水肥運籌對強筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

劉環(huán)環(huán)，劉強，任紅曉，李艷寧，張彥聰，范戰(zhàn)勝，王寧，王瑞文*

（1.石家莊市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河北 石家莊 050000；2.石家莊市藁城區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河北 藁城 052165）

強筋小麥筋度強、延展性好，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)面食的重要原料[1，2]，隨著人們生活水平的提高，市場上對優(yōu)質(zhì)強筋小麥的需求量越來越大。2020 年我國強筋小麥進口量為419.75 萬t，占小麥進口總量的51.49%[3～5]，這種需求外溢不利于我國口糧絕對安全、谷物基本自給糧食戰(zhàn)略要求的實現(xiàn)。因此，亟需推動國內(nèi)強筋小麥優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。這既是應(yīng)對國際危機，維護國家糧食安全和促進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措，又是中國面粉和食品產(chǎn)業(yè)升級的必然要求[6～8]。而通過合理的水肥運籌來減少資源消耗、降低生產(chǎn)成本，提高強筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)是重要環(huán)節(jié)之一[9]。前人對小麥水肥運籌的研究雖然較多，但結(jié)果因品種類型、土壤條件、氣候資源等差異而不盡相同，且研究內(nèi)容多集中于水、肥一方面，而對綜合效應(yīng)的探究較少，限制了強筋小麥規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，致使優(yōu)質(zhì)品種發(fā)揮不出應(yīng)有的潛力，滿足不了加工市場的要求[10，11]。許振柱等[12]研究表明，合理的低水肥投入管理可以達到提高品質(zhì)和水氮利用效率的目的，土壤水分虧缺時小麥子粒的蛋白質(zhì)含量提高。高振賢等[13]研究表明，開花期缺水不利于小麥蛋白質(zhì)各組分的積累與合理配比。李春游等[14]研究表明，孕穗期追肥會顯著降低西農(nóng)509 的蛋白質(zhì)含量、沉降值、最大拉伸阻等品質(zhì)指標(biāo)。張學(xué)林等[15]則發(fā)現(xiàn)，孕穗期追施氮肥是強筋小麥的最大受益時期，但對不同品種小麥品質(zhì)的影響不同，這與品種的遺傳特性和生態(tài)條件密切相關(guān)。因此，結(jié)合特定品種和環(huán)境條件確定合理的措施，以達到提高水肥利用率和改善品質(zhì)的目的顯得尤為重要。基于此，本試驗選用適宜在黃淮海北部冬麥區(qū)推廣的3 種強筋小麥品種為試材，探討不同水肥運籌措施對其產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為該區(qū)域強筋小麥保優(yōu)栽培的水肥管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在河北省石家莊市藁城區(qū)梅花鎮(zhèn)梅花村進行。試驗田土質(zhì)為壤土，灌排方便，前茬作物為玉米。耕層（0～20 cm） 基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分含量為有機質(zhì)24.99 g/kg、全氮2.02 g/kg、速效磷0.04 g/kg、速效鉀0.17 g/kg，pH 值8.2。

1.2 試驗材料

參試小麥品種為藁優(yōu)5218、冀麥738 和師欒02-1，均為適宜在黃淮海北部冬麥區(qū)推廣種植的強筋小麥品種。

試驗底肥所用肥料為三元復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量分別為18%、22%和5%），追肥所用肥料為尿素（N 含量46%），均由史丹利化肥股份有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 以3 個強筋小麥品種為試材，水肥運籌模式均設(shè)3 個處理（表1）。小區(qū)面積667 m2，隨機區(qū)組排列，3 次重復(fù)，小區(qū)周邊及試驗地四周均設(shè)保護行。2020 年10 月10 日采用15 cm 等行距機械播種，播前整地時施三元復(fù)合肥600 kg/hm2做底肥，播種前、后各鎮(zhèn)壓1 次；其他田間管理措施同常規(guī)。

表1 試驗設(shè)計的水肥運籌模式Table 1 Water and fertilizer management measure modes for experimental design

