氮肥对滴灌冬小麦籽粒灌浆特性的影响

姚 钊，王重阳，崔 静

(石河子大学农学院，新疆 石河子 832003)

【研究意义】小麦是新疆第一大粮食作物，2017年新疆小麦的种植面积高达117.33万hm2，占当地粮食作物种植面积的52%。通过节本增效、增加小麦种植效益有利于增加新疆农民收入，对新疆的经济发展与社会稳定也发挥重要作用[1]。据不完全统计，截止2012年，作物滴灌技术仅在新疆的推广面积已超过166×104hm2，目前,仍然以每年新增200×103hm2的规模在本地区扩大推广应用，使该区成为世界上滴灌技术成功应用面积最大的区域[2]。因此滴灌小麦具有广阔的发展前景。【前人研究进展】籽粒灌浆过程是光合同化物质向籽粒转运的过程，决定着大麦等禾谷类作物的最终粒重、产量和品质，因此，籽粒灌浆特性一直受到农业科研工作者的关注[3]。有学者认为籽粒最终产量和灌浆期时间长短成正相关关系[4-6]，也有研究表明干物质积累平均速率是产量的最大影响因素，干物质积累平均速率越快，干物质积累越多[7]。氮素是植物体内调控植物生长和产量形成的重要因素，施氮是提高小麦产量的重要措施之一[8]。研究认为，氮肥能提高冬小麦籽粒的灌浆速率，适量的施氮能提高灌浆期籽粒的灌浆速率和干重。但也有研究显示，氮肥对籽粒灌浆的特征参数和小麦的灌浆速率均无明显影响[9-13]。【本研究切入点】前人对氮肥对小麦籽粒灌浆特性的影响的研究多集中在漫灌条件下，而对滴灌条件下氮肥对小麦籽粒灌浆特性的影响研究较少。【拟解决的关键问题】研究氮肥对滴灌冬小麦籽粒灌浆特性的影响，对于进一步探寻氮肥最佳运筹方式，实施合理施肥具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2019年在石河子大学农学院试验站(44°20′N，88°3′E)进行。土壤为沙壤土，0～40 cm土层中有机质含量22.37 g·kg-1，速效钾含量147 mg·kg-1，全氮含量0.75 g·kg-1，碱解氮含量58.23 mg·kg-1，速效磷含量19.83 mg·kg-1，土壤容重1.42 g·cm-3。

1.2 试验方案

试验选择新冬22号(奎屯农科所选育)和新冬43号(新疆农垦科学院作物研究所选育)2种冬小麦为供试品种，人工条播，播种密度为525万粒/公顷，实验小区面积 5 m×8 m = 40 m2。全生育期基施磷酸二胺375 kg/hm2，追施磷酸二氢钾60 kg/hm2，分别于拔节期和抽穗期均匀滴施。整个生育期总灌量525 mm，灌水10次，播种后各处理均滴出苗水60 mm，冬前(11月6日)均灌越冬水90 mm，各处理从返青后进行水分处理，返青至成熟共灌水8次，每10 d灌1次，分别灌水46.88 mm。其他田间管理措施与当地大田种植保持一致。

试验设置N0、N1、N2、N3、N4 5个处理，分别施0、150、300、450、600 kg/hm2尿素。10%作基肥，其余分别于拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆初期按照30%、30%、20%、10%的比例随水滴施。

1.3 测定项目与方法

小麦籽粒灌浆过程测定：抽穗期于各小区内选择同一天抽穗且穗型大小基本一致的穗子 150～200个，挂上小纸牌。籽粒灌浆特性的测定于开花后第7天取样，每处理取5个主茎穗，此后每隔7 d取样1次，即花后7、14、21、28、35 d取籽粒鲜样，105 ℃杀青30 min，75 ℃下烘至恒重，用千分之一天平称重。以开花天数T为自变量，千粒重Y为因变量，用 Logistic方程Y=k/(1+ae-bT)对籽粒生长过程进行模拟。其中，k为理论最大千粒重；a、b为模型形状参数。同时推导出灌浆参数：籽粒平均灌浆速率R[mg/(粒·d)]、灌浆持续时间T(d)、最大灌浆速率Rmax[mg/(粒·d)]、达到Rmax的时间Tmax(d)。T1、R1、T2、R2、T3、R3分别表示3个灌浆阶段(渐增期、快增期和缓增期)灌浆持续时间(d)和阶段灌浆速率[mg/(粒·d)]。用相关分析、逐步回归对灌浆参数与粒重关系进行统计分析。

