氮肥運(yùn)籌對(duì)稻茬麥區(qū)弱筋小麥生理特性、品質(zhì)及產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng)

張向前，徐云姬，杜世州，嚴(yán)文學(xué)，袁立倫，喬玉強(qiáng)，陳 歡，趙 竹，李 瑋，曹承富

(1. 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，安徽合肥 230031； 2. 揚(yáng)州大學(xué)教育部農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品安全國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，江蘇揚(yáng)州 225009； 3. 安徽省白湖農(nóng)技服務(wù)中心廬江白湖農(nóng)場(chǎng)，安徽廬江 231508)

弱筋小麥的蛋白質(zhì)含量較低，筋力較弱，面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間較短，在和面及攪拌面糊時(shí)不易形成完全的面筋，在優(yōu)質(zhì)餅干、糕點(diǎn)加工中應(yīng)用廣泛[1]。近年來(lái)，隨著人民生活水平的提高，專用優(yōu)質(zhì)弱筋小麥的需求量不斷增加，加強(qiáng)對(duì)弱筋小麥品質(zhì)和產(chǎn)量的研究及大面積推廣種植已成為亟待解決的重要課題[2-3]。合理施用氮肥對(duì)提高小麥籽粒產(chǎn)量和改善品質(zhì)有重要作用，眾多研究[4-6]表明，協(xié)同提高弱筋小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)較難實(shí)現(xiàn)。受氮肥施用量的影響，在小麥生產(chǎn)中往往存在高產(chǎn)不優(yōu)質(zhì)或優(yōu)質(zhì)不高產(chǎn)的現(xiàn)象。姚金保等[7]研究指出，在一定范圍內(nèi)增施氮肥或追氮時(shí)期后移能提高弱筋小麥的籽粒產(chǎn)量，但蛋白質(zhì)、濕面筋含量也隨之提高，導(dǎo)致小麥品質(zhì)指標(biāo)不符合弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因此，合理的氮肥運(yùn)籌模式、協(xié)調(diào)籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量是實(shí)現(xiàn)弱筋小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要內(nèi)容[8]。

長(zhǎng)江中下游麥區(qū)是中國(guó)唯一的弱筋小麥優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶和重要的弱筋小麥供應(yīng)基地，提高和改善該區(qū)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)解決中國(guó)緊缺的弱筋小麥供應(yīng)問題具有十分重要的意義[9]。安徽稻茬麥區(qū)位于長(zhǎng)江中下游，是發(fā)展弱筋小麥的優(yōu)勢(shì)區(qū)之一[10]，然而該區(qū)優(yōu)質(zhì)弱筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的形成機(jī)理及栽培調(diào)控技術(shù)研究明顯滯后于緊鄰的江蘇省，導(dǎo)致安徽省優(yōu)質(zhì)弱筋小麥生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)得不到充分發(fā)揮，制約了該區(qū)弱筋小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。氮肥是限制安徽省弱筋小麥生產(chǎn)發(fā)展的主要和常見原因之一，因此，本研究系統(tǒng)分析了不同氮肥施用量和基追比對(duì)弱筋小麥生理特性、品質(zhì)及產(chǎn)量等的影響，在明確不同施氮量和基追比效應(yīng)差異顯著性的基礎(chǔ)上揭示能有效改善弱筋小麥品質(zhì)和產(chǎn)量的氮肥運(yùn)籌方式，為推動(dòng)安徽省弱筋小麥的發(fā)展及實(shí)現(xiàn)品質(zhì)和產(chǎn)量的協(xié)調(diào)統(tǒng)一提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016—2017年在安徽省廬江縣白湖農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)田0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)18.97 g·kg-1，全氮1.24 g·kg-1，堿解氮102.13 mg·kg-1，有效磷8.57 mg·kg-1，速效鉀 114.02 mg·kg-1，pH 5.7。采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施氮量，副區(qū)為基追比，施氮量設(shè)N1(120 kg·hm-2)、N2(180 kg·hm-2)、N3(240 kg·hm-2)三個(gè)水平，基追比設(shè)7∶3、 6∶4、5∶5三個(gè)水平，以不施氮肥處理(N0)為對(duì)照，共10個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，共30個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積4 m×3 m= 12 m2。2016年11月14播種，2017年5月24日收獲，種植密度為基本苗240×104hm-2，小麥品種為寧麥13。小麥全生育期降水量約545.0 mm，日均溫10.7 ℃，累計(jì)日照時(shí)數(shù) 1 049.3 h(安徽省氣象局氣象科學(xué)研究所提供)。磷肥和鉀肥全部基施，P2O5和 K2O用量(折純量)均為120 kg·hm-2，返青期追肥，病蟲害防治及其他田間管理措施同一般大田高產(chǎn) 栽培。

