減氮模式對稻茬中筋小麥籽粒產量、品質和氮肥效率的影響

牛軼男，申丹丹，丁永剛，李子豪，朱 敏，李春燕，朱新開，丁錦峰，郭文善

(1.揚州大學江蘇省作物栽培生理重點實驗室/糧食作物現代產業技術協同創新中心/揚州大學小麥研究中心，江蘇揚州 225009；2.江蘇徐州佳禾農業科技有限公司，江蘇徐州 221200)

小麥是我國主要糧食作物，其產量和品質關系到我國糧食安全。合理施用氮肥是保證小麥高產、優質的關鍵[1-2]。然而，過多施用氮肥和不合理運籌不僅會導致小麥減產、品質變劣，還會導致肥料浪費、成本增加、氮肥利用率降低和環境污染等負面效應[1,3]。我國稻茬小麥種植面積約占全國小麥種植面積的16%[4]。稻茬小麥生產地區多已采用水稻秸稈全量還田[5]。前人研究認為，秸稈還田可以增加土壤氮、有機質等養分含量,促進小麥生長和產量提高[6]。然而，水稻秸稈碳氮比較高，早期腐解需要較多的氮投入[7]，“減氮”生產要求下，該如何進行氮肥施用有待研明。

氮肥對小麥籽粒品質有顯著的調控作用,但不同類型專用品種對氮肥的響應存在差異[8]。已有研究表明，相比高量施氮，低量施氮有助于弱筋小麥籽粒蛋白質含量降低，但會導致減產[9]。中筋和強筋優質小麥要求較高的籽粒蛋白質含量，低施氮量不利于籽粒品質和產量協同提升[10]。楊利等[11]研究認為，適當減少施氮量不會顯著降低小麥產量，反而提高了氮肥表觀利用率、氮肥農學效率和氮肥偏生產力。熊淑萍等[12]亦認為，適當的減少氮肥施用量可在獲得較高產量的同時，提高氮肥效率和經濟效益。張 琨等[13]研究發現，少量減氮對小麥籽粒多數加工品質指標無顯著影響，且能延長面團穩定時間?？梢姡m量減氮有助于小麥籽粒產量和氮效率的提升，但籽粒品質因品種類型而異。對于稻茬中筋類型小麥品種籽粒產量、品質、氮效率對減氮的響應有待研明。本試驗在水稻秸稈全量還田下，研究不同減氮模式對稻茬中筋小麥籽粒產量、品質、氮肥效率和經濟效益的影響，以期為稻茬小麥大面積提質增效生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況和供試材料

試驗于2019—2020年度在江蘇省睢寧縣現代農業示范基地進行。試驗田前茬為水稻，秸稈全量還田(還田量為9 200 kg·hm-2)。土壤為砂壤土，播種前0～20 cm土壤相對含水量為 86.2%，有機質為24.71 g·kg-1，堿解氮為 128.71 mg·kg-1，速效磷為26.18 mg·kg-1，速效鉀為207.93 mg·kg-1。供試材料為中筋小麥品種徐麥818。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，以施氮量225 kg·hm-2，基肥和拔節肥各50%的模式(N5050)為對照，在此模式上減少后期追氮量(N5040、N5030、N3230和N5000)和基肥與追肥施氮量均減少(N4040、N4022、N4030、N3030)，共8個減氮模式，不同減氮模式的具體施氮量、施氮時期和比例詳見表1。

表1 不同減氮模式的施氮量、施氮時期和比例

試驗于2019年10月18日采用小區播種機條播，行距23 cm，2020年6月4日收獲。于三葉期，人工間苗實現基本苗270×104株·hm-2。磷肥和鉀肥施用量均為112.5 kg·hm-2，基肥和拔節肥各50%。施肥方式為人工撒施?；视诓シN前施入，壯蘗肥于4葉期施入，拔節肥于倒3葉期施入，孕穗肥于劍葉露尖施入。小區面積 15 m2，重復3次，同時設不施氮處理，用于計算氮肥效率。其他田間管理措施參照當地高產田。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 產量及其構成因素測定

于乳熟期連續取50個麥穗，調查穗粒數。于成熟期各小區選取3個1 m2區域，調查穗數。人工收割、脫粒，自然曬干后稱重，隨機取1 000粒測千粒重，重復3次。測定籽粒含水率，換算為13%含水率時的籽粒產量和千粒重。

