小麥產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)不同類型土壤和施氮處理的響應(yīng)

劉哲文，郭丹丹，常旭虹，王德梅，王艷杰，楊玉雙,王玉嬌，柏軍兵，石書兵，趙廣才

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與栽培重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物，綠色、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)成為當(dāng)前小麥研究的重要內(nèi)容。提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略、促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和改善人民生活水平具有重要意義。

土壤作為重要的環(huán)境因素對(duì)小麥植株生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)均會(huì)產(chǎn)生影響。研究表明，小麥植株吸收的氮72.51%～73.57%來自土壤氮，26.43%～27.49%來自于肥料氮。籽粒產(chǎn)量與土壤基礎(chǔ)地力關(guān)系密切。土壤質(zhì)地對(duì)籽粒蛋白質(zhì)積累影響較大，蛋白質(zhì)含量隨土質(zhì)黏重程度的提高而增加。小麥籽粒的氮素大部分由植株開花前儲(chǔ)存在營(yíng)養(yǎng)器官中的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)而來，增加小麥花前氮素積累量可以提高籽粒氮素含量。高肥力麥田追氮過早不利于小麥群體控制,實(shí)施“氮肥后移”能夠有效控制群體發(fā)展。施氮能夠顯著提高小麥的干物質(zhì)積累量、花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和產(chǎn)量，但不同氮肥運(yùn)籌對(duì)不同土壤中小麥植株的生長(zhǎng)、籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)影響存在差異。

目前，氮肥運(yùn)籌與土壤類型對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究較多，但結(jié)果存在較大差異。為獲得更多土壤與小麥產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)系的資料，本試驗(yàn)選用兩種土壤類型，研究不同土壤類型在不同生育期追氮對(duì)津強(qiáng)11號(hào)籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以明確不同土壤類型下適合小麥生長(zhǎng)的追氮時(shí)期，為氮肥的合理施用及小麥的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用盆栽方法，于2020—2021年度在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所溫室內(nèi)進(jìn)行。供試的黑土取自黑龍江地區(qū)，潮土取自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院中圃場(chǎng)的耕層。供試品種為春小麥品種津強(qiáng)11號(hào)。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況如表1。

表1 土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，主因素為土壤，分別為A(黑土)和A(潮土)；次因素為施氮處理，分別為B(不施肥)、B(底施)、B(三葉期施)、B(拔節(jié)期施)和B(抽穗期施)，均每盆施尿素2 g，尿素含氮46%。于2020年10月19日將供試土壤混勻后裝盆并播種，每盆裝土3.1 kg，盆內(nèi)直徑0.24 m、高0.18 m，每盆種15株，留苗8株，3次重復(fù)，共計(jì)30盆。2020年12月7日移入溫室，2021年3月6日收獲。生育期水分供應(yīng)充足。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 穗部性狀及產(chǎn)量測(cè)定

成熟期按盆收獲進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、總小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和籽粒產(chǎn)量。

1.3.2 籽粒性狀測(cè)定

采用杭州萬深檢測(cè)科技有限公司產(chǎn)的稻麥性狀測(cè)定儀(SC-G型)測(cè)定籽粒投影面積(GA)、籽粒周長(zhǎng)(GC)、籽粒長(zhǎng)寬比(L/W)、籽粒長(zhǎng)(GL)、籽粒寬(GW)、籽粒直徑(GD)和圓度(GR)。

1.3.3 籽粒粗蛋白及組分含量測(cè)定

采用FOSS Kjeltec2003全自動(dòng)凱氏定氮儀(丹麥FOSS公司)測(cè)定全氮；蛋白質(zhì)組分采用連續(xù)振蕩法測(cè)定。全氮含量×5.7為蛋白質(zhì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用DPS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型土壤和施氮處理對(duì)小麥穗部性狀和產(chǎn)量的影響

