玉米秸稈還田與氮肥配施對小麥淀粉特性與加工品質(zhì)的影響

王春曉，宋朝玉，朱凱麗，劉樹堂，宋希云，李軍

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 青島 266109；2.青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 青島 266100；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109）

小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物。改善和提高小麥籽粒品質(zhì)，對提高人民的營養(yǎng)水平有重要作用。籽粒品質(zhì)與自身的遺傳特性有關(guān)，施肥措施和環(huán)境條件也在很大程度上影響小麥的品質(zhì)［1］。小麥品質(zhì)主要分為營養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)，營養(yǎng)品質(zhì)主要指蛋白質(zhì)含量及其氨基酸組成的平衡程度；加工品質(zhì)是指籽粒和面粉對制粉和制作不同食品的適應(yīng)性等，以籽粒容重、硬度及面粉吸水率、面筋含量等為主要指標(biāo)，是評價籽粒和面粉品質(zhì)的基本指標(biāo)和重要依據(jù)。

氮肥是作物生長的主要元素之一，施加氮肥具有延緩作物衰老的作用，對小麥品質(zhì)具有重要影響［2，3］。氮肥用量不足，會使植物生長緩慢，影響籽粒的發(fā)育；氮肥過剩時，會產(chǎn)生貪青晚熟而降低產(chǎn)量和品質(zhì)，同時還會污染環(huán)境，浪費資源等［4］。我國每年產(chǎn)生玉米秸稈約4億噸，秸稈中含有多種養(yǎng)分如N、P、K等，還田后可以提供植物所需的多種養(yǎng)分，改善籽粒品質(zhì)［5－9］。因此，探究玉米秸稈還田下最適施氮量對小麥籽粒品質(zhì)的影響有重要意義。

小麥中淀粉占比大，而面條品質(zhì)主要與淀粉品質(zhì)和含量相關(guān)，面條等面食的組織結(jié)構(gòu)和爽滑性主要與淀粉的糊化特性相關(guān)［10］。張美微等［11］研究表明施加一定量的氮肥對淀粉品質(zhì)的改善有重要作用。大量研究表明，淀粉特性隨環(huán)境而變化，是影響面條特性的一個重要因素［10，12］；張亞麗等［13］研究發(fā)現(xiàn)，在施N、P肥的基礎(chǔ)上秸稈還田對春小麥產(chǎn)量和品質(zhì)有一定的維持和促進(jìn)作用。辛勵等［14］研究發(fā)現(xiàn)，在秸稈還田的基礎(chǔ)上配施氮肥能夠提高籽粒粗脂肪和蛋白質(zhì)含量，改善籽粒品質(zhì)。吳宏亞等［15］研究發(fā)現(xiàn)，增加拔節(jié)肥能顯著增加小麥籽粒蛋白質(zhì)、濕面筋含量及沉降值，對籽粒品質(zhì)有改善作用。

目前秸稈還田配施適量氮肥對小麥產(chǎn)量影響的報道有很多，而對小麥籽粒品質(zhì)的影響鮮有報道。本研究基于連續(xù)11年的定位試驗，探討秸稈還田配施氮肥條件下小麥籽粒品質(zhì)的變化，為實際生產(chǎn)中改善小麥品質(zhì)的同時減少氮肥用量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院作物試驗場（36°17′N，120°21′E）進(jìn)行。該地從2009年開始進(jìn)行定位試驗，實行冬小麥－夏玉米一年兩熟輪作制，旨在評估長期肥料試驗效率。試驗地為棕壤土，耕層基礎(chǔ)土壤有機質(zhì)含量為16.9 g／kg、堿解氮88.6 mg／kg、速效磷62.9 mg／kg、速效鉀50.0 mg／kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗以玉米秸稈還田（straw return，SR）、秸稈不還田（non-straw return，NSR）為主因素，氮肥用量為副因素進(jìn)行裂區(qū)設(shè)計。供試玉米品種為鄭單958，行距為0.6 m，種植密度為67500株／hm2。籽粒收獲后秸稈全量還田。氮肥用量設(shè)5個處理（表1）。小區(qū)面積28.8 m2（3.6 m×8.0 m），重復(fù)4次。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O516%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）。冬小麥、夏玉米輪作，每季施肥量相同。供試小麥品種為青豐2號，播種行距為0.25 m，播量210 kg／hm2，50%氮肥和全部磷鉀肥基施，基肥撒施后旋耕2遍后播種，50%氮肥于拔節(jié)期開溝追施，追肥后澆水。

