弱筋小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)調(diào)控技術(shù)及氮高效利用機(jī)制研究

摘要：為探明種植密度和氮肥基追比對(duì)弱筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)提升的氮高效利用機(jī)制，以弱筋小麥豫農(nóng)526為試驗(yàn)材料，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為種植密度（225萬、375萬、525萬株/hm2），裂區(qū)為氮肥基追比（5 ∶5、4 ∶6、3 ∶7），研究種植密度與氮肥基追比對(duì)弱筋小麥干物質(zhì)形成、光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在干物質(zhì)累積方面，相同種植密度條件下，基追比從5 ∶5增加到3 ∶7，各處理干物質(zhì)積累量之間差異均達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）；相同基追比條件下，種植密度375萬株/hm2時(shí)，拔節(jié)期、開花期的干物質(zhì)積累量均出現(xiàn)最大值；種植密度375萬株/hm2、氮肥基追比 3 ∶7 處理下，成熟期的干物質(zhì)分配量、花前營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后干物質(zhì)的積累量均顯著高于其他處理，可見干物質(zhì)積累、分配、轉(zhuǎn)運(yùn)量是反映弱筋小麥氮素高效利用的參考依據(jù)。相同種植密度條件下，隨氮肥基追比的增加，抽穗期、開花期的旗葉Pn、Tr、Gs呈逐漸增加的趨勢(shì)，氮肥基追比為3 ∶7時(shí)，上述各項(xiàng)指標(biāo)最大，顯著高于其他處理，Ci則相反；相同氮肥基追比條件下，隨著種植密度的增加，抽穗期、開花期的旗葉Pn、Gs呈先增后降的趨勢(shì)，在種植密度為375萬株/hm2時(shí)上述指標(biāo)數(shù)值最大，Ci則在基追比5 ∶5時(shí)數(shù)值最大。因此，旗葉光合特性指標(biāo)可以作為判斷小麥氮高效利用機(jī)理的一項(xiàng)重要依據(jù)。在籽粒產(chǎn)量方面，基追比為3 ∶7、種植密度為375萬株/hm2時(shí)，產(chǎn)量最高；適當(dāng)提高種植密度和增加基追比，雖然降低了千粒重，但相同面積下的穗數(shù)、穗粒數(shù)的提高遠(yuǎn)大于千粒重的降低，最終提高了冬小麥的籽粒產(chǎn)量。在籽粒品質(zhì)方面，種植密度為225萬、375萬株/hm2時(shí)均達(dá)到國(guó)家農(nóng)作物區(qū)域試驗(yàn)弱筋小麥審定標(biāo)準(zhǔn)，種植密度525萬株/hm2時(shí)不符合此標(biāo)準(zhǔn)。推薦氮肥基追比3 ∶7、種植密度375萬株/hm2，在此條件下能兼顧弱筋小麥的產(chǎn)量與品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：種植密度；氮肥基追比；弱筋小麥；干物質(zhì)；凈光合速率；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S512.104" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）14-0114-06

收稿日期：2024-01-15

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2017YFD0201700）；河南省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（編號(hào)：HARS-22-01-Z5）。

作者簡(jiǎn)介：孫淑芝（1973—），女，河南商丘人，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事小麥栽培技術(shù)研究。E-mail：596389355@qq.com。

通信作者：任亞娟，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事小麥栽培技術(shù)研究。E-mail：renyajuanzk@163.com。

