立式旋耕方式下氮肥不同減施水平對小麥品質(zhì)的影響

聶勝委，張巧萍，何寧，許紀(jì)東，張玉亭，張浩光

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002；2.遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗站，河南遂平 463100）

土壤耕作是改善耕層結(jié)構(gòu)和通透性，協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱等環(huán)境因子，提高土壤功能和優(yōu)化水肥供應(yīng)能力的有效措施[1]。立式旋耕采用動力機械帶動垂直螺旋鉆頭直立旋轉(zhuǎn)切磨粉碎土壤，實現(xiàn)深松、旋耕土壤[2]。因其作業(yè)方式新穎，可構(gòu)建良好耕層（30 cm±5 cm）、提高肥水利用效率、促進(jìn)作物生長而受到越來越多的關(guān)注。已有研究表明，在施肥量一定的條件下，與旋耕、翻耕等方式相比，立式旋耕（粉壟）可以提高小麥[3-5]、玉米[6-7]、水稻[8]等作物產(chǎn)量，對水稻品質(zhì)具有改善作用[9]。近年來，我國小麥單產(chǎn)和總產(chǎn)記錄不斷取得突破，除品種因素外，與化肥的施用密切相關(guān)。資料顯示，2018 年我國化肥施用量為5 653.4 萬t，是2000 年（4 146.4 萬t）的1.36 倍，比最高值6 022.6 萬t（2015 年）有一定減少，但是整體投入量仍然較高。過量的肥料投入是獲得糧食高產(chǎn)的主要途徑之一，也是造成氮肥淋失和生態(tài)環(huán)境惡化的關(guān)鍵驅(qū)動因素[10-11]。我國小麥生產(chǎn)中氮肥投入水平總體較高，以陜西省渭北為例，施氮偏高和很高的農(nóng)戶分別占20.2%、43.5%，累計占總戶數(shù)的63.7%[12]。小麥季農(nóng)民習(xí)慣化肥投入量在不同農(nóng)戶之間差異較大，平均為424 kg N·hm-2、226 kg P2O5·hm-2、88 kg K2O·hm-2，其中氮磷用量已遠(yuǎn)超過養(yǎng)分需求量[13]。以氮肥為例，農(nóng)戶用量最少的僅為33 kg N·hm-2，最高為454 kg N·hm-2，平均為188 kg N·hm-2[14]。因此，開展小麥氮肥減施研究意義重大。鄭春風(fēng)等[15]研究認(rèn)為，在225 kg N·hm-2基礎(chǔ)上，減施10%～20%氮肥不會影響小麥產(chǎn)量，且能提高經(jīng)濟效益；徐進(jìn)玉等[16]研究發(fā)現(xiàn)在180 kg N·hm-2基礎(chǔ)上，減施5%～10%氮肥，小麥可增產(chǎn)4%～7%，氮肥利用率提高7～8個百分點。說明改進(jìn)土壤耕作方式以及減少氮肥投入量可以實現(xiàn)小麥季減肥增效，但是研究選用的氮肥減施基準(zhǔn)差異較大，時間較短，且減施研究側(cè)重于產(chǎn)量、效益，對小麥品質(zhì)關(guān)注較少。

