緩釋肥配比與密度互作對冬小麥產量及品質的影響

劉虹丹，劉文成，顧穎慧，朱 敏,2，李天兵，朱新開,2

(1.揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室，江蘇揚州 225009；2.糧食作物現代產業技術協同創新中心/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.漢楓緩釋肥料(江蘇)有限公司，江蘇姜堰 225510)

小麥是我國主要的糧食作物之一，其產量和品質對于保證人民健康、促進經濟發展、保障國家糧食安全具有重要意義。在實際生產中,人們為追求高產不斷增大氮肥施用量，忽略氮、磷、鉀平衡和過量施肥等栽培措施，不僅導致土壤養分失調，氮肥利用率降低，甚至會引發氮素污染[1-3]。針對氮素浪費現象，近年來相關學者已展開緩控釋肥研究[4]，發現緩釋肥相比普通尿素和復合肥可以明顯延長肥效期，滿足作物生育后期對養分的需求，在氮、磷、鉀利用率方面，緩釋肥比普通復合肥分別提高9.14%、17.52%及8.35%，籽粒增產幅度達10%以上，蛋白質、濕面筋、沉降值等品質指標均有所改善[5-6]，一次性基施含腐殖酸的控釋肥或樹脂包膜尿素可以達到傳統小麥高產施肥處理產量水平[7]，且減少了人工費。但也有學者指出，緩釋肥養分釋放速率與小麥生育期內吸收氮素特性不協調，阻礙作物正常生長發育[8]，此外，由于緩釋肥價格偏高，單獨大量施用會導致成本增加，降低經濟效益[9]。因此，出現較多緩釋肥減量與尿素配施的大量研究[9-10]。李 敏等[9]研究認為，70%控釋尿素與30%普通尿素配施較全量基施控釋尿素小麥增產3.4%，并顯著提高氮肥利用率；胡迎春等[10]研究證實，氮肥減量20%條件下，緩釋肥與尿素7∶3配施可以獲得小麥高產。適量減氮有益于作物增產，超過常規施氮量1/2不利于保持作物產量[11]。生產中可以通過增大播種量提高群體密度，改善部分產量構成因素[12]，調節氮密比例[13]等措施，在提高氮素利用率的同時獲得高產。

目前，大多數學者主要針對緩釋肥與尿素配施、肥料與密度互作方面展開研究[13-15]，有關尿素與密度互作、緩釋肥與密度互作研究較多，但緩釋肥與尿素不同配比與密度互作對小麥產量和品質的影響方面報道較少。本研究在前人研究的基礎上，設計不同的緩釋肥與尿素配比與種植密度組合，以小麥產量和品質為目標確定最佳尿素與緩釋肥配比和密度、施氮量組合，為制定合理的小麥栽培措施、提高氮肥利用率、實現高產高效目標提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試點概況與試驗材料

試驗于2019-2020年在江蘇省儀征市新集鎮試驗田進行。前茬為水稻，土質為黏土，0～20 cm土層有機質含量30.41 g·kg-1，全氮含量 1.74 mg·g-1，速效磷含量8.21mg·kg-1，速效鉀含量117.08 mg·kg-1。供試小麥品種為中筋小麥揚麥25。試驗所用肥料：氮肥為普通尿素(含N46%)，硫包膜緩釋肥(N∶P2O5∶K2O=26∶12∶12，漢楓緩釋肥料(江蘇)有限公司生產)；磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)；鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。

