施氮量對不同品質(zhì)類型小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)的影響

徐鳳嬌，趙廣才，田奇卓，常旭虹，楊玉雙 ，王德梅，劉 鑫

(1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與栽培重點開放實驗室，北京100081;2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，作物生物學(xué)國家重點實驗室，山東泰安271018)

小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的形成與氮素營養(yǎng)密切相關(guān)。生產(chǎn)中，氮肥施入量大、利用率低等問題引起了很多相關(guān)科研人員的關(guān)注［1］。一些研究［2－4］表明，適量施用氮肥既能增加小麥子粒產(chǎn)量又能提高蛋白質(zhì)含量和子粒濕面筋含量，延長面團形成時間、穩(wěn)定時間和斷裂時間，使子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量達到同步增加，氮素水平過高雖能提高子粒蛋白質(zhì)含量，但子粒產(chǎn)量下降。另有研究［5－6］認為，施氮可以提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)，但是小麥達到最高產(chǎn)量或最高品質(zhì)時的施肥量在不同品種間存在明顯差異。程國旺等［7］研究認為，拔節(jié)期適當?shù)牡视昧磕芴岣弋a(chǎn)量，而品質(zhì)表現(xiàn)主要受基因型和供氮背景的影響。楊延兵等［8］研究發(fā)現(xiàn)，施氮量對小麥產(chǎn)量的貢獻率為20.69%，基因型為48.66%。不同基因型小麥達到最高產(chǎn)量時的施氮量不同。趙廣才等［9］用7個強筋小麥品種，分別在6個省試驗，研究認為，在施氮N 0～300 kg/hm2范圍內(nèi)，濕面筋、沉降值、吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間、延伸性、面包體積均隨施氮量增加逐漸提高，其中面團形成時間、穩(wěn)定時間、濕面筋、沉降值對氮肥反應(yīng)敏感。不同品質(zhì)類型小麥的產(chǎn)量性狀和品質(zhì)指標對施氮調(diào)控的反應(yīng)不同，又因生態(tài)環(huán)境和栽培措施不同，關(guān)于施氮量對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究結(jié)果存在很大差異。如何合理調(diào)整氮肥用量，使其在提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)的同時，最大限度地降低氮肥對環(huán)境的負面作用，已成為小麥生產(chǎn)中亟待解決的問題。本試驗選用兩個強筋小麥品種和兩個中筋小麥品種，研究不同施氮量對不同品質(zhì)類型小麥產(chǎn)量及加工品質(zhì)的影響，以期為不同品質(zhì)類型小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培的氮肥運籌提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設(shè)計

試驗于2009年10月2日在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所進行，試驗地0—20 cm耕層土壤有機質(zhì)含量25 g/kg、全氮1.0 g/kg、堿解氮114 mg/kg、速效磷37 mg/kg、速效鉀125 mg/kg。

試驗為裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為小麥全生育期的施氮處理，設(shè)五個水平，即施 N 0、90、180、270、360 kg/hm2，分別用N0、N90、N180、N270、N360表示，施肥方式為底肥和追肥各50%，于拔節(jié)中期隨水追肥。副區(qū)為品種，強筋小麥濟麥20、強筋小麥皖麥38、中筋小麥京冬8、中筋小麥中麥8?；久?80萬株/hm2，小區(qū)面積 7.2 m ×1.4 m=10.08 m2，試驗設(shè)3次重復(fù)，共60個小區(qū)。在旗葉展開后0、7、14、21、28和35 d取樣測定旗葉葉綠素含量和全氮含量。出苗后，每小區(qū)選2個固定樣點，收獲時拔取樣點植株考種。其他管理同一般高產(chǎn)田。試驗于2010年6月20日按小區(qū)收獲測定子粒產(chǎn)量。

1.2 測定項目和方法

葉綠素測定參照丙酮－無水乙醇浸提法;葉片全氮含量采用FOSS公司的Kjeltec2300自動定氮儀測定;子粒蛋白質(zhì)含量采用Kjeltec2300自動定氮儀測定子粒全氮含量，乘以5.7即為子粒蛋白質(zhì)含量;千粒重用肖邦數(shù)粒儀數(shù)500粒稱重，2次重復(fù)，(重復(fù)間相差小于0.5 g)，再換算成千粒重;容重用上海東方衡器廠產(chǎn)HGT－1000型容重器，按國家糧食標準(GB－1351－78)方法測定;面筋含量用瑞典Falling Number公司2200型面筋儀，參閱AACC38－2方法進行測定;沉降值用德國Brabender公司的沉降值儀，按AACC56－63ZELENY方法測定;面團流變學(xué)特性用德國 Brabender公司的粉質(zhì)儀，按AACC56－21方法測定;面包烘烤試驗按中華人民共和國國家標準AA－CC10－01方法測定。

