減少追氮量對(duì)弱筋小麥品種農(nóng)藝性狀和生理特性的影響

湯小慶，丁永剛，梁 鵬，姚 月，薛文霞，朱 敏，李春燕，朱新開(kāi)，丁錦峰，郭文善

(1.揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué)小麥研究中心，江蘇揚(yáng)州 225009； 2.江蘇金色農(nóng)業(yè)股份有限公司，江蘇鹽城 224000)

小麥作為主要糧食作物，其產(chǎn)量水平直接影響我國(guó)糧食安全。施用氮肥對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量的持續(xù)提升具有重要的促進(jìn)作用[1-2]。然而，隨著大量氮肥的長(zhǎng)期投入，肥料對(duì)產(chǎn)量的增益效應(yīng)趨于下降，過(guò)量施用甚至導(dǎo)致肥害造成減產(chǎn)[3-4]，農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題也日益加劇[5-6]。因此，如何減氮增效一直是小麥育種研究的重要方向[7-8]。氮肥施用量和施用比例對(duì)小麥生長(zhǎng)、產(chǎn)量形成、氮肥利用效率等影響因生長(zhǎng)生態(tài)條件、品種類型而不盡相同[9-10]。

楊 晴等[11]研究表明，過(guò)量施氮會(huì)加快小麥生長(zhǎng)后期葉片的衰老以及光合功能期的縮短，進(jìn)而降低產(chǎn)量。適量施氮可增加小麥葉片的葉綠素含量，延長(zhǎng)葉片光合作用的持續(xù)期，提高花后光合物質(zhì)的積累，進(jìn)而提高產(chǎn)量[12]，而過(guò)量施氮?jiǎng)t會(huì)有負(fù)面效應(yīng)。趙亞南等[13]研究表明，與習(xí)慣施肥相比，減量施肥可提高小麥花前貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)率及其對(duì)籽粒灌漿的貢獻(xiàn)率。因而，在高氮肥投入條件下，適量減氮可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[14]，減少養(yǎng)分的損失及其對(duì)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng), 有助于實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)、高效與環(huán)境友好型生產(chǎn)。本試驗(yàn)通過(guò)設(shè)置不同的減少追氮模式，研究不同追氮量對(duì)弱筋小麥產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀及生理特性的影響，提出適宜的減氮模式和減氮豐產(chǎn)的技術(shù)途徑，以期為小麥綠色高效生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018―2019年度在江蘇省鹽城市大豐區(qū)和揚(yáng)州市儀征市進(jìn)行。供試材料均為弱筋小麥品種揚(yáng)麥24。兩塊大田前茬均為水稻，小麥播種前0～20 cm土壤分別含水解氮146.0和 121.0 mg·kg-1、速效磷43.6 和38.9 mg·kg-1、速效鉀170.0 和87.0 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)17.9和36.4 g·kg-1，土壤pH分別為8.1和7.3。

兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別設(shè)置6種施氮模式，其中M5122和M5050模式是江蘇稻茬小麥常規(guī)施氮模式，前者通常在高產(chǎn)田塊采用，后者在大面積生產(chǎn)中采用，兩者均作為對(duì)照；M5040、M5030、M3230、M5000 4種模式在常規(guī)施氮模式基礎(chǔ)上減少施氮量，不同施氮模式的具體施氮量、施氮時(shí)期和比例詳見(jiàn)表1。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。

大豐試驗(yàn)點(diǎn)于2018年10月31日采用人工條播，行距30 cm，于2019年6月2日收獲；儀征試驗(yàn)點(diǎn)于2018年11月1日采用小區(qū)播種機(jī)條播，行距30 cm，于2019年6月6日收獲。于小麥3葉期，通過(guò)人工間苗實(shí)現(xiàn)基本苗225×104株·hm-2。磷肥和鉀肥施用量均為112 kg·hm-2，設(shè)置基肥∶拔節(jié)肥為5∶5。所有肥料通過(guò)人工撒施，基肥于播種前施用，壯蘗肥于4葉期施用，拔節(jié)肥于倒3葉期施用，孕穗肥于倒1葉期施用，其余栽培措施同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.2.1 莖蘗數(shù)的測(cè)定

