施硫对小麦不同器官碳氮转运及产量的影响

施硫对小麦不同器官碳氮转运及产量的影响

中国是一个施用氮肥和产量最高的国家。氮素也是影响小麦产量和品质的主要养分。人们仍然重视氮的使用。然而，过量使用氮会导致营养不良和作物养分不平衡，不仅会影响作物体内的吸收和代谢，还会影响植物产量和品质的进一步提高和提高，从而降低作物的肥力效率。氮肥和硫肥有很强的内在联系,作物对硫的反应往往取决于氮肥的供应量,大量施用氮肥会导致硫肥的相对缺乏,同时,当氮肥供应充足时作物对硫的反应很敏感,Schnug观测到硫已经成为继氮之后的第二限制营养元素。硫参与作物光合作用、呼吸作用以及氮素和碳水化合物的代谢,近年来缺硫面积在逐渐扩大,由此导致的作物品质和产量的降低将成为农业生产中日益严重的问题。有关硫与小麦产量和品质关系的研究,前人多在土壤瘠薄的缺硫条件下研究了硫对小麦产量和籽粒蛋白质品质的影响。施硫对小麦碳氮运转的报道较少,尤其缺乏在不同供氮条件下施硫对小麦碳氮运转及其对小麦产量和品质影响的研究资料。本试验在大田条件下,研究了中氮(240kg·hm-2)和高氮(330kg·hm-2)水平下施硫对2种不同穗型小麦植株C-N运转以及籽粒产量和蛋白质产量的影响,旨在探索高产小麦氮、硫营养并重的施肥调控技术,为小麦高产、优质以及可持续生产提供理论依据。1材料和方法1.1供试材料与方法试验于2005～2006年在河南农业大学科教示范园区进行。试验地前茬作物为玉米,土壤为中壤土。土壤养分状况为:有机质15.7g·kg-1、碱解氮50.85mg·kg-1、速效磷124mg·kg-1、速效钾74.8mg·kg-1、有效硫18.4mg·kg-1。供试材料为国审中筋高产多穗型小麦品种‘豫农949’(YN949)和大穗型品种‘兰考矮早八’(LKAZ8)。试验采用裂区设计,2个品种为主区;施氮量为副主区包括施纯氮240和330kg·hm-2,分别用N240和N330表示;施硫量为副区包括施纯硫0和60kg·hm-22个水平,分别用S0和S60表示。小区面积为20.3m2,重复3次,每公顷另外施P2O5120kg、K2O112.5kg。氮、磷、钾肥和硫肥分别为尿素、磷酸二铵、氯化钾和硫磺粉,按小区面积计算称出肥料,整地后人工翻入。磷、钾肥以及50%的硫肥和氮肥基施,另外50%的氮肥和硫肥于拔节期(雌雄蕊原基分化期)追施。2005年10月14日播种,3叶期定苗,根据品种特性,‘豫农949’基本苗为270万株·hm-2,‘兰考矮早八’为420万株·hm-2,其它管理措施同高产麦田。1.2小麦花前营养器官c-n运转指标在开花期,选择生长一致、同日开花的单茎挂牌标记,于开花期、成熟期取样,3个重复每个处理各取10个单茎,按茎、叶、鞘、穗轴(含颖壳)、籽粒等器官分样,105℃下杀青20min,80℃烘至恒重,称取干重后保存备用。成熟期收获测产、考种。用FOSSTECATOR2300自动定氮仪按凯氏法测定各样品全氮含量,籽粒蛋白质含量按全氮量的5.7倍换算。小麦花前营养器官C-N运转指标按以下公式计算:花前贮藏氮素(干物质)运转量=开花期氮素(干物质)-成熟期营养器官氮素(干物质);花前贮藏氮素(干物质)运转率=氮素(干物质)运转量/开花期氮(干物质)×100%;转运氮(干物质)贡献率=氮素(干物质)运转量/成熟期籽粒氮(干物质)×100%。2结果与分析2.1施硫肥对不同品种间a、n40和b不同转运性能的影响由表1可看出,2个品种在中氮(N240)和高氮(N330)水平下,S60均比S0提高了茎、叶、鞘、颖壳穗轴的花前贮藏物质的运转量和运转率,也提高了总运转量与运转率及总运转量对籽粒重量的贡献率,表明施硫均能促进中、高氮条件下花前贮藏干物质向籽粒的运转。其中,与对照(S0)相比,施硫对2个品种高氮水平(N330)和中氮水平(N240)叶片、颖壳和穗轴的运转量和运转率,以及总运转量、总运转率、贮藏干物质对籽粒重量贡献率的影响均达到显著水平(P<0.05);施硫对2个品种N330水平下茎运转量和N240水平下鞘运转量的影响均不显著,而对N240水平下茎运转量和N330水平下鞘运转量影响显著。品种间相同处理总运转量为‘兰考矮早八’高于‘豫农949’,而对籽粒重量的贡献率却是‘豫农949’高于‘兰考矮早八’;2个品种总运转量在N330S60和N240S60处理之间差异均不显著,而总运转率的差异均达到显著水平,‘兰考矮早八’的总运转量对籽粒重的贡献率在N330S60和N240S60之间差异不显著。以上结果表明,施用硫肥后更利于‘豫农949’的干物质向结实器官运转,提高其籽粒重和产量;N240S60比N330S60更利于促进花前营养器官贮藏物质向结实器官的运转,且不同品种间有差别。2.2施硫对2个品种穗轴颖壳的转运性能小麦营养器官花前积累干物质和氮素在开花后向籽粒中的运转是决定籽粒产量和蛋白质含量的重要因素。