（土壤学专业论文）鄂北岗地不同品种冬小麦氮效率差异性的研究.pdf

， 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 誊篓缝l 否 如需保密，解密时间1 年月 e t 是否保密 i ” 独创性声明 本人声明所莹交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均巴在论文中做了明确的说明。并表示了谢意 研究生签名：毕压震 时问：劲届年月罗日 学位论文使用授权书 本人完全了解华中农业大学关于保存，使用学位论文的规定，印学生必须按照学 校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电子版， 并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印，缩印或扫描等复制手段保存，汇编学位 论文本人同意华中农业大学可以用不同方武在不同媒体上发表，传播学位论文的金 部或部分内容，同时本人保留在其他媒体发表论文的权力 注：保密学位论文( 印涉及技术秘密、宵业秘密或中请专利等潜在需要提交保密的论 文) 在解密后适用于本授权书 学位论文作者张柴磊露导师妣童葡 签名日期：冲年月，日 签名日期：知，年6 月秒日 注t 请将本农直接装订在学位论文的廓页和目录之旧 华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业生学位论文 目录 摘要i a b s 仃a c t 1 前言1 1 1 研究背景和意义1 1 2 相关研究进展2 1 2 1 作物的氮效率及其影响因素2 1 2 1 1 氮素营养效率、氮素利用效率及其评价指标2 1 2 1 2 影响氮素利用效率( n u e ) 的因素3 1 2 2 提高氮素利用效率( n u e ) 的途径3 1 2 3 小麦氮效率品种间的差异4 1 2 4 不同品种小麦生理特征的差异5 1 2 4 1 不同品种小麦的根系差异。5 1 2 4 2 不同品种小麦的叶绿素差异5 1 2 4 3 不同品种小麦的硝酸还原酶活性差异6 1 2 4 4 不同品种小麦土壤脲酶活性差异7 1 2 5 不同品种小麦氮素代谢的差异性8 1 2 5 1 不同品种冬小麦氮素的吸收差异8 1 2 5 2 不同品种小麦干物质和氮素积累及分配差异9 1 3 研究的目的1o 2 材料与方法1 2 2 1 试验区概况1 2 2 2 试验材料12 2 3 试验设计1 2 2 3 1 大田试验设计1 2 2 3 2 盆栽试验设计1 2 2 4 田间取样及测定方法13 2 4 1 大田试验生物量和土壤的取样及测定1 3 2 4 1 1 生物量的取样及测定13 鄂北岗地不同品种冬小麦氮效率差异性的研究 2 4 1 2 土壤的取样及测定1 3 2 4 2 大田试验生理指标的取样及测定。1 3 2 4 3 盆栽试验生理指标的取样及测定1 4 2 4 4 土壤酶活性的取样及测定1 4 2 5 试验数据计算与统计分析1 4 2 5 1 氮效率指标的计算方法。1 4 2 5 2 氮素同化和运转的计算方法1 5 3 结果与分析1 6 3 1 不同品种冬小麦氮效率的差异性1 6 3 1 1 产量及其构成因素品种间的差异1 6 3 1 1 1 产量16 3 1 1 2 产量构成因素1 7 3 1 2 氮效率及评价指标18 3 1 2 1 不同品种小麦氮响应度和氮敏感度的差异1 8 3 1 2 2 不同品种冬小麦氮效率的差异1 9 3 1 3 讨论：- 。21 3 2 不同品种冬小麦的生理特性及其土壤脲酶活性的差异2 2 3 2 1 不同品种冬小麦硝酸还原酶活性和叶绿素值的差异。2 3 3 2 1 1 不同品种冬小麦硝酸还原酶活性的差异j 2 3 3 2 1 2 不同品种冬小麦叶绿素值( s p a d ) 的差异2 4 3 2 2 不同品种冬小麦表现型性状间的相关性2 5 3 2 3 不同品种冬小麦根系形态及其活力的差异2 6 3 2 3 1 不同品种冬小麦根系形态的差异一2 6 3 2 3 2 不同品种冬小麦根系活力的差异2 7 ， 3 2 4 不同品种冬小麦土壤脲酶活性的差异2 8 3 2 5 讨论2 9 3 3 不同品种冬小麦干物质和氮素积累、分配及转运的动态3 l 3 3 1 不同品种冬小麦各器官花后干物质积累和转运分配动态变化3 1 3 3 1 1 不同品种冬小麦各器官干物质积累量3 1 华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业生学位论文 3 3 1 2 不同品种冬小麦各营养器官干物质的转运3 2 3 3 2 不同品种冬小麦开花后不同器官氮素积累和转运分配动态变化3 4 3 3 2 1 不同品种冬小麦地上部氮素吸收积累的差异3 4 3 3 2 2 不同品种冬小麦各器官氮素吸收、积累及分配的差异3 5 3 3 2 3 不同品种冬小麦营养器官氮素的转运3 7 3 3 2 4 不同品种小麦开花后地上部氮素的转运3 8 3 3 4 不同品种冬小麦表现型性状与氮效率指标间的相关性3 9 3 3 5 讨j 沧4 0 4 结论4 2 参考文献4 3 致谢! ；：! 撰写及发表的论文5 3 华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业生学位论文 摘要 鄂北岗地是湖北省主要的冬小麦生产区，肥料尤其是氮肥的不合理施用是制 约当地农业生产发展的关键因素。在诸多的方法和途径中，充分利用作物自身的 营养遗传特性，挖掘其自身养分利用的潜力，选用养分利用效率高的作物品种已 成为合理利用资源、减少环境污染和降低投入的一条重要途径。