隨著生活水平的提高，人們對(duì)優(yōu)質(zhì)弱筋專用小麥的需求量越來越大［1］。我國(guó)弱筋小麥的產(chǎn)量偏低，品質(zhì)不穩(wěn)定，受區(qū)域和栽培措施影響較大，在國(guó)際市場(chǎng)中不占優(yōu)勢(shì)，每年需要購買大量的弱筋小麥或弱筋面粉才能滿足市場(chǎng)需求［2-4］。弱筋小麥急需配套高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)調(diào)控技術(shù)來擴(kuò)大生產(chǎn)。前人對(duì)中筋、強(qiáng)筋小麥的種植密度與氮肥基追比均有相關(guān)研究。劉萍等研究表明，通過改變小麥的種植密度，使小麥的行距、間距和光照面積發(fā)生改變，從而影響小麥所處的溫光水等生長(zhǎng)環(huán)境，使小麥群體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終影響籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)［5］。代新俊等認(rèn)為，追施氮肥能提高小麥籽粒的濕面筋含量和總蛋白質(zhì)量，使面團(tuán)更穩(wěn)定［6］。王晨陽等研究發(fā)現(xiàn)，提高小麥拔節(jié)期追氮比例并保持施氮量不變條件下，能保證植株氮素供應(yīng)量，有利于植株生長(zhǎng)，最終達(dá)到高產(chǎn)［7］。種植密度、氮肥基追比技術(shù)以及相關(guān)氮高效利用機(jī)制對(duì)弱筋小麥影響的相關(guān)研究尚未見報(bào)道。本試驗(yàn)以弱筋小麥豫農(nóng)526為材料，采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，探究弱筋小麥在不同種植密度和氮肥基追比下干物質(zhì)形成和光合特性的變化，以期為弱筋小麥科學(xué)高效種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種：弱筋小麥豫農(nóng)526（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供）。

試驗(yàn)于2022—2023年在河南省商丘市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行，年平均氣溫為14.8 ℃，年平均降水量為700 mm，前茬作物為大豆。0～20 cm耕層土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)2.33%，全氮0.92 g/kg，水解氮112.0 mg/kg，有效磷47.9 mg/kg，速效鉀 95.4 mg/kg。試驗(yàn)采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為種植密度（225萬、375萬、525萬株/hm2），裂區(qū)為氮肥基追比（施N 量為200 kg/hm2，基追比分別為5 ∶5、4 ∶6、3 ∶7）。播種前，以150 kg/hm2 P2O5、120 kg/hm2 K2O施做底肥。每個(gè)小區(qū)面積為 13.5 m2（9.0 m×1.5 m），重復(fù)3次。2022年10月23日播種，2023年2月26日追肥，3葉期定樣段。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 干物質(zhì)積累量測(cè)定

分別于越冬期、拔節(jié)期、開花期、成熟期4個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，在樣段內(nèi)隨機(jī)取樣5株，烘干，稱重，計(jì)算干物質(zhì)積累量。

1.2.2 干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)指標(biāo)計(jì)算

開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量=開花期干物質(zhì)量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量；

開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率=開花前營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干重×100%；

開花后干物質(zhì)在籽粒中的分配量=成熟期籽粒干重-開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)；

開花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率=開花后干物質(zhì)在籽粒中的分配量/成熟期籽粒干重×100%。

1.2.3 旗葉光合特性測(cè)定

采用LI-6400光合儀（LI-6400，LI-COR，Lincoln，NE，美國(guó)），于4月18日抽穗期、4月28日開花期，挑無風(fēng)晴朗天氣的 09：00—11：00時(shí)，選長(zhǎng)向一致的旗葉測(cè)定光合特性。

1.2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定

于成熟期測(cè)定產(chǎn)量。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取均勻地段，1 m雙行調(diào)查有效穗數(shù)用于計(jì)算每公頃穗數(shù)，然后連續(xù)取20株有代表性的植株進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定千粒重、穗粒數(shù)，計(jì)算產(chǎn)量。

1.2.5 籽粒品質(zhì)測(cè)定

采用近紅外分析儀（DA7250型）測(cè)定小麥濕面筋含量、粗蛋白質(zhì)含量、穩(wěn)定時(shí)間、吸水率等指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用DPS 9.01進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育時(shí)期干物質(zhì)積累量