由表2可知，小麥的株高、穗長(zhǎng)、總小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)為黑土>潮土，二者間差異均顯著。黑土(A)中小麥的株高、穗長(zhǎng)、總小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量分別比潮土(A)增加14.78%、10.66%、5.76%、28.07%、18.37%和38.4%。說明土壤基礎(chǔ)肥力較高的黑土更有利于小麥生長(zhǎng)。

表2 不同類型土壤下穗部性狀及產(chǎn)量

由表3可知，不同施氮時(shí)期對(duì)小麥產(chǎn)量及其相關(guān)因素影響不同。與不施氮(B)處理相比，施氮處理均能提高小麥籽粒產(chǎn)量。隨著施氮時(shí)期的后移，產(chǎn)量表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)，B達(dá)到最大值；B、B、B、B較B分別增產(chǎn) 12.34%、40.51%、78.80%、76.27%，并且B、B、B處理顯著高于B處理。不同處理間比較，B的千粒重最高，且顯著高于其他處理；B處理的穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒重顯著低于其他處理；B和B處理間的株高、穗長(zhǎng)、總小穗數(shù)和穗粒數(shù)無顯著差異；各穗部性狀和產(chǎn)量均以B最高，產(chǎn)量的提高主要由于穗粒數(shù)和千粒重的協(xié)同提高。各施肥處理間穗粒數(shù)和產(chǎn)量的變異系數(shù)較大，分別為24.99%和25.40%，說明施氮肥時(shí)期主要通過改變穗粒數(shù)對(duì)籽粒產(chǎn)量產(chǎn)生影響。

表3 不同施氮處理的穗部性狀及產(chǎn)量

由表4可以看出，類型土壤和施氮時(shí)期互作對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素有顯著影響。其中，AB處理下的各被測(cè)指標(biāo)均最高，其千粒重顯著高于其他處理，株高、穗長(zhǎng)和籽粒產(chǎn)量顯著高于除AB處理外的其他處理，總小穗數(shù)與AB、AB處理間差異不顯著，顯著高于其他處理，穗粒數(shù)與AB、ABAB處理間差異不顯著，顯著高于其他處理。各處理間穗長(zhǎng)的變異系數(shù)最小(11.04%)；千粒重的變異系數(shù)最大(29.83%)，說明其易受到土壤環(huán)境和施肥時(shí)期互作的影響。

表4 不同類型土壤和施氮處理的穗部性狀及產(chǎn)量的比較

2.2 不同類型土壤和施氮處理對(duì)籽粒性狀的影響

方差分析表明，僅對(duì)籽粒圓度有顯著影響，潮土處理(A)的籽粒圓度(GR)顯著高于黑土(A)，對(duì)其他指標(biāo)均無顯著效應(yīng)。施氮時(shí)期對(duì)被測(cè)性狀均無顯著效應(yīng)。說明小麥籽粒的圓度易受栽培土壤影響，施氮時(shí)期對(duì)小麥籽粒性狀影響不顯著。

由表5可知，除籽粒長(zhǎng)(GL)外，其他籽粒性狀在各處理間均無顯著性差異。其中，AB的籽粒長(zhǎng)(GL)顯著高于其他處理(<0.05)，AB顯著低于其他處理(<0.05)。說明土壤類型和施氮時(shí)期對(duì)除籽粒長(zhǎng)外的其他籽粒性狀無顯著交互作用。在潮土條件下，拔節(jié)期施肥使籽粒的長(zhǎng)度顯著增加，具體原因有待進(jìn)一步研究。

表5 不同類型土壤和施氮處理的籽粒性狀比較

2.3 不同類型土壤和施氮處理對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量及產(chǎn)量的影響

由表6和圖1可知，土壤類型對(duì)籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量均有顯著影響。黑土處理的蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量均顯著高于潮土處理，分別提高了14.35%和38.71%；黑土處理的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量也均顯著高于潮土處理(A)，分別增加6.69%、8.67%、16.67% 和19.11%，增幅表現(xiàn)為谷蛋白>醇溶蛋白>清蛋白>球蛋白，表明黑土更有利于谷蛋白的提高。

