減量施氮對稻茬紅皮強筋小麥產量、品質和氮盈虧的影響

錢彩虹 陳立 李春燕 丁錦峰 朱敏 郭文善 朱新開

摘要：為了探究高地力條件下稻茬春性紅皮強筋小麥氮肥減量與高產高效的協同性，以揚麥29為試驗材料，于2020—2021年進行氮肥減量10%、15%試驗，2021—2022年進行氮肥減量10%、15%、20%、25%的試驗，研究氮肥減量施用對稻茬小麥產量、品質、土壤養分和氮效率的影響。結果顯示，與常規施肥量處理相比，2個試驗年度減氮10%、15%處理的小麥均能實現增產；減氮10%、15%處理的氮肥農學效率和表觀利用率均較高，且土壤氮盈虧為正，值最小。2020—2021年，氮肥減量10%、15%施用，對出粉率和沉降值有顯著影響；其中硬度和沉降值表現為減氮10%達到最大，出粉率和濕面筋含量表現為隨氮肥用量減少而降低的趨勢。2021—2022年以減氮10%處理的綜合品質最優。協同性分析表明，實現高產、優質、高氮效率的施氮量之間存在一定差異。高地力土壤上種植稻茬春性紅皮強筋小麥揚麥29，以施氮量213～236 kg/hm2，即較對照氮肥減施12%以下（減量1.67%～11.25%）的處理，既增產，品質又較優，土壤持續地力和氮效率也得到提升，是適宜的減量增效施氮量。

關鍵詞：氮肥減施；稻茬；春性強筋小麥；產量；品質；氮盈虧

中圖分類號：S512.106??文獻標志碼：A??文章編號：1002-1302（2023）09-0075-07

基金項目：江蘇省碳達峰碳中和科技創新專項（編號：BE2022312）；江蘇省現代農業產業技術體系建設專項（編號：JATS［2022］502）；江蘇省科技副總項目（編號：FZ20211404）；江蘇高校優勢學科建設工程項目；揚州市名師工作室資助項目。

作者簡介：錢彩虹（1998—），女，江蘇蘇州人，碩士研究生，主要從事小麥栽培研究。E-mail：qch1015962379@qq.com。

通信作者：朱新開，教授，博士生導師，主要從事麥類作物栽培生理研究。E-mail：xkzhu@yzu.edu.cn。

基礎地力水平的提高可以提高土壤的養分供應能力和作物對養分的吸收。在土壤基礎地力提升的前提下，如果不降低肥料用量，則會降低肥料養分的利用效率［1］。徐霞等研究認為，土壤基礎地力的提高能夠促進小麥增產增收，降低對化肥施用的依賴［2］。因此，現階段高基礎地力水平下，可以采取更合理的減量施肥措施，降低過量施肥對農田環境造成的危害，提高肥料的養分利用效率。

關于施氮量對小麥產量和品質的影響，大多研究認為，在一定施氮量范圍內，小麥籽粒產量隨著施氮量的增加而增加［3］，施氮量過高，產量反而下降［4-7］。目前研究應用的品種主要集中在旱茬強、中筋小麥和稻茬中、弱筋小麥類型，認為合理施肥可以促進小麥籽粒產量和蛋白質同步提高［8-10］；且適宜施氮量因區域生態條件、土壤肥力高低而有不同，實現的目標產量與品質指標要求也各不相同。還有一部分研究認為，施氮量增加，可以提高小麥穗數、穗粒數和濕面筋含量，但過高的氮肥施用量會導致旱茬弱筋小麥的粗蛋白含量和沉淀值下降［11］。說明不同生態區、不同品種，需根據地力條件確定適宜的用氮量，才能確保高產優質［12］。

減量施氮既是國家發展的需求，也符合農業生態安全、綠色發展的大方向，探明并推廣應用小麥綠色、優質、高產高效的栽培技術，具有重要的現實意義與應用價值。目前關于強筋小麥方面的研究，多集中在白皮強筋小麥類型和旱茬小麥區域，對稻茬紅皮強筋小麥適宜施氮水平的研究報道相對較少。本研究通過大田試驗，探究高地力條件下不同氮肥減施對稻茬紅皮強筋小麥產量、品質、養分吸收及氮盈虧的影響，探討氮肥減量與高產高效的協同性，以期為推廣應用稻茬紅皮強筋小麥的綠色高效栽培技術提供技術支撐。

