水氮運(yùn)籌對(duì)糜子生育后期干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)及水氮利用效率的影響

劉 鵬, 楊 剛, 常聞謙, 程炳文, 趙世偉,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌712100; 2.中國(guó)科學(xué)院 水利部水土保持研究所, 陜西 楊凌712100; 3.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 固原分院, 寧夏 固原756000)

糜子(PanicummiliaceumL.)是我國(guó)干旱、半干旱農(nóng)作區(qū)的最主要糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物之一，具有抗旱、耐瘠薄、耐鹽堿、生育期短等特點(diǎn)[1-2]，這就決定了糜子在干旱、半干旱中低產(chǎn)區(qū)的重要地位。水分和氮素是決定作物產(chǎn)量的最主要因素，也是人為調(diào)控最頻繁、影響最顯著的環(huán)境因子[3]。對(duì)于糜子而言，在灌漿期水分脅迫會(huì)抑制糜子籽粒灌漿，造成嚴(yán)重減產(chǎn)，拔節(jié)期脅迫次之，而拔節(jié)期追施氮肥可促進(jìn)糜子產(chǎn)量提高，水氮管理對(duì)糜子拔節(jié)后生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的作用效果明顯[4-5]。水分和氮素對(duì)作物生長(zhǎng)的作用效果不同，但二者卻相互影響，相互制約，合理的水氮條件會(huì)產(chǎn)生相互促進(jìn)機(jī)制，提高作物的產(chǎn)量和水氮利用效率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效[6]。因此，水氮運(yùn)籌對(duì)于提高糜子產(chǎn)量，挖掘干旱半干旱地區(qū)耕地生產(chǎn)潛力以及水氮資源的高效利用具有重要意義。近年來，研究者關(guān)于水氮耦合對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響研究較多。薛青武等[7]提出，在小麥灌漿期水分脅迫條件下，適量增施氮肥可以增強(qiáng)小麥旗葉對(duì)水分脅迫的生理適應(yīng)性，增加葉面積指數(shù)和光合色素含量，維持較高水平的光合速率，促進(jìn)植株的生長(zhǎng)發(fā)育，減輕了水分脅迫對(duì)植株產(chǎn)量的不利影響。上官周平等[8]發(fā)現(xiàn)，增施氮肥可明顯提高旱作冬小麥葉片光合速率，延緩功能葉的衰老速度，有利于植株在生育后期形成更多的光合產(chǎn)物，促進(jìn)籽粒灌漿和增加穗粒數(shù)，減輕了干旱對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響，提高土壤水分利用效率和籽粒產(chǎn)量。王艷哲等[9]認(rèn)為，水氮通過調(diào)控地上和地下干物質(zhì)分配而影響作物產(chǎn)量和水分利用效率，在水分脅迫條件下，增施氮肥會(huì)降低作物根冠比，促進(jìn)地上部干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的形成。魏廷邦等[10]發(fā)現(xiàn)，水肥耦合可增強(qiáng)玉米的光合作用，提高干物質(zhì)積累速率，延長(zhǎng)干物質(zhì)積累的持續(xù)天數(shù)，有利于干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的提高。目前關(guān)于水氮耦合研究主要集中在小麥[11-13]、水稻[6,14]、玉米[10,15]等大宗作物上，且對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成過程的研究較多，但是針對(duì)干旱半干旱氣候條件下的，水氮運(yùn)籌對(duì)糜子生育后期干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)及水氮利用效率的調(diào)控研究尚少見報(bào)道。本研究從糜子干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)以及對(duì)水氮利用效率兩個(gè)方面出發(fā)，通過研究不同水氮對(duì)糜子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和積累的影響以及對(duì)水氮利用效率的調(diào)控，探討水氮運(yùn)籌對(duì)糜子產(chǎn)量的調(diào)控機(jī)理，給糜子高產(chǎn)與水肥資源高效利用提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)與2018年在中國(guó)科學(xué)院固原生態(tài)試驗(yàn)站(106°26′E，36°01′N，海拔1 760 m)防雨棚內(nèi)進(jìn)行，該地區(qū)年平均氣溫6.2℃，0℃以上積溫3 100℃，年平均日照時(shí)數(shù)達(dá)2 518 h，年平均降雨量422 mm，無霜期130～150 d。供試盆栽土采自寧夏固原河川鄉(xiāng)農(nóng)田0—20 cm耕層土壤，土壤類型為黃綿土，前茬為馬鈴薯，其中田間最大持水量為23%，pH值為8.5，有機(jī)質(zhì)含量為9.6 g/kg，全N含量為0.62 g/kg，堿解N含量55 mg/kg、速效P含量13.8 mg/kg、速效K的含量143 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用水氮2因素3水平，完全組合進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，共9個(gè)處理。糜子拔節(jié)后水分設(shè)置3個(gè)水平，分別為W1(水分脅迫處理，土壤含水量保持在田間持水量50%)、W2(正常供水處理，土壤含水量保持在田間持水量70%)、W3(充足供水處理，土壤含水量保持在田間持水量90%)；糜子拔節(jié)后施氮量設(shè)置3個(gè)水平，分別為N1(低量施氮)、N2(中量施氮)、N3(高量施氮)，具體施用量為0，0.05，0.10 g N/kg干土(折合純氮0，75，150 kg/hm2)。各處理基礎(chǔ)施肥量均保持一致，純N，P2O5，K2O的施用量分別為0.05 g/kg，0.109 g/kg，0.054 g/kg干土(折合純氮75 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)；供試土壤與肥料按比例混合均勻后全部裝入塑料桶(半徑16 cm，高30 cm，裝土量20 kg)，并澆水至田間持水量于合適墑情統(tǒng)一播種，出苗后于糜子3葉期間苗，每盆留生長(zhǎng)一致的植株8株，并在土壤表面覆蓋1 cm厚的蛭石防止?jié)菜斐杀韺油寥腊褰Y(jié)。糜子苗期水分正常供應(yīng)，土壤含水量維持在70%田間持水量。糜子拔節(jié)后，結(jié)合灌水進(jìn)行施氮處理并開始用稱重法進(jìn)行水分控制。試驗(yàn)于防雨棚內(nèi)進(jìn)行，全生育期內(nèi)無自然降水因素的干擾。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 光合參數(shù)及葉面積測(cè)定 分別于糜子抽穗期、灌漿前期、灌漿后期、成熟期4個(gè)時(shí)期，每個(gè)時(shí)期選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株3株，采用TPS-2型光合儀(英國(guó)PP-Systems公司)于晴天上午9：00—11：00對(duì)糜子旗葉進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定，每個(gè)生育期連續(xù)測(cè)3 d，測(cè)定結(jié)果取平均值。葉面積測(cè)定采用量葉法，葉面積=長(zhǎng)×寬×0.75[16]