1.2 樣品采集與測(cè)定

葉綠素含量：采用手持式葉綠素測(cè)定儀(SPAD-502)分別于拔節(jié)期、孕穗期、開花期和灌漿中期選取植株的相同部位葉片進(jìn)行測(cè)定。每小區(qū)隨機(jī)測(cè)定5株。孕穗期后選擇旗葉進(jìn)行測(cè)定。

葉面積指數(shù)：采用直尺分別于拔節(jié)期、孕穗期、開花期和灌漿中期測(cè)量植株葉片的長(zhǎng)和寬(葉片最寬處)。每小區(qū)隨機(jī)測(cè)定10株。

冠層葉綠素密度[11-12]：以小麥冠層倒1葉、倒2葉和倒3葉的單葉葉綠素密度的平均值作為該株小麥灌層葉綠素密度。

群體干物質(zhì)積累量：分別于拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期取整株小麥樣品去除根系后， 105 ℃殺青20 min，80 ℃烘干至恒重，稱量干物質(zhì)積累量。每小區(qū)隨機(jī)測(cè)定10株。

旗葉光合特性：用Li-6400便攜式光合儀于晴朗無(wú)云天氣在9:30-11:30測(cè)定小麥旗葉光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。分別在開花期和灌漿中期測(cè)定。

籽粒品質(zhì)：用FOSS 1241型近紅外谷物分析儀測(cè)定籽粒的蛋白質(zhì)(干基)含量、濕面筋(干基)含量和沉降值，測(cè)定前去除籽粒樣品中的雜質(zhì)和不完善粒。

硬度指數(shù)：用SKCS 4100型單籽粒谷物硬度儀測(cè)定，測(cè)定前對(duì)樣品進(jìn)行人工挑選，去除雜質(zhì)、病蟲感染粒和不飽滿粒。

產(chǎn)量：收獲前每小區(qū)取一米雙行統(tǒng)計(jì)穗數(shù)，隨機(jī)取20穗統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)；收獲時(shí)分小區(qū)收獲曬干統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，并隨機(jī)取1 000粒籽粒統(tǒng)計(jì)千粒重。

1.3 據(jù)分析處理

單葉葉面積=葉片長(zhǎng)×葉片寬×0.83；

葉面積指數(shù)=單位植株葉片總面積/單位土地面積；

單葉葉綠素密度=葉綠素含量SPAD值×單葉葉面積；

收獲指數(shù)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(籽粒產(chǎn)量)/生物產(chǎn)量(群體干物質(zhì)積累量)。

用Microsoft Excel 2013和SPSS 17.0軟件分析數(shù)據(jù)并制圖，用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量和基追比對(duì)光合效應(yīng)構(gòu)成要素的影響

2.1.1 對(duì)葉綠素含量的影響

由表1可知，不施氮處理(N0)各生育時(shí)期的葉綠素含量均顯著低于同一時(shí)期的其他處理。相同施氮量下，基追比6∶4時(shí)小麥的葉綠素含量均高于同一生育期的其他處理，但三者間的差異不顯著；相同基追比下，小麥的葉綠素含量隨施氮量增加而提高。相同基追比下，N3的葉綠素含量顯著高于N1(灌漿中期基追比6∶4的處理除外)，而N2與N3間葉綠素含量差異不顯著。

表1 施氮量和基追比對(duì)小麥不同生育期葉綠素含量的影響Table 1 Effect of nitrogen fertilization and base to dressing ratio on chlorophyll content at different growth stages

同列數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Different lower-case letters within the same column indicate significant difference at 0.05 level.The same as in tables 2-7.

