施氮量對弱筋小麥籽粒品質(zhì)與氮素利用的影響

王玲玲，吳文革，，李 瑞，胡 健，閆素輝，邵慶勤，許 峰，張從宇，周永進，李文陽，*

(1.安徽科技學院 農(nóng)學院，安徽 鳳陽 233100； 2.安徽省農(nóng)業(yè)科學院 水稻研究所，安徽 合肥 230031)

氮素是影響小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的重要栽培環(huán)境因子。氮肥運籌不僅決定著小麥的生長發(fā)育狀況和產(chǎn)量，對小麥籽粒品質(zhì)的形成亦有明顯影響[1]。研究表明，小麥植株各營養(yǎng)器官的氮素同化、積累和轉(zhuǎn)運與籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關[2-3]。在一定范圍內(nèi)隨施氮量提高，小麥籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量同時增加，面團的吸水性、可塑性和面包體積增加，小麥籽粒的營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)得到改善[4-5]。朱新開等[6]研究表明，適當增加施氮量或提高中后期施氮比例，均能提高不同類型專用小麥的籽粒產(chǎn)量，提高籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、降落值、沉降值、面團吸水率和評價值。

弱筋小麥又被稱為軟質(zhì)小麥，是指籽粒呈軟粉質(zhì)，蛋白質(zhì)含量低、面筋強度弱的小麥[7]，與國外所謂的軟麥類似。在我國，弱筋小麥制品以餅干、蛋糕、南方饅頭、南方包子等為主。隨著生活水平的提升，人們對于餅干、蛋糕等的消費需求快速增長，對優(yōu)質(zhì)弱筋小麥的需求量不斷增加[8]。改善籽粒品質(zhì)、提高氮素利用率是當前弱筋小麥生產(chǎn)中亟待解決的課題[9]。有研究顯示，弱筋小麥籽粒的氮肥生產(chǎn)效率、氮肥利用效率隨著施氮量的增加而降低[10]。為進一步優(yōu)化氮肥運籌，節(jié)約肥料資源，提高小麥品質(zhì)，本試驗特選用2個弱筋小麥品種，研究不同施氮量對其籽粒品質(zhì)和氮利用效率的影響，以期為相關生產(chǎn)應用與研究提供理論依據(jù)與技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2017—2018年在安徽科技學院科技種植園進行。供試小麥品種為江淮地區(qū)廣泛種植的弱筋品種寧麥13與一個新的弱筋品種皖西麥0638。2007年11月5日播種，2018年5月29日收獲。

試驗共設置4個施氮量：N0，不施氮；N120，折純N 120 kg·hm-2；N180，折純N 180 kg·hm-2；N240，折純N 240 kg·hm-2。氮肥分別于播前基施和拔節(jié)前期追施，基追比例為7∶3。磷肥用量折P2O575 kg·hm-2，鉀肥用量折K2O 120 kg·hm-2，均作為基肥一次性底施。

供試氮肥為尿素(N 46%)，山西蘭花集團化肥廠生產(chǎn)；供試磷肥為過磷酸鈣(P2O512%)，銅陵壯王肥業(yè)有限公司生產(chǎn)；供試鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)，中化化肥有限公司生產(chǎn)。

試驗采用隨機區(qū)組設計，每處理重復3次，每小區(qū)面積9 m2(3 m×3 m)，行距25 cm。

在每個小區(qū)的第3行內(nèi)插入鐵盒進行15N微區(qū)試驗。鐵盒規(guī)格：25 cm(長)×20 cm(寬)×20 cm(高)，土壤面積0.05 m2。鐵盒中施用15N標記尿素(豐度10%)。除試驗設計外，各處理的其他田間管理措施與試驗地一般的小麥高產(chǎn)田保持一致。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 產(chǎn)量與產(chǎn)量構成因素

于開花期(2018年4月20日)調(diào)查小麥穗數(shù)，于成熟期(2018年5月29日)調(diào)查穗粒數(shù)，并計算單位面積籽粒數(shù)。在小麥成熟期實收1 m2測產(chǎn)，并進行粒重測定。

