氮肥運籌對稻茬麥區弱筋小麥生理特性、品質及產量的調控效應

張向前，徐云姬，杜世州，嚴文學，袁立倫，喬玉強，陳 歡，趙 竹，李 瑋，曹承富

(1. 安徽省農業科學院作物研究所，安徽合肥 230031； 2. 揚州大學教育部農業與農產品安全國際合作聯合實驗室，江蘇揚州 225009； 3. 安徽省白湖農技服務中心廬江白湖農場，安徽廬江 231508)

弱筋小麥的蛋白質含量較低，筋力較弱，面團穩定時間較短，在和面及攪拌面糊時不易形成完全的面筋，在優質餅干、糕點加工中應用廣泛[1]。近年來，隨著人民生活水平的提高，專用優質弱筋小麥的需求量不斷增加，加強對弱筋小麥品質和產量的研究及大面積推廣種植已成為亟待解決的重要課題[2-3]。合理施用氮肥對提高小麥籽粒產量和改善品質有重要作用，眾多研究[4-6]表明，協同提高弱筋小麥的產量和品質較難實現。受氮肥施用量的影響，在小麥生產中往往存在高產不優質或優質不高產的現象。姚金保等[7]研究指出，在一定范圍內增施氮肥或追氮時期后移能提高弱筋小麥的籽粒產量，但蛋白質、濕面筋含量也隨之提高，導致小麥品質指標不符合弱筋小麥國家標準。因此，合理的氮肥運籌模式、協調籽粒品質和產量是實現弱筋小麥優質高產的重要內容[8]。

長江中下游麥區是中國唯一的弱筋小麥優勢產業帶和重要的弱筋小麥供應基地，提高和改善該區小麥產量和品質對解決中國緊缺的弱筋小麥供應問題具有十分重要的意義[9]。安徽稻茬麥區位于長江中下游，是發展弱筋小麥的優勢區之一[10]，然而該區優質弱筋小麥產量和品質的形成機理及栽培調控技術研究明顯滯后于緊鄰的江蘇省，導致安徽省優質弱筋小麥生產優勢得不到充分發揮，制約了該區弱筋小麥產量和品質的提升。氮肥是限制安徽省弱筋小麥生產發展的主要和常見原因之一，因此，本研究系統分析了不同氮肥施用量和基追比對弱筋小麥生理特性、品質及產量等的影響，在明確不同施氮量和基追比效應差異顯著性的基礎上揭示能有效改善弱筋小麥品質和產量的氮肥運籌方式，為推動安徽省弱筋小麥的發展及實現品質和產量的協調統一提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2016—2017年在安徽省廬江縣白湖農場進行，試驗田0～20 cm土壤有機質18.97 g·kg-1，全氮1.24 g·kg-1，堿解氮102.13 mg·kg-1，有效磷8.57 mg·kg-1，速效鉀 114.02 mg·kg-1，pH 5.7。采用雙因素裂區試驗設計，主區為施氮量，副區為基追比，施氮量設N1(120 kg·hm-2)、N2(180 kg·hm-2)、N3(240 kg·hm-2)三個水平，基追比設7∶3、 6∶4、5∶5三個水平，以不施氮肥處理(N0)為對照，共10個處理，每處理3次重復，共30個小區，小區面積4 m×3 m= 12 m2。2016年11月14播種，2017年5月24日收獲，種植密度為基本苗240×104hm-2，小麥品種為寧麥13。小麥全生育期降水量約545.0 mm，日均溫10.7 ℃，累計日照時數 1 049.3 h(安徽省氣象局氣象科學研究所提供)。磷肥和鉀肥全部基施，P2O5和 K2O用量(折純量)均為120 kg·hm-2，返青期追肥，病蟲害防治及其他田間管理措施同一般大田高產 栽培。

1.2 樣品采集與測定

葉綠素含量：采用手持式葉綠素測定儀(SPAD-502)分別于拔節期、孕穗期、開花期和灌漿中期選取植株的相同部位葉片進行測定。每小區隨機測定5株。孕穗期后選擇旗葉進行測定。