1?材料與方法

試驗于2020—2022年在揚州大學作物遺傳重點實驗室試驗場進行。試驗田前茬作物為水稻，土壤為沙壤土，基礎地力情況見表1。根據第2次全國土壤普查結果顯示，試驗田地力屬中等偏高水平。供試小麥品種為紅皮強筋小麥揚麥29，由揚州市農業科學院提供。

1.1?試驗設計

采用單因素隨機區組設計，2020—2021年在常規施氮量（N：240 kg/hm2）（常規）的基礎上，設減氮10%（N-10%，純N 216 kg/hm2）、減氮15%（N-15%，純N 204 kg/hm2），2021—2022年在此基礎上，增設減氮20%（N-20%，純N 192 kg/hm2）、減氮25%（N-25%，純N 180 kg/hm2）2個處理，另設不施氮處理，用作計算氮效率。氮肥按照基肥 ∶?壯蘗肥 ∶?拔節肥 ∶?孕穗肥為50% ∶?10% ∶?20% ∶?20%的比例施用。所有處理磷（P2O5）、鉀（K2O）肥施用量均為 120 kg/hm2，按基肥、拔節肥各50%施入。2020年10月31日、2021年10月30日小區機條播種，播種量均為225 kg/hm2，行距27 cm，小區面積 17.4 m2，重復3次，其他管理同高產田。

1.2?測定項目與方法

1.2.1?產量及其構成因素?在小麥成熟期，每個小區測定1 m2的穗數；連續取50個穗，測定其穗粒數；取樣使用數粒儀，測定其千粒質量，測定實際水分，按13%水分折算為標準含水量的千粒質量。每小區收割1.08 m2計實收產量。

1.2.2?植株含氮量?于小麥越冬、拔節、孕穗、開花、成熟期取樣，洗凈后于105 ℃殺青20 min，80 ℃烘干至恒質量后稱質量，之后粉粹，取粉碎后的干物樣本，每個樣本稱取0.5 g，置入凱氏燒瓶中，依次加入硫酸鉀-硫酸銅接觸劑0.3 g，濃硫酸2.0 mL，消化爐消化。用全自動凱氏定氮儀測定含氮量，計算植株吸氮量。

1.2.3?相關品質指標?取成熟期籽粒，測定相關品質指標。其中容重使用HGT-1000型容重儀按國家標準（GB/T 5498—2013） 方法測定；硬度、沉降值使用近紅外分析籽粒品質分析（InfratecTM1241）儀（丹麥福斯集團公司）測定；從自然曬干的籽粒樣品中稱取3份500 g后，使用磨粉機進行檢測并計算最終出粉率；濕面筋含量使用 Perten 2200 型面筋儀按 GB/T 14608—1993方法測定。

