追氮量對(duì)強(qiáng)筋和中筋小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

馬瑞琦，陶志強(qiáng)，王德梅，王艷杰，楊玉雙，朱英杰，趙凱男，李俊志，王玉嬌，常旭虹，趙廣才

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

隨著我國(guó)專用小麥的快速發(fā)展，不同筋型小麥的特色生產(chǎn)越來(lái)越受到人們的重視。小麥籽粒品質(zhì)既受遺傳基因的控制，也受環(huán)境條件的影響，部分品質(zhì)性狀存在基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)。其中，在調(diào)節(jié)小麥籽粒品質(zhì)的諸多栽培措施中，肥料是決定小麥品質(zhì)優(yōu)劣的主要因素之一，尤其是氮肥運(yùn)籌合理與否對(duì)籽粒品質(zhì)具有顯著的調(diào)節(jié)作用[1]。前人研究表明，在一定范圍內(nèi)增加追氮量，可顯著提高籽粒產(chǎn)量且明顯改善籽粒的品質(zhì)[2-3]；適當(dāng)提高中后期追氮比例[4-5]、追氮時(shí)期適當(dāng)后移[6]也有相同效果。盡管提高施氮量是獲得小麥高產(chǎn)的主要途徑之一，但過量施氮伴隨的群體結(jié)構(gòu)劣化和氮素利用效率降低值得重視。強(qiáng)、中筋小麥品種在北方麥區(qū)廣泛種植，品質(zhì)形成以及產(chǎn)量與品質(zhì)同步提高與其氮肥合理追施密切相關(guān)，改善施肥技術(shù)和適當(dāng)減少施氮量逐漸成為提高小麥產(chǎn)量和氮肥利用率、減少農(nóng)業(yè)污染的重要措施[7]。本試驗(yàn)選用廣泛種植的兩種筋型的4個(gè)代表性冬小麥品種，研究在底施氮肥量一定的基礎(chǔ)上，追氮量對(duì)強(qiáng)筋和中筋兩種類型小麥品種籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)，為不同筋型小麥實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供理論及技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016—2017年在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所北京試驗(yàn)基地 (39°57＇N，116°19＇E) 進(jìn)行。該地區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.5℃，無(wú)霜期211天，年降雨量628.9 mm，集中于夏季的6～8月。土壤質(zhì)地為壤土，pH為7.3，養(yǎng)分含量見表1。

試驗(yàn)采用2因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，A因素為品種，包括藁優(yōu)2018 (強(qiáng)筋)、師欒02-1 (強(qiáng)筋)、中麥8 號(hào) (中筋)、中麥 175 (中筋)，分別用 A1、A2、A3、A4表示。B因素為追氮量，包括追施純氮75、105、135 kg/hm2三個(gè)水平，依次記為N75、N105、N135。所有處理底施磷酸二銨300 kg/hm2，尿素111 kg/hm2。氮肥追施時(shí)期為拔節(jié)期，隨水追施?；久鐬?×106株/hm2，小區(qū)面積7.2 m2，3次重復(fù)。其它管理同一般高產(chǎn)田。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

成熟期取樣考察單位面積穗數(shù)，各小區(qū)取10株考察每穗粒數(shù)、千粒重、生物產(chǎn)量，按小區(qū)收獲測(cè)定產(chǎn)量。

籽粒粗蛋白質(zhì)含量采用上海晟聲凱氏定氮儀測(cè)定全氮，再折算為蛋白質(zhì)含量；蛋白質(zhì)組分采用連續(xù)振蕩法[8]提取后，再用凱氏定氮儀測(cè)定籽粒含氮量；用瑞典波通公司2200型面筋儀測(cè)定干濕面筋含量；按AACC56-63ZELENY方法，用德國(guó)布拉本德沉淀值儀測(cè)定沉淀值；按照AACC54-21方法，用德國(guó)布拉本德粉質(zhì)儀測(cè)定面團(tuán)流變學(xué)特性。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010整理作圖，用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析，主要指標(biāo)的顯著性分析采用Duncan多重比較法。

