宋凌麒， 刘 欢， 田丽云，钱彩虹，朱新开， 盛海君，3

(1.扬州大学环境科学与工程学院，江苏扬州 225127； 2.扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室，江苏扬州 225009；3. 江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心，江苏南京 210095)

氮素是作物生长和发育的关键因素，施用氮肥是改善土壤氮含量、促进土壤氮供应能力的重要措施之一，施氮量不仅影响着小麦的生长发育状况，而且显著影响小麦的产量和氮素积累。合理的氮肥用量能促进小麦对氮素的吸收与利用，促进小麦生长发育，而不合理施氮特别是过量施氮会造成土壤板结，降低氮肥利用率，增加氮素流失，甚至会污染环境，引起一系列环境问题。因此如何根据小麦自身的养分需求特征，合理、准确、定量地施用氮肥，在稳产高产的基础上提高氮肥利用效率，减少浪费，提高效益，是当前研究的热点之一。

氮对冬小麦的生命活动以及产量的高低、品质的优劣有着极为重要的作用，合理的氮肥用量可以增加小麦的有效分蘖数和叶绿素含量，同时对小麦的生物量和产量有着显著影响。叶绿素含量是研究小麦氮素营养状况的重要指标，众多研究表明，叶绿素含量与SPAD值有良好的相关性，可使用SPAD叶绿素计测定相应作物叶片叶绿素含量。朱新开等认为，小麦叶片 SPAD值与全氮含量呈正相关，可以用 SPAD值诊断小麦的氮营养状况，可选择倒2完全叶或者倒3完全叶测量SPAD值，以估测叶绿素含量。李志宏等认为，测定时应选择最上部完全展开叶，且在叶片中部进行测定的结果比较准确。葛君等研究认为，在一定范围内，叶绿素含量与施氮量呈正相关，但一旦氮素用量超过了一定范围，再增加氮素反而会造成叶绿素含量的下降，说明过量的氮素会抑制小麦叶片叶绿素含量的提高。

有关氮肥用量对小麦产量的影响，有较多报道，但结果不尽一致，与试验生态条件、地力水平、品种类型、肥料运筹方式等相关，赵新春等在半干旱黄土区偏低地力土壤上试验，认为增加施氮量对冬小麦有着明显的增产作用，同时也能显著提高冬小麦的生物量，并认为小麦体内的氮素含量主要是从氮肥中吸收得来，占总氮量的68%，由土壤提供的氮素仅占总氮量的32%。王月福等研究认为，在高肥力土壤上，适当降低氮肥施用量，几乎不影响小麦的氮素积累和产量。朱新开等研究认为，不同土壤肥力下适当增加施氮量可以显著提高氮肥利用率，籽粒产量与施氮量的相关性在高、中肥力下呈二次曲线关系，低肥力下呈线性关系。王茂莹等研究了不同小麦品种的产量及氮素利用效率等对施氮量的响应，认为施氮量过高，可能会造成小麦对氮的奢侈吸收和消耗，使小麦体内储存的氮素增多，降低了氮素向籽粒的转运，造成了小麦的氮素吸收效率及利用效率的降低，得出了随施氮量增加，小麦产量对氮肥的响应度减小的结论。

目前，关于不同施氮量对小麦植株氮素积累的研究多是从植株整个营养体水平进行，各器官氮素分布研究较少，本试验拟在前人研究基础上，研究高地力条件下适度减氮对小麦孕穗期植株地上部各器官氮含量及不同叶位叶绿素含量变化的影响，以期为后期优化氮肥运筹，促进小麦抽穗后氮素积累及氮向籽粒中转运，提高小麦的产量和品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020—2021年在扬州大学农学院试验田进行，壤土，播种前基础地力为有机质含量 23.93 g/kg、全氮含量1.40 g/kg、碱解氮含量 101.14 mg/kg、速效磷含量70.94 mg/kg、速效钾含量145.21 mg/kg，并取秸秆，测定养分含量。试验前进行秸秆还田处理，即采用人工的方式将已经被机械切碎成5 cm左右的水稻短秆均匀铺撒于小区。秸秆混入土层需要旋耕，旋耕深度15 cm左右。供试氮肥为含氮46%的普通尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾肥。小麦品种为扬麦29。