2.1.2 對(duì)葉面積指數(shù)的影響

由表2可知，相同施氮量下，基追比為6∶4時(shí)小麥的葉面積指數(shù)最高，其中N1和N2條件下，不同基追比間的葉面積指數(shù)差異均不顯著(孕穗期除外)；N3條件下，孕穗期基追比7∶3和 6∶4、開花期基追比7∶3和6∶4以及7∶3和 5∶5間的葉面積指數(shù)差異顯著?；繁认嗤瑫r(shí)，N3的葉面積指數(shù)顯著高于N1。相同生育時(shí)期，N1的葉面積指數(shù)顯著高于N0；相同基追比和生育期下，N3的葉面積指數(shù)顯著高于N1，而N3與N2相同基追比下拔節(jié)期和灌漿中期的葉面積指數(shù)差異不顯著。說(shuō)明在0～240 kg·hm-2施氮范圍內(nèi)，施氮量增加120 kg·hm-2(N0提高到N1、N1提高到N3)可顯著增加葉面積指數(shù)。

表2 施氮量和基追比對(duì)不同生育期群體葉面積指數(shù)的影響Table 2 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on leaf area index at different growth stages

2.1.3 對(duì)冠層葉綠素密度的影響

由表3可知，不施氮(N0)處理的冠層葉綠素密度顯著低于其他施氮處理。相同施氮量下,開花期和灌漿中期基追比為7∶3時(shí)小麥的冠層葉綠素密度最低。開花期，N1施氮量下基追比為 5∶5時(shí)小麥的冠層葉綠素密度顯著高于基追比 7∶3處理，N2施氮量下基追比為6∶4時(shí)小麥的冠層葉綠素密度顯著高于基追比7∶3處理，而相同施氮量下基追比6∶4和5∶5處理間的差異均不顯著。灌漿中期，N3和N2施氮量下基追比 6∶4處理的冠層葉綠素密度顯著高于基追比 7∶3處理，而N1施氮量下3種基追比間的差異均不顯著。相同基追比下，N3施氮量下各處理的冠層葉綠素密度在開花期和灌漿中期均顯著高于N1。

2.1.4 對(duì)光合特性的影響

由表4可知，不施氮(N0)處理的光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著低于各施氮處理。相同施氮量下，同一生育期不同基追比間小麥的光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均以基追比6∶4最高，以基追比7∶3最低，而胞間CO2濃度以基追比7∶3最高，以基追比6∶4最低，但3種基追比間的差異均不顯著。相同基追比下，N3施氮量下的光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均顯著高于N1。說(shuō)明在0～240 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)，施氮量增加120 kg·hm-2(N0提高到N1、N1提高到N3)可顯著提高光合速率，但施氮量相同時(shí)光合速率受基追比影響不明顯。

表3 施氮量和基追比對(duì)小麥冠層葉綠素密度的影響Table 3 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on chlorophyll density of wheat canopy

表4 施氮量和基追比對(duì)小麥光合特性的影響Table 4 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on photosynthetic characteristics of wheat

表5 施氮量和基追比對(duì)小麥品質(zhì)的影響Table 5 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on wheat quality

2.2 施氮量和基追比對(duì)籽粒品質(zhì)的影響

由表5可知，小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值和硬度指數(shù)均隨施氮量的增加而提高。相同施氮量下，小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值和硬度指數(shù)均以基追比5∶5最高，以基追比7∶3最低，且不同基追比間的差異均不顯著。相同基追比下，N3施氮量下小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值均顯著高于N1，N2與N1間沉淀值的差異顯著，硬度指數(shù)差異不顯著。N1和N2施氮量下，小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值(N2下基追比5∶5除外)、硬度指數(shù)均達(dá)到弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T17320-2013)；而N3施氮量下，基追比5∶5處理的籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值較高，不符合弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 施氮量和基追比對(duì)產(chǎn)量的影響