本研究在前期研 究的基础上，选择当地主栽的5 个品种冬小麦鄂麦1 4 ( e m l 4 ) 、鄂麦1 8 ( e m l 8 ) 、 鄂麦2 3 ( e m 2 3 ) 、郑麦9 0 2 3 ( z m 9 0 2 3 ) 、洛麦i ( l m i ) ，在施氮( 1 9 5 k 酽1 l l l 2 ) 和不施 氮( o k 矿吼2 ) 条件下，通过田间小区试验和室内盆栽试验，综合运用生长动态分析 和生理生态测试等技术手段，从小麦氮效率的评价指标及其品种间差异研究入 手，从生理代谢、干物质和氮素积累分配规律及根系特性等多方面探讨其差异的 内在机制，进一步解析了高氮效率的形成机制，从而为利用遗传特性提高小麦氮 效率及培育氮高效利用品种提供理论依据。 得出的结论如下： 1 施氮能够显著提高不同品种冬小麦的生物学产量、籽粒产量和收获指数； 同时能够显著促进不同品种小麦产量构成因素的提高。与不施氮处理相比，施氮 处理的不同品种小麦生物学产量提高7 2 0 9 2 0 7 3 9 ；籽粒产量提高 1 7 6 6 9 4 0 9 8 9 ；有效穗数提高3 7 6 - - 7 5 1 ；穗粒数提高4 6 9 - 1 5 7 3 ； 千粒重提高1 o 9 9 。l m l 和e m l 4 施氮处理的产量、穗粒数和千粒重都显 著高于其它品种。其中l m l 的产量、穗数、穗粒数和千粒重与不施氮处理相比 提高的幅度最大。 2 不同冬小麦品种氮效率存在显著的差异。在响应度方面，不同品种小麦 每增加l k g 氮肥可以增产1 7 8 k g - 2 8 7 k g 。其中l m l 的响应度最高。在敏感度 方面，不同品种小麦每增加l k g 氮肥可以增加氮吸收量的幅度在0 4 k g - o 8 k g 之 间，其中e m 2 3 的敏感值最大，e m l 4 次之，l m l 最小。在施氮条件下，不同品 种冬小麦的氮效率指标与不施氮相比明显提高( n u e 除外) 。其中，e m l 4 和 z m 9 0 2 3 的氮素利用效率、氮收获指数较高，e m l 4 和l m l 的氮吸收效率、氮 流效率较高于其它品种。 鄂北岗地不同品种冬小麦氮效率差异性的研究 3 扬花后，氮效率高的冬小麦品种的生理指标及其土壤脲酶活性较高。在施 氮和不施氮条件下，对不同品种冬小麦在五个生育期( 越冬期、返青期、拔节期、 扬花期、灌浆期) 叶片叶绿素含量、硝酸还原酶活性及其土壤脲酶活性进行分析， 施氮处理的上述各生理指标显著高于不施氮处理：l m l 和e m l 4 的叶片叶绿素 含量及硝酸还原酶活性相对较高，并且其土壤脲酶活性较高。 4 不同品种冬小麦的根系活力及形态指标间的差异显著。出苗5 0 d 后，在 氮胁迫的条件下，l m l 的根总长值最大与其它品种间差异显著；施氮促使不同 冬小麦品种根系总长、根表面积、根干重显著增加。但施氮处理，l m l 的根总 长、根表面积与不施氮处理相比，有所降低。在不施氮条件下，e m l 4 和l m l 的根系活力显著高于其它品种，而它们之间的差异不显著。在施氮条件下，l m l 的根系活力显著高于其它品种。 5 不同品种冬小麦在各生育期，干物质积累和转运存在显著差异。不同品 种冬小麦的干物质积累量表现为：茎 穗 叶片。扬花期至灌浆期，在不施氮条件 下，茎干物质的累积量增加1 1 7 6 - 4 3 2 1 ；叶片的累积量增加4 8 4 - 4 1 0 3 ； 穗部的氮累积量增加2 6 6 5 - - 1 6 6 4 7 ；施氮处理的茎、叶片和穗部的干物质累 积量增加幅度分别为1 0 0 5 - - 2 3 4 5 、5 0 5 - - 8 5 0 和5 9 0 1 3 7 8 。小麦 扬花后，在施氮条件下，l m l 穗部的干物质积累量最高。在不施氮处理条件下， e m l 4 茎和穗部的干物质转运量高于其它品种，叶片干物质转运量最高的是 z m 9 0 2 3 。l m l 叶片的干物质转运率最高，e m l 4 茎和穗部的干物质转运率高于 其它品种。同样，l m l 叶片的转运干物质对籽粒贡献率最高，e m l 4 茎和穗部的 转运干物质对籽粒贡献率高于其它品种。在施氮条件下，氮肥促使小麦品种不同 营养器官的干物质转运量大幅度提高，l m l 茎的干物质转运量、转运率及对籽 粒的贡献率均高于其它品种。 6 不同品种冬小麦对氮素吸收、运输和再分配特性方面存在显著差异。小 麦扬花后，在不施氮的条件下，e m l 4 茎、叶片和穗部的氮素积累最大，各器官 氮素向籽粒的转移率也高于其余品种，并且籽粒中氮素的累积量也最高。施氮处 理的不同品种小麦的不同器官氮素累积量及转移率变化幅度较大，叶片中氮素累 积量最大的是e m 2 3 ，茎中氮素累积量最大的是e m l 4 ，穗部氮素累积量最大的 华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业生学位论文 是e m l 8 ，而籽粒氮素累积量最大的依然是e m l 4 。在成熟期，不同器官的氮素 累积量和分配率大幅度降低，各器官的氮素转移到籽粒中，籽粒对氮素累积程度 最大的是e m l 4 。氮肥明显促进不同品种小麦的不同器官氮素转运量的增加，其 中e m l 4 和l m l 茎的氮素转运量高于其它品种；e m l 8 和e m 2 3 叶片的氮素转 运量较高；e m l 4 和e m l 8 穗部的氮素转运量较高。在转运氮素对籽粒的贡献率 方面，e m l 4 和l m l 茎的贡献率较高。 