1.2 試驗設計

試驗采用二因素隨機區組設計，以氮肥種類為主區(S)，設100%普通尿素(S1)、50%緩釋肥與50%尿素(S2)配施、100%緩釋肥(S3)3種處理；以氮密模式為副區，設施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2(A1)；施氮量 191.25 kg·hm-2、種植密度258.75×104株·hm-2(A2)；施氮量157.5 kg·hm-2、種植密度292.5×104株·hm-2(A3)；施氮量123.75 kg·hm-2、種植密度326.25×104株·hm-2(A4)，共4種氮密模式[即在施氮量225 kg·hm-2+基本苗225×104株·hm-2(A1)基礎上分別減氮15%+增密15%(A2)、減氮30%+增密30%(A3)、減氮45%+增密45%(A4)]，肥料基追比均為6∶4，追肥中緩釋肥于返青期追施，尿素于拔節期追施，另設置不施氮肥處理以計算氮素農學效率。各小區磷、鉀肥用量相同，均為120 kg·hm-2，50%基肥和50%拔節肥。2019年11月4日播種，2020年5月28日收獲，三葉期間苗，小區面積18 m2，重復3次。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量及其構成因素測定

成熟期選取1 m 3行數穗數，5粒以上算有效穗；連續取40～60個穗，統計穗粒數。人工計數測定千粒重，測定水分后以13%水分計算千粒重。每個小區收割1 m2測產。重復3次。

1.3.2 蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值測定

采用近紅外谷物快速分析儀(Infratec 1241,Foss公司，USA)測定籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值。

1.3.3 硬度和容重測定

采用浙江伯利恒公司JYDB100X40型硬度儀測定籽粒硬度；采用上海東方衡器有限公司HGT-1000型容重儀測定籽粒容重。

1.3.4 出粉率和粉質參數測定

使用德國Brabender公司880101.003型試驗磨磨粉，計算出粉率。

出粉率(%)=面粉重量/籽粒重量×100%。

按照GB/T 14614-1993方法，使用德國Brabender公司880101.003型粉質儀測定粉質參數穩定時間、形成時間、吸水率、弱化度等。

1.4 數據分析

試驗數據用Excel 2016和DPS 7.05進行統計分析和繪圖。相關指標計算公式為：

氮肥利用率(NUR)=(施肥處理氮素吸收 量-不施肥處理氮素吸收量)/施氮量×100%

氮素農學效率(NAE)=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/施氮量

2 結果與分析

2.1 不同處理對冬小麥產量及構成因素的影響

由表1可知，氮密模式對穗粒數、千粒重、產量均有極顯著影響(P<0.01)，對穗數影響不顯著。隨著種植密度增大、施氮量減少，穗數呈先上升后下降的趨勢，A2、A3與A4均高于 A1模式，但處理間差異均不顯著；穗粒數也呈先升后降趨勢，以A2模式最高，具體表現為A2> A1>A3>A4，A2與 A1間差異不顯著，二者顯著高于A3和A4處理；千粒重產量呈持續下降趨勢，且各處理間差異顯著， A1與A2模式較A4模式分別增產14.19%、12.38%。

緩釋肥配比對穗數、穗粒數、千粒重及產量均有顯著(P<0.05)或極顯著影響。隨緩釋肥用量增加，穗數呈先增后減趨勢，S2與S3處理均高于S1處理，其中S2與S1處理間差異顯著，較S1處理提高5.51%；穗粒數持續增加，且各處理間差異顯著，S2與S3處理較S1處理分別提高 1.06%、4.23%；千粒重以S1處理最高，顯著高于S2、S3處理；產量以S2處理最高，S3處理次之，二者較S1處理分別增產6.48%與3.39%，各處理間差異顯著(表1)。說明相同施氮水平下，施用緩釋肥有利于實現增產。

表1 氮密模式和緩釋肥配比對冬小麥產量及構成因素的影響Table 1 Effect of nitrogen-planting density modes and ratio of slow-release fertilizer on yield and its components of winter wheat

分析12個氮密模式與緩釋肥配比組合的結果(表2)可知，氮密模式與緩釋肥配比的交互作用對穗粒數、千粒重及產量均具有極顯著影響。 A1S2組合產量最高，其次是A2S3與A2S2組合，三者差異不大表明增密+施用緩釋肥減氮可以獲得與常規施氮量同樣產量。組合A3S3、A4S1與A4S3的穗粒數與千粒重偏低，導致產量明顯下降，說明過高種植密度不利于小麥高產。