2.3.1 對(duì)群體干物質(zhì)積累量的影響

由表6可知，相同基追比下，N2的群體干物質(zhì)積累量顯著高于N1，N3顯著高于N2。相同施氮量下，基追比為7∶3時(shí)小麥的群體干物質(zhì)積累量最低。成熟期，N1施氮量下基追比為6∶4和5∶5時(shí)小麥的群體干物質(zhì)積累量分別比基追比 7∶3時(shí)增加1.58%和1.35%，N2和N3施氮量下則分別增加6.92%和4.33%、3.71%和 0.52%，其中N2施氮量下處理間差異顯著。說(shuō)明在 120～240 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)，基追比相同時(shí)施氮量增加60 kg·hm-2(N2比N1、N3比N2)能顯著提高小麥群體干物質(zhì)積累量，施氮量相同時(shí)基追比7∶3不利于小麥群體干物質(zhì)積累量的提高。

表6 施氮量和基追比對(duì)不同生育期群體干物質(zhì)積累量的影響Table 6 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on dry matter weight of wheat population at different growth stages kg·hm-2

表7 施氮量和基追比對(duì)小麥產(chǎn)量的影響Table 7 Effect of nitrogen application and base to dressing ratio on yield of wheat

2.3.2 對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表7可知，相同施氮量下，不同基追比間的穗粒數(shù)(N2施氮量下基追比為6∶4時(shí)除外)、千粒重、穗數(shù)、容重和收獲指數(shù)差異均不顯著，總體上以基追比7∶3的穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)、容重最低。N2施氮量下，基追比為6∶4和5∶5的小麥產(chǎn)量分別較基追比7∶3增加7.34%和4.74%，差異顯著。相同施氮量下小麥產(chǎn)量以基追比6∶4最高。相同基追比下，N3和N2的穗粒數(shù)、穗數(shù)和產(chǎn)量均顯著高于N1，N3與N2間的穗數(shù)和產(chǎn)量也存在顯著差異。說(shuō)明在120～240 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)，基追比相同時(shí)，施氮量增加60 kg·hm-2(N2比N1、N3比N2)能顯著提高小麥產(chǎn)量，基追比與產(chǎn)量的關(guān)系受總施氮量的直接影響。收獲指數(shù)隨施氮量的增加而增加，基追比相同時(shí)，N3的收獲指數(shù)顯著高于N1，在120～240 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)，施氮量增加120 kg·hm-2(N3比N1)可顯著提高收獲指數(shù)。

3 討 論

馮 波等[13]研究指出，適當(dāng)提高施氮量，能明顯提高壟作小麥生育后期旗葉的光合速率，其中，在250 kg·hm-2施氮量下，將33%氮肥在播種前基施、67%氮肥在拔節(jié)期追施，能使小麥表現(xiàn)出最優(yōu)的光合特性。本研究發(fā)現(xiàn)，相同施氮量下，小麥的葉綠素含量、葉面積指數(shù)、冠層葉綠素密度、光合速率均以基追比6∶4最高，且不同基追比間的葉綠素含量、開花期光合速率差異均不顯著，而孕穗期的葉面積指數(shù)、冠層葉綠素密度受不同基追比的顯著影響；相同基追比下，葉綠素含量、葉面積指數(shù)、冠層葉綠素密度、光合速率均隨施氮量的增加呈逐漸增加趨勢(shì)，其中，在施氮量為0～240 kg·hm-2時(shí)，施氮量增加120 kg·hm-2(N1比N0、N3比N1)可明顯提高小麥葉綠素含量，顯著增加葉面積指數(shù)、冠層葉綠素密度和光合速率；不施氮肥會(huì)顯著降低小麥光合性能，增施氮肥對(duì)小麥葉綠素含量、葉面積指數(shù)和光合速率的影響程度大于基追比。本研究結(jié)果與沈會(huì)權(quán)等[14]和慕 宇等[15]研究得出的不同氮肥施用量和基追比對(duì)小麥葉綠素含量、葉面積指數(shù)及凈光合速率具有明顯影響的結(jié)論一致。

