追氮量對強筋和中筋小麥產量與品質的影響

馬瑞琦，陶志強，王德梅，王艷杰，楊玉雙，朱英杰，趙凱男，李俊志，王玉嬌，常旭虹，趙廣才

（中國農業科學院作物科學研究所/農業部作物生理生態重點實驗室，北京 100081）

隨著我國專用小麥的快速發展，不同筋型小麥的特色生產越來越受到人們的重視。小麥籽粒品質既受遺傳基因的控制，也受環境條件的影響，部分品質性狀存在基因型與環境的互作效應。其中，在調節小麥籽粒品質的諸多栽培措施中，肥料是決定小麥品質優劣的主要因素之一，尤其是氮肥運籌合理與否對籽粒品質具有顯著的調節作用[1]。前人研究表明，在一定范圍內增加追氮量，可顯著提高籽粒產量且明顯改善籽粒的品質[2-3]；適當提高中后期追氮比例[4-5]、追氮時期適當后移[6]也有相同效果。盡管提高施氮量是獲得小麥高產的主要途徑之一，但過量施氮伴隨的群體結構劣化和氮素利用效率降低值得重視。強、中筋小麥品種在北方麥區廣泛種植，品質形成以及產量與品質同步提高與其氮肥合理追施密切相關，改善施肥技術和適當減少施氮量逐漸成為提高小麥產量和氮肥利用率、減少農業污染的重要措施[7]。本試驗選用廣泛種植的兩種筋型的4個代表性冬小麥品種，研究在底施氮肥量一定的基礎上，追氮量對強筋和中筋兩種類型小麥品種籽粒產量和品質的調控效應，為不同筋型小麥實現高產優質高效生產提供理論及技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2016—2017年在中國農業科學院作物科學研究所北京試驗基地 (39°57＇N，116°19＇E) 進行。該地區屬暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候，年平均氣溫12.5℃，無霜期211天，年降雨量628.9 mm，集中于夏季的6～8月。土壤質地為壤土，pH為7.3，養分含量見表1。

試驗采用2因素隨機區組設計，A因素為品種，包括藁優2018 (強筋)、師欒02-1 (強筋)、中麥8 號 (中筋)、中麥 175 (中筋)，分別用 A1、A2、A3、A4表示。B因素為追氮量，包括追施純氮75、105、135 kg/hm2三個水平，依次記為N75、N105、N135。所有處理底施磷酸二銨300 kg/hm2，尿素111 kg/hm2。氮肥追施時期為拔節期，隨水追施。基本苗為3×106株/hm2，小區面積7.2 m2，3次重復。其它管理同一般高產田。

1.2 測定項目與方法

成熟期取樣考察單位面積穗數，各小區取10株考察每穗粒數、千粒重、生物產量，按小區收獲測定產量。

籽粒粗蛋白質含量采用上海晟聲凱氏定氮儀測定全氮，再折算為蛋白質含量；蛋白質組分采用連續振蕩法[8]提取后，再用凱氏定氮儀測定籽粒含氮量；用瑞典波通公司2200型面筋儀測定干濕面筋含量；按AACC56-63ZELENY方法，用德國布拉本德沉淀值儀測定沉淀值；按照AACC54-21方法，用德國布拉本德粉質儀測定面團流變學特性。

1.3 數據處理與分析

試驗數據用Microsoft Excel 2010整理作圖，用DPS數據處理軟件進行方差分析，主要指標的顯著性分析采用Duncan多重比較法。

2 結果與分析

2.1 追氮量對產量及其構成因素的影響

2.1.1 品種類型與追氮量對小麥產量構成及蛋白質產量的影響 品種、追氮量對小麥產量及其構成因素均有不同程度的影響 (表2)。籽粒產量與蛋白質產量均以師欒02-1為最高，其中，其籽粒產量與其他品種差異不顯著，蛋白質產量則顯著高于其他品種。穗粒數和千粒重品種間存在顯著差異。千粒重以藁優2018最高，師欒02-1最低，兩個中筋小麥居中；除中麥8號與師欒02-1的穗粒數差異顯著外，其它品種間差異不顯著；各品種間單位面積穗數差異達到顯著水平，以師欒02-1最高。品種間生物產量的變化規律與穗數的變化相似。