鑒于此，本研究從改善和提高土壤功能考慮，采用文獻(xiàn)調(diào)查和統(tǒng)計資料綜合分析得出以300 kg N·hm-2作為減施基準(zhǔn)[17]，研究連續(xù)兩個小麥生長季（2017—2018、2018—2019 年）立式旋耕（30 cm±5 cm）下，不同氮肥減施水平對小麥籽粒品質(zhì)以及面粉流變特性、拉伸性能的影響，為實現(xiàn)小麥綠色生產(chǎn)和養(yǎng)分高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河南省遂平縣農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗站（33°15′N，113°98′E）內(nèi)，屬亞熱帶大陸性季風(fēng)型濕潤氣候。雨量充沛，光照充足，四季分明，亞熱帶向暖溫帶過渡性氣候特性較明顯。年平均氣溫、日照時數(shù)、降水量、無霜期分別為15.1 ℃、2 126 h、927 mm、226 d。土壤類型為砂姜黑土，重壤偏黏，中性偏弱酸性（pH=5.9），土地肥沃，試驗地基礎(chǔ)土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為6.52 g·kg-1和18.6、110.40、139.10 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為單因素隨機區(qū)組設(shè)計，小麥生長季設(shè)過量施氮（300 kg N·hm-2）、減氮10%、減氮20%、減氮30%4 個處理，各處理磷肥（82.5 kg P2O5·hm-2）、鉀肥（82.5 kg K2O·hm-2）施用量相同。每個處理重復(fù)3次，共計12個小區(qū)，小區(qū)面積24.5 m×6 m。各處理氮肥施用量分別為①過量施肥（CK）：氮肥300 kg N·hm-2；②減氮10%（RF10）：氮肥270 kg N·hm-2；③減氮20%（RF20）：氮肥240 kg N·hm-2；④減氮30%（RF30）：氮肥210 kg N·hm-2。施肥處理中70%的氮肥和全部磷、鉀肥作基肥在整地時一次施入，剩余30%氮肥在拔節(jié)期作追肥施入。上茬作物為青貯玉米，收獲后粉碎滅茬，后用立式旋耕機深旋耕一遍，整地深度為（30±5）cm，再用常規(guī)旋耕機平整1遍（深度5～10 cm），播種。

小麥品種為遂選101（豫審麥2015004），分別在2017、2018 年10 月下旬機播樓播種，播量150 kg·hm-2，行距20 cm，于次年（2018、2019 年）6 月上旬收獲。其他田間管理措施等保持一致。

1.3 測定項目及方法

于小麥成熟期，每個小區(qū)實收4 m2測產(chǎn)，同時預(yù)留曬干后的小麥籽粒2.5 kg 用于分析籽粒品質(zhì)及面粉流變特性、拉伸性能等，水分（GB 5009.3—2016）、蛋白質(zhì)（干基，GB 5009.5—2016）、容重（GB/T 5498—2013）、濕面筋（GB/T 5506.2—2008）、吸水量、形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度（GB/T 14614—2006）、能量、恒定變形拉伸阻力、延伸性、最大拉伸阻力（GB/T 14615—2006）、出粉率（NY/T 1094.1-4—2006）等均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel 2003、SPSS 20.0 等軟件進(jìn)行整理，用LSD法進(jìn)行顯著性分析，差異顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥不同減施水平下小麥產(chǎn)量的變化

由圖1可以看出，2018年RF10（減施10%）、RF20（減施20%）處理小麥產(chǎn)量與CK 無顯著差異，RF30（減施30%）處理小麥產(chǎn)量降幅較大，但是處理間差異不顯著。第二季（2019 年）連續(xù)氮肥減施，RF10、RF20、RF30與CK處理間差異仍不顯著。這說明在立式旋耕方式下，當(dāng)季減施及第二季連續(xù)減施10%、20%的氮肥既節(jié)省氮肥投入，又不降低小麥產(chǎn)量；若減施30%的氮肥，小麥產(chǎn)量有下降趨勢。

圖1 不同氮肥減施水平下小麥籽粒產(chǎn)量的比較Figure 1 Wheat grain yields under various nitrogen fertilizer reduced levels

2.2 氮肥不同減施水平下籽粒品質(zhì)的變化

氮肥減施對小麥籽粒品質(zhì)的影響見表1，籽粒含水量在減施當(dāng)季（2018）均有所上升，其中RF20、RF30 處理顯著高于CK、RF10 處理。除RF10 處理籽粒蛋白質(zhì)（干基）含量略有升高外，RF20、RF30 處理均下降，其中RF30 較CK 顯著下降（P＜0.05）。此外，RF10處理籽粒容重較CK略有下降，RF20、RF30處理容重增加，但是差異不顯著。RF20 籽粒出粉率較CK處理下降顯著（P＜0.05），其他處理之間差異不顯著。