冬小麥主要生長期（2020 年10 月上旬至2021 年6 月上旬）≥0 ℃積溫為2 379.1 ℃，日均氣溫9.9 ℃，越冬期間氣溫偏高，有效積溫（145.7 ℃）較上一年度高50.4 ℃、較常年高46.2 ℃。抽穗至揚花期氣溫穩(wěn)定在16～20 ℃。小麥播種至越冬期日降水量（17.2 mm）較常年減少17.8 mm，越冬期至返青期無有效降水，抽穗期未出現(xiàn)極端低溫天氣，小麥中后期氣候平穩(wěn)，無特殊氣象天氣。

1.3.2 測定項目與方法

1.3.2.1 生育期時間。小麥播種后，記錄出苗期、越冬期、起身期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期的時間。

1.3.2.2 群體莖蘗動態(tài)和成穗率。小麥出苗后，每小區(qū)均按照“S”型取樣法選取長勢基本一致的3 個1 m2樣方進行標(biāo)記，在小麥越冬期和起身期調(diào)查所有分蘗數(shù)，在孕穗期調(diào)查成穗數(shù)。分析群體莖蘗動態(tài)；計算小麥成穗率（孕穗期成穗數(shù)/起身期分蘗數(shù)×100%）。

1.3.2.3 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素。小麥成熟期，對每小區(qū)標(biāo)記的3 個1 m2樣方進行指標(biāo)測定。統(tǒng)計樣方內(nèi)的小麥穗數(shù)，計算單位面積穗數(shù)。每樣方均連續(xù)取麥穗20 個，統(tǒng)計每穗的結(jié)實粒數(shù)，計算穗粒數(shù)。將樣方內(nèi)的小麥全部收獲，脫粒后晾曬，待子粒水分≤13.0%時從中取1 000 個子粒稱重，計算千粒重；產(chǎn)量按照理論產(chǎn)量（單位面積穗數(shù)×穗粒數(shù)×千粒重×0.85）的計算。

1.3.2.4 子粒品質(zhì)。將每小區(qū)的子粒標(biāo)記分開，置于陰涼干燥處自然風(fēng)干存放2 個月后，均各取樣2.5 kg，交由河北省農(nóng)林科學(xué)院采用國標(biāo)法進行品質(zhì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥運籌模式對小麥生育期進程的影響

相同播期條件下，參試小麥品種不同水肥運籌模式的生育期進程均基本一致，且在試驗區(qū)均可正常成熟（表2）。

表2 不同水肥運籌模式處理的小麥主要生育期時間（月-日）Table 2 Main growth period time of wheat treated with different water and fertilizer management measure modes

2.2 不同水肥運籌模式對小麥群體莖蘗動態(tài)的影響

參試小麥品種不同水肥運籌模式的群體莖蘗動態(tài)變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為生育前期分蘗呈增多趨勢（表3），起身期到達高峰，之后分蘗出現(xiàn)兩極分化（3 月下旬），無效分蘗迅速消亡，小麥進入生殖生長。

表3 不同水肥運籌模式處理的小麥群體莖蘗動態(tài)Table 3 Dynamics of stem and tiller in wheat population under different water and fertilizer management measure modes

參試小麥品種不同水肥運籌模式的成穗率為32%～41%，不同處理間差異顯著，其中，師欒02-1 春澆兩水+拔節(jié)期追肥處理的成穗率最高，藁優(yōu)5218 春澆一水+拔節(jié)期追肥處理的成穗率最低。

不同的水肥運籌模式下，參試小麥品種的成穗率變化趨勢一致，均表現(xiàn)為春澆兩水處理的成穗率顯著＞春澆一水處理，其中拔節(jié)期追肥的成穗率略＞開花期追肥處理，但差異不顯著。表明春澆兩水可顯著提高小麥成穗率，其中拔節(jié)期追肥效果較好。

