氮、磷、鉀肥料對紫色小麥籽粒灌漿特征及產(chǎn)量形成的影響

陸秀娟　潘虹　李祥棟

摘要：旨在探索N、P、K肥料對紫色小麥籽粒灌漿特征及產(chǎn)量形成的影響，為其高產(chǎn)潛力發(fā)揮提供理論和技術(shù)支撐。以紫色小麥品種貴紫1號、貴紫4號為試驗材料，設(shè)置不同的N、P、K肥料處理方式進(jìn)行田間試驗，采用Richards方程分析其灌漿動態(tài)和灌漿參數(shù)。結(jié)果表明，貴紫1號和貴紫4號的單位面積穗數(shù)、單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量的變異范圍分別為：208萬～322萬個/hm2和133萬～205萬個/hm2，1.88～3.37 g和2.85～3.00 g，1.38～2.00 g和1.76～2.36 g，30.27～42.13 g和37.33～48.93 g，3 612.90～4 780.20 kg/hm2和3 346.10～4 407.45 kg/hm2。2個品種的氮磷鉀處理（NPK）分別比對照（CK）增產(chǎn)32.31%和 27.91%。擬合Richards方程的決定系數(shù)R2均大于0.99，配合度高，2個品種均屬源限制類型；與NPK處理相比，缺氮區(qū)（PK）的起始生長勢、最大灌漿速率、平均灌漿速率均有所提高，灌漿活躍期延長，達(dá)到最大灌漿速率的時間提前；缺磷區(qū)（NK）的起始生長勢提高、灌漿活躍期延長，最大灌漿速率和平均灌漿速率降低，提前達(dá)到最大灌漿速率；缺鉀（NP）時，最大灌漿速率和平均灌漿速率降低，提前達(dá)到最大灌漿速率。此外，在缺氮和缺磷情況下，紫色小麥灌漿啟動早，中、后期灌漿持續(xù)時間長；缺鉀時，灌漿啟動慢、持續(xù)時間長，中、后期持續(xù)時間短。

關(guān)鍵詞：肥料；產(chǎn)量；灌漿特征；紫色小麥

中圖分類號： S512.106 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0123-04

隨著生活水平的提高和人們對營養(yǎng)、保健等生活需求的多元化，優(yōu)質(zhì)彩色小麥品種的選育堪稱是我國特色小麥種質(zhì)創(chuàng)新的重要嘗試，紫色小麥即為其中之一。紫色小麥因富含天然紫色素、花青素等天然色素，其籽粒呈現(xiàn)紫色。已有研究表明，紫色小麥中除了富含天然色素外，其蛋白質(zhì)、多酚氧化酶及鈣、鐵、鋅、硒等對人體有益的各種微量元素含量也顯著高于普通粒色的小麥，因此具有重要的營養(yǎng)保健功能[1-2]。籽粒灌漿過程是作物生長發(fā)育的一個重要生理階段，在此時期小麥的籽粒得以充實(shí)并形成最終產(chǎn)量，而籽粒生長分析也是研究作物產(chǎn)量形成的重要內(nèi)容。關(guān)于籽粒灌漿過程及灌漿特性研究在小麥[3]、水稻[4-5]和玉米[6-7]的作物中的報道已經(jīng)相當(dāng)豐富。朱慶森等認(rèn)為采用Richards方程擬合水稻的灌漿過程比Logistic方程更具優(yōu)越性[8]。迄今為止，關(guān)于紫色小麥方面的研究多集中在粒色性狀遺傳[9-11]和基因定位[12-13]、紫色素成分剖析[14]等方面，關(guān)于紫色小麥的籽粒生長研究卻鮮見報道。“貴紫”系列小麥?zhǔn)琴F州大學(xué)農(nóng)學(xué)院麥作研究中心自主培育的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病紫色小麥新品系，目前已有貴紫1號、貴紫4號2個品系通過品種審定。然而，由于歷史的原因和貴州喀斯特山區(qū)復(fù)雜的生態(tài)條件，目前紫色小麥的產(chǎn)量水平較低，如何提高紫色小麥的產(chǎn)量是目前“貴紫”小麥推廣種植亟待解決的問題。本研究以近年來貴州省選育的紫色小麥新品種為試驗材料，探索不同氮、磷、鉀施肥條件下紫色小麥的籽粒灌漿特征和產(chǎn)量形成，以期為發(fā)揮紫色小麥的高產(chǎn)潛力提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料：2個紫色小麥品種貴紫1號、貴紫4號，由貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供。