第二季，氮肥減施處理的籽粒含水量均低于CK，RF30 顯著降低（P＜0.05）；籽粒蛋白質(zhì)（干基）含量均下降，RF10、RF20 較CK 下降顯著（P＜0.05）；RF10 籽粒容重與CK 無顯著差異，RF20、RF30 籽粒容重則增加，其中RF20處理較CK 顯著增加（P＜0.05）。籽粒出粉率方面，RF10 出粉率較CK 顯著增加（P＜0.05），RF20、RF30與CK無顯著差異（表1）。

表1 氮肥不同減施水平下籽粒品質(zhì)的比較Table 1 Wheat grain quality under various nitrogen fertilizer reduced levels

2.3 氮肥不同減施水平下面粉流變特性的變化

由表2 可以看出，氮肥減施當(dāng)季，與CK 相比，RF10、RF20 濕面筋含量稍有升高，差異不顯著；RF30則顯著下降（P＜0.05）。氮肥減施10%～30%后面粉吸水量均增加，其中RF20、RF30 較CK 顯著增加（P＜0.05）。面團(tuán)形成時間方面，RF10、RF20與CK 無顯著差異，RF30 較CK 顯著縮短（P＜0.05）。氮肥減施后面團(tuán)穩(wěn)定時間則均有縮短，RF20、RF30 處理較CK 顯著縮短（P＜0.05）。與此相反，面團(tuán)弱化度均增加，與CK相比，RF30處理增加顯著（P＜0.05）。

2019 年，連續(xù)減施處理（RF10、RF20、RF30）的濕面筋含量和面團(tuán)形成時間與CK 差異均不顯著；RF10、RF20、RF30 處理的面團(tuán)穩(wěn)定時間與CK 相比均顯著縮短（P＜0.05）；面粉吸水量和弱化度與CK 差異均不顯著（表2）。

2.4 氮肥不同減施水平下面粉拉伸指標(biāo)的變化

由表3 可以看出，2018 年RF10、RF20 處理面粉能量值較CK 增加，RF30 則減少且顯著低于RF10 和RF20（P＜0.05）。恒定變形拉伸阻力方面，RF10與CK相比顯著減小（P＜0.05），RF20、RF30 處理與CK 差異不顯著。RF10處理的面團(tuán)延伸性較CK顯著增大（P＜0.05），RF20、RF30 處理略減小。RF10、RF20、RF30處理的最大拉伸阻力與CK處理差異不顯著。

第二季氮肥減施處理的面團(tuán)能量值均較CK略有下降，各處理之間差異不顯著；與此相反，面團(tuán)恒定變形拉伸阻力均較CK 增大，且RF10、RF30 處理顯著增大（P＜0.05）；面團(tuán)延伸性均較CK 下降，RF10 下降顯著（P＜0.05）；RF10、RF20、RF30 處理的面團(tuán)最大拉伸阻力與CK相比差異不顯著（表3）。

3 討論

小麥品質(zhì)屬于質(zhì)量性狀，但是受外在條件影響較大。黃婷等[18]研究表明，不同播種機型號對小麥品質(zhì)無顯著影響；崔昊等[19]研究發(fā)現(xiàn)CO2濃度與氮肥水平互作對小麥籽粒品質(zhì)無顯著影響，但是在CO2濃度升高情況下，維持較高施氮量有利于提高產(chǎn)量，改善淀粉糊化特性，緩解品質(zhì)下降；蔡艷等[20]研究表明與連作（小麥）相比，輪作（小麥-紅豆草）的小麥籽粒蛋白質(zhì)等營養(yǎng)品質(zhì)更穩(wěn)定，籽粒中蛋白質(zhì)必需氨基酸含量、氨基酸評分、氨基酸指數(shù)等均較高。本研究發(fā)現(xiàn)，在立式旋耕和300 kg·hm-2氮肥減施基準(zhǔn)下，連續(xù)兩季減施10%、20%氮肥能夠獲得更高產(chǎn)量，減施30%則有減產(chǎn)趨勢；同時，當(dāng)季減施10%或20%氮肥，籽粒蛋白質(zhì)（干基）含量變化不大，當(dāng)減施30%氮肥時，籽粒蛋白質(zhì)含量下降顯著；第二季連續(xù)減施各處理籽粒蛋白質(zhì)（干基）含量均下降，減施10%、20%下降顯著。這說明本研究條件下小麥生產(chǎn)中，當(dāng)季氮肥減施不超過20%能夠保證小麥產(chǎn)量和品質(zhì)不下降；第二季連續(xù)減施盡管能保持產(chǎn)量穩(wěn)定，但是降低了小麥品質(zhì)關(guān)鍵指標(biāo)蛋白質(zhì)的含量。