葉面積指數：采用直尺分別于拔節期、孕穗期、開花期和灌漿中期測量植株葉片的長和寬(葉片最寬處)。每小區隨機測定10株。

冠層葉綠素密度[11-12]：以小麥冠層倒1葉、倒2葉和倒3葉的單葉葉綠素密度的平均值作為該株小麥灌層葉綠素密度。

群體干物質積累量：分別于拔節期、孕穗期、開花期和成熟期取整株小麥樣品去除根系后， 105 ℃殺青20 min，80 ℃烘干至恒重，稱量干物質積累量。每小區隨機測定10株。

旗葉光合特性：用Li-6400便攜式光合儀于晴朗無云天氣在9:30-11:30測定小麥旗葉光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導度和蒸騰速率。分別在開花期和灌漿中期測定。

籽粒品質：用FOSS 1241型近紅外谷物分析儀測定籽粒的蛋白質(干基)含量、濕面筋(干基)含量和沉降值，測定前去除籽粒樣品中的雜質和不完善粒。

硬度指數：用SKCS 4100型單籽粒谷物硬度儀測定，測定前對樣品進行人工挑選，去除雜質、病蟲感染粒和不飽滿粒。

產量：收獲前每小區取一米雙行統計穗數，隨機取20穗統計穗粒數；收獲時分小區收獲曬干統計產量，并隨機取1 000粒籽粒統計千粒重。

1.3 據分析處理

單葉葉面積=葉片長×葉片寬×0.83；

葉面積指數=單位植株葉片總面積/單位土地面積；

單葉葉綠素密度=葉綠素含量SPAD值×單葉葉面積；

收獲指數=經濟產量(籽粒產量)/生物產量(群體干物質積累量)。

用Microsoft Excel 2013和SPSS 17.0軟件分析數據并制圖，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 施氮量和基追比對光合效應構成要素的影響

2.1.1 對葉綠素含量的影響

由表1可知，不施氮處理(N0)各生育時期的葉綠素含量均顯著低于同一時期的其他處理。相同施氮量下，基追比6∶4時小麥的葉綠素含量均高于同一生育期的其他處理，但三者間的差異不顯著；相同基追比下，小麥的葉綠素含量隨施氮量增加而提高。相同基追比下，N3的葉綠素含量顯著高于N1(灌漿中期基追比6∶4的處理除外)，而N2與N3間葉綠素含量差異不顯著。

表1 施氮量和基追比對小麥不同生育期葉綠素含量的影響Table 1 Effect of nitrogen fertilization and base to dressing ratio on chlorophyll content at different growth stages

同列數據后小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Different lower-case letters within the same column indicate significant difference at 0.05 level.The same as in tables 2-7.

2.1.2 對葉面積指數的影響

由表2可知，相同施氮量下，基追比為6∶4時小麥的葉面積指數最高，其中N1和N2條件下，不同基追比間的葉面積指數差異均不顯著(孕穗期除外)；N3條件下，孕穗期基追比7∶3和 6∶4、開花期基追比7∶3和6∶4以及7∶3和 5∶5間的葉面積指數差異顯著。基追比相同時，N3的葉面積指數顯著高于N1。相同生育時期，N1的葉面積指數顯著高于N0；相同基追比和生育期下，N3的葉面積指數顯著高于N1，而N3與N2相同基追比下拔節期和灌漿中期的葉面積指數差異不顯著。說明在0～240 kg·hm-2施氮范圍內，施氮量增加120 kg·hm-2(N0提高到N1、N1提高到N3)可顯著增加葉面積指數。

表2 施氮量和基追比對不同生育期群體葉面積指數的影響Table 2 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on leaf area index at different growth stages

2.1.3 對冠層葉綠素密度的影響

由表3可知，不施氮(N0)處理的冠層葉綠素密度顯著低于其他施氮處理。相同施氮量下,開花期和灌漿中期基追比為7∶3時小麥的冠層葉綠素密度最低。開花期，N1施氮量下基追比為 5∶5時小麥的冠層葉綠素密度顯著高于基追比 7∶3處理，N2施氮量下基追比為6∶4時小麥的冠層葉綠素密度顯著高于基追比7∶3處理，而相同施氮量下基追比6∶4和5∶5處理間的差異均不顯著。灌漿中期，N3和N2施氮量下基追比 6∶4處理的冠層葉綠素密度顯著高于基追比 7∶3處理，而N1施氮量下3種基追比間的差異均不顯著。相同基追比下，N3施氮量下各處理的冠層葉綠素密度在開花期和灌漿中期均顯著高于N1。

