氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶氮同化及水氮利用效率的影响
- 格式：pdf
- 大小：435.82 KB
- 文档页数：5
２０１５年８月灌溉排水学报Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｒａｉｎａｇｅ 第３４卷第８期 文章编号：１６７２－３３１７（２０１５）０８－００１２－０５氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶氮同化及水氮利用效率的影响王志强，梁威威，徐心志，辛泽毓，林同保（河南农业大学农学院／河南粮食作物协同创新中心／省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室，郑州４５０００２）摘 要：为建立冬小麦节水高产栽培技术，以周麦２２为材料，通过大田试验研究了氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶氮同化及水氮利用效率的影响。
结果表明，限制灌溉条件下增施氮肥能增加旗叶中全氮量和叶片相对含水率，同时能增加灌浆期旗叶谷氨酰胺合成酶（ＧＳ）活性，ＧＳ２的转录水平有明显提高；与灌浆期灌水相比，拔节期灌水处理的小麦氮素代谢强度较高，但不显著。
从产量和水肥利用效率来看，增施氮肥能增加小麦产量和水分利用效率，但氮肥利用效率不高；与灌浆期灌水相比，拔节期灌水小麦产量和水肥利用效率明显较高。
一定范围内增施氮肥或灌水时期适当提前能明显增强限制灌溉下小麦氮代谢水平，提高产量和水分利用效率。
关 键 词：冬小麦；氮肥；限制灌溉；氮同化；谷氨酰胺合成酶；水氮利用效率中图分类号：Ｓ５１２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０８．００３王志强，梁威威，徐心志，等．氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶氮同化及水氮利用效率的影响［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１５，３４（８）：１２－１６．０ 引 言华北平原小麦产量占中国小麦总产的６０％以上［１］，是我国重要小麦产区。
但小麦生长季节降水偏少，小麦对灌溉依赖性很强，且该区水资源相对匮乏，灌溉水利用效率不高，一些地方由于过量开采地下水而引发了较为严重的生态环境问题。
如何在维持现有小麦产量不变或稍增的前提下，降低灌水量对于该区小麦可持续生产及农业生态环境保护具有重要意义。
非充分灌溉引起的光合速率下降是小麦减产的主要原因［２］，研究表明，光合速率下降与叶片氮素有直接关系［３］，增加叶片氮素可增强植物对干旱的适应［４］。
由此推测，增强氮素供应和提高同化效率可降低小麦限制灌溉引起的产量损失，但目前为止，仍缺乏直接的试验证据。
谷氨酰胺合成酶（ＧＳ）是植物氮同化关键酶［５］，可作为衡量植物氮营养状况一个重要指标［６］。
植物体内存在２种ＧＳ同工酶，尽管对其研究较多，但其具体功能及调控研究还有很多空白。
为此，主要研究限制灌溉条件下氮肥水平对小麦旗叶氮同化及水氮利用效率的影响，并通过检测ＧＳ活性和基因表达情况，阐明限制灌溉条件下氮肥供应与小麦ＧＳ表达、氮同化、水氮利用、产量形成等重要过程的关系，为小麦节水栽培和抗旱调控提供理论依据。
１ 材料与方法试验于２０１２—２０１３年在河南农业大学科教园区进行。
试验地土壤为壤土，前茬作物为玉米，收获后秸秆还田。