追施氮肥可提高小麥總蛋白含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)、淀粉含量，改善籽粒品質(zhì)[21]。施氮量由120 kg·hm-2增加到240 kg·hm-2時，引起強筋小麥的谷醇蛋白/清球蛋白比值降低，造成面團(tuán)穩(wěn)定時間縮短[22]。在0～240 kg·hm-2施氮肥范圍內(nèi)，增施氮肥可以提高籽粒中直、支鏈淀粉積累量，過量施氮肥則不利于淀粉積累[23]。在施純氮0～300 kg·hm-2范圍內(nèi)，小麥面粉吸水率及面團(tuán)形成、穩(wěn)定時間均隨著施氮量增加逐步增加，當(dāng)施氮量超過300 kg·hm-2時，小麥籽粒粉質(zhì)儀參數(shù)則逐漸下降[24]。本研究表明，氮肥減施當(dāng)季（2018年），減施10%、20%氮肥濕面筋含量稍有升高，減施30%則顯著下降；第二季（2019 年）連續(xù)減施，濕面筋含量均下降，但是差異不顯著。此外，當(dāng)季減施10%氮肥處理的面團(tuán)形成時間略有增加，減施20%、30%時則縮短，減施30%顯著縮短；第二季連續(xù)減施后面團(tuán)形成時間均縮短。氮肥減施后面團(tuán)穩(wěn)定時間則均有縮短，當(dāng)季減施20%、30%顯著縮短，第二季連續(xù)減施則均顯著縮短。

表2 氮肥不同減施水平下面粉流變特性的比較Table 2 Rheological properties of dough under various nitrogen fertilizer reduced levels

表3 氮肥不同減施水平下面粉拉伸指標(biāo)的比較Table 3 Powerd tensile properties of dough under various nitrogen fertilizer reduced levels

綜上，在本研究條件下，當(dāng)季減施10%、20%的氮肥投入量對小麥品質(zhì)（如籽粒蛋白質(zhì)含量、面粉濕面筋含量等）影響不大，連續(xù)減施則影響面團(tuán)形成時間和穩(wěn)定時間等，此時氮肥施用水平為240 kg·hm-2，這與以往的研究結(jié)論基本吻合。在實際的生產(chǎn)中，當(dāng)?shù)视昧?00 kg·hm-2時，當(dāng)季減施10%～20%，小麥可以提質(zhì)增效，但第二季繼續(xù)減施會影響小麥品質(zhì)。因此，為保證小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，建議在小麥?zhǔn)┓柿康目刂粕喜捎酶裟隃p施，并注意減施比例，具體的技術(shù)要求需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

（1）在立式旋耕和300 kg·hm-2施氮肥水平下，減施10%、20%氮肥能夠?qū)崿F(xiàn)減肥不降產(chǎn)，對當(dāng)季小麥籽粒品質(zhì)和面粉流變特性、拉伸性能無顯著影響，但第二季連續(xù)減施則使籽粒蛋白質(zhì)含量顯著下降。

（2）減施30%氮肥時小麥產(chǎn)量有降低趨勢，且籽粒蛋白質(zhì)含量和面粉濕面筋含量降低。

（3）氮肥減施對籽粒容重、出粉率和面粉拉伸阻力、延伸性等指標(biāo)沒有明顯影響。

總之，連續(xù)兩季減施10%、20%能夠?qū)崿F(xiàn)減肥不降產(chǎn)，對當(dāng)季小麥品質(zhì)影響不明顯，第二季連續(xù)減施則影響小麥品質(zhì)；減施30%對小麥影響較大，籽粒產(chǎn)量有降低趨勢且品質(zhì)有所下降。