2.3 不同水肥運籌模式對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

參試小麥品種不同水肥運籌模式的產(chǎn)量為5 614.80～9 995.70 kg/hm2，不同處理間差異顯著，其中，藁優(yōu)5218 春澆兩水、拔節(jié)期追肥的產(chǎn)量最高，師欒02-1 春澆一水、拔節(jié)期追肥的產(chǎn)量最低（表4）。

表4 不同水肥運籌模式處理的小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 4 Yield and its components of wheat under different water and fertilizer management measure modes

不同的水肥運籌模式下，參試小麥品種的產(chǎn)量變化趨勢一致，均表現(xiàn)為春澆兩水處理的產(chǎn)量顯著＞春澆一水處理，其中拔節(jié)期追肥的產(chǎn)量略＞開花期追肥處理，但差異不顯著。表明春澆兩水可顯著提高小麥產(chǎn)量，其中拔節(jié)期追肥效果較好。

產(chǎn)量是收獲期單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重3個因素綜合作用的結(jié)果，只有三因素協(xié)調(diào)才能實現(xiàn)小麥高產(chǎn)。對2 種澆水模式處理的產(chǎn)量三因素進行分析，結(jié)果顯示，與春澆一水處理相比，春澆兩水條件下藁優(yōu)5218、冀麥738、師欒02-1 的單位面積穗數(shù)分別增加了19.98%、22.47、18.20%，千粒重分別增加了24.34%、2.77%、31.58%，產(chǎn)量分別增加了36.87%、25.18%、53.72%。可以看出，3 個參試品種中師欒02-1對水分最為敏感，減少灌水次數(shù)會導(dǎo)致千粒重顯著下降，進而導(dǎo)致產(chǎn)量明顯降低。因此，為了保證小麥產(chǎn)量，藁優(yōu)5218、冀麥738 和師欒02-1 均適宜在春澆兩水、拔節(jié)期追肥的栽培模式下進行管理。

2.4 不同水肥運籌模式對小麥品質(zhì)的影響

參試小麥品種不同水肥運籌模式的小麥濕面筋含量為29.2%～32.3%、蛋白質(zhì)含量為14.1%～18.3%、淀粉含量為28.8%～37.3%、吸水率為54.1%～58.3%、穩(wěn)定時間為10.6～12.5 min、最大拉伸阻力為529～599 BU，不同處理間差異均達到了顯著水平，其中，藁優(yōu)5218不同水肥運籌模式和師欒02-1 春澆兩水+開花期追肥處理的濕面筋含量明顯較高，師欒02-1 春澆兩水+拔節(jié)期追肥處理的蛋白質(zhì)含量明顯較高，藁優(yōu)5218 和師欒02-1 春澆兩水+拔節(jié)期追肥處理的淀粉含量明顯較高，藁優(yōu)5218 和師欒02-1 春澆兩水處理的吸水率明顯較高，春澆一水處理的穩(wěn)定時間普遍明顯較長，藁優(yōu)5218 春澆一水+拔節(jié)期追肥處理以及師欒02-1 春澆一水和春澆兩水+拔節(jié)期追肥處理的最大拉伸阻力明顯較大（表5）。

表5 不同水肥運籌模式處理的小麥子粒品質(zhì)Table 5 Grain quality of wheat under different water and fertilizer management measure modes

不同的水肥運籌模式下，參試小麥品種不同品質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律不盡相同，其中，淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和吸水率均表現(xiàn)為春澆兩水處理＞春澆一水處理，拔節(jié)期追肥＞開花期追肥；穩(wěn)定時間和最大拉伸阻力均表現(xiàn)為春澆兩水處理＜春澆一水處理，拔節(jié)期追肥＞開花期追肥；濕面筋含量變化規(guī)律不明顯。表明拔節(jié)期追肥可顯著提高3 種強筋小麥的品質(zhì)，但澆水次數(shù)對不同品質(zhì)指標(biāo)的影響不盡相同，其中春澆一水有利于提高穩(wěn)定時間和最大拉伸阻力，春澆兩水則有利于提高淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和吸水率，因此種植管理中可根據(jù)實際用途進行水分的調(diào)控。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