2.1.4 對光合特性的影響

由表4可知，不施氮(N0)處理的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均顯著低于各施氮處理。相同施氮量下，同一生育期不同基追比間小麥的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均以基追比6∶4最高，以基追比7∶3最低，而胞間CO2濃度以基追比7∶3最高，以基追比6∶4最低，但3種基追比間的差異均不顯著。相同基追比下，N3施氮量下的光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均顯著高于N1。說明在0～240 kg·hm-2施氮量范圍內，施氮量增加120 kg·hm-2(N0提高到N1、N1提高到N3)可顯著提高光合速率，但施氮量相同時光合速率受基追比影響不明顯。

表3 施氮量和基追比對小麥冠層葉綠素密度的影響Table 3 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on chlorophyll density of wheat canopy

表4 施氮量和基追比對小麥光合特性的影響Table 4 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on photosynthetic characteristics of wheat

表5 施氮量和基追比對小麥品質的影響Table 5 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on wheat quality

2.2 施氮量和基追比對籽粒品質的影響

由表5可知，小麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值和硬度指數均隨施氮量的增加而提高。相同施氮量下，小麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值和硬度指數均以基追比5∶5最高，以基追比7∶3最低，且不同基追比間的差異均不顯著。相同基追比下，N3施氮量下小麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值均顯著高于N1，N2與N1間沉淀值的差異顯著，硬度指數差異不顯著。N1和N2施氮量下，小麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值(N2下基追比5∶5除外)、硬度指數均達到弱筋小麥國家標準(GB/T17320-2013)；而N3施氮量下，基追比5∶5處理的籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值較高，不符合弱筋小麥國家標準。

2.3 施氮量和基追比對產量的影響

2.3.1 對群體干物質積累量的影響

由表6可知，相同基追比下，N2的群體干物質積累量顯著高于N1，N3顯著高于N2。相同施氮量下，基追比為7∶3時小麥的群體干物質積累量最低。成熟期，N1施氮量下基追比為6∶4和5∶5時小麥的群體干物質積累量分別比基追比 7∶3時增加1.58%和1.35%，N2和N3施氮量下則分別增加6.92%和4.33%、3.71%和 0.52%，其中N2施氮量下處理間差異顯著。說明在 120～240 kg·hm-2施氮量范圍內，基追比相同時施氮量增加60 kg·hm-2(N2比N1、N3比N2)能顯著提高小麥群體干物質積累量，施氮量相同時基追比7∶3不利于小麥群體干物質積累量的提高。

表6 施氮量和基追比對不同生育期群體干物質積累量的影響Table 6 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on dry matter weight of wheat population at different growth stages kg·hm-2

表7 施氮量和基追比對小麥產量的影響Table 7 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on yield of wheat

2.3.2 對經濟產量及其構成因素的影響

由表7可知，相同施氮量下，不同基追比間的穗粒數(N2施氮量下基追比為6∶4時除外)、千粒重、穗數、容重和收獲指數差異均不顯著，總體上以基追比7∶3的穗粒數、千粒重、穗數、容重最低。N2施氮量下，基追比為6∶4和5∶5的小麥產量分別較基追比7∶3增加7.34%和4.74%，差異顯著。相同施氮量下小麥產量以基追比6∶4最高。相同基追比下，N3和N2的穗粒數、穗數和產量均顯著高于N1，N3與N2間的穗數和產量也存在顯著差異。說明在120～240 kg·hm-2施氮量范圍內，基追比相同時，施氮量增加60 kg·hm-2(N2比N1、N3比N2)能顯著提高小麥產量，基追比與產量的關系受總施氮量的直接影響。收獲指數隨施氮量的增加而增加，基追比相同時，N3的收獲指數顯著高于N1，在120～240 kg·hm-2施氮量范圍內，施氮量增加120 kg·hm-2(N3比N1)可顯著提高收獲指數。