表6 不同類型土壤的籽粒蛋白質(zhì)含量及產(chǎn)量比較

相同蛋白組分圖柱上不同小寫字母表示差異達(dá)到0.05顯著水平。下同。

由圖2可知，籽粒蛋白組分含量隨施氮時(shí)期的后移顯著上升。B較B的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量分別提高了23.73%、28.48%、48.46%和65.90%，說明隨著施氮時(shí)期的后移，籽粒各蛋白組分含量不斷提高，抽穗期(B)追施氮肥各組分含量最高。

圖2 不同施氮處理的籽粒蛋白組分含量比較

由表7可知，不同施氮時(shí)期對(duì)蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量具有顯著影響。與不施肥(B)相比，抽穗期(B)、拔節(jié)期(B)、三葉期(B)、底施(B)氮肥處理的籽粒蛋白質(zhì)含量分別提高了39.45%、27.37%、14.98%、9.02%。B較B的蛋白質(zhì)產(chǎn)量提高了45.71%，B較B的蛋白質(zhì)產(chǎn)量則減少了1.1%。這說明蛋白質(zhì)含量以抽穗期施氮肥(B)最高，蛋白質(zhì)產(chǎn)量為拔節(jié)期施氮肥(B)最高。說明津強(qiáng)11號(hào)在抽穗期施肥改善了籽粒蛋白質(zhì)含量，拔節(jié)期施肥提高了籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量。

表7 不同施氮處理的籽粒蛋白質(zhì)含量及產(chǎn)量比較

由表8可知，不同類型土壤及施氮時(shí)期的交互作用對(duì)強(qiáng)筋小麥品種津強(qiáng)11號(hào)蛋白質(zhì)組分的影響顯著。黑土條件下，各處理的蛋白質(zhì)含量、清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白隨施氮期后移規(guī)律不明顯，蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為：AB較AB提高了 1.62%，AB較AB減少了0.26%，AB和AB較AB分別提高了1.93和2.71個(gè)百分比；谷蛋白隨施肥時(shí)期的后移表現(xiàn)為逐漸上升的趨勢(shì)，AB較AB增加了12.37%和17.37%，差異達(dá)到顯著水平(<0.05)；蛋白質(zhì)產(chǎn)量則表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)，其中，AB較AB提高了40.24%，AB較AB減少了7.83%。潮土條件下，各蛋白組分含量、蛋白質(zhì)含量及產(chǎn)量均隨著施肥時(shí)期的后移而增加，其中，AB的蛋白質(zhì)含量較AB、AB、AB、AB分別提高了68.55%、41.07%、25.57%、0.15%，均達(dá)到顯著水平。蛋白組分含量比較，清蛋白的變異系數(shù)最小(9.52%)，穩(wěn)定較好，谷蛋白的變異系數(shù)較大(21.93%)，蛋白質(zhì)產(chǎn)量的變異系數(shù)最高(38.44%)。

表8 不同類型土壤和施氮處理的蛋白組分含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量比較

3 討 論

3.1 土壤類型對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

不同類型土壤和施肥時(shí)期對(duì)小麥品質(zhì)有重要影響。研究表明，小麥產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量與土壤養(yǎng)分狀況呈顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)驗(yàn)證了這一結(jié)果，表現(xiàn)為黑土處理的穗部性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)高于潮土，黑土條件下的籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量較潮土分別提高了38.4%、14.35%和38.71%；但潮土處理較黑土處理的籽粒飽滿度(GR)明顯提高。本研究中，黑土的有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均高于潮土，對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量影響較大的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量分別是潮土4.94倍、3.58倍和2.24倍(表1)，這可能是在其他栽培管理?xiàng)l件相同時(shí)，造成黑土種植的小麥籽粒蛋白質(zhì)含量高于潮土的重要原因。本研究中，潮土條件下的總小穗數(shù)與穗粒數(shù)較正常條件明顯低，且平均每小穗數(shù)結(jié)實(shí)粒數(shù)較少，可能由于溫室生長(zhǎng)的小麥生育時(shí)期較短，具體原因有待進(jìn)一步分析。