試驗數(shù)據(jù)用Excel和DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對不同小麥品種旗葉葉綠素含量的影響

不同施氮量比較，各施氮處理葉綠素含量明顯高于對照(N0，不施氮肥)，最高值出現(xiàn)在旗葉展開后14 d，之后逐漸下降，表現(xiàn)為處理N360＞N270＞N180＞N90＞N0，成熟期表現(xiàn)為處理N270＞N360＞N180＞N90＞N0(圖1)。表明在一定范圍內(nèi)，隨施氮量的增加旗葉葉綠素含量提高，增加氮肥施用量可以有效緩解葉綠素降解，延長葉片功能期。

品種間比較，各小麥品種葉綠素含量最高值均出現(xiàn)在旗葉展開后14 d，然后逐漸下降，之前表現(xiàn)為中筋品種(京冬8和中麥8)高于強筋品種(濟麥20和皖麥38)，之后則表現(xiàn)為強筋品種(濟麥20和皖麥38)高于中筋品種(京冬8和中麥8)。強筋小麥在旗葉展開14 d之前葉綠素含量較低，之后則下降緩慢，有利于后期產(chǎn)量的提高，中筋小麥則與此相反(圖1)。

圖1 施氮量對旗葉葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of N-fertilizer rates on chlorophyll contents of flag leaves of wheat

2.2 施氮量對不同小麥品種旗葉氮素含量的影響

不同施氮量比較，旗葉展開后氮素含量逐漸下降，各處理旗葉氮素含量均明顯高于對照，旗葉展開后7 d至35 d表現(xiàn)為N360＞N270＞N180＞N90＞N0(圖2)。在一定范圍內(nèi)，隨施氮量的增加氮素含量下降變慢，增加施氮量可以有效抑制旗葉氮素含量下降，延長葉片功能期。

品種間比較，不同品種旗葉氮素含量均表現(xiàn)為逐漸下降趨勢。旗葉展開和展開后7 d中筋品種(京冬8和中麥8)旗葉氮素含量高于強筋品種(濟麥20和皖麥38)，從旗葉展開14 d開始表現(xiàn)為強筋品種高于中筋品種，可見強筋小麥品種在旗葉展開初期氮素含量比中筋小麥低，但后期旗葉氮素含量下降緩慢，有效緩解了葉片衰老，延長了旗葉功能期，中筋品種與此相反。

圖2 施氮量對旗葉全氮含量的影響Fig.2 Effects of N-fertilizer rates on total nitrogen contents of flag leaves of wheat

2.3 施氮量對不同小麥品種產(chǎn)量因素的影響

由表1可見，按照施氮因素的獨立效應(yīng)分析，各品種的穗數(shù)、穗粒數(shù)、子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均高于對照，且隨施氮量的增加逐漸提高，穗粒數(shù)在施氮N 180 kg/hm2時達到最高值，其他三項在施氮N 270 kg/hm2時達到最高值，當施氮量增加到N 360 kg/hm2時開始下降，表明施氮處理能有效增加小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)，提高子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量，施氮N 270 kg/hm2是改善各產(chǎn)量因素的最適施氮量，施氮過量則不利于各產(chǎn)量因素的提高，還會造成肥料浪費和環(huán)境污染。品種間比較，不同氮肥用量對四個小麥品種各產(chǎn)量因素均有顯著影響，濟麥20蛋白質(zhì)產(chǎn)量最高;皖麥38子粒產(chǎn)量最高;京冬8的穗數(shù)和千粒重最高;中麥8穗粒數(shù)最多。

表1 施氮量對小麥產(chǎn)量因素的影響Table 1 Effects of N-fertilizer rates on grain yield components of wheat

由表1還可以看出，不同氮肥處理對子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的調(diào)控作用達到極顯著水平，而對產(chǎn)量構(gòu)成三因素的調(diào)控效果均不顯著;品種間穗粒數(shù)和蛋白質(zhì)產(chǎn)量差異顯著，不同施氮量和品種的互作效應(yīng)對千粒重、子粒產(chǎn)量均有顯著影響。

