不同氮响应型冬小麦品种植株氮素利用的差异及氮肥的调控研究

张蓉蓉，任爱霞，林文，Noor Hafeez，王文翔，李蕾，赵庆玲，高志强，孙敏

不同氮响应型冬小麦品种植株氮素利用的差异及氮肥的调控研究

张蓉蓉，任爱霞，林文，Noor Hafeez，王文翔，李蕾，赵庆玲，高志强，孙敏*

（山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801）

【】明确不同氮响应型冬小麦品种氮素吸收利用对氮肥的响应差异，挖掘黄土高原麦区冬小麦品种的高效高产潜力。于2018—2019年在山西农业大学校内小麦试验基地开展试验，试验主区为良星99、邯麦13、山农22、良星77、烟农999和山农29共6个冬小麦品种，副区为150、270 kg/hm2的2个施氮水平，分析不同氮响应型冬小麦产量及氮效率与植株氮素吸收利用的关系。根据氮响应度将6个冬小麦品种聚类划分为强响应型品种（山农29、邯麦13和烟农999）和弱响应型品种（良星77、山农22和良星99）。强响应型品种较弱响应型品种显著提高了籽粒氮素积累量、花前植株氮素运转量、花后植株氮素积累量、产量以及氮效率，其中产量及氮效率分别增加17.85%～22.35%、9.20%～12.31%，显著降低了成熟期20～200 cm土层土壤硝态氮量。施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2强响应型品种成熟期茎秆+叶鞘、叶片氮素积累量和百公斤籽粒吸氮量显著降低，花前植株氮素运转量及其对籽粒的贡献率、花后植株氮素积累量、花前茎秆+叶鞘、叶片氮素运转量及其贡献率显著提高，氮素利用效率和产量分别显著增加11.98%和4.89%；弱响应型品种各器官氮素积累量增加，籽粒氮素积累量所占比例下降，花前植株、茎秆+叶鞘氮素运转量及其对籽粒的贡献率显著提高，产量显著提高7.87%，成熟期0～120 cm土层土壤硝态氮量显著提高，百公斤籽粒吸氮量降低不显著。此外，在同类品种不同施氮量条件下，产量、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量均与花前整株氮素运转量相关性更高，且强响应型小麦品种的相关性高于弱响应型品种的。强响应型品种产量、氮素利用效率高，器官中积累氮素向籽粒运转能力强，且花前茎秆+叶鞘、叶片氮素运转量可以作为氮高效品种的筛选指标。施氮量270 kg/hm2较150 kg/hm2促进强响应型品种产量及氮素利用效率显著增加，保证高产高效。

氮响应型；冬小麦；品种；土壤硝态氮；氮素吸收利用；产量

0 引言

【研究意义】近年来，氮肥施用过量导致氮素利用效率和小麦增产效益下降及土壤中硝态氮累积的现象较为普遍[1-3]。培育高产高效的新品种，以及采取合理的氮肥调控措施在作物生产中具有非常重要的意义。【研究进展】小麦植株氮素吸收、积累及运转与产量密切相关，但不同品种间存在基因型差异[4-5]。丁永刚等[6]研究表明，氮高效品种与氮中效和氮低效品种相比，在开花期和成熟期具有较高的干物质积累量及花后干物质积累量。王平等[7]研究表明，小麦氮高效型品种比氮低效型品种植株具有较强的吸氮能力，氮素累积量在花前营养器官中高，氮素量对于籽粒的提供相对较多。在河南省水地小麦上的研究表明，氮高效型品种的花前贮存氮素在花后向籽粒的转运量、氮素农艺效率及氮素偏生产力均显著高于氮素中效型、氮素低效型及氮素超低效型品种[8]。在江苏扬州稻茬小麦上的研究表明，氮髙效品种开花期和成熟期氮素积累量、氮素吸收效率均显著高于氮中效和氮低效品种，但品种类型间氮肥利用效率、氮素生理效率差异不显著[9]。大部分研究的品种划分都以一般的氮素利用效率为依据，而氮响应度是衡量氮肥利用率高低的动态指标，可以表示不同施氮量间氮肥利用的差异，且不同基因型间、相同基因型不同施氮水平间的氮响应度亦存在差异[10]。王永华等[10]研究表明，低氮条件下，小麦基因型中氮响应度高的品种，耐低氮能力较好，在高氮和低氮水平下均能获得较高产量，但氮效率不一定高。氮肥作为调控小麦氮素营养的有效手段之一，研究其对小麦氮素的吸收、积累及其向籽粒的运输特性是提高小麦产量、氮素利用效率的基础。合理施氮可促进植株对肥料的吸收积累、增加花后转运量及灌浆期旗叶谷氨酰胺合成酶（GS）活性，提高产量和氮素利用效率[11-12]。随着施氮水平的提高，氮素累积量显著增加，而氮素收获指数及氮素利用效率呈下降趋势[13-15]。朱新开等[16]研究认为，小麦的氮素利用效率及百公斤籽粒吸氮量存在基因型差异，且随着施氮量的增加，百公斤籽粒吸氮量呈先升高后降低的趋势。