由表2可看出,2个品种在中氮(N240)和高氮(N330)水平下,施硫(S60)均能增加小麦茎、叶、颖壳和穗轴等营养器官花前贮藏氮素运转量和运转率以及总运转量、总运转率和转运氮素对籽粒氮素的贡献率,表明施硫均能促进中、高氮条件下花前贮藏氮素向籽粒的运转。其中,与对照(S0)相比,施硫对2个品种的2个氮素水平穗轴颖壳的氮素运转量和转运率及转运氮素对籽粒氮素贡献率的影响均达显著水平(P<0.05);对于茎来说,‘豫农949’N240S60处理的氮素转运率和N330S60处理的转运量、转运率,以及‘兰考矮早八’N240S60的转运量、转运率均比相应对照显著增加;施硫对‘兰考矮早八’叶片、鞘氮素的转运量、转运率及总转运量、总转运率均有显著影响,而仅对‘豫农949’N240S60处理叶鞘的氮素转运量、总转运量和N330S60处理的总转运率有显著影响。在相同处理间各器官的各指标几乎均是‘豫农949’高于‘兰考矮早八’,特别是‘豫农949’N330S60处理的总转运率、转运氮素对籽粒氮素的贡献率在2个品种各处理中均最高,分别为67.46%、96.95%,总转运量(37.67mg/株)仅次‘兰考矮早8’的N240S60处理(37.77mg/株)。总氮素转运量‘豫农949’在N240S60和N330S60处理间差异不显著,‘兰考矮早八’在两者间差异显著,表现为N240S60>N330S60。以上结果表明,施硫能够促进中、高氮水平下营养器官花前贮藏氮素向籽粒的运转,为提高籽粒蛋白质产量奠定了基础,但不同品种间施硫的效应有差异。2.3个品种施硫量的比较由表3可知,2个品种2个氮水平下施硫能在提高产量构成因素的同时极显著增加籽粒产量和蛋白质产量。其中,‘兰考矮早八’的穗数表现为N330S60>N330S0(P<0.05),N240S60>N240S0(P>0.05);穗粒数表现为N240S0<N240S60<N330S60<N330S0(P>0.05);千粒重表现为N240S60<N240S0(P>0.05),N330S60>N330S0(P<0.05);蛋白质含量为N330S60>N330S0(P>0.05),差异未达显著水平,N240S60<N240S0(P<0.01),差异达极显著水平。‘豫农949’的穗数、穗粒数、千粒重均为N330S60>N330S0、N240S60>N240S0,除N240水平的穗数和N330水平的穗粒数外其差异均达显著水平;蛋白质含量表现为N240S60>N240S0且差异达极显著水平,但N330S60<N330S0且差异不显著。2个品种最终的籽粒产量和蛋白质产量均为N330S60>N330S0、N240S60>N240S0差异均达极显著水平。与对照相比,‘豫农949’和‘兰考矮早八’的N240S60处理籽粒产量分别增加12.74%和6.15%,蛋白质产量分别增加16.84%和2.29%;N330S60处理籽粒产量分别增加16.41%和10.63%,蛋白质产量分别增加16.14%和11.01%。以上结果表明,2个品种施硫的增产幅度均为N330水平高于N240水平,但2个品种N330S60和N240S60处理间籽粒产量差异均不显著;品种间相比较,施硫对‘豫农949’籽粒产量和蛋白质产量增产效果比‘兰考矮早八’显著,表明施用硫肥应考虑品种间差异。3施氮提高小麦籽粒产量和品质的影响硫素是小麦生长的重要元素,并为叶绿素合成和ATP磺酰活性所必需,施硫影响了小麦可利用的硫素,因而提高了作物产量,前人的研究结果表明,施用硫肥提高了小麦旗叶硝酸还原酶活性和氮素同化能力,在提高产量构成因素的同时增加了产量,并显著提高籽粒蛋白质含量,从而改善小麦加工品质。本研究结果表明,施硫对中、高氮条件下2个品种籽粒蛋白质含量的影响不明显,但籽粒产量和蛋白质产量则极显著高于对照。小麦开花时有相当数量的贮藏性物质以非结构碳水化合物形式贮藏在营养器官(如茎杆),在籽粒灌浆期间分解并转移到籽粒中,氮素同样从叶片和茎杆向籽粒中转移。关于施氮对小麦碳氮积累与运转的研究较多,而关于硫素对小麦碳氮运转的影响报道较少,并且硫对小麦产量和品质的影响研究均是在瘠薄的土壤条件下进行的。本试验结果表明,中、高氮水平下施硫均增加了高产小麦花前营养器官贮藏碳物质、氮素向籽粒的运转,增加了总运转量对籽粒重量和籽粒氮素含量的贡献率,从而提高了小麦籽粒产量,并且不同品种花前营养器官转运干物质和氮素对籽粒的贡献率不同。其中,转运干物质对籽粒产量的贡献率在‘豫农949’中以N240S60处理最高(达37.16%),‘兰考矮早八’的N330S60、N240S60处理均为30.0%;‘豫农949’N240S60和N330S60处理籽粒积累氮素的95%以上来源于花前营养器官积累氮素的再运转,‘兰考矮早八’N240S60处理籽粒积累氮素的87%来源于花前积累氮素的再运转。通过本试验的结果也可看出,在土壤有效硫含量较高、施氮量较高的条件下,