云南旱地小麥新品種產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)減量施氮的響應(yīng)

喬祥梅，王志龍，蔣欣彤，王志偉，高仕蘭，程加省，李灶福，于亞雄，楊 紅

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/國(guó)家小麥改良中心云南分中心，昆明 650205；2.易門縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，云南 玉溪 651100；3.云南省農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校鎮(zhèn)雄縣分校，云南 鎮(zhèn)雄 657200)

【研究意義】小麥產(chǎn)量的提高離不開(kāi)氮肥，但氮肥過(guò)量使用不僅會(huì)影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且會(huì)加劇環(huán)境污染、危害人體健康，而適當(dāng)減量施氮是實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效生態(tài)安全的必要前提[1]。然而，近年來(lái)農(nóng)民為了提高小麥產(chǎn)量，不斷增加化肥用量，但是小麥產(chǎn)量與施肥量不能同步增長(zhǎng)[2-3]，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，1970—2018年，中國(guó)化肥用量增長(zhǎng)率是糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)率的8.7倍[4]。氮是影響小麥產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量的關(guān)鍵因素之一，然而產(chǎn)量的不斷提升一定程度上稀釋了籽粒的蛋白質(zhì)含量，小麥高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)難以協(xié)同實(shí)現(xiàn)[5]。因此，研究減量施氮處理下小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的變化，探索小麥合理施氮水平對(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、高效、持續(xù)健康的發(fā)展具有重要的意義。【前人研究進(jìn)展】針對(duì)施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，前人做了大量的研究。有研究表明產(chǎn)量和品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)時(shí)所需的氮肥用量不同，如代新俊等[6]研究表明，施氮量150 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量最高，225 kg/hm2時(shí)品質(zhì)最優(yōu)；吳強(qiáng)等[7]研究表明，在施氮0～240 kg/hm2內(nèi)，小麥產(chǎn)量隨施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，而一、二次加工品質(zhì)則隨著施氮量的增加呈線性增加趨勢(shì)。張琨等[8]研究表明，在施氮量為225 kg/hm2的基礎(chǔ)上，施氮量減少20%時(shí)，小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化不顯著，但是蛋白質(zhì)含量顯著降低。還有研究表明，在同一施氮水平下，產(chǎn)量和品質(zhì)均能達(dá)到最優(yōu)，如周棟等[9]研究表明，施氮量超過(guò)180 kg/hm2，渭北地區(qū)旱地小麥產(chǎn)量穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量則出現(xiàn)一定程度的降低，蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水率、淀粉含量、沉降值和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間均下降。趙廣才等[10]對(duì)強(qiáng)筋小麥濟(jì)麥20的研究表明，在施氮150～300 kg/hm2內(nèi)，產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量隨施氮量的增加而增加，但超過(guò)300 kg/hm2反而導(dǎo)致籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)有一定程度下降。【本研究切入點(diǎn)】縱觀以往的研究，小麥品種的產(chǎn)量性狀和品質(zhì)指標(biāo)對(duì)氮素的響應(yīng)因品種而異，又因地域和栽培措施不盡相同，關(guān)于施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究結(jié)果存在很大差異。因此在“立體氣候”明顯的云南麥區(qū)，如何合理調(diào)整氮肥用量，使其在提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)的同時(shí)，最大限度地降低氮肥對(duì)環(huán)境的威脅，已成為該區(qū)小麥可持續(xù)生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。但前人對(duì)云南麥區(qū)小麥品種品質(zhì)和產(chǎn)量相結(jié)合的研究較少，最佳施氮量的選擇還不夠合理。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究以旱地小麥新品種云麥76和云麥77為材料，采用小區(qū)控制試驗(yàn)，分析減氮處理下小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的變化規(guī)律，尋找最佳施氮量，為當(dāng)?shù)匦←湼弋a(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培體系構(gòu)建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)所采用的材料云麥76和云麥77均由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所選育，2019年通過(guò)云南省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。試驗(yàn)于2018年10月至2019年5月在保山市隆陽(yáng)區(qū)金雞鄉(xiāng)東方村農(nóng)推所試驗(yàn)基地(海拔1652 m，北緯25°08′28″，東經(jīng)99°14′09″)進(jìn)行，試驗(yàn)田前作水稻，土壤類型為黏土，全田平整，肥力均勻，排水方便。2018年10月至2019年5月小麥生育期內(nèi)氣象數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 小麥生育期內(nèi)氣象數(shù)據(jù)Table 1 Meteorological data during wheat growth period

