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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于植物生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)狀況監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種小麥生長(zhǎng)發(fā)育過程中利用歸一化植被指數(shù)(NDVI)指導(dǎo)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(shù)：
小麥拔節(jié)期是小麥莖桿發(fā)育，決定其機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)鍵時(shí)期。而生育后期莖桿中儲(chǔ)存的有機(jī)物大量分解，也是改變莖桿機(jī)械強(qiáng)度的重要因素。如果莖桿機(jī)械強(qiáng)度弱，植株抗倒伏性能低，則最終小麥產(chǎn)出嚴(yán)重受損。據(jù)研究，倒伏會(huì)導(dǎo)致小麥籽粒產(chǎn)量降低30%以上(Vera等，2012 ;Wiersma等，2011)。雖然小麥科學(xué)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(wàn)變，小麥倒伏存在嚴(yán)重的不可預(yù)見性，也因而成為阻礙小麥生產(chǎn)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(fā)生在莖桿基部節(jié)間。在顯微結(jié)構(gòu)上，基部節(jié)間維管束數(shù)目、直徑，機(jī)械組織特性、細(xì)胞壁厚度、木質(zhì)化程度、導(dǎo)管壁厚度，維管束鞘厚度，導(dǎo)管徑大小則直接影響到莖桿抗壓強(qiáng)度；小麥莖桿機(jī)械組織厚、細(xì)胞層數(shù)多、植株重心較低、基部節(jié)間單維管束面積和周長(zhǎng)較大、株高相近而穗下節(jié)間較長(zhǎng)以及植株高度構(gòu)成指數(shù)較大的植株抗倒力較大(安呈峰等，2008)。在農(nóng)藝性狀上，Keller等(1999)通過小麥遺傳圖譜的構(gòu)建和數(shù)量性狀的定位分析發(fā)現(xiàn)，植株的莖硬度、厚度以及柔韌度、葉寬、高度與倒伏密切聯(lián)系。令人們感興趣的是，基部第1、2節(jié)間結(jié)構(gòu)性大分子與倒伏有著密切的關(guān)系。Crook和Ennos (1995)對(duì)不同小麥品種的細(xì)胞壁成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)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，抗倒品種莖桿的半纖維素和木質(zhì)素含量均高于不抗倒品種。Tripathi等(2003)通過比較抗倒性不同的4個(gè)品種的莖桿木質(zhì)素含量，也發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素含量高的品種抗性強(qiáng)。生產(chǎn)上常用激素或生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，如矮壯素、助壯素等提高小麥莖桿強(qiáng)度，然而， 此類物質(zhì)因殘留而對(duì)后茬作物生長(zhǎng)、小麥加工品質(zhì)、生態(tài)環(huán)境等造成不良影響。氮素是作物生長(zhǎng)生育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，是影響作物產(chǎn)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(shí)，N素營(yíng)養(yǎng)狀況還影響作物對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)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(xiàn)在的80kg/畝，甚至IOOkg/畝，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中N盈余也不斷增加。世界上每年消耗N肥87000000噸，60%用于谷類作物生產(chǎn)，然而，谷類作物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(yán)重的問題也日益突出，更為嚴(yán)重的是土壤中大量累積的N03-對(duì)地下水造成污染(巨曉棠，2003);另一方面，在高N生長(zhǎng)環(huán)境中，小麥葉片中游離N相應(yīng)增多，誘導(dǎo)光合產(chǎn)物碳水化合物轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)趨勢(shì)增加，影響莖桿機(jī)械強(qiáng)度，節(jié)間分生組織細(xì)胞變長(zhǎng)，細(xì)胞壁變薄，因而植株易發(fā)倒伏，增加病蟲害發(fā)生率(于振文等，1995)。