1.3.2 干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn) 分別于糜子抽穗期、灌漿前期、灌漿后期、成熟期進(jìn)行取樣，按根、莖、葉、籽粒等不同器官處理，分別置于105℃烘箱殺青30 min，再在75℃下烘干至恒重，用萬分之一天平稱量各部位干物質(zhì)重量。

干物質(zhì)移動(dòng)率=(開花后器官最大干質(zhì)量—成熟期器官干質(zhì)量)/開花后器官最大干質(zhì)量×100%

干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率=(開花后器官最大干質(zhì)量-成熟期器官干質(zhì)量)/籽粒最大干質(zhì)量×100%

1.3.3 產(chǎn)量及水氮利用效率 在糜子成熟期測(cè)定各處理的穗重、穗粒重，計(jì)算單株籽粒產(chǎn)量；采用凱氏定氮儀測(cè)定植株各器官中全氮含量。

植株(籽粒)水分利用效率=植株生物量(籽粒)干質(zhì)量/生育期總耗水量；

氮肥農(nóng)學(xué)利用效率=(拔節(jié)后施氮下的籽粒干質(zhì)量—拔節(jié)后不施氮下的籽粒干質(zhì)量)/拔節(jié)后施氮量；

氮肥生理利用率=(拔節(jié)后施氮的籽粒干質(zhì)量—拔節(jié)后不施氮的籽粒干質(zhì)量)/(拔節(jié)后施氮的植株吸氮量—拔節(jié)后不施氮的植株吸氮量)；

