不同類型肥料對稻茬弱筋小麥產量與品質的影響

王 犇,任開明,馬尚宇,樊永惠,張文靜,黃正來

(安徽農業大學 農學院,安徽 合肥 230036)

弱筋小麥因其蛋白質含量、濕面筋含量較低、面團穩定時間較短等原因,適合作為生產糕點、餅干等食品的原材料,目前,國內優質弱筋小麥市場缺口較大[1]。安徽省沿淮麥區及江淮丘陵地區,因其灌漿期多雨潮濕,光照不足,且前茬作物多為水稻等原因,小麥籽粒蛋白質的形成與積累較慢,比較適合弱筋小麥的生產[2-3]。弱筋小麥優質生產中如果增施氮肥與推遲追肥時期會使弱筋小麥蛋白質含量、濕面筋含量及沉降值等品質指標升高,造成品質的降低[4-6]。

緩釋肥、控失肥及配方施肥作為新型環保肥料因其養分釋放時間較長,能夠更符合生育時期較長的小麥生長,因此,達到小麥增產的目的,腐殖酸肥料能降低土壤氮損失,提高肥料利用率,使小麥增產[7-8]。汪強等[9]研究發現,緩釋肥料能使冬小麥產量提高3.4%～20.2%,肥料利用率提高7.65%～15.45%。緱培欣等[10]研究發現,一次性基施控失肥、有機無機配方肥和腐殖酸處理下小麥的氮肥農學效率分別較普通肥處理平均提高139.0%,67.5%,52.8%,產量增幅為22.5%～53.7%。有關新型肥料的報道較多,但肥料種類與制作工藝及生產實際情況的差異較大,導致實際生產上難以選擇。因此,本研究在等量的氮、磷、鉀養分供應的情況下,研究4種不同類型肥料(緩釋摻混肥料、控失肥、腐殖酸肥料、小麥配方肥)一次性基施對稻茬弱筋小麥產量及品質的影響,分析對小麥干物質轉運、灌漿、產量及品質的影響,為江淮稻茬麥區弱筋小麥高產優質生產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2020—2022年在安徽省合肥市廬江縣安徽農業大學皖中綜合試驗站(117.23°E,31.48°N)進行,前茬為水稻。播種前土壤pH值為5.45,有機質含量21.37 g/kg,堿解氮100.5 mg/kg,速效鉀含量98 mg/kg,速效磷21.4 mg/kg。供試品種為寧麥13與皖西麥0638。

試驗采用二因素裂區設計,每個處理小區長20 m,寬2.3 m。主區為肥料處理,副區為品種,肥料處理分別為:不施肥處理(CK)、常規高產施肥基施復合肥(17-17-17)652.94 kg/hm2,拔節期追施尿素150 kg/hm2(T1);基施44%(25-12-7)緩釋摻混肥料(含緩釋氮8%)720 kg/hm2(T2);基施43%(24-12-7)控釋肥750 kg/hm2(T3);基施43%(23-13-7)含腐植酸肥料782.61 kg/hm2(T4);基施45%(25-13-7)小麥配方肥720 kg/hm2(T5),T1～T4處理P與K肥用P2O5、K2O補充至常規高產施肥模式CK用量,使所有處理養分一致,純氮180 kg/hm2。除常規高產施肥T1處理外所有肥料一次性基施,其他管理措施同大田高產栽培管理。試驗所用肥料均由中鹽安徽紅四方肥業股份有限公司提供。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 干物質積累與轉運相關指標計算公式 于小麥開花期、成熟期每個處理取30單莖,3次重復,分為莖鞘+葉片、穎殼+穗軸以及籽粒3部分,80 ℃烘干至恒質量,用于干物質積累分配計算,干物質花前、花后干物質轉運量與籽粒貢獻率相關計算方法參考馬尚宇等[11]計算方法。

1.2.2 灌漿動態測定 開花期掛牌標記同一天開花且長勢相近的植株,開花后7 d開始取樣,每處理取20穗,每7 d取樣1次,80 ℃烘干脫粒后稱取千粒質量。采用Logistic方程以千粒質量作為因變量,開花后天數為自變量,對冬小麥籽粒灌漿過程進行擬合,并計算相應的灌漿特征參數,分析籽粒灌漿特性,計算灌漿參數,具體計算公式參考江曉東等[12]試驗方法。

