一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法
2023-05-17 14:14:26 1
專利名稱：一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法
技術領域：
本發明屬於植物生長營養狀況監測技術領域，特別涉及一種小麥生長發育過程中利用歸一化植被指數(NDVI)指導氮素施用以提高氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法。
背景技術：
小麥拔節期是小麥莖杆發育，決定其機械強度的關鍵時期。而生育後期莖杆中儲存的有機物大量分解，也是改變莖杆機械強度的重要因素。如果莖杆機械強度弱，植株抗倒伏性能低，則最終小麥產出嚴重受損。據研究，倒伏會導致小麥籽粒產量降低30%以上(Vera等，2012 ;Wiersma等，2011)。雖然小麥科學工作者在此課題上做了大量的工作，試圖通過品種選育、栽培管理、化控等措施改善植株的抗倒伏性能(Wiersma等，2011)，然而氣象因素瞬息萬變，小麥倒伏存在嚴重的不可預見性，也因而成為阻礙小麥生產潛力與氮素利用效率提升的世界性難題(Martinez-Vazquez and Sterling, 2011)。倒伏多發生在莖杆基部節間。在顯微結構上，基部節間維管束數目、直徑，機械組織特性、細胞壁厚度、木質化程度、導管壁厚度，維管束鞘厚度，導管徑大小則直接影響到莖杆抗壓強度；小麥莖杆機械組織厚、細胞層數多、植株重心較低、基部節間單維管束面積和周長較大、株高相近而穗下節間較長以及植株高度構成指數較大的植株抗倒力較大(安呈峰等，2008)。在農藝性狀上，Keller等(1999)通過小麥遺傳圖譜的構建和數量性狀的定位分析發現，植株的莖硬度、厚度以及柔韌度、葉寬、高度與倒伏密切聯繫。令人們感興趣的是，基部第1、2節間結構性大分子與倒伏有著密切的關係。Crook和Ennos (1995)對不同小麥品種的細胞壁成分進行了分析，發現品種間纖維素含量有顯著差異，纖維素含量高的品種最抗倒伏。Berry等(2003)研究表明，抗倒品種莖杆的半纖維素和木質素含量均高於不抗倒品種。Tripathi等(2003)通過比較抗倒性不同的4個品種的莖杆木質素含量，也發現木質素含量高的品種抗性強。生產上常用激素或生長調節劑，如矮壯素、助壯素等提高小麥莖杆強度，然而， 此類物質因殘留而對後茬作物生長、小麥加工品質、生態環境等造成不良影響。氮素是作物生長生育所必需的大量營養元素，是影響作物產量最重要的因素。氮素直接參與作物葉片葉綠素的合成，影響葉片光合作用與呼吸作用。同時，N素營養狀況還影響作物對其他營養如P、K等元素的吸收。然而，近10多年來，N肥用量的迅速增加，由原來的40kg/畝增加到現在的80kg/畝，甚至IOOkg/畝，農田生態系統中N盈餘也不斷增加。世界上每年消耗N肥87000000噸，60%用於穀類作物生產，然而，穀類作物N肥利用效率(Nitrogen use efficiency)僅為 33%(Alexandratos, 1995)。過量施用 N 肥帶來的 N 肥利用率下降、損失嚴重的問題也日益突出，更為嚴重的是土壤中大量累積的N03-對地下水造成汙染(巨曉棠，2003);另一方面，在高N生長環境中，小麥葉片中游離N相應增多，誘導光合產物碳水化合物轉化為蛋白質趨勢增加，影響莖杆機械強度，節間分生組織細胞變長，細胞壁變薄，因而植株易發倒伏，增加病蟲害發生率(于振文等，1995)。井長勤等(2003)也提出，隨施N量的增加，基部節間與穗下節間的配比不協調，基部節間充實度不夠，莖杆C/N比率過低，使小麥倒伏率升高，也因此成為小麥N素利用效率低的主要因素。