗(yàn)點(diǎn)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(yàn)地土質(zhì)為沙壤土，土壤干土質(zhì)量為1.22 g/cm3，田間持水量23.8%，地下水位8.0 m左右，土壤有機(jī)質(zhì)含量1.03%，全氮0.69 mg/g，堿解氮49.27 mg/kg，速效磷52.11 mg/kg，速效鉀214.10 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為施氮處理，設(shè)置4個滴施純氮水平：0 kg/hm2(N0)、138 kg/hm2(N1)、207 kg/hm2(N2)和276 kg/hm2(N3)，副區(qū)為滴水量處理，在2015年11月10日統(tǒng)一冬灌900 m3·hm2的基礎(chǔ)上，次年起身期以后在每個施氮水平下設(shè)置3個滴水量水平：1 800 m3/hm2(W1)、3 150 m3/hm2(W2)和4 500 m3/hm2(W3)。試驗(yàn)共12個處理，每處理重復(fù)3次，每小區(qū)面積30 m2(3 m×10 m)，隨機(jī)區(qū)組排列。春季滴水7次，氮素按設(shè)計用量折算成尿素滴施4次。表1

表1 春季不同時期滴水與滴肥比例
Table 1 The proportion of drip irrigation and fertigation in different periods

注：TS：分蘗期，EJS：拔節(jié)初期，MJS：拔節(jié)中期，BS：孕穗期，F(xiàn)P：揚(yáng)花期，GFS：籽粒形成期，EFS：灌漿初期，MFS：灌漿中期，MS：成熟期，下同

Note: TS:Tillering stage, EJS: Early jointing stage, MJS: Middle jointing stage, BS: Booting stage, FP: Flowering period, GFS: Grain formation stage, EFS: Early filling stage, MFS: Middle filling stage, MS: Mature stage. The same are as in the following tables and figures

以早熟矮稈品種新冬22號為供試材料，在2015年10月2日按15 cm等行距播種，種植密度為570×104株/hm2，小區(qū)面積3 m×10 m，種植20行，滴灌帶按1管4行模式鋪設(shè)。每個小區(qū)以水表記錄灌水量，以文丘里施肥器追施尿素。為防止養(yǎng)分和水分在小區(qū)間遷移，翻地時在各區(qū)之間放置防滲板(PVC聚酯板，深度80 cm)作為小區(qū)隔板。試驗(yàn)田在播前統(tǒng)一施基肥重過磷酸鈣300 kg/hm2，硫酸鉀75 kg/hm2，其他田間管理同大田。

1.2.2 測定項(xiàng)目

1.2.2.1 全氮含量測定

在小麥各時期采集植物樣品，分莖鞘、葉片、穎殼+穗軸、籽粒取樣，每個處理選5株，稱鮮質(zhì)量后放入干燥箱在105℃下殺青0.5 h，75℃ 恒溫干燥至恒重，用電子天平稱量干物質(zhì)量。所有植物樣品均干燥后粉碎，并過0.5 mm 篩，在陰涼干燥處密閉保存。各器官樣品以濃H2SO4-H2O2消煮，用海能K9840半自動凱氏定氮儀測定全氮含量。籽粒含氮量乘以5.7即為其蛋白質(zhì)含量[15]。

1.2.2.2 產(chǎn)量因子測定

成熟期每區(qū)選取1 m2植株，調(diào)查穗數(shù)并脫粒測產(chǎn)。每區(qū)選取30株調(diào)查穗粒數(shù)。在測產(chǎn)樣品中，分3次各數(shù)取1 000粒，測定千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、制圖，用DPS11.0統(tǒng)計軟件Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行統(tǒng)計分析(P<0.01)，Excel 2003 作圖。氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、水氮生產(chǎn)效率等的計算公式如下[13,15-16]：

器官氮素累積量(kg/hm2)=器官氮素含量×器官干物質(zhì)質(zhì)量。

器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg/hm2)=開花期某營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期該營養(yǎng)器官氮素積累量。

