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不同基因型小麦氮肥生产效率差异的机理研究

孙敏  
【摘要】: 本研究于2004~2006年在扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室试验场进行,采用9个不同基因型小麦,以氮肥生产效率(施肥处理籽粒产量/施氮量)作为氮效率指标,研究不同氮肥生产效率小麦品种根系特性、植株氮素积累和运转、籽粒蛋白质积累、籽粒淀粉积累的差异,旨在阐明不同基因型小麦氮肥生产效率差异的机理;并研究了高、低两个施氮量和三种氮素形态对不同氮肥生产效率小麦品种根系特性、植株氮素积累和运转、籽粒蛋白质积累、籽粒淀粉积累的影响,以期明确施氮量和氮素形态对不同基因型小麦氮肥生产效率的调节效应,探索不同氮肥生产效率小麦品种优质高产栽培技术途径,为不同类型专用小麦品种提高氮素效率、实现优质高产提供理论依据。试验主要结果如下: 1、不同基因型小麦氮肥生产效率的差异 不同基因型小麦间氮肥生产效率高低存在显著差异,同一氮素形态、施氮量不同,或同一施氮量、施用氮素形态不同,氮肥生产效率变异范围不同。施氮量由每公顷150㎏增加到300㎏(酰铵态氮),小麦籽粒产量有所增加,但不同基因型增加的幅度不同,氮肥生产效率高的品种增产幅度小,氮肥生产效率低的品种增产幅度大;而氮肥生产效率显著降低,且不同基因型降低的幅度不同,总体而言氮肥生产效率高的品种降低幅度大,氮肥生产效率低的品种降低幅度小。在施氮量为每公顷150㎏条件下,3种氮素形态处理的平均氮肥生产效率为酰胺态氮硝态氮铵态氮。施氮量和氮素形态对不同基因型小麦氮肥生产效率的影响不同,引起品种间氮肥生产效率的高低顺序不同,有时可能产生逆转,这也是栽培研究工作者比较不同品种氮效率高低时结论有所不同的原因之一。 2、植株氮素分配与氮肥生产效率的关系 小麦出苗后,植株中氮素不断积累,至成熟期达峰值,且拔节至开花期是氮素积累的高峰期,其次是出苗至拔节期,再次是开花至成熟期。分析不同小麦品种、不同施氮量、不同氮素形态处理间差异均表明,氮肥生产效率主要受籽粒中氮素的分配比例影响,而非植株氮素积累量。 氮高效品种籽粒中氮素的分配比例显著高于氮低效品种,增加施氮量后,虽然氮高效品种氮素向籽粒运转的能力仍高于氮低效品种、因而其氮肥生产效率亦高于后者,但其植株中积累的氮素向籽粒运转的能力与低施氮量条件下相比相对降低了,而氮低效品种相反,这亦是提高施氮量后氮高效品种氮肥生产效率下降幅度大于氮低效品种的原因之一。同时说明氮高效小麦品种需要合理节氮,反之,氮低效小麦品种需要适当增氮。氮素形态对籽粒中氮素分配比例的影响与对氮肥生产效率的影响趋势一致,进一步说明,籽粒中氮素的分配比例是影响氮肥生产效率的主要原因之一。 3、单位产量的吸氮量与氮肥生产效率的关系 氮低效品种每生产百公斤籽粒的吸氮量高于氮高效品种。增加施氮量,氮低效品种每生产百公斤籽粒的吸氮量仍高于氮高效品种,但氮低效品种秦麦11单位产量的吸氮量变化不大,氮高效品种扬农9817显著增加,结果扬农9817氮肥生产效率的降低率大于秦麦11。在三种氮素形态条件下,氮低效品种秦麦11生产百公斤籽粒的吸氮量均高于氮高效品种扬农9817,秦麦11单位产量的吸氮量在硝态氮处理下最低,其氮肥生产效率最高,而扬农9817单位产量的吸氮量在硝态氮处理下最高,其氮肥生产效率最低。说明,单位产量的吸氮量也是影响氮肥生产效率的主要原因之一。 4、根系特性与氮肥生产效率的关系 小麦根体积和根干重随生育进程的推移呈单峰曲线的变化趋势,在孕穗期出现峰值,而后下降;根体积和根干重的增长速率表现为苗期生长比较缓慢,拔节以后根体积和根重的增加速度加快,并在孕穗期出现生长速率的高峰值,峰值过后根体积和根重均出现负增长;根系吸收面积、根系活跃吸收面积在整个生育期间表现为先扩增,而后下降的变化趋势,根系活力呈现“弱—强—弱”的变化趋势,在孕穗期达到峰值,而后下降,至成熟期小麦根系仍有一定的吸收功能。 氮低效品种根体积、根干重、根系吸收面积、活跃吸收面积和根系活力在生育中后期下降幅度比氮高效品种大,增加施氮量,氮高效品种扬农9817在生育后期根系吸收能力下降幅度变大,其氮肥生产效率的降低率大于氮低效品种,说明,根系特性在生育中后期的变化率与氮肥生产效率有一定的相关性。 氮素形态对两品种根体积、根干重、根系吸收面积、活跃吸收面积、根系活力的影响与对成熟期植株氮素积累量的影响趋势一致,根系功能强,氮素积累量高。但不同氮素形态处理间比较,氮肥生产效率的高低主要受籽粒中氮素分配比例的影响,而不是总的氮素积累量。进一步说明,根系吸收能力影响植株氮素积累量,但氮肥生产效率的高低主要决定于植株中氮素向籽粒运转能力的高低,而非氮素积累量。 5、籽粒蛋白质、淀粉积累与氮肥生产效率的关系 不同施氮量、不同氮素形态处理、不同小麦品种间籽粒醇溶蛋白、谷蛋白、总蛋白质含量高,每生产百公斤籽粒的吸氮量高,而氮肥生产效率低;小麦籽粒直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量高的处理,氮肥生产效率同样高。小麦花后剑叶NR活性、剑叶和籽粒GS活性、剑叶和籽粒GOGAT活性、籽粒GPT活性与籽粒蛋白质及组分含量呈正相关。小麦每粒籽粒中AGPP、SSS、GBSS活性高低与每粒籽粒的直链淀粉、支链淀粉和总淀粉积累量呈正相关,而单位籽粒重的AGPP、SSS、GBSS活性高低与籽粒直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量呈正相关。 因不同类型专用小麦蛋白质含量的指标要求不同,因此在确定施N量和选择氮肥种类时除考虑其对不同品种的产量及氮肥生产效率的影响外,还应充分考虑其对蛋白质含量的效应,根据品种的专用类型选用适宜施N量和适当的氮肥种类。本试验中,强筋小麦以酰胺态氮(CONH2—N)处理蛋白质含量最高、且均符合蛋白质含量≥14.0%的优质强筋小麦国家标准(GB/T17892-1999),硝态氮(NO3——N)处理蛋白质含量最低,故宜优先选用酰胺态氮肥;弱筋小麦以铵态氮(NH4+—N)处理蛋白质含量最低、且均符合蛋白质含量≤11.5%的优质弱筋小麦国家标准(GB/T17893-1999),而酰胺态氮(CONH2—N)处理蛋白质含量最高,且均超过上述国标,故宜优先选用铵态氮肥;中筋小麦以铵态氮(NH4+—N)处理有利于提高籽粒中蛋白质及组分含量,亦宜优先选用铵态氮肥。


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