氮、硫肥配施對稻茬麥氮素利用及籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

申丹丹，牛軼男，朱 敏，李春燕，朱新開，丁錦峰，郭文善

(揚州大學江蘇省作物栽培生理重點實驗室/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心/揚州大學小麥研究中心，江蘇揚州 2250009)

氮素是小麥生長發(fā)育和蛋白質(zhì)合成所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，也是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的限制性因子。適量施氮可促進小麥花后光合物質(zhì)的積累，進而提高產(chǎn)量。吳培金等認為，小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量均隨施氮量增加而增加。謝迎新等發(fā)現(xiàn)，過高的施氮量會顯著降低小麥氮肥偏生產(chǎn)力和氮利用效率。適宜的施氮量對提高小麥產(chǎn)量和改善籽粒品質(zhì)具有重要作用。

硫素是植物生長必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素之一。缺硫會影響小麥籽粒蛋白質(zhì)含量及麥谷蛋白和醇溶蛋白在總蛋白中的比例，影響面粉的品質(zhì)。施用硫肥對作物的產(chǎn)量、蛋白質(zhì)和淀粉積累有較大的影響。Tao等認為，施用硫肥可顯著提高小麥籽粒總蛋白和淀粉含量，并增加谷蛋白和醇溶蛋白含量以及谷蛋白與醇溶蛋白的比值。楊安中等研究表明，基施硫肥不僅能增加小麥產(chǎn)量，還能提高小麥籽粒蛋白質(zhì)和面筋含量，改善其品質(zhì)。

氮素和硫素在植物體內(nèi)進行相似的同化途徑，二者具有明顯的相互作用，硫素缺乏時會減少氮同化。硫供應受限時，小麥不能充分發(fā)揮其產(chǎn)量潛力。氮和硫同時施用時，小麥氮素利用效率和產(chǎn)量都有所提高。隨著氮肥施用量的增加，作物氮肥利用率降低，作物產(chǎn)量和品質(zhì)都會發(fā)生變化，而且氮、硫肥的不合理施用會造成籽粒品質(zhì)變劣。稻茬小麥主要分布于我國長江中下游地區(qū)，在江蘇、安徽、湖北等省份種植面積大、占比高。減氮條件下，硫肥施用能否提升稻茬小麥氮素利用效率、增加籽粒產(chǎn)量、改善籽粒品質(zhì)有待明確。本試驗在水稻秸稈全量還田條件下，研究氮肥和硫肥施用量對小麥氮素吸收與利用、籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期提出氮、硫肥施用技術，為稻茬小麥優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)高效生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和供試品種

試驗于2019-2020年在江蘇省海安農(nóng)場進行。試驗田前茬為水稻，土壤為砂壤土。小麥播種前0～20 cm土層含全氮1.39 mg·g、速效磷41.76 mg·kg、速效鉀149.52 mg·kg、有機質(zhì)24.47 g·kg、有效硫25.58 mg·kg，土壤pH值為7.12。供試小麥為中筋品種揚麥23，由江蘇省里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所提供。

1.2 試驗設計

試驗采用氮硫肥兩因素隨機區(qū)組設計，其中施氮量設置0、195和270 kg·hm3個水平(分別用N0、N195和N270代表)，施硫量設0、30和60 kg·hm3個水平(分別用S0、S30和S60代表)，共9個處理。各處理均施磷(PO)120 kg·hm和鉀(KO)120 kg·hm。用尿素(含N46%)作氮肥，用重過磷酸鈣(含PO44%)作磷肥，用硫酸鉀(含硫18%、鉀52%)作硫肥和鉀肥，用氯化鉀(含KO 60%)平衡鉀肥用量。氮肥基施和拔節(jié)期追施各50%，其他肥料均基施。所有肥料通過人工撒施，基肥于播前施用，拔節(jié)肥于倒三葉期施用。試驗于2019年11月3日采用小區(qū)播種機條播，行距23 cm。三葉期間通過人工間苗實現(xiàn)基本苗225×10株·hm，2020年6月10日收獲。小區(qū)面積15 m，3次重復。其他管理措施同當?shù)馗弋a(chǎn)田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株氮素積累量的測定

