低氮胁迫对不同品种谷子生长及产量的影响

摘要：为研究不同品种谷子对氮肥的反应，试验以冀谷31、豫谷8、济谷18、济谷17、济谷16、济谷15、济谷14、济谷12为材料，进行不施氮和正常施氮处理，探究低氮胁迫对不同品种谷子的叶面积指数、叶片叶绿素含量、产量等性状的影响。结果表明，低氮胁迫对不同品种谷子叶面积指数、叶片叶绿素含量和产量等性状均有不利影响，处理间差异极显著；不同品种间氮肥利用率不同。豫谷8的耐低氮胁迫指数（NSI）较小，氮肥贡献率较大，即对于低氮胁迫最为敏感，对氮素的依赖性较大；而济谷12和济谷17的NSI指数均较大，氮肥贡献率较小，即耐低氮性较强，对氮素的依赖较小，更为耐贫瘠。

关键词：谷子；低氮胁迫；叶绿素；叶面积指数；产量

中图分类号：S515.034文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）10-0103-04

氮素是农作物需求量最大的营养元素，在提高作物产量中发挥了极大的促进作用[1]。自20世纪70年代以来，我国农业生产中氮肥的施用量迅速增加，在一些高产地区尤甚[2]。但是增施的氮肥进一步的增产效应减小，氮肥过量施入已经造成我国氮肥利用效率较低，大部分氮肥通过不同途径损失，氮肥过量施入导致的地下水硝酸盐含量超标、地表水富营养化等环境问题已经越来越严重[3]。有研究表明，作物对低氮胁迫的反应存在显著的基因型差异，选用耐低氮品种是提高氮肥利用效率、减少氮肥用量、提高农产品品质的有效途径[4]。谷子具有耐贫瘠、耐逆性强、适应性广等特性，选育耐低氮胁迫的谷子品种及明确低氮对谷子生长发育和产量的影响，可以提高氮肥利用率，对谷子合理施肥具有重大的指导意义。

本研究以8个谷子品种为供试材料，通过对其进行不施氮及正常施氮处理，比较各品种在处理后的生长发育、产量差异及氮肥利用率，选择对低氮胁迫耐性较好的谷子品种，为不同地区、不同肥力地块的谷子高效施肥提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

试验于2013年6-10月在青岛农业大学胶州现代农业科技示范园进行。试验地为砂姜黑土，前茬作物为小麦。土壤基础肥力：有机质含量14.0 g/kg，全氮0.81 g/kg，全磷0.48 g/kg，全钾19.82 g/kg，碱解氮74.01 mg/kg，速效磷 27.37 mg/kg，速效钾79.84 mg/kg，pH 6.85（水土比 5∶1）。

供试谷子品种为冀谷31、豫谷8、济谷18、济谷17、济谷16、济谷15、济谷14、济谷12。

1.2试验设计

试验采用裂区设计，以不施氮（低氮胁迫L）和每666.7m2施氮10 kg（正常施氮N）为主区处理，供试8个谷子品种为副区处理。两个主处理666.7m2均施P2O5 6 kg，K2O 3 kg。肥源为尿素（N≥46.2%）、硫酸钾（K2O≥50%）、过磷酸钙（P2O5≥12%），肥料均作基肥于播前一次性施入。小区面积3.5 m×5 m=17.5 m2， 666.7m2种植密度为4.5万株。

1.3取样和测定

谷子开花时，每小区选择同期开花、长势一致的植株进行挂牌标记，之后每隔7天进行测定和取样待测。叶绿素含量采用SPAD-502测定SPAD值，叶面积采用AM-300叶面积仪测定，计算叶面积指数。收获后，考察单株穗重、单株粒重、出谷率、千粒重、秕谷率和产量。

1.4试验数据处理

耐低氮胁迫指数（NSI）为某一性状低氮胁迫条件下调查值与正常条件下该性状调查值的比值[5]。

肥料贡献率是指施氮对谷子产量的贡献率。肥料贡献率（%）=（施氮肥区产量-空白区产量）/施氮区产量×100。

试验数据采用Microsoft Excel 2013和DPS v 7.05进行处理和作图。

2结果与分析

2.1低氮胁迫下不同品种谷子开花后叶面积指数（LAI）的变化

根据表1分析，各品种处理的叶面积指数在开花后均呈下降趋势，花后35天降至最低。相对于正常施氮，在不施氮条件下，各品种LAI均降低，且差异呈极显著水平。说明氮肥不足会影响谷子叶片的形态建成，降低叶面积指数，减少光合面积。对NSI进行比较得出，济谷18的降低幅度最小，平均NSI为0.57；而冀谷31和豫谷8的降