器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率(%)=器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期該器官氮素積累量×100%。

器官轉(zhuǎn)移氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率(%)=器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒氮素積累量×100%。

氮籽粒生產(chǎn)效率(kg/kg)=籽粒產(chǎn)量/植株氮素總積累量。

氮素收獲指數(shù)=成熟期籽粒氮素積累量/植株氮素積累量。

蛋白質(zhì)產(chǎn)量(kg/hm2)=籽粒產(chǎn)量×籽粒蛋白質(zhì)含量。

氮肥農(nóng)學(xué)利用率(kg·kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-同一水分處理下的無氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮量。

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

氮肥利用效率(%)=(施氮區(qū)氮素積累量-同一水分處理下的無氮區(qū)氮素積累量)/施氮量×100。

灌溉水生產(chǎn)效率(kg/m3)=籽粒產(chǎn)量/(冬灌水量+春季滴灌水量)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮對冬小麥植株氮素積累與分配的影響

研究表明，植株氮素積累量隨生育進(jìn)程呈逐漸增加趨勢，至成熟期達(dá)到最大值，其中，拔節(jié)-揚(yáng)花期氮素積累量占總氮素積累量的比例隨水氮供應(yīng)量的增加而增加，為50.6%～68.4%。在同一氮素或滴灌水平下，隨灌水量或施氮量增加植株吸氮量增加，但高氮高水處理(N3W3)的吸氮量在揚(yáng)花期以后增長速率快速下降。從最終氮素積累總量上看，N3W2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，達(dá)269.26 kg/hm2，其次是N3W3、N2W3和N2W2處理，分別為258.52、253.34和228.85 kg/hm2，即高氮中水、高氮高水、中氮中水和中氮高水等處理的氮素積累量較高，而低氮、低水處理普遍較低。另外，N3W2和N2W3處理在籽粒形成期以后植株氮素積累量顯著(P<0.05)高于其他處理，且其成熟期籽粒氮素積累量也達(dá)223.85和212.08 kg/hm2，顯著(P<0.05)高于其他處理，說明高氮中水處理更有利于氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移。表2

表2不同時期小麥植株氮素積累量(kg/hm2)

Table 2 Nitrogen accumulation of wheat plants at different stages

處理Treatment拔節(jié)初期EJS孕穗期BS揚(yáng)花期FP籽粒形成期GFS灌漿中期MFS成熟期 MS籽粒Grain全株WholeplantN0W13705cd4909h9730g11084g11691g10523g11901gW23660cd6105g12921f15268e16257e14847f16878eW33851cd7902de15350e18161d19070d16676e19516dN1W13402d6208g10425g12388f12840f11701g13426fW24112bc8285d15208e17628d18846d16872e19348dW33974bc8944c17022d20358c21501c18994d22295cN2W13652cd6840f12869f14590e15502e13989f15991eW24090bc8208d16625d20809c22342c19612cd22885cW34353ab9300c18875c22612b24257b21208ab25334bN3W13836cd739ef13590f15601e16393e14705f16981eW24420ab10018b20375b24711a26000a22385a26926aW34664a11120a22341a25082a25711a20578bc25852ab

注：同一列數(shù)據(jù)不同字母表示差異達(dá)5%顯著水平，下同

Note: Deferent letters in the same column mean significant at 5% level. The same as below

