春性和半冬性小麦氮效率差异与调控效应比较研究

发布时间：2018-12-06 19:12

【摘要】：多年来,我国粮食生产受到种植面积和单位面积生产能力的制约,在耕地面积不断减少的背景下,为保障粮食总产量的供需平衡,需以提高单位面积粮食产量为目标,为此造成了化肥用量逐年增加。过量施肥不仅增加农业物质投入成本,同时也造成环境污染,土壤出现板结、酸化,生产条件恶化；如何在提高产量的同时,注意保护自然环境,提高肥料利用效率,已是我国农业科技工作者所关注的热点。2015年农业部提出了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》,说明科学合理施用氮素,已成为我国农业发展的关键。本研究于2012-2014年度在扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室试验场进行,以江苏省推广应用的6个半冬性小麦品种和9个春性小麦品种为试验材料,研究春性和半冬性两类型小麦氮素吸收利用、氮效率特征、生理特性、群体特征之间的差异性；采用三因素裂区设计,以两类型品种为主区,氮肥施用量为副区,氮肥运筹比例为裂区,分析施氮量和氮肥运筹比例对春性和半冬性类型小麦氮效率特征、产量和品质的调节效应、群体质量指标和生理特性的影响,并探索不同类型相应小麦品种的优质高产氮肥高效利用施肥模式。主要研究结果如下：1、半冬性小麦和春性小麦类型间氮效率存在差异,半冬性小麦氮肥吸收效率(NUEa)显著高于春性小麦,两年度分别高于春性小麦12.19%、15.48%。氮肥当季利用率(NUR)、氮肥生产效率(NGPE)、氮肥农学效率(NAE)、氮肥生理效率(NPE)及氮收获指数(NHI)也表现为半冬性小麦较高。2、半冬性和春性小麦类型之间氮代谢关键酶活性存在差异,半冬性小麦灌浆期旗叶及籽粒中的硝酸还原酶(NR)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酰胺合成酶(GS)等酶活性均高于春性小麦；籽粒中谷丙转氨酶(GPT)活性在籽粒形成期(开花至花后14天)高于春性小麦。半冬性小麦品种中,旗叶和籽粒GS活性与氮素生理效率NPE呈显著或极显著正相关,与NAE、NHI相关性也较高；春性小麦中,旗叶和籽粒GS活性与NPE、NHI呈显著或极显著相关,籽粒谷氨酰胺合成酶活性与NAE显著相关。半冬性小麦品种NR活性与NUEa、NUR显著相关；春性小麦旗叶NR活性、籽粒GPT活性与NAE、NGPE均呈显著或极显著相关.说明影响不同生态小麦品种氮效率的生理参数存在差异,可通过不同生理指标进行评价。3、半冬性和春性两类型小麦群体氮素的吸收利用运转方面存在差异,半冬性小麦群体植株平均氮素积累量在越冬始期至拔节期低于春性小麦群体,孕穗期至成熟期高于春性小麦群体；氮素阶段累积量在越冬始期-拔节期两类型群体差异不显著,开花-成熟期半冬性群体显著高于春性群体；半冬性小麦平均总氮素转运量、花后积累量显著高于春性小麦；总氮素转运率、积累氮贡献率、总转运氮贡献率两种类型小麦差异均不显著；营养器官中叶片氮素转运量、转运率、转运氮贡献率半冬性小麦群体均低于春性小麦群体,茎鞘氮素转运量、转运率、转运氮贡献率则高于春性,茎鞘氮素转运量半冬性和春性差异达显著水平。4、半冬性、春性小麦群体质量指标差异表现为：半冬性小麦群体植株平均干物质积累量、叶面积指数在生育前期低于春性小麦群体,生育后期高于春性小麦群体；茎蘖数在全生育期均高于春性小麦群体,群体茎蘖成穗率低于春性小麦群体。由于半冬性类型小麦最高茎蘖数显著高于春性类型小麦,虽然茎蘖成穗率偏低,但最终穗数仍是半冬性小麦高。半冬性类型小麦群体平均花后干物质积累量、总结实粒数、粒叶比均高于春性小麦群体；两类型小麦各品种花后干物质积累量、茎蘖成穗率、总结实粒数、粒叶比与产量均呈显著或极显著线性正相关关系,叶面积指数下降速率与产量呈线性负相关关系。半冬性和春性小麦花后干物质积累量、总结实粒数与NGPE呈显著或极显著正相关关系;春性小麦的粒叶比与NGPE呈显著或极显著正相关关系,叶面积指数下降速率与NGPE呈显著或极显著负相关关系,茎蘖成穗率与NUEa呈显著或极显著正相关关系；半冬性小麦粒叶比与NAE呈显著正相关关系。由此,花后干物质积累量、总结实粒数是两种类型小麦群体NGPE的共性调控表现,粒叶比是春性小麦NGPE、半冬性小麦NAE差异的评价指标,茎蘖成穗率是体现春性小麦NUEa的调控指标。