2 結(jié)果與分析

2.1 追氮量對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.1.1 品種類型與追氮量對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成及蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響 品種、追氮量對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均有不同程度的影響 (表2)。籽粒產(chǎn)量與蛋白質(zhì)產(chǎn)量均以師欒02-1為最高，其中，其籽粒產(chǎn)量與其他品種差異不顯著，蛋白質(zhì)產(chǎn)量則顯著高于其他品種。穗粒數(shù)和千粒重品種間存在顯著差異。千粒重以藁優(yōu)2018最高，師欒02-1最低，兩個(gè)中筋小麥居中；除中麥8號(hào)與師欒02-1的穗粒數(shù)差異顯著外，其它品種間差異不顯著；各品種間單位面積穗數(shù)差異達(dá)到顯著水平，以師欒02-1最高。品種間生物產(chǎn)量的變化規(guī)律與穗數(shù)的變化相似。

隨著追氮量的增加，籽粒產(chǎn)量、生物產(chǎn)量及蛋白質(zhì)產(chǎn)量均有所提高。其中，生物產(chǎn)量在三個(gè)氮肥處理間均差異顯著；穗數(shù)和穗粒數(shù)表現(xiàn)為N135與N75之間差異顯著，其他處理兩兩之間差異不顯著；千粒重與蛋白質(zhì)產(chǎn)量則表現(xiàn)為N135處理顯著高于N75、N105處理，后兩者間差異不顯著。

2.1.2 不同處理組合對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量構(gòu)成及蛋白質(zhì)產(chǎn)

量的影響 每個(gè)參試品種籽粒產(chǎn)量均隨追氮量的增加而提高，但差異均未達(dá)到顯著水平 (表3)。N75、N105條件下，各品種籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為：師欒02-1 ＞ 中麥 175 ＞ 中麥 8 號(hào) ＞ 藁優(yōu) 2018；而 N135條件下，則表現(xiàn)為中麥 8 號(hào) ＞ 中麥 175 ＞ 師欒 02-1 ＞ 藁優(yōu) 2018?？傮w分析，中麥8號(hào)對(duì)追氮量的敏感性較高，平均增產(chǎn)6.67%；中麥175則對(duì)追氮量的敏感性最低，平均增產(chǎn)僅4.28%。各品種平均蛋白質(zhì)產(chǎn)量表現(xiàn)為師欒 02-1 ＞ 藁優(yōu) 2018 ＞ 中麥 175 ＞ 中麥 8 號(hào)。

表2 不同品種與追氮處理的小麥籽粒產(chǎn)量構(gòu)成及蛋白質(zhì)產(chǎn)量Table 2 Wheat grain yield, yield components and protein yield under different nitrogen topdressing rates

不同小麥品種產(chǎn)量三要素均在一定程度上受到追施氮肥量的影響。在N 75～135 kg/hm2范圍內(nèi)，增加追氮量對(duì)各品種的穗數(shù) (N135條件下藁優(yōu)2018除外)、穗粒數(shù)、千粒重均有提高作用。強(qiáng)筋小麥穗數(shù)較多，平均為714.0 × 104穗/hm2，中筋小麥為619.2× 104穗/hm2；穗粒數(shù)以中筋小麥較高 (32.7粒)，強(qiáng)筋小麥較低 (31.1粒)；千粒重以中筋小麥較高，平均達(dá)40.8 g，強(qiáng)筋小麥較低 (39.3 g)，但差異不顯著。隨著追氮量的增加，各小麥品種的生物產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)，差異達(dá)到顯著水平，N135條件下，表現(xiàn)為師欒 02-1 ＞ 中麥 175 ＞ 藁優(yōu) 2018 ＞ 中麥 8 號(hào)。