井長(zhǎng)勤等(2003)也提出，隨施N量的增加，基部節(jié)間與穗下節(jié)間的配比不協(xié)調(diào)，基部節(jié)間充實(shí)度不夠，莖桿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(jié)論，他們研究發(fā)現(xiàn)基部節(jié)間長(zhǎng)度和N含量均隨施N水平增加而增加，而基部節(jié)間直徑、莖桿壁厚、機(jī)械強(qiáng)度則表現(xiàn)相反；細(xì)胞壁纖維素、木質(zhì)素含量和莖桿抗倒指數(shù)則隨施N水平的增加呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)。再者，我們實(shí)驗(yàn)室以及其他研究表明，過量N素抑制種子萌發(fā)、幼苗根系生長(zhǎng)(Britto和Kronzucker等，2002 ；Li等2010 ；Cheng等，2011)。眾所周知，K也是植物細(xì)胞生理活動(dòng)的大量元素(Szczerb et al.，2008),是細(xì)胞內(nèi)多種酶活性所必須的，是碳水化合物、蛋白質(zhì)合成的重要輔助因子(Marschner，1995 )。然而，由于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(xì)胞膜上有著共同的運(yùn)輸通道(channels)與調(diào)控機(jī)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(nèi)的積累，進(jìn)而影響細(xì)胞生理活動(dòng)穩(wěn)態(tài)(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(bǔ)性，K+促進(jìn)植物根系對(duì)N03_的吸收。因此植物對(duì)三種離子的吸收存在著競(jìng)爭(zhēng)而又相互協(xié)調(diào)的關(guān)系。因此，合理部署N、K素施用是提高小麥莖桿強(qiáng)度，增強(qiáng)其抗倒性能的重要途徑。最近，俄克拉何馬州立大學(xué)(Oklahoma State University)研制的手持便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(GreenSeeker Sensor)是通過獲取作物相關(guān)信息而得到植被指數(shù)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(biāo)準(zhǔn)差植被指數(shù)(normalizeddifference vegetation index, NDVI)是植物光合作用吸收有效福射的一個(gè)定量指標(biāo)，通常用來植物健康狀態(tài)與生長(zhǎng)活性，由公式NDVI= (NIRreflected - Redreflected) /(NIRrefIected+RedrefIected)計(jì)算而來。GreenSeeker Sensor 根據(jù)遙感測(cè)得的 NDVI 數(shù)據(jù)通過儀器配備的微型電腦分析計(jì)算既能對(duì)作物長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量做出診斷，并能快速、方便、準(zhǔn)確地測(cè)定農(nóng)作物在生長(zhǎng)的不同時(shí)期對(duì)N肥的需求量(Raun et al.，2002)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的 技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種新的施肥方法。本發(fā)明通過檢測(cè)小麥生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)狀況的綜合指標(biāo)——?dú)w一化植被指數(shù)(NDVI)值指導(dǎo)氮素實(shí)時(shí)實(shí)地管理，提高小麥抗倒伏性能及氮素利用效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種提高小麥氮素利用率及抗倒伏性的施肥方法，其特征是，(I)基施肥料:小麥播種前，選用傳統(tǒng)小麥專用N、P、K復(fù)合肥，根據(jù)需要用生產(chǎn)用過磷酸鈣、氯化鉀(或硫酸鉀)、尿素調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)元素比例，使每畝施用N、P2O5, K2O量分別為5-6、5-8、4-7kg，然后立即耕翻，將肥料與土壤混合，避免營(yíng)養(yǎng)元素?fù)]發(fā)；(2)播種:小麥播種量為8-12.5kg/畝，行距為20-23cm ；(3)小麥生長(zhǎng)至起身初期,利用GreenSeeker測(cè)定NDVI值；a.如果同時(shí)滿足NDVK0.20和小麥群體小于32萬(wàn)莖蘗數(shù)/畝兩個(gè)條件時(shí)，于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)，施肥后隨即灌溉；b.如果僅滿足上述其中一個(gè)條件，于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)，施肥后隨即灌溉；