氮肥偏生產(chǎn)力=籽粒干質(zhì)量/施氮量

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析；采用Origin 2016軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮條件對(duì)糜子葉面積及凈光合速率的影響

由表1可知，抽穗期糜子總?cè)~面積達(dá)到最大，并且隨著生育期的推進(jìn)，糜子總?cè)~面積均呈現(xiàn)出遞減的變化趨勢(shì)。在同一水分處理?xiàng)l件下，隨著施氮量的增加，糜子各生育期總?cè)~面積表現(xiàn)出先遞增后遞減的趨勢(shì)(抽穗期、灌漿前期W1處理除外)，N2處理的總?cè)~面積較N1處理處理的差異顯著(p<0.05)，而N3處理與N1處理差異不顯著(p<0.05)，這表明適宜的增施氮肥可促進(jìn)糜子葉片生長(zhǎng)，增加糜子總?cè)~面積，而追施高量氮肥對(duì)植株總?cè)~面積的促進(jìn)效果則不明顯。在N2處理?xiàng)l件下，隨著土壤含水量的提高，糜子各生育期總?cè)~面積表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，W2處理和W3處理較W1處理差異均達(dá)到顯著水平(p<0.05)，而在N1處理和N3處理?xiàng)l件下，不同時(shí)期各水分處理間糜子總?cè)~面積差異不明顯，這表明合理的水氮耦合可以提高糜子各時(shí)期的總?cè)~面積，這將有利于增強(qiáng)糜子光合作用的輸出能力。

表1 不同水氮處理下糜子總?cè)~面積的變化

注：同一列數(shù)字后的不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

由表2可知，隨著糜子生育時(shí)期的推進(jìn)，糜子功能葉凈光合速率呈現(xiàn)出先遞增后遞減的變化趨勢(shì)，并在灌漿前期達(dá)到了最大值(W1N1處理除外)。在同一水分條件下，隨著施氮的增加，糜子各生育期旗葉凈光合速率均有增加趨勢(shì)，N2處理和N3處理的凈光合速率較N1處理在灌漿前期和灌漿后期差異達(dá)到顯著水平(p<0.05)，而在抽穗期以及成熟期則差異不明顯，這說明增施氮肥可提高糜子生育后期功能葉的凈光合速率，特別是在灌漿期更為明顯，這將有助于維持糜子生育后期功能葉較高的光合產(chǎn)物輸出能力。在同一施氮條件下，隨著土壤水分含量提高，糜子旗葉凈光合速率與水分水平呈正相關(guān)關(guān)系，即功能葉凈光合速率隨著土壤含水量增加而增大，在糜子灌漿前期到灌漿后期階段，W3處理和W2處理?xiàng)l件下的凈光合速率值與W1處理?xiàng)l件下的相比差異均達(dá)到顯著水平(p<0.05)，這表明適宜的土壤含水量有利于維持糜子灌漿期旗葉較高水平的凈光合速率，而干旱脅迫會(huì)對(duì)糜子旗葉凈光合速率產(chǎn)生不利影響。

表2 不同水氮處理下糜子凈光合速率的變化

2.2 不同水氮條件對(duì)糜子干物質(zhì)積累及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表3可知，糜子干物質(zhì)積累量隨著生育期的推進(jìn)而呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，在成熟期達(dá)到最大值(N1處理的除外)。在W2處理和W3處理?xiàng)l件下，隨著施氮量的提高，糜子各生育期干物質(zhì)積累量基本呈現(xiàn)出先遞增后遞減的趨勢(shì)，其中在灌漿前期、后期及成熟期N3處理和N2處理的干物質(zhì)積累量較N1處理的差異均達(dá)到顯著水平(p<0.05)，N3處理和N2處理處理間則差異不明顯；而在W1處理?xiàng)l件下，糜子各生育期內(nèi)干物質(zhì)積累量表現(xiàn)出隨施氮量增大而遞增的趨勢(shì)，這說明增施氮肥對(duì)提高糜子干物質(zhì)積累量有積極影響，高量的氮素可在一定程度上緩解干旱脅迫對(duì)糜子干物質(zhì)積累造成的不利影響。在相同施氮水平條件下，隨著土壤含水量的提高，糜子干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)出逐漸遞增的規(guī)律，W2處理和W3處理均優(yōu)于W1處理的干物質(zhì)累積量，除抽穗期各水分處理間差異不明顯外，其余各生育期差異均達(dá)到顯著水平(p<0.05)，這表明提高土壤含水量對(duì)糜子灌漿期到成熟期干物質(zhì)積累有明顯的促進(jìn)作用，這將會(huì)為籽粒產(chǎn)量的形成奠定充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。