【切入点】前人研究主要围绕不同氮效率品种植株氮素吸收运转的差异，但对不同氮响应型小麦品种氮素吸收利用差异与植株各器官氮素运转量的关系及其对氮肥的响应及高产高效品种筛选的研究较少。【拟解决的关键问题】因此，以6个冬小麦品种为供试品种，以氮响应度为指标进行系统聚类划分，研究不同氮响应型小麦品种产量和氮素吸收、利用特性的差异及不同施氮水平下的调控作用，以期为高产高效小麦品种选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2018—2019年在山西省太谷县山西农业大学校内小麦试验基地（E112°34′，N37°25′）进行，试验区属于温带大陆性气候区，年平均气温10.4 ℃，试验采用池栽，池深2 m，由厚度10 cm混凝土墙分隔，外墙增加10 cm厚的保温层。土壤类型为壤土，2018年9月15日测定0～20 cm土层土壤肥力，其中有机质量为12.64 g/kg，碱解氮量为40.36 mg/kg，速效磷量为14.28 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用二因素裂区设计，以品种为主区，设良星99（LX99）、邯麦13（HM13）、山农22（SN22）、良星77（LX77）、烟农999（YN999）和山农29（SN29）6个水平（由太谷县农业农村局提供），以施氮量为副区，设150 kg/hm2（N150）、270 kg/hm2（N270）2个水平，共6×2=12个处理，重复3次，小区面积为7.2 m2（3.6 m×2 m）。2018年10月9日播种，基施氮磷钾肥，纯氮肥按试验设计均匀地撒在相应小区内（氮肥基追比为6∶4），纯磷肥量和纯钾肥量分别为150、90 kg/hm2，人工将肥料翻入土壤中（深度10～15 cm）。条播，行距20 cm，播量180 kg/hm2。生育期内保持池内土壤含水率维持在60%左右，2019年6月20日收获。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 植株干物质量及含氮率

分别于开花期、成熟期取样20株，随机取样。开花期植株样品分为叶片、茎秆+叶鞘、穗轴3部分，成熟期植株样品分为叶片、茎秆+叶鞘、颖壳+穗轴和籽粒4部分。于105 ℃杀青30 min后，70 ℃烘至恒质量，称量并记录干物质量；样品粉碎后用H2SO4-H2O2-靛酚蓝比色法[17]测定铵态氮量，并计算植株各器官含氮率及氮素积累量。

1.3.2 成熟期0～200 cm土层土壤硝态氮量

在小麦成熟期，采用5点取样法利用土钻对每个处理取0～200 cm土层土样，每20 cm为1层进行采集，将土钻采集的重复土样混合均匀。取过2 mm筛的新鲜土样5 g，加入活性炭吸附有机质颜色，然后加入50 mL 0.01mol/L CaCl2提取液室温振荡30 min，将过滤后滤液利用全自动离子分析仪（Easy Chem Plus）测定土壤硝态氮量，3次重复。