1.3.2 氮肥效率測定

于成熟期各小區連續取樣20株，將樣品按照葉、莖+葉鞘、穎殼+穗軸、籽粒分開，于105 ℃殺青1 h，80 ℃烘干至恒重后粉碎混勻，采用H2SO4-H2O2消煮-靛酚藍比色法測定含氮量。按下列公式計算氮肥效率。

氮肥表觀利用率=(施氮區植株氮素積累量-不施氮區植株氮素積累量)/施氮量×100%

氮肥生理效率=(施氮區籽粒產量-不施氮區籽粒產量)/(施氮區植株氮素積累量-不施氮區植株氮素積累量)

氮肥農學效率=氮肥生理效率×氮肥表觀利用率

1.3.3 籽粒容重、硬度、出粉率、濕面筋和沉降值測定

使用上海東方衡器有限公司生產的HGT-1000型容重儀測定籽粒容重；使用JYDB100X40硬度儀測定籽粒硬度，計算出硬度指數；使用德國產Brabender880101.003型試驗磨磨成面粉，出粉率=面粉重量/籽粒重量×100%；使用瑞典Perten公司生產的2200型面筋洗滌儀按照GB/T5506.2-2008方法測定濕面筋含量；用SDS法按照GB/T15685-1995測定沉降值。

1.3.4 籽粒蛋白質及其組分含量測定

采用H2SO4-H2O2消煮-靛酚藍比色法測定籽粒含氮量,含氮量乘以5.7即為籽粒蛋白質含量；采用連續提取法進行蛋白質組分含量測定。

1.3.5 籽粒淀粉及其組分含量測定

采用雙波長法測定直、支鏈淀粉含量。

1.3.6 籽粒淀粉糊化特性測定

使用澳大利亞Newport Scientific公司生產的快速粘度分析儀采用AACC61-02方法測定淀粉糊化特性。

1.3.7 籽粒粉質特性測定

使用德國產Brabender820604粉質儀測定面團吸水率、形成時間、穩定時間、弱化度和粉質質量參數。

1.3.8 經濟效益分析

總收入=籽粒產量×小麥單價

總成本=種子成本+肥料成本+追肥人工成本+農藥、灌溉成本+機械作業成本

凈效益=總收入-總成本

產投比=凈效益÷總成本

公式中，優質小麥單價為2.48元·kg-1，劣質小麥單價為2.32元·kg-1；種子價格以4.3 元·kg-1；化肥成本按照市場價計算,其中復合肥為2.4元·kg-1，尿素為2.3元·kg-1,過磷酸鈣為2.0元·kg-1,氯化鉀為2.6元·kg-1。

1.4 數據分析

用 Excel 2016對數據進行處理和作圖。用DPS 7.05進行統計分析，LSD法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 減氮模式對稻茬中筋小麥籽粒產量及其構成的影響

由表2可知，減氮模式顯著影響小麥籽粒產量及其構成因素。相比N5050模式，N5040、N5030和N3230的小麥穗數、穗粒數和產量均變化不顯著，千粒重顯著增加；N5000的穗數、穗粒數和產量均顯著降低，千粒重顯著增加。相比N5050模式，N4040的籽粒產量及其構成因素均變化不顯著；N4022的穗粒數、千粒重和籽粒產量均顯著增加，穗數變化不顯著；N3040和N3030的穗數、穗粒數和籽粒產量均顯著降低，千粒重顯著增加。相同減氮量模式間比較，小麥穗數在N5030與N3230、N4040與N4022間均變化不顯著；穗粒數在N4040與N4022間差異不顯著，二者顯著高于N5030和N3230；千粒重在N5030、N3230和N4040間差異不顯著，N4040顯著低于以上三個模式；籽粒產量在N5030、N3230和N4040間差異不顯著，N4022顯著高于N5030和N3230。這說明，后期減氮10%～20%對穗數、穗粒數和產量無顯著影響；平衡減氮20%不會顯著影響產量及其構成因素，氮肥后移能顯著增加穗粒數、千粒重和籽粒產量；過多減氮后雖然千粒重顯著增加，但穗數、穗粒數和籽粒產量均顯著 降低。