表3 不同水氮處理下糜子干物質(zhì)積累量的變化

由表4可知，不同水氮處理?xiàng)l件下糜子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率、轉(zhuǎn)運(yùn)率差異顯著(p<0.05)。在同一水分條件下，隨著施氮量的增加，糜子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率、轉(zhuǎn)運(yùn)率均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，N2處理的總體上優(yōu)于N3處理的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率、轉(zhuǎn)運(yùn)率，方差分析結(jié)果表明N2處理與N3處理差異不顯著(p<0.05)，但二者相較于N1處理的轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率差異均達(dá)到顯著水平，而轉(zhuǎn)運(yùn)率則差異不顯著(p<0.05)，這說明適量的增施氮肥可提高糜子干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量和移動(dòng)率，但對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響不明顯；隨著土壤水分含量的提高，同一施氮處理下的糜子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率、轉(zhuǎn)運(yùn)率增加明顯，W3處理和W2處理較W1處理差異達(dá)到顯著水平(p<0.05)，其中W3N2處理的轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率、轉(zhuǎn)運(yùn)率較高，分別達(dá)到了3.59 g，32.46%，54.48%，這說明糜子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率、轉(zhuǎn)運(yùn)率的大小由水氮兩因素共同決定，較高水平土壤含水量以及適量的增施氮肥有助于提高糜子干物質(zhì)的運(yùn)移能力，促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒部位的運(yùn)輸，從而形成更高的籽粒產(chǎn)量。

2.3 不同水氮條件對(duì)糜子籽粒產(chǎn)量的影響

由圖1可知，不同水氮條件下，糜子各處理間單株籽粒產(chǎn)量差異顯著(p<0.05)。在同一水分條件下，單株籽粒產(chǎn)量隨著施氮量的提高增加明顯，N2處理、N3處理較N1處理差異均達(dá)到顯著水平(p<0.05)，N2處理優(yōu)于N3處理，但差異不顯著(p<0.05)，這表明增施氮肥可提高糜子籽粒產(chǎn)量，但施氮量超過一定范圍，增效會(huì)下降。在同一施氮水平下，隨著土壤水分水平的提高，糜子籽粒產(chǎn)量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，W2處理、W3處理與W1處理相比籽粒產(chǎn)量均達(dá)到顯著差異(p<0.05)，土壤水分條件的改善可提高糜子籽粒產(chǎn)量。各處理中，單株籽粒產(chǎn)量最高為W2N2處理，達(dá)到了6.66 g，這表明充足的水分條件和施氮量并不能使產(chǎn)量達(dá)到最大化，而適宜的水氮條件有利于糜子發(fā)揮最大的生產(chǎn)潛力。

表4 不同水氮處理對(duì)糜子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。

圖1 不同水氮處理下糜子籽粒產(chǎn)量比較

2.4 不同水氮條件對(duì)糜子水氮利用效率的影響

由表5可知，不同水氮處理?xiàng)l件下的糜子籽粒水分利用效率和植株水分利用效率差異顯著(p<0.05)。在同一水分條件下，隨著施氮量的增加，糜子籽粒水分利用效率和植株水分利用效率均表現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，N2處理的最高，其次為N3處理的水分利用效率，方差分析結(jié)果表明，N2處理的籽粒水分利用效率較N1處理的差異達(dá)到顯著水平(p<0.05)，而N3處理的籽粒水分利用效率與N1處理的相比差異則不顯著，這說明適量的增施氮肥可提高籽粒水分利用效率，而過高的施氮水平則效果不明顯。在同一氮素處理?xiàng)l件下，隨著土壤水分條件的改善，糜子籽粒水分利用效率和植株水分利用效率都呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，各水分處理間水分利用效率表現(xiàn)為W1>W2>W3，這表明適度降低土壤含水量可提高籽粒和植株水分利用效率。