1.3.3 产量及其构成

于冬小麦成熟期，剪取0.667 m2长势均匀的冬小麦穗子，调查穗数与每穗平均粒数，置于网袋中，脱粒晒干后称质量，即为实际产量，同时用该籽粒样本测定千粒质量。

1.3.4 百公斤籽粒吸氮量

成熟期测定小麦植株各器官铵态氮量，并计算植株各器官含氮率、干物质量、实际籽粒产量，计算植株氮素积累量。

1.4 计算方法

氮响应度按王永华等[10]的方法计算：氮响应度（kg/kg）=（高氮籽粒产量-低氮籽粒产量）/（高施氮量-低施氮量）

氮素积累量按赵俊晔等[17]、Przulj等[18]方法计算：植株氮素积累量=植株干物质量×含氮率；花前植株氮素运转量=开花期营养器官氮素积累量-成熟期营养器官氮素积累量；花前植株氮素的运转对籽粒的贡献率=花前植株氮素运转量⁄籽粒氮素积累量×100%；花后植株氮素积累量=成熟期植株氮素积累量-开花期植株氮素积累量；花后植株氮素积累对籽粒的贡献率=花后植株氮素积累量⁄籽粒氮素积累量×100%；氮素吸收效率=植株氮素积累量⁄施氮量×100%；氮素利用效率=籽粒产量⁄植株氮素积累量×100%；氮肥生产效率=籽粒产量⁄施氮量×100%。

百公斤籽粒吸氮量按朱新开等[16]的方法计算：百公斤籽粒吸氮量=植株氮素积累量⁄籽粒产量×100。

1.5 统计分析

试验采用Microsoft Excel 2007处理数据，采用DPS 7.50和SAS 9.0软件进行聚类分析及统计分析，聚类分析采用系统聚类的最短距离法，差异显著性检验用LSD法，显著性水平设定为=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同小麦品种氮响应度的聚类分析

增加施氮量，作物生物产量或籽粒产量的变化程度可用氮响应度表示。根据氮响应度将6个小麦品种分为2类，山农29（8.44 kg/kg）、烟农999（7.43 kg/kg）和邯麦13（5.84 kg/kg）属于强响应型品种，良星77（4.10 kg/kg）、山农22（4.33 kg/kg）和良星99（3.67 kg/kg）属于弱响应型品种。

2.2 氮肥对植株氮素积累转运的影响

2.2.1 成熟期植株各器官氮素积累

强响应型品种较弱响应型品种提高了茎秆+叶鞘、叶片氮素积累量，显著提高了籽粒和整株氮素积累量，提高了籽粒氮素积累量所占比例，降低了穗轴+颖壳氮素积累量（表1）。施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2强响应型品种茎秆+叶鞘、叶片氮素积累量显著降低，穗轴+颖壳、整株氮素积累量，籽粒氮素积累量及其占比均显著提高；弱响应型品种各器官氮素积累量增加，籽粒氮素积累量所占比例下降。且强响应型品种中，施氮量对茎秆+叶鞘氮素积累量的影响以山农29差异显著，烟农999和邯麦13不显著；对穗轴+颖壳氮素积累量的影响以烟农999差异显著，山农29和邯麦13不显著。可见，强响应型品种籽粒氮素积累能力强，施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2更有利于其茎秆+叶鞘和叶片中积累的氮素向籽粒转移，尤其山农29。

表1 不同响应型小麦品种成熟期各器官氮素积累量

注 不同小写字母表示不同处理间差异显著（≤0.05），不同大写字母表示不同施氮量下各类品种的平均值差异显著（≤0.05）。下同。

2.2.2花前植株氮素运转和花后植株氮素积累

强响应型品种较弱响应型品种显著提高了花前植株氮素运转量和花后植株氮素积累量，提高了花前植株氮素运转量对籽粒的贡献率（表2）。施氮量270 kg/hm2较150 kg/hm2显著提高了2类型品种花前植株氮素运转量及其对籽粒的贡献率，强响应型品种花后植株氮素积累量亦显著增加。且强响应型品种中，施氮量对花前植株氮素运转量对籽粒的贡献率和花后植株氮素积累量对籽粒的贡献率的影响以山农29和烟农999差异显著，邯麦13差异不显著。可见，强响应型品种具有更强的氮素运转和积累能力，施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2更有利于花前积累氮素向籽粒的转移，增大贡献率，尤其山农29和烟农999。

2.2.3花前各器官氮素运转量及其对籽粒贡献率

强响应型品种较弱响应型品种提高了花前各器官氮素运转量，且穗轴+颖壳的氮素运转量及其贡献率差异显著（表3）。施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2显著增加了花前各器官氮素运转量，强响应型品种茎秆+叶鞘、叶片的运转量对籽粒的贡献率显著提高；弱响应型品种花前茎秆+叶鞘的运转量对籽粒的贡献率显著提高。且强响应型品种中，施氮量对花前叶片氮素运转量对籽粒的贡献率的影响以山农29、烟农999差异显著。可见，强响应型品种的各器官具有更强的花前氮素向籽粒运转的能力，以茎秆+叶鞘、叶片为主，施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2更有利于促进花前茎秆+叶鞘、叶片积累氮素的运转，尤其山农29和烟农999。

