施用化肥和農(nóng)家肥對白花麥品質(zhì)的影響

王文新 任明見 錢小康 等

摘要 [目的]研究施用化肥和農(nóng)家肥對白花麥品質(zhì)的影響。[方法]通過對未施肥料、單施化肥和單施農(nóng)家肥3個不同處理白花麥的蛋白質(zhì)品質(zhì)和淀粉品質(zhì)分別進行綜合評價分析和對應分析，著重分析單施農(nóng)家肥小麥具有的優(yōu)良品質(zhì)指標。[結(jié)果]蛋白質(zhì)品質(zhì)分析結(jié)果表明，與未施肥料相比，施用農(nóng)家肥和施用化肥都能夠增強小麥面粉筋力（其形成時間和穩(wěn)定時間以及粉質(zhì)指數(shù)升高，而弱化度降低），從而提高小麥的加工品質(zhì)。RSR綜合評價分析表明，施用化肥的白花麥小麥的蛋白綜合品質(zhì)優(yōu)于未施肥料優(yōu)于施用農(nóng)家肥的;進一步的對應分析表明，施用化肥的小麥具有較高的穩(wěn)定時間和吸水率等，未施肥料的具有較高的沉降值和弱化度等分別是其蛋白綜合品質(zhì)好的主要原因。淀粉品質(zhì)分析結(jié)果表明，施用農(nóng)家肥使得小麥在淀粉糊化特性方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，其中峰值黏度、最終黏度、回升值、峰值溫度和稀懈值均高于未施肥處理的，從而提高了小麥的淀粉品質(zhì);相反地，施用化肥的則低于未施肥處理的。RSR綜合評價分析表明，施用農(nóng)家肥白花麥小麥的淀粉綜合品質(zhì)優(yōu)于施用化肥和未施肥料的;進一步的對應分析表明，施用農(nóng)家肥小麥淀粉綜合品質(zhì)好的主要原因是其具有較高的峰值黏度和較好的回升值等引起的。[結(jié)論]施用農(nóng)家肥能夠提高小麥加工品質(zhì)的面粉筋力部分指標和淀粉品質(zhì)的糊化特性部分指標，特別是提高了淀粉綜合品質(zhì)，從而改善小麥品質(zhì)。該研究為小麥減肥增效中農(nóng)家肥的科學施用提供理論依據(jù)。

關鍵詞 化肥;農(nóng)家肥;小麥品質(zhì);減肥增效;RSR綜合評價

中圖分類號 S512.1;S14文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）04-0158-04

Abstract [Objective] The research aimed to study the effect of applying chemical fertilizer and farmyard manure on the quality of Baihuamai.[Method]We carried out comprehensive evaluation analysis and correspondence analysis to protein quality and starch quality of Baihuamai which with three different treatments of no fertilizer，chemical fertilizer alone and farmyard manure alone，respectively.And the excellent quality traits of wheat with farmyard manure alone were analyzed emphatically.[Result]Protein quality analysis demonstrated：Application of chemical fertilizer and farmyard manure both could increase gluten strength of wheat flour （its development time and stability time as well as farinogram quality number increased，but degree of softening decreased），therefore improve processing quality in wheat.The comprehensive evaluation of RSR showed that the comprehensive quality of protein of Baihuamai wheat applied to chemical fertilizer was better than that of no fertilizer application，which was better than the application of farmyard manure;Further correspondence analysis demonstrated Baihuamai with chemical fertilizer possess higher stability time and water absorption et al and no fertilizer possess higher zeleny and degree of softening et al which contributed the better protein comprehensive quality of wheat，respectively.Starch quality analysis demonstrated：Baihuamai with farmyard manure treatment showed significant advantage in starch gelatinization properties，among which peak viscosity，final viscosity，setback，peak temperature and breakdown all were higher than those with no fertilization，therefore improve the starch quality of wheat.The comprehensive evaluation analysis of RSR showed that the comprehensive quality of protein of Baihuamai wheat applied to farmyard manure was better than that of chemical fertilizer and no fertilizer application.Further correspondence analysis demonstrated Baihuamai with farmyard manure possess higher peak viscosity and better setback et al which contributed the better starch comprehensive quality of wheat.[Conclusion]Application of farmyard manure can improve partly gluten strength traits of wheat flour in processing quality and partly starch gelatinization properties traits of starch quality especially improve the starch comprehensive quality，furthermore improve wheat quality.This study provides a theoretical basis for the scientific application of farmyard manure in wheat.