隨著追氮量的增加，籽粒產量、生物產量及蛋白質產量均有所提高。其中，生物產量在三個氮肥處理間均差異顯著；穗數和穗粒數表現為N135與N75之間差異顯著，其他處理兩兩之間差異不顯著；千粒重與蛋白質產量則表現為N135處理顯著高于N75、N105處理，后兩者間差異不顯著。

2.1.2 不同處理組合對小麥籽粒產量構成及蛋白質產

量的影響 每個參試品種籽粒產量均隨追氮量的增加而提高，但差異均未達到顯著水平 (表3)。N75、N105條件下，各品種籽粒產量表現為：師欒02-1 ＞ 中麥 175 ＞ 中麥 8 號 ＞ 藁優 2018；而 N135條件下，則表現為中麥 8 號 ＞ 中麥 175 ＞ 師欒 02-1 ＞ 藁優 2018。總體分析，中麥8號對追氮量的敏感性較高，平均增產6.67%；中麥175則對追氮量的敏感性最低，平均增產僅4.28%。各品種平均蛋白質產量表現為師欒 02-1 ＞ 藁優 2018 ＞ 中麥 175 ＞ 中麥 8 號。

表2 不同品種與追氮處理的小麥籽粒產量構成及蛋白質產量Table 2 Wheat grain yield, yield components and protein yield under different nitrogen topdressing rates

不同小麥品種產量三要素均在一定程度上受到追施氮肥量的影響。在N 75～135 kg/hm2范圍內，增加追氮量對各品種的穗數 (N135條件下藁優2018除外)、穗粒數、千粒重均有提高作用。強筋小麥穗數較多，平均為714.0 × 104穗/hm2，中筋小麥為619.2× 104穗/hm2；穗粒數以中筋小麥較高 (32.7粒)，強筋小麥較低 (31.1粒)；千粒重以中筋小麥較高，平均達40.8 g，強筋小麥較低 (39.3 g)，但差異不顯著。隨著追氮量的增加，各小麥品種的生物產量呈增加趨勢，差異達到顯著水平，N135條件下，表現為師欒 02-1 ＞ 中麥 175 ＞ 藁優 2018 ＞ 中麥 8 號。

2.2 追氮量對小麥籽粒蛋白質及其組分的影響

2.2.1 品種與追氮量對小麥籽粒蛋白質及其組分的影響 表4可見，品種和氮素追施量均顯著影響著小麥籽粒中的總蛋白含量和各蛋白組分含量。4個品種相比，整體總蛋白含量表現為強筋小麥 (師欒02-1、藁優2018) ＞ 中筋小麥 (中麥8號、中麥175)；清蛋白、球蛋白含量為中筋小麥 ＞ 強筋小麥；醇溶蛋白、谷蛋白則為強筋小麥 ＞ 中筋小麥；貯藏蛋白強筋小麥顯著高于中筋小麥；可溶性蛋白含量中筋小麥 ＞ 強筋小麥；谷蛋白與醇溶蛋白的比值則以強筋小麥較高。

隨追氮量的增加，各小麥品種籽粒各蛋白組分的含量均呈增加趨勢，且醇溶蛋白和谷蛋白的增加幅度高于清蛋白和球蛋白。與N75相比，N105、N135處理下的籽粒各蛋白組分、谷醇比和總蛋白含量均增加顯著；N105與N135相比，除去球蛋白和谷醇比外，其他蛋白組分和總蛋白含量差異也達到顯著水平。這表明，增加氮素追施量可以有效增加小麥籽粒中的蛋白質含量和質量。

由表4還可以得出，品種與追氮量之間對小麥籽粒蛋白及組分存在顯著的交互作用，除球蛋白含量外，總蛋白質、清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白以及其他蛋白指標均受到品種與追氮交互作用的顯著影響。

2.2.2 不同處理組合對小麥籽粒蛋白質及其組分的影響 從表5可見，參試品種蛋白質含量對追氮量的反應變化趨勢相似，除中麥175外，均表現為N75和N105處理間差異不顯著，N135處理則顯著高于N105和N75處理 (表5)。隨著追施氮量的增加，蛋白質含量增幅最高的品種為中麥175，增幅為14.84%；其次為師欒02-1，增幅為9.79%；藁優2018增幅為6.84%；增幅最小的中麥8號為4.93%。