1.2.3 氮肥農學效率及氮肥偏生產力計算 氮肥農學效率=(施氮區小麥產量-不施氮區作物產量)/施氮量

1.2.4 產量及其構成因素 收獲前在每個小區中選取長勢均勻的1 m2調查穗數,重復3次,從中隨機選取30穗脫粒,然后計算平均穗粒數,取1 000粒稱質量作為千粒質量。在試驗區小麥達到黃熟末期后用收割機收獲后稱量每個小區的產量,在測定收獲小麥的籽粒含水率后折算成含水率為13%的籽粒產量。

1.2.5 品質指標測定 使用Perten Instruments DA7200型近紅外谷物分析儀測定小麥籽粒的含水量、蛋白質含量、濕面筋含量、穩定時間、Z-沉降值等參數。

1.3 統計分析

使用Microsoft Excel 2019對試驗數據進行處理與作圖,使用SPSS軟件進行統計分析(Duncan新復極差法)。

2 結果與分析

2.1 不同肥料處理對稻茬弱筋小麥干物質分配的影響

由表1可知,不同類型肥料影響了小麥干物質在不同器官的分配量。干物質在各器官中表現為籽粒>莖+葉>穎殼+穗軸。小麥配方肥T5處理干物質在籽粒中的分配量及比例最大,顯著高于常規施肥T1處理。緩釋摻混肥料處理與小麥配方肥處理干物質在籽粒中的分配量顯著高于常規施肥處理。寧麥13常規施肥T1處理干物質在莖+葉中分配量最大,顯著高于其他處理。緩釋摻混肥料及小麥配方肥處理干物質在莖+葉中的分配量顯著低于常規處理,這說明2種肥料處理較常規施肥不同程度提高了營養器官中干物質向籽粒中轉運的能力,減少了干物質在營養器官中的分配量。

2.2 不同肥料處理對弱筋小麥干物質轉運的影響

由表2可知,5種肥料處理較不施肥處理均提高了花前、花后干物質的轉運量及花后干物質對籽粒的貢獻率。相對于常規施肥T1處理,其他4種肥料處理均提高了花后干物質的轉運量及花后干物質對籽粒的貢獻率。相對于常規施肥處理,寧麥13花后干物質對籽粒的貢獻率,緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理分別提高了4.54,8.10百分點,皖西麥0638分別提高了11.34,11.83百分點。寧麥13的緩釋摻混肥與小麥配方肥處理相較于常規施肥處理花前干物質轉運量未產生顯著差異(除T3處理外),而顯著提高花后干物質的轉運量。

2.3 不同肥料對弱筋小麥灌漿參數的影響

由表3可知,不同肥料處理均提高了小麥灌漿的理論最高粒質量(K)、平均灌漿速率(Va)、最大灌漿速率(Vmax)、最大灌漿速率出現時間(Tmax)及有效灌漿天數(T)。相對于常規施肥處理,寧麥13小麥配方肥T5處理平均灌漿速率提高最多,提高了12.28%,緩釋摻混肥料處理灌漿有效天數延長最多,延長了4.02 d。皖西麥0638平均灌漿速率緩釋摻混肥料處理提高了3.13%(僅次于腐殖酸復合肥),緩釋摻混肥料處理下最大灌漿速率較常規施肥處理提高13.90%,小麥配方肥處理延長有效灌漿時間3.8 d。

表3 不同肥料處理下小麥的灌漿參數

2.4 不同肥料處理對弱筋小麥氮肥農學效率的影響

由圖1可知,不同肥料處理對氮肥農學效率影響差異較大,品種間對同種肥料的響應存在差異。兩品種2 a連續以緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理氮肥農學效率最高。相對于常規施肥處理,緩釋摻混肥料處理寧麥13、皖西麥0638氮肥農學效率2 a內平均提高了23.14%,36.88%,小麥配方肥處理平均提高了36.31%,39.35%。小麥配方肥處理與緩釋摻混肥料處理相比,僅在2021—2022年寧麥13達成顯著差異。2020—2021年,寧麥13控失肥、腐殖酸配方肥處理均低于常規施肥,但未達到顯著水平。

