段丽娜，章建新，薛丽华，孙乾坤，赵连佳

(1.新疆农业大学农学院,新疆乌鲁木齐 830052； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所,新疆乌鲁木齐 830091)



施氮量对新疆滴灌冬小麦根系生长及产量的影响

段丽娜1，章建新1，薛丽华2，孙乾坤1，赵连佳1

(1.新疆农业大学农学院,新疆乌鲁木齐 830052； 2.新疆农业科学院粮食作物研究所,新疆乌鲁木齐 830091)

摘要：为探明滴灌冬小麦高产需氮肥规律，利用大田试验研究了N0(0 kg·hm-2)、N1(90 kg·hm-2)、N2(180 kg·hm-2)、N3(270 kg·hm-2)、N4(360 kg·hm-2) 施氮量对新冬18号0～60 cm土层根系生长的影响及其与产量和氮肥利用率的关系。结果表明，随着施氮量的增加，拔节至成熟期间0～60 cm土层根系干重、根长和根系活力均增加，N3处理孕穗期小麦0～60 cm土层根干重、根长分别较N0处理增加11.93%、29.0%，增幅基本表现为0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm土层；N3处理较N0处理小麦产量增加30.35%，氮肥农学利用效率为6.90 kg·kg-1。拔节期前后施适量氮肥可促进0～60 cm土层根系生长和活力增强，是氮肥增产的重要原因。本试验条件下最适宜施氮量为180～270 kg·hm-2，可获得产量7 591.49～8 004.85 kg·hm-2，氮肥农学利用效率为6.90～8.06。

关键词：冬小麦；滴灌；氮肥；根系；产量

新疆地处干旱区，农业生产完全依靠灌溉。由于灌溉水资源的匮乏，发展节水农业是必然选择。滴灌技术已在新疆小麦生产上大面积应用，节水、增产效果显著。滴灌施肥的显著特点是可以将水肥通过滴灌系统直接输送到作物根区附近，使水分和养分在土壤中均匀分布，以保证养分被根系快速吸收[1]。滴灌施肥在提高作物产量的同时，也可提高肥料利用效率[2]。根系是植物吸收水分和养分的重要器官，其数量、分布及活力对地上部器官的生长和产量具有直接影响[3-4]。根系发达、活力强是小麦高产优质的基础[5]。氮肥施用是小麦生产的一个最重要管理措施。氮肥对产量的影响是从影响根系生长开始的。适量底施氮肥可促进小麦根系生长，增加总根量和表层根量，减少深层根量[6]。起身、拔节期肥水可增加小麦表层根量，孕穗期肥水促进中层和深层根生长[7-8]；拔节期和挑旗期追氮小麦的根系活力高于返青期追氮[9]。为了提高产量，普遍存在过量施用氮肥现象[10]，而过量施氮往往使小麦根系生长受到抑制[11]。滴灌可使硝态氮肥运移至作物根系最密集的0～40 cm 范围内[12]，提高氮肥利用效率。目前，关于施氮量对滴灌冬小麦根系生长影响的研究很少。本试验在田间滴灌条件下，研究了不同施氮量对高产冬小麦0～60 cm土层根系生长、产量及氮肥利用效率等的影响，以期为新疆滴灌冬小麦高产高效栽培提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料与设计

试验于2013-2014年在新疆农业科学院玛纳斯试验站(北纬44°18′14″，东经 86°13′11″)进行。冬小麦选用当地主栽品种新冬18号。试验地前茬为大豆，土壤为沙壤土。0～20 cm土壤含有机质 28.4 g·kg-1，碱解氮52.2 mg·kg-1，速效磷20.2 mg·kg-1，速效钾237.0 mg·kg-1。翻地前基施重过磷酸钙 375 kg·hm-2，灌底墒水750 m3·hm-2。 2013年10月2日机械播种，播种量300 kg·hm-2，行距0.15 m。毛管为“1管4行”，毛管间距60 cm。基本苗 464万株·hm-2。试验设N0、N1、N2、N3、N45个施N处理，具体见表1。将各处理氮肥(尿素)分别加入施肥罐中随水滴入各小区。随机区组排列，设3次重复，每小区面积24 m2(8 m×3 m)，各小区间设1.2 m隔离带。在播种前、越冬前、拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期各滴灌750 m3·hm-2。2014年6月20日～29日收获。

表1　不同处理的施氮时期和施氮量

1.2测定项目及方法

1.2.1根样采集及测定

分别于2014年小麦拔节期(4月20日)、孕穗期(5月13日)、花后14 d(6月2日)、花后28 d(6月16日)及成熟期(6月29日)于毛管间距1/2处选具代表性植株，紧贴地面剪去地上部后，将内体积为20 cm×30 cm×20 cm(麦行方向×垂直麦行方向×高)的铁盒完全砸入土中后，连同土样取出铁盒；分3层(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)取出土样；重复2次；分别过0.05 mm网筛洗净泥土、去除杂质，获取各处理的根样。根系活力，采用TTC还原法测定[13]。用根系扫描仪测根与根系长度后，在80℃下烘至恒重。计算根长密度、根重密度。