０～２０ｃｍ土壤有机质质量分数１１．３ｇ／ｋｇ，全氮质量分数０．８１ｇ／ｋｇ，速效氮质量分数９３．７４ｍｇ／ｋｇ，速效磷质量分数５７．６２ｍｇ／ｋｇ，速效钾质量分数８４．５８ｍｇ／ｋｇ，ｐＨ值７．１９，土壤最大田间质量持水率为１８．２３％， 收稿日期：２０１５－０３－２６ 基金项目：国家自然科学基金项目（Ｕ１２０４３１４）；公益性行业（农业）科研专项（２０１２０３０７７）；国家科技支撑计划项目（２０１３ＢＡＣ０９Ｂ０１） 作者简介：王志强（１９７８－），男，河南辉县人。
副教授，博士，主要从事作物节水栽培与抗旱生理研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｚｑ７８＠１６３．ｃｏｍ 通讯作者：林同保（１９６２－），男，河南武陟人。
教授，主要从事作物节水技术研究。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｎｌａｂ＠１６３．ｃｏｍ２１整个小麦生育期内有效降水量为１１３ｍｍ，其中越冬前３６．４ｍｍ，越冬到返青期１８．５ｍｍ，返青到抽穗期４２．２ｍｍ，抽穗到成熟期１５．９ｍｍ。
供试小麦品种为周麦２２。
试验采取裂区设计，３次重复，主区为３个水分处理：正常灌水（ＣＫ，灌拔节水和灌浆水２次）、只灌拔节水（Ｊ）、只灌灌浆水（Ｇ），每次灌水量为６０ｍｍ，用水表计量；副区为３个氮肥处理，氮肥（按纯氮计）用量分别为：０ｋｇ／ｈｍ２（Ｎ０）、１２０ｋｇ／ｈｍ２（Ｎ１）和２４０ｋｇ／ｈｍ２（Ｎ２），基追比为１∶１，小麦拔节期追肥。
小区面积１２ｍ２（５ｍ×２．４ｍ），小区间设１ｍ隔离带，减少水分侧渗影响。
从花后第７ｄ开始，每周取旗叶烘干称质量，成熟期分器官烘干称质量，采用半微量凯氏定氮法测定全氮量；从花后第５ｄ开始，每５ｄ采用Ｗａｎｇ等［７］方法测定旗叶相对水量；从花后第５ｄ开始，每５ｄ测定ＧＳ活性，分析ＧＳ同工酶基因表达量，ＧＳ活性测定采用Ｗａｎｇ等［７］方法，１个ＧＳ活性单位定义为每分钟于３７℃产生１μｍｏｌ的γ－谷氨酰异羟肟酸所需的酶量，ＧＳ同工酶基因表达量分析采用荧光定量ＰＣＲ［８］；成熟期，各小区分别随机取１ｍ２样方，实打测产并调查产量３要素；采取水分平衡法测定小麦耗水量，依经济产量计算水分利用效率和氮肥偏生产率；采用ＤＰＳ ７．０５和Ｅｘｃｅｌ ２０１０进行数据分析和作图。
２ 结果与分析２．１ 氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶全氮量影响从图１可以看出，随灌浆推进，小麦旗叶全氮量逐渐降低，花后２７ｄ下降加快；花后７ｄ，处理间差异较小，平均值表现为：ＧＮ１处理＞ＪＮ１处理＞ＣＫＮ１处理＞ＣＫＮ２处理＞ＣＫＮ０处理＞ＧＮ２处理＞ＪＮ２处理＞ＪＮ０处理＞ＧＮ０处理；在花后１２ｄ，处理间差异变大，ＣＫ中的Ｎ１和Ｎ２处理显著高于其他处理，ＣＫ中的Ｎ０处理最低，其他２个水分处理均表现为Ｎ２处理最高，Ｎ０处理最低；花后１７ｄ，平均值表现为：ＣＫＮ２处理＞ＣＫＮ１处理＞ＧＮ２处理＞ＪＮ２处理＞ＧＮ１处理＞ＧＮ０处理＞ＪＮ１处理＞ＪＮ０处理＞ＣＫＮ０处理；花后２２ｄ，平均值表现为：ＣＫＮ１处理＞ＣＫＮ２处理＞ＧＮ１处理＞ＧＮ２处理＞ＧＮ０处理＞ＪＮ２处理＞ＪＮ１处理＞ＪＮ０处理＞ＣＫＮ０处理；花后２７ｄ，平均值表现为：ＣＫＮ２处理＞ＣＫＮ１处理＞ＧＮ１处理＞ＪＮ２处理＞ＪＮ１处理＞ＧＮ２处理＞ＧＮ０处理＞ＣＫＮ０处理＞ＪＮ０处理；花后３２ｄ，平均值表现为：ＣＫＮ１处理＞ＣＫＮ２处理＞ＧＮ１处理＞ＧＮ０处理＞ＧＮ２处理＞ＪＮ０处理＞ＪＮ１处理＞ＣＫＮ０处理＞ＪＮ２处理。
图１ 冬小麦旗叶全氮量图２ 冬小麦旗叶相对含水率１３２．２ 氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶相对含水率的影响从图２可以看出，小麦旗叶相对含水率随灌浆推进，呈先降再升然后急剧下降的趋势，花后２５ｄ之前，旗叶相对含水率下降较缓慢，处理间差异较小，呈不规律性变化；在花后３０ｄ急剧下降，达较低水平；在３０ｄ时，处理间差异显著，ＣＫ各处理显著高于其他２个水分处理；不同氮肥水平下，表现为Ｎ２处理＞Ｎ１处理＞Ｎ０处理。
