增密減氮對弱筋小麥‘寧麥13’產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

徐 俊，姚 遠，錢晨誠，丁錦峰，李春燕，朱新開，郭文善，朱 敏

（江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省作物栽培生理重點實驗室，揚州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇揚州 225009）

0 引言

作為中國的主要糧食之一，小麥有著重要的商品價值和戰(zhàn)略儲備價值，在糧食生產(chǎn)消費中有著極其重要的地位，實現(xiàn)小麥優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的群體結(jié)構(gòu)指標，對中國人民生活來說具有重要的意義[1]。其中江蘇沿江地區(qū)因降雨量較多，小麥灌漿期蛋白質(zhì)合成受阻，導(dǎo)致面筋含量偏低，有利于弱筋小麥品質(zhì)形成，因此江蘇沿江地區(qū)已成為最大的弱筋小麥生產(chǎn)基地。但生產(chǎn)上弱筋小麥大多數(shù)采用增施氮肥來提高產(chǎn)量但同時也會導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)含量的增加，弱筋小麥品質(zhì)達標率下降[2-3]。同時由于沒有配套的栽培措施，生產(chǎn)出的弱筋小麥品質(zhì)變化較大，品質(zhì)不穩(wěn)定。因此，構(gòu)建弱筋小麥優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的栽培模式顯得尤為重要。

低蛋白、低筋力是劃分小麥為弱筋小麥的重要依據(jù)，通過降低生產(chǎn)中氮肥的施用量，雖然品質(zhì)符合弱筋小麥標準，但由此會導(dǎo)致小麥產(chǎn)量降低，產(chǎn)量與品質(zhì)兩者難以統(tǒng)一協(xié)調(diào)。另外，由于生產(chǎn)中弱筋小麥栽培措施難以標準化實施，弱筋小麥品質(zhì)變異幅度大，造成弱筋小麥產(chǎn)量不高、弱筋不弱等問題。馬廷臣等認為影響小麥品質(zhì)的主要因素為施氮量，姚金保等[4]研究指出適當?shù)脑黾铀┑?，會使小麥產(chǎn)量上升，同時也會提高小麥中蛋白質(zhì)和濕面筋的含量，導(dǎo)致所種品種品質(zhì)與弱筋小麥國家標準相違背(GB/T 17320—2013)，因此合理的施氮量是實現(xiàn)弱筋小麥優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。在小麥大田生產(chǎn)中，小麥的產(chǎn)量與其種植密度息息相關(guān)，種植密度過低導(dǎo)致小麥劍葉葉綠素含量持續(xù)時間短，從而導(dǎo)致單位面積穗數(shù)降低，影響其產(chǎn)量形成；而過高的種植密度會導(dǎo)致小麥基本苗不足，劍葉葉綠素含量前期高，中期下降過快，從而花后光合產(chǎn)物積累少，最終引起千粒重和單位面積穗數(shù)的降低，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量減少[5]。小麥的莖蘗成穗率、群體光合能力以及群體結(jié)構(gòu)，在一定程度上受到種植密度的影響，而合理的種植密度有利于產(chǎn)量的形成[6]。前人研究認為[7-8]，氮肥的合理施用能夠促進小麥的營養(yǎng)器官生長，從而使小麥群體結(jié)構(gòu)達優(yōu)。彭永欣等[9-10]研究表明，合理的增加施氮量有利于增加小麥的產(chǎn)量，當施氮量超過240 kg/hm2時，則影響小麥產(chǎn)量形成，造成減產(chǎn)。

本研究以弱筋小麥‘寧麥13’為試驗材料，設(shè)置不同的密度和施氮量，分析產(chǎn)量、品質(zhì)指標的關(guān)系研究增密減氮對產(chǎn)量和品質(zhì)調(diào)優(yōu)的影響，旨在提出小麥優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的最佳密肥組合模式，從而實現(xiàn)弱筋小麥優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)相協(xié)調(diào)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。以期為大田生產(chǎn)上制定弱筋小麥優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的栽培模式提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

2018—2020年在揚州儀征進行兩年試驗，選用弱筋品種‘寧麥13’作為試驗材料，采用小區(qū)試驗，共設(shè)置5個密度與肥料組合模式（表1），氮肥運籌為7:1:2:0，分別為基肥在播種之前施用，壯蘗肥在小麥三葉一心至四葉期施用，拔節(jié)肥在拔節(jié)期施用，孕穗肥在孕穗期施用，磷鉀肥各90 kg/hm2，隨基肥一次性底施。每個小區(qū)9 m2，每個處理設(shè)置3個重復(fù)。10月底人工整地，機械開溝等工作，并于11月2日適期播種，于11月26日間苗。期間采用常規(guī)大田高產(chǎn)模式管理。