表3 不同追氮處理下各品種小麥籽粒產量結構及蛋白質產量Table 3 Yield components and protein yield of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

表4 不同品種與追氮處理的小麥籽粒蛋白質及其組分含量 (%)Table 4 Contents of protein and protein components in grain of each wheat cultivar and different nitrogen trentments

表5 不同追氮處理下各品種小麥籽粒蛋白質及其組分含量 (%)Table 5 Protein and protein component contents in grain of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

不同品種的清蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白隨著追氮量的增加顯著提高，球蛋白受影響則比較小。同類型品種相比較，師欒02-1的醇溶蛋白和谷蛋白含量較藁優2018更易受到氮肥調控影響；中麥175對氮肥的敏感性則高于中麥8號。

各參試品種在追氮量為135 kg/hm2時，籽粒中各蛋白質組分含量最高，但藁優2018及中麥8號的各組分含量在N105和N135處理間差異不顯著。

2.3 追氮量對加工品質的影響

2.3.1 品種和追氮量對加工品質的影響 沉淀值、濕面筋含量、吸水率、面團形成時間和穩定時間、面包體積及面包評分均表現為強筋小麥顯著高于中筋小麥，且品種間差異顯著 (表6)。隨追氮量增加，沉淀值、濕面筋含量、吸水率、面團形成時間、穩定時間、面包體積及面包評分等品質指標均顯著提高，弱化度則表現出相反的規律。這表明追施氮肥在N 75～135 kg/hm2范圍內，可以顯著改善小麥的加工品質。

2.3.2 不同處理組合對小麥加工品質的影響 追施氮肥對不同小麥品種的加工品質均有較大影響 (表7)。對于藁優2018，N135處理的沉淀值、濕面筋、形成時間及粉質評價值顯著高于N105處理，但吸水率、穩定時間、弱化度、面包體積與面包評分則表現為N135與N105處理間差異不顯著。

對于師欒02-1，濕面筋、形成時間及穩定時間均以N135處理最高，顯著高于N105和N75處理；沉淀值、吸水率、弱化度則表現為N135與N105處理間差異不顯著，但顯著優于N75處理；面包烘焙指標受追氮量影響較小，三個氮肥處理間差異均不顯著。

中麥8號的加工品質指標中，除沉淀值外，N135處理與N105處理間差異不顯著。N105與N75兩個氮肥處理的沉淀值、濕面筋、弱化度及面包評分，差異顯著，其他性狀差異不顯著。表明每公頃追施105kg純氮，即可使中麥8號達到較好品質。

中麥175品質受氮肥影響相對較小，與N105處理相比，N135處理下除沉淀值、濕面筋及面包評分顯著提高外，其他指標均無顯著差異，但顯著優于N75處理；N105處理與N75處理間多數指標差異不顯著。

可見，施氮量在105～135 kg/hm2范圍內，供試小麥品種可獲得較好的加工品質。

3 討論

3.1 追氮量與品種筋型對冬小麥籽粒產量及其構成的影響

有研究認為，小麥產量主要受穗粒數和千粒重的影響[9]，另有試驗表明，小麥產量主要決定于穗數和穗粒數[10]，而施氮量是通過增加穗數和穗粒數影響產量[11-12]；千粒重和品質則主要決定于品種的遺傳特性[13]。小麥產量構成因素之間存在交互作用，趙廣才等[14]、郭明明等[15]研究表明，施氮量對小麥產量及其構成因素的影響不同，隨著施氮量的增加，千粒重顯著降低；穗數、穗粒數和籽粒產量在270 kg/hm2處理下達到最大值。徐鳳嬌等[16]研究表明，不同品質類型小麥的籽粒產量和蛋白質產量均隨施氮量增加呈先升高后降低的趨勢。強筋品種對氮肥較敏感，氮肥的增產作用較大[17]。

表6 不同品種與追氮處理的小麥籽粒加工品質Table 6 Processing quality indicators of each wheat cultivar and different nitrogen treatments

