不同時期葉面追氮對小麥產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量及氮素吸收利用的影響

張鈞浩，付博陽，吳 偉，許華森，薛 澄

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 華北作物改良與調(diào)控國家重點實驗室/資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室，河北 保定 071000）

氮素合理運(yùn)籌是保障小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的重要調(diào)控手段［1］。除施氮量外，氮素供應(yīng)時期對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)具有明顯的調(diào)節(jié)作用［2-3］。在小麥生育后期追施氮肥被認(rèn)為是提高氮肥利用率并提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量及加工品質(zhì)的重要途徑［4］。然而，由于小麥生育后期植株根系衰老，氮素吸收能力下降，導(dǎo)致土施氮肥利用率低；此外，小麥生育后期土施氮肥操作困難，導(dǎo)致后期土壤氮肥追施在生產(chǎn)中不易推廣應(yīng)用［5］。相比于土壤施肥，葉面施肥易于操作且在作物生育后期優(yōu)勢明顯［6］。在小麥生育后期進(jìn)行葉面追氮可延長籽粒灌漿時間，有效促進(jìn)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，提高粒重，同時還可促進(jìn)籽粒蛋白質(zhì)合成和累積［7］。

郭瑞等［5］發(fā)現(xiàn)，在小麥拔節(jié)期前后葉面噴肥可有效提高小麥產(chǎn)量及品質(zhì)。而呂緒方［8］研究表明，開花期是小麥增產(chǎn)提質(zhì)的最佳葉面追氮時期。也有研究認(rèn)為在開花期至灌漿中期葉面追氮可顯著提高小麥籽粒氮含量［9］。多數(shù)研究是以籽粒蛋白質(zhì)含量作為品質(zhì)評價的主要指標(biāo)衡量氮素調(diào)控效應(yīng)，而對小麥品質(zhì)具有重要影響的蛋白質(zhì)組成研究不足［10-11］。課題組前期研究結(jié)果表明，孕穗期為有效改善小麥加工品質(zhì)的土施氮肥關(guān)鍵期［11-13］。由此推測葉面施氮對小麥品質(zhì)調(diào)控的關(guān)鍵時期可能在孕穗期之后，然而相關(guān)研究未見報道，且不同葉面追氮時期對小麥氮素吸收利用及籽粒蛋白質(zhì)組成的影響和規(guī)律尚未明確，有待進(jìn)一步深入研究。

本研究以優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥‘藁優(yōu)2018’和‘師欒02-1’為供試作物，于小麥生育后期設(shè)置不同時期葉面追氮處理，研究不同時期葉面追氮對強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量及氮素吸收利用的影響，以期明確強(qiáng)筋小麥葉面追氮調(diào)控品質(zhì)的關(guān)鍵追氮期，為葉面氮素調(diào)控保障小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2019 年10 月至2021 年6 月在河北省辛集市馬莊鄉(xiāng)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗站進(jìn)行，該地年平均氣溫為12.5 ℃，年均日照時間2 738 h，無霜期190 d，年均降水量458.6 mm。2019 年小麥播種前0～100 cm 土壤基本理化性狀見表1。2019—2021 年及2009—2018年該地月降水量和月平均氣溫見圖 1。

圖1 試驗?zāi)攴菁?009—2018 年間該地月降水量和月平均氣溫Fig.1 The monthly precipitation and monthly average temperature in the experimental year and during 2009—2018

表1 小麥播種前0～100 cm 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of 0-100 cm soil before wheat sowing in 2019

1.2 試驗設(shè)計

供試小麥品種為優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥‘藁優(yōu)2018’和‘師欒02-1’。共設(shè)置4 個氮肥調(diào)控處理（表2）。小麥播種前各處理基施N 90 kg /hm2、P2O5100 kg/hm2和K2O 60 kg/hm2。基肥為復(fù)合肥（N-P2O5-K2O 含量為18-20-5），拔節(jié)期施肥和葉面追肥為尿素（N≥46 %）。拔節(jié)期施肥方式為撒施，孕穗期、開花期和花后10 d 追肥方式為葉面噴施，葉面氮肥為2% 尿素溶液（為防止葉片灼傷，每次葉面施肥分兩次噴施，間隔1 d）。各處理均設(shè)置4 次重復(fù)，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積 60.5 m2（5.5 m×11 m）。

表 2 試驗處理Table 2 Experimental treatment

2019—2020 季小麥于2019 年10 月14 日播種，播種量255 kg/hm2，行距0.15 m，2020 年6 月8 日收獲；2020—2021 季小麥于2020 年10 月10 日播種，播種量225 kg/hm2，行距0.15 m，2021 年6 月8 日收獲。其他田間管理均按當(dāng)?shù)匦←湷Ｒ?guī)管理進(jìn)行。