由表1可知，在相同種植密度條件下，豫農(nóng)526各個(gè)生育期不同基追比處理之間的干物質(zhì)積累量差異均達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）。在相同基追比條件下，拔節(jié)期、開花期不同種植密度處理之間的干物質(zhì)積累量差異顯著（Plt;0.05）。越冬期，在相同種植密度條件下，隨著基追比從5 ∶5到 3 ∶7 的變化，各處理間的干物質(zhì)積累量呈顯著減少趨勢(shì)，這是由于不同基肥用量對(duì)小麥分蘗數(shù)量的影響造成的，基肥多利于小麥分蘗和幼苗生長(zhǎng)，從而增加苗期干物質(zhì)量。越冬期基追比為4 ∶6、3 ∶7時(shí)，種植密度375萬、525萬株/hm2之間的干物質(zhì)積累量差異不顯著，這是由于種植密度過大會(huì)影響小麥的長(zhǎng)勢(shì)，種植密度375萬、525萬株/hm2處理下，分蘗數(shù)雖多但苗勢(shì)變?nèi)?。在拔?jié)期、開花期，基追比相同條件下，隨種植密度的增加，各處理干物質(zhì)積累量均呈先增后降的趨勢(shì)；種植密度375萬株/hm2時(shí)，2個(gè)時(shí)期干物質(zhì)積累量均出現(xiàn)最大值。在成熟期，基追比3 ∶7條件下，種植密度225萬、525萬株/hm2處理之間的干物質(zhì)積累量差異不顯著，在種植密度375萬株/hm2時(shí)出現(xiàn)最大值。以上結(jié)果表明，種植密度 375萬株/hm2、基追比3 ∶7處理，更有利于拔節(jié)以后小麥干物質(zhì)的形成。

2.2 成熟期各個(gè)器官干物質(zhì)的分配量

由表2可知，在成熟期，相同種植密度條件下，不同基追比處理的籽粒、葉片干物質(zhì)積累量之間差異均達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）。莖稈+葉鞘在種植密度525萬株/hm2、穗軸+穎殼在種植密度 225萬株/hm2 處理下，均出現(xiàn)基追比4 ∶6與3 ∶7處理間干物質(zhì)積累量差異不顯著的情況。相同基追比條件下，隨種植密度的增加，各個(gè)器官干物質(zhì)積累量均出現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。成熟期籽粒、葉片莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼干物質(zhì)的分配量均表現(xiàn)為種植密度375萬株/hm2、基追比3 ∶7處理顯著高于其他處理。以上結(jié)果表明，種植密度 375萬株/hm2 和基追比3 ∶7處理下，成熟期干物質(zhì)向各個(gè)器官中分配量均為最高，其中籽粒分配量顯著高于其他處理，有利于提高小麥產(chǎn)量。

2.3 開花前后干物質(zhì)量及對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率

由表3可知，基追比 3 ∶7、種植密度375萬株/hm2處理下，開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏的同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著高于其他處理，比同樣基追比3 ∶7，種植密度525萬、225萬株/hm2處理分別高出6.33%、2.97%，且籽粒貢獻(xiàn)率也高于同一種植密度的其他處理。開花后干物質(zhì)在籽粒中的積累量仍表現(xiàn)為基追比3 ∶7、種植密度375萬株/hm2處理最高，相同基追比條件下，種植密度225萬、525萬株/hm2 處理分別高出 7.45%、9.19%。上述結(jié)果表明，種植密度 375萬株/hm2、基追比3 ∶7處理下，花前營(yíng)養(yǎng)器官向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后干物質(zhì)在籽粒中的積累量均最高，有利于小麥增產(chǎn)。

2.4 抽穗期和開花期旗葉光合特性

由表4可知，不同種植密度與氮肥基追比，對(duì)小麥抽穗期、開花期的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度的影響顯著。相同種植密度條件下，隨氮肥基追比從5 ∶5到3 ∶7的變化，抽穗期、開花期的旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度呈逐漸增加的趨勢(shì)，氮肥基追比為3 ∶7時(shí)，上述各項(xiàng)指標(biāo)最大，顯著高于其他處理；胞間CO2濃度則相反，說明在該處理下豫農(nóng)526增產(chǎn)潛力最大。相同氮肥基追比條件下，隨著種植密度的增加，抽穗期、開花期的旗葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度呈先增后降的趨勢(shì)，在種植密度為375萬株/hm2時(shí)上述指標(biāo)數(shù)值最大。胞間CO2濃度則在基追比為5 ∶5時(shí)數(shù)值最大。

