云南旱地小麥新品種產量和品質對減量施氮的響應

喬祥梅，王志龍，蔣欣彤，王志偉，高仕蘭，程加省，李灶福，于亞雄，楊 紅

(1.云南省農業(yè)科學院糧食作物研究所/國家小麥改良中心云南分中心，昆明 650205；2.易門縣農業(yè)技術推廣中心，云南 玉溪 651100；3.云南省農業(yè)廣播電視學校鎮(zhèn)雄縣分校，云南 鎮(zhèn)雄 657200)

【研究意義】小麥產量的提高離不開氮肥，但氮肥過量使用不僅會影響小麥的產量和品質，而且會加劇環(huán)境污染、危害人體健康，而適當減量施氮是實現小麥高產優(yōu)質高效生態(tài)安全的必要前提[1]。然而，近年來農民為了提高小麥產量，不斷增加化肥用量，但是小麥產量與施肥量不能同步增長[2-3]，據國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，1970—2018年，中國化肥用量增長率是糧食產量增長率的8.7倍[4]。氮是影響小麥產量和籽粒蛋白質含量的關鍵因素之一，然而產量的不斷提升一定程度上稀釋了籽粒的蛋白質含量，小麥高產和優(yōu)質難以協同實現[5]。因此，研究減量施氮處理下小麥產量和品質的變化，探索小麥合理施氮水平對于實現農業(yè)高產、高效、持續(xù)健康的發(fā)展具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】針對施氮量對小麥產量和品質的影響，前人做了大量的研究。有研究表明產量和品質達到最優(yōu)時所需的氮肥用量不同，如代新俊等[6]研究表明，施氮量150 kg/hm2時產量最高，225 kg/hm2時品質最優(yōu)；吳強等[7]研究表明，在施氮0～240 kg/hm2內，小麥產量隨施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢，而一、二次加工品質則隨著施氮量的增加呈線性增加趨勢。張琨等[8]研究表明，在施氮量為225 kg/hm2的基礎上，施氮量減少20%時，小麥產量及其構成因素變化不顯著，但是蛋白質含量顯著降低。還有研究表明，在同一施氮水平下，產量和品質均能達到最優(yōu)，如周棟等[9]研究表明，施氮量超過180 kg/hm2，渭北地區(qū)旱地小麥產量穗粒數和籽粒產量則出現一定程度的降低，蛋白質含量、濕面筋含量、吸水率、淀粉含量、沉降值和面團穩(wěn)定時間均下降。趙廣才等[10]對強筋小麥濟麥20的研究表明，在施氮150～300 kg/hm2內，產量和籽粒蛋白質含量隨施氮量的增加而增加，但超過300 kg/hm2反而導致籽粒產量與品質有一定程度下降?！颈狙芯壳腥朦c】縱觀以往的研究，小麥品種的產量性狀和品質指標對氮素的響應因品種而異，又因地域和栽培措施不盡相同，關于施氮量對小麥產量和品質影響的研究結果存在很大差異。因此在“立體氣候”明顯的云南麥區(qū)，如何合理調整氮肥用量，使其在提高產量和改善品質的同時，最大限度地降低氮肥對環(huán)境的威脅，已成為該區(qū)小麥可持續(xù)生產中亟待解決的問題。但前人對云南麥區(qū)小麥品種品質和產量相結合的研究較少，最佳施氮量的選擇還不夠合理。【擬解決的關鍵問題】本研究以旱地小麥新品種云麥76和云麥77為材料，采用小區(qū)控制試驗，分析減氮處理下小麥產量和品質的變化規(guī)律，尋找最佳施氮量，為當地小麥高產優(yōu)質高效栽培體系構建提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

試驗所采用的材料云麥76和云麥77均由云南省農業(yè)科學院糧食作物研究所選育，2019年通過云南省農作物品種審定委員會審定。試驗于2018年10月至2019年5月在保山市隆陽區(qū)金雞鄉(xiāng)東方村農推所試驗基地(海拔1652 m，北緯25°08′28″，東經99°14′09″)進行，試驗田前作水稻，土壤類型為黏土，全田平整，肥力均勻，排水方便。2018年10月至2019年5月小麥生育期內氣象數據見表1。