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用2因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以小麥新品種云麥76和云麥77為材料，設(shè)5個(gè)氮肥處理，分別是常規(guī)施氮300 kg/hm2(N1)，減量施氮240 kg/hm2(N2)、180 kg/hm2(N3)和120 kg/hm2(N4)和不施氮(N5)，試驗(yàn)于2018年10月30日播種，播種前每小區(qū)分別施180 kg/hm2磷肥(過(guò)磷酸鈣，P2O5,16%) 和150 kg/hm2鉀肥(硫酸鉀，K2O5,50%)作為底肥。小區(qū)面積13.34 m2，基本苗240萬(wàn)株/hm2，行距23 cm，重復(fù)3次，共計(jì)30個(gè)小區(qū)，田間管理與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

產(chǎn)量及構(gòu)成因素的測(cè)定每個(gè)小區(qū)錯(cuò)開(kāi)邊行，分別在第二行和倒數(shù)第二行選取1 m的樣段，調(diào)查總穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，并全區(qū)收獲測(cè)定籽粒產(chǎn)量。

品質(zhì)測(cè)定小麥?zhǔn)斋@晾曬后儲(chǔ)藏2個(gè)月，每處理小區(qū)取400 g籽粒，使用DA7200型近紅外(NIR)谷物分析儀(瑞典Perten公司)測(cè)定小麥蛋白質(zhì)含量、谷蛋白含量、沉降值、形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間等指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010 處理并作圖，用DPS 7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD法檢驗(yàn)處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 減量施氮對(duì)小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

從表2可以看出，品種因素對(duì)產(chǎn)量的影響較小，氮肥處理和品種與氮肥處理互作對(duì)產(chǎn)量的影響分別達(dá)極顯著和顯著水平。2個(gè)品種的產(chǎn)量均是隨著施氮量的降低而下降，施氮量由N1(300 kg/hm2)減至N2(240 kg/hm2)時(shí)，減產(chǎn)不顯著，云麥76減幅1.38%，云麥77減幅僅0.3%；隨后隨著施氮量的減少，產(chǎn)量顯著降低。在同一施氮水平下，云麥77產(chǎn)量較云麥76高，而且隨著施氮量的減少，云麥77較云麥76產(chǎn)量增幅逐漸升高，在N4、N5處理下，云麥77的產(chǎn)量較云麥76增幅分別達(dá)10.67%、24.87%，說(shuō)明云麥77較云麥76耐低氮。與常規(guī)施氮量N1相比，云麥76產(chǎn)量的降幅為1.38%～42.34%，云麥77的則為0.3%～28.21%，相同減氮處理，云麥77產(chǎn)量降幅小，再次說(shuō)明云麥77對(duì)低氮脅迫的耐受性較強(qiáng)。產(chǎn)量構(gòu)成因素上，施氮處理對(duì)穗數(shù)的影響達(dá)顯著水平，對(duì)千粒重和穗粒數(shù)的影響不顯著。穗數(shù)在各處理下的變化趨勢(shì)與產(chǎn)量一致，N1、N2處理間差異不顯著，但二者高于或顯著高于其他處理；除云麥76的N5處理千粒重顯著低于其他處理外，千粒重和穗粒數(shù)在各處理間差異不顯著，說(shuō)明千粒重和穗粒數(shù)對(duì)減氮處理不敏感。可見(jiàn)，減氮處理主要是通過(guò)降低有效穗而導(dǎo)致減產(chǎn)的。

表2 不同施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of different nitrogen rates on wheat yield and yield components

2.2 產(chǎn)量與構(gòu)成因素間的相關(guān)性分析

由表3可見(jiàn)，在產(chǎn)量構(gòu)成三因素中，穗數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)程度最大(相關(guān)系數(shù)為0.92，達(dá)極顯著水平)，穗粒數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)程度次之(0.17)，千粒重與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)。說(shuō)明在進(jìn)行不同氮處理時(shí)應(yīng)以提高穗數(shù)為主要途徑，其次考慮如何通過(guò)栽培技術(shù)來(lái)增加穗粒數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)更高產(chǎn)的目的。穗數(shù)與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān)(-0.7)，與穗粒數(shù)呈不顯著正相關(guān)(0.05)；穗粒數(shù)與千粒重呈不顯著負(fù)相關(guān)(-0.11)，表明產(chǎn)量構(gòu)成三因素之間存在既相互促進(jìn)又相互制約的復(fù)雜關(guān)系。因此在增加穗數(shù)的同時(shí)，應(yīng)注意其它兩因素在新的水平上的協(xié)調(diào)平衡。

