补灌对旱地小麦产量和氮素转运的影响

补灌对旱地小麦产量和氮素转运的影响

在小麦谷物的蛋白质中，约20%的氮素来自开花后的同化氮素，约80%的氮素来自营养机官。因此,提高氮素向籽粒的再运转量是提高籽粒蛋白质含量的重要途径。而植株氮素再运转量决定于开花前氮素积累量和开花后氮素再运转效率两个因素。然而,这两个因素与籽粒蛋白质含量的关系研究结论并非一致,早期学者对干旱胁迫和不同灌水下小麦氮素同化吸收和酶活性[10,11,12,13,14,15]的研究已有很多报道,但对补灌条件下旱地高产大田小麦氮素运转与产量变化的研究还不够详细。水分亏缺具有补偿和超补偿效应,本试验试图通过对不同补灌次数和补灌时期组合下冬小麦氮素运转的研究揭示补灌对旱地高产植株氮素运转的影响机理,以期为旱地小麦高产提供理论依据。1材料和方法1.1小麦产量和水分生长情况试验于2005~2006年在山东省莱阳市冯格庄镇马岚村旱地高产示范田进行,所选地块环境条件一致,具有代表性,小麦最高产量达9048kg·hm-2。小麦生长期间总降水215mm,9月份降雨充足,播种时墒情良好。土壤类型为砂浆黑土,耕作层含全氮1.1g·kg-1,有效氮87.9mg·kg-1,速效磷18.65mg·kg-1,速效钾109.46mg·kg-1,有机质20.6g·kg-1,pH为6.78。1.2u3000添加k根据灌水时期和灌水量的不同,试验设6个处理(表1),每处理设3个重复,小区面积为2m×6m,随机区组排列。试验小区均施纯N225kg·hm-2、P2O5225kg·hm-2、K2O110.5kg·hm-2、有机肥45000kg·hm-2。供试小麦品种为“鲁麦21”,基本苗180万·hm-2。1.3植株全氮含量测定利用凯氏定氮法,采用瑞士FOSSTECTOR公司生产的Kjeltec2300自动定氮仪测定植株全氮含量。籽粒蛋白质含量以含氮量乘以5.7计算。2结果与分析2.1不同补灌次数对含氮量的影响由表2可知,拔节期后,小麦各器官氮素含量均随生育期的推移逐渐降低,而籽粒氮素含量则自灌浆开始逐渐升高。不同器官氮素含量比较,成熟期前表现为叶片>穗轴+颖壳>茎,由于灌浆期氮素逐渐向籽粒中转移,成熟期各器官含氮量为叶片>茎>穗轴+颖壳。不同生育期处理间比较,拔节至开花期,W2、W3叶片和茎含氮量较高,而旱地CK和W4、W5则含氮量较低;小麦灌浆后,叶片和茎部初期含氮量仍以W2、W3较高,之后补灌量多的处理W4和W5叶片含氮量逐渐较其他处理表现一定优势;穗轴+颖壳的含氮量随补灌次数的增多逐渐升高,成熟期尤为显著;籽粒含氮量变化恰恰相反随补灌次数的增多逐渐降低。随土壤含水量的提高,营养器官氮素含量升高,成熟期籽粒氮素含量随土壤含水量升高而降低,表明水分过多不利于花后氮素转移,造成籽粒中氮素含量较低。2.2小麦灌浆中期籽粒蛋白质含量、生长特性及补灌剂用量变化由图1可知,籽粒蛋白质含量在籽粒建成初期较高,之后随着籽粒灌浆的进行,干物质积累增加,蛋白质含量迅速下降,然后又逐渐回升,呈高-低-高的“V”型变化趋势。小麦灌浆中期,CK、W1处理籽粒蛋白质含量显著高于W2、W3处理,W2、W3显著高于W4、W5处理,花后28d处理间表现为W1>W2、CK>W3>W5>W4,至成熟期,W1、W2、CK处理高于其他3个补灌处理。籽粒蛋白质含量随着花后土壤含水量的升高而减小,表明增加补灌,提高花后土壤含水量,导致籽粒蛋白质含量降低。