Key words Chemical fertilizer;Farmyard manure;Wheat quality;Weight loss and efficiency;RSR comprehensive evaluation

小麥是我國最重要的糧食作物之一。近年來隨著人們生活水平的提高，對小麥品質(zhì)提出了更高的要求[1]。研究認為小麥品質(zhì)受到基因型和環(huán)境等因素的影響[2]，其中肥料施用既為植物的生長發(fā)育提供直接的營養(yǎng)來源，也影響著土壤的生態(tài)環(huán)境[3-4]。因此，肥料施用與小麥品質(zhì)緊密相關。氮肥施用對小麥品質(zhì)有明顯的調(diào)節(jié)作用，在一定范圍內(nèi)增施氮肥可以提高小麥的品質(zhì)[5-7]。然而，過量肥料的投入會導致環(huán)境污染和土地退化等一系列問題。

土壤退化日漸成為影響作物產(chǎn)量和食品安全的全球性問題，Rashid等[8]評估結(jié)果表明未來幾十年將有30%的農(nóng)田逐漸淪為退化土地。研究發(fā)現(xiàn)，化肥特別是氮肥的過量使用造成的不同組分土壤碳的分解[9]和低碳投入引起的土壤有機質(zhì)的嚴重下降[10]等是導致土地退化的重要原因。我國針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥的過量使用現(xiàn)象，已經(jīng)提出化肥“減量增效”的綠色發(fā)展理念。Liu等[11]研究表明施用農(nóng)家肥有利于提高土壤有機碳含量。進一步研究發(fā)現(xiàn)施用農(nóng)家肥能夠增加土壤中的總碳量，從而改善耕地土壤的質(zhì)量以及提高小麥對氮素的吸收等[12-13]，進而減緩土地退化。農(nóng)家肥是普遍施用的2種有機肥料之一。與化學肥料相比，有機肥具有增加土壤有機質(zhì)、提高土壤保水能力以及減輕田間土壤侵蝕等優(yōu)勢[14-15]。早在20世紀80年代，我國河南省南陽地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所已經(jīng)報道通過有機肥和無機肥合理配合施用可以提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)以及改善土壤等[16]?？梢姡┯棉r(nóng)家肥對于改善土壤、減少環(huán)境污染以及提高小麥品質(zhì)等方面均有一定的調(diào)節(jié)作用。

長期施用農(nóng)家肥的土壤能夠促進小麥生長和光合作用、提高小麥產(chǎn)量[17-18]、降低小麥對重金屬鎘的吸收[17，19]以及提高小麥對鋅的吸收[19-20]，從而改善小麥的品質(zhì)。雖然大量研究已經(jīng)揭示了農(nóng)家肥在影響小麥品質(zhì)方面的重要作用，然而農(nóng)家肥對小麥品質(zhì)（如蛋白質(zhì)品質(zhì)和/或淀粉品質(zhì)）中具體指標（如沉降值和/或糊化溫度等）影響的報道相對較少。李燕青等[21]對施用當量（施氮225 ?kg/hm2）雞糞、豬糞和牛糞的小麥品質(zhì)進行研究，發(fā)現(xiàn)單施雞糞和豬糞對小麥各品質(zhì)指標的提升作用與單施化肥相當，表明一定條件下施用雞糞和豬糞可以替代化肥。筆者以未施肥料、單施農(nóng)家肥和單施化肥3種常規(guī)施肥的小麥為試驗材料，采用秩和比（RSR）綜合分析和對應分析方法對不同施肥方式的小麥蛋白質(zhì)品質(zhì)和淀粉品質(zhì)指標進行分析，著重分析單施農(nóng)家肥小麥具有的優(yōu)良品質(zhì)指標，以期為小麥減肥增效中農(nóng)家肥的科學施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