魏鳳珍等(2008)也有類似的結論，他們研究發現基部節間長度和N含量均隨施N水平增加而增加，而基部節間直徑、莖杆壁厚、機械強度則表現相反；細胞壁纖維素、木質素含量和莖杆抗倒指數則隨施N水平的增加呈現出先增後降的趨勢。再者，我們實驗室以及其他研究表明，過量N素抑制種子萌發、幼苗根系生長(Britto和Kronzucker等，2002 ；Li等2010 ；Cheng等，2011)。眾所周知，K也是植物細胞生理活動的大量元素(Szczerb et al.，2008),是細胞內多種酶活性所必須的，是碳水化合物、蛋白質合成的重要輔助因子(Marschner，1995 )。然而，由於NH4+和K+在電荷、分子大小、水合能等特性上存在著高度的相似性，二者在細胞膜上有著共同的運輸通道(channels)與調控機理(White, 1996)，高濃度的NH4+顯著抑制K+通道(例如AKTland HAK5)活性、K+吸收速率以及在植物體內的積累，進而影響細胞生理活動穩態(Angeles et al., 2005; Szczerba et al., 2008b ；Hoopen et al.，2010)。而 K+與N03_在電荷上存在著互補性，K+促進植物根系對N03_的吸收。因此植物對三種離子的吸收存在著競爭而又相互協調的關係。因此，合理部署N、K素施用是提高小麥莖杆強度，增強其抗倒性能的重要途徑。最近，俄克拉何馬州立大學(Oklahoma State University)研製的手持可攜式數據採集系統(GreenSeeker Sensor)是通過獲取作物相關信息而得到植被指數和紅光與近紅外(near infrared;NIR)光的比值的作物研究工具。植物葉綠素吸收紅光作為光合作用能源，因此，健康植株能夠吸收更多的紅光，反射較多的近紅外。標準差植被指數(normalizeddifference vegetation index, NDVI)是植物光合作用吸收有效福射的一個定量指標，通常用來植物健康狀態與生長活性，由公式NDVI= (NIRreflected - Redreflected) /(NIRrefIected+RedrefIected)計算而來。GreenSeeker Sensor 根據遙感測得的 NDVI 數據通過儀器配備的微型電腦分析計算既能對作物長勢、產量做出診斷，並能快速、方便、準確地測定農作物在生長的不同時期對N肥的需求量(Raun et al.，2002)。
發明內容
為了解決上述的 技術問題，本發明提供了一種新的施肥方法。本發明通過檢測小麥生長與營養狀況的綜合指標——歸一化植被指數(NDVI)值指導氮素實時實地管理，提高小麥抗倒伏性能及氮素利用效率。本發明的技術方案是:一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法，其特徵是，(I)基施肥料:小麥播種前，選用傳統小麥專用N、P、K複合肥，根據需要用生產用過磷酸鈣、氯化鉀(或硫酸鉀)、尿素調節營養元素比例，使每畝施用N、P2O5, K2O量分別為5-6、5-8、4-7kg，然後立即耕翻，將肥料與土壤混合，避免營養元素揮發；(2)播種:小麥播種量為8-12.5kg/畝，行距為20-23cm ；(3)小麥生長至起身初期,利用GreenSeeker測定NDVI值；a.如果同時滿足NDVK0.20和小麥群體小於32萬莖櫱數/畝兩個條件時，於小麥起身初期每畝施用Ν、ρ205、κ20量分別為ll、4、9kg (溝施入土 5cm)，施肥後隨即灌溉；b.如果僅滿足上述其中一個條件，於小麥起身中期每畝施用Ν、Ρ205、Κ20量分別為
ll、4、9kg (溝施入土 5cm)，施肥後隨即灌溉；