分別于拔節(jié)期和成熟期，各小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致且具有代表性的3行各1 m樣段，調(diào)查莖蘗數(shù)。

1.2.2 葉面積指數(shù)(LAI)的測(cè)定

分別于拔節(jié)期、孕穗期和開(kāi)花期，各小區(qū)連續(xù)取20株植株樣品，用葉面積儀(LI-3000C，美國(guó))測(cè)定葉面積，計(jì)算葉面積指數(shù)。

1.2.3 干物質(zhì)積累量的測(cè)定

分別于拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期，各小區(qū)連續(xù)取20株植株樣品，將拔節(jié)期植株樣品分為葉片、莖鞘2部分，開(kāi)花期植株樣品分為葉片、莖鞘、穗3部分，成熟期植株樣品分為葉片、莖鞘、籽粒、穎殼4部分，將各器官置于烘箱中105 ℃殺青30 min后，80 ℃烘干至恒重，測(cè)定干物質(zhì)積累量。

表1 不同施氮模式的施氮量、施氮時(shí)期和比例Table 1 Nitrogen rate, application stage and ratio of various nitrogen application methods

1.2.4 植株氮素積累量的測(cè)定

將1.2.3中的樣品粉碎，采用H2SO4-H2O2消解-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定含氮率，計(jì)算植株氮素積累量。

1.2.5 SPAD值和凈光合速率的測(cè)定

分別于開(kāi)花期和乳熟期(花后第21 d)，用SPAD儀(Minolta SPAD-502 Chlorophyl Meter，日本)測(cè)定每個(gè)處理劍葉SPAD值，重復(fù)10次；用便攜式光合系統(tǒng)測(cè)定儀(LI COR，美國(guó))在晴天9:00～11:00或14:00～16:00測(cè)定凈光合速率，重復(fù)5次。

1.2.6 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測(cè)定

于乳熟期，連續(xù)取50個(gè)麥穗，調(diào)查穗粒數(shù)；于成熟期，各小區(qū)劃定3個(gè) 1 m2區(qū)域調(diào)查穗數(shù)。人工收割、脫粒，自然曬干后，隨機(jī)取1000粒測(cè)千粒重，重復(fù)3次。按13%含水率計(jì)算籽粒產(chǎn)量與千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

葉面積指數(shù)(LAI)= 樣品葉面積/取樣株數(shù)×基本苗

干物質(zhì)積累量=樣品干物質(zhì)積累量/取樣株數(shù)×基本苗

干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量=開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量

采用Excel 2016和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 減少追氮量對(duì)籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，不同施氮模式顯著影響籽粒產(chǎn)量。在大豐地區(qū)，模式M5122與M5050的籽粒產(chǎn)量間差異不顯著；與模式M5050相比，模式M5040、M5030和M3230的籽粒產(chǎn)量略有下降，但差異均未達(dá)到顯著水平，而與M5122相比，模式M5030和M3230的籽粒產(chǎn)量有顯著下降。在儀征地區(qū)，模式M5122與M5050的籽粒產(chǎn)量間差異也不顯著；與模式M5050相比，模式M5030和M3230的籽粒產(chǎn)量有顯著下降，與模式M5122相比，模式M5040、M5030和M3230的籽粒產(chǎn)量均有顯著下降，兩地區(qū)在模式M5000下籽粒產(chǎn)量均顯著低于其他模式?？傮w而言，兩地小麥籽粒產(chǎn)量均隨著追氮量的減少呈下降的趨勢(shì)。

施氮模式顯著影響穗數(shù)和單穗重。在大豐與儀征兩地區(qū)，模式M5122、M5050和M5040間穗數(shù)差異均不顯著，但均顯著高于模式M5030、M3230和M5000。在大豐地區(qū)，模式M5122與M5050間單穗重差異不顯著，但模式M5122和M5050均顯著高于其他模式；模式M5040與M5030間差異不顯著，兩者均顯著高于模式M3230和M5000。在儀征地區(qū)，模式M5122、M5050、M5040、M5030和M3230間單穗重均無(wú)顯著差異，但顯著高于模式M5000。相關(guān)性分析表明，大豐和儀征兩地區(qū)在不同施氮模式下籽粒產(chǎn)量與穗數(shù)(r=0.93，P=0.006；r=0.96，P=0.003)、單穗重(r=0.97，P=0.002；r=0.87，P=0.025)均呈顯著線性正相關(guān)。