表1 密肥組合模式

1.2 測定項目與方法

1.2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成要素 在小麥成熟期時測定每小區(qū)田間單位面積穗數(shù)及每穗粒數(shù)；使用脫粒機脫粒并將其曬干，數(shù)3個1000粒并稱重。使用美國產(chǎn)FOSS-370型近紅外線谷物分析儀測定水分含量，折算成13%水分時的千粒重進行計算。每小區(qū)收獲1 m2計產(chǎn)，折算成籽粒含水率為13%時的產(chǎn)量。

1.2.2 葉面積指數(shù)和花后干物質(zhì)積累量 于小麥各關(guān)鍵生育期（越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期）在每個小區(qū)取樣20株，測出其葉面積指數(shù)(LAI)和莖蘗數(shù)，將樣品分器官在烘箱內(nèi)105℃殺青1 h，80℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)積累量，重復(fù)3次。

1.2.3 花后旗葉SPAD值和光合性能 分別于開花期和乳熟期，采用SPAD502葉綠素儀（SPECTRUM，美國）測定SPAD值，重復(fù)5次。

1.2.4 籽粒品質(zhì) 籽粒容重：成熟期取籽粒，采用上海東方衡器有限公司生產(chǎn)的HGT-1000型容重儀測定籽粒容重

籽粒硬度：成熟期取籽粒，采用JYDB100X40硬度儀測定籽粒的硬度。分為硬質(zhì)型，中硬質(zhì)型和軟質(zhì)型小麥，其中硬度指數(shù)大于60%為硬質(zhì)型，硬度指數(shù)介于50%～60%（含60%）為中硬質(zhì)型，硬度指數(shù)介于40%～50%（含50%）為軟質(zhì)型。

籽粒出粉率：采用Brabender磨粉儀(D-28033)磨成面粉，分離出面粉和麩皮，籽粒出粉率的計算見公式(1)。

1.2.5 籽粒加工品質(zhì)

（1）蛋白質(zhì)含量：取成熟期籽粒，采用H2SO4-H2O2靛酚藍比色法測定其含氮量，乘以5.7即為蛋白質(zhì)含量。

（2）濕面筋含量：使用美國產(chǎn)FOSS-370型近紅外線谷物分析儀測定其濕面筋含量。

（3）沉降值：采用Brabender磨粉儀(D-28033)磨成面粉，并運用SDS常量法測定沉降值。

1.2.6 籽粒面粉品質(zhì) 面粉糊化特性：參照AACC60-02方法測定。含水量為14%時，稱取3.00 g面粉，蒸餾水25 mL放入測試罐中，每個樣品測定重復(fù)3次。使用澳大利亞Newport Scientific儀器公司生產(chǎn)的快速粘度分析儀測定面粉的糊化特性。

面粉溶劑保持力(SRC)：按照AACC 56-11方法測定4種SRC指標，準確稱取(1.000±0.01)g小麥粉放入10 mL離心管中，加入不同溶劑[蒸餾水、5%(W/W)乳酸、50%(W/W)蔗糖、5%(W/W)碳酸鈉]5±0.01 g，室溫溶漲，溶脹期間每隔5 min震蕩約5 s，待20 min后與1000 r/min離心15 min，棄去上清液，倒扣在吸水紙上，瀝干后稱重。SRC的計算見公式(2)。同時算出GPI（面筋性能指數(shù)），見公式(3)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、SigmaPlot10.0繪圖，用SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 增密減氮模式下小麥籽粒品質(zhì)的差異

由表2兩年實驗數(shù)據(jù)表明，小麥的磨粉品質(zhì)、沉降值、出粉率以及濕面筋含量等受施氮量與種植密度互作的影響。在施氮量為240 kg/hm2的相同條件下，隨著小麥田間種植密度的上升，小麥蛋白質(zhì)與濕面筋含量、沉降值都呈現(xiàn)先升高再下降的趨勢，其中蛋白質(zhì)含量在M2N1模式下為11.68%和10.55%，M3N1模式僅為11.53%和8.9%，同時濕面筋含量和沉降值的變化也與蛋白質(zhì)的變化趨勢相同，種植密度一樣的條件下，施氮量與籽粒蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)，蛋白質(zhì)最高達11.68%和10.55%，施氮量較低的條件下僅為11.08%與9.9%，差異顯著。籽粒容重、硬度和出粉率無顯著的變化。同時相較于第一年，第二年的蛋白質(zhì)含量顯著降低，可能是由于第二年粒數(shù)過高導(dǎo)致粒重降低，從而導(dǎo)致干物質(zhì)積累量降低，降低了小麥的氮素的積累。