幅较大，平均NSI分别为0.32和0.31。由表1看出，济谷18、济谷14和济谷12的NSI值较高，且三品种差异不显著，即在低氮胁迫下仍保持较高的冠层覆盖率，而冀谷31、豫谷8和济谷16则受低氮胁迫影响较大，光合面积减小较多，不利于积累光合产物。

2.2低氮胁迫下不同品种谷子开花后顶叶SPAD值的变化

表2分析表明，在正常施氮条件下，除冀谷31和济谷17呈单峰下降趋势外，其余6个品种开花后顶叶SPAD值均呈先上升后下降的趋势，济谷18和济谷14的峰值出现在花后14天，剩余4个品种的峰值出现在花后7天；低氮胁迫下也呈现同样趋势，济谷18的峰值出现在花后7天，豫谷8、济谷15和济谷14峰值在花后14天；其余处理在开花后始终呈下降趋势。低氮胁迫会明显降低顶叶叶绿素含量，在开花期及花后各时期同一品种不同施肥处理间均表现极显著差异。在谷子开花后0～35天内，冀谷31的NSI平均值最大，为0.71；豫谷8和济谷18间的NSI差异不显著，豫谷8最小，为0.56。综上所述，低氮胁迫对豫谷8顶叶叶绿素含量影响较大，而对冀谷31影响较小。

2.3低氮胁迫下不同品种谷子产量性状的变化

如表3所示，低氮胁迫明显降低不同品种谷子产量，缩短穗长，降低单株穗重、单株粒重、单株茎叶重、千粒重和容重，增加秕谷率，对各性状的影响程度因品种而异。对各品种性状的NSI进行方差分析可得出，各品种产量呈现极显著差异，NSI均在0.25～0.30范围内。济谷12产量的NSI最大，为0.30；其次是济谷16和济谷17，为0.29；豫谷8最小，为0.25。株高NSI最高的是济谷12，为0.89，其次是冀谷31，为0.83；最低为济谷15，仅0.58。冀谷31的穗长NSI值最高，为0.77。品种内单株穗重和单株粒重呈差异极显著。济谷16和济谷17千粒重受氮胁迫影响最小，0.98。济谷18和冀谷31的容重NSI最大，为0.99，说明低氮胁迫基本不会对其容重产生影响。济谷16的秕谷率受低氮胁迫影响最小，秕谷率增加幅度最小。

2.4不同品种谷子氮肥贡献率的差异

如图1所示，氮肥对不同品种谷子的贡献率有差异。产量贡献率在70.1%～74. 7%之间，其中氮肥贡献率最高的是豫谷8，最低的是济谷12。由此表明豫谷8易受到氮肥影响，低氮胁迫下产量有较大的下降趋势；与其他品种相比，低氮胁迫对济谷12的影响较小，在缺氮条件下减产最少。

3讨论与结论

植物在遭受低氮胁迫等外界环境胁迫后，植株形态学和生理生化参数发生改变，因此与植株抵御逆境能力强度相关的部分植株性状和生理生化参数，可作为耐胁迫能力强弱的参考和鉴定指标[6-9]。氮是叶绿素的重要组分，缺氮会影响叶绿素的合成。1917年，叶面积指数（LAI）由Balls提出，它可以明确作物生长发育的动态，既是决定表征作物的冠层结构和判断作物长势，又是决定作物生物量和产量的关键因子[10-12]。王雁敏等人研究结果表明，施氮量增加，玉米的LAI增加[13]。路海东等人研究表明，氮肥对不同基因型玉米品种影响显著，不同品种的耐低氮能力存在明显差异[14]。

顶叶是谷子关键源器官，顶叶的光合基本代表了冠层光合的趋势。本试验以顶叶叶绿素含量的SPAD值、叶面积指数、产量等相关农艺性状和氮肥贡献率作为调查指标，衡量了低氮胁迫对不同谷子品种的影响。综合分析表明，豫谷8在低氮胁迫条件下，叶面积指数和叶片叶绿素含量降低幅度较大，NSI值较小，即受低氮胁迫的影响较大，不利于进行光合作用和光合产物的积累；产量及相关农艺性状分析表明，豫谷8的NSI值均较低，且氮肥贡献率最高。济谷12和济谷17在低氮胁迫下叶面积指数和叶片叶绿素含量降低幅度较小，产量等农艺性状的NSI值较其他品种均较大，且氮肥贡献率较低，即耐低氮性较好。在农业生产中根据不同品种耐氮胁迫能力的不同，可以指导不同品种谷子种植在不同肥力地块，对合理施用氮肥、提高氮肥利用率有重要意义。

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