表1 每季田間施肥量 （kg／hm2）

1.3 樣品處理

將收獲的小麥籽粒自然干燥至含水率14%，用高速多功能粉碎機（YB－150型）磨樣，過100目篩，保存樣品備用。

1.4 測定項目及方法

小麥籽粒淀粉含量采用索萊寶淀粉含量測定試劑盒進(jìn)行測定。小麥籽粒加工品質(zhì)包括沉降值、延展性、濕面筋含量、吸水率、硬度和容重等，用傅立葉變換近紅外光譜品質(zhì)分析儀（Antaris II）掃描近紅外光譜進(jìn)行測定。

淀粉糊化特性用快速黏度分析儀（RVA）測定。稱3.50 g淀粉樣品，加25 mL蒸餾水，用攪拌器順時針旋轉(zhuǎn)20次左右，放入儀器轉(zhuǎn)頭上。根據(jù)AACC操作規(guī)程，用標(biāo)準(zhǔn)程序1進(jìn)行測定，即在50℃保持1 min，以12℃／min速率升至95℃（3.75 min），保持2.5 min，以同樣速率降至50℃（3.75 min），保持2 min。前10 s以960 r／min速率進(jìn)行攪拌，之后以160 r／min速率進(jìn)行攪拌，測得糊化曲線，重復(fù)測定3次。用配套軟件TCW（thermal cycle for windows）分析記錄相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)（谷值黏度、終值黏度、峰值黏度、崩解值、糊化溫度、峰值時間），黏度值用“厘泊（cP）”表示。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2003進(jìn)行整理和圖表繪制，采用DPS軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥籽粒淀粉及蛋白質(zhì)含量的影響

長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥籽粒蛋白質(zhì)和淀粉含量影響較大（表2），均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，N2處理達(dá)到最大值。與SR－N0相比，SR－N2處理小麥淀粉和蛋白質(zhì)含量分別增加8.2%和5.7%。同一施氮水平下（N4除外），小麥籽粒淀粉及蛋白質(zhì)含量秸稈還田處理均高于秸稈不還田處理。

表2 秸稈還田配施氮肥對小麥籽粒蛋白質(zhì)和淀粉含量的影響 （%）

2.2 長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥加工品質(zhì)的影響

長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥沉降值、延展性、濕面筋含量和吸水率均有顯著影響（圖1），并隨著施氮量的增加而增加，且NSR處理高于SR處理，N4處理達(dá)最高值。SR－N4處理較SR－N0處理小麥的沉降值、延展性、濕面筋含量、吸水率分別提高89.2%、20.3%、27.7%、6.7%；NSRN4處理較NSR－N0處理分別提高93.6%、25.3%、30.2%、9.1%。

圖1 秸稈還田配施氮肥對小麥加工品質(zhì)的影響

由圖2看出，小麥籽粒硬度和容重隨著施氮量的增加均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，SR與NSR處理在相同施氮量條件下差異均不顯著，且均為N2處理達(dá)到最高值。SR－N2處理與SR－N0處理相比分別增加12.8%和1.3%，NSR－N2處理較NSR－N0處理分別增加9.6%和1.4%。

圖2 秸稈還田配施氮肥對小麥硬度和容重的影響

2.3 長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉糊化特性的影響

由圖3可見，隨著施氮量的增加，峰值粘度、谷值粘度、終值粘度呈現(xiàn)先高后降的變化趨勢。其中SR－N2處理最高，三者比NSR－N0處理分別提高6.7%、10.0%、4.1%。同一施氮水平下，SR處理小麥淀粉粘度均高于NSR處理，其中SR－N2處理較NSR－N2處理分別提高2.6%、1.2%、0.4%。