表1 小麥生育期內氣象數據Table 1 Meteorological data during wheat growth period

1.2 試驗設計

試驗采用2因素隨機區(qū)組設計，以小麥新品種云麥76和云麥77為材料，設5個氮肥處理，分別是常規(guī)施氮300 kg/hm2(N1)，減量施氮240 kg/hm2(N2)、180 kg/hm2(N3)和120 kg/hm2(N4)和不施氮(N5)，試驗于2018年10月30日播種，播種前每小區(qū)分別施180 kg/hm2磷肥(過磷酸鈣，P2O5,16%) 和150 kg/hm2鉀肥(硫酸鉀，K2O5,50%)作為底肥。小區(qū)面積13.34 m2，基本苗240萬株/hm2，行距23 cm，重復3次，共計30個小區(qū)，田間管理與當地高產栽培相同。

1.3 測定項目

產量及構成因素的測定每個小區(qū)錯開邊行，分別在第二行和倒數第二行選取1 m的樣段，調查總穗數、穗粒數、千粒重，并全區(qū)收獲測定籽粒產量。

品質測定小麥收獲晾曬后儲藏2個月，每處理小區(qū)取400 g籽粒，使用DA7200型近紅外(NIR)谷物分析儀(瑞典Perten公司)測定小麥蛋白質含量、谷蛋白含量、沉降值、形成時間和穩(wěn)定時間等指標。

1.4 數據統(tǒng)計與分析

所得試驗數據用Microsoft Excel 2010 處理并作圖，用DPS 7.05軟件對數據進行統(tǒng)計分析，LSD法檢驗處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 減量施氮對小麥產量及構成因素的影響

從表2可以看出，品種因素對產量的影響較小，氮肥處理和品種與氮肥處理互作對產量的影響分別達極顯著和顯著水平。2個品種的產量均是隨著施氮量的降低而下降，施氮量由N1(300 kg/hm2)減至N2(240 kg/hm2)時，減產不顯著，云麥76減幅1.38%，云麥77減幅僅0.3%；隨后隨著施氮量的減少，產量顯著降低。在同一施氮水平下，云麥77產量較云麥76高，而且隨著施氮量的減少，云麥77較云麥76產量增幅逐漸升高，在N4、N5處理下，云麥77的產量較云麥76增幅分別達10.67%、24.87%，說明云麥77較云麥76耐低氮。與常規(guī)施氮量N1相比，云麥76產量的降幅為1.38%～42.34%，云麥77的則為0.3%～28.21%，相同減氮處理，云麥77產量降幅小，再次說明云麥77對低氮脅迫的耐受性較強。產量構成因素上，施氮處理對穗數的影響達顯著水平，對千粒重和穗粒數的影響不顯著。穗數在各處理下的變化趨勢與產量一致，N1、N2處理間差異不顯著，但二者高于或顯著高于其他處理；除云麥76的N5處理千粒重顯著低于其他處理外，千粒重和穗粒數在各處理間差異不顯著，說明千粒重和穗粒數對減氮處理不敏感?？梢?，減氮處理主要是通過降低有效穗而導致減產的。

表2 不同施氮量對小麥產量及構成因素的影響Table 2 Effects of different nitrogen rates on wheat yield and yield components

2.2 產量與構成因素間的相關性分析

由表3可見，在產量構成三因素中，穗數與產量的相關程度最大(相關系數為0.92，達極顯著水平)，穗粒數與產量的相關程度次之(0.17)，千粒重與產量呈顯著負相關。說明在進行不同氮處理時應以提高穗數為主要途徑，其次考慮如何通過栽培技術來增加穗粒數，從而實現高產更高產的目的。穗數與千粒重呈顯著負相關(-0.7)，與穗粒數呈不顯著正相關(0.05)；穗粒數與千粒重呈不顯著負相關(-0.11)，表明產量構成三因素之間存在既相互促進又相互制約的復雜關系。因此在增加穗數的同時，應注意其它兩因素在新的水平上的協調平衡。