2.2 追氮量對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分的影響

2.2.1 品種與追氮量對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分的影響 表4可見，品種和氮素追施量均顯著影響著小麥籽粒中的總蛋白含量和各蛋白組分含量。4個(gè)品種相比，整體總蛋白含量表現(xiàn)為強(qiáng)筋小麥 (師欒02-1、藁優(yōu)2018) ＞ 中筋小麥 (中麥8號(hào)、中麥175)；清蛋白、球蛋白含量為中筋小麥 ＞ 強(qiáng)筋小麥；醇溶蛋白、谷蛋白則為強(qiáng)筋小麥 ＞ 中筋小麥；貯藏蛋白強(qiáng)筋小麥顯著高于中筋小麥；可溶性蛋白含量中筋小麥 ＞ 強(qiáng)筋小麥；谷蛋白與醇溶蛋白的比值則以強(qiáng)筋小麥較高。

隨追氮量的增加，各小麥品種籽粒各蛋白組分的含量均呈增加趨勢(shì)，且醇溶蛋白和谷蛋白的增加幅度高于清蛋白和球蛋白。與N75相比，N105、N135處理下的籽粒各蛋白組分、谷醇比和總蛋白含量均增加顯著；N105與N135相比，除去球蛋白和谷醇比外，其他蛋白組分和總蛋白含量差異也達(dá)到顯著水平。這表明，增加氮素追施量可以有效增加小麥籽粒中的蛋白質(zhì)含量和質(zhì)量。

由表4還可以得出，品種與追氮量之間對(duì)小麥籽粒蛋白及組分存在顯著的交互作用，除球蛋白含量外，總蛋白質(zhì)、清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白以及其他蛋白指標(biāo)均受到品種與追氮交互作用的顯著影響。

2.2.2 不同處理組合對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分的影響 從表5可見，參試品種蛋白質(zhì)含量對(duì)追氮量的反應(yīng)變化趨勢(shì)相似，除中麥175外，均表現(xiàn)為N75和N105處理間差異不顯著，N135處理則顯著高于N105和N75處理 (表5)。隨著追施氮量的增加，蛋白質(zhì)含量增幅最高的品種為中麥175，增幅為14.84%；其次為師欒02-1，增幅為9.79%；藁優(yōu)2018增幅為6.84%；增幅最小的中麥8號(hào)為4.93%。

表3 不同追氮處理下各品種小麥籽粒產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)產(chǎn)量Table 3 Yield components and protein yield of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

表4 不同品種與追氮處理的小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量 (%)Table 4 Contents of protein and protein components in grain of each wheat cultivar and different nitrogen trentments

表5 不同追氮處理下各品種小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量 (%)Table 5 Protein and protein component contents in grain of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

不同品種的清蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白隨著追氮量的增加顯著提高，球蛋白受影響則比較小。同類型品種相比較，師欒02-1的醇溶蛋白和谷蛋白含量較藁優(yōu)2018更易受到氮肥調(diào)控影響；中麥175對(duì)氮肥的敏感性則高于中麥8號(hào)。

各參試品種在追氮量為135 kg/hm2時(shí)，籽粒中各蛋白質(zhì)組分含量最高，但藁優(yōu)2018及中麥8號(hào)的各組分含量在N105和N135處理間差異不顯著。

2.3 追氮量對(duì)加工品質(zhì)的影響

2.3.1 品種和追氮量對(duì)加工品質(zhì)的影響 沉淀值、濕面筋含量、吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間、面包體積及面包評(píng)分均表現(xiàn)為強(qiáng)筋小麥顯著高于中筋小麥，且品種間差異顯著 (表6)。隨追氮量增加，沉淀值、濕面筋含量、吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、面包體積及面包評(píng)分等品質(zhì)指標(biāo)均顯著提高，弱化度則表現(xiàn)出相反的規(guī)律。這表明追施氮肥在N 75～135 kg/hm2范圍內(nèi)，可以顯著改善小麥的加工品質(zhì)。

2.3.2 不同處理組合對(duì)小麥加工品質(zhì)的影響 追施氮肥對(duì)不同小麥品種的加工品質(zhì)均有較大影響 (表7)。對(duì)于藁優(yōu)2018，N135處理的沉淀值、濕面筋、形成時(shí)間及粉質(zhì)評(píng)價(jià)值顯著高于N105處理，但吸水率、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度、面包體積與面包評(píng)分則表現(xiàn)為N135與N105處理間差異不顯著。