关键词t 鄂北岗地；品种；冬小麦；氮效率；差异 鄂北岗地不同品种冬小麦氮效率差异性的研究 a bs t r a c t t h em o u n do fn o r t h e r nh u b e ia r em a i na r e a so fw i n t e rw h e a tp r o d u c t i o ni nh u b e i p r o v i n c e u n r e a s o n a b l ea p p l i c a t i o no fn u t r i e n t s ，e s p e c i a l l yn i t r o g e na r ek e yf a c t o rt h a t r e s t r i c t e dt h ed e v e l o p m e n to fa g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o ni nt h e s ea r e a s i ti sa i li m p o r t a n t w a y i nr a t i o n a lu t i l i z i n gr e s o u r c e s ，d e c r e a s i n ge n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dr e d u c i n g i n p u t st h a te x p l o i t i n gp l a n td e s c e n d i b l ec h a r a c t e r i s t i c sa n dp o t e n t i a lo fn u t r i e n t su s e ， c u l t i v a t i n go ru t i l i z i n gv a r i e t yw i t hh i g hn u t r i t i o nu s ee f f i c i e n c y , a m o n gt h e s em e t h o d s a n da p p r o a c h e s o nt h eb a s i so fs t u d yo v e rh a v i n gp a s ts e v e r a ly e a r s ，t h r o u g ht h ef i e l de x p e r i m e n t a n dt h ep o te x p e r i m e n t ，f i v el o c a ld o m i n a t i n gw i n t e rw h e a tv a r i e t i e s ( e m14 ，e m18 ， e m 2 3 ，z m 9 0 2 3 ，l m l ) w e r es e l e c t e du n d e rh i g hn i t r o g e na p p l i c a t i o n ( 1 9 5 k g h m 2 ) a n d n on i t r o g e na p p l i c a t i o n ( o k g h m 2 ) ，t h ed i f f e r e n c eo ft h ei n t e r n a lm e c h a n i s mw e r e r e s e a r c h e df r o mt h ee v a l u a t i n gi n d i c a t o ro fn i t r o g e nu s ee f f i c i e n c yo fw h e a t s ，t h e d i f f e r e n c eo ft h ev a r i e t i e sa n dt h ep h y s i o l o g i c a lm e t a b o l i s m ，t h ea c c u m u l a t i o n & d i s t r i b u t i o no fd r ym a t t e ra n dn i t r o g e n ，r o o tc h a r a c t e r i s t i c sb yu s i n gt h et e c h n i q u e s a b o u ta n a l y s i so fg r o w t hd y n a m i c sa n dp h y s i o l o g i c a lt e s t i n ge ta 1 t h ef o r m a t i o n m e c h a n i s mo fh i g hn i t r o g e ne f f i c i e n c yf u r t h e r m o r ew e r ea n a l y z e di no r d e rt op r o v i d e t h e t h e o r e t i c a lb a s i sf o ru s i n g g e n e t i cc h a r a c t e r i s t i c st oi m p r o v en i t r o g e nu s e e f f i c i e n c y ( n u e ) o fw i n t e rw h e a t sa n dc u l t i v a t et h ev a r i e t i e sw h i c hc o u l du s en i t r o g e n e f f i c i e n t l y t h er e s u l t sa r eo b t a i n e da sf o l l o w e d ： 1 n i t r o g e nf e r t i l i z e ra p p l i c a t i o nc o u l ds i g n i f i c a n t l yi n c r e a s et h eb i o m a s s ，g r a i n y i e l d a n dh a r v