氮素形态对不同专用型小麦根系及氮素利用率影响的研究

氮素形态对不同专用型小麦根系及氮素利用率影响的研究*
马新明
**
王志强 王小纯 王书丽
(河南农业大学农学院,郑州450002)
=摘要> 采用盆栽方法研究了3种氮素形态对不同专用型小麦根系及氮素利用率的影响.结果表明,拔节期以后,强筋型小麦豫麦34在酰胺态氮处理下,根系生物量、根系活力、氮素利用率、氮收获指数和籽粒蛋白质含量最高,铵态氮处理次之,硝态氮处理最低.中筋型小麦豫麦49的各测定指标以铵态氮处理最高,其它指标在酰胺态氮和铵态氮间的趋势不同;弱筋型小麦豫麦50在酰胺态氮处理下各项指标最高,而铵态氮处理下蛋白质含量最低,符合品种优质和专用.氮收获指数与籽粒蛋白质含量之间呈现极显著正相关.
关键词 氮素形态 专用型小麦 根系 氮素利用率
文章编号 1001-9332(2004)04-0655-04 中图分类号 S14311 文献标识码 A
Effects of nitrogen form s on roots and N fertilizer efficiency of dif ferent wheat cultivars with specialized end -uses.M A Xinming,WAN G Zhiqiang ,WAN G Xiaochun,WAN G Shuli(College of A grono my ,H enan A gricul -tural Univer sity ,Zhengz hou 450002,China).-Chin.J.A p p l.Ecol .,2004,15(4):655~658.A pot experiment sho wed that under NH 2-N treatment,strong g luten w heat Yumai 34had the highest root bio mass,root activity,N use efficiency,N harv est index and gr ain protein content,but all of t hese w ere the lowest under N O -3-N treatment.F or the medium g luten wheat Yumai 49,the items measured w ere the highest under NH +
4-N treatment,but not the same trend under NO -3-N and NH 2
-N tr eatments.F or the weak gluten wheat Yumai 50,N H +
4-N treatment was the best for its top quality and specialized end -uses.T here was a significant re -lationship between g rain protein content and N harvest index.
Key words Nitrog en form,W heat wit h specialized end -uses,Roo t system,N use efficiency.
*国家863项目(2001AA115380)和河南省高校科技人才创新工程资助项目(2002KJCX05).**通讯联系人.
2002-09-02收稿,2003-07-21接受.
1 引 言
根系是小麦重要的营养器官,其发育的好坏直接影响着地上部的形态建成及籽粒产量和品质性状.近年来,对小麦根系的研究已成为小麦高产、优
质栽培的一个较为活跃的研究领域.如在马元喜等
[7]
研究根系形态的分布特征、不同单位根的功能
及分组、根系主要生态效应的基础上,张和平等
[12]
系统阐述了不同环境条件下小麦根系的发育、建成与分布规律;梁银丽等[2]研究了肥水措施对根系生长的生态生理效应;李金才等[4]、石岩等[8]分别就渍水和施肥深度对小麦根系衰老的影响进行了研究;刘殿英等
[5]
研究了根系和植株地上部有关性状
间的相关性;王志芬等[9]
比较深入地研究了根系吸
收肥水的模式、根系活力变化等;朱云集等[14]
、肖玲
等[10]又进一步研究了根中蛋白质等物质的代谢及其组分变化、根膜透性、根细胞器的特性、生长调节
剂对根系生长的影响及应用,以及逆境生态条件对根系形态结构的影响.但不同氮素形态对小麦根系
发育特性、氮素利用效率及籽粒蛋白质含量的影响,特别是对不同专用型小麦品种影响的研究还未见有报道.因此,于2000~2002年分别设置试验较系统地研究了不同氮素形态对不同专用型小麦品种根系发育、氮素利用率和籽粒蛋白质含量的影响,旨在为优质专用型小麦的根系调控、科学合理施肥提供理论依据和技术指导.2 材料与方法
211 材料与处理
试验采用盆栽的方法,于2000~2002年连续在河南农业大学校内试验站进行.试验土壤的养分含量分别为:有机质0198@104mg #kg -1,全氮9186@102mg #kg -1,碱解氮72147mg #kg -1,速效磷25143mg #kg -1,有效钾2159@102
mg #kg
-1
,装土前过筛,每盆装土18kg(盆钵直径30cm,
深40cm).于10月15日统一播种,每盆播种14粒,5叶期
应用生态学报 2004年4月 第15卷 第4期 CHIN ESE JO UR NAL OF A PPL IED ECOLO GY,Apr.2004,15(4)B 655~658
定苗,每盆定7株.定期灌水,各处理保持一致的土壤相对含水量.
