紀(jì)耀坤，孟自力，高 磊

(1.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南商丘 476000；2.商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南商丘 476000；3.河南省商丘市土壤肥料站，河南商丘 476000)

影響小麥生長(zhǎng)的主要因素有2個(gè)方面，即土壤養(yǎng)分以及水分，這二者對(duì)小麥的成長(zhǎng)來(lái)說(shuō)相互影響、相互制約。一方面，氮素是作物生產(chǎn)中需求量較大的營(yíng)養(yǎng)元素。缺氮會(huì)導(dǎo)致葉片發(fā)黃、根數(shù)減少等癥狀，最終導(dǎo)致小麥減產(chǎn)，如果小麥當(dāng)中的氮素營(yíng)養(yǎng)含量過(guò)高，會(huì)造成小麥莖葉徒長(zhǎng)，生育后期出現(xiàn)貪青晚熟的情況，因此，確定適宜的施氮量至關(guān)重要。另一方面，黃淮南片腹地自然界的降水量不能滿足小麥的生長(zhǎng)所需，這時(shí)需要依靠人工灌水對(duì)小麥進(jìn)行水分補(bǔ)充，因此確定適宜的補(bǔ)灌時(shí)期很是關(guān)鍵。小麥對(duì)養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和分布受水分影響，白莉萍等研究認(rèn)為，小麥的拔節(jié)水以及開花水，這2個(gè)階段灌水對(duì)小麥的產(chǎn)量是最為有利的2個(gè)階段，特別是在小麥的生育后期進(jìn)行及時(shí)有效的灌溉，可以使小麥對(duì)氮素的吸收和增長(zhǎng)有明顯的提升。因此，本研究針對(duì)麥田在減氮處理的條件下增加開花期灌水，對(duì)小麥的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)和旗葉光合特性進(jìn)行分析，探索合理的施氮和補(bǔ)灌模式，明確減氮增效的潛力及氮高效利用機(jī)制，這對(duì)黃淮地區(qū)增加小麥產(chǎn)量、提高氮肥和水分利用率以及改善生態(tài)方面都有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年10月至2020年6月在商丘市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)基地(115°46′～116°29′E，33°32′～34°42′N)進(jìn)行，該地年平均氣溫13.9 ℃，年降水量達(dá)690 mm，前茬作物為玉米，供試土壤為兩合土。試驗(yàn)區(qū)0～20 cm土壤基礎(chǔ)理化性狀為：全氮含量0.78 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量2.2%，速效鉀含量 93.37 mg/kg，速效磷含量35.31 mg/kg，pH值7.96。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用半冬性小麥品種商麥178為供試材料，試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)是灌水為主，設(shè)計(jì)2個(gè)灌水區(qū)域進(jìn)行分析，分別記作W1(灌拔節(jié)期和開花期水)和W2(灌拔節(jié)期水)，每次灌溉量為60 mm。副區(qū)為施氮量，設(shè)全生育期施氮0 kg/hm(不施氮)、150 kg/hm(減氮40%)、200 kg/hm(減氮20%)、250 kg/hm(常規(guī)施氮)4個(gè)水平，分別記作N0、N150、N200、N250。該試驗(yàn)共8個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)5 m、寬1.5 m，面積7.5 m，W1和W2間隔5 m，小區(qū)間過(guò)道0.4 m。播前需要基施PO150 kg/hm、KO 120 kg/hm，氮肥底施50%，返青期追施50%。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植株氮素含量的測(cè)定 于開花期分別取20個(gè)單莖的莖與葉鞘、葉與穗，灌漿至成熟期分別取莖與葉鞘、葉、穗軸與穎稱干物質(zhì)質(zhì)量，采用凱氏定氮法測(cè)器官含氮量。

1.3.2 籽粒灌漿速率 于開花期及開花后每隔7 d取穗，烘干脫粒，稱質(zhì)量并計(jì)算灌漿速率。

1.3.3 旗葉光合速率測(cè)定 采用LI-6400光合儀(LI-6400，LI-COR，Lincoln，NE，USA)測(cè)定光合速率，分別于開花后0、7、14、21、28、35 d的09：00—11：00，選方向一致的旗葉測(cè)凈光合速率。

1.3.4 小麥植株光合有效輻射及光截獲量 采用英國(guó)Delta公司生產(chǎn)的SUNSCAN冠層分析系統(tǒng)(SUNSCAN Canopy Analysis System)，于花后0、7、14、21、28、35 d測(cè)定光合有效輻射截獲率。