表2 增密減氮模式下小麥籽粒品質(zhì)的差異

2.2 增密減氮模式下小麥面粉溶劑保持力的差異

‘寧麥13’溶劑保持力結(jié)果如表3所示，小麥面粉溶劑保持力受密肥影響大，面筋性能指數(shù)(GPI)變幅較小，第一年范圍為0.37～0.48，第二年為0.42～0.52。其中，第一年蔗糖SRC值最大，水SRC值最??；第二年碳酸鈉SRC值最大，水SRC值最小?！畬廂?3’的GPI小于0.6，表明總體上弱筋品質(zhì)較好，可以通過栽培措施手段改善‘寧麥13’品質(zhì)以達到優(yōu)質(zhì)弱筋小麥標準。

表3 增密減氮模式下小麥面粉溶劑保持力(SRC)的差異

2.3 增密減氮模式下小麥面粉糊化特性的差異

由表4兩年實驗數(shù)據(jù)可知，峰值粘度和最終粘度的密度處理為180萬/hm2＞240萬/hm2＞300萬/hm2。當密度為240萬/hm2時，施氮量對峰值粘度、低谷粘度、稀懈值、最終粘度、反彈值的影響表現(xiàn)為150 kg/hm2＜180 kg/hm2＜240 kg/hm2。由此可知當密度一定時，施氮量對最終粘度和反彈值有顯著影響，表現(xiàn)為施氮量的增加有上升的趨勢。當密度為240萬/hm2，施氮量為180 kg/hm2，峰值粘度、最終粘度、低谷粘度、稀懈值和反彈至都較小，有利于弱筋小麥‘寧麥13’品質(zhì)的改善。

表4 增密減氮模式下小麥糊化特性的差異

2.4 增密減氮模式下小麥LAI的差異

由表5可知，小麥LAI隨著時期而不斷變化，基本在孕穗期出現(xiàn)最大值。不同的施氮量與種植密度對小麥各時期的LAI都會產(chǎn)生影響。且各模式間均存在差異，各時期的表現(xiàn)均為M2N1高于M1N1和M3N1，說明在相同施氮量水平下過高或過低密度都會使小麥的葉面積指數(shù)下降；同時前期小麥LAI最高值出現(xiàn)在M2N1模式為0.71，說明前期施氮肥可以有效的增大葉面積，但后期小麥葉面積指數(shù)會顯著降低，說明隨著后期施氮量的減少，各模式間的葉面積指數(shù)也發(fā)生了變化，最大值出現(xiàn)在M2N3模式，拔節(jié)、孕穗和開花期具體數(shù)值為4.11、7.61和4.92，說明在相同密度條件下增施氮肥可以促進小麥葉面積指數(shù)，但過量增加氮肥會導(dǎo)致葉面積指數(shù)的降低。綜上所述，種植密度與氮肥對小麥葉面積有著促進的作用，但過高的氮肥與種植密度會導(dǎo)致小麥葉面積指數(shù)的降低。

表5 增密減氮模式下小麥LAI的差異

2.5 增密減氮模式下小麥莖蘗動態(tài)的差異

由表6可知，不同種植模式下的小麥其群體結(jié)構(gòu)中的莖蘗動態(tài)也不同，其中莖蘗數(shù)最大值均出現(xiàn)在拔節(jié)期，后期則出現(xiàn)了不同程度的降低，M1N1模式成穗率最高為39.24%，但由于其本身的密度不高，成熟期穗數(shù)不高僅為438×104株/hm2，其次為M2N1，成穗率為39.07%，因基本苗起點高，最終成穗數(shù)高于M3N1模式，但過量的增密會導(dǎo)致成穗率下降，可能是由于過高的氮肥導(dǎo)致莖蘗數(shù)增加從而使群體內(nèi)競爭加劇，無效分蘗數(shù)增加，導(dǎo)致最終成穗率不高。