表2 氮密模式(A)和不同緩釋肥配比(S)互作對冬小麥產量及構成因素的影響Table 2 Effect of nitrogen-planting density modes(A) and different ratio of slow-release fertilizer(S) interaction on yield and its components of winter wheat

2.2 不同處理對冬小麥氮效率的影響

由圖1可知，氮密模式和緩釋肥配比對氮肥利用率有顯著影響。隨著緩釋肥比例增加， A1與A3模式氮肥利用率呈先降后增趨勢，A2與A4模式呈連續上升趨勢。相同緩釋肥配比處理下，A2、A3與A4模式較 A1模式氮肥利用率平均值高，A3B3模式達最高值，處理間差異不顯著，說明增密減氮15%～30%可提高氮肥利用率。相同氮密模式下，S2和S3處理的氮肥利用率均高于S1處理，說明施用緩釋肥可以提高氮肥利用率。

氮密模式和緩釋肥配比均對氮素農學效率有顯著影響(圖1B)。隨減氮增密的持續，氮素農學效率顯著增加，以A4模式最高，較A1、A2模式分別提高35.07%、15.63%，差異顯著；其中在S1處理下呈先升后降趨勢，在S2與S3處理下持續上升。相同氮密模式下，以S2處理的氮素農學效率最高，且顯著高于其他兩個處理(A2處理除外)，在A4模式下，S2、S3處理較S1處理提高了32.26%、21.70%。說明增密減氮可顯著提高氮素農學效率；增密減氮15%～45%條件下，緩釋肥與尿素配施更有利于提高氮素農學效率。結合氮肥利用率分析，本試驗條件下，推薦緩釋肥配比為S2、S3處理，氮密模式為A2、A3模式，即增密減氮15%～30%。

圖中柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Different letters above the bars indicate significant difference at 0.05 level.圖1 不同處理對小麥氮肥利用率和氮素農學效率的影響Fig.1 Effect of different treatments on nitrogen use efficiency and agronomic nitrogen utilization of wheat

2.3 不同處理對小麥籽粒加工品質的影響

2.3.1 對一次加工品質的影響

由表3可知，緩釋肥配比和氮密模式均對小麥出粉率、硬度、容重、蛋白質含量有顯著效應。氮密模式間比較，出粉率以A1模式最高，表現為A1>A3>A4>A2；容重以A3模式最低，與其他處理均差異顯著，A1、A2、A4模式間差異不顯著，較A3模式分別提高1.79%、2.07%、1.89%；硬度A1模式最高，各處理間差異顯著，較A2、A3、A4模式分別提高4.91%、2.60%、10.91%；蛋白質含量以A3模式含量最高，達到13.4%，A1模式最低，二者差異顯著。緩釋肥配比間比較，出粉率和蛋白質含量均以S3處理最高，較S2處理提高5.98%和3.10%，S1與S3處理間差異不顯著；容重與硬度均表現為S1>S3>S2，前兩者間差異不顯著，二者顯著高于S2處理。

表3 不同處理對冬小麥一次加工品質的影響Table 3 Effect of different treatmentson primaryprocessing quality of winter wheat

A1S2組合出粉率最高，較最低組合A4S2提高21.58%，說明增密減氮45%不利于提高出粉率；容重以A2S1處理最高，以A3S1、A3S2及A3S3處理較低，且與其他組合差異顯著；硬度以A1S3組合最高，其次是A3S3、A3S1組合，三種組合硬度均達到61.0以上；蛋白質含量以A1S1、A1S2及A1S3組合偏低，以A4S3、A3S3組合為較優，說明氮密模式對蛋白質含量影響大于緩釋肥配比效應，施用全量緩釋肥，減氮增密度30%～45%，可以有效提高蛋白質含量。