2.4 施氮量對不同小麥品種一次加工品質(zhì)的影響

由表2可見，各施氮處理的出粉率、硬度和子粒蛋白質(zhì)含量均顯著高于對照，N270處理的硬度和蛋白質(zhì)含量最高;N360處理的出粉率最高;容重則表現(xiàn)為不施氮處理N0最高。品種間比較，濟麥20硬度最大、蛋白質(zhì)含量最高;皖麥38出粉率最高;京冬8的容重最高。

子粒蛋白質(zhì)含量對氮肥調(diào)控反應(yīng)敏感，其他一次加工品質(zhì)指標受氮素調(diào)控不明顯;品種間出粉率、硬度和蛋白質(zhì)含量差異顯著;氮肥和品種的互作效應(yīng)對一次加工品質(zhì)指標影響較大。

2.5 施氮量對不同小麥品種二次加工品質(zhì)的影響

由表3可以看出，不同施氮量處理比較，施氮N180 kg/hm2可以顯著延長面團形成時間和穩(wěn)定時間，降低吸水率，改善小麥二次加工品質(zhì);隨施氮量的增加沉降值增大，施氮N 360 kg/hm2處理最高(37.56)，面包體積達到最大值，而施氮量為180 kg/hm2時面包評分最高，可見在一定范圍內(nèi)增加施氮量可以增加面包體積，提高面包評分，但不施氮肥和施氮量過高(N 360 kg/hm2)均不利于改善面包烘焙品質(zhì)。品種間比較，不同小麥品種的沉降值、面團形成時間和穩(wěn)定時間、面包體積、面包評分由高到低依次為濟麥20、皖麥38、京冬8、中麥8，并差異顯著。濕面筋含量和吸水率則表現(xiàn)為由高到低依次是京冬8、皖麥38、濟麥20、中麥8。

沉降值和濕面筋含量受氮素調(diào)控顯著;二次加工品質(zhì)各項指標受小麥品種遺傳特性以及氮肥和品種互作效應(yīng)影響顯著。

表2 施氮量對小麥一次加工品質(zhì)的影響Table 2 Effects of N-fertilizer rates on the fist processing quality of wheat

表3 施氮量對小麥二次加工品質(zhì)的影響Table 3 Effects of N-fertilizer rates on the second processing quality of wheat

3 討論

3.1 施氮量對不同小麥品種部分生理指標的影響

旗葉是小麥后期冠層的主要構(gòu)成者，其對子粒產(chǎn)量的貢獻可達41%～43%，而后期功能葉片的光合產(chǎn)物對子粒的貢獻可達80%［10］。張定一等［11］研究認為，在一定范圍內(nèi)，施氮可以增加旗葉葉綠素相對含量，但是施氮量過大旗葉葉綠素相對含量會隨之下降。本試驗結(jié)果表明，在施氮量為N 0～360 kg/hm2的范圍內(nèi)，增加氮肥施用量可以有效緩解葉綠素降解，延長葉片功能期。強筋小麥旗葉展開后期葉綠素含量則下降緩慢，抑制了葉片衰老，中筋小麥則相反。這與張定一等的部分研究結(jié)果基本一致，并明確了施氮量對不同品質(zhì)類型小麥旗葉葉綠素含量的影響，對指導(dǎo)生產(chǎn)具有應(yīng)用價值。旗葉全氮含量變化規(guī)律是衡量小麥生育后期旗葉功能期長短的重要指標之一，有研究指出［12－13］，葉片養(yǎng)分含量明顯受氮素的調(diào)控，葉片氮素含量隨施氮量增加而提高。本研究認為，增加施氮量可以有效抑制旗葉氮素含量下降，延長葉片功能期。強筋小麥品種在旗葉展開初期氮素含量比中筋小麥低，但后期旗葉氮素含量下降緩慢，有效緩解了葉片衰老。