在同一水分條件下，隨著施氮量的增加，糜子的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥生理利用效率以及氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)出遞減的規(guī)律，N2處理的明顯優(yōu)于N3處理的，方差分析結(jié)果表明，在W2和W3處理?xiàng)l件下，氮肥農(nóng)學(xué)利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力差異顯著(p<0.05)，而氮肥生理利用效率差異無明顯差異(p<0.05)，這說明過高的施氮量會(huì)降低糜子的氮肥利用效率。在同一施氮水平下，隨著土壤水分條件的改善，糜子氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥生理利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)出了增大的規(guī)律，且W2處理?xiàng)l件下的高于W3處理的，這說明較高水平的土壤含水量有利于提高糜子的氮肥利用效率。在所有水氮處理中，W2N2處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥生理利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力最優(yōu)，分別為7.09 g/g，36.00 g/g，26.65 g/g，而W1N3處理的最低，分別為1.01 g/g，15.53 g/g，7.53 g/g，這說明適量的水分供應(yīng)和氮素供應(yīng)才有利于提高糜子氮素利用效率，而不是土壤含水量和施氮量越高越好。

3 討 論

3.1 水氮對(duì)糜子干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響

自從作物產(chǎn)量的源庫(kù)理論形成后，研究者經(jīng)常以源庫(kù)的觀點(diǎn)來探討實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的途徑。源是指生產(chǎn)或輸出同化物的器官，而植株綠葉面積、功能葉光合速率及光合作用持續(xù)時(shí)間通常是用來衡量源的指標(biāo)[17]。流是指源、庫(kù)之間同化物的運(yùn)輸，即干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力。作物源器官的輸出能力及同化物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)(流)對(duì)作物產(chǎn)量形成有重要意義，水氮運(yùn)籌是調(diào)節(jié)作物內(nèi)部代謝的有效措施之一[18-20]。王月福等[21]研究發(fā)現(xiàn)，增加施氮量可提高小麥花后功能葉葉綠素含量和凈光合速率，延緩了功能葉的衰老速度，保證了小麥生育后期功能葉較高水平的光合效率；適宜的施氮水平可促進(jìn)花后光合產(chǎn)物從營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒中的運(yùn)輸，提高籽粒中可溶性糖的含量，促進(jìn)淀粉的積累，提高籽粒重及籽粒產(chǎn)量。孫永健等[22]研究結(jié)果表明，適宜條件的水氮處理組合可提高水稻的光合速率，有利于植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累及保護(hù)酶活性的提高，促進(jìn)作物生育后期干物質(zhì)的積累及轉(zhuǎn)運(yùn)，提高作物的產(chǎn)量。

表5 不同水氮處理對(duì)糜子水氮利用效率的影響

本研究中，在同一水分水平下，隨著施氮量的增加，糜子各生育期總?cè)~面積表現(xiàn)出先遞增后遞減的趨勢(shì)，中氮處理的總?cè)~面積顯著高于低氮處理下的，而各生育期旗葉凈光合速率則表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，中氮處理和高氮處理的凈光合速率較低氮處理在灌漿前期和灌漿后期差異達(dá)到顯著水平，這表明適宜的水氮條件可以延緩糜子葉片的衰老速度，維持較高的總?cè)~面積，顯著提高糜子灌漿期的凈光合速率，增強(qiáng)糜子源器官生育后期的同化物輸出能力，這與王月福等[21]研究結(jié)果相似。進(jìn)一步研究表明，隨著水氮水平的提高，糜子干物質(zhì)積累量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，這表明較高水平的水氮條件可促進(jìn)糜子干物質(zhì)的積累，這與郭丙玉等[23]在玉米上的研究結(jié)果一致。在同一水分條件下，隨著施氮量的增加，糜子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率、轉(zhuǎn)運(yùn)率均有所提高，中氮處理?xiàng)l件下的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和移動(dòng)率與低氮處理下的差異顯著，而轉(zhuǎn)運(yùn)率差異不明顯，但隨著水分水平的提高，中氮處理下的轉(zhuǎn)運(yùn)量、運(yùn)動(dòng)率和轉(zhuǎn)運(yùn)量較低氮處理的差異則達(dá)到顯著水平，這表明水氮互作有利于維持糜子“流”的通暢，促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒部(庫(kù))的運(yùn)輸，提高干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)率，為籽粒產(chǎn)量的形成奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。所有水氮處理中，W2N2和W3N2處理具有最高的籽粒產(chǎn)量，且在灌漿期具有較高總?cè)~面積和凈光合速率，以及較高的轉(zhuǎn)運(yùn)率及干物質(zhì)積累量，這說明水氮耦合可能主要通過增強(qiáng)糜子“源”器官的輸出能力以及促進(jìn)干物質(zhì)的運(yùn)輸來增加產(chǎn)量。

