小麥產量和品質對不同類型土壤和施氮處理的響應

劉哲文，郭丹丹，常旭虹，王德梅，王艷杰，楊玉雙,王玉嬌，柏軍兵，石書兵，趙廣才

(1.新疆農業大學農學院，新疆烏魯木齊 830052; 2.中國農業科學院作物科學研究所/農業部作物生理生態與栽培重點開放實驗室，北京 100081)

小麥是我國重要的糧食作物，綠色、優質、高產成為當前小麥研究的重要內容。提高小麥產量和品質對實現國家糧食安全戰略、促進我國農業生產發展和改善人民生活水平具有重要意義。

土壤作為重要的環境因素對小麥植株生長、產量、品質均會產生影響。研究表明，小麥植株吸收的氮72.51%～73.57%來自土壤氮，26.43%～27.49%來自于肥料氮。籽粒產量與土壤基礎地力關系密切。土壤質地對籽粒蛋白質積累影響較大，蛋白質含量隨土質黏重程度的提高而增加。小麥籽粒的氮素大部分由植株開花前儲存在營養器官中的氮素轉運而來，增加小麥花前氮素積累量可以提高籽粒氮素含量。高肥力麥田追氮過早不利于小麥群體控制,實施“氮肥后移”能夠有效控制群體發展。施氮能夠顯著提高小麥的干物質積累量、花前干物質轉運量和產量，但不同氮肥運籌對不同土壤中小麥植株的生長、籽粒產量和品質影響存在差異。

目前，氮肥運籌與土壤類型對小麥生長發育影響的研究較多，但結果存在較大差異。為獲得更多土壤與小麥產量和品質關系的資料，本試驗選用兩種土壤類型，研究不同土壤類型在不同生育期追氮對津強11號籽粒產量和品質的影響，以明確不同土壤類型下適合小麥生長的追氮時期，為氮肥的合理施用及小麥的高產優質栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗采用盆栽方法，于2020—2021年度在中國農業科學院作物科學研究所溫室內進行。供試的黑土取自黑龍江地區，潮土取自中國農業科學院中圃場的耕層。供試品種為春小麥品種津強11號。土壤基礎養分狀況如表1。

表1 土壤基礎養分狀況

1.2 試驗設計

采用隨機區組設計，主因素為土壤，分別為A(黑土)和A(潮土)；次因素為施氮處理，分別為B(不施肥)、B(底施)、B(三葉期施)、B(拔節期施)和B(抽穗期施)，均每盆施尿素2 g，尿素含氮46%。于2020年10月19日將供試土壤混勻后裝盆并播種，每盆裝土3.1 kg，盆內直徑0.24 m、高0.18 m，每盆種15株，留苗8株，3次重復，共計30盆。2020年12月7日移入溫室，2021年3月6日收獲。生育期水分供應充足。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 穗部性狀及產量測定

成熟期按盆收獲進行室內考種，測定株高、穗長、總小穗數、穗粒數、千粒重和籽粒產量。

1.3.2 籽粒性狀測定

采用杭州萬深檢測科技有限公司產的稻麥性狀測定儀(SC-G型)測定籽粒投影面積(GA)、籽粒周長(GC)、籽粒長寬比(L/W)、籽粒長(GL)、籽粒寬(GW)、籽粒直徑(GD)和圓度(GR)。

1.3.3 籽粒粗蛋白及組分含量測定

采用FOSS Kjeltec2003全自動凱氏定氮儀(丹麥FOSS公司)測定全氮；蛋白質組分采用連續振蕩法測定。全氮含量×5.7為蛋白質含量。

1.4 數據分析

采用Excel 2010進行數據整理，用DPS軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同類型土壤和施氮處理對小麥穗部性狀和產量的影響

由表2可知，小麥的株高、穗長、總小穗數、穗粒數、千粒重和籽粒產量均表現為黑土>潮土，二者間差異均顯著。黑土(A)中小麥的株高、穗長、總小穗數、穗粒數、千粒重和產量分別比潮土(A)增加14.78%、10.66%、5.76%、28.07%、18.37%和38.4%。說明土壤基礎肥力較高的黑土更有利于小麥生長。

表2 不同類型土壤下穗部性狀及產量

由表3可知，不同施氮時期對小麥產量及其相關因素影響不同。與不施氮(B)處理相比，施氮處理均能提高小麥籽粒產量。隨著施氮時期的后移，產量表現為先上升后下降的趨勢，B達到最大值；B、B、B、B較B分別增產 12.34%、40.51%、78.80%、76.27%，并且B、B、B處理顯著高于B處理。不同處理間比較，B的千粒重最高，且顯著高于其他處理；B處理的穗長、穗粒數和千粒重顯著低于其他處理；B和B處理間的株高、穗長、總小穗數和穗粒數無顯著差異；各穗部性狀和產量均以B最高，產量的提高主要由于穗粒數和千粒重的協同提高。各施肥處理間穗粒數和產量的變異系數較大，分別為24.99%和25.40%，說明施氮肥時期主要通過改變穗粒數對籽粒產量產生影響。