從不同生育時期各器官氮素積累量情況來看，葉片、莖鞘和穎殼+穗軸的氮素積累均呈現(xiàn)“低、高、低”的變化趨勢，其中，葉片氮素積累在揚(yáng)花期達(dá)最大，莖鞘和穎殼+穗軸在籽粒形成期達(dá)最大；籽粒氮素積累從籽粒形成期開始快速增加，至成熟期達(dá)最大。從氮素積累量占總氮素積累量的比例大小上看，拔節(jié)前以葉片生長為主，葉片氮素積累量比例大于莖稈；拔節(jié)后，植株進(jìn)入到快速生長時期，莖鞘氮素積累迅速增加，至揚(yáng)花前后達(dá)43.75%左右的最大值，隨后下降，至成熟期仍余7.12%；籽粒形成期以后氮素開始向穗器官轉(zhuǎn)移，灌漿至成熟期籽粒逐漸成為氮素運(yùn)轉(zhuǎn)與積累中心，各器官氮素積累比例從大到小依次為籽粒>莖鞘>葉>穎殼+穗軸。表3

表3 不同時期各器官平均氮素積累量及所占比例
Table 3 The average accumulation and proportion of nitrogen in different organs in different periods

生育時期Growthperiod葉片Leaf莖鞘Stem+sheath穎殼+穗軸Spikeaxis+glume籽粒Grain氮素積累量NA(kg/hm2)百分比P(%)氮素積累量NA(kg/hm2)百分比P(%)氮素積累量NA(kg/hm2)百分比P(%)氮素積累量NA(kg/hm2)百分比P(%)總氮素積累量TN(kg/hm2)EJS3370847560715250000000000003977BS46605872304638382302900000007936FP67174349675643751971127600000015444GFS642035297221397027501512180098918191MFS3710193239822074220011469310484819202MS795402140971273337116841851519778

注：NA：氮素積累量，P：百分比，TN：總氮素積累量

Note: NA: Nitrogen accumulation;P: Percentage;TN : Total nitrogen

另外，從水氮對各器官不同時期氮素積累的影響程度上看，水分、氮素對葉片氮素積累的平均變異系數(shù)分別為26.89%和24.66%，對莖鞘的平均變異系數(shù)分別為41.20%和35.35%，對穎殼+穗軸的平均變異系數(shù)分別為21.58%和21.36%，對籽粒的平均變異系數(shù)分別為25.92%和23.33%，可見，水氮對各器官氮素積累的調(diào)控效應(yīng)大小為莖鞘>葉片>籽粒>穎殼+穗軸，且水分效應(yīng)略大于氮素效應(yīng)。

2.2 水氮對冬小麥各生育階段氮素吸收的影響

研究表明，在籽粒形成期之前，隨施氮量或灌水量增加，各階段吸氮量增加，只是在灌漿階段N3處理或W3處理的吸氮量顯著(P<0.05)下降，說明過高的施氮量或灌水量會影響植株在灌漿期的氮素吸收能力；N0處理或W1處理的階段吸氮量始終低于其他處理，這主要與少氮低水下植株個體長勢不良、氮素積累不足有關(guān)。從各階段吸氮量大小上看，表現(xiàn)為孕穗-揚(yáng)花>拔節(jié)-孕穗>分蘗-拔節(jié)>揚(yáng)花-籽粒形成>籽粒形成-灌漿>灌漿-成熟，其中花前氮素吸收量平均占總吸收量的72.64%～86.42%；從各時期氮素平均吸收速率上看，分蘗-拔節(jié)、拔節(jié)-孕穗、孕穗-揚(yáng)花、揚(yáng)花-籽粒形成和籽粒形成-成熟分別為1.31、2.47、8.34、2.74和0.93 kg/(hm2·d)，說明拔節(jié)-揚(yáng)花是冬小麥氮素吸收能力的高峰期。從水、氮處理對各生育時期吸氮量影響程度上看，不同氮素處理的植株含氮量在分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、揚(yáng)花期、灌漿期和成熟期的變異系數(shù)分別為7.88%、27.28%、18.59%、17.04%、23.63%、20.82%，不同水分處理的分別為9.80%、30.65%、26.06%、31.19%、28.66和16.66%，說明水氮主要在拔節(jié)-籽粒形成期間影響吸氮量，其中水分影響重點(diǎn)在拔節(jié)期和揚(yáng)花期，氮素影響重點(diǎn)在拔節(jié)期和籽粒形成期。 圖1，圖2