2.3.2 對二次加工品質的影響

由表4可知，氮密模式對濕面筋含量、沉降值、穩定時間、形成時間及吸水率有顯著效應。隨著種植密度的增加、氮肥施用量減少，除弱化度以外，其他被測品質指標均呈先增后降的趨勢，濕面筋含量以A2模式最高，顯著高于A1和A4模式，較之分別提高9.25%、10.83%，與A3模式無顯著差異；沉降值以A2與A3模式較高，兩模式間無顯著差異，均顯著高于A1和A4模式；穩定時間與形成時間均在A3模式下達到最高值，較A4模式分別提高30%、29.17%；吸水率以A3模式最高，與其他處理間差異顯著，氮密模式對弱化度無顯著效應。說明減氮氮肥增密度30%，有利于改善小麥籽粒二次加工品質。

表4 不同處理對冬小麥二次加工品質的影響Table 4 Effect of different treatments on the secondary processing quality of winter wheat

緩釋肥配比對沉降值、吸水率、弱化度有顯著效應，對濕面筋含量、穩定時間和形成時間無顯著效應。沉降值以S2處理最高，較S1、S3處理分別提高4.91%、2.40%，處理間差異均顯著；S1處理的吸水率最高，其次為S3處理，各處理間差異均顯著；弱化度以S2處理最高，與其他處理差異顯著，較S1、S3處理分別提高22.14%、31.71%。說明緩釋肥和尿素配施有利于改善小麥部分二次加工品質。

氮密模式與緩釋肥配比對濕面筋、沉降值、穩定時間、形成時間、吸水率與弱化度的交互作用不盡相同。濕面筋含量以A2S2組合含量最高，其次是A3S3組合，兩個組合較最低A4S1組合分別提高22.01%、15.30%，差異顯著；沉降值以A3S2組合最高，為34.8 mL,與A1S1、A1S2、A1S3、A2S1、A4S1、A4S3組合均差異顯著，并較A4S1組合提高14.9%；穩定時間與形成時間均以A3S3組合最高，說明全量施用緩釋肥基礎上增密減氮30%，可以顯著改善面團品質；吸水率以A4S1組合最高，與其他組合間差異顯著；弱化度以A2S2、A3S2組合較高。總體來看，緩釋肥與尿素配施或全量緩釋肥處理下，減氮增密15%～30%組合有利于改善小麥二次加工品質。

3 討 論

氮是植物生長所必需的營養元素，合理施用氮肥可以協調小麥產量構成因素，有效提高產量[16]，緩釋肥與尿素配施處理通過協調小麥群體與個體生長的矛盾，構建合理群體，進而實現小麥增產[15]。郭熙盛[9]研究認為，相比普通尿素與控釋尿素全量底施，70%控釋尿素與30%普通尿素配施使小麥產量顯著增加。孫克剛等[17]研究結果顯示，施用100%控釋尿素小麥產量最高，相比100%尿素處理，兩試驗點分別增產10.2%和 8.9%。在同等施氮量條件下，與常規尿素處理相比，緩釋肥處理可以顯著增加小麥穗數，協調產量構成因素，進而實現增產[18]。本試驗研究表明，50%緩釋肥配施50%尿素處理(S2)與100%緩釋肥處理(S3)的產量較高，主要通過提高穗數與穗粒數來實現，相比100%尿素處理(S1)分別增產6.48%與3.39%，與Zheng等[18]研究結果一致，生產上可以優先考慮這兩種模式。