1.3.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成三要素 于小麥成熟期小區(qū)內(nèi)取20穗測(cè)穗粒數(shù)與千粒質(zhì)量；取1 m雙行樣段調(diào)查穗數(shù)；計(jì)算產(chǎn)量，并換算成公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010、DPS 9.01軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒氮素積累動(dòng)態(tài)

由表1可以看出，開花后小麥植株和籽粒氮素積累不同時(shí)段差異明顯，7 d與14 d的W2>W1，W2表現(xiàn)為W2N250>W2N200>W2N150>W2N0，W1表現(xiàn)為W1N200>W1N250>W1N150>W1N0，說(shuō)明W2處理比W1處理前期更有利于營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒的氮素積累；開花后21 d出現(xiàn)較大幅度的轉(zhuǎn)折，W1增加顯著，與W2對(duì)應(yīng)的其他各處理差異均達(dá)到顯著水平(<0.05)，均表現(xiàn)為W1N200>W1N250>W1N150>W2N250>W2N200>W1N0>W2N150>W2N0，開花后28和35 d期間變化趨勢(shì)與21 d基本一致，說(shuō)明W1處理更有利于營(yíng)養(yǎng)器官和籽?；ê笾泻笃诘牡胤e累及產(chǎn)量的形成。

表1 不同處理小麥花后營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒氮素積累量 kg/hm2

2.2 不同處理籽粒灌漿速率

由圖1可以看出，開花后籽粒灌漿速率先升高后降低，14～21 d達(dá)到峰值，之后逐漸下降。開花后0～14 d灌漿速率W2對(duì)應(yīng)的施氮處理顯著高于W1處理，說(shuō)明灌水初期對(duì)小麥籽粒灌漿造成一定的負(fù)面影響，但是持續(xù)時(shí)間較短；而在14 d后W1處理灌漿速率均出現(xiàn)反超W2的現(xiàn)象，14～35 d的灌漿速率W1處理比W2處理增加顯著，說(shuō)明灌水處理2周后能夠大幅提高籽粒的灌漿速率，促進(jìn)產(chǎn)量的形成?？梢姡琖2處理能夠促進(jìn)灌漿前期籽粒灌漿，而W1處理會(huì)在灌漿中后期保持較高的灌漿速率，有利于灌漿中后期粒質(zhì)量的提高。

2.3 不同處理成熟期各器官氮素的轉(zhuǎn)移量和籽粒積累量

由表2可以看出，成熟期籽粒氮素積累量表現(xiàn)為W1N200>W2N250>W1N250>W1N150>W2N200>W2N150>W1N0>W2N0，進(jìn)一步證明了灌水處理和增加氮素水平都有利于花后籽粒氮素積累。各營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量W1N200最高，莖稈+葉鞘氮素轉(zhuǎn)移量W1N200、W1N250、W2N250高于其他處理，W1N200活稈成熟表現(xiàn)最好，說(shuō)明根據(jù)源庫(kù)流學(xué)說(shuō)水氮運(yùn)籌莖稈(流)能夠充分提供給籽粒(庫(kù))水分和養(yǎng)分，達(dá)到增產(chǎn)的效果。葉片氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量表現(xiàn)為W1N200高于其他處理，W2N250次之，W2N0 最少，說(shuō)明水氮運(yùn)籌能夠延長(zhǎng)葉片的功能期，不至于缺水或者缺氮造成葉片早衰，對(duì)保證小麥的產(chǎn)量至關(guān)重要。穗軸+穎殼作為氮素轉(zhuǎn)移到籽粒(庫(kù))的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)穗下節(jié)間變黃則從生理上說(shuō)明已經(jīng)成熟不再轉(zhuǎn)運(yùn)養(yǎng)分和水分，其氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量變化規(guī)律與葉片基本一致，進(jìn)一步說(shuō)明了水氮運(yùn)籌對(duì)小麥增產(chǎn)的重要性。

表2 成熟期各個(gè)器官氮素的轉(zhuǎn)移量及籽粒積累量 kg/hm2

2.4 不同處理開花后旗葉凈光合速率

由圖2可以看出，花后0 d和35 d表現(xiàn)差異不顯著，可能和剛澆完開花水小麥旗葉生理機(jī)能滯后以及小麥生育后期旗葉幾乎處于停滯狀態(tài)有關(guān)；開花 7～28 d的旗葉凈光合速率為 W1N200、W2N250 顯著高于其他處理，W1N250、W1N150次之，W2N0 最少，從高到低排序?yàn)閃1N200>W2N250>W1N250>W2N200>W1N150>W2N150>W1N0>W2N0，說(shuō)明W1處理下施氮量為200 kg/hm時(shí)小麥旗葉凈光合速率最高，可以有效提高碳同化效率，為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。因此，旗葉凈光合速率的高低可以作為判斷灌水和施氮量對(duì)小麥增產(chǎn)作用機(jī)理的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

