施氮量對不同品質類型小麥產量和加工品質的影響

徐鳳嬌，趙廣才，田奇卓，常旭虹，楊玉雙 ，王德梅，劉 鑫

(1中國農業科學院作物科學研究所，農業部作物生理生態與栽培重點開放實驗室，北京100081;2山東農業大學，作物生物學國家重點實驗室，山東泰安271018)

小麥產量和品質的形成與氮素營養密切相關。生產中，氮肥施入量大、利用率低等問題引起了很多相關科研人員的關注［1］。一些研究［2－4］表明，適量施用氮肥既能增加小麥子粒產量又能提高蛋白質含量和子粒濕面筋含量，延長面團形成時間、穩定時間和斷裂時間，使子粒產量和蛋白質含量達到同步增加，氮素水平過高雖能提高子粒蛋白質含量，但子粒產量下降。另有研究［5－6］認為，施氮可以提高小麥產量和品質，但是小麥達到最高產量或最高品質時的施肥量在不同品種間存在明顯差異。程國旺等［7］研究認為，拔節期適當的氮肥用量能提高產量，而品質表現主要受基因型和供氮背景的影響。楊延兵等［8］研究發現，施氮量對小麥產量的貢獻率為20.69%，基因型為48.66%。不同基因型小麥達到最高產量時的施氮量不同。趙廣才等［9］用7個強筋小麥品種，分別在6個省試驗，研究認為，在施氮N 0～300 kg/hm2范圍內，濕面筋、沉降值、吸水率、面團形成時間、穩定時間、延伸性、面包體積均隨施氮量增加逐漸提高，其中面團形成時間、穩定時間、濕面筋、沉降值對氮肥反應敏感。不同品質類型小麥的產量性狀和品質指標對施氮調控的反應不同，又因生態環境和栽培措施不同，關于施氮量對小麥產量和品質影響的研究結果存在很大差異。如何合理調整氮肥用量，使其在提高產量和改善品質的同時，最大限度地降低氮肥對環境的負面作用，已成為小麥生產中亟待解決的問題。本試驗選用兩個強筋小麥品種和兩個中筋小麥品種，研究不同施氮量對不同品質類型小麥產量及加工品質的影響，以期為不同品質類型小麥優質高產栽培的氮肥運籌提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗于2009年10月2日在中國農業科學院作物科學研究所進行，試驗地0—20 cm耕層土壤有機質含量25 g/kg、全氮1.0 g/kg、堿解氮114 mg/kg、速效磷37 mg/kg、速效鉀125 mg/kg。

試驗為裂區設計，主區為小麥全生育期的施氮處理，設五個水平，即施 N 0、90、180、270、360 kg/hm2，分別用N0、N90、N180、N270、N360表示，施肥方式為底肥和追肥各50%，于拔節中期隨水追肥。副區為品種，強筋小麥濟麥20、強筋小麥皖麥38、中筋小麥京冬8、中筋小麥中麥8。基本苗180萬株/hm2，小區面積 7.2 m ×1.4 m=10.08 m2，試驗設3次重復，共60個小區。在旗葉展開后0、7、14、21、28和35 d取樣測定旗葉葉綠素含量和全氮含量。出苗后，每小區選2個固定樣點，收獲時拔取樣點植株考種。其他管理同一般高產田。試驗于2010年6月20日按小區收獲測定子粒產量。

1.2 測定項目和方法

葉綠素測定參照丙酮－無水乙醇浸提法;葉片全氮含量采用FOSS公司的Kjeltec2300自動定氮儀測定;子粒蛋白質含量采用Kjeltec2300自動定氮儀測定子粒全氮含量，乘以5.7即為子粒蛋白質含量;千粒重用肖邦數粒儀數500粒稱重，2次重復，(重復間相差小于0.5 g)，再換算成千粒重;容重用上海東方衡器廠產HGT－1000型容重器，按國家糧食標準(GB－1351－78)方法測定;面筋含量用瑞典Falling Number公司2200型面筋儀，參閱AACC38－2方法進行測定;沉降值用德國Brabender公司的沉降值儀，按AACC56－63ZELENY方法測定;面團流變學特性用德國 Brabender公司的粉質儀，按AACC56－21方法測定;面包烘烤試驗按中華人民共和國國家標準AA－CC10－01方法測定。