1.2 试验设计

采用单因素随机区组设计，试验设4个处理，分别是正常施氮量(纯N 240 kg/hm)、减氮10%、减氮15%、不施氮。氮肥按照4种不同肥料(基肥 ∶壮蘖肥 ∶拔节肥 ∶孕穗肥)5 ∶1 ∶2 ∶2的比例施用。磷(PO)、钾(KO)均为120 kg/hm，按基肥和拔节肥各50%施入。2020年10月31日播种，待出苗后按基本苗225万/hm定苗，按高产田方式进行管理。小区面积12 m，重复3次。

1.3 测定项目与测定方法

1.3.1 生物量 于孕穗期每处理取样20株，按部位分开，用烘干称重法测定倒1、倒2、倒3叶叶片及叶鞘、穗及其他部位生物量，通过计算得出单位面积的生物量。

1.3.2 植物氮含量 对孕穗期植株不同部位样本进行粉碎，测定全氮和硝态氮含量，其中全氮(不含硝态氮)含量采用硫酸-双氧水消煮，靛酚蓝比色法测定；硝态氮含量采用沸水提取，水杨酸法测定。

1.3.3 叶绿素含量(SPAD值) 于孕穗期用叶绿素测定仪(SPAD-502，日本生产)测定倒1、倒2、倒3叶的叶片SPAD值(30张叶片的平均)。测定部位是叶片的中间部位(避开叶片的叶脉部位)。

1.4 数据处理及分析方法

采用Microsoft Excel 2016软件对数据进行处理，采用SPSS 19.0统计软件对数据进行方差分析及差异显著性检验(法)。

计算公式：

生物量[浓度、积累量、SPAD值]增减=(减氮处理生物量[浓度、积累量、SPAD值]-正常处理生物量[浓度、积累量、SPAD值])/正常处理生物量[浓度、积累量、SPAD值]×100%。

2 结果与分析

2.1 施氮量对孕穗期小麦不同部位干物质积累量的影响

生物量是表征生长发育的数量指标。本试验结果表明，施氮量明显影响小麦孕穗期生物量，其中以减氮10%处理的小麦生物量最高，为11.80 t/hm。其次是常规施氮处理为10.49 t/hm，减氮15%、不施氮处理生物量较小(表1)。

进一步分析不同器官间变化表明，与正常施氮相比，减氮10%处理孕穗期小麦不同部位生物量均有明显的提高，尤其是最后3张功能叶叶片增加幅度最大，其他部位(除穗子、叶片、叶鞘之外的茎杆及老叶等)生物量也均较对照有所增加，为形成大穗奠定了物质基础(穗部质量比对照高出21.8%)。减氮15%处理除倒1、 倒2叶鞘生物量较对照有所增加外，其余各部位生物均较对照下降，其中下降最多的是倒2叶叶片生物量，下降幅度达12.5%，不利于形成大穗，穗部质量较对照下降了5.9%(表2)。

表1 不同处理下小麦不同部位的生物量影响

表2 不同处理对小麦不同部位生物量的影响

2.2 施氮量对小麦孕穗期植株不同部位氮含量的影响

2.2.1 对硝态氮含量的影响 氮是促进作物扩展叶面积的最重要元素，因此必须维持叶片中一定的氮含量。试验数据显示，小麦孕穗期体内各部位硝态氮含量均较低，在0.67～2.73 mg/g之间(图1)。

不同处理间比较可以看出，减氮处理对小麦植株体内硝态氮含量的影响总体表现为随施氮量减少，植株体内各部位(除倒3叶鞘)硝态氮含量逐渐增加，不施氮处理植株体内各部位硝态氮含量相对较高，分析认为是由于生物量减少浓缩所致。

2.2.2 对全氮含量的影响 结果表明，试验各处理孕穗期植株体内全氮含量均为叶片>穗>叶鞘、其他部位(图2、图3)。不同处理间比较，减氮影响最大的是叶片中全氮含量，减氮10%处理小麦倒1、倒2、倒3叶叶片中全氮含量(不包括硝态氮)分别达到了26.94、28.07、22.58 mg/g，分别比对照(正常施氮处理)增加了13.0%、31.4%、10.0%；减氮15%处理小麦倒1、倒2、倒3叶叶片中全氮含量(不包括硝态氮)与对照(正常施氮)相比也略有增加，分别增加了1.7%、18.5%、0.9%，表明适量减氮并不会降低孕穗期小麦主要功能叶片中全氮含量(图2、表3)。

图3、表4给出了不同施氮量处理下小麦不同部位全氮(含硝态氮)含量。由于硝态氮在孕穗期小麦体内含量较低，基本可以忽略，因此，全氮(含硝态氮)在植物体内的分布及含量变化与全氮(不含硝态氮)在植物体内的分布及含量变化完全一致。