1.3?數據分析

使用Excel 2013 進行數據統計和繪圖，使用方差分析2017數據處理系統進行方差分析。

參照相關文獻計算氮效率［13］和土壤氮盈虧［14］：

氮肥表觀利用率=（施氮區植株吸氮量-無氮區植株吸氮量）/施氮量×100%；

氮肥農學效率（kg/kg）=（施氮區產量-無氮區產量）/施氮量；

氮素生理效率（kg/kg）＝（施氮區產量-無氮區產量）/（施氮區植株吸氮量-無氮區植株吸氮量）；

土壤氮素表觀盈虧量=（土壤無機氮起始總量+施氮量+土壤氮素的礦化量）-（土壤無機氮殘留量+作物吸氮量+土壤中生物固定的化肥氮）。

從數量上講，因化肥氮所增加的土壤氮素礦化量與被土壤中生物固定的化肥氮基本相當［15］，因此采用以下近似公式計算：

土壤氮素表觀盈虧量=（土壤無機氮起始總量+施氮量）-土壤無機氮殘留總量+作物吸氮量）。

2?結果與分析

2.1?不同減肥處理對小麥產量及其構成因素的影響

由表2、表3可以看出，與常規施肥量常規施氮處理相比，2個年度減量施氮10%、15%處理的產量均有提高，2020—2021年和2021—2022年增幅分別為20.46%、6.45%和2.38%、9.99%。與常規相比，減氮10%處理的產量在2020—2021年增產最大，顯著高于常規施肥量處理，在2021—2022年無顯著差異；減氮15%處理的產量在2020—2021年無顯著差異，在2021—2022年顯著提高。說明在高地力土壤小麥生產中，減氮10%～15%是可行的，但與不同年型（氣象條件）有一定的關系。結果還表明，與常規相比，減氮20%、25%的處理均顯著減產，說明即便在高地力土壤中，氮肥減量施用也是有限度的，過度減氮并不能實現高產，甚至還會導致產量下降。分析產量構成因素可以看出，不同減氮處理間產量結構變化表現為隨施氮量降低，穗數呈先增后減趨勢，2個年度差異均顯著；每穗粒數也呈先增后減趨勢，但2個年度差異不顯著；千粒質量在2020—2021年表現為隨施氮量降低呈增加趨勢，N-15%處理顯著高于常規處理，在2021—2022年則無顯著差異。綜合表3可以看出，穗數、穗粒數、千粒質量中，穗數和穗粒數對產量的直接影響較大；穗數通過粒數對產量產生的間接影響較大。說明在本試驗條件下，減施氮肥對產量的影響主要是通過影響穗數和粒數實現的。

2.2?減氮對小麥氮素吸收和氮效率的影響

由表4可知，與常規相比 2個年度N-10%處理的氮素積累量降低或相近（差異不顯著），氮肥表觀利用率提高（差異不顯著或顯著） 年度間變化略有差異；而N-15%處理的氮素積累量顯著降低，氮肥表觀利用率同樣降低，差異不顯著或顯著。較常規常規處理，N-10%、N-15%處理的氮肥農學效率、氮肥生理效率均隨施氮量的降低而提高。本試驗條件下，N-20%、N-25%處理的氮素積累量、氮肥表觀利用率、氮肥農學效率、氮肥生理效率均顯著降低，且減氮程度越大，下降幅度越大。

2.3?減氮對麥田土壤氮盈虧的影響

由圖1可知，減氮處理的土壤氮素盈虧量均顯著降低，其中N-10%、N-15%處理的土壤氮盈虧值相對較小，表明適度減氮有利于促進植株氮吸收，減少氮損失，更有利于維持土壤氮素平衡。而 N-20%、N-25%處理的土壤氮素盈虧量為負值，表明高地力土壤條件下，適當減少氮肥施用可以減少氮素在土壤中的過度堆積，而過度減氮會消耗土壤中的氮素，長期以往可能會造成土壤氮虧缺。

2.4?不同減氮處理對小麥籽粒品質的影響

試驗結果（表5）表明，2個年度各處理的小麥籽粒容重略有差異，但達不到顯著水平，且數值均在 750 g/L 以上，達三等小麥（GB 1351—2008）質量要求，以N-10%處理最高，說明減氮對籽粒容重的影響較小。2個年度各處理的小麥籽粒硬度變化較小，數值在60以上，以N-10%或N-15%處理最高，差異不顯著（2020—2021）或顯著（2021—2022），且年型間差異較大。2個年度各處理出粉率變化也較小，以N-10%處理最高，處理間差異顯著（2020—2021）或不顯著（2021—2022）。2個年度各處理的濕面筋含量有一定變化，并受到年型的顯著影響，其中2020—2021年度濕面筋含量在28%以上，達到中強筋小麥品種品質指標（GB/T 17320—2013）要求，以常規處理最高，其次是N-10%處理，但處理間差異不顯著；而2021—2022年濕面筋含量表現為隨施氮量下降呈下降趨勢，且除N-25%外，各處理濕面筋量均在26%以上，達到中筋小麥品種品質指標（GB/T 17320—2013）要求。沉降值表現為隨施氮量下降呈先升再降的變化趨勢，以 N-10%（2020—2021）或N-15%（2021—2022）處理最高，處理間差異顯著。2個年度小麥的蛋白質含量表現為隨施氮量下降呈下降趨勢，以常規處理最高，處理間差異顯著；2個年度N-10%處理的籽粒蛋白質含量均在13%以上，符合中強筋小麥品種品質指標（GB/T17320—2013）要求。

2.5?不同減氮處理的小麥籽粒產量、品質、氮效率和氮盈虧的協同性分析

由2021—2022年施氮量與籽粒產量、氮肥表觀利用率、蛋白質含量、表觀氮盈虧量的相關性分析（圖2）可以看出，施氮量與籽粒產量呈二次曲線關系，當施氮量在204～236 kg/hm2時，產量≥8 000 kg/hm2；施氮量與籽粒蛋白質含量亦呈二次曲線關系，在施氮量為213～254 kg/hm2時，小麥達到中強筋小麥品質要求（蛋白質含量≥13%），或當施氮量在200～267 kg/hm2時，小麥達到中筋小麥品質要求（蛋白質含量≥12.5%）；施氮量與氮肥表觀利用率也呈二次曲線關系，當施氮量在183～258 kg/hm2范圍內時，氮肥表觀利用率≥60%；施氮量與表觀氮盈虧量呈線性正相關，當施氮量≥194 kg/hm2 時，土壤氮盈虧量≥0。綜合4個因素的相關性可以看出，當施氮量在213～236 kg/hm2時，產量與品質整體較優，品質可以達到中強筋小麥品質要求，氮效率高；當施氮量在204～236 kg/hm2時，品質可以達到中筋小麥品質標準，亦能實現優質高產高效。分析2020—2021年的相關數據，可看出產量、品質、氮效率相協調的施氮量也在此范圍內。