1.3 樣品采集

于小麥成熟期各小區(qū)隨機(jī)采集4 個沿小麥種植行0.5 m 長度的地上部植株樣品，分為莖、葉、籽粒和穎殼。分別稱鮮重后，70 ℃烘干至恒重，測定各器官干重。各器官樣品粉碎后，測定全氮含量。同時，每小區(qū)隨機(jī)采集6 個沿小麥種植行2 m 長度的穗，脫粒后用于測產(chǎn)。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 小麥產(chǎn)量及構(gòu)成要素 記錄成熟期小麥千粒重、穗粒數(shù)和穗數(shù)。根據(jù)已有測產(chǎn)使用的全部籽粒干重和含水量，按面積計算各小區(qū)小麥籽粒產(chǎn)量，產(chǎn)量折算為小麥籽粒標(biāo)準(zhǔn)含水率（12.5%）表示。

1.4.2 小麥地上部各器官含氮量測定及數(shù)據(jù)計算將小麥地上部各器官用 FW100 高速萬能粉碎機(jī)（泰斯特，天津）粉碎后，用H2SO4-H2O2消煮凱氏定氮法測定各器官全氮含量。

各器官吸氮量（kg/hm2）=地上部各器官全氮含量（%）×地上部各器官干重（kg/hm2）

氮素吸收效率（kg/kg）=成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）

氮素收獲指數(shù)（%）=成熟期籽粒吸氮量（kg/hm2）/成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）×100%

1.4.3 小麥品質(zhì)指標(biāo)測定 蛋白質(zhì)含量（%）=籽粒全氮含量（%）×5.7［14］。用LM120 錘式實驗粉碎磨（Perten，Sweden）對小麥籽粒磨粉，之后用連續(xù)提取法［15］依次提取籽粒中清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，用凱氏定氮法測定各蛋白組分全氮含量。

各蛋白組分含量（%） =各蛋白組分全氮含量（%）×5.7［14］。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SigmaPlot14.0 軟件進(jìn)行作圖。采用SPSS 25 軟件一般線性模型進(jìn)行方差分析，LSD 法進(jìn)行多重比較（P＜ 0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時期葉面追氮對小麥籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及收獲指數(shù)的影響

2 個小麥品種均以無葉面追氮處理（NE）產(chǎn)量最高（表3）。與NE處理相比，‘藁優(yōu)2018’的FNB、FNA處理顯著降低小麥產(chǎn)量。然而隨葉面追氮時期后移，F(xiàn)N10DAA處理產(chǎn)量恢復(fù)至無葉面追氮處理水平?！畮煓?2-1’不同時期葉面追氮處理（FNB、FNA和FN10DAA）較NE 處理產(chǎn)量分別顯著降低6.9%、8.2%和8.4%。

從產(chǎn)量構(gòu)成分析（表3），葉面追氮不利于小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)的提高?！畮煓?2-1’FNA、FN10DAA處理較NE處理穗數(shù)顯著降低10.3%和11.1%。葉面追氮處理，藁優(yōu)2018 穗粒數(shù)較NE處理顯著降低6.7%～16.7%。葉面追氮可提高小麥千粒重，‘藁優(yōu)2018 ’FNB處理對千粒重的提高最為顯著。各處理間小麥?zhǔn)斋@指數(shù)無顯著差異。

表3 不同時期葉面追氮對小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及收獲指數(shù)的影響Table 3 Effects of foliar N topdressing timing on yield, yield components and harvest index of wheat

2.2 不同時期葉面追氮對小麥籽粒蛋白質(zhì)及各組分含量的影響

不同葉面追氮處理中，‘藁優(yōu)2018’和‘師欒02-1’均為FN10DAA 處理小麥籽粒蛋白質(zhì)含量最高，較其他時期葉面追氮處理最大增幅分別為9.6%和9.9%。2 小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量差異顯著，‘藁優(yōu)2018’小麥籽粒蛋白質(zhì)含量為11.2%～12.5%；‘師欒02-1’小麥籽粒蛋白質(zhì)含量為13.1%～14.4%（圖2）。

圖2 不同時期葉面追氮對小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響Fig.2 Effects of foliar N topdressing timing on grain protein content of wheat

不同時期葉面追氮對小麥籽粒蛋白質(zhì)組成影響顯著（圖3）。各處理結(jié)構(gòu)蛋白（清蛋白、球蛋白）含量均無顯著差異（圖3A 和3B）?！畮煓?2-1’籽粒結(jié)構(gòu)蛋白含量均顯著高于‘藁優(yōu)2018’。