试验以强筋型小麦品种豫麦34、中筋型小麦品种豫麦49和弱筋型小麦品种豫麦50为材料.设置的3种氮素形态为:硝态氮N O-3-N(分析纯N aNO3)、铵态氮NH4+-N(分析纯NH4HCO3)和酰胺态氮NH2-N(分析纯尿素).每盆分别施纯氮511g,K2O313g和P2O5219g,磷、钾肥于播种期一次性施入,氮肥按7B3的比例分别于播种期和拔节期施入.共设9个处理(表1),完全随机排列,重复10次.
表1N素形态与不同专用型小麦处理组合
Table1Combination of N forms and wheat cultivars with specialized end-uses
品种Cultivars
处理Treatments
NO-3
-N(B1)
NH4+
-N(B2)
NH2
-N(B3)
豫麦34Yumai34(A1)1(A1B1)4(A1B2)7(A1B3)
豫麦49Yumai49(A
2
)2(A2B1)5(A2B2)8(A2B3)
豫麦50Yumai50(A
3
)3(A3B1)6(A3B2)9(A3B3)
212研究方法
21211根系活力与生物量分别于越冬期、拔节期、开花期、灌浆期和成熟前期冲根,取根尖处5cm,采用T T C还原法[13]测定根系活力.将剩余根系连实验用根一起在105e 下20min,然后在80e下烘至恒重,千分之一天平称重,计算根系生物量,装袋保存.
21212全氮与籽粒蛋白质含量成熟期取小麦根系与地上部茎、叶、鞘、穗和籽粒分别放置,在80~100e下烘至恒重,用半微量凯氏定氮法[9]测定各器官中全氮,籽粒中全氮乘以蛋白系数[3],得蛋白质含量.
21213收获指数(HI)收获指数=籽粒生物量/地上部生物量
21214氮素利用率(NFE)和氮收获指数(NHI)分别按下式计算.
氮素利用率(%)=地上部积累的氮素量/(土壤中原有氮素量+施入氮素量)
氮收获指数=籽粒中积累的氮素量/地上部积累的氮素量
3结果与分析
311不同氮素形态对不同专用型小麦根系生物量的影响
从表2可以看出,氮素形态对不同专用型小麦根系生物量影响的趋势相同,但强度不等.强筋型品种豫麦34在3种氮素形态处理下,根系生物量差异明显,特别是拔节期至灌浆期,酰胺态氮处理下,根系生物量明显高于铵态氮和硝态氮处理.其中,酰胺态氮处理根系生物量为21809g#株-1,分别比铵态氮和硝态氮处理高01449g#株-1和01773g#株-1;拔节期以前,3种氮素形态处理对中筋型品种豫麦49根系生物量的影响差异不大,之后,出现明显分异,并以铵态氮处理的生物量最高,达31516g#株-1,硝态氮处理最低,为21404g#株-1,酰胺态氮处理居中,为31217g#株-1;除越冬期外,弱筋型品种豫麦50在3种氮素形态处理下,根系生物量差别明显,其大小顺序为酰胺态氮>铵态氮>硝态氮,最大根系生物量分别为31892、31422和21728g#株-1.通过差异性显著检验可知,3种氮形态对不同专用形小麦根系生物量的影响达到了显著水平. 312氮素形态对不同专用型小麦根系活力的影响试验结果表明,小麦一生中根系活力的变化趋势是:前期小,拔节期大,之后又小.但是不同专用型小麦在不同氮素形态影响下根系活力不尽相同.强筋型豫麦34的根系活力在越冬期表现为:铵态氮>酰胺态氮>硝态氮,但在拔节期以后,均以酰胺态氮处理最高,铵态氮次之,硝态氮最低.拔节期,酰胺态氮处理根系活力为49111917L g TTC#g-1#h-1,分别比铵态氮和硝态氮高出42121和44186个活性单位.中筋型豫麦49在铵态氮处理下,越冬期根系活力较小,分别比硝态氮和酰胺态氮处理低157152和102121个活性单位,但拔节期之后,均以铵态氮处理的根系活力最高,酰胺态氮次之,硝态氮最低,其中,拔节期铵态氮处理根活力为663108L gTT C# g-1#h-1,分别比硝态氮和酰胺态氮处理高156129和133145个活性单位.弱筋型豫麦50在越冬期根系活力以硝态氮处理最高,酰胺态氮次之,铵态氮处理最低.拔节期以后,3种不同氮素形态对根系活力的影响差异一致,均表现为酰胺态氮>硝态氮>铵态氮.其中,拔节期酰胺态氮处理为7671761L g TTC#g-1#h-1,分别比硝态氮和铵态氮高400107和257168个活性单位.并且各专用型小麦品种在不同氮素形态处理下均达到了显著水平.