小麥產(chǎn)量和品質(zhì)由多種因素共同決定，由于品種特性和自然環(huán)境難以控制，因此農(nóng)藝性狀調(diào)控顯得尤為重要[16，17]。合理的水肥措施是小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要保障。水分對土壤養(yǎng)分的有效性、植株葉片的光合特性，以及小麥植株氮素的積累與轉(zhuǎn)運均具有顯著影響[18～20]。生長前期適度干旱可促進根系下扎，增強養(yǎng)分吸收能力，還可提高光系統(tǒng)活性和光化學(xué)效率；花期水分充足則有助于改善旗葉的光合性能，提高灌漿速率，并能促進營養(yǎng)器官中的氮素向子粒轉(zhuǎn)移，增加千粒重和產(chǎn)量。本研究條件下春澆兩水較春澆一水可明顯提高參試強筋小麥的單位面積穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量，與前人研究結(jié)果[21～25]一致。水分還是影響小麥子粒品質(zhì)形成的一個極其重要的因子。有研究表明，拔節(jié)和開花期適量灌水有利于強筋小麥蛋白質(zhì)含量的提高[26]，蛋白質(zhì)含量和吸水率隨水分的增加而增大[27，28]；也有研究表明，灌水次數(shù)與強筋小麥蛋白質(zhì)含量呈負相關(guān)，與穩(wěn)定時間呈正相關(guān)[29～33]；還有研究表明，豐水年型春澆兩水的強筋小麥濕面筋含量、面團穩(wěn)定時間和最大拉伸阻力均高于春澆一水，干旱年型時表現(xiàn)相反[34]。推測這可能與小麥品種和種植環(huán)境不同有關(guān)。本研究條件下，與春澆一水相比，春澆兩水時強筋小麥的淀粉含量、蛋白質(zhì)含量和吸水率升高，穩(wěn)定時間和最大拉伸阻力降低。不同生育時期的施氮比例對小麥品質(zhì)也有一定的影響，雖然該方面相關(guān)研究較多，但不同區(qū)域、不同品種的試驗結(jié)果差異較大[35]。有學(xué)者認為，拔節(jié)至挑旗期是小麥干物質(zhì)和氮素積累的主要階段，拔節(jié)期追施氮肥可顯著提高強筋小麥的蛋白質(zhì)含量和面團穩(wěn)定時間等，改善淀粉糊化特性，過早（起身期）或過晚（開花期）追施氮肥均會導(dǎo)致子粒品質(zhì)降低[36，37]；也有學(xué)者認為，施氮時期對小麥品質(zhì)的影響與其蛋白質(zhì)含量有關(guān)，高蛋白質(zhì)含量的品種在開花期追肥時效果優(yōu)于拔節(jié)期追肥[38]。本研究結(jié)果表明，春澆兩水條件下，拔節(jié)期追肥的小麥子粒品質(zhì)優(yōu)于開花期追肥。總體來看，土壤基礎(chǔ)肥力、氣象因子、參試品種等的不同，導(dǎo)致灌水追肥措施的效應(yīng)仍未取得一致性結(jié)論，因此，在具體的栽培管理中要結(jié)合生產(chǎn)所需目標(biāo)，因品、因時、因地進行水肥管理。

3.2 結(jié)論

本研究條件下，冀麥738、藁優(yōu)5218 和師欒02-1均可正常成熟，師欒02-1 對水分最為敏感，3 種強筋小麥春澆兩水處理的成穗率、千粒重和產(chǎn)量均顯著高于春澆一水處理，拔節(jié)期追肥的產(chǎn)量和子粒品質(zhì)均高于開花期追肥。因此認為，在黃淮海北部冬麥區(qū)種植強筋小麥時，采用春澆兩水、拔節(jié)期追肥的水肥運籌模式可實現(xiàn)產(chǎn)量與品質(zhì)的協(xié)同提高。