表6 增密減氮模式下小麥莖蘗動態(tài)的差異

2.6 增密減氮模式下小麥干物質(zhì)積累量的差異

由表7可知，花后干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量密切相關(guān)，積累量越多的處理產(chǎn)量也就越高。在施氮量相同的情況下，種植密度越高，小麥前期的干物質(zhì)積累量也越多，但是從開花期開始，高密條件下小麥的積累量卻出現(xiàn)下降的趨勢，從而導(dǎo)致花后干物質(zhì)積累量最大值出現(xiàn)在M2N1模式下為5357.8 kg/hm2；而在種植密度相同的條件下，施氮量越多，各時期的干物質(zhì)積累量總體來說也越高，綜上所述小麥花后干物質(zhì)積累量的提高得益于合理的密肥互作組合，有利于產(chǎn)量的提高。過高的種植密度與施氮量會導(dǎo)致小麥群體內(nèi)競爭加劇，從而使小麥后期的干物質(zhì)積累量降低，導(dǎo)致小麥生長受阻產(chǎn)量降低。

表7 增密減氮模式下小麥干物質(zhì)積累量的差異

2.7 增密減氮模式下小麥花后旗葉SPAD值的差異

由表8可知，小麥的SPAD值基本在花后7天達到最大值，后開始降低，同時相比與產(chǎn)量，較高產(chǎn)量的處理SPAD值也會高于別的處理，說明小麥劍葉SPAD值與產(chǎn)量呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，前期各處理的SPAD最大值均出現(xiàn)在M2N4模式，說明增施氮肥可以顯著提高小麥劍葉SPAD值，后期以M2N1模式與M2N3模式SPAD值較大，分別為47.77和47.4，說明在相同施氮量條件下，各時期的SPAD值與種植密度的大小并無關(guān)聯(lián)，但是過高的密度會導(dǎo)致SPAD值降低幅度增大，從而降低SPAD值，影響產(chǎn)量；在相同密度條件下，隨著施氮量的增加，各時期的SPAD值總體也在增加，呈正相關(guān)的關(guān)系，但是低密度情況下會導(dǎo)致后期SPAD值降幅過大，進而影響產(chǎn)量。

表8 增密減氮模式下小麥旗葉SPAD值的差異

2.8 增密減氮模式下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的差異

由表9兩年數(shù)據(jù)可知小麥的產(chǎn)量既受種植密度影響也受施氮量的影響，其中M2N1模式產(chǎn)量最高為7959.67 kg/hm2和 9128.87 kg/hm2，M2N2 模式最低為6116.67 kg/hm2和5234.27 kg/hm2，而造成產(chǎn)量差異的原因就在于產(chǎn)量的三要素，M2N1產(chǎn)量三要素都高于其他處理，因此產(chǎn)量最高，同時M1N1產(chǎn)量較低的原因是密度低導(dǎo)致的穗數(shù)不足，僅為438.33×104/hm2，所以產(chǎn)量不高，M3N1則是因為密度過大加大了群體內(nèi)的競爭所以導(dǎo)致穗數(shù)，粒數(shù)和千粒重都不高。說明在施氮量相同的條件下，小麥的產(chǎn)量與種植密度呈正相關(guān)關(guān)系，但密度不斷增加產(chǎn)量卻會出現(xiàn)下降的趨勢；同時在相同種植密度條件下，施氮量增加有利于小麥產(chǎn)量三要素的增加。但過高的施氮量會導(dǎo)致小麥蛋白質(zhì)含量過高，從而超過弱筋小麥的標準。

表9 增密減氮模式下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的差異

3 討論

本試驗所在的年度，第二年出苗期間出現(xiàn)持續(xù)干旱天氣，影響了種子的萌發(fā)，同時因疫情的影響，導(dǎo)致田間管理不足，田間雜草偏多，小麥的生長受到抑制，分蘗降低，導(dǎo)致穗數(shù)較少。同時后期光照充足，每穗粒數(shù)增加，從而獲得了高產(chǎn)。

前人研究表明，小麥籽粒品質(zhì)受到多個條件的互作影響，在本試驗條件下，小麥的種植密度和施氮量都會影響其籽粒的品質(zhì)，朱冬梅等[11]試驗表明濕面筋含量與所施肥料的含氮量成正相關(guān)。束林華等[12]提出，通過增施氮肥來提高小麥籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量時，對施氮量有一定的要求，當施氮量高于這個臨界值，弱筋小麥就會由于蛋白質(zhì)含量超標不符合國家標準。適當?shù)脑黾用芏扰c施氮量會顯著提高小麥籽粒的品質(zhì)，而種植密度與施氮量過高則會導(dǎo)致濕面筋含量減少[13-14]，小麥籽粒硬度、出粉率和沉降值的下降，從而降低小麥的籽粒品質(zhì)。本試驗中，弱筋小麥‘寧麥13’SRC值變化較大，受栽培措施的影響大，品質(zhì)較不穩(wěn)定，其中GPI值變化范圍在弱筋小麥的范圍之內(nèi)，反映出‘寧麥13’的品質(zhì)較優(yōu)。‘寧麥13’的RVA特性在240萬/hm2密度條件下，施氮量增加會導(dǎo)致粘度儀參數(shù)的降低，說明‘寧麥13’面團韌性強。施氮量在150 kg/hm2和180 kg/hm2時，所得小麥籽粒品質(zhì)與國家弱筋小麥標準相符合，但當施氮量為240 kg/hm2，小麥的蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量與國家標準相違背，不再滿足弱筋小麥品種要求。此試驗結(jié)果與李春燕等[15]研究得出的施氮量對弱筋小麥品質(zhì)有顯著影響且不應(yīng)超過240 kg/hm2的結(jié)論相同。所以在保證小麥滿足國家弱筋小麥標準的條件下實現(xiàn)弱筋小麥高品質(zhì)化，應(yīng)該控制總施氮量為180 kg/hm2，就可以獲得優(yōu)質(zhì)弱筋小麥籽粒[16-17]。