1.2.2 品質(zhì)分析

用瑞典Perten公司生產(chǎn)的DA7200多功能近紅外品質(zhì)分析儀對小麥的籽粒品質(zhì)性狀(蛋白質(zhì)含量、硬度、沉降值、濕面筋含量、面團穩(wěn)定時間)進行測定。

1.2.3 氮積累量測算

于開花期和成熟期，在15N微區(qū)內(nèi)每處理每小區(qū)選長勢均勻一致且有代表性的小麥植株10株進行測定。在成熟期，將植株分為營養(yǎng)器官和籽粒2部分。所有樣品于70 ℃烘至恒重，用微型植物粉碎機粉碎，過100目篩，采用凱氏定氮法測定氮含量，15N豐度用美國Thermo Electron公司生產(chǎn)的Delta V Advantage同位素比質(zhì)譜儀測定。植株不同部位的氮素積累量、氮素來源、氮肥利用效率等的計算參照文獻[2，11-12]的方法進行。計算公式如下：

籽粒蛋白質(zhì)含量=籽粒全氮含量×5.7；

植株各器官氮素積累量=器官質(zhì)量×氮素含量；

植株積累氮素來自肥料氮的比例=(器官中15N豐度-0.366 3)×100/(肥料中15N豐度-0.366 3)；

植株積累氮素來自肥料氮的量=植株積累總氮量×植株積累氮素來自肥料氮的比例；

植株積累氮素來自土壤氮的量=植株積累總氮量-植株積累氮素來自肥料氮的量；

植株積累氮素來自土壤氮的比例=植株積累氮素來自土壤氮的量/植株積累總氮量；

營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量=開花期營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量；

轉(zhuǎn)移率=營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)移量/開花期營養(yǎng)器官氮素積累量；

氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量/植株積累總氮量；

氮素收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量/植株積累總氮量；

氮肥生產(chǎn)效率=籽粒產(chǎn)量/施氮量；

氮肥收獲指數(shù)=籽粒氮素積累量中來源于肥料的部分/植株氮素積累量中來源于肥料的部分。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013和DPS 7.05統(tǒng)計軟件進行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒產(chǎn)量及其構成因素

雙因素(小麥品種、施氮量)方差分析結(jié)果顯示：施氮量對小麥的單位面積籽粒數(shù)和產(chǎn)量均具有極顯著(P<0.01)影響；小麥品種及其與施氮量的交互項僅對單位面積籽粒數(shù)有極顯著(P<0.01)影響；施氮量、小麥品種，以及兩者的交互項對小麥千粒重均無顯著影響。具體地，對于供試的2種小麥來說，不同處理下單位面積籽粒數(shù)存在顯著差異，均以N0處理下的單位面積籽粒數(shù)和產(chǎn)量最低，且顯著(P<0.05)低于其他處理(表1)。在N180處理下，寧麥13和皖西麥0638的單位面積籽粒數(shù)與產(chǎn)量均達到最高值?？梢?，適宜的施氮量有利于小麥高產(chǎn)，過量施用氮肥對提高小麥單位面積籽粒數(shù)和產(chǎn)量的效果不明顯。

2.2 品質(zhì)性狀

雙因素(小麥品種、施氮量)方差分析結(jié)果顯示：施氮量對小麥的蛋白質(zhì)含量、硬度、濕面筋含量、沉降值和穩(wěn)定時間均有極顯著(P<0.01)影響；小麥品種及其與施氮量的交互項僅對濕面筋含量有極顯著(P<0.01)影響；小麥品種對上述指標均無顯著影響?？偟膩砜矗瑢τ?種供試小麥來說，隨著施氮量增加，小麥的蛋白質(zhì)含量、硬度、濕面筋含量、沉降值和穩(wěn)定時間均呈現(xiàn)出上升趨勢(表2)。