e s ti n d e xo fd i f f e r e n tw i n t e rw h e a t s ；t h es a m et i m e ，i tc o u l d s i g n i f i c a n t l yp r o m o t et h ec o n s t i t u e n te l e m e n t so fg r a i ny i e l do ft h ed i f f e r e n tw h e a t v a r i e t i e st oi n c r e a s e c o m p a r e dw i 廿lt h en on i t r o g e nt r e a t m e n t , t h eb i o m a s sy i e l do ft h e d i f f e r e n tw h e a tv a r i e t i e sw i t hn i t r o g e na p p l i c a t i o nr a i s e db y7 2 0 9 - - - 2 0 7 3 9 ；t h e g r a i ny i e l dr a i s e db y17 6 6 9 4 0 9 8 9 ；t h ee f f e c t i v ef i l l e r sr a i s e db y3 7 6 - 7 5 1 ；t h eg r a i nn u m b e rp e rs p i k er a i s e db y4 6 9 15 7 3 ；10 0 0 一g r a i nw e i g h t i n c r e a s e db y1 o 9 9 t h ey i e l d ，t h eg r a mn u m b e rp e rs p i k ea n d10 0 0 一g r a i n w e i g h to fl m 1a n de m14 谢mn i t r o g e nt r e a t m e n tw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a n 华中农业大学2 0 1 0 届硕士毕业生学位论文 o t h e rv a r i e t i e s c o m p a r e dw i t hn on i t r o g e nt r e a t m e n t ，t h er a n g ei n c r e a s eo ft h ey i e l d ， t h eg r a i nn u m b e rp e rs p i k ea n d10 0 0 - g r a i nw e i g h to fl m1w e r et h el a r g e s t 2 n i t r o g e ne f f i c i e n c y o ft h ed i f f e r e n tw h e a tv a r i e t i e sw e r e s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t i na s p e c to ft h er e s p o n s i v e n e s s ，e a c hl k gn i t r o g e nf e r t i l i z e rr i s i n gl e a dt ot h e g r a i ny e i l di n c r e a s eo f17 8 k g 一2 8 7 k go ft h ed i f f e r e n tw h e a tv a r i e t i e s ，i nw h i c ht h e r e s p o n s i v e n e s s o fl m1w a sh i g h e s t i na s p e c to ft h es e n t i v i t y , e a c hlk gn i t r o g e n f e r t i l i z e rr i s i n gl e a dt ot h ea m o u n to fn i t r o g e nu p t a k ei n c r e a s eo fo 4 k g 0 8 k go ft h e d i f f e r e n tw h e a tv a r i e t i e s ，i nw h i c ht h es e n t i v i t yo fe m 2 3w a st h eh i g h e s t ，e m14w a s t h es e c o n d ，l m1w a st h el o w e s t c o m p a r e dw i t h1 1 0n i t r o g e na p p l i c a t i o n ，t h ei n d e xo f n i t r o g e ne f f i c i e n c yo ft h ed i f f e r e n tw i n t e rw h e a tv a r i e t i e sw i t hn i t r o g e na p p l i c a t i o n i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yt 仓r u ee x c l u d e d ) ，i nw h i c ht h en u ea n dt h en i t r o g e nh a r v e s t i n d e xo fe m 14a n dz m 9 0 2 3w e r eh i g h e r t h en i t r o g e nu p t a k ee