化肥減施對小麥產量及品質的影響

張 晶,張定一,黨建友,裴雪霞

(山西農業(yè)大學小麥研究所,臨汾 041000)

施用化肥對提高作物產量、確保我國糧食安全具有重要意義[1]。 近年來,我國普遍存在施用化肥過量的現象,導致肥料利用率偏低,不僅沒有促進作物增產,還造成了嚴重的環(huán)境污染,不利于農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2-5]。 據統(tǒng)計,我國每生產1.5 kg 糧食大約需要消耗化肥0.5 kg,是國際公認安全線的2 倍左右[6-7]。減量施肥是在保證作物產量穩(wěn)定的前提下,減少肥料投入,以提高肥料利用率、降低環(huán)境污染。 研究表明,適當減量施肥能夠實現產量穩(wěn)定,提高肥料利用率和經濟效益[8-10]。 而李世清等[11]研究認為,減量施肥會影響小麥籽粒灌漿過程和特性,進而影響籽粒重和小麥產量。 前人對不同小麥品種間氮素吸收和利用進行了相關研究,丁永剛等[12]認為,不同氮效率小麥品種或群體間產量和物質生產能力存在差異;徐曉峰等[13]認為,寬幅播種配合氮肥減施可以提高氮肥利用效率和小麥產量。 以往的研究多集中在小麥氮素吸收利用特性方面[14-17],而受氣候條件、土壤肥力、品種及田間管理等因素的影響,化肥減施效果可能存在較大的區(qū)域性差異。 目前,關于晉南地區(qū)小麥化肥減施效果的研究未見報道。 為此,本試驗研究減量施用化肥對晉南地區(qū)不同小麥品種產量及品質的影響,旨在明確化肥減施在晉南麥區(qū)的可行性,并篩選出適合當地種植的穩(wěn)產提質的冬小麥品種,以期為該區(qū)域作物高效施肥及實現化肥零增長的目標提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020 年10 月9 日—2021 年6 月11 日在山西農業(yè)大學小麥研究所洪堡試驗基地(36°13.2＇N、111°33.7＇E)進行。 試驗區(qū)域為黃淮冬麥區(qū)北片,屬溫帶大陸性半干旱氣候,年平均氣溫13.1 ℃,年降水量450—550 mm。 試驗地土壤屬中壤石灰性褐土,連續(xù)多年為小麥-玉米一年兩熟輪作制,0—20 cm 土層含有機質16.28 g∕kg、堿解氮65.33 mg∕kg、速效磷22.11 mg∕kg、速效鉀130.5 mg∕kg。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計,以小麥品種為主區(qū),設置‘濟麥22’‘石農086’‘品育8012’‘煙農1212’4 個品種;以施肥模式為副區(qū),設置(1)常規(guī)施肥(CF):總施純N 270.0 kg∕hm2,其中基施純N 189.0 kg∕hm2、P2O5120.0 kg∕hm2、K2O 67.5 kg∕hm2,拔節(jié)期追施純N 81.0 kg∕hm2;(2) 化肥減施(FR):總施純N 240.0 kg∕hm2,其中基施純N 180.0 kg∕hm2、P2O5105.0 kg∕hm2、K2O 34.5 kg∕hm2,拔節(jié)期追施純N 60.0 kg∕hm2;(3)不施肥(CK)。 肥料種類為尿素(含N 46.2%)、磷酸二銨(含N 18%、P2O546%)、氯化鉀(含K2O 60%)。 主區(qū)面積2.5 m×51 m= 127.5 m2,副區(qū)為2.5 m×17 m=45.5 m2,重復3 次。 全生育期滴灌4 次(越冬水∕返青水∕拔節(jié)水∕灌漿期),總灌水量:(600 +300 +600 +300)m3∕hm2=1 800 m3∕hm2。10 月9 日播種,播量225.0 kg∕hm2,播種行距20 cm,其他管理措施同大田生產。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 產量及穗粒結構

收獲時每小區(qū)隨機取長勢均勻的2 行冬小麥,每行隨機選取長20 cm 的區(qū)段作為樣本,統(tǒng)計有效穗數、每穗粒數;各處理收獲2 個未取樣調查樣方外,再隨機取3 個1.0 m2樣方,脫粒,風干后稱重;數取500 粒稱重,2 次重復(重復間相差≤0.5 g),80 ℃下烘至恒重,按13%含水率計算千粒重和產量。

1.3.2 蛋白質組分

采用連續(xù)提取法,稱取1.0 g 樣品,依次使用蒸餾水、10% NaCl、70%乙醇和0.2% NaOH 溶液提取籽粒中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白,采用凱式定氮法測定其含量。