1.2 試驗設(shè)計

栽培試驗于2014—2015年在貴州省興義市黔西南州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗田進(jìn)行，選取地勢平坦的地塊，土壤類型為壤土，有機(jī)質(zhì)含量59.5 g/kg，速效氮含量131.0 mg/kg，速效磷含量18.0 mg/kg，速效鉀含量83.0 mg/kg。采用隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，小區(qū)面積12 m2，長寬為4 m×3 m，每小區(qū)設(shè)置6行區(qū)；開溝撒播，用種量150 kg/hm2。每個供試品種分別設(shè)置5種不同的N、P、K肥料處理（表1），即不施肥（CK）、缺氮處理（PK）、缺磷處理（NK）、缺鉀處理（NP）和氮磷鉀處理（NPK），每處理小區(qū)重復(fù)3次。N、P、K肥料全部用作底肥一次性施入。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 籽粒灌漿分析 于開花期，選擇開花時間、大小基本一致的穗子100個掛牌標(biāo)記，分別在花后5、10、15、20、25、30、35、40 d，取標(biāo)記穗10個，150 ℃殺青、60 ℃烘干至恒質(zhì)量，脫粒后測定其百粒質(zhì)量。應(yīng)用Richards方程按照朱慶森等[8]和顧世梁等[15]的方法對籽粒灌漿過程進(jìn)行擬合，并計算導(dǎo)出相應(yīng)的灌漿特征參數(shù)，對籽粒灌漿進(jìn)行生長分析。

1.3.2 考種計產(chǎn) 在成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)、單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量，每小區(qū)單打單收，測定小區(qū)產(chǎn)量并計算單位面積產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2003 中的規(guī)劃求解功能進(jìn)行Richards 方程擬合，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對紫色小麥產(chǎn)量及其組成的影響

2個品種在不同施肥條件下的產(chǎn)量及產(chǎn)量組成均存在差異（表2）。貴紫1號的單位面積穗數(shù)、單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量的變異范圍分別為：208萬～322萬個/hm2、1.88～3.37 g、1.38～2.00 g、30.27～42.13 g、3 612.90～4 780.20 kg/hm2，其中，NPK施肥處理條件下比其他處理的單位面積產(chǎn)量都高，比對照增產(chǎn)32.31%，NPK處理與PK、NK處理間差異顯著，與NP處理差異不顯著。貴紫4號的單位面積穗數(shù)、單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量的變異范圍分別為：133萬～205萬個/hm2、2.85～3.00 g、1.76～2.36 g、37.33～48.93 g、3 446.10～4 407.45 kg/hm2，NPK處理的單位面積產(chǎn)量最高，比對照增產(chǎn)27.91%，且PK處理與NP、NK、NPK差異顯著。此外，2個小麥品種的單位面積穗數(shù)、單穗質(zhì)量和單穗粒質(zhì)量在NPK處理下的均有所增加，這說明氮磷鉀肥的協(xié)同施用更有利于提高紫色小麥的產(chǎn)量。

2.2 不同施肥條件下紫色小麥的籽粒增長動態(tài)及灌漿特征

采用Richards方程對不同施肥條件下的籽粒灌漿進(jìn)程進(jìn)行擬合（圖1、圖2），其灌漿參數(shù)見表3。2個小麥品種在不同處理條件下的決定系數(shù)（R2）均大于0.99，說明其灌漿過程用Richards方程擬合效果較好、配合度高。貴紫1號和貴紫4號籽粒在不同處理下的終極生長量順序一致，均為PK>CK>NK>NPK>NP，即PK的終極生長量最大，缺鉀時最低。2個品種的N值均大于1，且NP>NPK>CK>PK>NK，說明這2個品種的速率曲線右偏，灌漿受庫的限制較小，即灌漿物質(zhì)來源相對不足，屬源限制型品種，而K肥的使用更有利于籽粒灌漿的充實(shí)。

起始生長勢R0 反映的是受精子房的生長潛勢，與籽粒生長初期的生長速率有密切關(guān)系。貴紫1號NK處理時R0最大，達(dá)到最大灌漿速率相對較晚，活躍灌漿期比對照延長11 d左右；貴紫4號NK處理的R0也高于其他處理，活躍灌漿期比對照延長6 d左右。貴紫1號的最大灌漿速率和平均灌漿速率均低于對照，貴紫4號除了PK處理的GRmax最大外，其余處理的最大灌漿速率和平均灌漿速率也低于對照。此外，與NPK處理相比，缺氮區(qū)（PK）的起始生長勢、最大灌漿速率和平均灌漿速率均有提高，灌漿活躍期延長，但最大灌漿速率降低，達(dá)到最大灌漿速率的時間提前；缺磷區(qū)（NK）的起始生長勢提高、灌漿活躍期延長，最大灌漿速率和平均灌漿速率降低，提前達(dá)到最大灌漿速率；而缺鉀區(qū)（NP）2個品種的灌漿參數(shù)有所差異，貴紫1號的起始生長勢提高，最大灌漿速率、平均灌漿速率有所降低，灌漿活躍期縮短，達(dá)到最大灌漿速率的時間提前；而貴紫4號達(dá)到最大灌漿速率的時間和灌漿活躍期延長，起始生長勢、最大灌漿速率和平均灌漿速率降低，達(dá)到最大灌漿速率的時間也有所提前， 這可能是其對鉀元素的敏感性不同而引起的。