表7 不同追氮處理下各小麥品種的加工品質Table 7 Processing quality of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

本試驗結果表明，追施氮肥對不同類型的小麥產量影響不顯著，與前人研究結果不盡相同，可能與供試品種和試驗地土壤基礎養分含量較高有關，有待進一步驗證。

3.2 追氮量與品種類型對小麥品質的影響

前人研究表明，加工品質受品種遺傳特性及氮肥運籌影響顯著[18]。適當地增施氮肥有利于籽粒蛋白質的積累及各組分比例的改善[19]。施氮對不同蛋白組分含量的影響不同[20]。趙廣才等[21]、趙長星等[19]研究表明，醇溶蛋白、谷蛋白、總蛋白含量及谷醇比均隨施氮量增加顯著提高，清蛋白、球蛋白含量則分別在施氮量為300 kg/hm2、225 kg/hm2時取得最大值。馬少康等[22]則認為，增施氮肥有利于清蛋白、谷蛋白含量的提高，但不利于球蛋白和醇溶蛋白含量的提高。本試驗結果表明，總蛋白質和貯藏蛋白含量表現為強筋小麥 ＞ 中筋小麥，可溶性蛋白和清蛋白含量表現為中筋小麥 ＞ 強筋小麥。籽粒蛋白質及組分含量均隨追氮量的增加而提高，其中醇溶蛋白受影響最小。兩類小麥籽粒蛋白質總量及組分含量均在追氮量為135 kg/hm2時達到最高值。

前人研究表明，適當增加追氮量有利于改善小麥籽粒品質[23]。雷鈞杰等[24]、趙廣才等[25]發現，冬小麥的濕面筋含量隨著施氮量的增加呈“先增后降”的變化趨勢。陸增根等[26]認為，在施氮0～300 kg/hm2范圍內，適當增加氮肥用量可明顯改善強筋小麥的加工品質，提高其沉淀值、濕面筋含量、吸水量、面團形成時間和穩定時間，降低弱化度。曹承富等[27]研究結果表明，施氮量與強筋和中筋品種的蛋白質含量呈顯著正相關。

趙廣才等[3]研究表明，當施氮量超過225 kg/hm2后，氮素的調節效應減弱，中強筋品種甚至出現負效應。強筋品種的面團穩定時間和形成時間對氮素調節的響應顯著，小麥品質具有栽培可塑性。施氮可能使中筋小麥品種的某項品質指標優于強筋型[28]。溫明星等[29]、尹建義等[30]選用‘鎮麥168’為試驗材料，其結果表明籽粒產量、蛋白質含量、濕面筋和穩定時間均隨追氮水平的增加呈拋物線變化。

本研究與上述結果有一定的相似之處，在本試驗條件下，兩種品質類型小麥品種的面團穩定時間差異較大，表現為強筋 ＞ 中筋。拔節期追施氮肥可顯著提高籽粒蛋白質及其組分含量、沉淀值、濕面筋、吸水率，延長形成時間及穩定時間，顯著改善小麥加工品質。隨著追氮量增加，強筋和中筋小麥的面團形成時間、穩定時間均呈增加趨勢，但中筋小麥各施氮處理間差異不顯著，強筋小麥品種各施氮處理間差異達到顯著水平。

鑒于現有研究多數處于不同的生態區，選用的參試品種及土壤養分差異較大。因此，得出的最適追氮量范圍有一定的差異。故應在更大的生態區及土壤類型范圍內，選擇更多不同遺傳背景的品種進行更加深入系統的研究，以得到更全面的結果服務生產。

4 結論

在追氮75～135 kg/hm2范圍內，隨著施氮量的增加，強筋和中筋小麥產量及蛋白質產量均顯著提高。各品種籽粒中蛋白質及其組分含量均隨追氮量的增加而提高，濕面筋、吸水率、面團形成時間和穩定時間均顯著提高。各品質指標在品種間的差異均達到顯著水平，即優良品質的前提是優良的品種，栽培措施則可以促進或改善小麥品質。本試驗綜合考慮肥料投入量、小麥產量及品質等指標，強筋小麥于拔節期追氮135 kg/hm2，中筋小麥于拔節期追氮105 kg/hm2時，可兼顧較高的產量和品質。