對(duì)于師欒02-1，濕面筋、形成時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間均以N135處理最高，顯著高于N105和N75處理；沉淀值、吸水率、弱化度則表現(xiàn)為N135與N105處理間差異不顯著，但顯著優(yōu)于N75處理；面包烘焙指標(biāo)受追氮量影響較小，三個(gè)氮肥處理間差異均不顯著。

中麥8號(hào)的加工品質(zhì)指標(biāo)中，除沉淀值外，N135處理與N105處理間差異不顯著。N105與N75兩個(gè)氮肥處理的沉淀值、濕面筋、弱化度及面包評(píng)分，差異顯著，其他性狀差異不顯著。表明每公頃追施105kg純氮，即可使中麥8號(hào)達(dá)到較好品質(zhì)。

中麥175品質(zhì)受氮肥影響相對(duì)較小，與N105處理相比，N135處理下除沉淀值、濕面筋及面包評(píng)分顯著提高外，其他指標(biāo)均無(wú)顯著差異，但顯著優(yōu)于N75處理；N105處理與N75處理間多數(shù)指標(biāo)差異不顯著。

可見，施氮量在105～135 kg/hm2范圍內(nèi)，供試小麥品種可獲得較好的加工品質(zhì)。

3 討論

3.1 追氮量與品種筋型對(duì)冬小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

有研究認(rèn)為，小麥產(chǎn)量主要受穗粒數(shù)和千粒重的影響[9]，另有試驗(yàn)表明，小麥產(chǎn)量主要決定于穗數(shù)和穗粒數(shù)[10]，而施氮量是通過增加穗數(shù)和穗粒數(shù)影響產(chǎn)量[11-12]；千粒重和品質(zhì)則主要決定于品種的遺傳特性[13]。小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素之間存在交互作用，趙廣才等[14]、郭明明等[15]研究表明，施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響不同，隨著施氮量的增加，千粒重顯著降低；穗數(shù)、穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量在270 kg/hm2處理下達(dá)到最大值。徐鳳嬌等[16]研究表明，不同品質(zhì)類型小麥的籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均隨施氮量增加呈先升高后降低的趨勢(shì)。強(qiáng)筋品種對(duì)氮肥較敏感，氮肥的增產(chǎn)作用較大[17]。

表6 不同品種與追氮處理的小麥籽粒加工品質(zhì)Table 6 Processing quality indicators of each wheat cultivar and different nitrogen treatments

表7 不同追氮處理下各小麥品種的加工品質(zhì)Table 7 Processing quality of each wheat cultivar under different nitrogen topdressing rates

本試驗(yàn)結(jié)果表明，追施氮肥對(duì)不同類型的小麥產(chǎn)量影響不顯著，與前人研究結(jié)果不盡相同，可能與供試品種和試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量較高有關(guān)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 追氮量與品種類型對(duì)小麥品質(zhì)的影響

前人研究表明，加工品質(zhì)受品種遺傳特性及氮肥運(yùn)籌影響顯著[18]。適當(dāng)?shù)卦鍪┑视欣谧蚜５鞍踪|(zhì)的積累及各組分比例的改善[19]。施氮對(duì)不同蛋白組分含量的影響不同[20]。趙廣才等[21]、趙長(zhǎng)星等[19]研究表明，醇溶蛋白、谷蛋白、總蛋白含量及谷醇比均隨施氮量增加顯著提高，清蛋白、球蛋白含量則分別在施氮量為300 kg/hm2、225 kg/hm2時(shí)取得最大值。馬少康等[22]則認(rèn)為，增施氮肥有利于清蛋白、谷蛋白含量的提高，但不利于球蛋白和醇溶蛋白含量的提高。本試驗(yàn)結(jié)果表明，總蛋白質(zhì)和貯藏蛋白含量表現(xiàn)為強(qiáng)筋小麥 ＞ 中筋小麥，可溶性蛋白和清蛋白含量表現(xiàn)為中筋小麥 ＞ 強(qiáng)筋小麥。籽粒蛋白質(zhì)及組分含量均隨追氮量的增加而提高，其中醇溶蛋白受影響最小。兩類小麥籽粒蛋白質(zhì)總量及組分含量均在追氮量為135 kg/hm2時(shí)達(dá)到最高值。