2.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均受種植密度和氮肥基追比的影響較大。由表5可知，施N 基追比為5 ∶5、3 ∶7 時(shí)，隨著種植密度的增加，產(chǎn)量呈先增后降趨勢(shì)。施N基追比為3 ∶7時(shí)，種植密度為375萬株/hm2時(shí)，產(chǎn)量最高，為9 714.10 kg/hm2。相同種植密度條件下，隨著追氮比例的增加，產(chǎn)量呈增大趨勢(shì)，基追比為3 ∶7時(shí)產(chǎn)量最高。相同基追比條件下，隨種植密度增加，單位穗數(shù)增加，千粒重、穗粒數(shù)降低。相同種植密度下，隨著追氮比例的增加，穗數(shù)、穗粒數(shù)增大，千粒重減小。這表明，適當(dāng)增加追氮比例，雖然千粒重降低，但單位穗數(shù)、穗粒數(shù)的增加遠(yuǎn)大于千粒重的降低，從而提高了冬小麥的籽粒產(chǎn)量。綜上所述，基追比為3 ∶7、種植密度為375萬、525萬株/hm2 時(shí)，產(chǎn)量顯著高于其他處理。

2.6 籽粒品質(zhì)

由表6可知，種植密度、氮肥基追比均對(duì)籽粒品質(zhì)有顯著影響。在相同種植密度條件下，蛋白質(zhì)含量隨追氮比例增加而增加；相同基追比條件下，隨種植密度的增加，蛋白質(zhì)含量呈先增后降趨勢(shì)。種植密度由225萬株/hm2增加到375萬株/hm2時(shí)，濕面筋含量顯著增加；基追比為4 ∶6時(shí)，種植密度375萬、525萬株/hm2處理間濕面筋含量差異不顯著。追氮比例由5 ∶5增加到4 ∶6時(shí)，濕面筋含量顯著增加；種植密度225萬株/hm2條件下，基追比3 ∶7處理的濕面筋含量顯著低于基追比4 ∶6處理；當(dāng)種植密度為375萬株/hm2、基追比為3 ∶7時(shí)，濕面筋含量最高。基追比3 ∶7、4 ∶6處理時(shí)，吸水率隨種植密度的增加先增加后略降。種植密度為225萬、375萬株/hm2 時(shí)，追氮比例從5 ∶5增加到4 ∶6時(shí)對(duì)吸水率影響不顯著；當(dāng)種植密度為 525萬株/hm2、基追比為5 ∶5時(shí)，吸水率最高且顯著高于其他處理。當(dāng)種植密度為375萬、525萬株/hm2 時(shí)，追氮比例從 5 ∶5 增加到4 ∶6處理可顯著提高穩(wěn)定時(shí)間；種植密度為225萬株/hm2時(shí)，追氮比例從5 ∶5增加到 4 ∶6 時(shí)， 穩(wěn)定時(shí)間增加不顯著；追氮比例由4 ∶6增加到3 ∶7時(shí)，穩(wěn)定時(shí)間隨種植密度的增加而增加。依據(jù)國(guó)家農(nóng)作物區(qū)域試驗(yàn)弱筋小麥審定標(biāo)準(zhǔn)（即濕面筋含量lt;24%、粗蛋白質(zhì)含量lt;12%、穩(wěn)定時(shí)間lt;3.0 min、吸水率lt;55%），本試驗(yàn)在種植密度525萬株/hm2條件下，基追比5 ∶5的吸水率、基追比4 ∶6的濕面筋含量、基追比3 ∶7的穩(wěn)定時(shí)間，均不符合弱筋小麥的標(biāo)準(zhǔn)；種植密度為225萬、375萬株/hm2 時(shí)，均達(dá)到弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論與討論

地上干物質(zhì)量和產(chǎn)量的形成，均受氮素利用效率的影響。馬新明等研究發(fā)現(xiàn)，在總施氮量不變、提高追氮比例的條件下，地上部氮素積累量可以增加，從而提高氮素利用率，籽粒氮素含量增加［8］。朱新開等研究表明，基追氮肥合理施用，能提高氮素利用效率［9］。在生產(chǎn)過程中，可以通過變化基追肥比例來調(diào)節(jié)植株不同時(shí)期的氮積累量，從而提高氮素利用率，達(dá)到小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在相同種植密度條件下，追氮比例從5 ∶5增加到3 ∶7，各處理干物質(zhì)積累量之間差異均達(dá)到顯著水平（Plt;0.05）；豫農(nóng)526在成熟期干物質(zhì)的分配量均表現(xiàn)為基追比3 ∶7、種植密度375萬株/hm2處理顯著高于其他處理，追肥比例的增加有利于小麥增產(chǎn)。