2.3 施氮量與籽粒蛋白質(zhì)、濕面筋含量的關系

對施氮量與籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量進行相關性分析，兩者均呈現(xiàn)線性關系(圖1)。當施氮量為0～240 kg·hm-2，蛋白質(zhì)含量(y1)和施氮量(x)的擬合方程為y1=0.017 5x+10.212(R2=0.962 4)，濕面筋含量(y2)和施氮量的擬合方程為y2=0.044 1x+19.768(R2=0.851 6)。參照國家標準GB/T 17320—2013《小麥品種品質(zhì)分類》，弱筋小麥的籽粒蛋白質(zhì)含量應低于12.5%，濕面筋含量應低于26%。以y1=12.5、y2=26為上限，代入擬合方程，可求得相應的施氮量上限分別為130.7、141.3 kg·hm-2。

表1 不同處理對小麥產(chǎn)量及其構成因素的影響

表2 不同處理對小麥品質(zhì)性狀的影響

圖1 小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量與施氮量的關系Fig.1 Relationship within grain protein content，wet gluten content and nitrogen rate of wheat

2.4 開花期與成熟期氮素積累

15N示蹤結(jié)果表明：供試的2種弱筋小麥開花期單株植物積累的總氮量為18.08～29.57 mg，其中來源于肥料氮的量為2.45～8.44 mg，來源于土壤氮的量為17.64～24.02 mg(表3)。成熟期，小麥營養(yǎng)器官中積累的總氮量為3.61～10.57 mg，其中來源于肥料氮的量為1.80～5.11 mg，來源于土壤氮的量為1.86～5.88 mg；籽粒中積累的總氮量為15.27～38.09 mg，其中來源于肥料氮的量為2.04～5.97 mg，來源于土壤氮的量為15.27～32.12 mg(表4)?？梢姡┰嚨娜踅钚←湡o論是在開花期，還是在成熟期，其植株、籽粒中積累的氮素均主要來源于土壤。當施氮量為120～240 kg·hm-2時，隨著施氮量增加，2種弱筋小麥成熟期籽粒中來源于肥料氮的量均呈先增加后降低的趨勢，且以施氮量180 kg·hm-2時來源于肥料氮的量最高。

2.5 花后營養(yǎng)器官氮素的轉(zhuǎn)運

在本試驗條件下，弱筋小麥花后單株植物的營養(yǎng)器官氮轉(zhuǎn)移量為12.82～20.88 mg，其中來源于肥料氮的轉(zhuǎn)移量為0.19～3.54 mg，來源于土壤氮的轉(zhuǎn)移量為12.82～18.65 mg；弱筋小麥花后營養(yǎng)器官氮轉(zhuǎn)移率為63.62%～80.05%，其中來源于肥料氮的轉(zhuǎn)移率為7.12%～41.96%，來源于土壤氮的轉(zhuǎn)移率為29.30%～80.05%(表5)?？梢?，弱筋小麥花后，營養(yǎng)器官向籽粒轉(zhuǎn)移的氮主要來源于土壤中的氮。當施氮量為120～240 kg·hm-2，隨著施氮量增加，2種弱筋小麥花后營養(yǎng)器官氮轉(zhuǎn)移量中來源于肥料氮的量均呈上升趨勢，而來源于土壤氮的轉(zhuǎn)移率下降。

2.6 氮素利用效率

雙因素(小麥品種、施氮量)方差分析結(jié)果顯示：施氮量對小麥的氮素收獲指數(shù)、氮肥收獲指數(shù)、氮肥生產(chǎn)效率和氮素利用效率均有極顯著(P<0.01)影響；小麥品種及其與施氮量的交互項對氮肥收獲指數(shù)和氮素利用效率有極顯著(P<0.01)影響，對氮素收獲指數(shù)有顯著(P<0.05)影響；小麥品種對氮素收獲指數(shù)有顯著(P<0.05)影響，對氮肥收獲指數(shù)有極顯著(P<0.01)影響。當施氮量為120～240 kg·hm-2，供試的2種弱筋小麥的氮素利用效率為25.68～44.76 kg·kg-1，氮肥生產(chǎn)效率為25.16～50.82 kg·kg-1(表6)。隨著施氮量增加，2種供試弱筋小麥的氮肥生產(chǎn)效率顯著(P<0.05)下降。