表2氮素形态对不同专用型小麦根系生物量的影响(g#plant-1) Table2Effects of N forms on root biomass of different wheat cultivars with specialized end-us es
品种
Culti v ars
氮素形态
N forms
越冬期
Over-
winteri ng
stage
拔节期
Jointing
stag e
开花期
Flowering
stage
灌浆期
F i lling
stage
成熟期
Ripeni ng
st age
豫麦34NO
3
-N0121601798116952103601860
Yum ai34NH+4-N01541b01973b11821b21360b01810a NH2-N01554b11191c21032c21809c11691b
豫麦49NO-
3
-N01328a11000a11938a21404a01377a Yum ai49NH+4-N01588b11024a21764c31516c01845c NH2-N01503b11028a21367b31217b01509b 豫麦50NO-3-N01334a01944a21071a21728a01975a Yum ai50NH+4-N01455b11382b21548b31422b11752b NH2-N01408b11559c21950c31892c21010c 注:同一栏内标相同字母的平均值表示经方差分析差异不显著,P=0105. Note:Di f fe rence betwee n average v a lue s marked with the same le t ter in one co-l umn is no t si g nificant.P=01051下同T he same bel ow.
656应用生态学报15卷
表3氮素形态对不同专用型小麦根系活力的影响(L gTTC#g-1# h-1)
Table3Effects of N forms on root activity of different wheat cultivars with specialized end-uses
品种Cultivars 氮素形态
N forms
越冬期
Ove-r
w intering
stage
拔节期
Jointing
stage
开花期
Flow ering
stage
灌浆期
Filling
stage
成熟期
Ripening
stage
豫麦34NO-3-N2461717a4461335a3781500a881369a581291a
Y u mai34NH+4-N3971933b4481978a4001874b1041820b701134b NH2-N2781113a4911192b4181657c1141754c921169c
豫麦49NO-3-N4281025c5061786a2541492a1161932a931180a
Y u mai49NH+4-N2701501a6631080c3541440c1411700b1291784c NH2-N3721711b5291086b3161649b1221141a1031577b
豫麦50NO-3-N2781640c5101086b2361278b1441619a1091085a
Y u mai50NH+4-N1261150a3671691a1981657a1351396a1061577a NH2-N2181965b7671761c2651431c1861542b1351219b
313氮素形态对不同专用型小麦收获指数、氮素利用率和氮收获指数的影响
氮素利用率(NFE)和氮收获指数(NH I)分别标志着氮素同化及其在籽粒中分配的效率,收获指数(H I)标志着干物质在籽粒中的分配效率.不同专用型小麦品种在不同氮素形态处理下,NFE、NHI和H I的表现不同.在酰胺态氮处理下,强筋型小麦豫麦34的NFE最高,铵态氮次之,硝态氮最低,分别为25147%、25104%和23120%;NH I与NFE表现趋势相同.其中酰胺态氮为01596,分别比硝态氮和铵态氮处理增加了01053和01031;收获指数H I表现为酰胺态氮(0135)>硝态氮(0133)>铵态氮(0132).中筋型小麦豫麦49在3种不同氮素形态下,NH I和NFE表现相同的趋势(表4),即铵态氮>硝态氮>酰胺态氮;收获指数在铵态氮下最高,为0129,硝态氮最低,为0127,酰胺态氮居中,为0128.弱筋型小麦豫麦50在3种氮素形态条件下,NFE、NH I和HI均表现出相同的趋势,酰胺态氮最高,硝态氮次之,铵态氮最低.