施氮模式顯著影響穗粒數(shù)和千粒重。除儀征地區(qū)在施氮模式M5122、M5050、M5040和M5030下千粒重顯著高于模式M3230外，兩地區(qū)在模式M5122、M5050、M5040、M5030和M3230間的穗粒數(shù)和千粒重均無(wú)顯著差異，模式M5000下穗粒數(shù)和千粒重均最低。相關(guān)性分析表明，大豐和儀征兩地區(qū)不同施氮模式下單穗重與穗粒數(shù)(r=0.98，P=0.001；r=0.97，P=0.001)、千粒重(r=0.85，P=0.031；r= 0.92，P=0.009)均呈顯著線性正相關(guān)。

表2 施氮模式對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 2 Effect of nitrogen application modes on grain yield and yield components

2.2 減少追氮量對(duì)群體質(zhì)量的影響

2.2.1 對(duì)最終莖蘗數(shù)和莖蘗成穗率的影響

由表3可知，施氮模式顯著影響小麥群體最高莖蘗數(shù)和莖蘗成穗率。受小麥生育早期過(guò)多降水的影響，儀征地區(qū)莖蘗數(shù)明顯少于大豐地區(qū)。兩地區(qū)所有模式中均以M5122下最高莖蘗數(shù)最多，但均與模式M5050間無(wú)顯著差異；與模式M5050相比，模式M5040、M5030、M3230和M5000的最高莖蘗數(shù)均無(wú)顯著變化，而與模式M5122相比，M3230和M5000的最高莖蘗數(shù)顯著下降。兩地區(qū)均在模式M5122下莖蘗成穗率最高，但與M5050間無(wú)顯著差異。與模式M5050和M5122相比，模式M5030、M3230和M5000的莖蘗成穗率均顯著降低。模式M5000下莖蘗成穗率均顯著低于其他模式。相關(guān)性分析表明，大豐和儀征兩地區(qū)在不同模式下的穗數(shù)與莖蘗成穗率均呈顯著線性正相關(guān)(r=0.99，P< 0.001；r=0.92，P=0.009)。

2.2.2 對(duì)葉面積指數(shù)(LAI)的影響

由表3可知，施氮模式顯著影響小麥群體孕穗期和開(kāi)花期LAI，但對(duì)拔節(jié)期LAI無(wú)顯著影響。在大豐和儀征兩地區(qū)，模式M5122下開(kāi)花期LAI與模式M5050間均無(wú)顯著差異。與模式M5050和M5122相比，兩地區(qū)在施氮模式M5040、M5030、M3230和M5000下孕穗期和開(kāi)花期LAI均有所減少，且模式M5050與模式M5040間無(wú)顯著差異，而與模式M5030、M3230和M5000間差異顯著(除儀征地區(qū)開(kāi)花期外)；模式M5000下孕穗期和開(kāi)花期LAI均最低。相關(guān)性分析表明，大豐和儀征兩地區(qū)不同模式下產(chǎn)量與孕穗期LAI(r=0.96，P= 0.002；r=0.08，P=0.035)、開(kāi)花期LAI(r=0.96，P=0.002；r=0.97，P=0.002)呈顯著線性正相關(guān)。