2.3 施氮量对小麦孕穗期植株不同部位氮素积累量的影响

2.3.1 对硝态氮积累量的影响 结果表明，小麦不同部位硝态氮积累量与含量不完全一致，由于叶片生物量比较小，叶片中硝态氮积累量也比较小，其他部位(除叶、鞘、穗之外的茎杆及老叶等)由于生物量比较大，虽然硝态氮含量也不高，考虑到生物量的因素，其硝态氮积累量较其他部位明显增加。不同施氮量处理之间，对照(正常施氮)、减氮10%和减氮15% 3个处理小麦各部位硝态氮总积累量最终趋于一致，处理间差异不显著(图4)。

表3 不同处理对小麦不同部位全氮含量(不含硝态氮)的影响

表4 不同处理对小麦不同部位全氮含量(含硝态氮)的影响

2.3.2 对全氮积累量的影响 分析表明，减氮处理不仅影响小麦体内氮含量，也影响氮积累量。植物体各部位全氮积累量与含量也不完全一致，虽然叶片中全氮含量较其他部位明显增加，但由于叶片生物量比较小，氮素积累量也比较小；其他部位(除叶、鞘、穗之外的茎杆及老叶等)虽然氮含量不高(与叶鞘含量差不多)，但由于生物量比较大，其氮素积累较多(图5、图6)。

不同处理之间比较可以看出，减氮10%处理小麦倒2叶、倒3叶中氮积累量(不含硝态氮)分别较对照高45.4%、31.3%，其他部位氮积累量也均较对照(正常施氮)有所增加，其最终地上部氮总积累量为134.6 kg/hm，较对照(109.7 kg/hm)高22.7%(表5)，即使加上硝态氮，减氮10%处理地上部氮总积累量为151.6 kg/hm，较对照(124.3 kg/hm)高22.0%(表6)，处理间差异达到显著水平。

减氮15%处理地上部各部位氮积累量与对照相比有增有减，其最终地上部氮总积累量为 98.6 kg/hm，较对照减少9.8%(表5)，加上硝态氮，减氮15%处理地上部氮总积累量为114.4 kg/hm，较对照减少8.0%(表6)，处理间差异不显著。

表5 不同处理对小麦不同部位全氮(不含硝态氮)积累量的影响

2.4 施氮量对小麦孕穗期不同部位叶片叶绿素含量(SPAD值)的影响

叶绿素含量是研究小麦氮素营养状况的重要生理指标，本试验用叶绿素测定仪测定的SPAD值表示叶片中叶绿素含量的高低。结果表明，所有处理叶绿素含量(SPAD值)均为倒2叶>倒3叶>倒1叶(表7)。进一步分析可以看出，与对照(正常施氮处理)相比，减氮10%、减氮15%并不会使叶片中叶绿素含量明显下降，仍保持了较高的叶绿素含量，其中减氮10%叶片中叶绿素含量较对照略有下降，是减氮10%处理小麦叶片生物量较对照大幅增加引起的稀释作用造成的，减氮15%则因为叶片较小浓缩造成的，不施氮处理叶绿素含量最低，SPAD值最小(表7)。

表6 不同处理对小麦不同部位全氮(含硝态氮)积累量的影响

表7 不同处理对小麦不同部门叶片叶绿素含量(SPAD值)的影响

3 讨论与结论

3.1 讨论

小麦孕穗期是养分需求的高效营养期，植株较高的C、N营养有利于促进小花分化发育，减少小花退化，提高粒数，并且可在茎、鞘中暂时贮藏较多的C、N产物，为花后籽粒灌浆提供较多的物质来源，生产中常通过施用拔节肥和孕穗肥来保证小麦孕穗期的营养供应能力，实现高产优质，大量研究证明，适量增施氮肥能显著提高小麦孕穗期生物量和氮素积累量。但如果供氮过高，造成花期及花后旺长，也会造成营养物质过多滞留在营养器官中，不仅不利于产量提高和品质改善，甚至还会加重病虫害的发生和加大倒伏风险，产量还会降低，相关研究认为，施氮量与产量呈二次曲线关系。雷炳桦等认为，20%减氮结合覆盖对冬小麦的产量、氮素累积量及转移量均无显著影响，减少氮肥用量能够满足冬小麦的生长需求。本研究表明，高地力下适度减氮(减少10%、15%)能提高冬小麦营养器官生物量、氮含量和积累量；不同施氮量下，以减氮10%氮含量和积累量最好，生物量增加幅度较大。

