氮、硫肥配施對(duì)稻茬麥氮素利用及籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

申丹丹，牛軼男，朱 敏，李春燕，朱新開(kāi)，丁錦峰，郭文善

(揚(yáng)州大學(xué)江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué)小麥研究中心，江蘇揚(yáng)州 2250009)

氮素是小麥生長(zhǎng)發(fā)育和蛋白質(zhì)合成所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的限制性因子。適量施氮可促進(jìn)小麥花后光合物質(zhì)的積累，進(jìn)而提高產(chǎn)量。吳培金等認(rèn)為，小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量均隨施氮量增加而增加。謝迎新等發(fā)現(xiàn)，過(guò)高的施氮量會(huì)顯著降低小麥氮肥偏生產(chǎn)力和氮利用效率。適宜的施氮量對(duì)提高小麥產(chǎn)量和改善籽粒品質(zhì)具有重要作用。

硫素是植物生長(zhǎng)必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素之一。缺硫會(huì)影響小麥籽粒蛋白質(zhì)含量及麥谷蛋白和醇溶蛋白在總蛋白中的比例，影響面粉的品質(zhì)。施用硫肥對(duì)作物的產(chǎn)量、蛋白質(zhì)和淀粉積累有較大的影響。Tao等認(rèn)為，施用硫肥可顯著提高小麥籽?？偟鞍缀偷矸酆浚⒃黾庸鹊鞍缀痛既艿鞍缀恳约肮鹊鞍着c醇溶蛋白的比值。楊安中等研究表明，基施硫肥不僅能增加小麥產(chǎn)量，還能提高小麥籽粒蛋白質(zhì)和面筋含量，改善其品質(zhì)。

氮素和硫素在植物體內(nèi)進(jìn)行相似的同化途徑，二者具有明顯的相互作用，硫素缺乏時(shí)會(huì)減少氮同化。硫供應(yīng)受限時(shí)，小麥不能充分發(fā)揮其產(chǎn)量潛力。氮和硫同時(shí)施用時(shí)，小麥氮素利用效率和產(chǎn)量都有所提高。隨著氮肥施用量的增加，作物氮肥利用率降低，作物產(chǎn)量和品質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化，而且氮、硫肥的不合理施用會(huì)造成籽粒品質(zhì)變劣。稻茬小麥主要分布于我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)，在江蘇、安徽、湖北等省份種植面積大、占比高。減氮條件下，硫肥施用能否提升稻茬小麥氮素利用效率、增加籽粒產(chǎn)量、改善籽粒品質(zhì)有待明確。本試驗(yàn)在水稻秸稈全量還田條件下，研究氮肥和硫肥施用量對(duì)小麥氮素吸收與利用、籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期提出氮、硫肥施用技術(shù)，為稻茬小麥優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)高效生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和供試品種

試驗(yàn)于2019-2020年在江蘇省海安農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)田前茬為水稻，土壤為砂壤土。小麥播種前0～20 cm土層含全氮1.39 mg·g、速效磷41.76 mg·kg、速效鉀149.52 mg·kg、有機(jī)質(zhì)24.47 g·kg、有效硫25.58 mg·kg，土壤pH值為7.12。供試小麥為中筋品種揚(yáng)麥23，由江蘇省里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用氮硫肥兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，其中施氮量設(shè)置0、195和270 kg·hm3個(gè)水平(分別用N0、N195和N270代表)，施硫量設(shè)0、30和60 kg·hm3個(gè)水平(分別用S0、S30和S60代表)，共9個(gè)處理。各處理均施磷(PO)120 kg·hm和鉀(KO)120 kg·hm。用尿素(含N46%)作氮肥，用重過(guò)磷酸鈣(含PO44%)作磷肥，用硫酸鉀(含硫18%、鉀52%)作硫肥和鉀肥，用氯化鉀(含KO 60%)平衡鉀肥用量。氮肥基施和拔節(jié)期追施各50%，其他肥料均基施。所有肥料通過(guò)人工撒施，基肥于播前施用，拔節(jié)肥于倒三葉期施用。試驗(yàn)于2019年11月3日采用小區(qū)播種機(jī)條播，行距23 cm。三葉期間通過(guò)人工間苗實(shí)現(xiàn)基本苗225×10株·hm，2020年6月10日收獲。小區(qū)面積15 m，3次重復(fù)。其他管理措施同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植株氮素積累量的測(cè)定

