氮素對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響

河南省農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校 王公卿

河南省農(nóng)業(yè)科技發(fā)展中心 鄭志松 李萌

氮素對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響

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氮素是小麥生長(zhǎng)發(fā)育所必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素，約占植株干質(zhì)量的1.0%～1.6%。氮在小麥體內(nèi)有著多方面的營(yíng)養(yǎng)作用，氮是冬小麥植株細(xì)胞原生質(zhì)的重要組分，也是組成氨基酸、蛋白質(zhì)的必需元素，是核酸、葉綠素、及多種酶、維生素、植物激素的組成成分。氮肥還是決定小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素，合理的氮肥運(yùn)籌可以協(xié)調(diào)小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)系，從而達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的生產(chǎn)目標(biāo)。

一、氮素對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響

適量的氮素能促進(jìn)小麥根、莖、葉等營(yíng)養(yǎng)器官的生長(zhǎng)發(fā)育，增加植株綠色面積，提高光合作用和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，協(xié)調(diào)群體發(fā)展，優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，并可促進(jìn)分蘗和幼穗分化發(fā)育，增加小花原基分化數(shù)和可孕花數(shù)，有利于花、籽粒等生殖器官的生長(zhǎng)發(fā)育。

小麥越冬期和拔節(jié)期氮素虧缺明顯減小根長(zhǎng)、根條數(shù)和根體積 ，而且還減少根吸收總面積、活躍吸收面積以及根系活力。在冬小麥根系生長(zhǎng)發(fā)育較為重要的苗期、越冬期和拔節(jié)期 ，前一生育期氮素虧缺，后一生育期補(bǔ)氮對(duì)根系可表現(xiàn)出一定的補(bǔ)償效應(yīng)，其中越冬期補(bǔ)償效應(yīng)更為顯著。研究發(fā)現(xiàn)，合理施用氮肥可以促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，使小麥的株高、莖基寬、分蘗數(shù)、莖葉干質(zhì)量等生長(zhǎng)量提高0.05～1倍，但是其增長(zhǎng)量并不與氮肥用量同步。同時(shí)，在分蘗期、拔節(jié)期，小麥莖基部硝態(tài)氮含量、葉片中葉綠素含量與氮肥施用量之間均有顯著正相關(guān)性，小麥莖基部硝態(tài)氮含量、葉片中葉綠素的含量可以反映出土壤的供氮水平。通過(guò)設(shè)置N 30 kg/ hm2、120 kg/hm2、300 kg/hm23個(gè)氮肥處理試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)氮肥在整個(gè)生育期均影響冬小麥的生長(zhǎng)發(fā)育和干物質(zhì)的分配，其中，拔節(jié)期是冬小麥對(duì)氮肥的補(bǔ)償有效期，拔節(jié)后表現(xiàn)株高、分蘗數(shù)、葉面積、根長(zhǎng)、根表面積、根體積增大，總干物質(zhì)量，莖、葉鞘、穗的干物質(zhì)分配指數(shù)增加。試驗(yàn)表明，小麥幼苗期，株高、葉面積隨著施氮量的增大而呈逐漸增高的趨勢(shì)，葉片數(shù)、莖粗和最長(zhǎng)根長(zhǎng)都隨氮素濃度增大而增大，小麥根的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量也隨著增加。

二、氮素對(duì)小麥光合特性

氮、磷都是小麥生長(zhǎng)發(fā)育所必需的重要元素，它們?cè)诤艽蟪潭壬蠜Q定了小麥的光合能力和產(chǎn)量。一般認(rèn)為，追施氮肥可提高光合效率的原因主要有兩個(gè)方面：一是間接影響，施用氮肥促進(jìn)了葉面積增大、葉片數(shù)增多，光合面積增加，葉片延緩衰老，葉片功能期延長(zhǎng)；二是直接影響，施用氮肥后葉片葉綠素含量增加，光化學(xué)反應(yīng)加快，葉片內(nèi)蛋白質(zhì)含量增加，參與光合作用酶類(lèi)的活性增強(qiáng)，使暗反應(yīng)順利進(jìn)行，從而提高光合能力。