c.如果上述兩個條件均不滿足，則於小麥拔節初期(1-2節)繼續利用GreenSeeker測定NDVI值並根據NDVI值追施肥料(溝施入土 5cm)，施肥後隨即灌溉；如果NDVI值〈0.30時，每畝施用N、P205、K2O量分別為ll、4、9kg ；如果NDVI值>0.50時，每畝施用N、P205、K2O量分別為8、2、6kg ；如果NDVI值為0.30-0.50，每畝施用N、P2O5, K2O分別為8_11 (不包含兩端值，下同)、2_4、6_9kg ；注:N、P2O5> K2O施用時以傳統小麥專用N、P、K複合肥為底料，用氯化鉀(或硫酸
鉀)、尿素(如需要)調節營養成分。(4)小麥灌漿中後期(開花後20-25天)，噴施KH2PO4 —次，每畝用量0.6-0.8kg，用清水配成濃度為1%(重量百分比)的藥劑，在晴天下午4點以後噴施，有利於製劑充分吸收，避免中午高溫對葉片的灼傷。注:小麥播種前造墒、整地、選種、除草等大田管理措施按當地傳統與經驗操作。本發明技術方案具有堅實的作物生理學基礎及多重有益效果:1)本發·明基肥中選用的營養成分，其比例與常規施肥不同。本發明降低了基施肥料N素用量，從而降低了高濃度N素對小麥萌發及根系伸長造成的抑制作用，促進根系深長，為避免生育後期根倒伏提供支撐，同時降低了 N素的揮發、淋洗等途徑的流失，減少環境汙染。因P素與土壤結合緊密，不易淋失，基施中提高其在Ν、Ρ205、Κ20三素中的比例以穩定細胞膜流動性，提升小麥抗冬季低溫脅迫能力。2)起身期，小麥進行春季分櫱。如果此時群體與NDVI值小，說明土壤營養匱乏，提前、多量追肥，促進小麥春季分櫱，提高畝穗數。3)小麥拔節初期是小麥追肥的最佳時期，此時測定NDVI值，能夠反映土壤營養狀況以及小麥生長情況，根據NDVI值水平，有的放矢進行施肥，減少因降雨、灌溉等因素引起的養分流失及環境汙染。4)與傳統施肥習慣比較，本發明在起身期或拔節期仍施用K肥。一是因為拔節期是小麥莖杆發育的關鍵時期，提高K肥用量能夠促進纖維素、木質素等多糖合成，提高小麥莖杆強度，提高抗倒伏特性；二、K也是易溶元素，淋洗性較高(低於N素，但遠遠高於P素)，在小麥生長最旺盛、最需要K素時期施肥，減少播種時一次性過量施肥而造成的浪費，提高其利用效率；三是因為NH4+對植株吸收K+有一定的抑制作用，提高施K量，以緩解植株中K素匱乏。5)根據我們的非損傷微測技術測定，K+能夠促進植株對NO3-的吸收。因N素的淋洗性大於K素，提高K素用量利用其促進N吸收特性來提高植株營養平衡。6)灌漿中後期，植株中大量K轉運到籽粒中，噴施KH2PO4，以補充K素營養，同時也為植物組織提供了一個酸性環境，提高細胞中蛋白酶活性，促進蛋白質降解為有機小分子，使秸杆中的含N化合物能夠快速運輸到籽粒中去，提高灌漿速率、產量及N素利用效率。K素還可促進灌漿期澱粉合成、養分轉化，使小麥落黃好，增加產量和改進品質。
具體實施例方式實施例1本試驗在山東省農業科學院作物研究所試驗地進行，土壤肥力中等；耕作方式為保護性耕作(上季作物玉米收穫後其秸杆直接粉碎還田，小麥用免耕機播種)，實驗品種為濟麥22。a.基施肥料:小麥播種前撒施複合肥，Ν、Ρ205、Κ20用量分別為5、7、7kg/畝。施肥後立即耕翻，將肥料與土壤混合，避免營養成分因裸露而揮發。b.小麥播種量為9kg/畝，行距為20cm。c.小麥生長至起身初期，NDVI值為0.27，群體為45.3萬莖櫱數/畝。d.小麥拔節初期(I節)，利用GreenSeeker測定NDVI值為0.59。e.以N、P、K複合肥為底料，用氯化鉀與尿素調節營養成分，每畝施用N、P2O5> K2O分別為8、2、6kg (溝施5cm深)，施肥後隨即灌溉。f.小麥灌漿中後期(開花後25天)，噴施KH2PO4,每畝用量0.6kg，用清水配成濃度為1%的藥劑，在下午4點以後噴施。g.小麥播種前造墒、整地、選種、除草等按當地傳統與經驗進行。本發明實施例1與傳統施肥對小麥莖杆成分、倒伏及產量的影響如表I所不。傳統施肥法:播種時，選用小麥專用N、P、K複合肥，每畝施用N、P205、K208、7、5kg，混勻撒施後翻耕入土。拔節期，每畝施用N、P205、K208、2、4kg,溝施入土 5cm,施肥後隨即灌溉。表I本發明實施例1與傳統施肥對小麥莖杆成分、倒伏及產量的影響