圖1 不同施氮量下群體階段吸氮量變化
Fig.1 Effect of different nitrogen on nitrogen uptake in winter wheat

圖2 不同灌水量下群體階段吸氮量變化
Fig.2 Effect of different water on nitrogen uptake in winter wheat

2.3 水氮對冬小麥各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

隨著施氮量或滴灌量的增加，各器官花前氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)量增加，同一灌水條件下，施氮處理葉片、莖鞘和穎殼+穗軸的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量較N0處理分別增加了18.25%～49.35%、7.35%～23.49%和40.36%～74.93%。同一施氮條件下， W2、W3灌水處理較W1處理的葉片、莖鞘和穎殼+穗軸的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量分別增加了39.88%～55.09%、24.34%～34.35%和33.96%～78.93%。氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率隨施氮量或滴灌量增加卻逐漸下降，各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)不一，不同氮素處理間葉片和莖鞘氮素貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為N0>N1>N2>N3，穎殼+穗軸為N2>N1>N3>N0。不同水分處理間葉片和莖鞘氮素貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為W3>W2>W1，穎殼+穗軸為W1>W3>W2。表4

表4 各營養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)量和貢獻(xiàn)率
Table 4 Nitrogen transfer amount and contribution rate of vegetative organs

處理Treatment葉片Leaf莖鞘Stem+sheath穎殼+穗軸Spikeaxis+glume轉(zhuǎn)運(yùn)量TA(kg/hm2)轉(zhuǎn)運(yùn)效率TR(%)貢獻(xiàn)率CR(%)轉(zhuǎn)運(yùn)量TA(kg/hm2)轉(zhuǎn)運(yùn)效率TR(%)貢獻(xiàn)率CR(%)轉(zhuǎn)運(yùn)量TA(kg/hm2)轉(zhuǎn)運(yùn)效率TR(%)貢獻(xiàn)率CR(%)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??2122??526?1686??3832??411ns4644??987??3002??W11983??9626??272ns9050??15191??1351??44332??1239??15900??W×N134ns743??127ns988??818??2005??1870??6313??6758??

注：TA：轉(zhuǎn)運(yùn)量；TR：轉(zhuǎn)運(yùn)效率；CR：貢獻(xiàn)率。ns表示P在0.05水平上差異不顯著，*和**表示P在0.05和0.01水平上差異顯著，下同

Note: TA:Transfer amount,TR:Transfer rate,CR:Contribution rate. ns:not significant(,P>0.05),*and**representsP<0.05 andP<0.01 respectively. The same as below

水、氮對營養(yǎng)器官氮轉(zhuǎn)運(yùn)的影響效應(yīng)(F值)均達(dá)顯著以上水平(P<0.05)，其中氮素處理的葉片、莖鞘和穎殼+穗軸中氮素運(yùn)轉(zhuǎn)貢獻(xiàn)率的變異系數(shù)分別為4.05%、8.62%和11.18%，而水分處理的分別為2.75%、7.42%和13.58%，說明在籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率上，葉片和莖鞘的供氮效應(yīng)大于供水效應(yīng)，而穎殼+穗軸的供水效應(yīng)大于供氮效應(yīng)。莖鞘和穎殼+穗軸氮轉(zhuǎn)運(yùn)量效率及貢獻(xiàn)率的水氮耦合效應(yīng)達(dá)極顯著以上(P<0.01)，說明合理的水氮一體化供應(yīng)能全面促進(jìn)營養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)量。另外，葉片、莖鞘及穎殼+穗軸的平均氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量分別是59.22、53.48和12.38 kg/hm2，氮素的平均轉(zhuǎn)運(yùn)效率分別為88.68%、79.81%和62.69%，平均貢獻(xiàn)率分別為35.07%、32.35%和7.21%，可見，各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率及對籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率大小為葉片>莖鞘>穎殼+穗軸。組合處理中，N3W3處理營養(yǎng)器官的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量及葉片氮素貢獻(xiàn)率最大，N0W1處理莖鞘的轉(zhuǎn)運(yùn)效率貢獻(xiàn)率最大，N3W1處理穎殼+穗軸的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和貢獻(xiàn)率最大，說明各營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率受水氮供應(yīng)而影響側(cè)重點(diǎn)不同，需要有一個適宜的水氮組合來保證各器官氮素貢獻(xiàn)率協(xié)調(diào)提高。