表3 不同施氮處理的穗部性狀及產量

由表4可以看出，類型土壤和施氮時期互作對小麥產量及其構成因素有顯著影響。其中，AB處理下的各被測指標均最高，其千粒重顯著高于其他處理，株高、穗長和籽粒產量顯著高于除AB處理外的其他處理，總小穗數與AB、AB處理間差異不顯著，顯著高于其他處理，穗粒數與AB、ABAB處理間差異不顯著，顯著高于其他處理。各處理間穗長的變異系數最小(11.04%)；千粒重的變異系數最大(29.83%)，說明其易受到土壤環境和施肥時期互作的影響。

表4 不同類型土壤和施氮處理的穗部性狀及產量的比較

2.2 不同類型土壤和施氮處理對籽粒性狀的影響

方差分析表明，僅對籽粒圓度有顯著影響，潮土處理(A)的籽粒圓度(GR)顯著高于黑土(A)，對其他指標均無顯著效應。施氮時期對被測性狀均無顯著效應。說明小麥籽粒的圓度易受栽培土壤影響，施氮時期對小麥籽粒性狀影響不顯著。

由表5可知，除籽粒長(GL)外，其他籽粒性狀在各處理間均無顯著性差異。其中，AB的籽粒長(GL)顯著高于其他處理(<0.05)，AB顯著低于其他處理(<0.05)。說明土壤類型和施氮時期對除籽粒長外的其他籽粒性狀無顯著交互作用。在潮土條件下，拔節期施肥使籽粒的長度顯著增加，具體原因有待進一步研究。

表5 不同類型土壤和施氮處理的籽粒性狀比較

2.3 不同類型土壤和施氮處理對小麥籽粒蛋白質及其組分含量及產量的影響

由表6和圖1可知，土壤類型對籽粒蛋白質及其組分含量均有顯著影響。黑土處理的蛋白質含量和產量均顯著高于潮土處理，分別提高了14.35%和38.71%；黑土處理的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量也均顯著高于潮土處理(A)，分別增加6.69%、8.67%、16.67% 和19.11%，增幅表現為谷蛋白>醇溶蛋白>清蛋白>球蛋白，表明黑土更有利于谷蛋白的提高。

表6 不同類型土壤的籽粒蛋白質含量及產量比較

相同蛋白組分圖柱上不同小寫字母表示差異達到0.05顯著水平。下同。

由圖2可知，籽粒蛋白組分含量隨施氮時期的后移顯著上升。B較B的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量分別提高了23.73%、28.48%、48.46%和65.90%，說明隨著施氮時期的后移，籽粒各蛋白組分含量不斷提高，抽穗期(B)追施氮肥各組分含量最高。

圖2 不同施氮處理的籽粒蛋白組分含量比較

由表7可知，不同施氮時期對蛋白質含量和產量具有顯著影響。與不施肥(B)相比，抽穗期(B)、拔節期(B)、三葉期(B)、底施(B)氮肥處理的籽粒蛋白質含量分別提高了39.45%、27.37%、14.98%、9.02%。B較B的蛋白質產量提高了45.71%，B較B的蛋白質產量則減少了1.1%。這說明蛋白質含量以抽穗期施氮肥(B)最高，蛋白質產量為拔節期施氮肥(B)最高。說明津強11號在抽穗期施肥改善了籽粒蛋白質含量，拔節期施肥提高了籽粒蛋白質產量。

表7 不同施氮處理的籽粒蛋白質含量及產量比較

由表8可知，不同類型土壤及施氮時期的交互作用對強筋小麥品種津強11號蛋白質組分的影響顯著。黑土條件下，各處理的蛋白質含量、清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白隨施氮期后移規律不明顯，蛋白質含量表現為：AB較AB提高了 1.62%，AB較AB減少了0.26%，AB和AB較AB分別提高了1.93和2.71個百分比；谷蛋白隨施肥時期的后移表現為逐漸上升的趨勢，AB較AB增加了12.37%和17.37%，差異達到顯著水平(<0.05)；蛋白質產量則表現為先上升后下降的趨勢，其中，AB較AB提高了40.24%，AB較AB減少了7.83%。潮土條件下，各蛋白組分含量、蛋白質含量及產量均隨著施肥時期的后移而增加，其中，AB的蛋白質含量較AB、AB、AB、AB分別提高了68.55%、41.07%、25.57%、0.15%，均達到顯著水平。蛋白組分含量比較，清蛋白的變異系數最小(9.52%)，穩定較好，谷蛋白的變異系數較大(21.93%)，蛋白質產量的變異系數最高(38.44%)。