1.4 数据处理

数据用Sigmaplot12.5做图，用Excel2016处理数据并进行相关性分析，用Spss16.0得出曲线拟合程度大小。

2 结果与分析

2.1 氮肥对冬小麦籽粒灌浆的影响

从图1可以看出，不同氮肥处理下，灌浆期新冬22号和新冬43号千粒重均呈“S”形变化趋势。R2均达到显著水平，说明logistic方程的拟合度很好。不同处理下2个小麦品种灌浆速率都经历了渐增、快增和缓增3个阶段。灌浆前期各处理籽粒增重变化差异不明显，但从花后15 d开始，N3处理下的新冬22号和N2处理下的新冬43号小麦籽粒千粒重快速增加，证明N3、N2分别是新冬22号和新冬43号小麦的最适宜氮肥处理。最终新冬22号籽粒干物质积累量表现为 N3>N4>N1>N2>N0;新冬43号则表现为N2>N3>N1>N4>N0。这表明适宜的施氮量对小麦籽粒灌浆有益，能提高籽粒千粒重，进而增加产量。

2.2 氮肥对冬小麦籽粒灌浆参数的影响

2.2.1 对籽粒干重变化的影响 由表1可知，随着施氮量的增加，新冬22号和新冬43号理论最大千粒重(K)均呈现先增加后减少的趋势。这与前人的研究结果相似[14]。2个小麦品种的理论最大千粒重在不同氮肥处理下的表现不同。新冬22号N3处理下理论最大千粒重为59.13 g，较N0、N1、N2、N4分别高26.48%、19.14%、23.99%、7.45%。新冬43号N2处理下理论最大千粒重为58.70 g，较N0、N1、N3、N4分别高21.18%、9.8%、4.39%、13.63%。

表1 不同氮肥处理下小麦模型方程参数

2.2.2 对籽粒灌浆时间(T)和平均灌浆速率(R)的影响 由表2可知，氮肥调控在一定程度上影响了灌浆持续时间。不同处理间比较发现，2个品种均表现出随着施氮量的增加，灌浆持续时间先增加后降低；分析灌浆速率发现，新冬22号和新冬43号均在N0处理下最大，新冬43号平均灌浆速率较新冬22号高。2个小麦品种籽粒灌浆持续时间的变异系数均比平均灌浆速率的大，说明籽粒灌浆持续时间更易受施氮量影响。

表2 不同氮肥处理下小麦灌浆参数和次级参数

2.2.3 对最大灌浆速率(Rmax)和其出现时间(Tmax)的影响 随着施氮量的增加，新冬22号和新冬43号的最大灌浆速率均表现出先下降后升高的趋势，且最大灌浆速率都在N0处理下最大，分别为2.90、3.49 mg/(粒·d)，分别较N1、N2、N3、N4处理高23.93%、22.36%、47.21%、23.40%和44.81%、34.75%、37.4%、39.6%。新冬43号的最大灌浆速率将新冬22号高13.41%。

2个小麦品种最大灌浆速率出现时间在不同氮肥处理间的变化并不一致，新冬22号表现为随施氮量的增加时间提前，各处理间相差不大，N4比N0提前0.44 d；新冬43号在N3处理下达到最大灌浆速率所需的时间最短，为4.62 d，在N0处理下所需的时间最长，为5.20 d。2个小麦品种最大灌浆速率的变异系数均大于其最大灌浆速率出现的时间的变异系数，说明最大灌浆速率更易受施氮量影响。

2.2.4 对不同阶段籽粒灌浆参数的影响 在不同氮肥处理下，新冬22号和新冬43号不同阶段籽粒灌浆参数变化具有相似性。随着施氮量的增加，2个小麦品种快增期持续时间(T2)均呈现先增加后减少的趋势；不同时期灌浆持续时间均表现为T3>T2>T1，且均是渐增期持续时间(T1)的变异系数较小(4.44%～11.77%)，快增期持续时间(T2)和缓增期持续时间(T3)的变异系数较大(22.94%～18.09%，22.94%～18.09%)。