圖柱上不同小寫字母表示同一品種間不同處理在0.05水平具有差異顯著性;圖柱上垂直線表示標準誤。

2.5 不同肥料處理對弱筋小麥產量及構成因素的影響

由表4可知,5種肥料較不施肥處理均能提高小麥籽粒產量。寧麥13 CK、T1、T2、T3、T4、T5處理2 a平均產量為2 496.13,4 557.33,4 966.21,4 243.67,4 580.86,5 208.43 kg/hm2。皖西麥0638產量平均為2 270.62,4 501.55,5 413.50,4 647.14,4 501.55,5 377.32 kg/hm2,以緩釋摻混肥料和小麥配方肥處理產量最高。緩釋摻混肥料較常規施肥處理相比2 a平均增產9.27%～24.30%,小麥配方肥增產11.64%～22.98%。相較于常規施肥處理,2020—2021年緩釋摻混肥料處理下,寧麥13與皖西麥0638分別較常規施處理增產3.40%,16.30%,小麥配方肥2個品種增產6.54%,18.74%。2021-2022年兩品種緩釋摻混肥處理分別較常規施肥增產15.14%,24.23%與22.86%,20.17%。緩釋摻混肥料、小麥配方肥對比,僅2021—2022產量差異顯著,寧麥13小麥配方肥處理顯著高于緩釋摻混肥料處理,而皖西麥0638相反,緩釋摻混肥料處理顯著高于小麥配方肥處理。進一步分析產量構成因素,與不施肥處理相比5種施肥處理均能提高有效穗數與千粒質量。而相較于常規施肥處理,2021—2022年緩釋摻混肥料、小麥配方肥均能穩定提高穗數。穗粒數緩釋摻混肥料、小麥配方肥優于常規施肥處理,緩釋摻混肥料、小麥配方肥相比無顯著差異。相比于常規施肥處理,緩釋摻混肥料、小麥配方肥其他處理在千粒質量上均有不同程度的提高,千粒質量緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理均顯著高于常規施肥處理。

表4 不同肥料處理下小麥籽粒產量及其構成因素

2.6 不同肥料處理對小麥品質的影響

由表5可知,施肥處理均可顯著提高小麥籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、穩定時間及沉淀值。寧麥13常規施肥處理品質性狀最高,皖西麥0638常規施肥處理同樣處于較高水平,均高于小麥配方肥處理,蛋白質含量與穩定時間顯著高于小麥配方肥處理,這表明常規施肥處理分次施肥相較于其他施肥處理能大幅度提高小麥籽粒的蛋白質含量、濕面筋含量。小麥配方肥品質數值全部低于控失肥處理與常規施肥處理,但部分未達顯著。對照國家弱筋小麥品質標準(GB/T 17320-2013),蛋白質含量小于12.5%,濕面筋含量小于26%,穩定時間小于3 min,沉降值小于30 mL。寧麥13僅CK和小麥配方肥處理達到標準,而皖西麥0638所有處理全部達到國家弱筋小麥標準。

表5 不同肥料處理對弱筋小麥品質的影響

3 結論與討論

3.1 不同肥料處理對稻茬弱筋小麥干物質分配及轉運的影響

小麥籽粒產量來源于花前、花后干物質積累與轉運的兩部分,有部分研究認為花前同化物大部分用于器官的構建,花后干物質積累與對籽粒的貢獻率與產量呈正相關[13-15]。研究發現提高基追比,增加追肥比例可以提高小麥花后干物質積累量與對籽粒的貢獻率[16]。本試驗研究發現,兩品種緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理的小麥花后干物質轉運量及對籽粒的貢獻率相較于常規施肥處理均顯著提高,且寧麥13緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理的花前干物質轉運量同樣高于其他處理,這表明含有緩釋摻混肥料與小麥配方肥養分釋放周期更加適合小麥生長利用。葉片和莖鞘是小麥光合作用的主要器官,前期干物質生產量高使植物營養器官發育充分,提高葉片的光合面積及光合能力,同時花后較其他處理仍有較高的肥力供應,使小麥花后干物質生產量增加,同化物向籽粒的轉運能力提高,提高了小麥干物質在籽粒中的分配量與比例[17]。

3.2 不同肥料處理對稻茬弱筋小麥灌漿速率的影響

灌漿期是籽粒形成的重要時期,通過籽粒花后干物質質量擬合出的灌漿參數是衡量籽粒灌漿的重要指標[18-19]。研究指出,灌漿速率與有效灌漿天數是影響粒質量的關鍵因素[19]。小麥的灌漿速率與天數受遺傳因素、栽培技術及生長環境多方面因素影響[20-21]。而灌漿期肥力的供應對小麥灌漿影響顯著,氮肥后移能明顯提高小麥的灌漿速率[22]。馬新明等[23]研究發現,在一定施氮范圍內,較高的供氮水平可以提高小麥的關鍵速率與有效灌漿天數。本試驗研究發現,施氮處理較不施肥處理均提高了灌漿參數,緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理灌漿速率及有效灌漿天數等處于較高數值,這表明緩釋摻混肥料、小麥配方肥2種肥料在花后較其他肥力有較高的供氮能力,小麥葉片的葉綠素含量與光合速率較高,故提高了籽粒灌漿速率的同時,延長了籽粒有效灌漿天數,使籽粒灌漿充分,提高粒質量。

