氮密互作對弱筋小麥長麥8號產量和品質的影響

摘要" 為研究弱筋小麥產量和品質協同提高的最佳施氮量和種植密度，以優質高產弱筋小麥長麥8號為試材，設計大田雙因素裂區試驗，設置120" kg/hm2（N1）、180" kg/hm2（N2）和300 kg/hm2（N3）3個施氮水平以及180萬株/hm2（D1）、270萬株/hm2（D2）和360萬株/hm2（D3）3個種植密度，分別調查氮密互作對小麥物候期、株高、穗長、穗數、穗粒數、千粒重及產量的影響，并系統分析氮密互作對籽粒蛋白質含量和濕面筋含量的影響。結果表明：種植密度和施氮量對弱筋小麥長麥8號的生長發育、產量及其構成因素、籽粒外觀性狀與品質性狀均造成了不同程度的影響，在該條件下，實現長麥8號產量和品質協同提高的最適氮密組合為180" kg/hm2施氮量和360萬株/hm2種植密度。

關鍵詞" 弱筋小麥；施氮量；種植密度；產量；品質

中圖分類號" S512.1" 文獻標識碼" A" 文章編號" 0517-6611（2024）05-0023-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.006

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

The Effect of Nitrogen Density Interaction on the Yield and Quality of Weak Gluten Wheat Changmai 8

YANG Zhu，ZHOU Bin-han，WU Cui-cui et al

（Key Laboratory of Green and Efficient Crop Production in the Middle Reaches of the Yangtze River，Ministry of Agriculture and Rural Affairs （Jointly Established by the Ministry and Province）/College of Agriculture，Yangtze University，Jingzhou，Hubei 434025）

Abstract" To study the optimal nitrogen application rate and planting density for synergistic improvement of yield and quality in weak gluten wheat.Using high-quality and high-yielding weak gluten wheat Changmai 8 as the material，a field double factor split plot experiment was designed，with three nitrogen application levels of 120" kg/hm2 （N1），180" kg/hm2 （N2），and 300" kg/hm2 （N3），as well as three planting densities of 1.8 million plants/hm2 （D1），2.7 million plants/hm2 （D2），and 3.6 million plants/hm2 （D3）.The effects of nitrogen density interaction on wheat phenology，plant height，spike length，number of spikes，number of grains per spike，thousand grain weight，and yield were investigated，and the effects of nitrogen density interaction on grain protein content and wet gluten content were systematically analyzed.The results showed that the planting density and nitrogen application rate had varying degrees of impact on the growth and development，yield and its constituent factors，as well as grain appearance and quality traits of weak gluten wheat Changmai 8.The optimal nitrogen density combination for achieving synergistic improvement of yield and quality of Changmai 8 is a nitrogen application rate of 180" kg/hm2 and a planting density of 3.6 million plants/hm2.

Key words" Weak gluten wheat;Nitrogen application rate;Planting density;Yield;Quality

基金項目" 國家重點研發計劃項目（2017YFD0100800）;國家轉基因生物新品種培育重大專項（2018ZX0800909B）;湖北省重點研發計劃項目（2022BBA0035）;湖北省科學技術重大創新專項（2018ABA085）。