前人研究認為，種植密度與施氮量互作對于小麥產量有顯著影響，通常增加種植密度會使穗數增加，穗粒數下降，種植密度增加時可減少施氮量，當種植密度與施氮量均過高時會導致穗數降低，產量下降[19-20]。寧麥24種植密度270×104株·hm-2配合施氮量270 kg·hm-2的組合產量最高[21]；糯小麥以密度240×104株·hm-2配施純氮270 kg·hm-2的模式產量最高[20]。鄒東月等[22]研究則認為，小麥純N 97.5 kg·hm-2和650×104株·hm-2)組合下產量最高。本研究認為，隨著種植密度增加、氮肥施用量減少，小麥穗數與穗粒數呈先升后降趨勢，千粒重顯著下降，以施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2(A1)與施氮量191.25 kg·hm-2、種植密度258.75×104株·hm-2(A2)的模式產量較高。

施用氮肥可以改變土壤的供肥能力,影響小麥植株體的C、N代謝與土壤中的礦質離子,進而調控蛋白質合成[23]；種植密度會影響小麥群體結構進而造成溫光等生態條件的差異，對小麥品質產生調控作用[24]。于立河等[24]研究認為， 450×104株·hm-2與600×104株·hm-2的中等密度配施180 kg·hm-2的中等施肥水平有利于籽粒蛋白質積累，改善降落值，提高沉淀值，明顯延長面團形成時間，提高吸水率，隨著種植密度的增加，適量增施氮肥有利于改善濕面筋、面團形成時間、穩定時間等品質。姚金保等[21]研究則認為，種植密度對寧麥24的蛋白質含量、濕面筋含量、面團穩定時間影響不顯著，增施氮肥可以顯著改善這些指標，兩者間互作作用不顯著。本研究表明，施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2(A1)模式有利于保證出粉率、容重與硬度，施氮量157.5 kg·hm-2、種植密度292.5×104株·hm-2(A3)模式在濕面筋、沉降值與粉質參數方面表現最優，說明增密減氮可以在一定程度上改善小麥品質，但結合產量來看仍推薦A1與A2模式。

合理施用氮肥可以提高籽粒和莖葉中轉氨酶、硝酸還原酶活性，促進花前營養器官氮素積累與后期根系活力，進而改善品質[25]。有研究表明，較相同施氮量的尿素與樹脂膜控釋肥，尿素與樹脂膜控釋肥配施可以顯著改善小麥蛋白質含量、硬度、濕面筋含量與沉降值[9]，摻混型緩釋肥較等量N、P、K養分處理的小麥蛋白質含量高出3.49%，濕面筋提高4.58%，沉降值增加 10.73%[26]。本試驗研究表明，100%緩釋肥處理(S3)的蛋白質含量、出粉率、濕面筋含量、面團形成時間與面團穩定時間均優于100%普通尿素處理(S1)和50%緩釋肥配施50%尿素處理(S2)，S2處理沉降值最高，除沉降值、吸水率與弱化度之間差異顯著，其余二次加工品質指標在三種氮肥處理下差異不顯著，與前人研究不完全一致。這種情況可能是由于不同試驗所使用的品種、緩釋肥中養分含量、試驗區域土壤地力、氣象條件等存在差異所導致。此外，本研究僅綜合了小麥產量與品質，有關緩釋肥與尿素配施的經濟效益仍需進一步進行研究。

4 結 論

本試驗條件下，施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2模式與施氮量191.25 kg·hm-2、種植密度258.75×104株·hm-2模式均可實現高產；50%緩釋肥與50%尿素配施處理和100%緩釋肥處理在產量、氮肥利用率與氮素農學效率方面優于100%普通尿素處理；品質以施氮量225 kg·hm-2、種植密度225×104株·hm-2模式和施氮量157.5 kg·hm-2、種植密度292.5×104株·hm-2模式，50%緩釋肥與50%尿素配施和100%緩釋肥處理下較好，但處理間差異不顯著，氮密模式與緩釋肥配比對產量、二次加工品質具有顯著互作效應，從減氮目的出發綜合考慮，推薦施氮量191.25 kg·hm-2、種植密度258.75×104株·hm-2模式下的50%緩釋肥與50%尿素配施和100%緩釋肥方式，分基肥與返青肥二次施用。