[发明专利]一种提高小麦氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法

说明书

技术领域

本发明属于植物生长营养状况监测技术领域，特别涉及一种小麦生长发育过程中利用归一化植被指数（NDVI）指导氮素施用以提高氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法。

背景技术

小麦拔节期是小麦茎秆发育，决定其机械强度的关键时期。而生育后期茎秆中储存的有机物大量分解，也是改变茎秆机械强度的重要因素。如果茎秆机械强度弱，植株抗倒伏性能低，则最终小麦产出严重受损。据研究，倒伏会导致小麦籽粒产量降低30%以上（Vera等，2012；Wiersma等，2011）。虽然小麦科学工作者在此课题上做了大量的工作，试图通过品种选育、栽培管理、化控等措施改善植株的抗倒伏性能（Wiersma等，2011），然而气象因素瞬息万变，小麦倒伏存在严重的不可预见性，也因而成为阻碍小麦生产潜力与氮素利用效率提升的世界性难题（Martinez-Vazquez and Sterling，2011）。

倒伏多发生在茎秆基部节间。在显微结构上，基部节间维管束数目、直径，机械组织特性、细胞壁厚度、木质化程度、导管壁厚度，维管束鞘厚度，导管径大小则直接影响到茎秆抗压强度；小麦茎秆机械组织厚、细胞层数多、植株重心较低、基部节间单维管束面积和周长较大、株高相近而穗下节间较长以及植株高度构成指数较大的植株抗倒力较大（安呈峰等，2008）。在农艺性状上，Keller等（1999）通过小麦遗传图谱的构建和数量性状的定位分析发现，植株的茎硬度、厚度以及柔韧度、叶宽、高度与倒伏密切联系。令人们感兴趣的是，基部第1、2节间结构性大分子与倒伏有着密切的关系。Crook和Ennos（1995）对不同小麦品种的细胞壁成分进行了分析，发现品种间纤维素含量有显著差异，纤维素含量高的品种最抗倒伏。Berry等（2003）研究表明，抗倒品种茎秆的半纤维素和木质素含量均高于不抗倒品种。Tripathi等（2003）通过比较抗倒性不同的4个品种的茎秆木质素含量，也发现木质素含量高的品种抗性强。生产上常用激素或生长调节剂，如矮壮素、助壮素等提高小麦茎秆强度，然而，此类物质因残留而对后茬作物生长、小麦加工品质、生态环境等造成不良影响。

氮素是作物生长生育所必需的大量营养元素，是影响作物产量最重要的因素。氮素直接参与作物叶片叶绿素的合成，影响叶片光合作用与呼吸作用。同时，N素营养状况还影响作物对其他营养如P、K等元素的吸收。然而，近10多年来，N肥用量的迅速增加，由原来的40kg/亩增加到现在的80kg/亩，甚至100kg/亩，农田生态系统中N盈余也不断增加。世界上每年消耗N肥87000000吨，60%用于谷类作物生产，然而，谷类作物N肥利用效率（Nitrogen use efficiency）仅为33%（Alexandratos,1995）。过量施用N肥带来的N肥利用率下降、损失严重的问题也日益突出，更为严重的是土壤中大量累积的NO3-对地下水造成污染（巨晓棠,2003）；另一方面，在高N生长环境中，小麦叶片中游离N相应增多，诱导光合产物碳水化合物转化为蛋白质趋势增加，影响茎秆机械强度，节间分生组织细胞变长，细胞壁变薄，因而植株易发倒伏，增加病虫害发生率（于振文等，1995）。井长勤等（2003）也提出，随施N量的增加，基部节间与穗下节间的配比不协调，基部节间充实度不够，茎秆C/N比率过低，使小麦倒伏率升高，也因此成为小麦N素利用效率低的主要因素。魏凤珍等（2008）也有类似的结论，他们研究发现基部节间长度和N含量均随施N水平增加而增加，而基部节间直径、茎秆壁厚、机械强度则表现相反；细胞壁纤维素、木质素含量和茎秆抗倒指数则随施N水平的增加呈现出先增后降的趋势。再者，我们实验室以及其他研究表明，过量N素抑制种子萌发、幼苗根系生长（Britto和Kronzucker等，2002；Li等2010；Cheng等，2011）。