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施氮条件下供水对作物产量及生理特性的影响

王俊儒  
【摘要】:半干旱地区具有降水不匀和多变低水的特点。作物在生长发育不同时期既会遇到不同程度、不同类型干旱的威胁,也会受到养分供应不足的影响,从而严重降低产量。本文通过1997-2000年4年盆栽试验,利用各生育时期缺水和供水、施氮组合设计以及五因素五水平二次通用旋转组合设计(1/2实施)试验,探讨了不同时期缺水和供水对冬小麦、夏玉米产量和生理特性的影响,建立了不同时期水分用量、施(底)氮量与产量、产量构成关系的数学模型,为提高旱农地区作物产量提供依据。主要结果如下: 在水分有限供应的情况下,应首先保证冬小麦拔节期供水。水分产量效应最大的时期为拔节期和开花灌浆期;拔节期水分应充足,冬小麦生育前期水分供应可少一些,氮肥用量则应充足。 在施氮(作底肥)与不施氮条件下,研究了冬小麦苗期、拔节期、灌浆期水分供应和亏缺对产量的效应。结果表明,各处理对经济产量、生物学产量、每盆有效穗数、每穗粒数、千粒重等影响达显著或极显著水平。底施氮肥时拔节期水分亏缺使每穗粒数、千粒重显著减少,产量最低,拔节期亏缺最敏感。从补偿角度看,苗期是生物学产量的水分有效补偿期;拔节期为生物学产量的水分高效补偿期,也是经济产量有效补偿期。拔节期补水效果受氮肥、苗期和灌浆期水分丰缺状况影响:无底氮时,拔节期补水对有效穗数、每穗粒数有相当效应;有底氮时,补水对产量构成3种因素均有显著效果,产量最高。3个时期水分处理对穗粒数和有效穗数影响最大,而对千粒重影响最小,从而决定了小麦产量的差异。 对冬小麦不同时期水分用量、底氮量与产量关系的数学模型研究结果表明,各因素对籽粒产量影响顺序为:开花灌浆期水分拔节期水分越冬期水分氮肥用量苗期水分;对生物学产量影响为:拔节期水分开花灌浆期水分越冬期水分苗期水分氮肥用量。拔节期水分和灌浆期水分对经济产量和生物学产量影响最明显;苗期水分和越冬期水分(X2X1)交互作用对产量影响显著。 水分亏缺,适量施氮有益。冬小麦生育中后期光合与叶温显著负相关,施氮能有效降低叶温,提高光合。施底氮使拔节期叶片保护酶系统活性更强,过氧化伤害最轻;供水时,随施氮量增加,旗叶蛋白质含量上升,NR活性和保护酶活性增强,但施氮过量对叶片过氧化伤害严重。适量施氮旗叶面积大,对光合有利,籽粒库活性强,有利于提高产量。 光合与叶温 水分亏缺,前期施(追)氮,拔节期光合降低,且随施氮量增加,降低较大(-35%),但光合后效较为明显。开花灌浆期追氮和三个生育期均追氮在灌浆期光合速率最高,叶温也最低,WUE大幅度增加。缺水时各补水追氮处理阶段期效应很明显。拔节期补水追氮明显提高光合,蒸腾速率较高,叶温最低。灌浆期补水追氮处理光合速率较高,叶温最低;补水追氮从整体上提高了光合,高于缺水条件下相应各施氮处理。适宜供水(23%)、适量施氮(0.30gN/kg干土)在灌浆期光合上升快,峰值提前且高,高值持续期长,有利于灌浆。拔节期蒸腾与叶温显著负相关,生育中后期叶温与光合显著负相关,说明施氮可降低中后期叶温,提高光合。 叶片生理特性 水分亏缺,各期施氮都使拔节期、灌浆期小麦叶片的叶绿素含量、蛋白质含量增加,使拔节期保护酶系统活性加强;底施氮肥对拔节期叶片过氧化伤害最轻。拔节期施氮使灌浆期保护酶活性上升最显著,伤害最轻。MDA含量与保护酶活性极显著负相关,保护酶活性越高,过氧化水平越低,这些保护酶在缺水条件下抵御过氧化伤害中起着重作用,施氮可提高保护酶活性。适宜供水时,随施氮量增加,旗叶蛋白质含量上升,NR活性和保护酶活性增加,同化氮能力增强,延缓衰老,但过量施氮,氧化伤害加重;供氮充分,旗叶面积大,对光合有利。 籽粒酶活性 从灌浆中期籽粒酶活分析,供水适宜(23%),灌浆中期籽粒碱性转化酶、酸性转化酶、蔗糖合成酶等活性均是以适量施氮处理的(0.30gN/kg干土)为最高。这些酶活性高,转化蔗糖能力强,吸引更多同化物向库转运,最终提高产量。 灌浆期叶片蒸腾强度与叶温显著负相关。底施氮肥,拔节期补水当期光合升高明显,后效受灌浆期水分供应有明显差异。苗期水分亏缺有效提高了生育中后期叶片保护酶活性和NR活性,从而增强后期抗逆能力;供氮充足(底氮拔节氮肥)时,充分供水籽粒库活性最强,有利于提高小麦产量。WP=4 光合与叶温 水分亏缺底氮未施时,拔节期补水当期效果和后期效果均很明显,光合等在灌浆期最高。施底氮时,拔节期补水后效受灌浆期水分状况影响而有明显差异,持续供水,光合维持最高水平;后期缺水,光合降至最低水平。灌浆期蒸腾强度与叶气温差显著负相关。从生育后期光合动态看,适宜施氮(0.3g/kg干土,底/拔节N按3:2施),拔节期补水光合一直较高且峰值延后,高值持续期较长。 叶片及籽粒有关酶活性 无底氮时,苗期、拔节期、灌浆期水分亏缺,保护酶活性有所降低;而有底氮时多数有所升高。叶绿素含量与MDA含量极显著负相关,保护酶组分活性与MDA含量显著负相关,表明在缺水下保护酶在抗衰老中起着重要作用。适量施氮,苗期水分亏缺可提高中后期保护酶活性和NR活性,从而增强拔节期抗旱能力


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