c.如果上述兩個(gè)條件均不滿足，則于小麥拔節(jié)初期(1-2節(jié))繼續(xù)利用GreenSeeker測(cè)定NDVI值并根據(jù)NDVI值追施肥料(溝施入土 5cm)，施肥后隨即灌溉；如果NDVI值〈0.30時(shí)，每畝施用N、P205、K2O量分別為ll、4、9kg ；如果NDVI值>0.50時(shí)，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(shí)以傳統(tǒng)小麥專用N、P、K復(fù)合肥為底料，用氯化鉀(或硫酸
鉀)、尿素(如需要)調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)成分。(4)小麥灌漿中后期(開花后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(diǎn)以后噴施，有利于制劑充分吸收，避免中午高溫對(duì)葉片的灼傷。注:小麥播種前造墑、整地、選種、除草等大田管理措施按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)與經(jīng)驗(yàn)操作。本發(fā)明技術(shù)方案具有堅(jiān)實(shí)的作物生理學(xué)基礎(chǔ)及多重有益效果:1)本發(fā)·明基肥中選用的營(yíng)養(yǎng)成分，其比例與常規(guī)施肥不同。本發(fā)明降低了基施肥料N素用量，從而降低了高濃度N素對(duì)小麥萌發(fā)及根系伸長(zhǎng)造成的抑制作用，促進(jìn)根系深長(zhǎng)，為避免生育后期根倒伏提供支撐，同時(shí)降低了 N素的揮發(fā)、淋洗等途徑的流失，減少環(huán)境污染。因P素與土壤結(jié)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(wěn)定細(xì)胞膜流動(dòng)性，提升小麥抗冬季低溫脅迫能力。2)起身期，小麥進(jìn)行春季分蘗。如果此時(shí)群體與NDVI值小，說明土壤營(yíng)養(yǎng)匱乏，提前、多量追肥，促進(jìn)小麥春季分蘗，提高畝穗數(shù)。3)小麥拔節(jié)初期是小麥追肥的最佳時(shí)期，此時(shí)測(cè)定NDVI值，能夠反映土壤營(yíng)養(yǎng)狀況以及小麥生長(zhǎng)情況，根據(jù)NDVI值水平，有的放矢進(jìn)行施肥，減少因降雨、灌溉等因素引起的養(yǎng)分流失及環(huán)境污染。4)與傳統(tǒng)施肥習(xí)慣比較，本發(fā)明在起身期或拔節(jié)期仍施用K肥。一是因?yàn)榘喂?jié)期是小麥莖桿發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，提高K肥用量能夠促進(jìn)纖維素、木質(zhì)素等多糖合成，提高小麥莖桿強(qiáng)度，提高抗倒伏特性；二、K也是易溶元素，淋洗性較高(低于N素，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于P素)，在小麥生長(zhǎng)最旺盛、最需要K素時(shí)期施肥，減少播種時(shí)一次性過量施肥而造成的浪費(fèi)，提高其利用效率；三是因?yàn)镹H4+對(duì)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(jù)我們的非損傷微測(cè)技術(shù)測(cè)定，K+能夠促進(jìn)植株對(duì)NO3-的吸收。因N素的淋洗性大于K素，提高K素用量利用其促進(jìn)N吸收特性來提高植株?duì)I養(yǎng)平衡。6)灌漿中后期，植株中大量K轉(zhuǎn)運(yùn)到籽粒中，噴施KH2PO4，以補(bǔ)充K素營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)也為植物組織提供了一個(gè)酸性環(huán)境，提高細(xì)胞中蛋白酶活性，促進(jìn)蛋白質(zhì)降解為有機(jī)小分子，使秸桿中的含N化合物能夠快速運(yùn)輸?shù)阶蚜Ｖ腥?，提高灌漿速率、產(chǎn)量及N素利用效率。K素還可促進(jìn)灌漿期淀粉合成、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，使小麥落黃好，增加產(chǎn)量和改進(jìn)品質(zhì)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本試驗(yàn)在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所試驗(yàn)地進(jìn)行，土壤肥力中等；耕作方式為保護(hù)性耕作(上季作物玉米收獲后其秸桿直接粉碎還田，小麥用免耕機(jī)播種)，實(shí)驗(yàn)品種為濟(jì)麥22。a.基施肥料:小麥播種前撒施復(fù)合肥，Ν、Ρ205、Κ20用量分別為5、7、7kg/畝。施肥后立即耕翻，將肥料與土壤混合，避免營(yíng)養(yǎng)成分因裸露而揮發(fā)。b.小麥播種量為9kg/畝，行距為20cm。