圖3 秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉粘度的影響

由圖4可見，反彈值以SR－N2處理最高，較NSR－N0處理提高2.3%，其他處理間差異不顯著。同一施氮水平下，SR高于NSR，提高0.25%～0.60%。隨著施氮量的增加，小麥淀粉稀懈值呈下降趨勢。SR－N4處理與SR－N0處理相比，小麥淀粉稀懈值下降2.9%；NSR－N4處理較NSRN0處理下降3.8%。相同施氮量條件下，SR較NSR降低0.16%～1.00%，差異不顯著。

圖4 秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉反彈值和稀懈值的影響

秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉糊化溫度和峰值時間影響較?。▓D5）。各處理糊化溫度在75.0～78.5℃之間，處理間差異不顯著。隨著施氮量的增加，峰值時間表現(xiàn)出先升后降的趨勢，N2處理峰值時間達(dá)到最高值；SR－N2處理較NSR－N2處理提高0.95%；同一施氮水平下，SR處理較NSR處理提高0.16%～1.14%，差異未達(dá)顯著水平。

圖5 秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉糊化溫度和峰值時間的影響

3 討論與結(jié)論

氮肥對小麥品質(zhì)性狀影響很大，因此可以通過施加氮肥來改善小麥的營養(yǎng)品質(zhì)及加工品質(zhì)。小麥籽粒中淀粉含量占比較大，是胚乳的主要成分。淀粉糊化特性是反映面粉品質(zhì)的重要指標(biāo)，直接決定面條、饅頭等加工品質(zhì)。趙宏偉等［16］研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)隨著施氮量的增加，淀粉含量表現(xiàn)升高趨勢。研究表明籽粒容重與氮肥施用量有關(guān)，硬度隨著施氮量的增加略增［17］。徐恒永等［18］研究發(fā)現(xiàn)，氮肥顯著影響小麥濕面筋含量和沉降值。本研究表明，秸稈還田配施氮肥增加小麥沉降值、延展性、濕面筋含量和吸水率，N4處理達(dá)最大值；而小麥硬度和容重及淀粉含量隨著施氮量的增加先增后降，N2處理達(dá)最大值。這與前人研究結(jié)果一致。

王晨陽等［19］研究發(fā)現(xiàn)，淀粉的峰值黏度與面條的韌性、彈性和食用品質(zhì)以及面條的評價值均呈極顯著正相關(guān)，而面條的滑爽性與稀懈值呈極顯著正相關(guān)。多數(shù)研究認(rèn)為秸稈還田可增加作物產(chǎn)量提升作物品質(zhì)，僅少數(shù)研究認(rèn)為秸稈還田對作物產(chǎn)量和品質(zhì)變化無影響［20，21］。增施氮肥可提高小麥淀粉粘度參數(shù)，且高肥力土壤的效果優(yōu)于低肥力土壤［20］。馮偉等［21］研究認(rèn)為，在施氮量從零增加至225 kg／hm2時淀粉粘度參數(shù)亦逐漸增大。本研究表明，無論是秸稈還田還是秸稈不還田條件下小麥淀粉的峰值粘度、谷值粘度、終值粘度等均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增后降的變化趨勢，說明合理的氮肥用量能夠改善小麥品質(zhì)，超量施氮會導(dǎo)致品質(zhì)下降。這與前人研究結(jié)果一致［19－21］。

長期玉米秸稈還田配施適量氮肥（180 kg／hm2）不僅提高小麥籽粒淀粉和蛋白質(zhì)含量，而且還顯著改善小麥的加工品質(zhì)。這可為秸稈還田條件下達(dá)到“減施氮肥和改善品質(zhì)”的雙重目標(biāo)提供借鑒和參考。