表3 產量構成因素與產量間的相關系數Table 3 Correlation coefficient between yield components and yield

2.3 減量施氮對小麥品質的影響

2.3.1 減量施氮對小麥蛋白質含量的影響 由圖1可知，2個品種蛋白質含量均是N1處理最高，然后隨著施氮量的減少總體呈下降趨勢，但是2個品種對氮處理的敏感度存在差異。云麥76在各處理下蛋白質降低2.92%～8.85%，云麥77降低3.96%～8.83%。云麥76的N1與N2處理差異不顯著，N3、N4和N5處理三者之間差異不顯著，說明對于該品種，施氮量降低到180 kg/hm2以下時，對蛋白質含量的影響較小。云麥77的N1與N3處理差異不顯著，但二者顯著高于N4、N5處理，說明在低氮條件下，蛋白質含量急劇下降。

同一品種不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters of the same variety indicate significant difference (P<0.05). The same as below圖1 不同施氮量對小麥籽粒蛋白質含量的影響Fig.1 Effects of different nitrogen rates on grain protein content of wheat

2.3.2 減量施氮對小麥濕面筋含量的影響 由圖2可知，就不同施氮處理而言，2個品種濕面筋含量對氮處理的響應與蛋白質含量對氮處理的響應基本一致，均是隨著施氮量的減少總體呈下降的趨勢。云麥76的平均濕面筋含量高于云麥77，這是由品種的遺傳特性決定的。與N1處理相比，2個品種其他處理的濕面筋含量顯著減少，其中，云麥76降低3.53%～8.86%，云麥77降低4.35%～8.42%。

圖2 不同施氮量對小麥濕面筋含量的影響Fig.2 Effects of different nitrogen rates on wet gluten content of wheat

2.3.3 減量施氮對小麥沉降值的影響 小麥沉降值是反映小麥種顆粒蛋白含量多少以及小麥質量的一個重要指標。由圖3可知，2個品種的沉降值對施氮量的響應不一致，云麥76沉降值隨著施氮量的降低呈“先降后增”的趨勢，施氮量由300 kg/hm2減至180 kg/hm2時，沉降值逐漸降低，施氮量由180 kg/hm2減至0 kg/hm2時，沉降值逐漸升高。云麥77的沉降值表現為：N1>N3>N4>N2>N5，N1、N2、N3和N4處理之間差異不顯著，但均顯著高于N5處理，可見，不施氮顯著降低該品種的沉降值，但在常規(guī)施氮量的基礎上減少施氮量，對沉降值的影響不大。

圖3 不同施氮量對小麥沉降值的影響Fig.3 Effects of different nitrogen rates on zeleny sedimentation of wheat

2.3.4 減量施氮對小麥形成時間和穩(wěn)定時間的影響 由表4可知，云麥77平均形成時間高于云麥76，云麥76平均穩(wěn)定時間略高于云麥77。就不同氮處理而言，N1處理2個品種的形成時間和穩(wěn)定時間均最高，隨著施氮量的降低，形成時間和穩(wěn)定時間因品種和施氮量而異。云麥76的形成時間表現為N1、N2和N3處理顯著高于N4、N5處理；云麥77則是N1處理顯著高于N2、N4、N5處理，N1與N3處理二者之間無顯著差異。云麥76的穩(wěn)定時間表現為N1處理顯著高于N3、N4、N5處理，N2處理顯著高于N3、N4處理，但與N1和N5處理差異不顯著；云麥77表現為N1處理顯著高于N2、N4、N5處理，N3處理顯著高于N4、N5處理，N2、N4和N5三者之間差異不顯著。