將成熟期的樣品粉碎，采用HSO-HO消解-靛酚藍比色法測定含氮率，計算植株氮素積累量。按下式計算氮素利用效率。

氮素利用效率=(施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量)/(施氮處理氮素積累量-不施氮處理氮素積累量)×100%

氮肥表觀利用率=(施氮處理氮素積累量-不施氮處理氮素積累量)/施氮量×100%

氮肥農(nóng)學效率=(施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量)/施氮量×100%

1.3.2 產(chǎn)量及其構成調(diào)查

于乳熟期連續(xù)取50個麥穗，調(diào)查穗粒數(shù)。于成熟期劃定各小區(qū)3個1 m區(qū)域，調(diào)查穗數(shù)。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，折算為13%含水率的每公頃籽粒產(chǎn)量和千粒重。

1.3.3 小麥籽粒品質(zhì)測定

采用JYDB100X40硬度儀測定籽粒的硬度，采用上海東方衡器有限公司生產(chǎn)的HGT-1000型容重儀測定籽粒容重。

按照GB/T 14614-1993方法，使用Brabender粉質(zhì)儀測定粉質(zhì)參數(shù)。

采用HSO-HO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(zhì)含量。采用連續(xù)提取法依次提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，并進行蛋白質(zhì)組分含量測定。

參照雙波長法測定淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010建立數(shù)據(jù)庫，用DPS7.0軟件進行統(tǒng)計分析，LSD法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 氮硫配施對小麥產(chǎn)量及其構成的影響

由表1可知，隨施氮量或施硫量的增加，小麥平均籽粒產(chǎn)量均呈增加趨勢。氮硫肥對籽粒產(chǎn)量存在顯著的互作效應。在N0和N195水平下，籽粒產(chǎn)量隨施硫量增加呈升高趨勢；而在N270水平下，籽粒產(chǎn)量隨施硫量增加呈先升后降趨勢，以S30的產(chǎn)量最高。這說明，在減氮條件下適量施硫可提高小麥籽粒產(chǎn)量。總體而言，本試驗條件下N195S60處理下產(chǎn)量最高。

表1 氮、硫肥施用量對小麥籽粒產(chǎn)量及其構成的影響Table 1 Effect of nitrogen and sulfur application rates on grain yield and yield components of wheat

除施硫對千粒重影響不顯著外，氮硫肥對穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重均有顯著影響，同時施氮量和施硫量間互作對產(chǎn)量構成影響顯著。從氮肥效應看，穗數(shù)和穗粒數(shù)均表現(xiàn)為N270>N195>N0，施氮水平間差異均顯著；千粒重表現(xiàn)為N270顯著低于N195和N0。穗數(shù)和穗粒數(shù)均隨施硫量增加而增加。在所有處理中，N195S60處理的穗粒數(shù)顯著高于其他處理，穗數(shù)也最大，說明該處理的產(chǎn)量高主要是由于穗數(shù)和穗粒數(shù)較高。

2.2 氮硫配施對小麥氮素吸收與利用的影響

施氮量和施硫量均顯著影響稻茬小麥氮肥農(nóng)學效率、表觀利用率、氮素利用效率和總氮素積累量，同時施硫量和施氮量間互作對各指標影響顯著(表2)。在N195下氮素農(nóng)學效率和氮肥表觀利用率均顯著高于N270，而氮素利用效率和總氮素積累量均顯著低于N270。氮肥利用效率、總氮素積累量、氮肥農(nóng)學效率和氮肥表觀利用率隨施硫量增加而顯著增加。在N0水平下，隨施硫量增加，總氮素積累量顯著增加；在N195水平下，增施硫肥可顯著提高氮肥農(nóng)學效率和氮素利用效率；在N270水平下，隨施硫量增加，氮肥農(nóng)學效率、氮素利用效率和氮肥表觀利用率均呈先升后降趨勢。這表明，較高施氮量條件下，過多施硫會對稻茬小麥氮素的吸收與利用造成負面影響。

表2 氮、硫肥施用量對小麥氮素吸收與利用的影響Table 2 Effect of nitrogen and sulfur application rates on nitrogen absorption and utilization of wheat