2.4水氮對冬小麥花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)與利用效率的影響

研究表明，植株?duì)I養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量隨施氮量或滴灌量的增加而增加，但營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率、氮籽粒生產(chǎn)效率及氮素收獲指數(shù)呈遞減趨勢，說明較高的水氮供應(yīng)雖能促進(jìn)植株氮素積累及營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量，但不表明能提高氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，氮素利用率反而下降。籽粒蛋白質(zhì)含量以N3W2和N2W2處理及處理的最高，說明在適當(dāng)控水的基礎(chǔ)上增施氮肥有利于蛋白質(zhì)產(chǎn)量的增加。從單因素對植株氮素分配的影響程度(F值)上看，除了籽粒蛋白質(zhì)含量的氮素供應(yīng)效應(yīng)不顯著外，其他指標(biāo)的水、氮效應(yīng)均達(dá)顯著以上水平(P<0.05)，且在營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)效率和對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率、氮素收獲指數(shù)及蛋白質(zhì)產(chǎn)量等指標(biāo)方面的水氮耦合效應(yīng)也達(dá)極顯著水平(P<0.01)，說明干旱區(qū)滴灌麥田保證水分供應(yīng)是促進(jìn)氮素吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的基礎(chǔ)，合理的水氮供應(yīng)能充分發(fā)揮氮素高效吸收和優(yōu)化分配。N3W2處理營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率和蛋白質(zhì)產(chǎn)量高于其他處理，即高氮中水處理是保證氮素吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的合理水氮組合。另外，氮素運(yùn)轉(zhuǎn)率和氮素收獲指數(shù)在N0W1處理下最高，氮籽粒生產(chǎn)效率以N1W1處理最高，這可能與作物在水氮脅迫條件下優(yōu)先保證生殖器官生長的自我調(diào)節(jié)有關(guān)[17]。N3W3處理的營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量及對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率最高，這是由于高水高氮導(dǎo)致后期倒伏嚴(yán)重，莖葉功能下降，花后氮素吸收量下降所致。表5

表5 營養(yǎng)器官花后氮素轉(zhuǎn)運(yùn)與利用效率特征
Table 5 Characteristics of nitrogen translocation and utilization efficiency in vegetative organs after anthesis

處理Treatment營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量NTAA(kg/hm2)營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率NTE(%)營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率CNTAK(%)氮籽粒生產(chǎn)效率NGPE(kg/kg)籽粒蛋白質(zhì)含量GPC(%)氮素收獲指數(shù)NHI(%)蛋白質(zhì)產(chǎn)量PY(kg/hm2)N0W18352g8584a7074fgh3195bc1389abc8842a52623gW210889f8429b7334def3343abc1371bc8797ab76888eW312510e8151c7524cde3154bc1337c8545cde82208deN1W18700g8341b7437cde3574a1433abc8715abc66199fW212733de8367b7540bcd3406ab1443abc8721abc95108cW313722d8063c7220efg3010c1440abc8520cde96494cN2W110868f8445b7775bc3478ab1484abc8748abc82428deW213352de8032c6825h3454ab1541ab8570bcd125697bW314749c7813d6955gh3388ab1418abc8371de121778bN3W111314f8325b7705bcd3346abc1503abc8660abc85371dW215834b7771d7936ab3483ab1573a8314e147594aW317067a7639e8298a2597d1328c7960f89089cdFN9598??44722??883?1497??239ns670?9290??W19457??2596??1617??1290??1024??8761??38071??W×N258ns3294??963??254ns303?715??5579??