2.5 不同處理開花后冠層光合有效輻射截獲率

由表3可以看出，開花 0 d 及花后7、14、21、28 d光合有效輻射截獲率均表現(xiàn)為 W1N200最高，W2N250、W1N250次之，W2N0最低，說(shuō)明W1處理下施氮量為 200 kg/hm處理時(shí)開花后冠層光合有效輻射截獲率能顯著提高小麥對(duì)碳的吸收轉(zhuǎn)化能力，從而大幅提高產(chǎn)量。在花后0～28 d內(nèi)，隨著時(shí)間推移灌水和施氮量對(duì)有效光截獲的影響逐漸增加，在28 d時(shí)差值最大，說(shuō)明有效光截獲可以作為反映灌水和施氮量對(duì)小麥增產(chǎn)作用機(jī)理的重要指標(biāo)。

表3 不同處理開花后冠層光合有效輻射截獲率

2.6 不同處理籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表4可以看出，W1和W2各處理的穗數(shù)隨著施氮量的增加而增加，其中W1N250、W1N200、W2N250、W2N200顯著高于其他處理，比各自組內(nèi)對(duì)照分別增加12.74%、11.93%、11.54%、10.21%，說(shuō)明施氮量有利于分蘗成穗。而穗粒數(shù)W1和W2灌水處理各自施氮量處理間差異均不顯著，說(shuō)明不同灌水處理和施氮水平對(duì)穗粒數(shù)的形成影響較小。千粒質(zhì)量W1處理N200和N250無(wú)顯著差異，但N200顯著高于N150、N0，隨著施氮量的增加千粒質(zhì)量出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，W2處理呈現(xiàn)N250>N200>N150>N0的情況，其中W1N200、W2N250千粒質(zhì)量均達(dá)到各處理的最大值，說(shuō)明施氮水平和灌水處理同時(shí)影響著后期籽粒干物質(zhì)的形成；最終籽粒產(chǎn)量W1N200、W2N250表現(xiàn)最好，W1N200略高，其他各處理間差異均達(dá)到顯著水平(<0.05)，商麥178在W1N200(減氮20%)處理下獲得了最高產(chǎn)量，說(shuō)明灌開花水能夠提升氮肥利用效率，較常規(guī)施氮節(jié)約施氮20%的情況下提升產(chǎn)量，從而獲得減氮增效的最大潛力。

表4 不同處理對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

3 討論與結(jié)論

植株氮素積累量與轉(zhuǎn)運(yùn)量是評(píng)價(jià)長(zhǎng)勢(shì)、提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)的重要指標(biāo)。植株對(duì)氮素的吸收特性同樣由土壤水分含量決定。小麥氮素吸收效率在適宜的水分含量下提高，在水分過(guò)量的情況下產(chǎn)生不利影響。有研究表明，小麥開花前期水分逆境會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)器官中的氮轉(zhuǎn)移至籽粒的量降低。本試驗(yàn)研究顯示，開花后7 d和14 d營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒氮素積累量均表現(xiàn)為W2>W1，說(shuō)明開花期澆水后初期不利于營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒的氮素積累，與上述觀點(diǎn)一致；開花后21 d出現(xiàn)較大幅度的轉(zhuǎn)折，W1處理的營(yíng)養(yǎng)器官和籽粒氮素積累顯著增加，與小麥氮素吸收可與在適宜的水分含量下提高觀點(diǎn)一致。氮素在小麥根、莖、葉中的流轉(zhuǎn)在開花期到成熟期持續(xù)進(jìn)行著，其主要流轉(zhuǎn)方向是從營(yíng)養(yǎng)器官到穗部。有研究發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)器官輸入籽粒的氮素占籽?？偟氐?0%左右，營(yíng)養(yǎng)器官中的氮素向籽粒中轉(zhuǎn)移比例會(huì)因適宜的土壤水分而提高。本研究發(fā)現(xiàn)，各營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量W1N200最高，W1處理下的水氮運(yùn)籌能夠延長(zhǎng)葉片的功能期，莖稈+穗軸+穎殼能夠充分提供給籽粒水分和養(yǎng)分，達(dá)到增產(chǎn)的效果，進(jìn)一步說(shuō)明了水氮運(yùn)籌對(duì)小麥增產(chǎn)的重要性。