試驗數據用Excel和DPS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量對不同小麥品種旗葉葉綠素含量的影響

不同施氮量比較，各施氮處理葉綠素含量明顯高于對照(N0，不施氮肥)，最高值出現在旗葉展開后14 d，之后逐漸下降，表現為處理N360＞N270＞N180＞N90＞N0，成熟期表現為處理N270＞N360＞N180＞N90＞N0(圖1)。表明在一定范圍內，隨施氮量的增加旗葉葉綠素含量提高，增加氮肥施用量可以有效緩解葉綠素降解，延長葉片功能期。

品種間比較，各小麥品種葉綠素含量最高值均出現在旗葉展開后14 d，然后逐漸下降，之前表現為中筋品種(京冬8和中麥8)高于強筋品種(濟麥20和皖麥38)，之后則表現為強筋品種(濟麥20和皖麥38)高于中筋品種(京冬8和中麥8)。強筋小麥在旗葉展開14 d之前葉綠素含量較低，之后則下降緩慢，有利于后期產量的提高，中筋小麥則與此相反(圖1)。

圖1 施氮量對旗葉葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of N-fertilizer rates on chlorophyll contents of flag leaves of wheat

2.2 施氮量對不同小麥品種旗葉氮素含量的影響

不同施氮量比較，旗葉展開后氮素含量逐漸下降，各處理旗葉氮素含量均明顯高于對照，旗葉展開后7 d至35 d表現為N360＞N270＞N180＞N90＞N0(圖2)。在一定范圍內，隨施氮量的增加氮素含量下降變慢，增加施氮量可以有效抑制旗葉氮素含量下降，延長葉片功能期。

品種間比較，不同品種旗葉氮素含量均表現為逐漸下降趨勢。旗葉展開和展開后7 d中筋品種(京冬8和中麥8)旗葉氮素含量高于強筋品種(濟麥20和皖麥38)，從旗葉展開14 d開始表現為強筋品種高于中筋品種，可見強筋小麥品種在旗葉展開初期氮素含量比中筋小麥低，但后期旗葉氮素含量下降緩慢，有效緩解了葉片衰老，延長了旗葉功能期，中筋品種與此相反。

圖2 施氮量對旗葉全氮含量的影響Fig.2 Effects of N-fertilizer rates on total nitrogen contents of flag leaves of wheat

2.3 施氮量對不同小麥品種產量因素的影響

由表1可見，按照施氮因素的獨立效應分析，各品種的穗數、穗粒數、子粒產量和蛋白質產量均高于對照，且隨施氮量的增加逐漸提高，穗粒數在施氮N 180 kg/hm2時達到最高值，其他三項在施氮N 270 kg/hm2時達到最高值，當施氮量增加到N 360 kg/hm2時開始下降，表明施氮處理能有效增加小麥穗數、穗粒數，提高子粒產量和蛋白質產量，施氮N 270 kg/hm2是改善各產量因素的最適施氮量，施氮過量則不利于各產量因素的提高，還會造成肥料浪費和環境污染。品種間比較，不同氮肥用量對四個小麥品種各產量因素均有顯著影響，濟麥20蛋白質產量最高;皖麥38子粒產量最高;京冬8的穗數和千粒重最高;中麥8穗粒數最多。

表1 施氮量對小麥產量因素的影響Table 1 Effects of N-fertilizer rates on grain yield components of wheat

由表1還可以看出，不同氮肥處理對子粒產量和蛋白質產量的調控作用達到極顯著水平，而對產量構成三因素的調控效果均不顯著;品種間穗粒數和蛋白質產量差異顯著，不同施氮量和品種的互作效應對千粒重、子粒產量均有顯著影響。

2.4 施氮量對不同小麥品種一次加工品質的影響

由表2可見，各施氮處理的出粉率、硬度和子粒蛋白質含量均顯著高于對照，N270處理的硬度和蛋白質含量最高;N360處理的出粉率最高;容重則表現為不施氮處理N0最高。品種間比較，濟麥20硬度最大、蛋白質含量最高;皖麥38出粉率最高;京冬8的容重最高。