3?討論

3.1?稻茬紅皮強筋小麥產量與品質協同的適宜施氮量

前人研究表明，隨著施氮量的增加，小麥產量呈先增后降的趨勢［16］。如束林華等研究表明，隨施氮量增加，稻茬弱筋小麥籽粒產量及其構成因素與施氮量呈拋物線關系，優質高產的施氮量以172 kg/hm2左右最為適宜［17］。姚金保等研究了高地力土壤條件下，種植密度和施氮量對稻茬紅皮中筋小麥寧麥24籽粒產量和品質的影響，結果表明，在210～330 kg/hm2 施氮范圍內，籽粒產量呈先增后降趨勢［18］。這些研究結果均表明，產量雖然會隨施氮量的增加而增加，但過量施用氮肥也會導致產量下降，原因可能是在相同種植密度下，隨著施氮量的增加，穗數、穗粒數均呈上升趨勢，千粒質量呈先升后降趨勢［11］。本研究認為，在高地力土壤條件下適度減氮，施氮量在204～236 kg/hm2 范圍時，增加了紅皮強筋稻茬小麥的千粒質量和粒數，提高了小麥的產量水平；隨施氮量的增加，產量先增后降，產量達到最高時的施氮量在220 kg/hm2左右。

有關減量施氮對小麥籽粒品質的影響，前人研究得出的結論基本一致。張琨等研究認為，在高地力壤質潮土減量施肥，會降低白皮強筋小麥鄭麥101的加工品質［19］。趙廣才等研究認為，在高地力土壤減少氮肥施用量，可能會降低旱茬白皮強筋小麥各項品質指標，不同施氮時期和施氮量主要影響蛋白質質量［20-21］。本試驗結果則表明，高地力水平下，稻茬強筋小麥揚麥29的出粉率和濕面筋含量表現為隨氮肥用量的減少而降低的趨勢，這與前人研究結果［22］基本類似。但本試驗減氮10%、15%條件下，這2種品質指標差異較小，即對品質的影響程度很小。濕面筋含量在年度間差異較大，2020—2021年常規、N-10%、N-15%（施氮量≥197 kg/hm2）處理均在28%以上，達到中強筋小麥品種品質指標要求；2021—2022年除N-25%外（施氮量≥188 kg/hm2），其他各處理均在26%以上，達到中筋小麥品種品質指標要求。容重、硬度和沉降值整體呈隨氮肥用量的減少而先升后降的趨勢，2個年度容重數值均在750 g/L以上，達國標三等小麥質量要求，以N-10%處理最高。2個年度在施氮量為213～254 kg/hm2范圍時，小麥籽粒蛋白質含量均在13%以上，濕面筋含量在26%～28%以上，符合中強筋小麥品種品質指標要求。綜合來看，施氮量在213～254 kg/hm2范圍時，總體籽粒品質較優。

綜合產量與品質可以看出，施氮量在213～236 kg/hm2 范圍內，可以實現高產、中強筋小麥品質要求；施氮量在204～236 kg/hm2范圍內，可以實現高產、中筋小麥品質要求。