表2 不同响应型小麦品种花前植株氮素运转和花后植株氮素积累

注 PANT：花前植株氮素运转；NAAA：花后植株氮素积累。下同。不同小写字母表示不同处理间差异显著（≤0.05），不同大写字母表示不同施氮量下各类品种的平均值差异显著（≤0.05）。

表3 不同响应型小麦品种花前各器官氮素运转量及其对籽粒贡献率的影响

注 不同小写字母表示不同处理间差异显著（≤0.05），不同大写字母表示不同施氮量下各类品种的平均值差异显著（≤0.05）。

2.3 氮肥对小麦成熟期土壤硝态氮量的影响

成熟期各土层土壤硝态氮量呈先降后升再降的趋势，其中80～100 cm土层最低，而后上升，到120～140 cm 土层有一高峰后下降（图1）。强响应型品种较弱响应型品种显著降低了成熟期20～200 cm各土层土壤硝态氮量。施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2强响应型品种成熟期0～160 cm土层土壤硝态氮量显著提高；弱响应型品种成熟期0～120 cm土层土壤硝态氮量显著提高。

2.4 氮肥对产量、氮效率及百公斤籽粒吸氮量的影响

2.4.1 产量和氮效率

强响应型品种较弱响应型品种显著提高了产量、氮素吸收效率、利用效率和生产效率，分别达17.85%～22.35%、17.85%～22.35%、9.20%～12.31%和7.96%～8.94%（表4）。施氮量270 kg/hm2较150 kg/hm2强响应型品种产量和氮素利用效率分别显著提高11.98%和4.89%；弱响应型品种产量显著提高7.87%。且强响应型品种中，施氮量对氮素利用效率的影响以山农29和烟农999差异显著。可见，强响应型品种具有更好的氮素吸收、利用能力，最终形成了较高的产量，尤其是山农29，施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2更有利于实现高产高效。

2.4.2百公斤籽粒吸氮量

强响应型品种较弱响应型品种显著降低了百公斤籽粒吸氮量（图2）。施氮270kg/hm2较150 kg/hm2强响应型品种百公斤籽粒吸氮量显著降低；弱响应型品种百公斤籽粒吸氮量降低，但差异不显著。且强响应型品种中，施氮量对百公斤籽粒吸氮量的影响以山农29、烟农999差异显著。可见，强响应型品种具有更好的氮素吸收能力，即在同一产量水平下较省肥，施氮量270kg/hm2较150 kg/hm2对氮素吸收方面促进作用更强。

图1 成熟期0～200 cm土层土壤硝态氮量

表4 不同响应型小麦品种产量及氮效率

图2 不同响应型小麦品种百公斤籽粒吸氮量

2.5 植株氮素吸收运转特性与产量的关系

在同类品种不同施氮量条件下，强响应型品种，产量、氮素利用效率与花前茎秆+叶鞘、叶片、整株氮素运转量呈显著或极显著相关，产量还与花后植株氮素积累量呈显著相关，百公斤籽粒吸氮量与花前茎秆+叶鞘、叶片、整株氮素运转量显著或极显著负相关；弱响应型品种，产量、氮素利用效率与花前茎秆+叶鞘、穗轴+颖壳、整株氮素运转量显著相关，百公斤籽粒吸氮量与与花前茎秆+叶鞘、穗轴+颖壳、整株氮素运转量显著负相关；强响应型品种较弱响应型品种产量、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量与花前整株氮素运转量的相关性均更高。氮素吸收效率、氮素生产效率与各指标均不相关（表5）。

可见，产量、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量均与花前整株氮素运转量相关性最高，且强响应型小麦品种的相关性高于弱响应型品种。

