氮肥基追比对强筋小麦旗叶光...特性、籽粒产量和蛋白的影响_张子旋.pdf

第 46 卷第 1 期2023 年 1 月河 北 农 业 大 学 学 报JOURNAL OF HEBEI AGRICULTURAL UNIVERSITYVol.46 No.1Jan.2 0 2 3氮肥基追比对强筋小麦旗叶光合特性、籽粒 产量和蛋白的影响张子旋1,2，王艳群1，李旭光3，付 鑫1，甄文超2，门 杰1，黄媛媛1，彭正萍1,2（1.河北农业大学 资源与环境科学学院/河北省农田生态环境重点实验室，河北 保定 071001；2.华北作物改良与调控国家重点实验室，河北 保定 071001；3.河北省耕地质量监测保护中心，河北 石家庄 050052）摘要：为解决河北黑龙港地区小麦合理氮肥分配，提高产量，改善品质，提升氮肥利用效率等问题，采用田间试验和室内分析相结合的研究方法，以强筋小麦藁优 2018为供试作物，设置了不施氮肥（N0）对照，在等氮肥量下氮肥基追比 37（N1）、46（N2）、55（N3）和 64（N4）处理，研究不同氮肥基追比对轻壤质土壤上小麦光合特性、籽粒产量和蛋白的影响。结果表明：随氮肥基追比的增加，小麦旗叶净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、SPAD 值、植株干物质和氮素积累量、氮效率、籽粒产量和蛋白先增后降，旗叶胞间 CO2浓度则先降后增。N2 处理的小麦旗叶净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和 SPAD 值最高，较其他氮肥处理分别提高 1.70%10.58%、1.40%9.49%、0.81%12.36%、0.29%5.33%，胞间 CO2浓度 N2 处理最低，成熟期 N2 的干物质和氮素积累量分别较其他氮肥处理显著提升 11.77%29.58%。成熟期，N2 的籽粒产量是其他氮肥处理的 1.05 1.08 倍；N2 的氮肥偏生产力、表观回收率和农学效率显著高出其他处理 5.50%8.10%、16.15%21.23%和 19.43%30.54%；N2 籽粒的清蛋白、谷蛋白和总蛋白质含量分别增加 7.86%11.76%、3.06%8.78%和 4.73%7.22%。因此，氮肥基追比 46 可提高轻壤质土壤上强筋小麦旗叶光合特性，延缓叶片衰老，促进植株干物质和氮素的积累，籽粒蛋白的形成，提高氮效率，是值得推荐的一种氮肥合理施用方式。关 键 词：氮肥基追比；强筋小麦；光合特性；干物质积累；籽粒蛋白；氮效率中图分类号：S512.1+1 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：文献标志码：Effects of base topdressing ratio of nitrogen fertilizer on photosynthetic characteristics of flag leaves,grain yield and protein content of strong gluten wheatZHANGZixuan1,2,WANGYanqun1,LIXuguang3,FUXin1,ZHENWenchao2,MENJie1,HUANGYuanyuan1,PENGZhengping1,2（1.College of Resources and Environmental Science/Key Laboratory of Farmland Eco-Environment of Hebei,Hebei Agricultural University,Baoding 071001,China;2.State Key Laboratory of Crop Improvement and Regulation in North China,Baoding 071001,China;3.Hebei Farmland Quality Monitoring and Protection Center,Shijiazhuang 050052,China)收稿日期：2022-02-22基金项目：国家重点研发计划项目（2021YFD1901003-08）；河北省重点研发计划项目（22326401D；21327301D）；河北农业大学科学发展基金项目（JY2022006）.第一作者：张子旋（1996），女，河北承德人，硕士研究生，从事植物营养与生态环境研究.E-mail:通信作者：彭正萍（1974），女，河北怀来人，博士，教授，从事植物营养与生态环境研究.E-mail:王艳群（1979），男，河北献县人，博士，高级实验师，从事植物营养研究.E-mail: 本刊网址：http:/hauxb.hebau.edu文章编号：1000-1573(2023)01-0010-06DOI：10.13320/ki.jauh.2023.000211第 1 期人口的不断增长和人们的生活水平不断提高，导致人们对粮食需求仍处于上升趋势，小麦作为粮食作物之一，氮素是其生长的重要营养元素，合理的氮肥施用显著影响小麦生长发育1。氮素通过影响光合作用，影响有机物的合成，达到小麦增产2。