表4 不同施氮量對小麥形成時間和穩(wěn)定時間的影響Table 4 Effects of different nitrogen rates on the development time dough stability time of wheat

3 討 論

3.1 施氮量對小麥產量及構成因素的影響

施氮量通過提高小麥產量構成因素進而提高籽粒產量，但是產量三要素對施氮量的響應程度并不一致。馬瑞琦等[11]和張旭等[12]研究表明，適宜的施氮量可以協同提高穗數、穗粒數與千粒重，進而顯著提高小麥籽粒產量。喬祥梅等[13]研究表明，產量、有效穗和穗粒數隨著施氮量的增加而增加，千粒重則因生態(tài)點而異。吳強等[7]研究發(fā)現，適宜的施氮量通過提高穗數和穗粒數，使得產量顯著增加。本研究顯示，減氮處理主要是通過降低穗數而導致減產，穗數與產量呈極顯著正相關，穗粒數和千粒重對減氮處理不敏感，這與前人的研究結果存在一定差異，這主要是品種因素和所處地域的差別而導致的。本研究所處的地域屬云南西南部，小麥孕穗至灌漿期(2—5月)，氣候溫和、日照充足，加上合理的灌溉，為獲得大穗大粒創(chuàng)造了條件[14]。

小麥產量和氮肥利用效率存在顯著的基因型差異[15]，選育低氮條件下具有較高產量潛能的作物新品種是降低氮肥施用量、提高氮素利用效率、減少環(huán)境污染的有效舉措[16-18]。本研究中，在同一施氮水平下，云麥77較云麥76增產，而且隨著施氮量的減少，云麥77較云麥76增產幅度逐漸升高，特別是在施氮量120 kg/hm2和不施氮處理下，云麥77的產量較云麥76增幅分別達10.67%、24.87%，說明云麥77比云麥76耐低氮。與常規(guī)施氮量300 kg/hm2相比，在相同減氮處理下，云麥77產量的降幅遠低于云麥76，再次說明云麥77對低氮脅迫的耐受性較強。因此云麥77可作為耐低氮小麥品種，在生產上加大推廣力度，對減少氮肥投入量，維持作物產量穩(wěn)定，發(fā)展節(jié)約高效、環(huán)境友好型農業(yè)具有重要意義[19]。

3.2 施氮量對小麥品質的影響

已有研究表明，小麥取得高產優(yōu)質的適宜施氮量是180～240 kg/hm2[20]，本研究顯示，云麥76和云麥77這2個品種的產量均是在施氮量300 kg/hm2時最高，然后隨著施氮量的減少而降低，當施氮量減至240 kg/hm2時，減產不顯著，減幅分別為1.38%和0.30%，蛋白質含量和濕面筋含量顯著降低，因此，本試驗條件下，實現小麥高產優(yōu)質的最佳施氮量300 kg/hm2，與祁靜玉等[21]、孫文彥等[22]、田興帥等[23]研究結果存在一定差異，這可能與試驗地的基礎肥力有關。研究表明，在一定范圍內，小麥主要品質性狀會隨施氮量的增加而改善，但過量施氮則品質降低[24-25]。本研究中，蛋白質含量和濕面筋含量隨著施氮量的增加而提高，并未出現降低趨勢，這一點與前人研究結果并不一致，主要原因是設計的施肥量是農戶常規(guī)施肥量，可能低于品質最佳時的施氮量，實現小麥最佳品質的施氮量有待進一步研究。

4 結 論

云麥77對低氮脅迫的耐受性較強，因此該品種可作為耐低氮小麥種質。本試驗條件下，施氮量為300 kg/hm2時，云麥76和云麥77產量均最高，品質最佳，當施氮量減至240 kg/hm2時，減產不顯著，2個品種減幅分別為1.38%和0.30%；但是蛋白質含量和濕面筋含量顯著降低，因此，該地區(qū)常規(guī)施氮量為300 kg/hm2時，能實現小麥產量和品質的協同提高。