表5 不同响应型小麦品种植株氮素吸收运转特性与产量的相关系数

3 讨论

研究表明，品种是影响冬小麦氮素吸收利用的关键因素，且施氮量对其有显著的调控作用。供试的2类品种相比，强响应型品种花前茎秆+叶鞘、叶片及整株的氮素运转量高，收获后籽粒氮素的积累量也高，氮素利用效率高；弱响应型品种，则相对较低。这与其他的研究结果[22-25]相似。有研究认为，氮素水平对氮素吸收量有显著影响，地上部氮素积累量随氮素水平的增加而显著增加[26]。柴彦君等[2]研究认为，施氮能显著提高小麦成熟期各器官氮素的积累量，且提高的幅度因品种而异。本研究与前人研究[4]并不完全相同。施氮量270 kg/hm2较150 kg/hm2强响应型品种成熟期茎秆+叶鞘、叶片的氮素积累量显著降低，穗轴+颖壳、籽粒的氮素积累量显著增加；弱响应型品种各器官氮素积累量均增加。这可能是因为强响应型品种茎秆+叶鞘、叶片氮素运转、再利用能力更强，可以减少氮素的残留。

张旭等[27]研究基于氮肥吸收效率和氮肥农学效率将参试材料分为氮高效型、中效型和低效型，且与氮中效型和低效型品种相比，氮高效型品种具有较高的产量、干物质和氮素积累量。刘国欢等[28]和Gaju等[29]研究认为，产量高的品种具有较高的氮素利用效率和较强的氮素吸收能力。本研究中，强响应型品种较弱响应型品种具有更高的产量、氮素积累量、氮素吸收效率及利用效率，与前人研究结果[9]一致。

张铭等[5]研究认为，氮素的吸收效率和氮肥的农学利用率在不同土壤肥力条件下均以不施氮处理最高。李久生等[30]、姜丽娜等[26]研究表明，随施氮量的增加，小麦的氮素吸收效率和利用效率均趋于降低，在增加小麦氮素吸收的同时，也增加了残留和损失量。本试验结果与前人研究不同[26]。本研究中，施氮量270 kg/hm2较150 kg/hm2氮素利用效率提高，且强响应型品种达显著水平，导致这个结果的原因是增加施氮量提高了品种的氮素运转能力，可能是提高了一些与氮素转运关键酶的活性[31]。因此，有关不同氮响应型小麦品种之间氮素积累转运相关酶的活性差异及更深层次的基因表达特性还需进一步研究。

4 结论

1）6个供试小麦品种按氮响应强度不同，可聚类为强氮响应品种（山农29、烟农999、邯麦13）和弱氮响应品种（良星77、山农22、良星99）2类。

2）强氮响应型品种具有较高的氮素利用效率和产量，器官中积累氮素向籽粒运转能力强，籽粒氮素积累量高，因此较省肥。施氮量从150 kg/hm2增加至270 kg/hm2，显著增加了氮素利用效率和产量，主要是促进了强氮响应型品种茎秆+叶鞘、叶片中积累的氮素向籽粒运转。

3）在同类品种不同施氮量条件下，产量、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量均与花前整株氮素运转量相关性更高，且强响应型小麦品种的相关性高于弱响应型品种。

[1] 张福锁, 崔振岭, 王激清, 等.中国土壤和植物养分管理现状与改进策略[J].植物学通报, 2007, 24(6): 687-694.

ZHANG Fusuo, CUI Zhenling, WANG Jiqing, et al. Current status of soil and plant nutrient management in China and improvement strategies[J]. Chinese Bulletin of Botany, 2007, 24(6): 687-694.

[2] 李廷亮, 李顺, 谢英荷, 等.不同施肥措施对晋南旱塬麦田土壤碳氮变化的影响[J]. 灌溉排水学报, 2018, 37(11): 43-49.

LI Tingliang, LI Shun, XIE Yinghe, et al. Effect of different fertilizations patterns on soil carbon and nitrogen changes of dryland wheat field insouthern Shanxi of China[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(11): 43-49.

[3] 刘德平, 杨树青, 郭富强, 等. 氮磷钾平衡施肥对作物收获后土壤硝态氮残留的影响[J]. 灌溉排水学报, 2013, 32(5): 42-46.

LIU Deping, YANG Shuqing, GUO Fuqiang, et al. Effects of balanced fertilization of N, P, K on soil nitrate nitrogen residual after crop harvest[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2013, 32(5): 42-46.

[4] 柴彦君, 熊又升, 黄丽, 等.施氮对不同品种冬小麦氮素累积和运转的影响[J].西北植物学报, 2010, 30(10): 2 040-2 046.

CHAI Yanjun, XIONG Yousheng, HUANG Li, et al. Effects of nitrogen application on nitrogen accumulation, distribution and translocation of different winter wheat varieties[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2010, 30(10): 2 040-2 046.

