施肥和不施肥條件下耕作方式對小麥品質(zhì)的影響

聶勝委，張巧萍，許紀(jì)東，張玉亭，鄭 念，潘秀燕

（1. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2. 遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站，河南 遂平 463100）

農(nóng)田耕作作為主要的農(nóng)藝措施，可以快速協(xié)調(diào)土壤水、肥、氣、熱，改善耕層結(jié)構(gòu)和通透性，增強(qiáng)土壤功能，優(yōu)化水肥供應(yīng)[1]。小麥、玉米兩熟區(qū)連續(xù)多年淺旋耕、少免耕導(dǎo)致耕層變淺、犁底層增厚、耕層質(zhì)量變差[2]。立式旋耕（耕深30～60 cm）[3]能深度打破犁底層，改善土壤結(jié)構(gòu)，取得高產(chǎn)[4]。與常規(guī)旋耕、翻耕等相比，同等條件下的立式旋耕能促進(jìn)根系生長，提高小麥[4-6]、玉米[7-8]、水稻[9]等作物產(chǎn)量，且能改善水稻品質(zhì)[10]。此外，立式旋耕能有效降低小麥季農(nóng)田0～20 cm 土層土壤緊實(shí)狀況，提高養(yǎng)分效率[11]，實(shí)現(xiàn)減氮20%不減產(chǎn)[12]，且減施當(dāng)季的小麥品質(zhì)（如籽粒蛋白質(zhì)、濕面筋含量等）受影響不大[13]。

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物，隨著人們生活水平的提高，人們對小麥品質(zhì)的要求越來越高。因此，提高小麥品質(zhì)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。小麥品質(zhì)受多種因素影響，其中農(nóng)藝措施、遺傳、加工及烘烤是其主要的影響因子[14-20]。目前，關(guān)于耕作措施（方式）對小麥影響的研究主要集中于生理生化特性[21-23]、產(chǎn)量[24-26]、土壤環(huán)境[27]等方面，對小麥品質(zhì)的影響研究鮮有報(bào)道。為此，研究施肥和不施肥條件下立式旋耕（30±5 cm）、常規(guī)旋耕（12±5 cm）2 種耕作方式對小麥籽粒品質(zhì)、面團(tuán)流變特性的影響，為實(shí)現(xiàn)小麥高質(zhì)量綠色生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河南省遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站（33°15′N、113°98′E），該區(qū)屬亞熱帶濕潤大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，光照充足，四季分明，亞熱帶向暖溫帶過渡性氣候特性比較明顯，年平均氣溫、日照、降水量、無霜期分別為15.1 ℃、2 126 h、927 mm、226 d。土壤類型為砂姜黑土，重壤偏黏，中性偏弱酸性（pH 值5.9），土地肥沃，試驗(yàn)地基礎(chǔ)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為6.52 g/kg、18.6 mg/kg、110.40 mg/kg、139.10 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)立式旋耕（FL）、常規(guī)旋耕（XG）2 種耕作方式，不施肥（F0）、施肥（F）2 個施肥水平，每個處理重復(fù)3 次，共計(jì)12 個小區(qū)，小區(qū)面積0.2 hm2。立式旋耕：上茬作物青貯玉米收獲后粉碎滅茬，然后用立式旋耕機(jī)深旋耕1遍，整地深度為（30±5）cm，再用常規(guī)旋耕機(jī)平整1 遍（深度5～10 cm），播種。常規(guī)旋耕：上茬作物青貯玉米收獲后粉碎滅茬，然后用普通旋耕機(jī)旋耕2遍，整地深度為（12±5）cm，播種。小麥季施肥處理的施肥量：N 300 kg/hm2、P2O582.5 kg/hm2、K2O 82.5 kg/hm2。其中，70%的氮肥和全部磷、鉀肥作基肥在整地時(shí)一次施入，剩余30%氮肥在拔節(jié)期作追肥施入。試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行2 個小麥季，小麥品種為遂選101（豫審麥2015004），分別于2017 年、2018 年10 月下旬采用機(jī)播樓播種，播量150 kg/hm2，行距20 cm，分別于2018年、2019 年6 月上旬收獲，其他田間管理措施等均保持一致。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