光合作用对籽粒产量的贡献在 90%以上，功能叶片的光合产物是后期生殖生长的主要来源3。旗叶细胞中叶绿体数目较多，是小麦生育后期最重要的功能叶，对籽粒产量有决定性作用4。等量施氮量下，随氮肥基追比增加，小麦旗叶光合速率、叶绿素含量呈先增后降趋势5。张振等6发现，济麦 22在施氮量 240 kg/hm2，氮肥基追比例 55时显著提高冠层光能利用，促进干物质的积累与转运。小麦籽粒产量的形成与干物质积累量和转移率密切相关，花前的积累量越多，越促进向籽粒转运，有利于产量的形成7。氮素在植物体内的吸收、转运和分配是不断循环的过程，通过循环适应环境中氮素供应的形态和浓度8。氮肥的合理施用也可提高小麦的氮素积累量和蛋白组分含量，清蛋白和球蛋白增加可以提高小麦营养价值；醇溶蛋白和谷蛋白增加可以提升面团粘性、延展性9-10。为解决河北黑龙港地区小麦合理氮肥分配，提高产量，改善品质，提升氮肥利用效率等问题，本研究采用田间试验和室内分析相结合的方法，研究氮肥基追比对轻壤质土壤上强筋小麦旗叶光合特性、籽粒产量和蛋白、氮效率的影响，为该区强筋小麦针对性合理氮肥施用提供科学依据。1 材料与方法1.1 供试材料本试验在河北省邢台市宁晋县贾家口镇白木村进行，属温带大陆性季风气候，年均气温 12.8，年均降水量 449.1 mm。供试土壤为轻壤质潮土，0 20 cm 基础理化性质：有机质 20.80 g/kg、pH 8.45、全氮 1.14 g/kg、铵态氮 2.37 mg/kg、硝态氮22.57 mg/kg、有效磷 13.49 mg/kg、速效钾 143.45 mg/kg。供试作物为强筋小麦藁优 2018。供试肥料为尿素（46%N）、过磷酸钙（16%P2O5）、磷酸二铵（15%N、42%P2O5）、氯化钾（60%K2O）。1.2 试验设计试验设置5个氮肥处理，分别为不施氮肥（N0）、氮肥基追比 3 7（N1）、氮肥基追比 4 6（N2）、氮肥基追比 5 5（N3），氮肥基追比 6 4（N4），施 纯 N、P2O5、K2O 量 为 240、135、105 kg/hm2，底肥氮肥按比例同磷钾肥一并撒施于地表，进行浅旋耕后播种，第 2 年拔节期结合灌水追施剩余氮肥，Abstract:In order to solve the problems of rational nitrogen(N)distribution in Heilonggang area in Hebei Province to increase yield,quality and N use efficiency of wheat,we analyzed the effects of different N base topdressing ratios on photosynthetic characteristics,grain yield and protein content of strong gluten wheat Gaoyou 2018 in the field of the light loamy soil in the field.There were five treatments including the control without N fertilizer(N0)and four treatments with base topdressing ratio of N fertilizer 3:7(N1),4:6(N2),5:5(N3)and 6:4(N4).The results showed that there was an increase followed by a decrease of the net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatal conductance,SPAD value,plant dry matter and N accumulation,N efficiency,grain yield and protein content with the increase of base topdressing ratio of N fertilizer.While the intercellular CO2 concentration of flag leaves decreased first and then increased.The net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatal conductance and SPAD value of flag leaf were the highest under treatment N2 and showed increases by 1.70%-10.58%,1.40%-9.49%,0.81%-12.36%,0.29%-5.33%of that of the other N treatments,respectively.The intercellular CO2 concentration was the lowest under treatment N2.The dry matter and N accumulation at