葉面追氮顯著提高小麥醇溶蛋白含量（圖3C）。隨葉面追氮時期后移，‘藁優(yōu)2018’FN10DAA處理醇溶蛋白含量較FNB、FNA處理分別顯著提高13.8%、6.5%?！畮煓?2-1’FNA和FN10DAA處理較FNB處理醇溶蛋白含量分別顯著提高13.3%和10.0%?！粌?yōu)2018’籽粒醇溶蛋白含量為2.7%～3.3%，‘師欒02-1’為3.0%～3.4%。葉面追氮同樣顯著提高小麥谷蛋白含量（圖3D）。隨葉面追氮時期后移，谷蛋白含量顯著上升，葉面追氮時期后移至花后10 d時，‘藁優(yōu)2018’和‘師欒02-1’FN10DAA處理谷蛋白含量變化趨勢不一致。整體分析面筋蛋白（醇溶蛋白和谷蛋白）含量，不同后期葉面追氮處理中面筋蛋白含量變化與醇溶蛋白含量變化趨勢一致。

圖3 不同時期葉面追氮對小麥籽粒各蛋白組分含量的影響Fig.3 Effects of foliar N topdressing timing on content of protein components wheat grain

2.3 不同時期葉面追氮對小麥氮素吸收影響

‘藁優(yōu)2018’地上部總吸氮量為178.1～211.8 kg/hm2，‘師欒02-1’地上部總吸氮量為230.6～260.9 kg/hm2（圖4）?！粌?yōu)2018’在FN10DAA處理地上部吸氮量最高，較FNA和FNB處理分別顯著增加28.4 kg/hm2和33.7 kg/hm2，增幅為15.5%和18.9%；‘師欒02-1’各施肥處理小麥地上部吸氮量無顯著差異。

圖4 不同時期葉面追氮對成熟期小麥地上部及各器官吸氮量的影響Fig.4 Effects of foliar N topdressing timing on N uptake in aboveground organs of wheat at mature stage

‘藁優(yōu)2018’籽粒吸氮量為146.4～170.3 kg/hm2，‘師欒02-1’籽粒吸氮量為188.2 ～207.3 kg/hm2。

不同時期葉面追氮對2 品種各處理影響不一致（圖4）。不同時期葉面追氮處理中，‘藁優(yōu)2018’FN10DAA處理較FNA和FNB處理籽粒吸氮量顯著提高14.3% 和16.3%；而‘師欒02-1’各施肥處理籽粒吸氮量無顯著差異。2 個小麥品種莖葉和穎殼吸氮量處理間差異與籽粒吸氮量相似。

2.4 不同時期葉面追氮處理對小麥氮素利用的影響

不同后期葉面追氮處理中，‘藁優(yōu)2018’FN10DAA處理較FNA和FNB處理氮素吸收效率顯著提高16.1%和18.8%；‘師欒02-1’FNA和FN10DAA處理較FNB處理氮素吸收效率有上升趨勢，但未超過無葉面追氮處理（圖5）。

圖5 不同時期葉面追氮對成熟期小麥氮素吸收效率的影響Fig.5 Effects of foliar N topdressing timing on the nitrogen uptake efficiency of wheat at mature stage

與NE處理相比，葉面追氮對小麥氮素收獲指數(shù)無顯著影響，且不同時期葉面追氮處理間氮素收獲指數(shù)亦無顯著差異（圖6）。

圖6 不同時期葉面追氮對成熟期小麥氮素收獲指數(shù)的影響Fig.6 Effects of foliar N topdressing timing on the nitrogen harvest index of wheat at mature stage

3 討論

本研究中不同時期葉面追氮處理小麥籽粒產(chǎn)量均未超過無后期葉面施氮處理，表明將總施氮量的一部分于小麥生育后期葉面追施不利于小麥高產(chǎn)。有研究表明于小麥生育后期葉面追氮增產(chǎn)效果小于生育前期追氮增產(chǎn)效果［7］，與本研究結(jié)果一致，其原因主要為相比于無葉面追氮處理，葉面施氮處理對千粒重的增加幅度小于對穗粒數(shù)和公頃穗數(shù)的降低幅度。此外‘藁優(yōu)2018’隨葉面追氮時期推后至花后10 d 時，產(chǎn)量可恢復(fù)至無后期施氮處理的水平；而‘師欒02-1’籽粒產(chǎn)量無此響應(yīng)。可能對于‘師欒02-1’，其產(chǎn)量形成主要依賴較高的公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)，因此生育前期氮素供應(yīng)對其產(chǎn)量形成相對更為重要。