束林華等[16]研究發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)增加施氮量能明顯提高小麥籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)和面筋含量，但當(dāng)施氮量超過(guò)此范圍時(shí)蛋白質(zhì)含量超過(guò)國(guó)家弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)。本研究發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值和硬度指數(shù)均隨施氮量的增加而提高，但同一施氮量下基追比為7∶3、 6∶4、5∶5時(shí)上述各指標(biāo)間的差異不顯著。另外，本研究還顯示，當(dāng)施氮量為120 kg·hm-2和180 kg·hm-2時(shí)3個(gè)基追比下小麥的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉淀值(N2下基追比5∶5處理除外)和硬度指數(shù)均符合弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T17320-2013)，但施氮量達(dá)到240 kg·hm-2時(shí)其蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉淀值均不符合弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該結(jié)論與李春燕等[2]研究得出的弱筋小麥品質(zhì)受施氮量和基追比影響明顯且施氮量不宜超過(guò)180 kg·hm-2的結(jié)論相符。王曙光等[5]研究指出，在確保弱筋品質(zhì)的前提下，總施氮量為225 kg·hm-2、基追比為6∶4時(shí)，產(chǎn)量相對(duì)較高。吳宏亞等[17]研究指出，弱筋小麥揚(yáng)麥15在施純氮總量210 kg·hm-2、基追比5∶1∶4(基肥∶壯蘗肥∶拔節(jié)肥)時(shí)的產(chǎn)量最高，品質(zhì)也符合弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T17320-2013)。本研究發(fā)現(xiàn)，相同基追比下，在施氮量為120～240 kg·hm-2時(shí)，施氮量增加60 kg·hm-2(N2比N1、N3比N2)能顯著提高小麥群體干物質(zhì)積累量；相同施氮量下，基追比7∶3不利于提高群體干物質(zhì)積累量；施氮量為240 kg·hm-2時(shí)小麥的產(chǎn)量和收獲指數(shù)均最高，說(shuō)明，基追比與產(chǎn)量的關(guān)系受總施氮量的直接影響，本研究中以基追比6∶4時(shí)產(chǎn)量最高。此外，施氮量相同時(shí)基追比對(duì)小麥?zhǔn)斋@指數(shù)的影響不顯著。以上結(jié)果與陸增根等[18]研究得出的施氮量和基追比對(duì)弱筋小麥群體生物量及產(chǎn)量形成有明顯影響的結(jié)論一致。

不同學(xué)者關(guān)于弱筋小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的氮肥施用量和基追比的研究結(jié)論不完全一致[19]，這主要與研究區(qū)域的土壤基礎(chǔ)肥力和環(huán)境特點(diǎn)等有關(guān)。本研究中，當(dāng)施氮量達(dá)到240 kg·hm-2時(shí)各基追比下小麥籽粒的蛋白質(zhì)含量和沉淀值均不符合弱筋小麥標(biāo)準(zhǔn)，而施氮量180 kg·hm-2、基追比 6∶4時(shí)的籽粒品質(zhì)符合弱筋小麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)且產(chǎn)量最高。鑒于此，本研究提出施氮量180 kg·hm-2左右且基追比6∶4可作為安徽地區(qū)較為適宜的氮肥運(yùn)籌方式。雖有研究指出相同施氮量下基追比7∶3時(shí)小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)較為協(xié)調(diào)，與本研究提出的基追比為6∶4的結(jié)論不一致，這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)所在的生態(tài)區(qū)在小麥生育后期的日均溫相對(duì)較高，籽粒成熟較快，灌漿過(guò)程相對(duì)短，不利于籽粒對(duì)土壤和植株氮素的充分利用轉(zhuǎn)化和蛋白質(zhì)積累，故在本研究區(qū)適當(dāng)增加追肥比例更利于小麥品質(zhì)形成，但基追比5∶5時(shí)因后期追氮比例較高，易造成小麥籽粒品質(zhì)不達(dá)標(biāo)。因此，在弱筋小麥生產(chǎn)中, 為實(shí)現(xiàn)品質(zhì)和產(chǎn)量的協(xié)調(diào)，除考慮施氮量及后期追氮比例外，還應(yīng)考慮區(qū)域土壤基礎(chǔ)肥力和生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)。