grain maturation stages under N2 treatment were significantly higher than that in other N treatments by 11.77%-29.58%.Grain yield under N2 treatment was 1.05-1.08 times higher than the other N treatments.Under treatment N2,N partial productivity,apparent recovery and agronomic efficiency were significantly higher than those in the other treatments by 5.50%-8.10%,16.15%-21.23%and 19.43%-30.54%.The contents of albumin,glutenin and total protein in grain also increased by 7.86%-11.76%,3.06%-8.78%and 4.73%-7.22%,respectively,under N2 treatment.Therefore,the base topdressing of N fertilizer at the ratio of 4:6 can improve the photosynthetic characteristics of flag leaves,delay leaf senescence,promote the dry matter and N accumulation of plant,increase grain protein formation and improve N efficiency of strong gluten wheat on light loamy soil.It is a recommended method for rational application of N fertilizer.Keywords:nitrogen base dressing ratio;strong gluten wheat;photosynthetic characteristics;dry matter accumulation;grain protein;nitrogen efficiency张子旋，等：氮肥基追比对强筋小麦旗叶光合特性、籽粒产量和蛋白的影响12第 46 卷河 北 农 业 大 学 学 报小区面积 48 m2，每个处理 3 次重复，随机区组排列。采用 15 cm 等行距播种小麦，播量 225 kg/hm2，其他田间管理措施同当地高产田。1.3 测定项目及方法1.3.1 旗叶光合生理特性 于挑旗期、灌浆期（开花后 15 d）上午 9:0011:00，选择每个处理的 2 株小麦主茎旗叶用 LI-6400 光合仪测定净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间 CO2浓度。利用 SPAD叶绿素仪（日本 502-plus）分别于拔节期选取新生长的完整叶片，挑旗期、灌浆期选取旗叶进行测定，每小区随机选取 3 株，测定叶片上、中、下部 3 个部位的 SPAD 值，求其平均值。1.3.2地上部干物质和氮素积累量在拔节、挑旗、灌浆期（开花后 15 d）和成熟期，各小区选取代表性 10 株小麦，于烘箱中 105 杀青 30 min 后，75 烘干至恒重，称重后粉碎，采用常规农化分析方法11测定全氮。1.3.3 籽粒产量和蛋白成分 成熟期，各小区另取2 m，6 行的小麦穗头，风干后脱粒，称取籽粒重，采用谷物水分测定仪（PM-8188）测定其含水量，最终折合为标准含水量为 12.5%的小麦籽粒产量。用连续提取法将籽粒中清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白分别提取出来12，用全自动化学分析仪测定各蛋白质组分的全氮含量，乘以系数 5.7得到各蛋白组分的含量。1.3.4 计算指标氮素积累量（kg/hm2）=干物质量 含氮浓度；氮肥表观回收率（%）=（施氮区植株吸氮量不施氮区植株吸氮量）/施氮量 100；氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区籽粒产量/施氮量；氮肥农学效率（kg/kg）=（施氮区籽粒产量不施氮区籽粒产量）/施氮量。1.4 数据分析采用 Microsoft Excel 2010 进行数据处理、绘图；用 SPSS 25.0 进行方差和相关性检验分析，利用 Duncan 法进行多重比较，P0.05。2 结果与分析2.1 氮肥基追比对小麦旗叶光合特性参数的影响图 1 表明，施氮显著增加挑旗和灌浆期小麦旗叶净光合速率；N0 N4，随着氮肥基施比例增大，各处理的小麦旗叶净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均呈“抛物线型”先增后降变化，N2 处理为拐点。