1.3.3 品質指標

籽粒樣品風干后使用德國Brabender 公司Quadrumat Junior 實驗磨磨粉進行品質測定,水分調至14%。 參照GB∕T 14614—2006《小麥粉 面團的物理特性 吸水量和流變學特性的測定 粉質儀法》,用德國Brabender 公司的粉質儀測定面團吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間和弱化度。 參照GB∕T 21119—2007《小麥 沉降指數測定法Zeleny 試驗》,用德國Brabender 公司的沉降值測定儀測定小麥的Zeleny 沉降值。 參照GB∕T 5506.2—2008《小麥和小麥粉 面筋含量 第2 部分:儀器法測定濕面筋》,用瑞典Perton 公司的2200 型面筋儀測定濕面筋含量。 參照GB∕T 14615—2006《小麥粉 面團的物理特性 流變學特性的測定拉伸儀法》,用德國Brabender 公司的拉伸儀測定拉伸參數,主要指標包括拉伸面積、拉伸阻力、延展性、最大阻力和拉伸比例。

1.4 數據分析

采用Excel 2016 和DPS 15.10 軟件對試驗數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 施肥模式對小麥產量及其構成因素的影響

由表1 知,品種和施肥處理均對產量及其構成因素的影響達極顯著水平,其互作對產量和千粒重的影響達極顯著水平,對成穗數和穗粒數的影響達顯著水平。 品種及施肥處理交互作用主要通過影響千粒重影響產量,4 個小麥品種產量均表現為:常規(guī)施肥(CF) ＞化肥減施(FR) ＞CK。 其中,‘濟麥22’處理間差異顯著,‘品育8012’FR 處理與CK 間、‘煙農1212’CF 與FR 處理間差異均不顯著。 CF 處理中,‘品育8012’產量最高且與其他3 個品種差異顯著,‘品育8012’增產主要與成穗數和千粒重增加有關。 FR處理中,‘濟麥22’和‘煙農1212’產量較高,二者差異不顯著,‘濟麥22’增產主要與成穗數和千粒重增加有關,‘煙農1212’增產主要與成穗數增加有關。

表1 不同施肥模式小麥產量及其構成要素Table 1 Wheat yield and yield component under different fertilization modes

2.2 施肥模式對小麥蛋白質組分含量的影響

小麥蛋白組分含量分析結果表明(表2),小麥清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量在品種間存在極顯著差異,施肥、品種與施肥互作對蛋白質組分的影響均達極顯著水平。 從4 個品種看,‘濟麥22’清蛋白含量處理間無顯著差異,谷蛋白含量處理間存在顯著差異,醇溶蛋白含量以FR 處理最高,且與其他處理差異顯著,球蛋白含量FR 處理與CK 間差異不顯著;‘品育8012’以FR 處理的谷蛋白含量最高,與其他處理差異顯著;‘石農086’谷蛋白含量處理間無顯著差異,FR 處理清蛋白和醇溶蛋白含量最高,且與其他兩個處理差異顯著;‘煙農1212’醇溶蛋白含量處理間無顯著差異,FR 處理清蛋白含量最高,且與其他處理差異顯著,球蛋白和醇溶蛋白含量均以CF 處理最高。 4 個品種中,除‘石農086’谷蛋白含量處理間差異不顯著外,其他3 個品種均表現為CK 谷蛋白含量最低,且差異顯著。

表2 不同施肥模式小麥成熟期蛋白質組分含量Table 2 Content of protein components in wheat at maturity under different fertilization modes

2.3 施肥模式對小麥粉質參數的影響

由表3 知,品種對小麥粉質參數的吸水率、穩(wěn)定時間和濕面筋影響極顯著,施肥對吸水率、穩(wěn)定時間、沉降值和濕面筋的影響達極顯著水平,對弱化度影響顯著;品種和施肥交互作用對吸水率、穩(wěn)定時間和濕面筋影響達極顯著水平,對沉降值及弱化度影響達顯著水平,說明除品種本身特性外,施肥處理是影響小麥粉質參數的重要因素。 其中,‘濟麥22’吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、沉降值和濕面筋施肥處理間均沒有顯著差異,弱化度CF 處理最高,顯著高于FR 處理,但兩者與CK 差異不顯著;‘品育8012’吸水率、形成時間、沉降值和濕面筋處理間無顯著差異,CK 穩(wěn)定時間最長,弱化度最低;‘石農086’吸水率、沉降值和濕面筋處理間無顯著差異,CK 形成時間、穩(wěn)定時間最長,FR 和CF 處理間差異不顯著,弱化度CK 和FR 處理間差異不顯著;‘煙農1212’粉質參數處理間差異較大,穩(wěn)定時間處理間差異達顯著水平,弱化度表現為FR 和CF 處理間差異顯著。

表3 不同施肥模式小麥粉質參數Table 3 Wheat flour quality parameters of different fertilization modes