作者簡介" 楊竹（1999—），女，安徽滁州人，碩士研究生，研究方向：小麥遺傳育種。*通信作者，副教授，博士，從事小麥遺傳育種和種質資源創新研究。

收稿日期" 2023-07-26

小麥是我國的主要糧食作物之一，具有重要的商品價值和戰略儲備價值，其高產穩產對于保障我國糧食安全極其重要［1-2］。近年來，隨著國家對農業供給側結構性改革的深入推進及人民生活水平的不斷提高，糧食生產已向提質增效轉變，其中，綠色、優質專用小麥如弱筋小麥新品種越來越受到市場的青睞。江漢平原屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫暖潮濕，小麥生育中后期雨水量大，日照偏少，籽粒蛋白質和面筋含量較低，是我國長江中下游弱筋小麥主產區［3］。而生產上為了提高弱筋小麥的產量，通常采用增加施氮量來實現，從而導致籽粒品質下降，出現弱筋不弱的現象［4］。因此，在選育優質弱筋小麥品種的基礎上，如何建立健全配套的保優栽培技術，對促使長江中下游麥區成為全國最大的弱筋小麥生產基地，打破對進口弱筋小麥的依賴以及提升國產弱筋小麥的國際競爭力具有重要意義［5］。弱筋小麥具有蛋白質含量低、面筋強度弱等特殊品質性狀，多項研究表明，小麥的籽粒產量和品質受遺傳特性和生態環境及栽培措施的重要調控，其中施氮量和種植密度是關鍵因子［2，6］，在生產中通過降低氮肥施用量來保持弱筋小麥的優良品質，但由此會導致小麥產量降低［1］。而二者的合理搭配可以促進產量和品質的協同提高［4，7-9］。陸增根等［10］研究認為，弱筋小麥籽粒產量與施氮量呈二次曲線關系，增加施氮量可以提高籽粒蛋白質含量和濕面筋含量，弱筋小麥的施氮量在180" kg/hm2的條件下可實現高產與優質的協調。葛自強［8］研究認為，采用210 kg/hm2施氮量和225萬株/hm2種植密度可同步協調弱筋小麥產量和品質的關系，達到高產優質。胡文靜等［11］研究發現，施氮量和密度均對弱筋小麥產量造成了顯著影響，蛋白質含量隨施氮量的增加而增加，在施氮量為270 kg/hm2和種植密度為225萬株/hm2的條件下，弱筋小麥的產量和品質最為協調。有研究發現，遲播弱筋小麥高產優質的最佳處理組合為施氮量180 kg/hm2和種植密度300萬株/hm2［12］，而稻茬弱筋麥區較為適宜的施氮量為225 kg/hm2［6］。此外，適當的增密減氮也有利于弱筋小麥的優質穩產，而過量增密減氮則會導致小麥產量下降，品質不穩定［1］。目前，有關施氮量和種植密度對弱筋小麥產量和品質的研究較多，但小麥的高產優質因品種類型和生態環境的不同而存在差異。筆者以優質高產弱筋小麥長麥8號為試驗材料，研究了不同施氮量和種植密度對籽粒產量和品質的影響，旨在明確長麥8號產量和品質協同提高的最佳施氮量和種植密度組合，為長江中下游地區弱筋小麥的優質高產種植提供理論依據和技術支撐。

1" 材料與方法

1.1" 試驗地概況

試驗于2021—2022年在長江大學農業科技產業園（112°08′E，30°37′N）進行，該基地位于江漢平原腹地，屬亞熱帶季風氣候區，年日照時數1 500～1 900 h，年無霜期242～263 d，光能充足，無霜期長，適宜多種農作物生長。該地區平均海拔在27 m左右，年降雨量為1 257.9 mm，屬于降雨多發地區，土壤為黏質土［13-14］。

1.2" 試驗材料

供試材料為優質高產弱筋小麥品種長麥8號。

1.3" 試驗設計

試驗采用大田種植，設計大田雙因素裂區試驗，種植密度為主區，施氮量為副區。種植密度設180萬、270萬、360萬株/hm2 3個水平，分別用D1、D2、D3表示；施氮量設120、180、300 kg/hm2，分別用N1、N2、N3 表示。試驗為9個處理，每個處理設3次重復，共27個小區，小區面積為13.75 m2，采用25 cm等行距播種，行長2.5 m，每個小區種植22行，人工開溝播種，試驗區四周均有保護行。前茬為大豆，秸稈全量還田，小麥生長至三葉期按試驗設計的基本苗數進行疏苗，病蟲害防治及其他田間管理措施同一般高產田塊。

1.4" 測定指標及方法

1.4.1" 農藝性狀測定。參考段保權等［15］的方法調查并記錄小麥生長的主要物候期，包括播種期、出苗期、開花期及成熟期。于成熟收獲前每小區五點取樣，每點各取長勢均勻、有田間代表性的10株測量株高（地面至穗頂的高度，不包括芒）和穗長（穗基部至穗頂部，不包括芒），各取平均值。

1.4.2" 產量及其構成因素測定。成熟期取2.5 m雙行小麥進行常規考種，測定單位面積穗數、每穗粒數和千粒重，全小區收獲后脫粒、曬干、揚凈實測產量。

1.4.3" 籽粒外觀性狀的測定。采用托普智能考種分析系統（TPKZ-3型）測定籽粒長、籽粒寬、周長和面積。

1.4.4" 籽粒蛋白質含量和濕面筋含量的測定。參考胡文靜等［11］的方法進行，采用瑞典Perten公司生產的DA 7200固定光柵連續光譜近紅外品質分析儀測定籽粒蛋白質含量和濕面筋含量。測定前去除樣品中的雜質、病粒和不完善粒。

1.5" 數據處理

采用Microsoft Excel 2013整理數據，利用DPS v7.5數據處理軟件進行方差分析，使用Origin 2017制圖。數據均以調查數據平均數為準，主要指標的顯著性分析采用最小顯著差數法（least significant difference，LSD）進行多重比較。