注：NTAA：營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量，NTE：營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率，CNTAK：營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率，NGPE：氮籽粒生產(chǎn)效率，GPC：籽粒蛋白質(zhì)含量，NHI：氮素收獲指數(shù)，PY：蛋白質(zhì)產(chǎn)量

Note: NTAA:Nitrogen translocation amount after anthesis; NTE:Nitrogen translocation efficiency; CNTAK:Contribution of nitrogen translocation amount to kernel; NGPE:Nitrogen grain production efficiency;GPC: Grain protein content; NHI:Nitrogen harvest index;PY:Protein yield

2.5水氮對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、水氮素利用率的影響

不同水氮對小麥穗粒數(shù)、產(chǎn)量及水、氮效率利用的影響均達(dá)顯著以上水平(P<0.05)。同一灌水條件下，隨施氮量增加，穗粒數(shù)增加，但施氮量過高，千粒質(zhì)量有所下降；同一施氮水平下，水灌水量增加，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量增加，但N3W3處理的穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量下降，灌水對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的影響達(dá)極顯著水平(P<0.01)。從產(chǎn)量高低上看，N2處理及W2處理最高，但與N3及W3處理差異不大，說明207～276 kg/hm2的施氮量和3 150～4 500 m3/hm2的春季滴水量是比較合適的。隨著施氮量的增加，氮肥利用效率增加，但氮肥偏生產(chǎn)力下降；隨著滴灌量增加，灌溉水利用效率呈下降趨勢，而氮肥利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率則在W2處理下最大，說明過度增加灌水或施氮量將不利于發(fā)揮其增產(chǎn)效果，適宜的水氮能提高資源利用效率的同時增加產(chǎn)量。從對產(chǎn)量構(gòu)成及水氮利用效率的調(diào)控效應(yīng)(F值)上看，除千粒質(zhì)量的水氮互作效應(yīng)外，其他指標(biāo)的水、氮單因素及其耦合效應(yīng)均達(dá)顯著以上水平(P<0.05)，且不同供水條件下穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量、氮肥利用效率及灌溉水利用效率等指標(biāo)的變異系數(shù)分別為13.57%、3.68%、21.98%、25.45%和18.45%，分別是不同供氮條件下各項(xiàng)指標(biāo)變異系數(shù)的1.01、1.66、1.27、1.06和1.08倍，說明干旱區(qū)保證水分供應(yīng)是第一位的，水氮結(jié)合以發(fā)揮其耦合效應(yīng)是高產(chǎn)高效的關(guān)鍵。

從水氮組合處理上看，N3W2、N2W3和N2W2處理的產(chǎn)量最大，分別達(dá)9 379.83、8 582.85和8 164.05 kg/hm2，顯著高于其他處理(P<0.05)，且其千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成因素以及氮肥利用效率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和灌溉水利用率也明顯高于其他處理，其次是N3W3和N1W3處理，產(chǎn)量分別達(dá)6 709.68和6 699.71 kg/hm2。對氮(N)、水(W)耦合的產(chǎn)量(Y)效應(yīng)進(jìn)行方程擬合，得到Y(jié)=-10 918.524 1+13.682 1N+7.455 8W-0.003 6N2-0.000 8W2-0.001 1NW(R2=0.910 2)的二次多項(xiàng)式逐步回歸方程，對方程求極值，得到施氮量275.08 kg/hm2、灌水量4 457.89 m3/hm2時產(chǎn)量可達(dá)最大為8 558.73 kg/hm2。表6

表6 不同水、氮處理下冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成及水、氮利用效率
Table 6 Yield components,water and nitrogen use efficiency of winter wheat under different water and nitrogen treatments