前人研究表明，氮、磷用量增加小麥旗葉凈光合速率（Pn）、葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度均升高，光合功能期延長(zhǎng)，葉源量增加。合理施用的氮肥、磷肥、鉀肥，在一定程度上均可以改善作物的水分利用狀況，提高作物的滲透調(diào)節(jié)能力和氣孔導(dǎo)度調(diào)節(jié)能力，提高葉片凈光合速率（Pn）。

小麥籽粒灌漿期，葉片開(kāi)始衰老，旗葉葉面積減少，但此期是籽粒建成和干物質(zhì)積累的重要時(shí)期，對(duì)光合產(chǎn)物的需求量很大，葉片同化物迅速向籽粒轉(zhuǎn)移。因此，肥料施用水平直接影響著植物葉片營(yíng)養(yǎng)狀況、葉綠素合成、作物植株光合代謝過(guò)程和作物產(chǎn)量等。尹光華等研究表明，葉片的凈光合速率（Pn）隨著施氮量的增加迅速提高，隨著施磷量的增加先下降后提高。氮、磷對(duì)葉片光合速率（Pn）的影響是氮大于磷。有研究表明，氮肥施用量過(guò)多（N＞300 kg/hm2）雖然光合速率較高，但群體郁閉嚴(yán)重，下部葉片衰老過(guò)快，降低了群體葉面積指數(shù)，最終導(dǎo)致小麥穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量下降，籽粒產(chǎn)量降低。

三、氮素對(duì)小麥氮代謝的影響

小麥植株一生氮素的積累呈“S”型曲線(xiàn)。趙廣才等認(rèn)為，植株莖葉的氮素積累在冬前分蘗盛期和拔節(jié)期至孕穗期強(qiáng)度較大，開(kāi)花期至成熟期則是小麥植株對(duì)氮素吸收運(yùn)轉(zhuǎn)及分配的重要時(shí)期。還有許多研究認(rèn)為，小麥籽粒蛋白質(zhì)的氮素主要來(lái)源于營(yíng)養(yǎng)器官的再運(yùn)轉(zhuǎn)的氮素，約為80%左右，而來(lái)源于開(kāi)花后光合同化的氮素只占20%左右。換言之，籽粒的氮素絕大部分是從開(kāi)花前植株各器官儲(chǔ)存氮素再運(yùn)轉(zhuǎn)而來(lái)，只有一少部分是開(kāi)花后吸收的。有研究認(rèn)為，不同的施氮量對(duì)小麥氮素吸收和利用的影響不同，適宜的施氮量能夠增加小麥氮素積累量，提高籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量，改善籽粒品質(zhì)。研究表明，增施氮肥可以提高小麥各生育階段、特別是生育后期氮素吸收強(qiáng)度，這是提高小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的基礎(chǔ)；但增施氮肥延緩旗葉蛋白質(zhì)的降解，不利于開(kāi)花后氮素的再轉(zhuǎn)運(yùn)，因而氮素轉(zhuǎn)移量占籽粒氮的比例隨施氮量的增加而降低，每株氮素轉(zhuǎn)移的絕對(duì)量隨施氮量增加而升高。小麥開(kāi)花前氮素積累量與施氮量呈極顯著線(xiàn)性正相關(guān)，開(kāi)花后氮素積累量及營(yíng)養(yǎng)器官氮素輸出量與施氮量呈二次曲線(xiàn)關(guān)系。隨施氮量增加，小麥生育前期植株氮素積累量占全生育期氮素積累量的比例增加，開(kāi)花后植株氮素積累量所占比例下降；過(guò)量施氮不利于小麥開(kāi)花后植株氮素吸收與營(yíng)養(yǎng)器官氮素向籽粒的運(yùn)轉(zhuǎn)。與一般小麥高產(chǎn)群體相比，超高產(chǎn)群體吸氮量增加，其中主要增加了生育中期、后期的氮素吸收量。在施氮量相同條件下，底追比例不同開(kāi)花后氮素同化量和營(yíng)養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量的關(guān)系也不同，追肥氮比例的適當(dāng)增加，促使花后營(yíng)養(yǎng)器官氮素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，提高開(kāi)花后氮素同化量和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，增加氮收獲指數(shù)、籽粒產(chǎn)量以及蛋白質(zhì)含量。氮肥施用量過(guò)大則使植株體內(nèi)氮代謝過(guò)于旺盛，同時(shí)也加重田間的郁蔽程度，均不利于碳素的同化，使氮、碳代謝失衡，從而降低產(chǎn)量。