5、同一类型不同品种间在氮效率指标、氮代谢关键酶活性、群体结构指标、植株氮素积累量、总氮素运转量、花后氮素积累量、积累氮贡献率、运转氮贡献率等均存在差异,即每一种类型小麦中均存在氮效率高或低的品种。因此在小麦生产中需要根据不同品种吸收、利用、运转氮素能力的不同,合理选择氮效率高的品种在生产中推广应用或作为优良种质资源进行转化应用,以保证生产中氮肥合理施用,提高氮素利用效率,减轻环境污染。6、在本试验条件下,当施氮量相同时,半冬性小麦籽粒产量高于春性小麦。当两类型小麦单位面积籽粒产量相近时,春性小麦所施氮量要高于半冬性小麦。在一定范围内增施氮肥,半冬性小麦籽粒平均产量呈现增加趋势,在施氮量由225 kg hm-2增至270 kg hm-2时虽然产量增加,但差异不显著,增加氮的效应下降；春性小麦籽粒平均产量呈先增后降的趋势,在施氮量为225 kg hm-2时产量最高。基肥：分蘖肥：拔节肥：孕穗肥为3：1：3：3的氮肥运筹方式有利于半冬性小麦穗数和每穗粒数的增加,实现增产；氮肥运筹5：1：2：2的运筹方式更有利于春性小麦实现高产。随施氮量的增加,两种类型小麦NAE、NGPE、NUEa、NPE均表现为降低的趋势,且春性小麦降低的幅度较大。本试验条件下,半冬性小麦每公斤施氮量所生产的籽粒产量要高于春性小麦1-3kg。7、随施氮量的增加和氮肥施用比例后移,半冬性小麦品种保麦1号、徐麦30籽粒蛋白质含量增加,品质得到改善,在施氮量为270 kg hm-2、氮肥运筹3：1：3：3运筹方式品质达到二等强筋小麦标准(GB/T17892-1999)。春性小麦扬麦20在施氮量为225 kg hm-2或270 kg hm-2,不同施氮运筹下籽粒品质均达中筋小麦标准。扬麦15以施氮量为180 kg hm-2、氮肥运筹7：1：2：0运筹方式品质达到弱筋小麦标准(GB/T17893-1999)。8、在一定施氮量范围内,半冬性小麦和春性小麦植株氮素积累量均随施氮量的增加呈增加趋势,施氮量为270kg hm-2条件下,两种类型小麦吸收和积累的氮素最高。氮肥运筹比例影响两种类型小麦的氮素吸收和积累能力。以基肥：分蘖肥：拔节肥：孕穗肥为3：1：3：3的方式更有利于半冬性小麦植株氮素的积累；而氮肥运筹为5：1：2：2的方式更有利于春性小麦植株氮素的积累。由于不同类型小麦品种籽粒蛋白质含量要求不同,本试验条件两类型小麦在达到优质、高产相协调的适宜氮肥运筹方式下,半冬性类型小麦百公斤籽粒吸氮量为2.9-3.3蚝,春性类型小麦百公斤籽粒吸氮量的适宜范围为2.2-2.6 kg。9、氮肥运筹对两种生态类型小麦群体指标具有明显的调控效应。在本试验条件下,氮肥用量对两种类型小麦群体质量指标(茎蘖数、LAI、干物质积累、总结实粒数、粒叶比)的调控效应基本一致,在一定范围内随施氮量增加均呈增加趋势,但施氮量过高,春性小麦群体质量指标有所降低。增加后期氮肥施用比例,有利于半冬性小麦群体质量指标数值的增加。半冬性小麦品种籽粒产量超过8500 kg hm-2的高产群体平均花后干物质积累量为6100 kg hm-2-6500 kg hm-2。春性小麦各品种籽粒产量超过7500 kg hm-2的高产群体平均花后干物质积累量为5400kg hm-2左右。10、增施氮肥、适当增加中后期施氮比例,两种类型小麦氮代谢关键酶(NR、GS、GPT)活性均呈增加趋势,但施氮量过高,后期施氮比例过大,春性小麦氮代谢酶活性有所降低。本试验条件下,施氮量为270 kg hm-2、3：1：3：3运筹方式半冬性小麦氮代谢酶活性较强,施氮量为225 kg hm-2、5：1：2：2运筹方式春性小麦氮代谢酶活性较高。11、明确提出了不同类型不同品种小麦优质、高产、高效协调的适宜氮肥运筹方式,半冬性品种保麦1号为270 kg hm-2、氮肥运筹比例为3：1：3：3；徐麦30为施氮量225-270kghm-2、氮肥运筹比例为3：1：3：3；春性小麦扬麦15为施氮量180-225 kg hm-2、氮肥运筹比例为7：1：2：0；扬麦20为施氮量225kg hm-2、氮肥运筹比例为5：1：2：2。
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【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S512.1
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本文编号：2366518