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冬小麦植株-土壤氮素循环及产量与品质形成生理基础的研究

赵俊晔  
【摘要】:选用济麦20号、烟农15号等6个优质强筋冬小麦品种,采用15N示踪技术、酶学研究方法、生理生化分析方法,系统研究了多年进行秸秆还田的高产田条件下,小麦-土壤系统氮素的转化利用规律,不同小麦品种产量、品质形成的生理基础,施氮量及土壤肥力条件对它们的影响和调控。为了进一步揭示小麦产量与品质的关系,明确淀粉品质形成生理基础,还选用32个不同基因型小麦品种(系),对淀粉含量及其组分含量与小麦品质的关系、淀粉不同组分合成的酶学基础进行了研究。主要结果如下: 1施氮量对小麦-土壤氮素循环的影响 1.1施氮量对小麦氮素吸收利用的影响 随施氮量增加,小麦植株氮素积累量增加,济麦20号品种在地块一(0~20cm土层土壤有机质含量为1.45%、全氮含量0.111%,碱解氮含量102.78mg·kg-1)、地块二(0~20cm土层土壤有机质含量为1.33%、全氮含量0.082%,碱解氮含量85.87mg·kg-1)上,分别在施氮150 kg·hm-2、195 kg·hm-2的处理达到最高氮素积累量;在此基础上,继续增氮,植株氮素积累量无显著增加;当施氮量大于240 kg·hm-2(常规施氮量)时,植株氮素积累量降低。 1.2施氮量对土壤氮素含量变化的影响 随施氮量增加,小麦各生育时期,0~40cm土层土壤全氮含量、碱解氮含量、微生物量氮含量呈增加趋势。成熟期,施氮量大于150 kg·hm-2的处理的0~40cm土层土壤全氮含量、碱解氮含量与播前持平或高于播前,施氮处理的土壤微生物量氮含量都显著高于不施氮的处理。 土壤硝态氮含量存在明显的时空变异。随施氮量增加,各土层土壤硝态氮含量显著增加,随小麦生育进程的推进,硝态氮呈下移趋势。当施氮量为105 kg·hm-2时,成熟期两地块0~100cm土层土壤剖面未检测到硝态氮的大量累积;当施氮量为195 kg·hm-2时,成熟期地块一60~100cm土层土壤硝态氮累积量显著增加,地块二40~80cm土层土壤硝态氮累积量显著增加,说明两地块都不同程度的存在硝态氮的向下运移,较高土壤肥 WP=11 力条件下,硝态氮运移层次较深;当施氮量为240 kg·hm-2时,成熟期两地块60~100cm土层土壤硝态氮含量都显著高于拔节期,说明两地块硝态氮均已运移到该层次。 追施氮肥后,0~40cm土层土壤铵态氮含量、硝态氮含量、微生物量氮含量分别在较短时间内显著增加,而后下降,施氮量增加,影响幅度变大;其中对微生物量氮含量和硝态氮含量的影响滞后于铵态氮,但持续时间较长。 1.3施氮量对氮素利用与损失的影响 15N示踪结果表明,随施氮量增加,氮肥利用率降低,氮肥损失率提高;基肥氮的利用率、在土壤中的残留率小于追肥氮,损失率大于追肥氮。较低土壤肥力条件下,小麦植株吸收基肥氮、追肥氮的比例较大,吸收土壤氮素的比例较小,开花后营养器官氮素的转移效率及对籽粒的贡献率较高,肥料氮的转移量也较大。较高土壤肥力条件下,肥料氮在土壤中的残留率高,损失率高,氮肥利用率低;氮肥利用率降低主要是基肥利用率下降所致。 随施氮量增加,小麦的氮素生产效率下降。同一处理地块一的小麦氮素生产效率低于地块二。处理之间比较,地块一上施氮量为105~150 kg·hm-2时,地块二上施氮量为105~195 kg·hm-2时,氮素生产效率较高。 2施氮量对小麦产量和品质的影响及其生理基础 2.1施氮量对小麦产量和品质的影响 一定施氮量范围内(济麦20号品种地块一,≤150 kg·hm-2;济麦20号品种地块二,≤195 kg·hm-2;烟农15号品种,≤195 kg·hm-2),增加氮肥用量,能提高小麦产量各构成因素的水平,因而提高产量;在此基础上,继续增加施氮量,籽粒产量相对稳定;当施氮量大于240 kg·hm-2时,单位面积穗数减少,粒重降低,产量趋于下降。 随施氮量增加,小麦的籽粒蛋白质含量、蛋白质产量也呈现增加—相对稳定—降低的趋势。济麦20在地块一、地块二上获得较高蛋白质含量的施氮量范围分别为150~240 kg·hm-2、195~285 kg·hm-2,获得较高蛋白质产量的施氮量范围分别为150~195 kg·hm-2、195~240 kg·hm-2。烟农15获得较高蛋白质含量和较高蛋白质产量的施氮量范围分别为0~150 kg·hm-2、105~195 kg·hm-2。 随施氮量增加,籽粒容重降低;沉降值、湿面筋含量、面团形成时间、面团稳定时间等指标,在施氮量为105~195 kg·hm-2的范围内,有所提高,并趋于稳定,当施氮量大于240 kg·hm-2时,呈降低趋势。烟农15对过量施氮的反应比济麦20敏感。较低的土壤肥力条件下,过量施用氮肥易造成济麦20面团品质变劣。 WP=12 2.2施氮量对小麦氮素代谢的影响 当施氮量小于150 kg·hm-2时,增施氮肥能显著促进小麦植株对氮素的吸收,施氮量大于240 kg·hm-2时,植株对氮素的吸收量趋于降低;随施氮量增加,营养器官的氮素分配比例趋于增加,营养器官氮素向籽粒中的转移效率降低。 施氮提高了开花后旗叶的氮代谢强度,但其强度提高不与施氮量的增加同步。随施氮量增加,开花后小麦旗叶的游离氨基酸含量和可溶性蛋白质含量呈增加趋势,灌浆前期处理间差异较大,灌浆后期较小,施氮处理间差异也较小;施氮提高了灌浆过程中旗叶的NR活性和GS活性,而施氮处理间无显著差异。 施氮量对强势粒和弱势粒中游离氨基酸含量变化的影响存在差异。随施氮量增加,弱势粒及灌浆后期强势粒中游离氨基酸含量增加;灌浆前期强势粒中游离氨基酸


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