楊麗麗等研究發(fā)現(xiàn)，中度干旱對(duì)小麥籽粒灌漿及水分利用都有良好作用；劉溢健研究發(fā)現(xiàn)，如果小麥在灌漿期處于輕微水分缺乏的狀態(tài)會(huì)提高相關(guān)酶的活性，能夠積累更多的有機(jī)物。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，開花后0～14 d灌漿速率W2對(duì)應(yīng)的施氮處理顯著高于W1處理，說(shuō)明灌水初期對(duì)小麥籽粒灌漿造成一定的負(fù)面影響，但是持續(xù)時(shí)間較短，與居輝、楊麗麗、劉溢健等的研究觀點(diǎn)一致；而在 14 d 后W1處理灌漿速率均出現(xiàn)反超W2的現(xiàn)象，14～35 d 的灌漿速率W1處理比W2處理增加顯著，說(shuō)明灌水處理2周后土壤水分含量適宜，能夠大幅提高籽粒的灌漿速率，促進(jìn)產(chǎn)量的形成。

施氮量對(duì)小麥光合速率有顯著影響。在施氮量0～270 kg/hm時(shí)，隨氮肥施用量的增加小麥凈光合速率增加，且不同處理下小麥凈光合速率在開花0～28 d呈先增加后減少的趨勢(shì)，在開花14 d達(dá)到最高。本研究發(fā)現(xiàn)，開花7～28 d 的旗葉凈光合速率為W2N250 顯著高于其他處理，說(shuō)明在開花期缺水的情況下W2N250旗葉光合速率最高，與上述觀點(diǎn)一致，但是本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在14～21 d達(dá)到峰值與上述結(jié)論有所差異，尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。許振柱等研究發(fā)現(xiàn)，如果土壤缺少水分出現(xiàn)水分脅迫會(huì)使光合作用降低。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，灌開花水處理下7～28 d施氮量為200 kg/hm時(shí)小麥旗葉凈光合速率最高，說(shuō)明此時(shí)土壤水分含量較適宜于小麥旗葉的光合作用。因此，旗葉凈光合速率的高低可以作為判斷灌水和施氮量對(duì)小麥增產(chǎn)作用機(jī)理的一項(xiàng)重要指標(biāo)。研究表明，施氮量為0～270 kg/hm時(shí)，隨氮肥施用量的增加，開花后冠層光合有效輻射截獲率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，在210 kg/hm時(shí)達(dá)到最高。本研究表明，開花后 0～28 d時(shí)間段W1N200最高，W1處理下施氮量為200 kg/hm時(shí)冠層光合有效輻射截獲率能顯著提高小麥對(duì)碳的吸收轉(zhuǎn)化能力從而大幅提高產(chǎn)量，與前人研究結(jié)果一致；并發(fā)現(xiàn)在花后0～28 d的時(shí)間內(nèi)，隨著時(shí)間推移灌水和施氮量對(duì)有效光截獲影響逐漸增加，在 28 d 時(shí)差值最大，說(shuō)明有效光截獲可以作為反映灌水和施氮量對(duì)小麥增產(chǎn)作用機(jī)理的重要指標(biāo)。

不同灌水下各氮肥處理產(chǎn)量變化主要原因有2個(gè)：一是施氮量顯著增加了穗數(shù)，二是水氮協(xié)作提高了千粒質(zhì)量。張炳勇等研究認(rèn)為，增施氮肥使得單位面積總穗數(shù)增多。本研究表明W1、W2各施氮處理穗數(shù)均隨氮肥施用量增加顯著增加，與上述觀點(diǎn)一致，另外發(fā)現(xiàn)千粒質(zhì)量W2處理N250最高，W1處理N200與N250差異不顯著，說(shuō)明施氮水平和灌水處理同時(shí)影響著后期籽粒干物質(zhì)的形成；最終籽粒產(chǎn)量W1N200、W2N250表現(xiàn)最好，W1N200略高，與其他各處理間差異均達(dá)到顯著水平(<0.05)。商麥178在W1N200(減氮20%)處理下獲得了最高產(chǎn)量，說(shuō)明灌開花水能夠提升氮肥利用效率，較常規(guī)施氮節(jié)約施氮20%的情況下提升產(chǎn)量，從而獲得減氮增效的最大潛力。