表3 產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量間的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficient between yield components and yield

2.3 減量施氮對(duì)小麥品質(zhì)的影響

2.3.1 減量施氮對(duì)小麥蛋白質(zhì)含量的影響 由圖1可知，2個(gè)品種蛋白質(zhì)含量均是N1處理最高，然后隨著施氮量的減少總體呈下降趨勢(shì)，但是2個(gè)品種對(duì)氮處理的敏感度存在差異。云麥76在各處理下蛋白質(zhì)降低2.92%～8.85%，云麥77降低3.96%～8.83%。云麥76的N1與N2處理差異不顯著，N3、N4和N5處理三者之間差異不顯著，說(shuō)明對(duì)于該品種，施氮量降低到180 kg/hm2以下時(shí)，對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響較小。云麥77的N1與N3處理差異不顯著，但二者顯著高于N4、N5處理，說(shuō)明在低氮條件下，蛋白質(zhì)含量急劇下降。

同一品種不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters of the same variety indicate significant difference (P<0.05). The same as below圖1 不同施氮量對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響Fig.1 Effects of different nitrogen rates on grain protein content of wheat

2.3.2 減量施氮對(duì)小麥濕面筋含量的影響 由圖2可知，就不同施氮處理而言，2個(gè)品種濕面筋含量對(duì)氮處理的響應(yīng)與蛋白質(zhì)含量對(duì)氮處理的響應(yīng)基本一致，均是隨著施氮量的減少總體呈下降的趨勢(shì)。云麥76的平均濕面筋含量高于云麥77，這是由品種的遺傳特性決定的。與N1處理相比，2個(gè)品種其他處理的濕面筋含量顯著減少，其中，云麥76降低3.53%～8.86%，云麥77降低4.35%～8.42%。

圖2 不同施氮量對(duì)小麥濕面筋含量的影響Fig.2 Effects of different nitrogen rates on wet gluten content of wheat

2.3.3 減量施氮對(duì)小麥沉降值的影響 小麥沉降值是反映小麥種顆粒蛋白含量多少以及小麥質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。由圖3可知，2個(gè)品種的沉降值對(duì)施氮量的響應(yīng)不一致，云麥76沉降值隨著施氮量的降低呈“先降后增”的趨勢(shì)，施氮量由300 kg/hm2減至180 kg/hm2時(shí)，沉降值逐漸降低，施氮量由180 kg/hm2減至0 kg/hm2時(shí)，沉降值逐漸升高。云麥77的沉降值表現(xiàn)為：N1>N3>N4>N2>N5，N1、N2、N3和N4處理之間差異不顯著，但均顯著高于N5處理，可見(jiàn)，不施氮顯著降低該品種的沉降值，但在常規(guī)施氮量的基礎(chǔ)上減少施氮量，對(duì)沉降值的影響不大。

圖3 不同施氮量對(duì)小麥沉降值的影響Fig.3 Effects of different nitrogen rates on zeleny sedimentation of wheat

2.3.4 減量施氮對(duì)小麥形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間的影響 由表4可知，云麥77平均形成時(shí)間高于云麥76，云麥76平均穩(wěn)定時(shí)間略高于云麥77。就不同氮處理而言，N1處理2個(gè)品種的形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間均最高，隨著施氮量的降低，形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間因品種和施氮量而異。云麥76的形成時(shí)間表現(xiàn)為N1、N2和N3處理顯著高于N4、N5處理；云麥77則是N1處理顯著高于N2、N4、N5處理，N1與N3處理二者之間無(wú)顯著差異。云麥76的穩(wěn)定時(shí)間表現(xiàn)為N1處理顯著高于N3、N4、N5處理，N2處理顯著高于N3、N4處理，但與N1和N5處理差異不顯著；云麥77表現(xiàn)為N1處理顯著高于N2、N4、N5處理，N3處理顯著高于N4、N5處理，N2、N4和N5三者之間差異不顯著。

表4 不同施氮量對(duì)小麥形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間的影響Table 4 Effects of different nitrogen rates on the development time dough stability time of wheat

