補灌對旱地小麥產量和氮素轉運的影響

在小麥谷物的蛋白質中，約20%的氮素來自開花后的同化氮素，約80%的氮素來自營養機官。因此,提高氮素向籽粒的再運轉量是提高籽粒蛋白質含量的重要途徑。而植株氮素再運轉量決定于開花前氮素積累量和開花后氮素再運轉效率兩個因素。然而,這兩個因素與籽粒蛋白質含量的關系研究結論并非一致,早期學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大田小麥氮素運轉與產量變化的研究還不夠詳細。水分虧缺具有補償和超補償效應,本試驗試圖通過對不同補灌次數和補灌時期組合下冬小麥氮素運轉的研究揭示補灌對旱地高產植株氮素運轉的影響機理,以期為旱地小麥高產提供理論依據。1材料和方法1.1小麥產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馬嵐村旱地高產示范田進行,所選地塊環境條件一致,具有代表性,小麥最高產量達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,有機質20.6g·kg-1,pH為6.78。1.2u3000添加k根據灌水時期和灌水量的不同,試驗設6個處理(表1),每處理設3個重復,小區面積為2m×6m,隨機區組排列。試驗小區均施純N225kg·hm-2、P2O5225kg·hm-2、K2O110.5kg·hm-2、有機肥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公司生產的Kjeltec2300自動定氮儀測定植株全氮含量。籽粒蛋白質含量以含氮量乘以5.7計算。2結果與分析2.1不同補灌次數對含氮量的影響由表2可知,拔節期后,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,成熟期前表現為葉片>穗軸+穎殼>莖,由于灌漿期氮素逐漸向籽粒中轉移,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一定優勢;穗軸+穎殼的含氮量隨補灌次數的增多逐漸升高,成熟期尤為顯著;籽粒含氮量變化恰恰相反隨補灌次數的增多逐漸降低。隨土壤含水量的提高,營養器官氮素含量升高,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含量、生長特性及補灌劑用量變化由圖1可知,籽粒蛋白質含量在籽粒建成初期較高,之后隨著籽粒灌漿的進行,干物質積累增加,蛋白質含量迅速下降,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,導致籽粒蛋白質含量降低。2.3灌漿前期、后補灌量分離處理對籽粒蛋白質積累的影響從小麥開花后籽粒蛋白質積累量的變化看(圖2),小麥開花后籽粒中的蛋白質積累是一個漸進過程,蛋白質積累量隨著籽粒生長發育而不斷增加。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的積累。成熟期W2處理和拔節期補灌1次的W1處理籽粒蛋白質積累量較高,說明較少補灌量更有利于增加籽粒蛋白質積累量,過多則產生負效應。2.4補灌次數對各器官轉移的影響小麥籽粒中合成蛋白質的氮素絕大部分是由花前植株貯存氮素的再運轉而來,只有少部分是由開花后吸收同化的。故花前營養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+穎殼的氮素轉移量表現為葉片>莖+葉鞘>穗軸+穎殼。隨補灌次數增多,各器官轉移氮素量逐漸增多,但補灌量繼續增加時,氮素轉移量則開始下降;轉移率則隨著補灌量的增加而不斷降低。各處理間總氮素轉移量表現為W2>W3>W1>CK>W4>W5,與器官氮素轉移量一致,補灌適量促進了氮素向籽粒運轉,花后土壤含水量過高和過低均不利于花前營養器官貯存氮素的轉移,含水量過高時,小麥貪青晚熟,氮素轉移量最小,氮素轉移率亦大幅度降低。2.5不同補灌次數對人工穗數的影響由表4可知,小麥產量以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,又能保證較高的千粒重和穗粒數,因此產量較高。而補灌4水的W4處理小麥產量和W1水平相當。補灌次數多,小麥單位面積穗數得到一定提高,但補灌次數過多,由于試驗區旱地高產田有機質含量較高,耕作層保水能力強,單位面積穗數并不會大幅度增加,W2處理單位面積穗數雖和W5處理有顯著性差異,但并未達到極顯著水平,和W3、W4處理也均未達到顯著水平,而W3、W4、W5處理之間差異也未達到顯著水平。說明灌水能提高旱地單位面積穗數,但灌水次數過多,對高產田小麥單位面積穗數影響較小,且減少了穗粒數,降低了千粒重。補灌2水的W2處理千粒重和穗粒數均達最高。旱地處理小穗數較低,不孕小穗數也最多,補灌能明顯提高小穗數量、降低不孕率;但W4、W5和W3相比,小穗數的提高和不孕小穗的降低表現為負效應,說明補灌次數過多,會因前期的營養生長旺盛,根系分布淺,深層水分利用率低,導致千粒重和穗粒數的降低而影響到產量的提高,從而表明補灌也應適量。3對土壤養分含量的影響試驗通過對籽粒中蛋白質含量分析可以看出,旱地增加補灌,導致了籽粒蛋白質含量降低,在灌漿中后期CK處理籽粒蛋白質含量較高,但其成熟期積累量比W1、W2低,而高于補灌次數多的W4、W5處理。其原因是隨著土壤含水量的提高,營養器官氮素含量升高,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移,營養器官中氮素殘留量高,轉移量少,造成籽粒中氮素含量較低及氮素的浪費。相反,旱地W1處理在同化產物供應不足的情況下,被利用于充實籽粒的貯存物質的轉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,抑制了小麥植株對氮素的吸收,雖促進氮素向籽粒的轉移,但因單位面積氮素吸收量少,最終轉移量不高。在適量補灌的條件下,單位面積氮素吸收量增加,營養器官中最終轉移量較高。因而,在小麥的旱地高產栽培中,可通過適量補灌,以