2.2.3 對(duì)干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)量的影響

由表4可知，施氮模式對(duì)播種至拔節(jié)期干物質(zhì)積累量無(wú)顯著影響，但顯著影響拔節(jié)至開(kāi)花期、開(kāi)花至成熟期以及成熟期的干物質(zhì)積累量。兩地區(qū)在模式M5122與模式M5050間拔節(jié)至開(kāi)花期、開(kāi)花期至成熟期干物質(zhì)積累量均無(wú)顯著差異。在大豐地區(qū)，與模式M5050相比，模式M5040未導(dǎo)致關(guān)鍵生育期干物質(zhì)積累量顯著下降，但模式M5030、M3230和M5000下成熟期干物質(zhì)積累量顯著下降，與模式M5122相比，模式M5030、M3230和M5000的干物質(zhì)積累量均顯著下降；在儀征地區(qū)，模式M5050與模式M5040間在各時(shí)期干物質(zhì)積累量均無(wú)顯著差異，但與模式M5030、M3230和M5000間在開(kāi)花至成熟期、成熟期干物質(zhì)積累量顯著下降，但與模式M5122相比，模式M5030、M3230和M5000也在拔節(jié)至花期干物質(zhì)積累量顯著下降。模式M5000下兩地區(qū)在開(kāi)花至成熟期、成熟區(qū)干物質(zhì)積累量均最低。相關(guān)性分析表明，大豐和儀征兩地區(qū)不同模式下的產(chǎn)量與拔節(jié)至開(kāi)花期干物質(zhì)積累量(r= 0.90，P=0.012；r=0.92，P=0.008)、開(kāi)花至成熟期干物質(zhì)積累量(r= 0.98，P=0.005；r= 0.86，P=0.027)和成熟期干物質(zhì)積累量(r= 0.93，P=0.006；r=0.93，P=0.007)均呈顯著線性正相關(guān)。

表3 施氮模式對(duì)小麥莖蘗數(shù)、莖蘗成穗率和葉面積指數(shù)的影響Table 3 Effect of nitrogen application modes on the number of stems and tillers, the percentage of stems and tillers and leaf area index(LAI)

表4 施氮模式對(duì)小麥干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)量的影響Table 4 Effect of nitrogen application modes on accumulation and translocation amount of dry matter

施氮模式顯著影響花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量。在大豐地區(qū)，模式M3230的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著高于其他模式，且模式M5122、M5050、M5040、M5030和M5000間均無(wú)顯著差異。在儀征地區(qū)，模式M5000的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著高于其他模式，且模式M5122、M5030和M3230間無(wú)顯著差異，均顯著高于模式M5050和M5040，且模式M5050與模式M5040間無(wú)顯著差異。

2.3 減少追氮量對(duì)葉片光合特性的影響

由表5可知，施氮模式顯著影響大豐地區(qū)小麥開(kāi)花期綠葉氮含量，以及大豐和儀征兩地區(qū)的單莖葉面積。在大豐地區(qū)，與模式M5050相比，模式M3230和M5000的綠葉氮含量顯著下降，與模式M5122相比，除M5030外，其他模式的綠葉氮含量均顯著下降。在儀征地區(qū)，各施氮模式間綠葉氮含量無(wú)顯著差異。在大豐與儀征地區(qū)，開(kāi)花期單莖葉面積在模式M5122、M5050和M5040間均無(wú)顯著差異，與模式M5050和M5122相比，模式M5030和M3230、M5000均顯著下降，在儀征地區(qū)，模式M5000的單莖葉面積與其他模式間差異顯著。

施氮模式顯著影響花后旗葉凈光合速率和SPAD值。在大豐與儀征兩地區(qū)，開(kāi)花期、乳熟期旗葉凈光合速率及SPAD值在模式M5122和M5050間均無(wú)顯著差異。與模式M5050和M5122相比，模式M5040的旗葉凈光合速率和SPAD值均無(wú)顯著差異；而模式M5030、M3230和M5000的旗葉凈光合速率和SPAD值則顯著下降(除儀征地區(qū)乳熟期SPAD外)；兩地區(qū)乳熟期模式M5000的旗葉光合速率和SPAD均顯著低于其他模式。相關(guān)性分析表明，大豐和儀征兩地區(qū)不同模式下的單穗重與開(kāi)花期旗葉凈光合速率(r=0.92，P=0.008；r=0.89，P=0.015)、乳熟期旗葉凈光合速率(r=0.93，P=0.006；r= 0.94，P=0.005)、開(kāi)花期SPAD值(r=0.89，P=0.016；r=0.88，P=0.021)和乳熟期SPAD值(r=0.97，P=0.001；r=0.96，P=0.002)均呈顯著線性正相關(guān)。

表5 施氮模式對(duì)小麥花后單莖光合生產(chǎn)能力的影響Table 5 Effect of nitrogen application modes on post-anthesis photosynthetic productivity in single stem