[5] 张黛静, 宗洁静, 马建辉, 等. 测墒滴灌下不同氮肥水平对冬小麦光合特性及氮素转运的影响[J].河南师范大学学报(自然科学版), 2020, 48(3):83-89.

ZHANG Daijing, ZONG Jiejing, MA Jianhui, et al. Effects of different nitrogen on photosynthetic characteristics and nitrogen transport in winter wheat under drip irrigation[J]. Journal of Henan Normal University(Natrual Science Edition), 2020, 48(3): 83-89.

[6] 丁永刚, 李福建, 王亚华, 等.稻茬小麦氮高效品种产量构成和群体质量特征[J]. 作物学报, 2020, 46(4): 544-556.

DING Yonggang, LI Fujian, WANG Yahua, et al. Characteristics of yield components and population quality in high-nitrogen utilization wheat cultivars[J]. Acta Agronomica Sinica, 2020, 46(4): 544-556.

[7] 王平.不同氮效率类型小麦氮代谢差异及其机理分析[D].泰安: 山东农业大学, 2011.

WANG Ping. Genotypic differences in nitrogen metabolism and the analysis of physiological mechanism[D]. Taian: Shandong Agricultural University, 2011.

[8] 姜瑛, 戚秀秀, 李祥剑, 等.不同小麦品种的氮素利用特性研究[J].麦类作物学报, 2019, 39(6): 702-708.

JIANG Ying, QI Xiuxiu, LI Xiangjian, et al. Study on nitrogen utilization characteristics of different wheat cultivars[J]. Journal of Triticeae Crops, 2019, 39(6): 702-708.

[9] 丁锦峰. 稻茬晚播小麦氮高效品种氮素积累、分配与利用特征[C]// 2018中国作物学会学术年会论文摘要集.中国作物学会: 中国作物学会, 2018.

DING Jinfeng. Characteristics of nitrogen accumulation, distribution and utilization in nitrogen efficient varieties of late sowing wheat after rice[C]//Abstracts of papers presented at the 2018 annual meeting of the Chinese Crop Society. Crop Science Society of China: Crop Science Society of China, 2018.

[10] 王永华, 胡卫丽, 李刘霞, 等.不同基因型小麦产量和氮利用效率的差异及其相互关系[J].麦类作物学报, 2013, 33(2): 301-308.

WANG Yonghua, HU Weili, LI Liuxia, et al. Differences in grain yield, nitrogen efficiency of different genotypes of winter wheat and their correlations[J]. Journal of Triticeae Crops, 2013, 33(2): 301-308.

[11] 石祖梁, 李丹丹, 荆奇, 等.氮肥运筹对稻茬冬小麦土壤无机氮时空分布及氮肥利用的影响[J]. 生态学报, 2010, 30(9): 2 434- 2 442.

SHI Zuliang, LI Dandan, JIN Qi, et al. Effects of nitrogen fertilization on temporal-spatial distribution of soil inorganic nitrogen and nitrogen utilization in wheat in rice-wheat rotation[J] Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(9): 2 434-2 442.

[12] 王志强, 梁威威, 徐心志, 等.氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶氮同化及水氮利用效率的影响[J].灌溉排水学报, 2015, 34(8): 12-16.

WANG Zhiqiang, LIANG Weiwei, XU Xinzhi, et al. Effects of nitrogen fertilizer on flag leaves nitrogen assimilation, water and nitrogen use efficiency of irrigation-limited winter wheat[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2015, 34(8): 12-16.

[13] 岳寿松, 于振文, 余松烈, 等.不同生育时期施氮对冬小麦旗叶衰老和粒重的影响[J].中国农业科学, 1997, 30(2): 42-46.

YUE Shousong, YU Zhenwen, YU Songlie, et al. Effects of nitrogen application at different growth stages on the senescence of flag leaves and grain yield in winter wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 1997, 30(2): 42-46.

[14] ISFEN D. Nitrogen physiological efficiency index in some selected spring barely cultivars[J]. Plant Nutrition, 1990, 13: 907-914.

[15] LOFFLER C M, RAUCH T L, BUSCH R H. Grain and plant protein relationship in hard red spring wheat[J] .Crop Science, 1985, 18: 119-125.

[16] 朱新开, 郭文善, 封超年, 等.不同类型专用小麦氮肥施用参数研究[J]. 麦类作物学报, 2009(2): 130-135.

