補灌對旱地小麥產(chǎn)量和氮素轉(zhuǎn)運的影響

補灌對旱地小麥產(chǎn)量和氮素轉(zhuǎn)運的影響

在小麥谷物的蛋白質(zhì)中，約20%的氮素來自開花后的同化氮素，約80%的氮素來自營養(yǎng)機(jī)官。因此,提高氮素向籽粒的再運轉(zhuǎn)量是提高籽粒蛋白質(zhì)含量的重要途徑。而植株氮素再運轉(zhuǎn)量決定于開花前氮素積累量和開花后氮素再運轉(zhuǎn)效率兩個因素。然而,這兩個因素與籽粒蛋白質(zhì)含量的關(guān)系研究結(jié)論并非一致,早期學(xué)者對干旱脅迫和不同灌水下小麥氮素同化吸收和酶活性[10,11,12,13,14,15]的研究已有很多報道,但對補灌條件下旱地高產(chǎn)大田小麥氮素運轉(zhuǎn)與產(chǎn)量變化的研究還不夠詳細(xì)。水分虧缺具有補償和超補償效應(yīng),本試驗試圖通過對不同補灌次數(shù)和補灌時期組合下冬小麥氮素運轉(zhuǎn)的研究揭示補灌對旱地高產(chǎn)植株氮素運轉(zhuǎn)的影響機(jī)理,以期為旱地小麥高產(chǎn)提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1小麥產(chǎn)量和水分生長情況試驗于2005~2006年在山東省萊陽市馮格莊鎮(zhèn)馬嵐村旱地高產(chǎn)示范田進(jìn)行,所選地塊環(huán)境條件一致,具有代表性,小麥最高產(chǎn)量達(dá)9048kg·hm-2。小麥生長期間總降水215mm,9月份降雨充足,播種時墑情良好。土壤類型為砂漿黑土,耕作層含全氮1.1g·kg-1,有效氮87.9mg·kg-1,速效磷18.65mg·kg-1,速效鉀109.46mg·kg-1,有機(jī)質(zhì)20.6g·kg-1,pH為6.78。1.2u3000添加k根據(jù)灌水時期和灌水量的不同,試驗設(shè)6個處理(表1),每處理設(shè)3個重復(fù),小區(qū)面積為2m×6m,隨機(jī)區(qū)組排列。試驗小區(qū)均施純N225kg·hm-2、P2O5225kg·hm-2、K2O110.5kg·hm-2、有機(jī)肥45000kg·hm-2。供試小麥品種為“魯麥21”,基本苗180萬·hm-2。1.3植株全氮含量測定利用凱氏定氮法,采用瑞士FOSSTECTOR公司生產(chǎn)的Kjeltec2300自動定氮儀測定植株全氮含量。籽粒蛋白質(zhì)含量以含氮量乘以5.7計算。2結(jié)果與分析2.1不同補灌次數(shù)對含氮量的影響由表2可知,拔節(jié)期后,小麥各器官氮素含量均隨生育期的推移逐漸降低,而籽粒氮素含量則自灌漿開始逐漸升高。不同器官氮素含量比較,成熟期前表現(xiàn)為葉片>穗軸+穎殼>莖,由于灌漿期氮素逐漸向籽粒中轉(zhuǎn)移,成熟期各器官含氮量為葉片>莖>穗軸+穎殼。不同生育期處理間比較,拔節(jié)至開花期,W2、W3葉片和莖含氮量較高,而旱地CK和W4、W5則含氮量較低;小麥灌漿后,葉片和莖部初期含氮量仍以W2、W3較高,之后補灌量多的處理W4和W5葉片含氮量逐漸較其他處理表現(xiàn)一定優(yōu)勢;穗軸+穎殼的含氮量隨補灌次數(shù)的增多逐漸升高,成熟期尤為顯著;籽粒含氮量變化恰恰相反隨補灌次數(shù)的增多逐漸降低。隨土壤含水量的提高,營養(yǎng)器官氮素含量升高,成熟期籽粒氮素含量隨土壤含水量升高而降低,表明水分過多不利于花后氮素轉(zhuǎn)移,造成籽粒中氮素含量較低。2.2小麥灌漿中期籽粒蛋白質(zhì)含量、生長特性及補灌劑用量變化由圖1可知,籽粒蛋白質(zhì)含量在籽粒建成初期較高,之后隨著籽粒灌漿的進(jìn)行,干物質(zhì)積累增加,蛋白質(zhì)含量迅速下降,然后又逐漸回升,呈高-低-高的“V”型變化趨勢。小麥灌漿中期,CK、W1處理籽粒蛋白質(zhì)含量顯著高于W2、W3處理,W2、W3顯著高于W4、W5處理,花后28d處理間表現(xiàn)為W1>W2、CK>W3>W5>W4,至成熟期,W1、W2、CK處理高于其他3個補灌處理。籽粒蛋白質(zhì)含量隨著花后土壤含水量的升高而減小,表明增加補灌,提高花后土壤含水量,導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)含量降低。2.3灌漿前期、后補灌量分離處理對籽粒蛋白質(zhì)積累的影響從小麥開花后籽粒蛋白質(zhì)積累量的變化看(圖2),小麥開花后籽粒中的蛋白質(zhì)積累是一個漸進(jìn)過程,蛋白質(zhì)積累量隨著籽粒生長發(fā)育而不斷增加。