2.3 不同施肥條件下紫色小麥的籽粒灌漿階段劃分

灌漿速率曲線具有2個拐點(diǎn)，根據(jù)朱慶森等的方法[8]，求得2個拐點(diǎn)在t 坐標(biāo)上的t1 和t2，假定達(dá)99% A時為實(shí)際灌漿終期，依Richards 方程求得t3，由此確定灌漿階段，分別為前期（0～t1）、中期（t1～t2）和后期（t2～t3）。由表4可以看出，不同處理間在灌漿持續(xù)天數(shù)及整個灌漿期的持續(xù)天數(shù)均存在差異。貴紫1號的PK、NK處理比對照提前開始灌漿，但中、后期的灌漿持續(xù)時間延長，NP、NPK處理比對照分別晚178、2.88 d起始灌漿，中、后期的灌漿持續(xù)期縮短。貴紫4號的PK、NK處理也比對照提前進(jìn)入灌漿前期，中、后期的灌漿持續(xù)時間延長，而NP、NPK處理與對照相比起始灌漿時間晚，中、后期的灌漿持續(xù)期縮短。說明鉀肥的施用有利于籽粒提前灌漿，而氮肥的施用延長灌漿中、后期及整個灌漿持續(xù)期，這可能與氮肥促進(jìn)植株后期持綠有關(guān)。整體而言，在缺氮和缺磷的情況下，紫色小麥提前啟動灌漿，中、后期灌漿持續(xù)時間長；缺鉀時，灌漿啟動慢、持續(xù)時間長，中、后期持續(xù)時間短。

3 討論

肥料作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物養(yǎng)分的主要來源，直接參與或協(xié)調(diào)作物營養(yǎng)代謝，與作物的產(chǎn)量和品質(zhì)也密切相關(guān)，N、P、K作為植物必需的營養(yǎng)元素，在植物生長發(fā)育過程中也有著不可替代的作用[16]。本研究也表明，N、P、K肥料的協(xié)同施用比缺素處理更有利于紫色小麥的增產(chǎn)。禾谷類作物的籽粒灌漿過程受多種因素的影響，其灌漿特征因品種差異[5，7]、耕作方式[17-19]、施肥方式[20]、水分脅迫[21]和激素水平[22]等而有所不同。本研究也表明，不同的N、P、K肥料處理條件下紫色小麥的特征參數(shù)也存在較大差異。根據(jù)顧世梁等研究，當(dāng)0NPK>CK>PK>NK，說明NK、PK、NPK處理比NP處理更利于籽粒的充實(shí)，這可能與K元素的充分供應(yīng)有關(guān)；因為K+是呼吸和光合作用過程中多種酶的輔助因子，能夠促進(jìn)酶的活化，進(jìn)而促進(jìn)糖類的合成、轉(zhuǎn)化和運(yùn)輸。另外，在缺氮和缺磷情況下，紫色小麥提前起始灌漿，但中、后期有所延長；缺鉀時，灌漿啟動慢，結(jié)束早。令人感興趣的是，紫色小麥中色素的沉積也隨著灌漿進(jìn)程的推進(jìn)而呈動態(tài)變化，但本研究中尚未涉及。王海偉等研究也表明在灌漿期進(jìn)行穗部遮光，會影響紅粒和黑粒小麥籽粒中花青素的合成與積累[23]。故而，紫色素沉積呈現(xiàn)何種的動力學(xué)變化，色素沉積與籽粒灌漿過程存在何種相關(guān)性，這些問題均有待進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

2個紫色小麥品種均屬于源限制類型，且N、P、K肥料的協(xié)同施用能促進(jìn)紫色小麥產(chǎn)量的形成；與NPK處理相比，缺氮（PK）時提前啟動灌漿，起始生長勢、最大灌漿速率、平均灌漿速率均提高，灌漿活躍期延長，達(dá)到最大灌漿速率的時間提前，中、后期灌漿持續(xù)時間長；缺磷（NK）時，灌漿啟動早，起始生長勢提高、灌漿活躍期延長，提前達(dá)到最大灌漿速率，最大灌漿速率和平均灌漿速率降低，中、后期灌漿持續(xù)時間也有所延長；缺鉀（NP）時，灌漿啟動慢，提前達(dá)到最大灌漿速率，最大灌漿速率和平均灌漿速率降低，中、后期持續(xù)時間短。

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