將成熟期的樣品粉碎，采用HSO-HO消解-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定含氮率，計(jì)算植株氮素積累量。按下式計(jì)算氮素利用效率。

氮素利用效率=(施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量)/(施氮處理氮素積累量-不施氮處理氮素積累量)×100%

氮肥表觀利用率=(施氮處理氮素積累量-不施氮處理氮素積累量)/施氮量×100%

氮肥農(nóng)學(xué)效率=(施氮處理產(chǎn)量-不施氮處理產(chǎn)量)/施氮量×100%

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成調(diào)查

于乳熟期連續(xù)取50個(gè)麥穗，調(diào)查穗粒數(shù)。于成熟期劃定各小區(qū)3個(gè)1 m區(qū)域，調(diào)查穗數(shù)。人工收割脫粒，自然曬干后稱重，隨機(jī)取1 000粒測(cè)千粒重，重復(fù)3次。測(cè)定籽粒含水率，折算為13%含水率的每公頃籽粒產(chǎn)量和千粒重。

1.3.3 小麥籽粒品質(zhì)測(cè)定

采用JYDB100X40硬度儀測(cè)定籽粒的硬度，采用上海東方衡器有限公司生產(chǎn)的HGT-1000型容重儀測(cè)定籽粒容重。

按照GB/T 14614-1993方法，使用Brabender粉質(zhì)儀測(cè)定粉質(zhì)參數(shù)。

采用HSO-HO靛酚藍(lán)比色法測(cè)定籽粒含氮量，含氮量乘以5.7即為籽粒蛋白質(zhì)含量。采用連續(xù)提取法依次提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，并進(jìn)行蛋白質(zhì)組分含量測(cè)定。

參照雙波長(zhǎng)法測(cè)定淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010建立數(shù)據(jù)庫(kù)，用DPS7.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD法進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮硫配施對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

由表1可知，隨施氮量或施硫量的增加，小麥平均籽粒產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì)。氮硫肥對(duì)籽粒產(chǎn)量存在顯著的互作效應(yīng)。在N0和N195水平下，籽粒產(chǎn)量隨施硫量增加呈升高趨勢(shì)；而在N270水平下，籽粒產(chǎn)量隨施硫量增加呈先升后降趨勢(shì)，以S30的產(chǎn)量最高。這說(shuō)明，在減氮條件下適量施硫可提高小麥籽粒產(chǎn)量。總體而言，本試驗(yàn)條件下N195S60處理下產(chǎn)量最高。

表1 氮、硫肥施用量對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 1 Effect of nitrogen and sulfur application rates on grain yield and yield components of wheat

除施硫?qū)ηЯＶ赜绊懖伙@著外，氮硫肥對(duì)穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重均有顯著影響，同時(shí)施氮量和施硫量間互作對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成影響顯著。從氮肥效應(yīng)看，穗數(shù)和穗粒數(shù)均表現(xiàn)為N270>N195>N0，施氮水平間差異均顯著；千粒重表現(xiàn)為N270顯著低于N195和N0。穗數(shù)和穗粒數(shù)均隨施硫量增加而增加。在所有處理中，N195S60處理的穗粒數(shù)顯著高于其他處理，穗數(shù)也最大，說(shuō)明該處理的產(chǎn)量高主要是由于穗數(shù)和穗粒數(shù)較高。

2.2 氮硫配施對(duì)小麥氮素吸收與利用的影響

施氮量和施硫量均顯著影響稻茬小麥氮肥農(nóng)學(xué)效率、表觀利用率、氮素利用效率和總氮素積累量，同時(shí)施硫量和施氮量間互作對(duì)各指標(biāo)影響顯著(表2)。在N195下氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率均顯著高于N270，而氮素利用效率和總氮素積累量均顯著低于N270。氮肥利用效率、總氮素積累量、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率隨施硫量增加而顯著增加。在N0水平下，隨施硫量增加，總氮素積累量顯著增加；在N195水平下，增施硫肥可顯著提高氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮素利用效率；在N270水平下，隨施硫量增加，氮肥農(nóng)學(xué)效率、氮素利用效率和氮肥表觀利用率均呈先升后降趨勢(shì)。這表明，較高施氮量條件下，過(guò)多施硫會(huì)對(duì)稻茬小麥氮素的吸收與利用造成負(fù)面影響。

表2 氮、硫肥施用量對(duì)小麥氮素吸收與利用的影響Table 2 Effect of nitrogen and sulfur application rates on nitrogen absorption and utilization of wheat