該試驗地位于貴州省黔西南州貞豐縣龍場鎮(zhèn)坡柳村（105°32′E，25°24′N），屬亞熱帶高原季風濕潤氣候，年平均氣溫15.3 ℃，年降水量1 352 mm，無霜期318 d。試驗地土壤質(zhì)地為弱酸性黃壤，種植制度為冬小麥-夏水稻或者冬小麥-夏高粱一年兩熟輪作制。

1.2 試驗材料 試驗材料為小麥（品種為白花麥）。

由于白花麥做出的面條口感好，因而受到當?shù)鼐用竦那嗖A，自20世紀50年代至今該地區(qū)一直延續(xù)種植該小麥品種。

1.3 試驗設計 該試驗設計3個處理：空白對照（不施任何肥料）;只施用農(nóng)家肥，小麥播種前一次性施入（農(nóng)家肥，7 500 ?kg/hm2）;只施用化肥（尿素，750 kg/hm2），小麥播種前一次性施入;試驗中常規(guī)肥料用量是參考當?shù)剞r(nóng)民（生產(chǎn)實際）施肥量。隨機區(qū)組排列，3次重復，田間管理方式一致。

1.4 樣品處理和測定

此次試驗使用超微粉碎機粉碎進行全麥粉樣品的制備，使用Bradender小型實驗磨進行面粉樣品的制備。

蛋白質(zhì)含量采用FOSS8400型全自動定氮儀（凱氏定氮法）測定，參照GB 5009.5—2016方法進行，其中換算系數(shù)為6.25;濕面筋含量采用儀器法進行測定，參照GB/T 5506.2—2008方法進行;沉降值采用Zeleny法測定，參照NY/T 1095—2006方法進行;總淀粉含量參照雙波長法方法[22]進行;淀粉糊化特性采用粘度儀法測定，參照GB/T 14490—2008方法進行。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

運用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及整理，SAS（statistics analysis system）進行數(shù)據(jù)的對應分析和RSR（rank sum ratio）綜合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對白花麥品種（系）蛋白質(zhì)品質(zhì)指標的影響

小麥的蛋白質(zhì)品質(zhì)指標包括蛋白質(zhì)含量（PC）、濕面筋含量（GC）、面筋指數(shù)（GI）、形成時間（DT）、吸水率（WA）、穩(wěn)定時間（ST）、弱化度（DOS）以及粉質(zhì)指數(shù)（FQN）等因子。其中蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值是反映小麥蛋白質(zhì)品質(zhì)的重要因子。從表1可以看出，白花麥品種（系）蛋白質(zhì)含量（13.74%±1.36%）和濕面筋含量（27.61%±3.73%）屬于國標中筋標準蛋白質(zhì)含量（11.5%～15.0%）和濕面筋含量（22%～35%）的范圍內(nèi)，基本判定為中筋小麥品種（系），適宜制作饅頭和面條。