處理Treatment穗粒數(shù)GS千粒質(zhì)量TGW(g)產(chǎn)量Y(kg/hm2)氮肥利用效率NFUE(%)氮肥偏生產(chǎn)力NPE(kg/kg)氮肥農(nóng)學(xué)利用率NAE(kg/kg)灌溉水利用效率IWUE(kg/m3)N0W11445e3847e379703f---141deW21842cd4200bcd562772d---139deW31926bc4231bcd614664cd---114fN1W11629de4055de463182e1105e3356c605e172cW21969bc4389abc658120c1789d4769a691d163cdW31972bc4422ab669971c2014d4855a401f124efN2W11867cd4129cd554896d1976d2681d846c206bW22445a4325abc816405b2902b3944b1225b202bW32541a4419ab858285ab2811b4146b1177b159cdN3W11909bc4192bcd567751d1841d2057e681de210abW22626a4510a937983a3641a3398c1359a232aW32162b4042de670968c2296c2431de204g124efFN1757??513?1706??6339??3141??33249??1560??W5485??1153??24191??19161??22722??9743??16331??W×N404?271ns2050??3502??2040??4217??1584??

注：GS：穗粒數(shù)，TGW：千粒質(zhì)量，Y：產(chǎn)量，NFUE：氮肥利用效率，NPE：氮肥偏生產(chǎn)力，NAE：氮肥農(nóng)學(xué)利用率，IWUE：灌溉水利用效率

Note: GS: Grains per spike; TGW: 1000-grain weight;Y: Yield; NFUE:Nitrogen fertilizer use efficiency; NPE: Nitrogen production efficiency; NAE:Agronomic efficiency of nitrogen fertilizer; IWUE: Irrigation water use efficiency

3 討 論

3.1 水氮對冬小麥氮素吸收的影響

多數(shù)研究認(rèn)為[18-19]，增施氮肥，有利于植株氮素積累，且花后是小麥氮素吸收與分配的關(guān)鍵時期，開花后營養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)移對籽粒氮素積累有較大貢獻(xiàn)。但過多施氮明顯增加成熟期營養(yǎng)器官氮素殘留量，對籽粒氮素積累不利[20]。適量增施氮肥可增加籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量[15]，但也有研究認(rèn)為[21-22]，氮素增加，花后營養(yǎng)器官氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移率和對籽粒氮的貢獻(xiàn)率降低，最終導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)含量并未增加。適當(dāng)水分虧缺有利于提高營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率[23-24]，灌水量過高，反而不利于籽粒的氮素積累[13]。研究結(jié)果表明，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，冬小麥植株氮素吸收量逐漸增加，拔節(jié)-揚(yáng)花期是冬小麥氮素吸收強(qiáng)度的高峰期，其氮素積累量為50.6%～68.4%，平均57.3%，低于邵云等[16]的76.79%的研究結(jié)果，這可能與滴灌供氮后移促進(jìn)小麥花后氮素吸收比例增加有關(guān)。隨著水氮供應(yīng)量的增加，植株氮素吸收量及營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量增加，營養(yǎng)器官氮素對籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率增加，但轉(zhuǎn)移率下降。當(dāng)供氮和供水過高時，氮素貢獻(xiàn)率和利用率下降，這可能是高水高氮供應(yīng)造成花后個體長勢偏旺引起的。