四、氮素對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

氮素作為生命元素之一，在冬小麥獲得高產(chǎn)、再高產(chǎn)過(guò)程中具有重要作用。一般認(rèn)為，冬小麥籽粒產(chǎn)量隨著施氮量增加而增加，但達(dá)到一定施氮量后，繼續(xù)增加氮肥用量，冬小麥籽粒產(chǎn)量不但不再增加，反而有下降的趨勢(shì)。

經(jīng)研究認(rèn)為，施氮量0～266.55 kg/hm2是氮素調(diào)節(jié)區(qū)，隨施氮量增加，籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均提高；266.55～ 309.08 kg/ hm2則是產(chǎn)量品質(zhì)平衡區(qū)， 隨施氮量增加，籽粒產(chǎn)量開(kāi)始降低，蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量提高，容易實(shí)現(xiàn)小麥優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)；超過(guò)309.08 kg/hm2則是過(guò)量施氮區(qū)， 施氮量繼續(xù)增加，籽粒產(chǎn)量降低幅度較大，蛋白質(zhì)含量雖提高，但蛋白質(zhì)產(chǎn)量開(kāi)始降低。施氮量105～195 kg/hm2比不施氮處理顯著提高籽粒產(chǎn)量，施氮量105～240 kg/hm2處理則顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量；施氮量285 kg/hm2時(shí)籽粒蛋白質(zhì)含量、粒質(zhì)量以及籽粒產(chǎn)量均降低。

五、氮素對(duì)小麥品質(zhì)的影響

氮素是小麥生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，是蛋白質(zhì)的主要成分。施用氮肥可使小麥籽粒蛋白質(zhì)的含量顯著提高，但構(gòu)成總蛋白的各種組分的增長(zhǎng)并不成比例。試驗(yàn)表明，施用氮肥小麥籽粒的清蛋白、球蛋白、谷蛋白以及醇蛋白含量均提高，谷蛋白和醇蛋白在總蛋白質(zhì)中的比例也有提高，而清蛋白和球蛋白則降低。研究表明，氮肥施用量增加，籽粒蛋白質(zhì)和氨基酸含量增加，特別是賴(lài)氨酸、蘇氨酸等必需氨基酸的含量也增加，但蛋白質(zhì)的各種氨基酸比例則升降不一，其中氨基酸、賴(lài)氨酸的含量增加較多。

淀粉是小麥籽粒的主要成分，約占籽粒干質(zhì)量的65%，面粉質(zhì)量的70%～80%，如此大量的淀粉對(duì)面粉的品質(zhì)性狀有較大的影響。淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉兩部分組成，一般來(lái)說(shuō)，面粉中的直鏈淀粉含量?jī)H占20%～25%，且品種間變異較小，但直鏈淀粉含量的微弱變化即可導(dǎo)致面條等食品品質(zhì)很大變化。試驗(yàn)結(jié)果表明，水氮運(yùn)籌淀粉含量及組成有顯著影響，直鏈淀粉含量和直/支比隨著施氮量增加均呈降低趨勢(shì)，表明氮肥施用量改善了中筋和強(qiáng)筋冬小麥面粉的面條加工品質(zhì)；同時(shí)，不同的追氮量影響淀粉的糊化特性，表現(xiàn)為隨著施氮量的增加，淀粉峰值黏度（Peak Viscosity，PV）、低谷黏度（Hold Through，HT）、終結(jié)黏度（Final Viscosity，F(xiàn)V）、稀懈值（Breakdown，BD）呈逐漸增大趨勢(shì)，但追氮量過(guò)大也將導(dǎo)致淀粉特性變劣。