子粒蛋白質含量對氮肥調控反應敏感，其他一次加工品質指標受氮素調控不明顯;品種間出粉率、硬度和蛋白質含量差異顯著;氮肥和品種的互作效應對一次加工品質指標影響較大。

2.5 施氮量對不同小麥品種二次加工品質的影響

由表3可以看出，不同施氮量處理比較，施氮N180 kg/hm2可以顯著延長面團形成時間和穩定時間，降低吸水率，改善小麥二次加工品質;隨施氮量的增加沉降值增大，施氮N 360 kg/hm2處理最高(37.56)，面包體積達到最大值，而施氮量為180 kg/hm2時面包評分最高，可見在一定范圍內增加施氮量可以增加面包體積，提高面包評分，但不施氮肥和施氮量過高(N 360 kg/hm2)均不利于改善面包烘焙品質。品種間比較，不同小麥品種的沉降值、面團形成時間和穩定時間、面包體積、面包評分由高到低依次為濟麥20、皖麥38、京冬8、中麥8，并差異顯著。濕面筋含量和吸水率則表現為由高到低依次是京冬8、皖麥38、濟麥20、中麥8。

沉降值和濕面筋含量受氮素調控顯著;二次加工品質各項指標受小麥品種遺傳特性以及氮肥和品種互作效應影響顯著。

表2 施氮量對小麥一次加工品質的影響Table 2 Effects of N-fertilizer rates on the fist processing quality of wheat

表3 施氮量對小麥二次加工品質的影響Table 3 Effects of N-fertilizer rates on the second processing quality of wheat

3 討論

3.1 施氮量對不同小麥品種部分生理指標的影響

旗葉是小麥后期冠層的主要構成者，其對子粒產量的貢獻可達41%～43%，而后期功能葉片的光合產物對子粒的貢獻可達80%［10］。張定一等［11］研究認為，在一定范圍內，施氮可以增加旗葉葉綠素相對含量，但是施氮量過大旗葉葉綠素相對含量會隨之下降。本試驗結果表明，在施氮量為N 0～360 kg/hm2的范圍內，增加氮肥施用量可以有效緩解葉綠素降解，延長葉片功能期。強筋小麥旗葉展開后期葉綠素含量則下降緩慢，抑制了葉片衰老，中筋小麥則相反。這與張定一等的部分研究結果基本一致，并明確了施氮量對不同品質類型小麥旗葉葉綠素含量的影響，對指導生產具有應用價值。旗葉全氮含量變化規律是衡量小麥生育后期旗葉功能期長短的重要指標之一，有研究指出［12－13］，葉片養分含量明顯受氮素的調控，葉片氮素含量隨施氮量增加而提高。本研究認為，增加施氮量可以有效抑制旗葉氮素含量下降，延長葉片功能期。強筋小麥品種在旗葉展開初期氮素含量比中筋小麥低，但后期旗葉氮素含量下降緩慢，有效緩解了葉片衰老。

3.2 施氮量對不同小麥品種產量因素的影響

趙俊曄等［14］研究認為，施氮105～195 kg/hm2顯著提高子粒產量，繼續增施氮肥至285 kg/hm2，粒重和子粒產量均降低。趙廣才等［15］則研究認為，在施氮N 0～300 kg/hm2范圍內，隨施氮量增加產量逐漸提高，處理間差異顯著，但施氮N 300 kg/hm2僅比施N 225 kg/hm2的處理增產3.1%，因此，中產條件下施用氮素以N 225 kg/hm2左右較為適宜。在一定范圍內，施氮量對小麥產量影響的變化規律基本一致，但因環境條件、供試品種特性等不同，試驗結果存在很大差異。本試驗條件下，施氮量對各產量因素均有影響，在施氮N 0～360 kg/hm2范圍內，穗數、穗粒數、子粒產量和蛋白質產量隨施氮量的增加逐漸提高，施氮N 270 kg/hm2時達到最高值，當增加到N 360 kg/hm2時均開始下降。品種間各產量因素的差異除受施氮調控以外，還與其品種自身的遺傳特性有關。不同氮肥用量對4個小麥品種各產量因素有顯著影響，濟麥20蛋白質產量最高;皖麥38子粒產量最高;京冬8的穗數和千粒重最高;中麥8穗粒數最多。穗粒數、子粒產量和蛋白質產量對氮素調控反應敏感，品種間穗粒數和蛋白質產量差異顯著，不同施氮量和品種的互作效應對千粒重、子粒產量均有顯著影響。