權利要求
1.一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法，其特徵是， (1)基施肥料:小麥播種前，每畝施用Ν、ρ205、κ20量分別為5-6、5-8、4-7kg，施肥後立即耕翻，將肥料與土壤混合； (2)播種:小麥播種量為8-12.5kg/畝，行距為20-23cm ； (3)小麥生長到了起身初期，利用GreenSeeker測定NDVI值； a.如果同時滿足NDVK0.20和小麥群體小於32萬莖櫱數/畝兩個條件時，於小麥起身初期每畝施用Ν、Ρ205、Κ20量分別為ll、4、9kg，施肥後隨即灌溉； b.如果僅滿足步驟a中一個條件，於小麥起身中期每畝施用N、P2O5,K2O量分別為11、4、9kg，施肥後隨即灌溉； c.如果步驟a中兩個條件均不滿足,則於小麥拔節初期繼續利用GreenSeeker測定NDVI值並根據NDVI值追施肥料，施肥後隨即灌溉； 如果NDVI值〈0.30時，每畝施用N、P205、K2O量分別為ll、4、9kg ; 如果NDVI值>0.50時，每畝施用N、P205、K2O量分別為8,2,6kg ； 如果NDVI值為0.30-0.50，每畝施用N的量為> 8kg且〈Ilkg，施用P2O5的量為> 2kg且 6kg且<9kg ； (4)小麥灌漿中後期噴施KH2PO4—次，每畝用量0.6-0.8kg，用清水配成濃度為lwt%的溶液，在晴天下午4點以後噴施。
2.如權利要求1所述的一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法，其特徵是，所述步驟(3)中的肥料均溝施入土 5cm。
3.如權利要求1或2所述的一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法，其特徵是，所述步驟(I)中Ν、Ρ205、Κ20施用量以傳統小麥專用N、P、K複合肥為底料，用生產用過磷酸鈣、氯化鉀或硫酸鉀、尿素調節。
4.如權利要求1或2所述的一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法，其特徵是，所述步驟(3)中Ν、Ρ205、Κ20施用量以傳統小麥專用N、P、K複合肥為底料，用氯化鉀或硫酸鉀、尿素調節N、P2O5和K2O之間的比例。
全文摘要
本發明公開了一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法。該方法包括1)播種前施肥用N、P、K複合肥；2)起身期及拔節期測定NDVI值，根據NDVI值大小進行變量施肥，並提高鉀K素施用量；3)小麥灌漿中後期，葉面噴施KH2PO4。本發明通過改進基肥、追施肥策略(減少基肥施肥量，特別是減少氮素施用量；改傳統一次性P、K基施為基、追都施)，利用無揮發性、淋洗性相對較低的K+能夠促進小麥對流失性較強的土壤NO3-的吸收，提高小麥N素利用效率；同時通過提高K素施用量，以促進莖稈機械強度，增強小麥抗倒伏性能。
文檔編號A01G1/00GK103109671SQ20131007648
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月11日 優先權日2013年3月11日
發明者孔令安, 王法宏, 司紀升, 馮波, 孫銘澤, 張賓, 李升東, 王崢, 李華偉 申請人:山東省農業科學院作物研究所