2" 結果與分析

2.1" 氮密互作對物候期的影響

由表1可知，不同施氮量和種植密度對長麥8號后期的生殖生長均造成了不同程度的影響，使開花期和成熟期隨著施氮量和種植密度的增大表現出延遲現象。進一步分析發現，施氮量和種植密度的互作效應對生育期的影響達到了顯著水平（P＜0.05）。

從圖1可見，在施氮量下，隨著種植密度的增大，生育期在低氮組（N1）、中氮組（N2）和高氮組（N3）內均存在顯著差異（P＜0.05），其中低氮（N1）下，低密（D1）分別與中密（D2，194.33 d）和高密（D3，194.67 d）生育期差異顯著（P＜0.05），而中密（D2）與高密（D3）間差異不顯著（Pgt;0.05），表明在低氮水平下，隨著種植密度的增大成熟期基本一致。中氮（N2）下，低密（D1，194.33 d）和中密（D2，194.67 d）分別與高密（D3，196.33 d）生育期差異顯著（P＜0.05）。高氮（N3）組內生育期的差異則與中氮（N2）一致，低密（D1，194.67 d）和中密（D2，195.33 d）分別與高密（D3，196.33 d）生育期差異顯著（P＜0.05）。在中氮組和高氮組內，低密與中密之間差異不顯著（Pgt;0.05），表明在中氮和高氮水平下，適度的種植密度不會顯著推遲小麥成熟期，而較高的種植密度則會顯著推遲小麥成熟。

在種植密度下，隨著施氮量的增加，生育期在低密組（D1）、中密組（D2）和高密組（D3）內均存在顯著差異（P＜0.05），且變化趨勢基本一致，即中氮（N2）和高氮（N3）均比低氮（N1）成熟期顯著延遲（P＜0.05）（除D2N2與D2N3差異不顯著外）；但在中氮和高氮之間無顯著差異（Pgt;0.05）。這表明適量施用氮肥對小麥的生育期無顯著影響，但施氮量過多時，小麥生育期會顯著延遲，導致成熟期推后。

2.2" 氮密互作對農藝性狀、產量及其構成因素的影響

由表2可知，在氮密互作的9個處理中，僅有高密高氮（D3N3）的株高分別與中密低氮（D2N1）和中密高氮（D2N3）存在顯著差異（P＜0.05），且高密高氮（D3N3）互作條件下的株高均高于其他施氮量和種植密度互作處理，為91.50 cm；而中密低氮（D2N1）株高最矮，為88.00 cm。此外，氮密互作對小麥穗長的影響達到顯著水平（P＜0.05），施氮量相同時，穗長均隨密度的增加而顯著變短（P＜0.05），但顯著性差異表現不同；低氮（N1）和中氮（N2）下，高密度（D3N1/D3N2）比低密（D1N1/D1N2）和中密（D2N1/D2N2）穗長分別縮短6.5%、8.3%和6.3%、6.4%，且差異顯著（Plt;0.05）。種植密度相同時，穗長均隨施氮量的增加而顯著增加（P＜0.05）（除D2N1與D2N2、D2N2與D2N3、D3N1與D3N2差異不顯著外）；低密度（D1）下，各處理間差異均顯著（Plt;0.05），高氮（N3）處理下的穗長比低氮處理增加了11.4%;中密度（D2）下，中氮（N2）和高氮（N3）處理的穗長分別比低氮（N1）增加了2.6%和5.0%；高密度（D3）下，高氮（N3）處理的穗長分別與低氮（N1）和中氮（N2）處理存在顯著差異（P＜0.05），高氮（N3）處理的穗長比低氮（N1）處理增加了8.3%。這表明在種植密度相同的情況下，施氮量與小麥穗長呈正相關。氮密互作條件下，低密高氮（D1N3）的穗長最長，而高密低氮（D3N1）的穗長最短。