種植密度和氮肥基追比對(duì)小麥光合速率均有顯著影響。郭雪云等研究表明，適宜的種植密度可以提高小麥凈光合速率，有利于旗葉功能期延長(zhǎng)，促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)和積累，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)［10］。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相同氮肥基追比條件下，種植密度為375萬株/hm2時(shí)，豫農(nóng)526小麥抽穗期、開花期旗葉凈光合速率最高，說明此時(shí)較利于小麥旗葉的光合作用，說明適宜的種植密度可以提高小麥的凈光合速率。隨氮肥追施比例的增加，滴灌中筋冬小麥魯原502、強(qiáng)筋小麥藁優(yōu) 2018的旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度先增后降，胞間CO2濃度則先降后增；氮肥基追比4 ∶6時(shí)，可提高強(qiáng)筋、中筋小麥的光合效率和氮利用效率［11-12］。本研究發(fā)現(xiàn)，相同種植密度條件下，隨氮肥追施比例的增加，弱筋小麥豫農(nóng)526抽穗期、開花期的旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度有逐漸增加的趨勢(shì)，氮肥基追比3 ∶7時(shí)出現(xiàn)峰值，與上述觀點(diǎn)不一致，可能與品種的選用有關(guān)，尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。旗葉光合特性可以作為判斷弱筋小麥氮高效利用機(jī)制的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

曹倩等研究發(fā)現(xiàn)，隨著種植密度的提高，小麥籽粒產(chǎn)量呈先增后降的趨勢(shì)，在相同施氮量條件下，群體密度越大，千粒重越低［13］。郭偉等指出，當(dāng)種植密度不斷增加時(shí)，小麥籽粒產(chǎn)量、氮素利用率先增后降［14-15］。本試驗(yàn)中，隨種植密度的增加，產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量部分?jǐn)?shù)據(jù)呈先增后降趨勢(shì)；隨著追氮比例的增加，拔節(jié)后各個(gè)生育期的干物質(zhì)量和產(chǎn)量均顯著提高。當(dāng)種植密度為375萬株/hm2、基追比為3 ∶7時(shí)，產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量最高。在生產(chǎn)中，種植密度為375萬株/hm2、基追比為3 ∶7時(shí)，能使產(chǎn)量、品質(zhì)和干物質(zhì)積累三者協(xié)同提高，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的目的。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)論相一致。

有研究表明，小麥籽粒粗蛋白含量與種植密度呈明顯相關(guān)性［16-18］。郭瑞等發(fā)現(xiàn)，增加小麥種植密度，能夠在一定程度上增加濕面筋含量和籽粒粗蛋白含量［19］。姜麗娜等研究認(rèn)為，增加種植密度會(huì)使小麥品質(zhì)下降，其原因是高種植密度下，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量降低［20-22］。趙廣才等認(rèn)為，在不同種植密度下測(cè)得的小麥吸水率不盡相同，低密度相比高密度處理下的小麥吸水率更高，面團(tuán)形成、穩(wěn)定時(shí)間則隨種植密度的增加而減少［23］。而于立河等則認(rèn)為，小麥濕面筋含量、面團(tuán)穩(wěn)定性等受種植密度的影響較小［24］。本研究表明，相同氮肥基追比處理下，隨著種植密度的增加，濕面筋含量、吸水率均呈先增后降趨勢(shì)；而穩(wěn)定時(shí)間隨種植密度的增加而顯著增加。有關(guān)種植密度與小麥品質(zhì)的關(guān)系與前人觀點(diǎn)不盡相同，一方面可能與品種的選用有關(guān)，另一方面可能與土壤及氣候等條件有關(guān)，有待多點(diǎn)試驗(yàn)作進(jìn)一步驗(yàn)證。

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