成熟期，每個小區(qū)實(shí)收4 m2測產(chǎn)，同時(shí)預(yù)留曬干后的小麥籽粒2.5 kg，測定籽粒品質(zhì)，包括含水量（GB 5009.3—2016）、蛋白質(zhì)含量（ 干基，GB 5009.5—2016）、容重（GB/T 5498—2013）、出粉率（NY/T 1094.1-4—2006）；測定面團(tuán)流變特性，包括濕面筋含量（GB/T 5506.2—2008）、吸水量（GB/T 14614—2006）、形成時(shí)間（GB/T 14614—2006）、穩(wěn)定時(shí)間（GB/T 14614—2006）、弱化度（GB/T 14614—2006）、能量（GB/T 14615—2006）、恒定變形拉伸阻力（GB/T 14615—2006）、延伸性（GB/T 14615—2006）、最大拉伸阻力（GB/T 14615—2006）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel 2003、SPSS 20.0等軟件進(jìn)行處理，用LSD法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥和不施肥條件下耕作方式對小麥產(chǎn)量的影響

由圖1 可以看出，F(xiàn)0 條件下，F(xiàn)L 處理小麥產(chǎn)量高于XG 處理，增產(chǎn)2.35%～34.13%，其中，2018 年達(dá)到顯著水平。F 條件下，F(xiàn)L 處理小麥產(chǎn)量同樣均高于XG 處理，增產(chǎn)6.03%～10.19%，但2 a 差異均不顯著。綜合來看，通過增加耕層厚度、改善土壤結(jié)構(gòu)的立式旋耕較常規(guī)旋耕具有明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢。

圖1 施肥和不施肥條件下耕作方式對小麥產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of tillage method on wheat yield under fertilization and non-fertilization conditions

2.2 施肥和不施肥條件下耕作方式對小麥品質(zhì)的影響

2.2.1 籽粒品質(zhì) 由表1可以看出，不施肥條件下，2018年、2019年小麥成熟期的籽粒含水量分別表現(xiàn)為 FL-F0（10.10%）＞XG-F0（9.21%）和 FL-F0（9.03%）＜XG-F0（9.63%），差異均顯著；立式旋耕增加了籽粒蛋白質(zhì)含量和容重，2019 年達(dá)到顯著水平，分別增加17.51%和0.87%；FL-F0 處理出粉率較XG-F0 處理顯著降低，2018 年、2019 年分別降低1.52%、3.35%。施肥條件下，F(xiàn)L-F 處理籽粒含水量、蛋白質(zhì)含量、容重均高于XG-F 處理，差異不顯著；FL-F 處理出粉率與XG-F 處理相近，差異不顯著。綜上，無論施肥與否，加深耕層的立式旋耕方式均能夠增加小麥成熟期籽粒蛋白質(zhì)含量和容重，但是應(yīng)注意控制成熟期籽粒的含水量。此外，施肥條件下，立式旋耕對籽粒的出粉率影響不大；不施肥條件下，導(dǎo)致出粉率下降。

表1 施肥和不施肥條件下耕作方式對小麥籽粒品質(zhì)的影響Tab.1 Effects of tillage method on wheat grain quality under fetilization and non-fertilization conditions

續(xù)表1 施肥和不施肥條件下耕作方式對小麥籽粒品質(zhì)的影響Tab.1（Continued） Effects of tillage method on wheat grain quality under fetilization and non-fertilization conditions

2.2.2 面團(tuán)流變特性 由表2 可以看出，不施肥條件下，與XG-F0 處理相比，F(xiàn)L-F0 處理面粉的濕面筋含量、吸水量均表現(xiàn)為2018 年增加、2019 年降低，除2018年濕面筋含量外，均達(dá)到顯著水平；形成時(shí)間縮短，2018 年顯著縮短17.86%；穩(wěn)定時(shí)間2018年顯著增加41.18%，2019 年減少；弱化度2018 年降低，2019年顯著增加67.36%。施肥條件下，與XG-F處理相比，F(xiàn)L-F 處理面粉的濕面筋含量2018 年降低，2019 年增加，差異均不顯著；面粉吸水量下降，差異不顯著；形成時(shí)間縮短，2018年達(dá)到顯著水平；穩(wěn)定時(shí)間增加，差異不顯著；弱化度2018 年下降，2019年持平，差異均不顯著。