從產量結構分析，施氮量相同時，低氮（N1）下，種植密度對長麥8號的有效穗數、穗粒數有顯著影響（P＜0.05），對千粒重無顯著影響（Pgt;0.05）；其中，中密低氮（D2N1）下的有效穗數高于其他2個處理，低密低氮（D1N1）下的穗粒數高于高密低氮（D3N1）處理；高氮下（N3），高密（D3）處理的有效穗數和穗粒數均與低密（D1）處理存在顯著差異（P＜0.05），有效穗數增加了18.3%，穗粒數則減少了6.4%；而千粒重在3個處理間均呈顯著差異（P＜0.05），且隨密度的增加，千粒重呈先增加后降低的趨勢，低密（D1）和中密（D2）處理下的千粒重較高，較高密（D3）處理相比分別增加了5.0%、11.3%。種植密度相同時，低密度（D1）下，施氮量對有效穗數、千粒重均無顯著影響（Pgt;0.05），而對穗粒數有顯著影響（P＜0.05）；中密度（D2）下，施氮量對有效穗數無顯著影響（Pgt;0.05），而對穗粒數和千粒重有顯著影響（P＜0.05）；高密度（D3）下，施氮量對有效穗數、穗粒數及千粒重均有顯著影響（P＜0.05），其中，高氮處理的有效穗數顯著高于其他2個處理（P＜0.05），低氮處理的穗粒數顯著低于其他2個處理（Plt;0.05），千粒重3個處理間均呈顯著差異（P＜0.05），在中氮處理下達到最大值，為48.39 g。氮密互作條件下，大部分處理的產量均存在顯著差異（P＜0.05）（除D1N3與D2N3、D2N2與D3N3差異不顯著外），且D3N2處理下產量最高，為6 308.92" kg/hm2。

2.3" 氮密互作對籽粒外觀性狀與品質性狀的影響

由表3可知，在籽粒外觀性狀方面，氮密互作對長麥8號的籽粒長無顯著影響（Pgt;0.05），在中氮（N2）下，種植密度對籽粒寬和籽粒面積有顯著影響（P＜0.05），且2個性狀均隨密度的增加呈先增后減的趨勢。

在籽粒品質性狀方面，施氮量相同時，粗蛋白含量和濕面筋含量隨種植密度的增加總體呈現下降趨勢，且粗蛋白含量僅在高氮（N3）處理下隨種植密度的增加到達顯著水平（P＜0.05）；濕面筋含量在高氮（N3）處理下均隨種植密度的增大而顯著降低（P＜0.05）。氮密互作條件下，粗蛋白含量和濕面筋含量存在顯著差異（P＜0.05），并且僅在D1N3和D2N3處理下未到達GB/T17320—2013標準中弱筋小麥品種的品質要求，在其他處理下均符合弱筋小麥品種對品質的要求。

3" 討論

3.1" 種植密度和施氮量對小麥生長發育和產量的影響

小麥的生長發育和產量易受生態環境與栽培措施的影響，而適宜的施氮量和種植密度是影響小麥優質高產的重要因素，在充分發揮其產量潛力的同時，促進與品質的協調發展［16-18］。氮作為植物生命的物質基礎，在植物體內廣泛參與多種有機化合物的合成，如蛋白質、核酸、酶、葉綠素、維生素和激素等，并涉及遺傳信息傳遞、細胞器建成、細胞增長分裂、光合作用、呼吸作用等生理生化和細胞代謝過程［17，19］。

研究發現，小麥在整個生育期內對氮的吸收有2個高峰期，一是在出苗到拔節階段，吸收氮占總氮量的40%左右；二是在拔節到孕穗開花階段，吸收氮占總氮量的30%～40%［20-21］。氮肥供應不足，能導致小麥莖稈矮小、穗長變小、穗數少，造成小麥早熟；氮肥用量過大，則會導致小麥莖葉瘋長和貪青晚熟［17，20］。此外，小麥在各生育時期的性狀也受種植密度的影響，種植密度的過高或過低均對小麥群體發育及產量形成不利［2，12］。該研究發現，生育期隨種植密度的增大表現出延長的趨勢，而株高僅在高氮處理組內呈現顯著差異，且隨密度的增大呈現先降低后增加的趨勢；穗長與種植密度呈負相關。這說明在小麥高產栽培中應當選擇科學合理的種植密度，以有利于改善株型結構，保持理想的葉面積和光合勢，降低田間倒伏風險，從而獲得高產。