3 討 論

近年來(lái)，減量施肥技術(shù)在作物生產(chǎn)中得到了一定的推廣和應(yīng)用。鄒曉錦等[15]研究認(rèn)為，適當(dāng)減量施氮既能保證作物產(chǎn)量，也能提高肥料利用率。楊 利等[16]在水稻-小麥輪作生產(chǎn)試驗(yàn)中表明，在傳統(tǒng)推薦施肥(小麥?zhǔn)┑?95 kg·hm-2，水稻施氮210 kg·hm-2)基礎(chǔ)上，減氮20%，配合適時(shí)田間病蟲(chóng)草害管理，其產(chǎn)量保持穩(wěn)定[16]。本研究結(jié)果表明，在施氮量225 kg·hm-2的基礎(chǔ)上，增加追氮次數(shù)并后移(M5122較M5050)有助于產(chǎn)量提升；相同時(shí)期兩次施氮條件下，拔節(jié)期追氮量減少10%(M5040)時(shí)產(chǎn)量無(wú)顯著降低，但進(jìn)一步降低追氮量，產(chǎn)量則顯著下降。

前人研究表明，氮肥適量后移可促進(jìn)麥穗發(fā)育，提高有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，從而增加產(chǎn)量[17-18]。本研究結(jié)果表明，氮肥后移(M5122較M5050)未顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成各要素，這與前人結(jié)果不一致[17-18]。相同時(shí)期兩次施氮條件下，拔節(jié)期追氮量減少10%(M5040)未顯著影響最高莖蘗數(shù)、莖蘗成穗率和穗數(shù)，但在大豐地區(qū)單穗重顯著下降。本研究結(jié)果還表明，小麥生長(zhǎng)后期減氮過(guò)多不僅會(huì)導(dǎo)致莖蘗成穗率降低，影響穗數(shù)，還會(huì)不同程度地降低單穗重。相關(guān)性分析表明，后期減少追氮量條件下，穗數(shù)和單穗重均是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。

小麥花后光合同化物的積累及花前營(yíng)養(yǎng)器官貯存的同化產(chǎn)物向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量共同起著關(guān)鍵的作用[19]。前人研究認(rèn)為，適當(dāng)增加追肥比例可促進(jìn)花前光合同化物的積累及其向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)[20]，但過(guò)量增施氮肥則影響同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量[21]。本研究結(jié)果表明，氮肥適量后移(M5122較M5050)可提高拔節(jié)至成熟期的干物質(zhì)積累量，且在儀征地區(qū)成熟期顯著提高。相同時(shí)期兩次施氮條件下，拔節(jié)期追氮減少10%(M5040)并不會(huì)導(dǎo)致干物質(zhì)積累量顯著減少；減氮過(guò)多則顯著降低了拔節(jié)至成熟期干物質(zhì)積累量，雖轉(zhuǎn)運(yùn)量有所增加，但不足以補(bǔ)償光合產(chǎn)物降低的影響。進(jìn)一步分析表明，LAI、單莖葉面積、旗葉凈光合速率和SPAD值因氮肥適量后移(M5122較M5050)而提高，但除大豐地區(qū)孕穗期LAI在模式M5122和M5050間差異顯著外，其他各指標(biāo)均未達(dá)到顯著水平；基肥不變條件下，追氮量減少10%(M5040)并無(wú)顯著變化，但減施過(guò)多則顯著降低了群體LAI、單莖葉面積、旗葉凈光合速率和SPAD值?？梢?jiàn)，追施氮肥的減少不易過(guò)多，否則會(huì)導(dǎo)致生育后期葉片早衰、群體光合生產(chǎn)能力降低。這與蒿寶珍等[22]的研究結(jié)果基本一致。

綜上所述，弱筋小麥品種揚(yáng)麥24在常規(guī)施氮量225 kg·hm-2、基肥∶壯蘗肥∶拔節(jié)肥∶孕穗為5∶0∶5∶0的基礎(chǔ)上，拔節(jié)期追氮量減少10%時(shí)，不會(huì)顯著降低穗數(shù)、單穗重和光合生產(chǎn)能力，可實(shí)現(xiàn)與不減氮處理相同的產(chǎn)量水平。氮肥適量后移有助于提升小麥生長(zhǎng)后期葉片光合效率，維持較高的群體綠葉面積，但減氮條件下氮肥后移是否可減少產(chǎn)量損失還有待研究。