表2 施肥和不施肥條件下耕作方式對小麥面團(tuán)流變特性的影響Tab.2 Effects of tillage method on rheological properties of dough under fetilization and non-fertilization conditions

由表2 可以看出，不施肥條件下，與XG-F0 處理相比，F(xiàn)L-F0 處理面粉能量、恒定變形拉伸阻力、延伸性、最大拉伸阻力均表現(xiàn)為2018 年增加，2019年降低。其中，面粉能量、恒定變形拉伸阻力2019年達(dá)到顯著水平，分別降低29.44%、15.27%。施肥條件下，與XG-F 處理相比，F(xiàn)L-F 處理面粉能量、恒定變形拉伸阻力、最大拉伸阻力均降低，差異均不顯著；延伸性2018 年降低，2019 年增加，差異均不顯著。

3 結(jié)論與討論

我國小麥季化肥投入量總體偏高，施氮過量農(nóng)戶占調(diào)查總農(nóng)戶數(shù)的63.7%[28]；農(nóng)戶施氮量平均為188 kg/hm2[29]，施氮量最高達(dá)526.5 kg/hm2[30]。過量施肥雖然暫時(shí)獲得了較高產(chǎn)量，但是增加了氮淋失、水污染、土壤板結(jié)及環(huán)境惡化等風(fēng)險(xiǎn)[31-32]。研究發(fā)現(xiàn)，在過量施肥條件下，立式旋耕和常規(guī)旋耕均可實(shí)現(xiàn)減氮20%而不顯著影響產(chǎn)量[12，33]，而且立式旋耕較常規(guī)旋耕平均增產(chǎn)255.5 kg/hm2，純收入增加217.7 元/hm2[34]，說明立式旋耕既有產(chǎn)量優(yōu)勢又有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。本研究也得出相似的結(jié)論，同時(shí)發(fā)現(xiàn)立式旋耕在不施肥條件下的優(yōu)勢更明顯，增產(chǎn)156.6～1 784.4 kg/hm2，平均為970.5 kg/hm2，高于施肥條件（增產(chǎn)540.7～725.6 kg/hm2，平均為633.15 kg/hm2），說明立式旋耕的產(chǎn)量優(yōu)勢好于常規(guī)旋耕，但是應(yīng)注意施肥可能會帶來增產(chǎn)效應(yīng)的下降。

研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)旋耕方式下，減氮10%、20%顯著增加了小麥籽粒容重，縮短了面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間，但對小麥籽粒水分、蛋白質(zhì)、濕面筋、弱化度、面粉能量、延伸性和最大拉伸阻力都無顯著影響[35]。立式旋耕方式下，當(dāng)季減施10%、20%的氮肥對小麥品質(zhì)影響（如籽粒蛋白質(zhì)、濕面筋含量等）不大，連續(xù)減施則影響面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間等[13]。本研究對2 種耕作方式進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)立式旋耕有助于提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、籽粒容重。其中，在不施肥條件下，第2 季（2019 年）達(dá)到顯著水平，籽粒蛋白質(zhì)、容重分別提高17.51%、0.87%。

綜合來看，立式旋耕較常規(guī)旋耕具有較好的產(chǎn)量優(yōu)勢，能提高籽粒的蛋白質(zhì)含量和容重等，而且在第1季不施肥條件下改善或提高面團(tuán)的一些流變特性，但是第2 季降低；施肥條件下，對面團(tuán)流變特性的影響沒有明顯的規(guī)律。在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)注意養(yǎng)分的科學(xué)合理供給，保證產(chǎn)量、品質(zhì)和效益的協(xié)同性和連續(xù)性。