314氮素形态对不同专用型小麦籽粒蛋白质含量的影响
从表5可以看出,不同专用型小麦在不同氮素形态处理下,籽粒蛋白质含量不同.强筋型小麦豫麦34在酰胺态氮影响下,籽粒中蛋白质含量最高,达16123%,分别比硝态氮和铵态氮提高了2158和2145个百分点.中筋型小麦豫麦49在铵态氮下籽粒蛋白质含量最高,硝态氮次之,酰胺态氮最低,分别为15131%、15110%和12188%.弱筋型小麦豫麦50在酰胺态氮处理下,籽粒中蛋白质含量为16127%,分别比硝态氮和铵态氮处理提高1310%和5717%;在铵态氮下,籽粒蛋白质含量为10132%,分别比硝态氮和酰胺态氮降低了2813%和表4氮素形态对不同专用型小麦收获指数、氮素利用率和氮收获指数的影响
Table4Effects of N forms on harvest index,N fertilizer efficiency and N harvest index of different wheat cu ltivars with specialized end-uses 品种
Cultivars
氮素形态
N forms
收获指数
Harvest
index
氮素利用率
N ferti lizer
efficiency(%)
氮收获指数
N harvest
index
豫麦34NO-3-N0135b23120a01543a Yumai34NH+4-N0132a25104b01565b
NH2-N0133a25147b01596c
豫麦49NO-3-N0127a20179a01577a Yumai49NH+4-N0128a b22172b01580a
NH2-N0129b20153a01574a
豫麦50NO-
3
-N0129b22158b01531b Yumai50NH+4-N0127a20175a01345a
NH2-N0133c23124b01574b
表5氮素形态对不同专用型小麦子粒蛋白质含量的影响(%) Table5Effects of N forms on grain protein content of different wheat cultivars with specialized end-uses
氮素形态
N forms
豫麦34
Yumai34
豫麦49
Yumai49
豫麦50
Yumai50 NO-3-N13165a15110b14140b
NH+4-N13178a15131b10132a
NH2-N16123b12188a16127c 3616%,表明不同氮素形态对同一专用型小麦品种蛋白质含量的影响不等.
315籽粒蛋白质含量与收获指数、氮素利用率和氮收获指数的相关性分析
籽粒蛋白质含量与收获指数、氮素利用率和氮收获指数之间均呈正相关关系,相关系数分别为013744、015296和018389,经显著性测验,籽粒蛋白质含量和NH I之间为极显著相关,与HI和NFE相关不显著.
4讨论
根系作为小麦重要的营养器官,与地上部关系密切,其数量的多少和活性的高低直接影响着地上部的生长发育,以及籽粒产量和品质的形成[6].氮素是影响小麦最活跃的外界因素[1,11],氮素的施用已经成为调控小麦产量和品质最主要的途径和手段.试验结果表明,不同氮素形态对不同专用型小麦根系及籽粒蛋白质含量影响不同,对根系的影响主要表现在根系生物量和根系活力,强筋型小麦在酰胺态氮影响下,根系数量大且活性强,对营养元素吸收强烈,地上部同化积累的氮素增加,氮素利用率相应提高,对籽粒增氮具有重要的作用,从而有效地提高小麦籽粒中蛋白质含量;中筋型小麦豫麦49和弱筋型小麦豫麦50分别在铵态氮和酰胺态氮影响下,表现出类似的趋势,籽粒蛋白质含量较高.根系生物量、根系活力、氮素利用率和籽粒蛋白质含量四者之
657
4期马新明等:氮素形态对不同专用型小麦根系及氮素利用率影响的研究
间表现出很强的一致性.
不同专用型小麦对籽粒蛋白质含量的要求不同,要使专用型小麦优质专用,必须使籽粒蛋白质含量保持在一定的范围内.强筋型豫麦34属于面包专用小麦,对蛋白质含量要求较高,在施用酰胺态氮下,能满足其专用型的要求;中筋型豫麦49属于馒头、面条专用小麦,对蛋白质含量要求一般,为提高其营养品质,在施用铵态氮下比较理想.弱筋型豫麦50属于饼干专用小麦,对蛋白质含量的要求较低,虽然在施用酰胺态氮下蛋白质含量较高,但不能满足其专用型的要求,在施用铵态氮时,籽粒蛋白质含量较低,能够实现该品种的优质专用.因此,在实际生产中,要实现专用型小麦优质专用,就必须实行良种良法配套,特别是科学合理的氮肥运筹.
氮收获指数作为衡量氮素在籽粒中分配效率的指标,与籽粒蛋白质含量之间呈现极显著正相关.由此可见,在开花灌浆以后,能够保持叶片和茎秆向籽粒高强度的物质运转,对于提高氮收获指数和籽粒蛋白质含量具有十分重要的作用.本试验结果还表明,不同专用型品种在不同氮素形态处理下,蛋白质含量不同,特别是弱筋型豫麦50变化幅度较大,蛋白质含量的变化范围为10132%~16127%.所以结合实际生产需要,施用不同氮素形态可以使同一专用型小麦具有不同的蛋白质含量,从而实现同一品种的多种用途.另外,籽粒蛋白质含量高的氮素形态处理,收获指数不一定高.可以推测,要以小麦产量为目标,就必须进行氮肥施用类型的调整,选择收获指数高的氮素形态.豫麦34宜用硝态氮,而豫麦49和豫麦50宜用酰胺态氮.
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作者简介马新明,男,1963年生,博士,教授,主要从事作物生理生态和作物模型研究,发表论文50余篇.E-mail:xin-ming ma@
658应用生态学报15卷。