f f i c i e n c ya n dt h e n i t r o g e nf l o we f f i c i e n c yo fe m 14a n dl m lw e r eh i g h e rt h a nt h eo t h e rv a r i e t i e sa n d t h e i rg r a i ny i e l dw e r ea l s oh i g h e r 3 a f t e ra n t h e s i s ，t h ep h y s i o l o g i c a li n d i c a t o r sa n du r e a s ea c t i v i t yo ft h es o i lo ft h e w i n t e rw h e a tv a r i e t i e sw i t hh i 。g hn i t r o g e ne f f i c i e n c yw e r eh i g h e r i nt h ec o n d i t i o no f n i t r o g e na n dn on i t r o g e na p p l i c a t i o n ，a n a l y z i n gt h ec h l o r o p h y l lc o n t e n t , t h en i t r a t e r e d u c t a s ea c t i v i t ya n dt h eu r e a s ea c t i v i t yo fs o i lo ft h ed i f f e r e n tw i n t e rw h e a to f v a r i e t i e sa tt h ef i v eg r o w i n gs t a g e ( w i n t e r i n gs t a g e ，r e v i v i n gs t a g e ，j o i n t i n gs t a g e ， a n t h e s i ss t a g e ，g r a i nf i l l i n gs t a g e ) c o m p a r e dw i t hn on i t r o g e nt r e a t m e n t , t h ep h y s i o l o g i c a l i n d i c a t o r sa b o v ea l lw i t hn i t r o g e nt r e a t m e n tw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e r t h ec h l o r o p h y l l c o n t e n ta n dn i t r a t er e d u c t a s ea c t i v i t yo fl e a fo fe m14l m 1w e r er e l a t i v e l yh i g h e ra n d t h eh i e a s ea c t i v i t yo ft h es o i lo fe 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h ew i n t e rw h e a t sr a i s e db y 11 7 6 4 3 21 ；t h ed r ym a t t e rr e m o b i l i z a t i o nq u a n t i t yi nl e a v e sr a i s e db y4 8 4 一 4 1 0 3 ；t h ed r ym a t t e rr e m o b i l i z a t i o nq u a n t i t yi ns p i k ei n c r e a s e db y2 6 6 5 一 16 6 4 7 t h ed r ym a t t e ra c c u m u l a t i o ni nt h es t e m ，l e a fa n ds p i k eo fw i r e rw h e a t s w i t hn i t r o g e nt r e a t m e n ti n c r e a s e db y1 0 0 5 2 3 4 5 ，5 0 5 8 5 0 a n d5 9 0 13 7 8 a f t e ra n t h e s i s ，t h ed r ym a t t e ra c c u m u l a t i o ni ns p i k eo fl m 1w i t hn i t r o g e n a p p l i c a t i o nw a st h eh i g h e s t i nt h ec o n d i t i o no fn on i t r o g e na p p l i c a t i o n ，t h ed r ym a t t e r r e m o b i l i z a t i o nq u a n t i t yi ns p i k ea n ds t e mo fe m 14w e r eh i g h e rt h a nt h eo t h e r v a r i e t i e s ；t h ed r ym a t t e rr e m o b i l i z a t i o nq u a n t i t yi nl e a fo fz m 9 0 2 3w a sh i g h e rt h a n t h eo t h e rv a 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