3.2 水氮對(duì)糜子水分利用效率和氮素利用效率的影響

在干旱半干旱地區(qū)，土壤水分和養(yǎng)分是限制作物產(chǎn)量的兩個(gè)主要因素[8]。水分利用效率和氮素利用效率是衡量作物生產(chǎn)過程中的高效性重要指標(biāo)，提高作物的水氮利用效率有利于在有限的水分條件和肥力水平下獲得最高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[24]。王紹華[14]等發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，水稻吸氮量增加，營(yíng)養(yǎng)器官中滯留的氮素增加，而氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率、氮素利用率和產(chǎn)谷效率均下降。劉明等[25]提出，隨著施氮量的提高，玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量及水分利用效率呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，而氮素利用效率則呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)；充足的水分條件不利于水分利用效率的提高，而適量的水氮水平有利于水分利用效率和氮素利用效率的提高。趙炳梓[11]、栗麗[12]等認(rèn)為，隨著水分水平的提高，小麥的耗水量、氮肥利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力及籽粒產(chǎn)量均提高，而灌溉水利用效率降低；隨著施氮量增加，灌溉水利用效率呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。

本研究中，在一定的施氮水平內(nèi)，糜子水分利用效率隨著施氮量的增加而增加，超過合適的施氮量后有減小趨勢(shì)，這可能是由于過高的氮素使得糜子植株生長(zhǎng)旺盛，蒸騰作用過強(qiáng)，導(dǎo)致水分損失較大，水分利用率下降；在同一施氮水平下，糜子水分利用效率會(huì)隨著水分水平的提高而降低，這表明適度的降低土壤含水量提和增加施氮量可提高糜子水分利用效率，這與劉明[25]、趙炳梓[11]等的研究結(jié)果基本一致。在同一水分條件下，增施氮肥會(huì)降低糜子的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥生理利用效率以及氮肥偏生產(chǎn)力；在同一施氮水平下，隨著土壤水分水平的提高，糜子氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、氮肥生理利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)出了增加的趨勢(shì)，但正常供水下的氮肥利用效率高于充足供水下的，這可能是由于充足供水條件下會(huì)造成土壤中的氮素隨水分流失，從而降低了氮素利用效率。所有處理中，W2N2處理具有較優(yōu)的水氮利用效率，這表明適宜的增施氮肥和土壤含水量有助于植株保持較高水平的水氮利用效率。

4 結(jié) 論

拔節(jié)后70%田間持水量的土壤水分條件和中量施氮耦合可延緩糜子葉片的衰老速度，維持較高的總?cè)~面積，顯著增強(qiáng)灌漿期的凈光合速率，促進(jìn)灌漿前期到成熟期干物質(zhì)的積累，顯著提高糜子花后干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量、移動(dòng)率和轉(zhuǎn)運(yùn)率，提高了籽粒產(chǎn)量，并且具有較高的水分利用效率和氮素利用效率。拔節(jié)后70%田間持水量的土壤水分條件、追施氮量75 kg/hm2的水氮組合為產(chǎn)量和效益兼優(yōu)的最佳組合。