表8 不同類型土壤和施氮處理的蛋白組分含量和蛋白質產量比較

3 討 論

3.1 土壤類型對小麥產量和品質的影響

不同類型土壤和施肥時期對小麥品質有重要影響。研究表明，小麥產量和蛋白質含量與土壤養分狀況呈顯著正相關。本試驗驗證了這一結果，表現為黑土處理的穗部性狀、產量和品質高于潮土，黑土條件下的籽粒產量、蛋白質含量和蛋白質產量較潮土分別提高了38.4%、14.35%和38.71%；但潮土處理較黑土處理的籽粒飽滿度(GR)明顯提高。本研究中，黑土的有機質、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均高于潮土，對籽粒蛋白質含量影響較大的土壤有機質、全氮和堿解氮含量分別是潮土4.94倍、3.58倍和2.24倍(表1)，這可能是在其他栽培管理條件相同時，造成黑土種植的小麥籽粒蛋白質含量高于潮土的重要原因。本研究中，潮土條件下的總小穗數與穗粒數較正常條件明顯低，且平均每小穗數結實粒數較少，可能由于溫室生長的小麥生育時期較短，具體原因有待進一步分析。

3.2 施肥時期對小麥產量和品質的影響

研究發現，小麥蛋白質含量隨施肥時期的后移而顯著提高，其中，前期施氮有利于提高籽粒產量，后期施氮會促進蛋白質含量的提高。也有研究表明，起身期追氮加速小麥分蘗，導致小麥有效穗數減少；拔節期施氮會促進小麥穗粒數和千粒重的提高，繼續推遲施肥則會造成產量減少；抽穗期施氮提高了籽粒蛋白質含量。這與本研究結果一致，各處理株高、穗長、總小穗數、穗粒數、千粒重、籽粒產量和蛋白質產量均表現為：拔節期>抽穗期>三葉期>底施>不施肥；拔節期(B)的穗粒數和千粒重最高，為20.33和41.49 g，較不施肥增產幅度最大(78.80%)；產量的提高主要是通過總小穗數和穗粒數的協同提高。但籽粒各蛋白組分含量隨施氮時期的后移表現為逐漸上升的趨勢，為抽穗期>拔節期>三葉期>底施>不施肥，抽穗期施氮顯著提高了清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量；蛋白質含量較不施肥提高39.45%，表明抽穗期施肥顯著改善籽粒蛋白質含量。

3.3 土壤類型和施肥時期互作對小麥產量和品質的影響

關于小麥高產優質生產的適宜的土壤條件和追氮時期的研究，前人已有較多研究，但小麥的產量和品質因環境條件、栽培措施、品種的不同有明顯的差異。有研究表明，后期增施氮肥只有在前期肥力較高的基礎上才可提高籽粒蛋白質含量。還有研究表明，追氮時期對籽粒產量和蛋白質含量的效應并不同步，即產量最大的施氮時期并不是蛋白質含量最高的施氮時期。

本研究中，黑土的土壤有機質含量較高，其小麥產量和品質及穗部性狀均高于潮土，AB的產量最高，為每盆6.57 g，AB的產量最低，每盆為2.54 g，可能由于黑土的土壤養分含量較高，尤其是土壤的有機質含量是潮土的4.94倍；產量主要通過提高穗粒數和千粒重，且拔節期施肥增產效果最佳。本研究中，所測植株和產量的數據均低于大田數據，可能由于溫室培養，導致小麥生育期較短，具體原因還有待進一步驗證。從品質方面講，蛋白質含量在黑土條件下出現兩個小高峰，第一個小高峰為AB(15.64%)，第二個小高峰為A 1B(17.53%)和AB(18.31%)；谷蛋白含量隨施肥時期的后移表現為逐漸上升；表明黑土處理在施底肥和拔節、抽穗肥時均會有效的提高小麥品質。潮土條件下，各組分蛋白含量及產量均隨著施肥時期的后移而增加；其中，AB處理的蛋白質含量較AB提高了68.55%，差異達到極顯著水平。黑土在拔節期追氮有利于津強11號籽粒產量和蛋白質產量提高，而抽穗期施氮有利于蛋白質含量的提高，這與楊扎根、鞠正春等研究結果相似。