2个小麦品种不同时期灌浆速率大小均表现为R2>R1>R3，渐增期灌浆速率(R1)的变异系数较小(13.14%～11.79%)，快增期灌浆速率(R2)和缓增期灌浆速率(R3)的变异系数较大(13.86%～16.39%，13.86%～16.39%)。说明不同氮肥处理下不同阶段籽粒灌浆参数受品种差异的影响小，渐增期灌浆参数相比较而言不易受氮肥施用量的影响。

2.2.5 小麦籽粒灌浆参数与粒重的相关性 新冬22号和新冬43号最大灌浆速率(Rmax)和其出现时间(Tmax，表3)、平均灌浆速率(R)和缓增期灌浆速率(R3)均与千粒重呈极显著负相关(P﹤0.01)；渐增期灌浆速率(R1)、快增期持续时间(T2)、缓增期粒干重积累量(K3)均与千粒重呈极显著正相关(P<0.01)；渐增期灌浆速率(R1)与平均灌浆速率(R)无显著关系，而缓增期灌浆速率(R3)与平均灌浆速率(R)呈极显著正相关(P<0.01)；平均灌浆速率(R)、渐增期灌浆速率(R1)和籽粒灌浆时间(T)、渐增期持续时间(T1)呈极显著负相关(P﹤0.01)；因此，提高渐增期灌浆速率(R1)，延长快增期持续时间(T2)可以有效提高冬小麦千粒重。

表3 小麦籽粒灌浆参数与粒重的相关性

3 讨 论

小麦的籽粒灌浆特性不仅受其本身的遗传特性影响，还受施氮量等其它因素的影响[15-16]。新冬22号在N3(450 kg/hm2)处理下籽粒千粒重、灌浆持续时间和快增期持续时间均达到最大值；新冬43号在N2(300 kg/hm2)处理下籽粒千粒重、灌浆持续时间和快增期持续时间均达到最大值。证明不同品种的遗传背景对氮肥的响应存在差异，适宜的施氮量能延长灌浆持续天数，增加籽粒千粒重，从而提高产量。也有研究表明，适宜的施氮量能加快小麦籽粒灌浆前期的灌浆速度，缩短灌浆快增期时间，从而使小麦籽粒快速达到最大灌浆速度，加速灌浆进程，为灌浆后期籽粒的进一步饱满奠定良好的基础[17]。而高氮处理下，小麦中粒弱势粒灌浆速率明显下降，特别是在灌浆前期与中期，籽粒灌浆过程受到抑制，使小麦产量降低[18]。研究还发现，新冬22号和新冬43号最大灌浆速率、籽粒灌浆天数的变异系数均比平均灌浆速率、最大灌浆速率出现时间的大，说明最大灌浆速率和籽粒灌浆天数更易受施氮量影响。这与钱兆国等[19]的研究相一致。并且渐增期灌浆参数相比较而言不易受氮肥施用量的影响。

对于籽粒千粒重是受灌浆速率还是灌浆持续时间影响大，目前没有定论。小麦千粒重与灌浆速率呈正相关，但和灌浆持续时间没有明显联系[20-22]。李娜等[23]研究发现施氮降低了小麦籽粒的平均灌浆速率，但延长了籽粒的灌浆持续时间，主要使快增期和缓增期的时间延长，最终使粒重增加。李彦旬等[24]认为适宜的施氮量不但能延长小麦灌浆活跃期，还能提高籽粒灌浆速率，有利于最终提高粒重。新冬22号和新冬43号在不同氮肥处理下，均表现出籽粒千粒重与渐增期灌浆速率(R1)、快增期持续时间(T2)和缓增期粒干重积累量(K3)呈极显著正相关。因此提高渐增期灌浆速率(R1)，延长快增期持续时间(T2)可以有效提高冬小麦的千粒重。这与刘丰明[25]和倪永静[26]的研究结果相类似。

4 结 论

(1)滴灌条件下冬小麦最大灌浆速率和籽粒灌浆时间更易受施氮量影响，而渐增期灌浆参数不易受氮肥施用量的影响。适宜的施氮量有利于籽粒千粒重、灌浆持续时间和快增期持续时间的增加。

(2)渐增期灌浆速率(R1)、快增期持续时间(T2)、缓增期粒干重积累量(K3)是提高籽粒千粒重的极显著因素，因此提高渐增期灌浆速率，延长快增期持续时间是增加滴灌冬小麦产量的有效措施。

(3)生产上，滴灌条件下新冬22号和新冬43号分别推荐N3(450 kg/hm2)和N2(300 kg/hm2)处理为2个小麦品种的最佳施氮量。