减量分期施氮对小麦产量和氮素利用效率的影响

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试验于2016-2017年冬小麦生长季,在山东省泰安市道朗镇玄庄村大田进行。供试品种为山农29,分别在粉壤土地块(F)和砂壤土地块(S)设置施氮量和施氮次数两因素试验,施氮量设240 kg hm-2(传统施氮量,N1)、192 kg hm-2(在传统施氮量的基础上减氮20%,N2)和144 kg hm-2(在传统施氮量的基础上减氮40%,N3)三个水平,施氮次数为氮肥1次施用(氮肥全部基施,D1)、氮肥分2次施用(播种期+拔节期施氮,施氮比例为5:5,D2)、氮肥分3次施用(播种期+拔节期+开花期施氮,施氮比例为5:3:2,D3),试验以全生育期不施氮(N0)为对照。研究减量分期施氮对不同质地麦田冬小麦产量和氮素利用效率的影响,以期为不同质地麦田冬小麦绿色高效栽培提供理论依据和技术支撑。主要结果如下:1减量分期施氮对土壤硝态氮时空分布的影响在粉壤土地块,连续两年定位施氮,小麦各生育时期各土层土壤硝态氮含量均表现为N1﹥N2,拔节前各生育时期和成熟期各土层土壤硝态氮含量表现为D3﹥D2;N1条件下,开花期0-30cm和100-200cm土层土壤硝态氮含量表现为D2﹥D3,其它土层两处理无显著差异;N2条件下,开花期各土层土壤硝态氮含量表现为D2﹥D3。说明D3处理拔节前土壤供氮水平较高,且随着生育进程的推进各土层土壤硝态氮含量逐渐降低,拔节至开花阶段上层土壤(0-30cm)氮素供应减少,尤其在减少施氮量的条件下,拔节至开花期土壤氮素供应不足,退化小花数增加,穗粒数显著下降。在砂壤土地块,各生育时期土壤硝态氮含量随施氮量的减少显著降低,拔节前各生育时期土壤硝态氮含量D2处理与D3处理无显著差异,开花期各土层土壤硝态氮含量表现为D2﹥D3,成熟期0-40cm和80-200cm土层土壤硝态氮含量表现为D3﹥D2,40-80cm土层土壤硝态氮含量D2和D3处理无显著差异。说明D2处理较D3处理提高了拔节至开花期阶段土壤供氮水平;减少施氮量,D3处理拔节至开花阶段土壤氮素供应不足,穗粒数显著下降,植株对开花期追施的氮素吸收利用较少,土壤氮素残留量增加。2减量分期施氮对小麦籽粒产量和氮素利用效率的影响在粉壤土地块,2015-2016年第一年定位施氮,籽粒产量表现为N1、N2﹥N3,同一施氮量下,穗数表现为D1﹥D2、D3,千粒重为D2、D3﹥D1,各氮肥施用时期处理的籽粒产量无显著差异,说明在粉壤土地块,同一施氮量下,氮肥全部基施与分期施氮相比,传统施氮量与减少施氮量20%相比,冬小麦籽粒产量无显著变化。在粉壤土地块,连续两年定位施氮,D1和D2条件下,籽粒产量表现为N1、N2﹥N3,氮肥表观利用率为N1﹥N3,D3条件下,籽粒产量表现为N1﹥N2、N3,氮肥表观利用率为N1﹥N2﹥N3;N2和N3条件下,籽粒产量表现为D2﹥D1、D3,氮肥表观利用率为D2﹥D3﹥D1,说明在氮肥底施50%拔节期追施50%条件下,施氮量减少20%仍能保持较高的产量水平和氮肥表观利用率,在拔节期施氮比例减小,供氮不足的条件下,总施氮量减少20%,即使增加开花期施氮比例,籽粒产量和氮肥表观利用率仍显著下降,减产幅度达11.24%。在砂壤土地块,籽粒产量表现为N1﹥N2﹥N3,氮素农学效率和氮肥表观利用率表现为N1﹥N2、N3。N1条件下,籽粒产量表现为D2、D3﹥D1,D3处理氮素农学效率和氮肥表观利用率显著低于D2处理,说明在砂壤土地块,减少施氮量不仅导致产量降低,氮素农学效率和氮肥表观利用率亦降低;在传统施氮量下,氮肥底施50%拔节期追施50%能获得较高的籽粒产量和氮肥表观利用率。3减量分期施氮对小麦旗叶衰老特性的影响在粉壤土地块,连续两年定位施氮,D1条件下,减少施氮量加速生育后期旗叶衰老;D2和D3条件下,施氮量减少20%对灌浆期旗叶衰老特性无显著影响。