2.3灌浆前期、后补灌量分离处理对籽粒蛋白质积累的影响从小麦开花后籽粒蛋白质积累量的变化看(图2),小麦开花后籽粒中的蛋白质积累是一个渐进过程,蛋白质积累量随着籽粒生长发育而不断增加。在籽粒灌浆前期处理间差距不明显;花后21d,W1、CK处理籽粒蛋白质积累量显著高于W2、W3处理,后者又显著高于W4、W5处理;花后28d,W1>W2、CK、W3>W5、W4;灌浆末期,补灌量多的W4、W5处理蛋白质积累量较低。表明由于旱地补灌量过多,花后土壤含水量过高不利于籽粒蛋白质的积累。成熟期W2处理和拔节期补灌1次的W1处理籽粒蛋白质积累量较高,说明较少补灌量更有利于增加籽粒蛋白质积累量,过多则产生负效应。2.4补灌次数对各器官转移的影响小麦籽粒中合成蛋白质的氮素绝大部分是由花前植株贮存氮素的再运转而来,只有少部分是由开花后吸收同化的。故花前营养器官的氮素含量对籽粒氮素含量起决定作用。由表3可知,各处理花后叶片、茎+叶鞘和穗轴+颖壳的氮素转移量表现为叶片>茎+叶鞘>穗轴+颖壳。随补灌次数增多,各器官转移氮素量逐渐增多,但补灌量继续增加时,氮素转移量则开始下降;转移率则随着补灌量的增加而不断降低。各处理间总氮素转移量表现为W2>W3>W1>CK>W4>W5,与器官氮素转移量一致,补灌适量促进了氮素向籽粒运转,花后土壤含水量过高和过低均不利于花前营养器官贮存氮素的转移,含水量过高时,小麦贪青晚熟,氮素转移量最小,氮素转移率亦大幅度降低。2.5不同补灌次数对人工穗数的影响由表4可知,小麦产量以W3处理最高,比W2处理高9.10kg·hm-2,无显著差异。W2、W3处理既能保证足够的穗数,又能保证较高的千粒重和穗粒数,因此产量较高。而补灌4水的W4处理小麦产量和W1水平相当。补灌次数多,小麦单位面积穗数得到一定提高,但补灌次数过多,由于试验区旱地高产田有机质含量较高,耕作层保水能力强,单位面积穗数并不会大幅度增加,W2处理单位面积穗数虽和W5处理有显著性差异,但并未达到极显著水平,和W3、W4处理也均未达到显著水平,而W3、W4、W5处理之间差异也未达到显著水平。说明灌水能提高旱地单位面积穗数,但灌水次数过多,对高产田小麦单位面积穗数影响较小,且减少了穗粒数,降低了千粒重。补灌2水的W2处理千粒重和穗粒数均达最高。旱地处理小穗数较低,不孕小穗数也最多,补灌能明显提高小穗数量、降低不孕率;但W4、W5和W3相比,小穗数的提高和不孕小穗的降低表现为负效应,说明补灌次数过多,会因前期的营养生长旺盛,根系分布浅,深层水分利用率低,导致千粒重和穗粒数的降低而影响到产量的提高,从而表明补灌也应适量。3对土壤养分含量的影响试验通过对籽粒中蛋白质含量分析可以看出,旱地增加补灌,导致了籽粒蛋白质含量降低,在灌浆中后期CK处理籽粒蛋白质含量较高,但其成熟期积累量比W1、W2低,而高于补灌次数多的W4、W5处理。其原因是随着土壤含水量的提高,营养器官氮素含量升高,小麦贪青晚熟,成熟期籽粒氮素含量随着土壤含水量升高而降低,说明水分过多不利于花后氮素转移,营养器官中氮素残留量高,转移量少,造成籽粒中氮素含量较低及氮素的浪费。相反,旱地W1处理在同化产物供应不足的情况下,被利用于充实籽粒的贮存物质的转移率则有所增多因为早衰而使叶、茎中所含的氮、糖加速运出。但CK全生育期处于干旱胁迫状态,抑制了小麦植株对氮素的吸收,虽促进氮素向籽粒的转移,但因单位面积氮素吸收量少,最终转移量不高。在适量补灌的条件下,单位面积氮素吸收量增加,营养器官中最终转移量较高。因而,在小麦的旱地高产栽培中,可通过适量补灌,以