2.3 氮硫配施對小麥籽粒品質(zhì)的影響

2.3.1 籽粒硬度、容重和面粉粉質(zhì)特性

除施硫量對容重影響不顯著外，施氮量、施硫量及其互作均對小麥籽粒硬度、容重和粉質(zhì)各參數(shù)有顯著的影響(表3)。隨施氮量的增加，籽粒硬度、面團形成時間和穩(wěn)定時間均呈上升趨勢，且不同施氮水平間差異均顯著；N270和N195間籽粒容重和粉質(zhì)指數(shù)差異不顯著，但這兩個施氮水平的此二指標均顯著高于N0。面團形成時間和面團穩(wěn)定時間均隨施硫量增加而顯著增加，施硫水平間容重無顯著差異。在N0水平下，籽粒硬度、容重和粉質(zhì)指數(shù)在不同施硫處理間差異不顯著；在N195水平下，隨著施硫量的增加，小麥面團形成時間、穩(wěn)定時間和粉質(zhì)指數(shù)均顯著增加；在N270水平下，隨施硫量的增加，小麥面團形成時間和穩(wěn)定時間呈先增后降趨勢。這表明適宜的氮、硫肥施用量組合可以改善小麥面粉品質(zhì)。總體而言，N195S60處理最有助于小麥品質(zhì)的改善。

表3 氮、硫肥施用量對小麥籽粒硬度、容重和粉質(zhì)特性的影響Table 3 Effect of nitrogen and sulfur application rates on hardness,test density and flour quality characteristics in wheat grain

2.3.2 籽粒淀粉及其組分含量

除施硫量對小麥籽粒總淀粉含量影響不顯著外，施氮量、施硫量及其互作均顯著影響籽粒淀粉組分含量和直/支比(表4)。不同施氮水平下支鏈淀粉含量表現(xiàn)為N195>N270>N0，施氮水平間差異顯著；總淀粉含量在N195和N270間差異不顯著，但二水平均顯著高于N0；直鏈淀粉含量和直支鏈淀粉比均表現(xiàn)為N195顯著低于其他施氮水平。小麥籽粒直鏈淀粉含量和直支鏈淀粉比隨施硫量增加而顯著下降，平均支鏈淀粉含量和總淀粉含量表現(xiàn)為S60和S30間差異不顯著，但二水平均顯著高于S0。在N0和N195水平下，隨施硫量的增加，直鏈淀粉含量和直支鏈淀粉比均呈下降趨勢，而支鏈淀粉含量均呈上升趨勢；在N270水平下，施硫量對小麥淀粉組分含量和直支鏈淀粉比均無顯著影響。總體而言，N195S60處理更有利于提高小麥籽粒支鏈淀粉含量，降低直支鏈淀粉比。

表4 氮、硫肥施用量對小麥籽粒淀粉及其組分含量的影響Table 4 Effect of nitrogen and sulfur application rates on starch content and its components in wheat grain

2.3.3 籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量

由表5可見，N195的籽粒平均醇溶蛋白和谷蛋白含量均顯著高于N270和N0；平均清蛋白、總蛋白和球蛋白在N195與N270間差異不顯著，但這兩個施氮水平均顯著高于N0。平均谷蛋白和總蛋白含量隨施硫量的增加而顯著增加，平均球蛋白和醇溶蛋白含量表現(xiàn)為S60顯著高于S30和S0，但S30和S0間差異不顯著。施氮量和施硫量互作對籽粒球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量均有顯著影響。在N0和N195水平下增施硫肥對清蛋白、球蛋白含量均無顯著影響，而醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量隨施硫量增加均呈上升趨勢；在N270水平下，隨施硫量的增加，醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量均隨施硫量增加呈先升后降趨勢。總體而言，N195S60處理可以獲得較高的蛋白質(zhì)及其組分含量。

表5 氮、硫肥施用量對小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的影響Table 5 Effect of nitrogen and sulfur application rates on protein content and its components in wheat grain