前人研究表明，適當(dāng)增加追氮量有利于改善小麥籽粒品質(zhì)[23]。雷鈞杰等[24]、趙廣才等[25]發(fā)現(xiàn)，冬小麥的濕面筋含量隨著施氮量的增加呈“先增后降”的變化趨勢(shì)。陸增根等[26]認(rèn)為，在施氮0～300 kg/hm2范圍內(nèi)，適當(dāng)增加氮肥用量可明顯改善強(qiáng)筋小麥的加工品質(zhì)，提高其沉淀值、濕面筋含量、吸水量、面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，降低弱化度。曹承富等[27]研究結(jié)果表明，施氮量與強(qiáng)筋和中筋品種的蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)。

趙廣才等[3]研究表明，當(dāng)施氮量超過225 kg/hm2后，氮素的調(diào)節(jié)效應(yīng)減弱，中強(qiáng)筋品種甚至出現(xiàn)負(fù)效應(yīng)。強(qiáng)筋品種的面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間和形成時(shí)間對(duì)氮素調(diào)節(jié)的響應(yīng)顯著，小麥品質(zhì)具有栽培可塑性。施氮可能使中筋小麥品種的某項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于強(qiáng)筋型[28]。溫明星等[29]、尹建義等[30]選用‘鎮(zhèn)麥168’為試驗(yàn)材料，其結(jié)果表明籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量、濕面筋和穩(wěn)定時(shí)間均隨追氮水平的增加呈拋物線變化。

本研究與上述結(jié)果有一定的相似之處，在本試驗(yàn)條件下，兩種品質(zhì)類型小麥品種的面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間差異較大，表現(xiàn)為強(qiáng)筋 ＞ 中筋。拔節(jié)期追施氮肥可顯著提高籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量、沉淀值、濕面筋、吸水率，延長(zhǎng)形成時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間，顯著改善小麥加工品質(zhì)。隨著追氮量增加，強(qiáng)筋和中筋小麥的面團(tuán)形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間均呈增加趨勢(shì)，但中筋小麥各施氮處理間差異不顯著，強(qiáng)筋小麥品種各施氮處理間差異達(dá)到顯著水平。

鑒于現(xiàn)有研究多數(shù)處于不同的生態(tài)區(qū)，選用的參試品種及土壤養(yǎng)分差異較大。因此，得出的最適追氮量范圍有一定的差異。故應(yīng)在更大的生態(tài)區(qū)及土壤類型范圍內(nèi)，選擇更多不同遺傳背景的品種進(jìn)行更加深入系統(tǒng)的研究，以得到更全面的結(jié)果服務(wù)生產(chǎn)。

4 結(jié)論

在追氮75～135 kg/hm2范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，強(qiáng)筋和中筋小麥產(chǎn)量及蛋白質(zhì)產(chǎn)量均顯著提高。各品種籽粒中蛋白質(zhì)及其組分含量均隨追氮量的增加而提高，濕面筋、吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間均顯著提高。各品質(zhì)指標(biāo)在品種間的差異均達(dá)到顯著水平，即優(yōu)良品質(zhì)的前提是優(yōu)良的品種，栽培措施則可以促進(jìn)或改善小麥品質(zhì)。本試驗(yàn)綜合考慮肥料投入量、小麥產(chǎn)量及品質(zhì)等指標(biāo)，強(qiáng)筋小麥于拔節(jié)期追氮135 kg/hm2，中筋小麥于拔節(jié)期追氮105 kg/hm2時(shí)，可兼顧較高的產(chǎn)量和品質(zhì)。