同一施氮量下,灌浆期旗叶SOD活性、CAT活性和可溶性蛋白含量均表现为D3﹥D2﹥D1,旗叶MDA含量表现与之相反。说明D2和D3处理均能提高花后土壤供氮强度,延缓旗叶衰老,且开花期追氮对延缓旗叶衰老更有利。在砂壤土地块,D1和D2条件下,减少施氮量均加速生育后期旗叶衰老;D3条件下,施氮量减少20%对灌浆期旗叶衰老特性无显著影响。同一施氮量下,灌浆期旗叶SOD活性、CAT活性和可溶性蛋白含量均表现为D3﹥D2﹥D1,旗叶MDA含量表现与之相反。说明在砂壤土地块,开花期追氮有利于延缓灌浆期旗叶衰老,这与粉壤土地块规律一致。4减量分期施氮对小麦光合特性及干物质积累与分配的影响在粉壤土地块,连续两年定位施氮,D1条件下,开花后旗叶SPAD值、Pn、Gs和ФPSⅡ均随施氮量的减少显著下降,花后同化物在籽粒中的分配量表现为N1﹥N2、N3;D2和D3条件下,施氮量减少20%对旗叶光合特性无显著影响,花后同化物在籽粒中的分配量表现为N1、N2﹥N3。同一施氮量下,灌浆期旗叶SPAD值、Pn、Gs和ФPSⅡ均表现为D3﹥D2﹥D1,N1条件下,花后同化物对籽粒的贡献率表现为D2、D3﹥D1,N2和N3条件下,花后同化物对籽粒的贡献率表现为D3﹥D2﹥D1。说明施氮量减少20%,在播种期+拔节期施氮的基础上,开花期追氮,旗叶光合同化能力及花后同化物对籽粒的贡献率均显著提高。在砂壤土地块,D1和D2条件下,旗叶SPAD值、Pn、Gs和ФPSⅡ及花后同化物向籽粒的分配量均随施氮量的减少显著下降;D3条件下,施氮量减少20%对旗叶光合同化能力无显著影响。同一施氮量下,灌浆期旗叶SPAD值、Pn、Gs和ФPSⅡ均表现为D3﹥D2﹥D1,N1条件下,花后同化物对籽粒的贡献率表现为D2、D3﹥D1,N2和N3条件下,花后同化物对籽粒的贡献率表现为D3﹥D2﹥D1。说明在小麦生育前期供氮比例较大的条件下,减少施氮量,显著降低旗叶光合同化能力,但是在施氮水平较低的条件下,减少拔节期施氮比例,增加开花期施氮比例有利于提高花后叶片光合同化能力。5减量分期施氮对植株氮素同化积累与分配的影响在粉壤土地块,连续两年定位施氮,开花期和成熟期群体氮素积累量及营养器官氮素转移量均随施氮量的减少显著降低。D1条件下,施氮量减少20%,开花后旗叶NR活性和GS活性均显著下降,花后氮素积累量及营养器官转移氮素对籽粒的贡献率表现为N1﹥N2、N3;D2和D3条件下,施氮量减少20%对开花后氮同化相关酶活性无显著影响,花后氮素积累量及营养器官转移氮素对籽粒的贡献率表现为N1、N2﹥N3。同一施氮量下,整个灌浆期旗叶NR活性和GS活性均表现为D3﹥D2﹥D1,花后氮素积累量及营养器官转移氮素对籽粒氮素的贡献率表现为D2、D3﹥D1。说明在播种期+拔节期施氮的基础上,开花期追氮能显著提高开花后旗叶氮素同化能力,但花后群体氮素积累量及营养器官转移氮素对籽粒的贡献率无显著提高。在砂壤土地块,开花期和成熟期群体氮素积累量及营养器官氮素转移量均随施氮量的减少显著降低。D1和D2条件下,施氮量减少20%氮同化相关酶活性显著降低,但花后营养器官转移氮素对籽粒的贡献率无显著变化;D3条件下,施氮量减少20%对氮同化相关酶活性和花后营养器官转移氮素对籽粒的贡献率无显著影响。同一施氮量下,灌浆期旗叶NR活性和GS活性均表现为D3﹥D2﹥D1,开花期和成熟期群体氮素积累量表现为D2、D3﹥D1,花后营养器官转移氮素对籽粒氮素的贡献率处理间无显著差异。说明在砂壤土地块,氮肥供应不足不利于冬小麦对氮素的吸收和积累,开花期追施氮肥虽能显著提高花后旗叶氮素同化能力,但成熟期群体氮素积累量并无显著变化,这与拔节期供氮不足导致群体数量下降有关。
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