3.3 不同肥料處理對稻茬弱筋小麥產量及品質的影響

控失肥、緩釋肥作為新型肥料,較長的肥力供應時間能滿足作物生長中后期對養分的需求[24-25]。一次性基施控緩釋肥既能節省經濟與勞動力成本,同時又能達到作物增產的效果[26]。馬富亮等[27]研究發現,控釋尿素相較于普通尿素能提高小麥的有效穗數、穗粒數及千粒質量,產量能增加10.4%～16.5%。本試驗發現,幾種肥料相對于常規高產施肥穗粒數的增加并不明顯,這可能是由于常規高產施肥在拔節期的追肥,拔節期—抽穗期是穗形成的關鍵時期,小麥植株獲得氮素的補充促進了小麥穗的分化。鄧先亮等[28]研究發現,一次性基施含腐殖酸的控釋摻混肥料相對于傳統高產施肥(基肥+苗肥+拔節肥+劍葉肥)產量能提高2.21%。本試驗研究發現,緩釋摻混肥料、控失肥、腐殖酸復合肥、小麥配方肥4種肥料相對于常規施肥均能提高小麥產量,緩釋摻混肥料與小麥配方肥處理連續2 a均有較高的產量。相對于常規高產施肥T1處理,緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理對冬小麥的有效穗數與千粒質量提高比較明顯,這應該是由于緩釋摻混肥料與小麥配方肥的肥效較長,前期釋放緩慢,減少肥料養分的流失,避免了小麥群體的過度生長,提高了小麥的成穗率,使有效穗數增多。花后仍有較多的氮素供應,使小麥灌漿更加充分,避免小麥早衰,延長灌漿時間,使籽粒更加飽滿增加粒質量。提高氮素利用效率是提高作物產量的重要途徑之一。白珊珊等[29]研究發現,控失肥一次性基施相較于常規施肥能顯著提高氮肥農學效率。侯紅乾等[30]研究發現,與常規普通肥料相比,70%普通肥+30%有機肥處理能明顯提高小麥的氮肥農學效率。本試驗研究發現,緩釋摻混肥料、小麥配方肥處理連續2 a能穩定提高小麥氮肥農學利用效率。2020—2021年寧麥13控失肥、腐殖酸復合肥處理氮肥農學效率顯著低于常規高產施肥,這可能是由于此期間試驗地降雨量較大,部分小區發生漬害導致氮素流失嚴重造成的。

小麥品質與小麥遺傳因素與栽培環境密切相關[31]。有研究發現,一定程度上的前氮后移和增加氮肥的使用量能提高強筋小麥籽粒產量與蛋白質含量,而弱筋小麥不需要較高的蛋白質含量,眾多研究發現,弱筋小麥施氮量超過一定范圍,則會使蛋白質含量升高,造成品質下降[32]。有研究表明,追肥的時間與小麥籽粒品質形成關系密切,在180 kg/hm2,基追比為6∶4時,小麥籽粒產量最高,且籽粒蛋白質與濕面筋含量符合國家弱筋小麥標準[33]。而本試驗條件下,寧麥13在180 kg/hm2氮素施用量下僅小麥配方肥處理籽粒品質達成國家弱筋小麥標準,皖西麥0638全部符合國家弱筋小麥標準。這可能是由于栽培環境、試驗地點及不同品種對氮素的敏感程度不同導致的。生產中,為了實現弱筋小麥品質的達標,往往使用減少后期追氮比例的方式。本試驗所使用的緩釋摻混肥料由于養分釋放時間偏后,造成蛋白質含量較高,品質下降。

本試驗研究表明,總施氮量180 kg/hm2前提下,4種肥料類型一次性基施,相較于常規高產施肥模式,小麥配方肥能顯著提高小麥干物質生產量與干物質在籽粒中的分配量。提高小麥灌漿速率、延長有效灌漿時間,顯著增加籽粒粒質量,提高成穗率,實現小麥高產的同時籽粒品質符合國家弱筋小麥標準。綜合分析產量與品質,小麥配方肥一次性基施可作為江淮稻茬弱筋小麥高產優質生產施肥模式之一。本試驗中緩釋摻混肥料處理的小麥產量表現較優,但寧麥13籽粒品質不符合國家弱筋小麥標準,后續可繼續研究適當降低緩釋摻混肥料的施用量對不同品種弱筋小麥產量與品質的影響。