表2 減氮模式對小麥籽粒產量及其構成的影響

2.2 減氮模式對稻茬中筋小麥氮肥效率的影響

由圖1可知，減氮模式顯著影響氮肥表觀利用率、氮肥生理效率和氮肥農學效率。相比N5050模式，N5040下氮肥表觀利用率和氮肥農學效率變化不顯著，氮肥生理效率顯著提高；N5030和N3230下氮肥表觀利用率和氮肥農學效率顯著提高，氮肥生理效率在N5030下顯著提高，在N3230下變化不顯著；N5000下氮肥表觀利用率顯著提高，氮肥生理效率和氮肥農學效率顯著降低。相比N5050模式，N4040和N4022下氮肥生理效率變化不顯著，氮肥表觀利用率和氮肥農學效率顯著提高；N3040和N3030下氮肥表觀利用率顯著提高，氮肥生理效率和氮肥農學效率顯著降低。相同減氮量模式間比較，氮肥表觀利用率和氮肥農學效率在N5030、N3230和N4040間差異不顯著，N4022氮肥表觀利用率顯著高于N5030，N4022氮肥農學效率顯著高于N5030和N3230,氮肥生理效率在不同減氮模式間均變化不顯著。這說明后期減氮10%～20%和平衡減氮20%能提高氮肥效率，氮肥后移更有利于提高氮肥表觀利用率和氮肥農學效率，但過多減氮會顯著降低氮肥生理效率和氮肥農學效率，雖然氮肥表觀利用率顯著提高，但較低施氮量難以滿足小麥生長對氮素的需要。

圖柱上不同小寫字母表示不同模式間在0.05水平上差異顯著。圖2同。

2.3 減氮模式對稻茬中筋小麥籽粒品質的影響

2.3.1 對籽粒容重、硬度、出粉率、濕面筋含量和沉降值的影響

由表3可知，減氮模式顯著影響籽粒容重、硬度、出粉率、濕面筋含量和沉降值。相比N5050模式，N5040、N5030和N3230下籽粒容重、硬度、出粉率、濕面筋含量和沉降值均無顯著變化，N5000上述指標均顯著下降。相比N5050模式，N4040和N4022下硬度、出粉率和沉降值均無顯著變化，但N4022下籽粒容重和濕面筋含量顯著增加；N3040和N3030下上述指標均顯著下降。相同減氮量模式間比較，籽粒容重、硬度和出粉率在N5030、N3230和N4022間差異不顯著；N4040容重顯著低于N4022，硬度顯著高于N3230和N4022，出粉率顯著高于N5030；濕面筋含量和沉降值在N5030、N3230和N4040間差異不顯著，N4022濕面筋含量顯著高于以上三個模式，沉降值顯著高于N5030。這說明后期減氮10%～20%和平衡減氮20%不會影響籽粒容重、硬度、出粉率、濕面筋含量和沉降值，且不同氮肥運籌對其影響存在差異，氮肥后移有助于提高籽粒容重和濕面筋，但過多減氮會顯著降低籽粒容重、硬度、出粉率、濕面筋含量和沉降值。

表3 減氮模式對小麥籽粒容重、硬度、出粉率、濕面筋和沉降值的影響

2.3.2 對籽粒蛋白質及其組分含量的影響

由表4可知，減氮模式顯著影響籽粒蛋白質及其組分含量。相比N5050模式，N5040、N5030和N3230下蛋白質及其組分含量均無顯著變化，N5000下蛋白質及其組分含量均顯著降低。相比N5050模式，N4040和N4022下蛋白質及其組分含量均無顯著變化；N3040和N3030下總蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量均顯著降低，清、球蛋白含量差異不顯著。相同減氮量模式間比較，蛋白質及其組分含量在N5030、N3230、N4040和N4022間均差異不顯著。這說明后期減氮10%～20%和平衡減氮20%不會影響籽粒蛋白質及其組分含量，但過多減氮顯著降低籽粒蛋白質及其組分含量。