小麥的產(chǎn)量主要由栽培措施中的種植密度以及施氮量決定[18-20]。蘇玉環(huán)等[21]研究的數(shù)據(jù)表明，小麥的種植密度對單位面積穗數(shù)、千粒重、莖蘗成穗率等因素影響十分顯著，并且由此得出種植密度應(yīng)隨著小麥品種分蘗特性的不同而改變這一建議。于振文等[22-23]由試驗結(jié)果提出，當種植密度較低時，便于小麥通風以及透光，從而可提高其光合作用能力，然而低密度的種植也會導(dǎo)致單位面積收獲的小麥穗數(shù)不夠，影響最終產(chǎn)量；而增大種植密度雖然可以增加單位面積收獲的小麥穗數(shù)，但是單位面積小麥群體過大會導(dǎo)致倒伏，因此一味地擴大小麥的種植密度反而會對群體的構(gòu)建造成不良影響。由此可知，調(diào)整小麥的種植密度是我們協(xié)調(diào)小麥個體與群體關(guān)系的一個重要手段，通過試驗研究我們可以找到小麥產(chǎn)量實現(xiàn)最大化的栽培模式。王月福等[24]研究提出，適當?shù)靥岣咝←湹氖┑恳彩翘岣咝←湲a(chǎn)量的一個重要方法，因為氮肥可以增加單位面積的小麥穗數(shù)以及穗粒數(shù)，但是過度施氮卻會導(dǎo)致產(chǎn)量減少[25]。在生產(chǎn)過程中我們可以將合適的種植密度以及施氮量同時作用在小麥的生產(chǎn)上，利用密氮互作方法使得小麥群體花后的光合效率依然保持著高水平，由此增強小麥群體后期的光合性能，提高干物質(zhì)積累量，最終擴大小麥的產(chǎn)量[26]。本試驗數(shù)據(jù)表明，300×104/hm2密度條件下產(chǎn)量僅為6904.5 kg/hm2，遠低于240×104/hm2密度下的 7959.67 kg/hm2，說明過高密度會導(dǎo)致產(chǎn)量的降低；同時在相同密度條件下，高施氮量則會導(dǎo)致品質(zhì)的降低，270 kg/hm2施氮水平下，籽粒蛋白質(zhì)含量過高導(dǎo)致小麥品質(zhì)不符合弱筋小麥標準，與前人的觀點一致。

本試驗為弱筋小麥提供了一套優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的栽培模式，但由于僅在江蘇地區(qū)種植所以無法確定是否可以適用于更大范圍，因此下一步的計劃就是在各個不同的地區(qū)進行種植以此確保弱筋小麥的優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的栽培模式的適用地區(qū)。

4 結(jié)論

在本試驗條件下，不同密肥模式下小麥品質(zhì)、群體結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量及其構(gòu)成存在顯著差異，M1N1、M3N1、M2N2、M2N3模式下為弱筋小麥群體，且可以在揚州地區(qū)達到6000 kg/hm2以上的高產(chǎn)，采用種植密度為240×104/hm2的基本苗，同時施氮量為180 kg/hm2，氮肥運籌比例為7:1:2:0的栽培模式，弱筋小麥的優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)具有較高產(chǎn)量、LAI、莖蘗成穗率、SPAD值和干物質(zhì)積累量同時籽粒品質(zhì)符合弱筋小麥標準，低筋力、低蛋白、穩(wěn)定的面筋性能指數(shù)以及糊化特性。這些指標都可以通過栽培模式進行調(diào)控，應(yīng)在弱筋小麥的優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)群體中加以重視。