研究表明，后期葉面追氮可提高籽粒蛋白質(zhì)含量從而提高小麥品質(zhì)［7-8］。本研究中2 個小麥品種籽粒蛋白質(zhì)含量均在花后10 d 葉面追氮時最高，這與前人的觀點較為一致［9］。其原因可能為小麥生育后期（尤其是花后）葉片較根系仍保持較高的活力，因此花后葉面施氮可提高植株氮素吸收，進(jìn)而促進(jìn)籽粒蛋白質(zhì)合成和累積［9,16］。本研究不同時期葉面追氮處理對2 個品種小麥氮素吸收利用的影響也佐證了這一觀點。此外，由于后期葉面追氮使‘師欒02-1’減產(chǎn)所導(dǎo)致的“濃縮”效應(yīng)可能是其籽粒蛋白質(zhì)含量提高的另一因素。除蛋白質(zhì)含量，籽粒蛋白質(zhì)組成對于加工品質(zhì)也具有重要影響，尤其是面筋蛋白組分醇溶蛋白和谷蛋白，主要影響面團(tuán)的延展性和粘彈性［17-18］。本研究結(jié)果表明，后期葉面追氮顯著提高了醇溶蛋白和谷蛋白含量，且‘藁優(yōu)2018’和‘師欒02-1’分別在花后10 d 和開花期葉面追氮效果顯著優(yōu)于孕穗期（圖3）?？赡茉驗楹笃谑┑ㄟ^改變氮素在籽粒不同蛋白質(zhì)組分中分配進(jìn)而提高面筋蛋白比例［10-11］。此外，開花期至花后10 d 葉面追氮可能通過提高氮素的“源”供應(yīng)促進(jìn)面筋蛋白合成和累積［19-20］。這對于改善小麥籽粒加工品質(zhì)至關(guān)重要。綜上，本研究進(jìn)一步從各蛋白質(zhì)組分含量，尤其是面筋蛋白含量角度明確了最佳葉面追氮時期；課題組推測葉面追氮關(guān)鍵期可能晚于孕穗期的假設(shè)也得到驗證?！粌?yōu)2018’在花后10 d 葉面追氮處理時地上部吸氮量（尤其是籽粒吸氮量）及氮素吸收效率顯著高于其他處理， 但各施肥處理間氮素收獲指數(shù)卻無顯著差異。研究表明，花前氮素的再轉(zhuǎn)移和花后氮素吸收分別占小麥籽粒氮素的60%～95%和5%～40%［21］。由于花后葉面追氮促進(jìn)了葉片對氮素的吸收和對籽粒氮的貢獻(xiàn)率，可能抑制了營養(yǎng)器官中氮素向籽粒的再轉(zhuǎn)移［22］。‘師欒02-1’相比‘藁優(yōu)2018’具有較強(qiáng)的氮素吸收累積能力，其形成最高產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的適宜施氮量高于‘藁優(yōu)2018’。這與2 個品種特性相一致［23］。在生產(chǎn)中，對于產(chǎn)量形成更加依賴于公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)、品質(zhì)形成相對依賴于較高氮素吸收且蛋白質(zhì)含量較高的小麥品種，如‘師欒02-1’，其生育前期的氮肥供應(yīng)尤為重要，不建議將部分氮肥于后期葉面追施以提高其品質(zhì)特性；而對于花后氮素吸收利用能力較強(qiáng)的品種，其千粒重相對較高，籽粒蛋白質(zhì)合成和累積對花后氮肥供應(yīng)更為敏感的小麥品種，如‘藁優(yōu)2018’，將部分氮肥于后期葉面追施（尤其是花后10 d）可在穩(wěn)產(chǎn)基礎(chǔ)上，顯著提高其氮素吸收利用，進(jìn)而促進(jìn)蛋白質(zhì)合成與累積，且優(yōu)化其蛋白質(zhì)組成，針對此類品種后期葉面追氮的應(yīng)用對改善優(yōu)質(zhì)小麥加工品質(zhì)具有重要意義。

4 結(jié)論

與無葉面追氮相比，將部分氮肥于小麥生育后期葉面追施對強(qiáng)筋小麥產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量及氮素吸收利用影響顯著。對于‘藁優(yōu)2018’，葉面追氮可在其不減產(chǎn)的前提下提高氮素吸收效率和地上部吸氮量，進(jìn)而提高籽粒蛋白質(zhì)含量，同時優(yōu)化蛋白質(zhì)組成。此外，‘藁優(yōu)2018’對花后的氮素吸收能力較強(qiáng)，其適宜葉面追氮時期可適當(dāng)推后至花后10 d。對于‘師欒02-1’，后期葉面追氮降低公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)導(dǎo)致減產(chǎn)，但卻有效提高了籽粒蛋白質(zhì)含量，優(yōu)化蛋白質(zhì)組成，其最佳葉面追氮時期可能不宜超過開花期。