在籽粒灌漿前期處理間差距不明顯;花后21d,W1、CK處理籽粒蛋白質(zhì)積累量顯著高于W2、W3處理,后者又顯著高于W4、W5處理;花后28d,W1>W2、CK、W3>W5、W4;灌漿末期,補灌量多的W4、W5處理蛋白質(zhì)積累量較低。表明由于旱地補灌量過多,花后土壤含水量過高不利于籽粒蛋白質(zhì)的積累。成熟期W2處理和拔節(jié)期補灌1次的W1處理籽粒蛋白質(zhì)積累量較高,說明較少補灌量更有利于增加籽粒蛋白質(zhì)積累量,過多則產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。2.4補灌次數(shù)對各器官轉(zhuǎn)移的影響小麥籽粒中合成蛋白質(zhì)的氮素絕大部分是由花前植株貯存氮素的再運轉(zhuǎn)而來,只有少部分是由開花后吸收同化的。故花前營養(yǎng)器官的氮素含量對籽粒氮素含量起決定作用。由表3可知,各處理花后葉片、莖+葉鞘和穗軸+穎殼的氮素轉(zhuǎn)移量表現(xiàn)為葉片>莖+葉鞘>穗軸+穎殼。隨補灌次數(shù)增多,各器官轉(zhuǎn)移氮素量逐漸增多,但補灌量繼續(xù)增加時,氮素轉(zhuǎn)移量則開始下降;轉(zhuǎn)移率則隨著補灌量的增加而不斷降低。各處理間總氮素轉(zhuǎn)移量表現(xiàn)為W2>W3>W1>CK>W4>W5,與器官氮素轉(zhuǎn)移量一致,補灌適量促進(jìn)了氮素向籽粒運轉(zhuǎn),花后土壤含水量過高和過低均不利于花前營養(yǎng)器官貯存氮素的轉(zhuǎn)移,含水量過高時,小麥貪青晚熟,氮素轉(zhuǎn)移量最小,氮素轉(zhuǎn)移率亦大幅度降低。2.5不同補灌次數(shù)對人工穗數(shù)的影響由表4可知,小麥產(chǎn)量以W3處理最高,比W2處理高9.10kg·hm-2,無顯著差異。W2、W3處理既能保證足夠的穗數(shù),又能保證較高的千粒重和穗粒數(shù),因此產(chǎn)量較高。而補灌4水的W4處理小麥產(chǎn)量和W1水平相當(dāng)。補灌次數(shù)多,小麥單位面積穗數(shù)得到一定提高,但補灌次數(shù)過多,由于試驗區(qū)旱地高產(chǎn)田有機(jī)質(zhì)含量較高,耕作層保水能力強,單位面積穗數(shù)并不會大幅度增加,W2處理單位面積穗數(shù)雖和W5處理有顯著性差異,但并未達(dá)到極顯著水平,和W3、W4處理也均未達(dá)到顯著水平,而W3、W4、W5處理之間差異也未達(dá)到顯著水平。說明灌水能提高旱地單位面積穗數(shù),但灌水次數(shù)過多,對高產(chǎn)田小麥單位面積穗數(shù)影響較小,且減少了穗粒數(shù),降低了千粒重。補灌2水的W2處理千粒重和穗粒數(shù)均達(dá)最高。旱地處理小穗數(shù)較低,不孕小穗數(shù)也最多,補灌能明顯提高小穗數(shù)量、降低不孕率;但W4、W5和W3相比,小穗數(shù)的提高和不孕小穗的降低表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng),說明補灌次數(shù)過多,會因前期的營養(yǎng)生長旺盛,根系分布淺,深層水分利用率低,導(dǎo)致千粒重和穗粒數(shù)的降低而影響到產(chǎn)量的提高,從而表明補灌也應(yīng)適量。3對土壤養(yǎng)分含量的影響試驗通過對籽粒中蛋白質(zhì)含量分析可以看出,旱地增加補灌,導(dǎo)致了籽粒蛋白質(zhì)含量降低,在灌漿中后期CK處理籽粒蛋白質(zhì)含量較高,但其成熟期積累量比W1、W2低,而高于補灌次數(shù)多的W4、W5處理。其原因是隨著土壤含水量的提高,營養(yǎng)器官氮素含量升高,小麥貪青晚熟,成熟期籽粒氮素含量隨著土壤含水量升高而降低,說明水分過多不利于花后氮素轉(zhuǎn)移,營養(yǎng)器官中氮素殘留量高,轉(zhuǎn)移量少,造成籽粒中氮素含量較低及氮素的浪費。相反,旱地W1處理在同化產(chǎn)物供應(yīng)不足的情況下,被利用于充實籽粒的貯存物質(zhì)的轉(zhuǎn)移率則有所增多因為早衰而使葉、莖中所含的氮、糖加速運出。但CK全生育期處于干旱脅迫狀態(tài),抑制了小麥植株對氮素的吸收,雖促進(jìn)氮素向籽粒的轉(zhuǎn)移,但因單位面積氮素吸收量少,最終轉(zhuǎn)移量不高。在適量補灌的條件下,單位面積氮素吸收量增加,營養(yǎng)器官中最終轉(zhuǎn)移量較高。因而,在小麥的旱地高產(chǎn)栽培中,可通過適量補灌,以