3.2?施氮量協同調控稻茬紅皮強筋小麥氮效率和氮盈虧的基本特征

有研究認為，白皮強筋小麥在高地力土壤條件下，氮肥減施10%～20%不會導致減產，還能提高經濟效益和氮效率［23］。師箏等研究認為，強筋小麥西農979與冀麥5265黃綠葉突變體的氮肥農學利用率表現為隨氮肥施用量的增加呈先增后減趨勢，而冀麥5265 的正常體呈持續減小趨勢，即品種間存在差異［24］。易媛等研究認為，低地力土壤條件下，減氮影響了旱茬半冬性白皮中筋小麥植株對氮素的吸收，氮肥表觀利用率降低，但氮肥偏生產力和氮素生理效率有所上升，而氮收獲指數受影響較小［25］。本研究認為，稻茬紅皮強筋小麥在高地力土壤條件下適度減氮（減施10%～15%），氮素積累量降低（N-15%）或相近（N-10%），氮肥表觀利用率提高（N-10%）或降低（N-15%），氮肥農學效率和氮肥生理效率提高，說明長期秸稈還田、土壤基礎地力上升后，可以適度減少氮肥的施用，并不影響產量，甚至還能調節植株生長結構，利于產量構成因素之間的協調，產量有所提升，養分利用效率也得到提高。但過度減氮（減少20%以上），則會降低氮素積累量、氮肥表觀利用率、氮肥農學效率、氮肥生理效率，且減氮程度越大，下降幅度越大，年型間還有一定的差異。反映在小麥實際生產中，減氮要考慮不同區域實際地力狀況與生態條件，即便是高地力土壤，氮肥減量施用也應適度，過度減氮并不能實現高產，甚至還會造成減產。

施氮水平高低還影響著土壤庫氮盈虧水平。孫昭安等收集了1980年以來國內報道的小麥15N示蹤試驗的研究結果，經分析認為，施氮量與化肥氮對小麥當季氮吸收的貢獻之間呈顯著正相關，而與土壤氮的貢獻之間呈顯著負相關［26］。倪玉雪等研究表明，華北平原旱地冬小麥土壤氮庫盈虧量與施氮量之間呈線性極顯著正相關，土壤氮庫達平衡時的施氮量分別為192 kg/hm2（50%秸稈還田）和 166 kg/hm2（100%秸稈還田）［27］。這表明了過量施氮不僅產量下降，氮肥利用率還會降低，土壤中氮的殘留和損失增加。本試驗結果表明，施氮量與表觀氮盈虧量呈線性正相關，減氮會降低麥田土壤的氮素盈虧量，當施氮量≥194 kg/hm2時，土壤氮盈虧值為0，土壤氮庫達到平衡，表明適當減少氮肥施用，有利于促進植株氮吸收，減少氮損失，并且可以減少氮素在土壤中的過度堆積，更有利于維持土壤氮素平衡；而N-20%、N-25%（施氮量<194 kg/hm2）處理的土壤氮素盈虧量為負值，說明過度減氮會消耗土壤中的氮素，長期以往可能會造成土壤氮虧缺。

綜合氮效率與氮盈虧可以看出，施氮量在 194～258 kg/hm2范圍內，可以實現高氮效率、較低的正向氮盈虧量。

3.3?不同減氮處理對稻茬紅皮強筋小麥籽粒產量、品質、氮效率和氮盈虧的協同性分析

研究表明，在一定范圍內，小麥主要品質性狀會隨施氮量的增加而改善，但過量施氮則會導致品質降低［28-29］。在一定范圍內減少氮肥施用量，能夠穩定白皮強筋小麥產量，確保小麥品質［30］。田培雨等研究認為，適當提高氮素水平，既能增加小麥籽粒產量，又能提高蛋白質含量，使籽粒產量和蛋白質含量達到同步增加，氮素水平過高雖能夠提高籽粒蛋白質含量，但會導致籽粒產量下降［31］。姜麗娜等研究認為，旱茬麥田為有效控制氮素淋溶和氨揮發損失，兼顧產量和節約生產成本，適宜的施氮量為 220 kg/hm2，而小于該施氮量有消耗土壤氮的風險，大于該施氮量則可能導致大量氮素損失到環境中［32］。可見，實現優質高產與控氮節本的適宜施氮量之間存在一定的差異。本研究結果同樣表明，優質高產的適宜施氮水平要略高于高氮效率、低盈虧的適宜施氮水平，但二者也有一定的協同性。本試驗條件下，稻茬紅皮強筋小麥在高地力土壤條件下適度減氮，施氮量在213～236 kg/hm2范圍時，既提高了小麥的產量水平，又保證了小麥品質，同時土壤氮素有盈余，氮素表觀利用率在60%以上；但當施氮量過低（<194 kg/hm2），則不利于產量的提高，土壤氮素虧損，蛋白質含量達不到中筋小麥標準，不利于麥田的長期可持續發展。

4?結論

高地力水平下，施氮量在213～236 kg/hm2，較對照氮肥適度減施（減量1.67%～11.25%），可以在實現稻茬紅皮強筋小麥優質高產的同時，達到氮肥農學效率和生理效率提高，土壤氮盈虧值為正，且數值小，是可推薦的施氮指標。

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