挑旗期 Flagging 灌浆期 Filling挑旗期 Flagging 灌浆期 Filling挑旗期 Flagging 灌浆期 Filling挑旗期 Flagging 灌浆期 Filling旗叶蒸腾速率/(mmolm-2s-1)Transpiration rate of flag leaf旗叶胞间 CO2浓度/(molm-2s-1)Intercellular CO2 Conceentration of flag leaf旗叶气孔导度/(molm-2s-1)Stomatal conductance rate of flag leaf旗叶净光合速率/(molm-2s-1)Net photo synthetic rate of flag leaf2520151050765432100.70.60.50.40.30.20.10.0400350300250200150100500注：柱子上的不同小写字母表示相同生育时期不同处理间差异显著（P0.05），下同。图 1 氮肥基追比对小麦旗叶光合参数的影响Fig.1 Effect of base topdressing ratio of N fertilizer on photosynthetic parameters of wheat flag leaf13第 1 期张子旋，等：氮肥基追比对强筋小麦旗叶光合特性、籽粒产量和蛋白的影响挑 旗 和 灌 浆 期，与 其 他 氮 肥 处 理 相 比，N2的 旗 叶 净 光 合 速 率 分 别 提 高 4.07%9.81%、1.70%10.58%，旗 叶 蒸 腾 速 率 分 别 增 加4.15%6.27%、1.40%9.49%，气孔导度高出0.81%3.05%、6.05%12.36%。与净光合速率、蒸腾速率和气孔导度不同，挑旗和灌浆期施氮处理较 N0 降低旗叶胞间 CO2浓度 4.06%12.65%；与其他氮肥基追比处理比较，挑旗期 N2 的旗叶胞间 CO2浓度降低 0.41%3.35%，灌浆期 N3 降低2.82%6.15%，两时期各氮肥处理间胞间 CO2浓度无显著差异。各处理小麦旗叶净光合速率、蒸腾速率和气孔导度灌浆期低于挑旗期，而胞间 CO2浓度灌浆期则高于挑旗期，表明挑旗期促进小麦净光合速率和蒸腾速率，蒸腾拉力推动前期水分和营养物质的吸收和运输；灌浆期叶片逐渐转向衰老，气孔导度整体降低，蒸腾减少，光合速率减弱，消耗的胞间 CO2减少。因此可通过调节氮肥基追比提高小麦净光合速率，延缓叶片的衰老。2.2 氮肥基追比对小麦叶片 SPAD 值的影响施氮处理显著提高小麦叶片 SPAD 值，随氮肥基追比的增加小麦叶片 SPAD 值先增后降。拔节期 N1 N3 的小麦叶片 SPAD 值较 N0 显著提升10.68%12.16%，以 N2 最高，较其他氮肥处理高1.14%5.06%；挑旗期 N2 小麦叶片 SPAD 值较其他氮肥处理显著增加 0.29%3.26%，与 N3 和 N4差异显著；灌浆期小麦叶片 SPAD 值表现为 N2 较其他处理增加 0.92%5.33%，各施氮处理间差异不显著。叶片中叶绿素含量直接影响光合速率和光合产物的形成，通过调控氮肥基追比提高叶片叶绿素含量，改善旗叶光合性能，有利于粒重和产量的提升。表 1 氮肥基追比对小麦叶片 SPAD 值的影响Table 1 Effect of base topdressing ratio of N fertilizer on SPAD value of wheat leaves氮肥处理 N Treatment拔节期Jointing挑旗期Flagging灌浆期FillingN041.86b50.58d36.49bN146.42a53.71ab48.05aN246.95a53.87a50.42aN346.33a52.66bc49.96aN444.69ab52.17c47.87a注：数字后不同小写字母表示同一生育时期不同处理间差异显著性比较（PN3N1N4，氮肥处理间差异不显著；N2 的产量为其他氮肥处理的 1.05 1.08 倍。N2 的氮肥偏生产力、表观回收率和农学效率分别显著高出其他处理 5.50%8.10%、16.15%21.23%和19.43%30.54%。拔节期 Jointing 挑旗期 Flagging 灌浆期 Filling 成熟期 Maturation植株干物质积累量/(thm-2)Plant dry matter accumulation181614121086420图 2 氮肥基追比对植株干物质积累的影响Fig.2 Effect of base topdressing ratio of N fertilizer on dry matter accumulation of wheat14第 46 卷河 北 农 业 大 学 学 报拔节期 Jointing 挑旗期 Flagging 灌浆期 Filling 成熟期 Maturation植株氮素积累量/(kghm-2)Plant nitrogen accumulation250200150100500图 3 氮肥基追比对植株氮素积累的影响Fig.3 Effect of base topdressing ratio of N fertilizer on N accumulation of wheat表 2 氮肥基追比对籽粒产量和氮效率的影响Table 