2.4 施肥模式對小麥面粉拉伸參數的影響

由表4 知,品種和施肥處理對小麥拉伸參數影響均達極顯著水平,二者互作除對延展性無顯著影響外,對其余指標影響均達極顯著水平。 不同處理對‘濟麥22’拉伸阻力和延展性影響較小,FR 處理拉伸面積和最大阻力最大,其拉伸面積顯著高于CK 和CF 處理,最大阻力顯著高于CK,拉伸比例CK 最高,顯著高于CF 處理,但FR 處理與CK 和CF 處理間差異不顯著;‘品育8012’各項拉伸參數比較,CF 和FR 處理間差異不顯著,其拉伸阻力和拉伸比例顯著低于CK;‘石農086’拉伸面積處理間無顯著差異,CF 和FR 處理延展性顯著高于CK,CK 拉伸阻力、最大阻力及拉伸比例最高,FR 處理次之;‘煙農1212’拉伸面積、拉伸阻力及延展性處理間無顯著差異,FR 處理最大阻力最高,與CF 處理差異顯著,拉伸比例以CK 最高,CF 和FR 處理差異不顯著。

表4 不同施肥模式小麥拉伸參數Table 4 Tensile parameters of wheat under different fertilization modes

3 討論

3.1 化肥減施對不同小麥品種產量及其構成因素的影響

趙亞南等[18]研究表明,與常規(guī)施肥相比,減量施肥對小麥產量沒有顯著影響,產量構成因子中僅千粒重有增加趨勢,其他指標均沒有顯著變化。 鄭景瑞等[19]研究認為,不同小麥品種產量在推薦養(yǎng)分施肥條件下差異顯著。 本研究表明,化肥減施對不同品種小麥產量及其構成因素影響不同。 從品種角度來看,主要是小麥群體數量和千粒重限制產量。 從產量角度看,4 個小麥品種化肥減施潛力依次為‘煙農1212’ ＞‘濟麥22’ ＞‘石農086’ ＞‘品育8012’。 梁鵬等[20]研究認為,‘煙農1212’產量潛力高是由于灌漿中后期保持了較高的光合速率,延緩了旗葉衰老。 本研究表明,‘煙農1212’增產主要是成穗數增加,產量構成因素協(xié)調。

3.2 化肥減施對小麥成熟期蛋白質組分的影響

有研究表明,隨著施氮量的增加,小麥清蛋白和谷蛋白含量有減少的趨勢,球蛋白和醇溶蛋白含量增加[21]。 磷肥也能影響小麥籽粒蛋白質組分的積累,王旭東等[22]研究表明,105 kg∕hm2的低磷水平處理提高了中筋小麥品種清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量,降低了球蛋白的含量。 適當施用鉀肥對小麥籽粒中4 種蛋白組分的含量有顯著提高的作用。 陸強等[23]指出,增施鉀肥,可促進小麥籽粒產量、千粒重和蛋白質含量的增加。 本研究中不同品種小麥蛋白質組分含量對化肥減施的響應不同,施肥對‘濟麥22’清蛋白和球蛋白含量的調控作用較小,而對谷蛋白和醇溶蛋白含量的調節(jié)作用較大;適量減施化肥對提高‘品育8012’谷蛋白含量具有重要作用,而對‘石農086’谷蛋白含量卻無顯著影響;化肥減施對‘煙農1212’醇溶蛋白含量影響較小。 由此說明,施肥量對小麥蛋白質組分的影響因品種而異,這與石玉等[24]研究結果一致。

3.3 化肥減施對小麥加工品質的影響

小麥籽粒品質除受遺傳因素和生態(tài)條件的影響外,栽培措施和生態(tài)環(huán)境對籽粒品質有明顯的調控效應,其中以肥料的效應最為顯著[25-26]。 陳莉等[27]研究表明,氮、磷、鉀肥對小麥的加工品質具有明顯的互作效應,小麥籽粒容重、沉淀值、濕面筋、吸水量、形成時間、穩(wěn)定時間隨氮、磷、鉀的適當用量增加顯著增加。 本研究表明,不同小麥品種加工品質指標對施肥的響應不同,除品種本身特性外,施肥處理是影響小麥粉質參數和拉伸參數的重要因素。 與常規(guī)施肥相比,化肥減施處理‘濟麥22’弱化度顯著降低,拉伸面積顯著提高,‘品育8012’則各項參數差異均不顯著,‘石農086’弱化度顯著降低,最大阻力和拉伸比例顯著提高,‘煙農1212’弱化度顯著降低,穩(wěn)定時間和最大阻力顯著提高。 可見,除‘品育8012’外,適量減施化肥有利于提高其他3 個品種的面團流變學特性,進而改善小麥的加工品質。

4 結論

晉南地區(qū)冬小麥在滴灌灌水總量1 800 m3∕hm2,生育期灌水4 次,越冬前和拔節(jié)期增量灌水條件下,總施純N 240.0 kg∕hm2,其中基施純N 180.0 kg∕hm2、P2O5105.0 kg∕hm2、K2O 34.5 kg∕hm2,拔節(jié)期追施純N 60.0 kg∕hm2時,‘煙農1212’和‘濟麥22’能夠實現穩(wěn)產提質和化肥減施增效。