2.1.1 蛋白質(zhì)品質(zhì)綜合分析。

該試驗運用RSR綜合評價法對未施肥料、施用農(nóng)家肥和施用化肥3種不同處理白花麥品種（系）的蛋白質(zhì)品質(zhì)指標進行綜合分析（表1），結(jié)果發(fā)現(xiàn)3種不同處理白花麥品種（系）的RSR值表現(xiàn)為施用化肥（0.79）>未施肥料（0.71）>施用農(nóng)家肥（0.50）。該試驗蛋白質(zhì)品質(zhì)綜合分析結(jié)果表明，施用化肥的白花麥品種（系）的蛋白質(zhì)綜合品質(zhì)優(yōu)于未施肥料的，但是沒有顯著差異;施用化肥和未施肥料的蛋白質(zhì)綜合品質(zhì)顯著優(yōu)于施用農(nóng)家肥的（P<0.05）（圖1A）。然而，施用化肥和農(nóng)家肥使得白花麥品種（系）在小麥粉質(zhì)指標方面表現(xiàn)出施用化肥的>施用農(nóng)家肥的>未施肥料的趨勢。施用農(nóng)家肥小麥的形成時間（DT）和穩(wěn)定時間（ST）以及粉質(zhì)指數(shù)（FQN）高于未施肥料的，而弱化度（DOS）低于未施肥料的，表明施用農(nóng)家肥能夠增強小麥面粉筋力。

2.1.2 蛋白質(zhì)品質(zhì)對應分析。

進一步對3種不同處理白花麥品種（系）的蛋白質(zhì)品質(zhì)進行對應分析（圖2）。按照不同處理與性狀的距離可以看出，施用化肥的白花麥品種（系）具有較高的形成時間（DT）和吸水率（WA），其次是較高的粉質(zhì)指數(shù)（FQN）和蛋白質(zhì)含量（PC）等;未施肥料的白花麥品種（系）具有較高的沉降值和弱化度（DOS），其次是較高的濕面筋含量（GC）和蛋白質(zhì)含量（PC）等?？梢姡┯没屎筒皇┓柿习谆溒贩N（系）具有更好的蛋白質(zhì)綜合品質(zhì)分別是由上述蛋白質(zhì)品質(zhì)指標造成的。

2.2 不同處理對白花麥品種（系）淀粉品質(zhì)指標的影響

2.2.1 淀粉品質(zhì)綜合分析。

該試驗運用RSR綜合評價法對未施肥料、施用農(nóng)家肥和施用化肥3種不同處理白花麥品種（系）的淀粉品質(zhì)（包括淀粉含量SC、糊化溫度GT、峰值黏度PV、峰值溫度PT、最終黏度FV、稀懈值BD和回升值SB）進行綜合分析（表2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)3種不同處理白花麥品種（系）的RSR值表現(xiàn)出施用農(nóng)家肥（0.76）大于施用化肥（0.62）和未施肥料（0.62）。該試驗結(jié)果表明，施用農(nóng)家肥的白花麥品種（系）的淀粉綜合品質(zhì)顯著優(yōu)于施用化肥和未施肥的（P<0.05）;施用化肥和未施肥的沒有顯著性差異（圖1B）。同樣的，從表2可以看出，施用農(nóng)家肥使得白花麥品種（系）在淀粉糊化特性方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，其中PV、FV、SB、PT和BD均高于未施肥處理的;相反地，施用化肥的則低于未施肥處理的?？梢娛┯棉r(nóng)家肥能夠提高小麥的淀粉品質(zhì)。

2.2.2 淀粉品質(zhì)對應分析。

進一步對3種不同處理白花麥品種（系）的淀粉品質(zhì)進行對應分析（圖3）?？傮w觀察可知施用農(nóng)家肥的淀粉品質(zhì)與未施化肥和施用化肥的不同，進一步分析3種不同處理與淀粉品質(zhì)相關指標的距離發(fā)現(xiàn)，施用農(nóng)家肥的白花麥品種（系）具有較高的峰值黏度（PV）和較好的回升值（SB），其次是最終黏度（FV）、稀懈值（BD）等，表明施用農(nóng)家肥白花麥品種（系）具有更好的淀粉綜合品質(zhì)是由上述淀粉糊化特性指標的升高造成的，特別是PV和SB。