1.2.2产量、氮肥利用效率的测定

成熟期分别在小区中间实收1个具有代表性样点，每样点面积9 m2，以3个重复平均值计算产量。测定有效穗数、穗粒数和千粒重。根据以下公式计算氮肥利用率：

氮肥农学利用率(AEN)=(施氮区籽粒产量-氮空白区籽粒产量)/施氮量

1.3数据处理

采用Excel 2010、Sigma Plot 10.0作图，用SAS 8.0及SPSS 16.0进行方差分析。

2结果与分析

2.1不同施氮量对根系干重及根干重密度的影响

由表2可见，各处理0～60 cm土层的根系干重在拔节期后迅速增加，花后14 d达峰值后缓慢下降。拔节至成熟期，施氮处理小麦0～60 cm土层根干重均显著高于对照，且不同处理在不同生育期差异程度不同。花后14 d N1、N2、N3、N4处理的根干重分别较N0增加4.92%、10.30%、16.84%、15.86%。整个小麦生育期间0～60 cm根干重密度在施氮处理与N0处理间差异显著(图1)，施氮处理较N0处理0～60 cm土层的根干重密度增幅多表现为0～20cm>20～40cm>40～60cm土层，花后14 d N1、N2、N3、N4处理0～20 cm土层的根干重密度分别较N0处理增加2.63%、9.99%、17.76%、19.37%。施氮量对0～60 cm土层根系干重的增加主要是0～20 cm根系干重增加的结果，孕穗期至成熟期以处理N3、N4的根系总干重最大。

表2　施氮处理对根系干重的影响

数据后不同字母代表处理间在5%水平差异显著. 下同

Different letters following data mean significant difference among different treatments at 5% level. The same as below

2.2不同施氮量对根系长度及根长密度的影响

各施氮处理0～60 cm土层小麦的总根长在拔节期后迅速增加，均在花后14 d达峰值后缓慢下降(表3)。拔节至成熟期间0～60 cm土层总根长施氮处理与N0处理间差异显著，花后14 d N1、N2、N3、N4处理的总根长分别较N0增加18.04%、23.09%、29.51%、30.28%。小麦孕穗期至成熟期0～60 cm根长密度施氮处理与N0处理间差异显著(图2)，施氮处理较N0处理的根长密度增幅多表现为0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm土层，花后14 d N1、N2、N3、N4处理0～20 cm土层的根长密度分别较N0增加12.85%、17.50%、18.72%、23.55%。施氮量对0～60 cm土层根系长度的影响主要是0～20 cm土层根系长度增加的结果，孕穗期至成熟期以N3、N4处理的根系最长。

2.3不同施氮量对根系活力的影响

由图3可见，0～20 cm土层根系活力下降早于20～40 cm和40～60 cm土层。拔节至花后28 d，各施氮处理小麦0～60 cm土层根系活力显著高于N0处理。N3处理小麦花后14 d 0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层根系活力分别较N0处理增加22.84%、20.03%、22.18%。增加施氮量可增加0～60 cm土层的根系活力，特别是灌浆前期20～40 cm、40～60 cm土层的活力，在拔节至花后28 d期间多以N3、N4最高。

表3　施氮处理对根系总长度的影响

图柱上的不同字母代表处理间在5%水平差异显著. 下同

Different letters beside column mean significant difference among different treatments at 5% level. The same as below

图1不同施氮处理对根干重密度垂直分布的影响

Fig.1Effect of different nitrogen treatments on vertical distribution of dry root weight density

图2　不同施氮处理对根长密度垂直分布的影响

2.4不同施氮量对产量和氮肥利用率的影响

不同施氮处理小麦的产量均显著高于N0处理，且产量随着施氮量的增加而增加，N3与N4处理差异不显著。氮肥农学利用率随施氮量的增加显著降低(表4)。N1、N2、N3、N4处理小麦的产量分别较N0增加17.68%、23.60%、30.34%、33.56%；N3、N4处理显著高于其他处理，其有效穗数分别较N0处理增加14.39%、12.30%，穗粒数分别较N0处理增加9.62%、10.66%，增加均显著。N3、N4处理小麦的千粒重较N0处理均有所下降，但差异不显著。各施氮处理小麦的产量与根干重(花后14 d)比值间差异不显著，但均较N0处理显著增加。结果说明，本试验条件下增施氮肥可增加小麦产量，但显著降低氮肥农学利用率；产量的增加主要是有效穗数和穗粒数增加的结果。综合产量及氮肥农学利用效率，适宜施氮量为N3处理，产量达8 004.85 kg·hm-2左右。