c.小麥生長(zhǎng)至起身初期，NDVI值為0.27，群體為45.3萬(wàn)莖蘗數(shù)/畝。d.小麥拔節(jié)初期(I節(jié))，利用GreenSeeker測(cè)定NDVI值為0.59。e.以N、P、K復(fù)合肥為底料，用氯化鉀與尿素調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)成分，每畝施用N、P2O5> K2O分別為8、2、6kg (溝施5cm深)，施肥后隨即灌溉。f.小麥灌漿中后期(開花后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(diǎn)以后噴施。g.小麥播種前造墑、整地、選種、除草等按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。本發(fā)明實(shí)施例1與傳統(tǒng)施肥對(duì)小麥莖桿成分、倒伏及產(chǎn)量的影響如表I所不。傳統(tǒng)施肥法:播種時(shí)，選用小麥專用N、P、K復(fù)合肥，每畝施用N、P205、K208、7、5kg，混勻撒施后翻耕入土。拔節(jié)期，每畝施用N、P205、K208、2、4kg,溝施入土 5cm,施肥后隨即灌溉。表I本發(fā)明實(shí)施例1與傳統(tǒng)施肥對(duì)小麥莖桿成分、倒伏及產(chǎn)量的影響
權(quán)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，其特征是， (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，施肥后立即耕翻，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(zhǎng)到了起身初期，利用GreenSeeker測(cè)定NDVI值； a.如果同時(shí)滿足NDVK0.20和小麥群體小于32萬(wàn)莖蘗數(shù)/畝兩個(gè)條件時(shí)，于小麥起身初期每畝施用Ν、Ρ205、Κ20量分別為ll、4、9kg，施肥后隨即灌溉； b.如果僅滿足步驟a中一個(gè)條件，于小麥起身中期每畝施用N、P2O5,K2O量分別為11、4、9kg，施肥后隨即灌溉； c.如果步驟a中兩個(gè)條件均不滿足,則于小麥拔節(jié)初期繼續(xù)利用GreenSeeker測(cè)定NDVI值并根據(jù)NDVI值追施肥料，施肥后隨即灌溉； 如果NDVI值〈0.30時(shí)，每畝施用N、P205、K2O量分別為ll、4、9kg ; 如果NDVI值>0.50時(shí)，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<4kg，施用K2O量為> 6kg且<9kg ； (4)小麥灌漿中后期噴施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(diǎn)以后噴施。
2.如權(quán)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，其特征是，所述步驟(3)中的肥料均溝施入土 5cm。
3.如權(quán)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，其特征是，所述步驟(I)中Ν、Ρ205、Κ20施用量以傳統(tǒng)小麥專用N、P、K復(fù)合肥為底料，用生產(chǎn)用過磷酸鈣、氯化鉀或硫酸鉀、尿素調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)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，其特征是，所述步驟(3)中Ν、Ρ205、Κ20施用量以傳統(tǒng)小麥專用N、P、K復(fù)合肥為底料，用氯化鉀或硫酸鉀、尿素調(diào)節(jié)N、P2O5和K2O之間的比例。
全文摘要
本發(fā)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復(fù)合肥；2)起身期及拔節(jié)期測(cè)定NDVI值，根據(jù)NDVI值大小進(jìn)行變量施肥，并提高鉀K素施用量；3)小麥灌漿中后期，葉面噴施KH2PO4。本發(fā)明通過改進(jìn)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(tǒng)一次性P、K基施為基、追都施)，利用無揮發(fā)性、淋洗性相對(duì)較低的K+能夠促進(jìn)小麥對(duì)流失性較強(qiáng)的土壤NO3-的吸收，提高小麥N素利用效率；同時(shí)通過提高K素施用量，以促進(jìn)莖稈機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)小麥抗倒伏性能。
文檔編號(hào)A01G1/00GK103109671SQ20131007648
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者孔令安, 王法宏, 司紀(jì)升, 馮波, 孫銘澤, 張賓, 李升東, 王崢, 李華偉 申請(qǐng)人:山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所