表4 減氮模式對小麥籽粒蛋白質及其組分含量的影響

2.3.3 對籽粒淀粉及其組分含量的影響

由表5可知，減氮模式顯著影響籽粒淀粉及其組分含量。相比N5050模式，N5040、N5030和N3230下淀粉及其組分含量和直/支比均無顯著變化，但N5000下淀粉及其組分含量和直/支比均顯著降低。相比N5050模式，N4040下淀粉及其組分含量和直/支比均變化不顯著；N4022下支鏈淀粉含量顯著降低；N3040和N3030下淀粉及其組分含量顯著降低。相同減氮量模式間比較，淀粉及其組分含量和直/支比在N5030、N3230、N4040和N4022間均差異不顯著。這說明，后期減氮10%～20%和平衡減氮20%不會影響籽粒淀粉及其組分含量，但氮肥后移會降低支鏈淀粉含量，過多減氮會顯著降低淀粉及其組分含量。

表5 減氮模式對小麥籽粒淀粉及其組分含量的影響

2.3.4 對淀粉糊化特性的影響

由表6可知，減氮模式顯著影響籽粒淀粉糊化特性。相比N5050模式，N5040、N5030和N3230下淀粉RVA各參數均無顯著變化，但N5000下淀粉RVA各參數均顯著降低。相比N5050模式，N4040下淀粉RVA各參數變化不顯著；N4022下僅峰值粘度顯著降低，其他淀粉RVA參數均變化不顯著；N3040和N3030下除峰值時間和糊化溫度變化不顯著，其他淀粉RVA參數均顯著降低。相同減氮量模式間比較，除N4022下峰值粘度顯著低于N3230，其他淀粉RVA參數在N5030、N3230、N4040和N4022間差異均不顯著。這說明后期減氮10%～20%和平衡減氮20%不會影響籽粒淀粉糊化特性，但氮肥后移會降低峰值粘度，過多減氮會顯著降低峰值粘度、低谷黏度、崩解值、最終粘度和反彈值。

表6 減氮模式對小麥籽粒淀粉糊化特性的影響

2.3.5 對粉質特性的影響

由表7可知，減氮模式顯著影響籽粒粉質特性。相比N5050模式，N5040、N5030和N3230下吸水率、面團形成時間、穩定時間、弱化度和粉質質量參數均無顯著變化，N5000下除弱化度增加，其他粉質參數均顯著降低。相比N5050模式，N4040和N4022下吸水率、面團形成時間和弱化度均無顯著變化，但穩定時間和粉質質量參數顯著提高；N3040和N3030下除弱化度增加，其他粉質參數均顯著降低。相同減氮量模式間比較，吸水率、面團形成時間和弱化度在N5030、N3230、N4040和N4022間差異不顯著，但N4040和N4022下穩定時間和粉質質量參數顯著高于N5030和N3230。這說明，后期減氮10%～20%不會影響粉質參數，平衡減氮20%有助于延長面團穩定時間和提高粉質質量參數，但過多減氮會顯著降低粉質參數。

表7 減氮模式對小麥籽粒粉質特性的影響

2.4 減氮模式對稻茬中筋小麥經濟效益的影響

由圖2可知，減氮模式顯著影響經濟效益和產投比。相比N5050模式，N5040、N5030和N3230下經濟效益和產投比均無顯著變化，但N5000下經濟效益和產投比均顯著減少(57.7%和52.0%)。相比N5050模式，N4040和N4022下經濟效益和產投比分別增加3.0%和4.0%、 6.7%和4.4%；而N3040和N3030下經濟效益和產投比分別降低35.0%和44.2%、31.5%和40.0%，差異均達顯著水平。相同減氮量模式間比較，經濟效益在N4040和N4022下顯著高于N5030和N3230，產投比在N5030、N4040和N4022下差異不顯著，N3230下顯著低于以上三個模式。這說明，后期減氮10%～20%不會顯著影響經濟效益和產投比，平衡減氮20%可以提高經濟效益和產投比，但過多減氮會顯著降低經濟效益和產投比。