Ⅰ:拔节期；Ⅱ：孕穗期；Ⅲ：花后14 d；Ⅳ：花后28 d；Ⅴ：成熟期

Ⅰ:Jointing stage； Ⅱ：Booting stage；Ⅲ：14 d after anthesis；Ⅳ：28 d after anthesis；Ⅴ：Maturity

图3　不同施氮处理对根系活力垂直分布的影响

*:花后14 d 0～60 cm土层根干重

*:Dry root weight in 0-60 cm layers at 14 d after anthesis

3讨 论

常规灌溉条件下，一定范围的施氮量促进作物根系生长，但超量使用会抑制作物生长[14-16]。冬小麦拔节、孕穗期适宜的氮肥和水有利于提高开花、灌浆期的根系活力[7]，且可延缓小麦根系衰老进程,提高籽粒灌浆速率、增加粒重和产量[9]。本试验结果与上述结论相似，孕穗期前施氮90～270 kg·hm-2，随着施氮量的增加，拔节至花后28 d 0～60 cm土层的根长与干重增加，根系活力提高，产量增加，氮肥农学利用率降低；总施氮量达360 kg·hm-2时，根长与干重、根系活力和产量不再增加，氮肥农学利用率大幅度降低。本研究中，在孕穗期至花后28 d 期间，0～60 cm土层根干重、根长度、根系活力多以N3、N4最大，产量也以N3、N4最高。根系生长对施氮量的响应与产量的响应相似。说明孕穗前施氮肥可促进根系生长，增加小麦水分、养分吸收和群体物质生产能力，进而增加有效穗数和穗粒数，最终增加产量。在拔节期前后施适量氮肥对根系生长促进效果好于其他时期施氮，可能因为拔节期至孕穗期既是冬小麦根系生长最快时期，也是小穗数、小花数形成的关键时期[3]的缘故。

有研究发现，常规灌溉条件下，施氮量为180 kg·hm-2(基施、拔节期各90 kg·hm-2)时，产量为8 339.69 kg·hm-2[14]，滴灌条件下，施氮量为189 kg·hm-2(分蘖期15%，拔节期20%，孕穗期25%，扬花期25%，灌浆期15%),产量为6 384.9 kg·hm-2[12]。本试验中，施氮量为180～270 kg·hm-2(基施90 kg·hm-2、拔节期90～180 kg·hm-2)，产量为8 004.85～8 202.63 kg·hm-2。差异可能是由于品种、土壤肥力条件和施肥时期等条件不同所导致。有关滴灌高产麦田的氮肥运筹技术还需根据小麦品种及土壤肥力、环境进一步优化，以提高小麦产量和氮肥利用效率。

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收稿日期：2015-12-29修回日期：2016-01-31

基金项目：新疆农业科学院青年基金项目(xjnkq-2015045)

通讯作者：薛丽华(E-mail:xuelihua521@126.com)

中图分类号：S512.1；S311

文献标识码：A

文章编号：1009-1041(2016)06-0773-06

Effects of Nitrogen Application on the Growth of Root and Yield of Winter Wheat under Drip Irrigation

DUAN Lina1,ZHANG Jianxin1,XUE Lihua2,SUN Qiankun1,ZHAO Lianjia1

(1. College of Agronomy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830052,China;2.Grain Crops Research Institute,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Urumqi,Xinjiang 830091,China)

Abstract:To verify the effects of nitrogen application on the growth of root and yield of winter wheat under drip irrigation,five different nitrogen application treatments:N0(0 kg·hm-2),N1(90 kg·hm-2),N2(180 kg·hm-2),N3(270 kg·hm-2),and N4(360 kg·hm-2) were conducted.In the field experiments,effects of different nitrogen application treatments on root growth in 0-60 cm soil layers and the relationship between the yield and nitrogen use efficiency were studied. The results showed that:with the increase of nitrogen application,the dry weight,length and vitality of root in 0-60 cm layers was increased from jointing to maturity stages; the dry weight and length of root in 0-60 cm layers at booting stage under N3 treatment were increased by 11.93% and 29.0%,respectively,compared to those under N0 treatment,with an increase amplitude ranged as 0-20 cm > 20-40 cm > 40-60 cm soil layers; the yield under N3 treatment was increased by 30.35% and the AEN was 6.90 kg·kg-1. The appropriate amount of nitrogen fertilizer application promoted root growth and strong vitality in 0-60 cm layers before and after jointing stage,and it was an important factor for production increase. In this experiment,the optimum amount of nitrogen was 180-270 kg·hm-2,and the yield was 7 591.49-8 004.85 kg·hm-2,with the AEN of 6.90-8.06.

Key words:Winter wheat;Drip irrigation;Nitrogen;Root; Yield

网络出版时间：2016-05-30

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160530.1549.026.html

第一作者E-mail：971218814@qq.com