2.3 氮硫配施對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響

2.3.1 籽粒硬度、容重和面粉粉質(zhì)特性

除施硫量對(duì)容重影響不顯著外，施氮量、施硫量及其互作均對(duì)小麥籽粒硬度、容重和粉質(zhì)各參數(shù)有顯著的影響(表3)。隨施氮量的增加，籽粒硬度、面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間均呈上升趨勢(shì)，且不同施氮水平間差異均顯著；N270和N195間籽粒容重和粉質(zhì)指數(shù)差異不顯著，但這兩個(gè)施氮水平的此二指標(biāo)均顯著高于N0。面團(tuán)形成時(shí)間和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間均隨施硫量增加而顯著增加，施硫水平間容重?zé)o顯著差異。在N0水平下，籽粒硬度、容重和粉質(zhì)指數(shù)在不同施硫處理間差異不顯著；在N195水平下，隨著施硫量的增加，小麥面團(tuán)形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和粉質(zhì)指數(shù)均顯著增加；在N270水平下，隨施硫量的增加，小麥面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間呈先增后降趨勢(shì)。這表明適宜的氮、硫肥施用量組合可以改善小麥面粉品質(zhì)。總體而言，N195S60處理最有助于小麥品質(zhì)的改善。

表3 氮、硫肥施用量對(duì)小麥籽粒硬度、容重和粉質(zhì)特性的影響Table 3 Effect of nitrogen and sulfur application rates on hardness,test density and flour quality characteristics in wheat grain

2.3.2 籽粒淀粉及其組分含量

除施硫量對(duì)小麥籽?？偟矸酆坑绊懖伙@著外，施氮量、施硫量及其互作均顯著影響籽粒淀粉組分含量和直/支比(表4)。不同施氮水平下支鏈淀粉含量表現(xiàn)為N195>N270>N0，施氮水平間差異顯著；總淀粉含量在N195和N270間差異不顯著，但二水平均顯著高于N0；直鏈淀粉含量和直支鏈淀粉比均表現(xiàn)為N195顯著低于其他施氮水平。小麥籽粒直鏈淀粉含量和直支鏈淀粉比隨施硫量增加而顯著下降，平均支鏈淀粉含量和總淀粉含量表現(xiàn)為S60和S30間差異不顯著，但二水平均顯著高于S0。在N0和N195水平下，隨施硫量的增加，直鏈淀粉含量和直支鏈淀粉比均呈下降趨勢(shì)，而支鏈淀粉含量均呈上升趨勢(shì)；在N270水平下，施硫量對(duì)小麥淀粉組分含量和直支鏈淀粉比均無(wú)顯著影響?？傮w而言，N195S60處理更有利于提高小麥籽粒支鏈淀粉含量，降低直支鏈淀粉比。

表4 氮、硫肥施用量對(duì)小麥籽粒淀粉及其組分含量的影響Table 4 Effect of nitrogen and sulfur application rates on starch content and its components in wheat grain

2.3.3 籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量

由表5可見(jiàn)，N195的籽粒平均醇溶蛋白和谷蛋白含量均顯著高于N270和N0；平均清蛋白、總蛋白和球蛋白在N195與N270間差異不顯著，但這兩個(gè)施氮水平均顯著高于N0。平均谷蛋白和總蛋白含量隨施硫量的增加而顯著增加，平均球蛋白和醇溶蛋白含量表現(xiàn)為S60顯著高于S30和S0，但S30和S0間差異不顯著。施氮量和施硫量互作對(duì)籽粒球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量均有顯著影響。在N0和N195水平下增施硫肥對(duì)清蛋白、球蛋白含量均無(wú)顯著影響，而醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量隨施硫量增加均呈上升趨勢(shì)；在N270水平下，隨施硫量的增加，醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量均隨施硫量增加呈先升后降趨勢(shì)。總體而言，N195S60處理可以獲得較高的蛋白質(zhì)及其組分含量。

表5 氮、硫肥施用量對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的影響Table 5 Effect of nitrogen and sulfur application rates on protein content and its components in wheat grain