圖2 減氮模式對小麥經濟效益的影響

3 討 論

3.1 減少追氮對小麥產量、品質和氮效率的影響

拔節期是小麥生長發育的重要時期，在該時期施氮能增加小麥籽粒產量和蛋白質含量[14]。但后期追氮過多,不僅肥料投效差,經濟效益降低,還易導致貪青晚熟，增大倒伏可能性[15]。湯小慶等[16]研究表明，在施氮量225 kg·hm-2，基追比為5∶5下，追氮減少10%不會影響小麥產量。本研究表明，追氮減少10%～20%(N5040、N5030、N3230)未顯著影響產量、穗數、穗粒數和經濟效益，但提高了氮肥效率。前人研究表明，適當增加追氮量有利于改善籽粒品質[17]。郭 瑞等[18]認為，增加追氮量能顯著提高蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值和面團穩定時間，但追氮量過高對籽粒品質影響不顯著。戴廷波等[19]亦認為，增加追氮比例能提高濕面筋含量、沉降值和蛋白質及谷蛋白含量，對容重和淀粉含量影響較小。本研究表明，追氮減少10%～20%，籽粒容重、硬度、出粉率、濕面筋含量、沉降值、蛋白質及其組分含量、淀粉及其組分含量、淀粉糊化特性和粉質特性均差異不顯著。然而，后期不追氮(N5000)，穗數、穗粒數、產量、品質、氮肥農學效率、氮肥生理效率和經濟效益均顯著下降，這與劉元東等[20]的研究結果基本一致。

3.2 平衡減氮對小麥產量、品質和氮效率的影響

前人研究表明,平衡減氮20%不會影響小麥產量,還能提高經濟效益和氮效率[21]。本研究結果與其一致，且結果還表明，在平衡減氮20%基礎上追氮于拔節期和孕穗期各分50%施用(N4022)，籽粒產量、穗粒數、千粒重、經濟效益、氮肥表觀利用率和氮肥農學效率相比不減氮均顯著提高。說明，相同追氮量下氮肥適當后移有利于提高氮效率，增加穗粒數和千粒重，促使顯著增產。郭明明等[22]認為，基追等比例增施氮肥能提高出粉率、硬度、濕面筋含量、沉降值、蛋白質含量和粉質參數。徐鳳嬌等[23]認為，施氮量為180 kg·hm-2,基追比5∶5時能顯著延長面團形成時間和穩定時間，但施氮量過高或過低均不利于改善加工品質。本研究結果表明，平衡減氮20%能顯著延長面團穩定時間，提高粉質質量參數，對其他品質參數均影響不顯著；后期追氮分拔節、孕穗期兩次施用(N4022)，比拔節期一次施用(N4040)有助于增加籽粒容重和濕面筋含量，改善籽粒品質。這與陸增根等[24]研究結果基本一致。然而，過多減氮(N4030，N3030)，穗數、穗粒數、產量、品質、氮肥農學效率、氮肥生理效率和經濟效益均顯著降低。

3.3 相同減氮量下減少追氮和平衡減氮的比較

相同施氮量下，適宜的氮肥基追比和追肥時期是小麥生長調控的關鍵措施，關系到小麥產量和品質形成[25]。尹建義等[26]認為，降低前期施氮比例，提高追氮比例，有利于形成合理的群體結構和產量結構。丁錦峰等[27]研究表明，相同施氮量下氮肥適當后移有利于延緩植株衰老，提高產量和氮肥利用率。張耀蘭等[28]認為，氮肥后移可顯著提高沉降值、濕面筋和蛋白質含量。本研究結果表明，相同減氮量下，平衡減氮比減少追氮具有更高的籽粒產量、穗粒數、經濟效益和氮肥效率；氮肥后移有利于提高千粒重、容重、濕面筋含量、面團穩定時間和粉質質量參數，但會降低支鏈淀粉含量和峰值粘度，不同減氮模式對蛋白質及其組分含量無顯著影響。說明在相同減氮量下保證后期追氮量和追肥時期后移(增施孕穗肥)可以較生育早期多施氮更有利于提高氮肥吸收利用效率，從而提高籽粒產量和經濟效益，與前人研究結果基本一致[25]。然而，不同減氮模式對籽粒品質影響較小，其原因可能是品種基因型和施氮量對品質的形成起主導作用[29]。

綜上所述，在水稻秸稈全量還田下，中筋小麥品種徐麥818在施氮量225 kg·hm-2，基肥和拔節肥各50%(N5050)基礎上，平衡減氮20%且追氮分拔節、孕穗兩次施氮(N4022)，籽粒產量、氮肥效率和經濟效益最高，可實現減氮增效和高產優質的目標。本研究僅選用中筋類型品種開展研究，對于其他類型品種的最佳減氮模式有待進一步研究。