3 結(jié)論與討論

小麥的蛋白質(zhì)品質(zhì)與施氮量有著直接的關系，研究發(fā)現(xiàn)施氮量在150～300 kg/hm 施氮量增加能夠提高面團和面粉等多項蛋白質(zhì)品質(zhì)指標[23-24]。該試驗對未施肥料、施用農(nóng)家肥和施用化肥的白花麥小麥品種（系）的蛋白質(zhì)品質(zhì)進行分析，發(fā)現(xiàn)施氮量增加提高了小麥面粉筋力，面粉筋力指標（形成時間、穩(wěn)定時間、粉質(zhì)指數(shù)和弱化度）表現(xiàn)優(yōu)良，從而使得小麥具有好的面團品質(zhì)，有利于提高小麥粉的加工品質(zhì)。RSR綜合評價分析結(jié)果表明，施用化肥小麥的蛋白質(zhì)綜合品質(zhì)優(yōu)于未施肥料，未施肥料小麥的蛋白質(zhì)綜合品質(zhì)優(yōu)于施用農(nóng)家肥的;對應分析發(fā)現(xiàn)，施用化肥和未施肥料良好的蛋白質(zhì)綜合品質(zhì)分別由不同的蛋白質(zhì)指標控制。雖然施用農(nóng)家肥能夠提高小麥粉的加工品質(zhì)，然而由于受到蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量等其他蛋白品質(zhì)指標的影響，其蛋白質(zhì)綜合評價最低。可見，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了提高小麥的蛋白質(zhì)品質(zhì)，采用農(nóng)家肥加適量化肥的方法是切實可行的。

小麥籽粒中約有70%的淀粉含量，淀粉品質(zhì)與小麥品質(zhì)之間存在著非常密切的關系[25-26]。研究發(fā)現(xiàn)，氮肥施用對淀粉含量有一定的影響，適量增施氮肥能夠促進淀粉積累[27-28]。該試驗研究結(jié)果表明，施用農(nóng)家肥的白花麥小麥品種（系）的淀粉綜合品質(zhì)明顯優(yōu)于施用化肥和未施肥料的，其中在淀粉糊化特性方面（特別是峰值黏度、回升值、最終黏度和稀懈值4個指標）表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。研究表明淀粉的糊化特性是影響小麥品質(zhì)的主要因素之一[25]。因此，可以通過施用農(nóng)家肥調(diào)節(jié)小麥的糊化特性，進而影響小麥品質(zhì)。

參考文獻

[1] 王海龍，聶俊華，趙敬美，等.高肥力土壤小麥品質(zhì)的主成分分析及施肥方案研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學學報，2007，41（4）：377-381.

[2] EDWARDS N M，GIANIBELLI M C，MCCAIG T N，et al.Relationships between dough strength，polymeric protein quantity and composition for diverse durum wheat genotypes[J].Journal of cereal science，2007，45（2）：140-149.

[3] LIN Z A，CHANG X H，WANG D M，et al.Longterm fertilization effects on processing quality of wheat grain in the North China Plain[J].Field crops research，2015，174：55-60.

[4] SHEN J C，TREU R，WANG J Y，et al.Modeling nitrous oxide emissions from three United Kingdom farms following application of farmyard manure and green compost[J].Sci Total Environ，2018，637/638：1566-1577.

[5] 徐鳳嬌，趙廣才，田奇卓，等.施氮量對不同品質(zhì)類型小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2012，18（2）：300-306.

[6] 王洪州，毛鳳梧.肥料運籌對小麥品質(zhì)形成的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（8）：66-67.

[7] GODFREY D，HAWKESFORD M J，POWERS S J，et al.Effects of crop nutrition on wheat grain composition and end use quality[J].J Agric Food Chem，2010，58（5）：3012-3021.

[8] RASHID M I，MUJAWAR L H，SHAHZAD T，et al.Bacteria and fungi can contribute to nutrients bioavailability and aggregate formation in degraded soils[J].Microbiol Res，2016，183：26-41.

[9] NEFF J C，TOWNSEND A R，GLEIXNER G，et al.Variable effects of nitrogen additions on the stability and turnover of soil carbon[J].Nature，2002，419（6910）：915-917.