有學者研究表明，施用氮肥可以提高小麥產量其構成，生長前期少施氮肥，中后期重追施，利于增加穗粒數，提高千粒重和產量［22-23］；施氮量主要是通過增加穗數和穗粒數提高產量［23-24］。葛自強［8］研究認為，弱筋小麥揚麥15的籽粒產量隨著施氮量和密度的增大而顯著提高，穗數的增加是產量提高的主要原因。徐俊等［1］研究認為，弱筋小麥寧麥13在240×104株/hm2的種植密度條件下，施氮量超過240" kg/hm2會導致產量下降。蔣進等［25］利用2個弱筋小麥南麥660和南麥941進行試驗，在0～195 kg/hm2施氮范圍內，產量隨施氮量的增加而增加，施氮量主要通過極顯著影響有效穗數和穗粒數而作用于產量；馬瑞琦等［23］以弱筋小麥品種揚麥22和揚麥15為材料，在施氮180～240 kg/hm2時，籽粒產量、單位面積穗數、穗粒數、千粒重等均隨施氮量的增加而增加，平均增產5.08%。任開明等［6］研究認為，在0～300 kg/hm2施氮范圍內，稻茬弱筋小麥皖西麥0638籽粒產量隨施氮量的增加呈先升高后降低趨勢，在300 kg/hm2施氮量下達到最大值。該研究發現，有效穗數和穗粒數均隨施氮量的增加而增大，且有效穗數在高密度下隨施氮量的增加差異顯著，而穗粒數則受施氮量影響較大，在3個種植密度下均隨施氮量的增加而顯著增加；千粒重則在中密和高密下隨施氮量的增加差異顯著。

種植密度是影響作物生長發育和產量形成的關鍵因素［17］。適宜的種植密度有利于構建合理的群體結構，促進產量3要素的協同提高［2，26］。密度過小或過大均會導致小麥產量下降［17］。前人研究表明，弱筋小麥籽粒產量顯著受密度和施氮量的調控，且密度對產量的影響大于施氮量［8］。姚金保等［4］研究認為，弱筋小麥寧麥18隨種植密度的增大，有效穗數顯著增加，穗粒數呈先增加后下降趨勢，千粒重則明顯下降。該研究結果表明，有效穗數在低氮和中氮條件下隨種植密度的增大呈先增加后降低的趨勢，而在高氮條件下則隨著種植密度的增大顯著增加；從種植密度對產量構成因素的影響來看，穗粒數與種植密度呈負相關。同時，千粒重在低氮和中氮條件下，隨種植密度的增大而增加，但在高氮條件下，則隨種植密度的增大呈先增加后降低的趨勢，綜合來看，因品種、試驗地土壤條件及氣候條件等因素的不同，不同地區的適宜施氮量與種植密度不一致，且不同基因型品種即使在同一生態條件下獲得最高產量的最佳種植密度和施氮量也存在一定差異。

3.2" 種植密度和施氮量對小麥籽粒外觀性狀與品質性狀的影響

小麥籽粒外觀和品質受品種遺傳特性、生態環境和栽培措施的影響［1，8，27-28］。柏軍兵等［28］研究認為，強筋小麥中麥578的籽粒長、籽粒寬和周長在同一土壤條件下，隨著施氮量的增加整體呈先增高后降低的趨勢。該研究結果表明，施氮量和種植密度對弱筋小麥長麥8號的籽粒長度無顯著影響，對籽粒寬和周長影響較顯著，且不同種植密度和不同施氮量對籽粒寬影響的變化趨勢基本一致。

小麥品質性狀復雜，是由多個品質指標相互作用的結果。大量研究表明，施氮量對小麥品質有重要影響，合理的氮肥施用量能顯著改善小麥的品質，過量施氮反而會使品質變劣［8，24］。該研究結果表明，小麥籽粒蛋白質含量和濕面筋含量隨著施氮量的增加整體呈顯著提高的趨勢，這與Ducsay等［29］的研究結果一致。而有關種植密度對小麥籽粒品質性狀影響的報道已較多，但各研究結果不盡相同。陳俊才等［7］研究認為，在一定的密度范圍內，弱筋小麥寧麥13號籽粒粗蛋白質和濕面筋含量隨著種植密度增大而降低，但超過一定的范圍，則隨著種植密度增大而增加。劉萬代等［30］研究表明，隨種植密度增加，籽粒蛋白質和濕面筋的含量呈下降趨勢。Otteson等［31-32］研究認為，種植密度對小麥籽粒品質均無顯著影響。該研究結果表明，籽粒蛋白質和濕面筋含量均隨種植密度的增大而降低，這與劉萬代等［30］研究結果基本一致。此外，合理的種植密度和適量的氮肥施用量有利于提高弱筋小麥的優質穩產［1］；該研究中，施氮量為180" kg/hm2和種植密度為360萬株/hm2的條件下，可實現弱筋小麥長麥8號產量和品質協同提高。

4" 結論

合理的氮肥施用量及種植密度可以實現弱筋小麥產量和品質的同步提高。該研究結果表明，種植密度和施氮量對弱筋小麥長麥8號的生長發育、產量及其構成因素、籽粒外觀性狀與品質性狀均造成了不同程度的影響。在該研究條件下，實現長麥8號產量和品質協同提高的最適氮密組合為180" kg/hm2施氮量和360萬株/hm2種植密度。

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