3 討 論

氮肥是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)最為關鍵的因素之一。在一定范圍之內(nèi)，小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高。齊冰玉等提出，施氮對小麥籽粒蛋白質(zhì)品質(zhì)和面團穩(wěn)定時間均有提高效應, 尤其對提高穩(wěn)定時間的效應最為顯著。李文陽等認為，在0～240 kg·hm施氮肥范圍內(nèi)，增施氮肥可以提高小麥籽粒中直、支鏈淀粉積累量，過量施氮肥則不利于淀粉積累。本研究結果表明，隨施氮量的增加，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均顯著增加，面團形成時間和穩(wěn)定時間延長，但施氮量較高時，籽粒支鏈淀粉含量降低，清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量顯著降低。謝迎新等研究表明，增施氮肥可增加植株氮素積累量，氮生理效率和農(nóng)學效率則隨施氮量增加呈先增后降趨勢。本試驗中，隨施氮量的增加，總氮素積累量增加，而氮肥農(nóng)學效率和氮肥表觀利用率先增后降。這些結果均說明，增施氮肥可提高小麥產(chǎn)量，改善籽粒品質(zhì)，促進小麥植株對氮素的吸收利用，但施氮量并不是越多越好，施氮量在一定范圍內(nèi)有利于品質(zhì)的提高，超過該范圍會使品質(zhì)下降。

前人研究表明, 施硫可使產(chǎn)量構成因素同步提高，從而提高產(chǎn)量。施硫可以降低小麥淀粉的直支比，改善面團流變學特性；延長小麥面團形成和穩(wěn)定時間；可顯著促進籽粒谷蛋白的積累。本試驗結果顯示，隨施硫量的增加，小麥產(chǎn)量顯著提高，面團形成時間和穩(wěn)定時間增加，直支鏈淀粉比顯著降低，促進了支鏈淀粉、谷蛋白和總蛋白的積累。Salvagiotti等研究認為，施硫可以通過促進小麥吸氮來提高氮素利用效率。從本試驗結果看，施硫可顯著增加小麥總氮素積累量，提高氮肥農(nóng)學效率、表觀利用率和氮素利用效率，有利于氮效率的提高。

周杰等研究發(fā)現(xiàn)，在一定的氮、硫供應水平下氮素和硫素之間在小麥上存在互促效應，而過高的供氮條件下繼續(xù)增加硫的供應，會抑制氮、硫的吸收和積累，降低葉片光合同化能力。王麗等研究認為，在一定供氮水平下適量施硫有利于氮肥農(nóng)學效率的提高，而在較高供氮水平下過多施硫導致氮肥農(nóng)學利用率降低。本試驗中，在減氮(N195)條件下增施硫肥有利于增加小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學效率和氮素利用效率。這說明硫肥的施用能促進小麥對氮素的吸收與利用，從而有利于產(chǎn)量的提高。本研究結果還表明，在較高施氮量條件下，小麥籽粒產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學效率、利用效率和表觀利用率隨施硫量增加呈先升后降趨勢，硫肥施用較多不利于小麥對氮素的吸收利用。

對于硫肥和氮肥配合施用對小麥品質(zhì)的改善作用，前人研究認為，在推薦氮施用量條件下，施硫處理可延長面團形成時間，降低面團穩(wěn)定時間；硫肥對小麥淀粉組分的調(diào)節(jié)作用與氮肥水平有關，低氮和高氮與硫肥配合施用均有利于改善小麥籽粒的淀粉組分；氮硫配施顯著影響了小麥籽粒的蛋白質(zhì)組成。在本試驗條件下，不同氮肥水平增施硫肥的結果不同，減氮水平下隨施硫量增加可顯著延長面團形成時間和穩(wěn)定時間，降低直支比，同時醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量也顯著增加；而高氮水平下適量施硫可改善小麥品質(zhì)，過多施硫反而對小麥品質(zhì)不利。

在減氮(N195)和高氮(N270)條件下，配合施用適量硫肥對小麥產(chǎn)量提高和品質(zhì)改善有明顯的效果，但高施氮量下增施過多硫肥會造成產(chǎn)量和品質(zhì)下降。本試驗條件下施氮195 kg·hm配合施硫60 kg·hm更有利于實現(xiàn)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。有關氮硫肥的施用時期與施用比例對小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響及機制有待于進一步研究。