２．３ 氮肥对限制灌溉下冬小麦旗叶ＧＳ总活性的影响ＧＳ酶活性是反映植物氮代谢的重要指标之一，由图３可知，随灌浆推进，小麦旗叶ＧＳ酶活性不断降低。
不同处理间均表现为，ＧＳ酶活性随施氮量的增加而增加，随灌水次数和灌水量的增加而增加；不同灌水时期ＧＳ酶活性表现为灌拔节水小于灌灌浆水。
图３ 冬小麦旗叶ＧＳ总活性图４ 冬小麦旗叶ＧＳ基因表达２．４ 氮肥水平对限制灌溉下冬小麦旗叶ＧＳ基因表达的影响从图４可以看出，在不同水氮条件下，ＧＳ１和ＧＳ２基因表达差异较大。
ＧＳ１基因表达量在正常灌水条件下，整体上随施氮量的增加而降低；只灌拔节水时，开花后不同时间表现不一，整体上前期随施氮量增加而增加，后期随施氮量增加先增后降；只灌灌浆水时，花后不同时间表现差异较大。
ＧＳ２基因表达量在前期变１４化幅度不大，在后期表达量骤然下降。
正常灌水条件下，前期随施氮量增加而降低，后期随施氮量增加而增加；只灌拔节水时，不稳定地表现为随施氮量增加ＧＳ２表达量下降；只灌灌浆水时，增施氮肥增加了ＧＳ２的表达量。
２．５ 氮肥对限制灌溉下冬小麦各器官全氮量的影响从表１可知，小麦收获期，叶片全氮量依然较高，其次是叶鞘，茎秆中全氮量最低；正常灌水条件下，茎秆中氮素的积累是随施氮量的增加而增加，限制灌水条件下，茎秆全氮量随施氮量增加呈先升后降趋势；小麦叶片全氮量受灌水和施氮量影响较为复杂，正常灌水条件下，均值表现为：Ｎ０处理＞Ｎ２处理＞Ｎ１处理，只灌拔节水，表现为随施氮量增加而升高，只灌灌浆水，表现为随施氮量增加先升再降；小麦叶鞘中的全氮量和叶片相似。
穗部的３个主要器官全氮量均值表现为：籽粒＞颖壳＞穗轴；正常灌水下，籽粒、穗轴和颖壳均呈先升后降的趋势，只灌拔节水，籽粒全氮量随施氮量的增加先升后降，颖壳表现为先降后升，穗轴表现为随施氮量的增加而降低；只灌灌浆水，均表现为随施氮量的增加而增加。
表１ 氮肥对限制灌溉下冬小麦各器官全氮量的影响 ｇ／ｋｇ处理茎叶鞘颖壳籽粒穗轴ＣＫＮ０ ２．８９±０．４０ １０．６９±０．４６ ５．８８±０．５３ ８．２６±０．７３ ２１．７５±０．９２ ４．４８±０．１３ＣＫＮ１ ３．３１±０．２０ ７．２３±０．３３ ３．１３±０．３３ １０．７３±０．２６ ２４．７８±０．３３ ５．８３±０．３３ＣＫＮ２ ３．８７±０．２０ ８．４９±０．４０ ４．４８±０．３９ １０．１３±０．３３ ２３．９９±０．４０ ４．４３±０．２０ＪＮ０ ３．１３±０．４６ ８．６８±０．１３ ４．７６±０．１３ ９．４７±０．２０ ２３．９９±０．１３ ５．５１±０．１１ＪＮ１ ３．８３±０．１３ ９．０５±０．１３ ５．２７±０．３３ ８．７７±０．２６ ２４．７３±０．１３ ４．７１±０．３９ＪＮ２ ３．５９±０．２０ ９．５２±０．５３ ６．１６±０．２６ １２．５１±０．４０ ２３．８０±０．１３ ４．５３±０．０７ＧＮ０ ３．５０±０．３３ ９．１０±０．０７ ４．２９±０．５６ ８．９１±１．１２ ２４．０３±０．３３ ５．８３±０．０６ＧＮ１ ４．２９±０．５３ ９．３３±０．４０ ４．３９±０．４０ １１．２９±０．１３ ２５．７６±０．０７ ５．８８±０．１３ＧＮ２ ４．１５±０．３３ ９．０５±０．１３ ４．０１±０．４０ １３．５３±０．０７ ２６．６５±０．２０ ６．０２±０．０７２．６ 氮肥水平对限制灌溉下冬小麦产量及水氮利用率的影响从表２可以看出，不同水分条件下，小麦产量均表现为随施氮量的增加而增加；相同施氮水平下，随灌水次数的增加而增加；相同灌水次数下，拔节水小麦产量高于灌浆期；小麦水分利用效率随施氮量的增加而提高，相同施氮水平下，随灌水次数和灌水量增加而降低，且随灌水时期提前而提高；氮肥偏生产率随施氮量的增加而下降，随灌水次数的增加而增加；在正常灌水下氮肥偏生产率先升后降。