3 討 論

馮 波等[13]研究指出，適當提高施氮量，能明顯提高壟作小麥生育后期旗葉的光合速率，其中，在250 kg·hm-2施氮量下，將33%氮肥在播種前基施、67%氮肥在拔節期追施，能使小麥表現出最優的光合特性。本研究發現，相同施氮量下，小麥的葉綠素含量、葉面積指數、冠層葉綠素密度、光合速率均以基追比6∶4最高，且不同基追比間的葉綠素含量、開花期光合速率差異均不顯著，而孕穗期的葉面積指數、冠層葉綠素密度受不同基追比的顯著影響；相同基追比下，葉綠素含量、葉面積指數、冠層葉綠素密度、光合速率均隨施氮量的增加呈逐漸增加趨勢，其中，在施氮量為0～240 kg·hm-2時，施氮量增加120 kg·hm-2(N1比N0、N3比N1)可明顯提高小麥葉綠素含量，顯著增加葉面積指數、冠層葉綠素密度和光合速率；不施氮肥會顯著降低小麥光合性能，增施氮肥對小麥葉綠素含量、葉面積指數和光合速率的影響程度大于基追比。本研究結果與沈會權等[14]和慕 宇等[15]研究得出的不同氮肥施用量和基追比對小麥葉綠素含量、葉面積指數及凈光合速率具有明顯影響的結論一致。

束林華等[16]研究發現，一定范圍內增加施氮量能明顯提高小麥籽粒產量、蛋白質和面筋含量，但當施氮量超過此范圍時蛋白質含量超過國家弱筋小麥標準。本研究發現，小麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值和硬度指數均隨施氮量的增加而提高，但同一施氮量下基追比為7∶3、 6∶4、5∶5時上述各指標間的差異不顯著。另外，本研究還顯示，當施氮量為120 kg·hm-2和180 kg·hm-2時3個基追比下小麥的蛋白質含量、濕面筋含量、沉淀值(N2下基追比5∶5處理除外)和硬度指數均符合弱筋小麥國家標準(GB/T17320-2013)，但施氮量達到240 kg·hm-2時其蛋白質含量、濕面筋含量和沉淀值均不符合弱筋小麥國家標準，該結論與李春燕等[2]研究得出的弱筋小麥品質受施氮量和基追比影響明顯且施氮量不宜超過180 kg·hm-2的結論相符。王曙光等[5]研究指出，在確保弱筋品質的前提下，總施氮量為225 kg·hm-2、基追比為6∶4時，產量相對較高。吳宏亞等[17]研究指出，弱筋小麥揚麥15在施純氮總量210 kg·hm-2、基追比5∶1∶4(基肥∶壯蘗肥∶拔節肥)時的產量最高，品質也符合弱筋小麥國家標準(GB/T17320-2013)。本研究發現，相同基追比下，在施氮量為120～240 kg·hm-2時，施氮量增加60 kg·hm-2(N2比N1、N3比N2)能顯著提高小麥群體干物質積累量；相同施氮量下，基追比7∶3不利于提高群體干物質積累量；施氮量為240 kg·hm-2時小麥的產量和收獲指數均最高，說明，基追比與產量的關系受總施氮量的直接影響，本研究中以基追比6∶4時產量最高。此外，施氮量相同時基追比對小麥收獲指數的影響不顯著。以上結果與陸增根等[18]研究得出的施氮量和基追比對弱筋小麥群體生物量及產量形成有明顯影響的結論一致。

不同學者關于弱筋小麥優質高產的氮肥施用量和基追比的研究結論不完全一致[19]，這主要與研究區域的土壤基礎肥力和環境特點等有關。本研究中，當施氮量達到240 kg·hm-2時各基追比下小麥籽粒的蛋白質含量和沉淀值均不符合弱筋小麥標準，而施氮量180 kg·hm-2、基追比 6∶4時的籽粒品質符合弱筋小麥國家標準且產量最高。鑒于此，本研究提出施氮量180 kg·hm-2左右且基追比6∶4可作為安徽地區較為適宜的氮肥運籌方式。雖有研究指出相同施氮量下基追比7∶3時小麥的產量和品質較為協調，與本研究提出的基追比為6∶4的結論不一致，這可能是因為本試驗所在的生態區在小麥生育后期的日均溫相對較高，籽粒成熟較快，灌漿過程相對短，不利于籽粒對土壤和植株氮素的充分利用轉化和蛋白質積累，故在本研究區適當增加追肥比例更利于小麥品質形成，但基追比5∶5時因后期追氮比例較高，易造成小麥籽粒品質不達標。因此，在弱筋小麥生產中, 為實現品質和產量的協調，除考慮施氮量及后期追氮比例外，還應考慮區域土壤基礎肥力和生態環境的特點。