3 討 論

氮肥是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)最為關(guān)鍵的因素之一。在一定范圍之內(nèi)，小麥籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高。齊冰玉等提出，施氮對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)品質(zhì)和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間均有提高效應(yīng), 尤其對(duì)提高穩(wěn)定時(shí)間的效應(yīng)最為顯著。李文陽(yáng)等認(rèn)為，在0～240 kg·hm施氮肥范圍內(nèi)，增施氮肥可以提高小麥籽粒中直、支鏈淀粉積累量，過(guò)量施氮肥則不利于淀粉積累。本研究結(jié)果表明，隨施氮量的增加，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均顯著增加，面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng)，但施氮量較高時(shí)，籽粒支鏈淀粉含量降低，清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量顯著降低。謝迎新等研究表明，增施氮肥可增加植株氮素積累量，氮生理效率和農(nóng)學(xué)效率則隨施氮量增加呈先增后降趨勢(shì)。本試驗(yàn)中，隨施氮量的增加，總氮素積累量增加，而氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥表觀利用率先增后降。這些結(jié)果均說(shuō)明，增施氮肥可提高小麥產(chǎn)量，改善籽粒品質(zhì)，促進(jìn)小麥植株對(duì)氮素的吸收利用，但施氮量并不是越多越好，施氮量在一定范圍內(nèi)有利于品質(zhì)的提高，超過(guò)該范圍會(huì)使品質(zhì)下降。

前人研究表明, 施硫可使產(chǎn)量構(gòu)成因素同步提高，從而提高產(chǎn)量。施硫可以降低小麥淀粉的直支比，改善面團(tuán)流變學(xué)特性；延長(zhǎng)小麥面團(tuán)形成和穩(wěn)定時(shí)間；可顯著促進(jìn)籽粒谷蛋白的積累。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨施硫量的增加，小麥產(chǎn)量顯著提高，面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間增加，直支鏈淀粉比顯著降低，促進(jìn)了支鏈淀粉、谷蛋白和總蛋白的積累。Salvagiotti等研究認(rèn)為，施硫可以通過(guò)促進(jìn)小麥吸氮來(lái)提高氮素利用效率。從本試驗(yàn)結(jié)果看，施硫可顯著增加小麥總氮素積累量，提高氮肥農(nóng)學(xué)效率、表觀利用率和氮素利用效率，有利于氮效率的提高。

周杰等研究發(fā)現(xiàn)，在一定的氮、硫供應(yīng)水平下氮素和硫素之間在小麥上存在互促效應(yīng)，而過(guò)高的供氮條件下繼續(xù)增加硫的供應(yīng)，會(huì)抑制氮、硫的吸收和積累，降低葉片光合同化能力。王麗等研究認(rèn)為，在一定供氮水平下適量施硫有利于氮肥農(nóng)學(xué)效率的提高，而在較高供氮水平下過(guò)多施硫?qū)е碌兽r(nóng)學(xué)利用率降低。本試驗(yàn)中，在減氮(N195)條件下增施硫肥有利于增加小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮素利用效率。這說(shuō)明硫肥的施用能促進(jìn)小麥對(duì)氮素的吸收與利用，從而有利于產(chǎn)量的提高。本研究結(jié)果還表明，在較高施氮量條件下，小麥籽粒產(chǎn)量、氮肥農(nóng)學(xué)效率、利用效率和表觀利用率隨施硫量增加呈先升后降趨勢(shì)，硫肥施用較多不利于小麥對(duì)氮素的吸收利用。

對(duì)于硫肥和氮肥配合施用對(duì)小麥品質(zhì)的改善作用，前人研究認(rèn)為，在推薦氮施用量條件下，施硫處理可延長(zhǎng)面團(tuán)形成時(shí)間，降低面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間；硫肥對(duì)小麥淀粉組分的調(diào)節(jié)作用與氮肥水平有關(guān)，低氮和高氮與硫肥配合施用均有利于改善小麥籽粒的淀粉組分；氮硫配施顯著影響了小麥籽粒的蛋白質(zhì)組成。在本試驗(yàn)條件下，不同氮肥水平增施硫肥的結(jié)果不同，減氮水平下隨施硫量增加可顯著延長(zhǎng)面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，降低直支比，同時(shí)醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白含量也顯著增加；而高氮水平下適量施硫可改善小麥品質(zhì)，過(guò)多施硫反而對(duì)小麥品質(zhì)不利。

在減氮(N195)和高氮(N270)條件下，配合施用適量硫肥對(duì)小麥產(chǎn)量提高和品質(zhì)改善有明顯的效果，但高施氮量下增施過(guò)多硫肥會(huì)造成產(chǎn)量和品質(zhì)下降。本試驗(yàn)條件下施氮195 kg·hm配合施硫60 kg·hm更有利于實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。有關(guān)氮硫肥的施用時(shí)期與施用比例對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響及機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。