[10] LU M，ZHOU X H，LUO Y Q，et al.Minor stimulation of soil carbon storage by nitrogen addition：A metaanalysis[J].Agric Ecosyst Environ，2011，140（1/2）：234-244.

[11] LIU E K，YAN C R，MEI X R，et al.Longterm effect of manure and fertilizer on soil organic carbon pools in dryland farming in Northwest China[J].PLoS One，2013，8（2）：1-9.

[12] SADAF J，SHAH G A，SHAHZAD K，et al.Improvements in wheat productivity and soil quality can accomplish by coapplication of biochars and chemical fertilizers[J].Sci Total Environ，2017，607/608：715-724.

[13] HU W G，JIAO Z F，WU F S，et al.Longterm effects of fertilizer on soil enzymatic activity of wheat field soil in Loess Plateau，China[J].Ecotoxicology，2014，23（10）：2069-2080.

[14] WANG J Y.Decentralized biogas technology of anaerobic digestion and farm ecosystem：opportunities and challenges[J].Front Energy Res，2014，2：1-12.

[15] YILMAZ E，ALAGZ Z.Effects of shortterm amendments of farmyard manure on some soil properties in the Mediterranean region Turkey[J].J Food Agric Environ，2010，8（2）：859-862.

[16] 河南省南陽地區(qū)農(nóng)科所.有機無機肥料配合施用 提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，1987（10）：23.

[17] REHMAN M Z U，RIZWAN M，KHALID H，et al.Farmyard manure alone and combined with immobilizing amendments reduced cadmium accumulation in wheat and rice grains grown in field irrigated with raw effluents[J].Chemosphere，2018，199：468-476.

[18] TLUSTOSˇ P，HEJCMAN M，HU°LKA M，et al.Mobility and plant availability of risk elements in soil after longterm application of farmyard manure[J].Environ Sci Pollut Res Int，2016，23（23）：23561-23572.

[19] GRTER R，COSTEROUSSE B，BERTONI A，et al.Green manure and long-term fertilization effects on soil zinc and cadmium availability and uptake by wheat （Triticum aestivum L.） at different growth stages[J].Sci Total Environ，2017，599/600：1330-1343.

[20] HELFENSTEIN J，MLLER I，GRTER R，et al.Organic wheat farming improves grain zinc concentration[J].PLoS One，2016，11（8）：1-20.

[21] 李燕青，林治安，溫延臣，等.不同類型有機肥與化肥配施對小麥品質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2016，22（6）：1513-1522.

[22] 劉襄河，鄭麗璇，鄭麗勉，等.雙波長法測定常用淀粉原料中直鏈淀粉、支鏈淀粉及總淀粉含量[J].廣東農(nóng)業(yè)科學，2013，40（18）：97-100.

[23] 趙廣才，常旭虹，劉利華，等.施氮量對不同強筋小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)的影響[J].作物學報，2006，32（5）：723-727.

[24] 王月福，于振文，李尚霞，等.施氮量對小麥籽粒蛋白質(zhì)組分含量及加工品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2002，35（9）：1071-1078.

[25] 王曉曦，蘇東民.小麥淀粉與小麥品質(zhì)之間的關系[J].糧食與飼料工業(yè)，2000（9）：4-5.

[26] 宋亞珍，閆金婷，胡新中.面粉糊化特性與鮮濕及煮后面條質(zhì)構(gòu)特性關系[J].中國糧油學報，2005，20（6）：12-24.

[27] 王月福，于振文，李尚霞，等.氮素營養(yǎng)水平對小麥開花后碳素同化、運轉(zhuǎn)和產(chǎn)量的影響[J].麥類作物學報，2002，22（2）：55-59.

[28] 尹靜，胡尚連，肖佳雷.小麥淀粉與品質(zhì)的關系[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2006，36（3）：369-372.