3.2 水氮對冬小麥氮素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

小麥籽粒氮素主要來自花前營養(yǎng)器官貯存氮的輸入和花后植株的吸收，且花前氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率大于花后[25]，試驗(yàn)中，籽粒氮素積累量為105.2～223.9 kg/hm2，占植株地上部總氮的79.6%～88.4%，其中72.6%～86.4%來自花前營養(yǎng)器官，略高于華北地區(qū)的62.1%～81.7%[26]，這可能與該地區(qū)花后氣溫較高、濕度較小的極端干旱氣候有關(guān)。營養(yǎng)器官氮素對籽粒氮素貢獻(xiàn)率葉片為32.1%～38.6%，莖鞘為27.0%～41.8%，穎殼+穗軸為4.0%～9.0%，這與Simpson等[27]和馬耕等[15]研究得到的葉片、莖鞘和穎殼+穗軸對籽粒氮素貢獻(xiàn)率分別是25.3%～40%、莖鞘為23.4%左右、穎殼+穗軸為11.3%左右有一定差別，這可能是試驗(yàn)條件和品種的差異所致[28]。試驗(yàn)中各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量大小為葉片>莖鞘>穎殼+穗軸，與杜金哲等[29]的研究結(jié)果一致。另外，較高產(chǎn)量處理(N3W2、N2W3和N2W2)的花前氮素轉(zhuǎn)移率為77.7%～80.3%，低于其他處理，即高產(chǎn)小麥花后氮素吸收量高于中低產(chǎn)田，提高花后氮素吸收率是保證高產(chǎn)的關(guān)鍵，這與徐明杰等[26]的研究結(jié)論一致。增加灌水量和施氮量能顯著提高植株氮素積累量，有利于發(fā)揮水氮耦合效應(yīng)，提高水氮吸收及利用率，促進(jìn)各器官花前氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)，但W3N3處理氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率反而下降，產(chǎn)量下降，這可能與高水高氮造成群體后期嚴(yán)重倒伏、水氮吸收及根冠生理功能受阻有關(guān)[12]。

3.3 水氮對冬小麥水、氮利用效率的影響

試驗(yàn)的氮肥利用效率以N3W2處理的最高，達(dá)36.48%，其次是N2W3，分別為29.02%，略高于華北徐明杰[26]的18.19%～34.8%和張愛平[30]的24.3%，可能與滴灌水肥一體化改善了養(yǎng)分吸收環(huán)境和減少氮素淋失等有關(guān)[31]，也可能與氣候和土壤肥力有關(guān)。與程銘正等[32]的研究結(jié)果類似，灌溉水利用效率隨滴水量增加而下降，在0～276 kg/hm2的施氮范圍內(nèi)氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和灌溉水利用效率均呈先增后降的趨勢。

4 結(jié) 論

4.1 花前是滴灌冬小麥氮素積累的主要時期，積累量占總積累量的72.65%～86.42%，平均78.28%，其中，拔節(jié)-揚(yáng)花期是氮素積累和吸收的關(guān)鍵時期，其積累量為占總積累量的50.63%～68.38%，平均57.28%，其氮素吸收速率為1.95～3.53 kg/(hm2·d)，平均2.80 kg/(hm2·d)。各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率及對籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率大小為葉片>莖鞘>穎殼+穗軸。

4.2 不同水氮供應(yīng)顯著影響滴灌冬小麥的氮素吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，隨水氮供應(yīng)量增加，群體總氮積累量及各器官花前氮素向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)量增加，而各器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率受水氮供應(yīng)的影響側(cè)重點(diǎn)不同，供氮主要影響葉片和莖鞘而供水主要影響穎殼+穗軸，說明在充分保證水氮供應(yīng)的基礎(chǔ)上，實(shí)行科學(xué)的水氮組合才能促進(jìn)各器官氮素貢獻(xiàn)率協(xié)調(diào)提高。

4.3 N3W2、N2W3和N2W2處理的產(chǎn)量較高，說明施氮量為207～276 kg/hm2與春季灌水量為3 150～4 500 m3/hm2是該地區(qū)較適宜的水肥組合，根據(jù)氮、水耦合的產(chǎn)量效應(yīng)方程，得到施氮量275.08 kg/hm2、灌水量4 457.89 m3/hm2(包括冬灌900 m3/hm2)時產(chǎn)量可達(dá)最大為8 558.73 kg/hm2，可作為生產(chǎn)水氮實(shí)施的參考。

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