2 Effects of base topdressing ratio of N fertilizer on grain yield and N efficiencies of wheat氮肥处理N Treatment穗数/（104hm-2）Spike穗粒数Grains per spike千粒重/g1 000-grain weight产量/（kghm-2）Yield氮肥偏生产力/（kgkg-1）PFPN氮肥表观回收率/%NRE氮肥农学效率/（kgkg-1）NAEN0592c28.05c39.22a5 537.52c-N1689a30.37b41.39a7 700.99b32.09b26.27b9.01bN2697a32.00a42.14a8 147.79a33.95a42.74a10.88aN3657ab29.07c41.57a7 723.17b32.18b26.59b9.11bN4648b29.02c41.23a7 537.14b31.40b21.50c8.33b2.5 氮肥基追比对小麦籽粒蛋白含量的影响由 表 3 可 知，与 N0 相 比，N1 N4 显 著 提升小麦籽粒总蛋白质及各蛋白组分的含量，N2 的清蛋白、谷蛋白和总蛋白质含量较其他氮肥处理分 别 增 加 7.86%11.76%、3.06%8.78%和4.73%7.22%；N1、N2 的球蛋白和醇溶蛋白含量较其他氮肥处理增加 3.40%11.76%。说明通过调节氮肥基追比可以提升小麦籽粒蛋白含量，进而提高小麦营养和加工品质。表 3 氮肥基追比对小麦籽粒蛋白组分的影响Table 3 Effects of base topdressing ratio of N fertilizer on protein components of wheat grain氮肥处理N Treatment清蛋白/%Albumin球蛋白/%Globulin醇溶蛋白/%Gliadin谷蛋白/%Glutenin总蛋白质/%ProteinN01.86c1.07b3.19b3.65b10.74cN12.25ab1.52a3.97a4.54a13.16bN22.47a1.44a3.95a4.71a13.96aN32.29ab1.39a3.82a4.57a13.33bN42.21b1.36a3.69ab4.33a13.02b3 讨论与结论氮肥运筹是调节小麦群体生育的重要技术手段，对小麦群体性状及产量形成具有重要影响13，不同地区和不同小麦类型氮肥施用方式存在明显差异。张向前等14表明，相同施氮量下，氮肥基追比 64时，宁麦 13表现出较高的叶片叶绿素含量和净光合速率。李鹏等15发现，氮肥基追比 55 时新冬 22小麦旗叶净光合速率较高，促进灌浆期光合和干物质积累，有利于在花后保持较高叶绿素。张娟等16表明，氮肥基追比55的处理提高开花后 济麦 22 的干物质积累并促成产量。姜丽娜等17报道，氮肥基追比 37 的处理可推进百农矮抗 58的干物质积累与转运，提高产量。本试验中，随氮肥基追比的增加，藁优 2018小麦叶片光合特性、植株干物质积累及籽粒产量性状均呈先增后降的趋势，氮肥基追比 46 时显著促进旗叶对胞间 CO2的同化，提高净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，增加干物质的积累量，成熟期籽粒产量是其他氮肥处理的 1.05 1.08 倍，氮肥偏生产力、表观回收率和15第 1 期农学效率显著高出其他氮肥处理 5.50%30.54%。这是因为适当增加追肥比例，有利于延长叶片功能期，延缓植株衰老，保持了相对较高的光合特性，促进干物质的合成和转运，并提高产量和氮效率。氮肥是影响小麦品质最为活跃的因素，各地区不同类型小麦的氮素积累受氮肥施用方式影响显 著18。刘万代等19指出，多穗型小麦在氮肥基追比 37 55 时可提高面团的弹性和延伸性。杜世州等20得到，随氮肥追施比例的增加小麦籽粒蛋白质含量增加，且在基追比为 46 55 时籽粒蛋白质含量较高。本文在河北黑龙港地区总施氮量 240 kg/hm2时，氮肥基追比为 46 时藁优2018的氮素积累较多，总蛋白含量较其他氮肥处理显著增加 4.73%7.22%，蛋白组分含量也相对较高，说明适当增加拔节肥比例有利于提高氮素的吸收与利用，促进氮素的积累和转运，有利于籽粒蛋白的合成，提高其含氮量。基施氮肥过少限制前期生长发育，不利于小麦的分蘖，基施氮肥过大在后期氮素营养水平急剧下降，又易出现脱肥；适当增加拔节肥比例可有效提高小麦穗粒数和产量，使小麦全生育期都能维持较高的氮素水平，有利于产量和品质的形成，实现高产优质高效的目标。综上所述，小麦旗叶光合特性、植株地上部干物质和氮素积累量、籽粒产量和蛋白含量均随相同施氮量下氮肥基追比的增加先增后降，河北省黑龙港轻壤质小麦种植区氮肥基追比 46 时藁优 2018的光合特性表现良好，促进干物质和氮素积累，有利于提高产量和氮效率，改善籽粒蛋白含量。参考文献：1 彭正萍,刘亚男,李迎春,等.持续氮素调控对小麦/玉米轮作系统氮素利用和表观损失的影响J.水土保持学报,2015,29(6):74-79.2 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