3.2 施肥時(shí)期對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，小麥蛋白質(zhì)含量隨施肥時(shí)期的后移而顯著提高，其中，前期施氮有利于提高籽粒產(chǎn)量，后期施氮會(huì)促進(jìn)蛋白質(zhì)含量的提高。也有研究表明，起身期追氮加速小麥分蘗，導(dǎo)致小麥有效穗數(shù)減少；拔節(jié)期施氮會(huì)促進(jìn)小麥穗粒數(shù)和千粒重的提高，繼續(xù)推遲施肥則會(huì)造成產(chǎn)量減少；抽穗期施氮提高了籽粒蛋白質(zhì)含量。這與本研究結(jié)果一致，各處理株高、穗長(zhǎng)、總小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均表現(xiàn)為：拔節(jié)期>抽穗期>三葉期>底施>不施肥；拔節(jié)期(B)的穗粒數(shù)和千粒重最高，為20.33和41.49 g，較不施肥增產(chǎn)幅度最大(78.80%)；產(chǎn)量的提高主要是通過總小穗數(shù)和穗粒數(shù)的協(xié)同提高。但籽粒各蛋白組分含量隨施氮時(shí)期的后移表現(xiàn)為逐漸上升的趨勢(shì)，為抽穗期>拔節(jié)期>三葉期>底施>不施肥，抽穗期施氮顯著提高了清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量；蛋白質(zhì)含量較不施肥提高39.45%，表明抽穗期施肥顯著改善籽粒蛋白質(zhì)含量。

3.3 土壤類型和施肥時(shí)期互作對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

關(guān)于小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的適宜的土壤條件和追氮時(shí)期的研究，前人已有較多研究，但小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)因環(huán)境條件、栽培措施、品種的不同有明顯的差異。有研究表明，后期增施氮肥只有在前期肥力較高的基礎(chǔ)上才可提高籽粒蛋白質(zhì)含量。還有研究表明，追氮時(shí)期對(duì)籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的效應(yīng)并不同步，即產(chǎn)量最大的施氮時(shí)期并不是蛋白質(zhì)含量最高的施氮時(shí)期。

本研究中，黑土的土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，其小麥產(chǎn)量和品質(zhì)及穗部性狀均高于潮土，AB的產(chǎn)量最高，為每盆6.57 g，AB的產(chǎn)量最低，每盆為2.54 g，可能由于黑土的土壤養(yǎng)分含量較高，尤其是土壤的有機(jī)質(zhì)含量是潮土的4.94倍；產(chǎn)量主要通過提高穗粒數(shù)和千粒重，且拔節(jié)期施肥增產(chǎn)效果最佳。本研究中，所測(cè)植株和產(chǎn)量的數(shù)據(jù)均低于大田數(shù)據(jù)，可能由于溫室培養(yǎng)，導(dǎo)致小麥生育期較短，具體原因還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。從品質(zhì)方面講，蛋白質(zhì)含量在黑土條件下出現(xiàn)兩個(gè)小高峰，第一個(gè)小高峰為AB(15.64%)，第二個(gè)小高峰為A 1B(17.53%)和AB(18.31%)；谷蛋白含量隨施肥時(shí)期的后移表現(xiàn)為逐漸上升；表明黑土處理在施底肥和拔節(jié)、抽穗肥時(shí)均會(huì)有效的提高小麥品質(zhì)。潮土條件下，各組分蛋白含量及產(chǎn)量均隨著施肥時(shí)期的后移而增加；其中，AB處理的蛋白質(zhì)含量較AB提高了68.55%，差異達(dá)到極顯著水平。黑土在拔節(jié)期追氮有利于津強(qiáng)11號(hào)籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量提高，而抽穗期施氮有利于蛋白質(zhì)含量的提高，這與楊扎根、鞠正春等研究結(jié)果相似。