表3 不同處理對開花期單株小麥氮素積累的影響

表4 不同處理對成熟期單株小麥氮素積累的影響

表5 不同處理對小麥花后營養(yǎng)器官氮素轉(zhuǎn)運的影響

3 討論

氮素形態(tài)作為調(diào)控小麥氮素營養(yǎng)的途徑之一[13-14]，對冬小麥籽粒的產(chǎn)量與品質(zhì)形成具有重要影響[15-18]。合理施用氮肥對小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)來說至關重要[19]。研究表明，適當增加氮肥用量可顯著提高小麥籽粒的產(chǎn)量[20-22]。因此，若想實現(xiàn)弱筋小麥的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，需要合理運籌氮肥，協(xié)調(diào)籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量。本試驗結(jié)果表明，不同施氮量下小麥籽粒產(chǎn)量存在顯著差異。隨著施氮量的增加，小麥籽粒產(chǎn)量先隨之增加，當施氮量為180 kg·hm-2時，2種供試的弱筋小麥品種的籽粒產(chǎn)量均達到最高，繼續(xù)增施氮肥，小麥籽粒產(chǎn)量反而下降?？梢?，適量施用氮肥有利于小麥產(chǎn)量的增加，但過量施用氮肥可能適得其反。

表6 不同處理對小麥氮素利用的影響

氮素是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)最主要的因素之一，合理施用氮肥對小麥籽粒品質(zhì)的形成有明顯的調(diào)節(jié)作用[23]。研究表明，在一定范圍內(nèi)增施氮肥，可顯著提高籽粒產(chǎn)量和改善籽粒的品質(zhì)[24]。韓立杰等[25]研究認為，在0～225 kg·hm-2，增施氮能提高小麥籽粒品質(zhì)。徐鳳嬌等[26]研究表明，不同品質(zhì)類型小麥的籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量均隨施氮量增加呈先升高后降低的趨勢。研究表明，在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，小麥籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)和濕面筋含量顯著增加，但當施氮量超過此范圍時，籽粒蛋白質(zhì)含量會超過國家弱筋小麥標準[27-28]。本試驗研究認為，當籽粒蛋白質(zhì)、濕面筋含量符合國家標準GB/T 17320—2013《小麥品種品質(zhì)分類》時，對應的施氮量上限分別為130.7 kg·hm-2和141.3 kg·hm-2。這與張向前等[29]得出的當施氮量為120 kg·hm-2時，小麥符合弱筋小麥國家標準的結(jié)論基本一致。

適量施用氮肥有利于提高弱筋小麥的籽粒產(chǎn)量，改善籽粒品質(zhì)，不合理施用氮肥則會導致產(chǎn)量增加不明顯，氮利用效率降低，并浪費肥料，污染土壤環(huán)境[30]。施氮量對小麥氮素吸收和利用的影響存在差異，隨施氮量提高，氮素收獲指數(shù)下降，氮素利用效率也下降[31]。趙俊曄等[32]認為，施氮量增加，氮素吸收效率和氮素利用效率下降，氮肥生產(chǎn)效率降低，氮素收獲指數(shù)亦降低。本試驗顯示，當施氮量為120～240 kg·hm-2，隨著施氮量增加，弱筋小麥成熟期籽粒積累的氮中來源于肥料的量呈先增加后降低的趨勢。施氮量對小麥的氮素收獲指數(shù)、氮肥收獲指數(shù)、氮肥生產(chǎn)效率和氮素利用效率均有極顯著影響。隨著施氮量增加，供試弱筋小麥的氮肥生產(chǎn)效率顯著下降。