ZHU Xinkai, GUO Wenshan, FENG Chaonian, et al. Study on N application parameters in wheat for different end uses[J]. Journal of Triticeae Crops, 2009(2): 130-135.

[17] 赵俊晔, 于振文. 高产条件下施氮量对冬小麦氮素吸收分配利用的影响[J]. 作物学报, 2006, 32(4): 484-490．

ZHAO Junye, YU Zhenwen. Effects of ntrogen fertilizer rate on uptake, distribution and utilization of nitrogen in winter wheat under high yielding cultivated condition[J]. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(4): 484-490．

[18] PRZULJ N., MOMČILOVIĆ V. Dry matter and nitrogen accumulation and use in spring barley[J]. Plant Soil and Environment, 2003, 49(1): 36-47．

[19] FAGERIA N K, BALIGAR V C, et al. Upland rice genotype evaluation forphosphorus use efficiency[J]. Plant Nutrition, 1997, 20: 499-509．

[20] 何文寿, 储彦宁, 王彦才, 等.不同基因型小麦氮营养效率的差异[J].宁夏农学院学报, 1997, 18(4): 29-34．

HE Wenshou, CHU Yanning, WANG Yancai, et al. Genotypic differences in N-efficiency of different wheat varieties in Ningxia[J]. Journal of Agricultural Sciences, 1997, 18(4): 29-34．

[21] 李淑文, 文宏达, 周彦珍, 等.不同氮效率小麦品种氮素吸收和物质生产特性[J].中国农业科学, 2006, 39(10): 1 992-2 000.

LI Shuwen, WEN Hongda, ZHOU Yanzhen, et al. Characterization of nitrogen uptake and dry matter production in wheat varieties with different N efficiency[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2006, 39(10): 1 992-2 000.

[22] HOU Y L, O' Brien L, ZHONG G R. Study on the dynamic changes of the distribution and accumulation of nitrogen in different plant parts of wheat[J]. Acta Agronomica Sinica, 2002, 27(4): 493-499.

[23] 孙春梅.不同基因型冬小麦的水氮利用效率研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2003.

SUN Chunmei. Water and nitrogen use efficiency of different genotype of winter wheat[D]. Yangling: University of Science and Technology, 2003.

[24] 赵满兴, 周建斌, 杨绒, 等.不同施氮量对旱地不同品种冬小麦氮素累积、运输和分配的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2006(2): 2 143-2 149.

ZHAO Manxing, ZHOU Jianbin, YANG Rong, et al. Characteristics of nitrogen accumulation, distribution and translocation in winter wheat on dryland[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2006(2): 2 143-2 149.

[25] CIAMPITTI I A, VYN T J. A comprehensive study of plant density consequences on nitrogen uptake dynamics of maize plants from vegetative to reproductive stages[J]. Field Crops Research, 2011, 121(1): 2-18.

[26] 姜丽娜, 岳影, 李金娜, 等.施氮量对小麦花后氮素分配及氮素利用的影响[J]. 作物杂志, 2018(2): 80-86.

JIANG Lina, YUE Ying, LI Jinna, et al. Effects of Nitrogen application rate on nitrogen allocation and nitrogen utilization after anthesis in wheat[J]. Crops, 2018(2): 80-86.

[27] 张旭, 田中伟, 胡金玲, 等. 小麦氮素高效利用基因型的农艺性状及生理特性[J]. 麦类作物学报, 2016, 36(10): 1 315-1 322.

ZHANG Xu, TIAN Zhongwei, HU Jinling, et al. Agronomic and physiological characteristics of high efficeint nitrogen utilization in wheat [J]. Journal of Triticeae Crops, 2016, 36(10): 1 315-1 322.

[28] 刘国欢, 周蓓蓓, 侯亚玲, 等.施氮对缓解冬小麦盐分胁迫的影响[J]. 灌溉排水学报, 2019, 38(S1): 36-40.

LIU Guohuan, ZHOU Beibei, HOU Yaling, et al. Effects of nitrogen on winter wheat growth under different salt stress[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(S1): 36-40.

[29] GAJU O, ALLARD V, MARTRE P, et al. Identification of traits to improve the nitrogen-use efficiency of wheat genotypes[J]. Field Crops Research, 2011, 123(2): 139-152.

[30] 李久生, 李蓓, 宿梅双, 等.冬小麦氮素吸收及产量对喷灌施肥均匀性的响应[J].中国农业科学, 2005(8): 1 600-1 607.