氮素水平明显影响小麦对硝态氮的积累，随着氮肥施用量的减少，孕穗期小麦不同部位的硝态氮含量显著升高，但总体处于较低的水平。这可能是因为植物根系通过感受自身的氮素营养状况来对外界氮素供应作出反应，而植株体内的硝酸盐可能作为信号物质调节植物体内的一系列生理生化反应。一方面是因为硝态氮的流动性好，孕穗期小麦穗生长发育需要氮素，硝态氮便由茎部传导至穗；另一方面是因为硝态氮的过量吸收。累积在植物液胞中的硝态氮可作为一种内源贮存养分，在外源氮素供应不足时释放至细胞质中被植物利用。随着氮肥施用量的减少，外源氮素供应逐渐不足，此时硝态氮便成了氮素的一部分来源，供给营养器官生长发育。此外，相同处理下的叶片和叶鞘中，不管是硝态氮含量还是积累量都显著低于穗和其他部位。雷炳桦等认为，冬小麦茎基部硝态氮含量随施肥量的增加而呈直线式增加，与小麦产量有很好的相关关系，冬小麦茎基部硝态氮含量很好地反映了植株体内的氮素营养状况。本研究中，孕穗期小麦茎基部硝态氮含量与全氮含量并无显著相关性。

本研究还认为，植株个体氮素含量在孕穗期以叶片最高，这与已有研究结果一致。姜丽娜等研究认为，从空间位置看，开花期叶片及茎节氮含量和积累量均表现为随空间位置下移而降低。而本研究中并没有出现这样的规律，这可能是因为孕穗期倒2叶及叶鞘已完全伸出，但倒1叶及叶鞘还未生长完全，氮素还未转运完全。

氮素是叶绿体的主要成分之一，研究施氮量对作物体内叶绿素与SPAD值的影响具有重要意义。增施氮肥可以促进小麦叶片光合色素的合成与积累，增加叶片对光的吸收和捕获能力，促进光合作用，提高光合速率。研究认为，小麦叶片 SPAD值与叶片硝态氮含量无显著相关性，与全氮含量呈正相关，可以用 SPAD值诊断小麦的氮营养状况。本研究认为，倒2叶SPAD值大于倒3叶、倒1叶，倒1叶最低，这可能是因为倒1叶叶片还没有进入功能盛期，内部叶绿素还在合成。与正常施氮处理相比，适量减氮(减氮10%、15%)并不会使叶片中叶绿素含量明显下降。

3.2 结论

(1)施氮量明显影响小麦孕穗期生物量。与对照(正常施氮)相比，减氮10%处理叶片生物量增加幅度较大，其他部位也均有明显提高；减氮15%处理功能叶生物量下降较多，其他部位有升有降；不施氮处理整体生物量下降幅度较对照超过了70%。最终结果是减氮10%处理小麦生物量最高，其次是常规施氮处理，减氮15%和不施氮处理生物量较小。(2)施氮量对孕穗期小麦硝态氮含量的影响表现为，随施氮量减少，植株体内各部位硝态氮含量逐渐增加，但总体处于较低的水平(0.67～2.73 mg/g之间)。不同施氮量处理孕穗期植株体内全氮含量均为叶片>穗>叶鞘和其他部位。减氮影响最大的是叶片中全氮含量。减氮10%处理小麦倒1、倒2、倒3叶中全氮含量(不含硝态氮)较对照分别增加了13.0%、31.4%、10.0%；减氮15%处理小麦倒1叶、倒2叶、倒3叶中全氮含量较对照略有增加；不施氮处理小麦各部位全氮含量显著下降。说明适量减氮并不会降低孕穗期小麦主要功能叶片中全氮含量。(3)适量减氮对孕穗期小麦体内硝态氮积累量影响较小，除不施氮处理硝态氮积累量显著减少外，其他处理差异不显著。施氮量影响植物体内全氮积累量，减氮10%处理小麦倒1叶、倒2叶、倒3叶中全氮(不含硝态氮)积累量分别较对照(正常施氮)高12.2%、45.4%、31.3%，其他部位氮积累量也均较对照有所增加，其最终地上部总氮积累量较对照高22.7%，差异达到显著水平；减氮15%处理地上部各部位氮积累量与对照相比有增有减，其最终地上部氮积累量较对照减少9.8%；不施氮处理氮素积累量最少。(4)与正常施氮处理相比，适量减氮(减氮10%、15%)并不会使叶片中叶绿素含量(SPAD值)明显下降，不施氮处理叶绿素含量最小。