3 討 論

3.1 施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

施氮量通過(guò)提高小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量，但是產(chǎn)量三要素對(duì)施氮量的響應(yīng)程度并不一致。馬瑞琦等[11]和張旭等[12]研究表明，適宜的施氮量可以協(xié)同提高穗數(shù)、穗粒數(shù)與千粒重，進(jìn)而顯著提高小麥籽粒產(chǎn)量。喬祥梅等[13]研究表明，產(chǎn)量、有效穗和穗粒數(shù)隨著施氮量的增加而增加，千粒重則因生態(tài)點(diǎn)而異。吳強(qiáng)等[7]研究發(fā)現(xiàn)，適宜的施氮量通過(guò)提高穗數(shù)和穗粒數(shù)，使得產(chǎn)量顯著增加。本研究顯示，減氮處理主要是通過(guò)降低穗數(shù)而導(dǎo)致減產(chǎn)，穗數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，穗粒數(shù)和千粒重對(duì)減氮處理不敏感，這與前人的研究結(jié)果存在一定差異，這主要是品種因素和所處地域的差別而導(dǎo)致的。本研究所處的地域?qū)僭颇衔髂喜浚←溤兴胫凉酀{期(2—5月)，氣候溫和、日照充足，加上合理的灌溉，為獲得大穗大粒創(chuàng)造了條件[14]。

小麥產(chǎn)量和氮肥利用效率存在顯著的基因型差異[15]，選育低氮條件下具有較高產(chǎn)量潛能的作物新品種是降低氮肥施用量、提高氮素利用效率、減少環(huán)境污染的有效舉措[16-18]。本研究中，在同一施氮水平下，云麥77較云麥76增產(chǎn)，而且隨著施氮量的減少，云麥77較云麥76增產(chǎn)幅度逐漸升高，特別是在施氮量120 kg/hm2和不施氮處理下，云麥77的產(chǎn)量較云麥76增幅分別達(dá)10.67%、24.87%，說(shuō)明云麥77比云麥76耐低氮。與常規(guī)施氮量300 kg/hm2相比，在相同減氮處理下，云麥77產(chǎn)量的降幅遠(yuǎn)低于云麥76，再次說(shuō)明云麥77對(duì)低氮脅迫的耐受性較強(qiáng)。因此云麥77可作為耐低氮小麥品種，在生產(chǎn)上加大推廣力度，對(duì)減少氮肥投入量，維持作物產(chǎn)量穩(wěn)定，發(fā)展節(jié)約高效、環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)具有重要意義[19]。

3.2 施氮量對(duì)小麥品質(zhì)的影響

已有研究表明，小麥取得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的適宜施氮量是180～240 kg/hm2[20]，本研究顯示，云麥76和云麥77這2個(gè)品種的產(chǎn)量均是在施氮量300 kg/hm2時(shí)最高，然后隨著施氮量的減少而降低，當(dāng)施氮量減至240 kg/hm2時(shí)，減產(chǎn)不顯著，減幅分別為1.38%和0.30%，蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量顯著降低，因此，本試驗(yàn)條件下，實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳施氮量300 kg/hm2，與祁靜玉等[21]、孫文彥等[22]、田興帥等[23]研究結(jié)果存在一定差異，這可能與試驗(yàn)地的基礎(chǔ)肥力有關(guān)。研究表明，在一定范圍內(nèi)，小麥主要品質(zhì)性狀會(huì)隨施氮量的增加而改善，但過(guò)量施氮?jiǎng)t品質(zhì)降低[24-25]。本研究中，蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量隨著施氮量的增加而提高，并未出現(xiàn)降低趨勢(shì)，這一點(diǎn)與前人研究結(jié)果并不一致，主要原因是設(shè)計(jì)的施肥量是農(nóng)戶常規(guī)施肥量，可能低于品質(zhì)最佳時(shí)的施氮量，實(shí)現(xiàn)小麥最佳品質(zhì)的施氮量有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

云麥77對(duì)低氮脅迫的耐受性較強(qiáng)，因此該品種可作為耐低氮小麥種質(zhì)。本試驗(yàn)條件下，施氮量為300 kg/hm2時(shí)，云麥76和云麥77產(chǎn)量均最高，品質(zhì)最佳，當(dāng)施氮量減至240 kg/hm2時(shí)，減產(chǎn)不顯著，2個(gè)品種減幅分別為1.38%和0.30%；但是蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量顯著降低，因此，該地區(qū)常規(guī)施氮量為300 kg/hm2時(shí)，能實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同提高。