LI Jiusheng, LI Bei, XIU Meishuang, et al. Responses of nitrogen uptake and yield of winter wheat to nonuniformity of sprinkler fertigation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005(8): 1 600-1 607.

[31] 孙敏, 高志强, 赵维峰, 等. 休闲期深松配施氮肥对旱地土壤水分及小麦籽粒蛋白质积累的影响[J]. 作物学报, 2014, 40(7): 1 286-1 295.

SUN Min, GAO Zhiqiang, ZHAO Weifeng, et al. Effect of Subsoiling in Fallow Period and Nitrogen Application on Soil Moisture and Grain Protein Accumulation in Dryland Wheat[J]. Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(7): 1 286-1 295.

Nitrogen Translocation in Winter Wheat Varies with Cultivars and Nitrogen Fertilization

ZHANG Rongrong, REN Aixia, LIN Wen, Noor Hafeez,WANG Wenxiang,LI Lei, ZHAO Qingling, GAO Zhiqiang, SUN Min*

(College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China)

【】Excessive application of nitrogen fertilizer is often used by farmers in China as an insurance to guarantee winter wheat yield despite its detrimental impact on the environments such as leaching to groundwater and development of eutrophication. Breeding new varieties with improved nitrogen use efficiency is an alternative to sustain wheat production without compromising the environment.【】The objective of this paper is to experimentally compare the difference in nitrogen uptake and translocation between different varieties of winter wheat in response to nitrogen fertilization in the loess plateau of China.【】The experiment was conducted from 09/2018 to 07/2019 at Taigu experimental station of Shanxi Agricultural University. We compared six cultivars: Liangxing 99, Hanmai 13, Shannong 22, Liangxing 77, Yannong 999 and Shannong 29. Added to each cultivar was two nitrogen fertilizations: 150 kg/hm2and 270 kg/hm2. In each treatment, we analyzed the relationship between wheat yield and N use efficiency (NUE) as well as N translocation.【】The varieties Shannong-29, Hanmai-13 and Yannnong-999 were more N-use efficient. Compared with other three varieties, they saw a significant increase in N accumulation in grains and pre-anthesis N translocation and post-anthesis N accumulation; their grain yield and NUE thus increased by 17.85%～22.35% and 9.20%～12.31%, respectively, due to the increased N uptake from the 20～200 cm soil. Fertilization also affected N translocation and accumulation. For the three N-efficient varieties, increasing N application from 150 kg/hm2to 270 kg/hm2significantly reduced N accumulation in stem, sheath, leaves and the grains, but boosted pre-anthesis N translocation in stem, sheath and leaves, and post-anthesis N accumulation in the grains. These combined to increase average grain yield and NUE by 11.98% and 4.89%, respectively. For the varieties with low N use efficiency, increasing N application also boosted N accumulation in their grains though not as significant as in other varieties. For the same variety, its yield, NUE and N content in the grains were all positively correlated with pre-anthesis N translocation, especially for the varieties with high NUE. 【】Wheat varieties with high NUE gave high yield because they are more efficient to translocate N from organs to the grains. Pre-anthesis N translocation in stem, sheath and leaves can be used as a proxy for NUE. In terms of fertilization, increasing N fertilizer application from 150 kg/hm2to 270 kg/hm2can promote yield and NUE, especially the varieties with high NUE.

nitrogen use efficiency; winter wheat; variety; soil nitrate; nitrogen uptake and utilization; yield

S323

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020430

1672 - 3317（2021）07 - 0036 - 08

张蓉蓉, 任爱霞, 林文, 等. 不同氮响应型冬小麦品种植株氮素利用的差异及氮肥的调控研究[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(7): 36-43.

ZHANG Rongrong, REN Aixia, LIN Wen, et al. Nitrogen Translocation in Winter Wheat Varies with Cultivars and Nitrogen Fertilization[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 36-43.

2020-07-30

国家现代农业产业技术体系建设专项经费（CARS-03-01-24）；国家重点研发计划项目（2018YFD020040105）；山西省重点研发计划重点项目（201703D211001）；山西省“1331工程”重点创新（培育）团队项目

张蓉蓉（1998-），女。硕士研究生，主要从事旱作栽培及作物生理研究。E-mail: zhang_rong_r@163.com

孙敏（1979-），女。教授，主要从事旱作栽培与作物生理研究。E-mail: sm_sunmin@126.com

责任编辑：韩洋