3.3 施氮量對不同小麥品種加工品質的影響

加工品質分為一次加工品質和二次加工品質，其中一次加工品質包括出粉率、容重、子粒硬度、面粉白度和灰分含量等。二次加工品質主要包括面筋含量、面筋質量、吸水率、面團形成時間、穩定時間、沉降值、軟化度、評價值等多項指標［16］。小麥品質性狀受氮素調控差異顯著，同時因小麥品質類型的差異表現不同。增施氮肥能夠提高面粉的沉降值、濕面筋含量、提高面團吸水率、穩定時間、形成時間、面包體積和面包評分［17－18］。何萍等［19］研究認為，濕面筋、沉降值和穩定時間均表現出隨氮肥用量的提高而增加的趨勢。本試驗研究明確了施氮處理對不同品質類型小麥一次加工品質和二次加工品質的影響，試驗結果表明，施氮有利于子粒出粉率、硬度和蛋白質含量的提高，但不利于提高容重。濟麥20硬度最大、蛋白質含量最高;皖麥38出粉率最高;京冬8的容重最高。子粒蛋白質含量對氮肥調控反應敏感;品種間出粉率、硬度和蛋白質含量差異顯著;氮肥和品種的互作效應對各子粒品質指標影響較大。

在本試驗條件下，高氮處理可以增加沉降值，施氮N 180 kg/hm2可以顯著延長面團形成時間和穩定時間，降低吸水率，提高小麥加工品質。面包體積在施氮量為N 360 kg/hm2時達到最高值，而施氮量為180 kg/hm2時面包總體評分最高，可見在一定范圍內增加施氮量可以增加面包體積，提高面包評分，但不施氮肥和施氮量過高(N 360 kg/hm2)均不利于提高面包烘焙品質。這一研究結果(適宜施氮量N 180～360 kg/hm2)與何萍等［19］在施氮量上的結果差異較大，他們的研究認為全部處理中以N 112.5 kg/hm2處理獲得了較高的沉降值、粗蛋白和濕面筋含量及較長的穩定時間，分析認為這與供試品種和試驗條件有關。試驗品種間比較，沉降值、面團形成時間和穩定時間、面包體積、面包評分存在很大差異，由高到低依次為濟麥20、皖麥38、京冬8、中麥8，且差異顯著。濕面筋含量和吸水率則表現為由高到低依次是京冬8、皖麥38、濟麥20，中麥8。沉降值和濕面筋含量受氮素調控顯著;各加工品質指標受小麥品種遺傳特性和氮肥×品種互作效應影響顯著。生產中可以根據需要通過選良種和合理施肥的方式改善小麥加工品質，同時節約肥料，減少環境污染。

在施氮0～360 kg/hm2的范圍內，增加氮肥施用量可以減緩葉綠素降解，抑制旗葉全氮含量降低，有效緩解了葉片衰老。本試驗條件下，穗數、穗粒數、子粒產量和蛋白質產量均隨施氮量的增加逐漸提高，在施氮N 270 kg/hm2時達到最高值，當施氮量增加到N 360 kg/hm2時開始下降。各品種間差異較大，京冬8的容重和蛋白質含量最高，皖麥38出粉率最高，濟麥20硬度最大。高氮處理可以增加沉降值，施氮N 180 kg/hm2可以顯著延長面團形成時間和穩定時間，降低吸水率，改善小麥加工品質。面包體積在施氮量為N 360 kg/hm2達到最高值，而施氮量為N 180 kg/hm2時面包總體評分最高。施氮量控制在N180～270 kg/hm2的范圍內，可以有效提高產量和改善小麥品質。

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