3.2 施氮量對不同小麥品種產(chǎn)量因素的影響

趙俊曄等［14］研究認為，施氮105～195 kg/hm2顯著提高子粒產(chǎn)量，繼續(xù)增施氮肥至285 kg/hm2，粒重和子粒產(chǎn)量均降低。趙廣才等［15］則研究認為，在施氮N 0～300 kg/hm2范圍內(nèi)，隨施氮量增加產(chǎn)量逐漸提高，處理間差異顯著，但施氮N 300 kg/hm2僅比施N 225 kg/hm2的處理增產(chǎn)3.1%，因此，中產(chǎn)條件下施用氮素以N 225 kg/hm2左右較為適宜。在一定范圍內(nèi)，施氮量對小麥產(chǎn)量影響的變化規(guī)律基本一致，但因環(huán)境條件、供試品種特性等不同，試驗結(jié)果存在很大差異。本試驗條件下，施氮量對各產(chǎn)量因素均有影響，在施氮N 0～360 kg/hm2范圍內(nèi)，穗數(shù)、穗粒數(shù)、子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量隨施氮量的增加逐漸提高，施氮N 270 kg/hm2時達到最高值，當增加到N 360 kg/hm2時均開始下降。品種間各產(chǎn)量因素的差異除受施氮調(diào)控以外，還與其品種自身的遺傳特性有關(guān)。不同氮肥用量對4個小麥品種各產(chǎn)量因素有顯著影響，濟麥20蛋白質(zhì)產(chǎn)量最高;皖麥38子粒產(chǎn)量最高;京冬8的穗數(shù)和千粒重最高;中麥8穗粒數(shù)最多。穗粒數(shù)、子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量對氮素調(diào)控反應(yīng)敏感，品種間穗粒數(shù)和蛋白質(zhì)產(chǎn)量差異顯著，不同施氮量和品種的互作效應(yīng)對千粒重、子粒產(chǎn)量均有顯著影響。

3.3 施氮量對不同小麥品種加工品質(zhì)的影響

加工品質(zhì)分為一次加工品質(zhì)和二次加工品質(zhì)，其中一次加工品質(zhì)包括出粉率、容重、子粒硬度、面粉白度和灰分含量等。二次加工品質(zhì)主要包括面筋含量、面筋質(zhì)量、吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間、沉降值、軟化度、評價值等多項指標［16］。小麥品質(zhì)性狀受氮素調(diào)控差異顯著，同時因小麥品質(zhì)類型的差異表現(xiàn)不同。增施氮肥能夠提高面粉的沉降值、濕面筋含量、提高面團吸水率、穩(wěn)定時間、形成時間、面包體積和面包評分［17－18］。何萍等［19］研究認為，濕面筋、沉降值和穩(wěn)定時間均表現(xiàn)出隨氮肥用量的提高而增加的趨勢。本試驗研究明確了施氮處理對不同品質(zhì)類型小麥一次加工品質(zhì)和二次加工品質(zhì)的影響，試驗結(jié)果表明，施氮有利于子粒出粉率、硬度和蛋白質(zhì)含量的提高，但不利于提高容重。濟麥20硬度最大、蛋白質(zhì)含量最高;皖麥38出粉率最高;京冬8的容重最高。子粒蛋白質(zhì)含量對氮肥調(diào)控反應(yīng)敏感;品種間出粉率、硬度和蛋白質(zhì)含量差異顯著;氮肥和品種的互作效應(yīng)對各子粒品質(zhì)指標影響較大。

在本試驗條件下，高氮處理可以增加沉降值，施氮N 180 kg/hm2可以顯著延長面團形成時間和穩(wěn)定時間，降低吸水率，提高小麥加工品質(zhì)。面包體積在施氮量為N 360 kg/hm2時達到最高值，而施氮量為180 kg/hm2時面包總體評分最高，可見在一定范圍內(nèi)增加施氮量可以增加面包體積，提高面包評分，但不施氮肥和施氮量過高(N 360 kg/hm2)均不利于提高面包烘焙品質(zhì)。這一研究結(jié)果(適宜施氮量N 180～360 kg/hm2)與何萍等［19］在施氮量上的結(jié)果差異較大，他們的研究認為全部處理中以N 112.5 kg/hm2處理獲得了較高的沉降值、粗蛋白和濕面筋含量及較長的穩(wěn)定時間，分析認為這與供試品種和試驗條件有關(guān)。試驗品種間比較，沉降值、面團形成時間和穩(wěn)定時間、面包體積、面包評分存在很大差異，由高到低依次為濟麥20、皖麥38、京冬8、中麥8，且差異顯著。濕面筋含量和吸水率則表現(xiàn)為由高到低依次是京冬8、皖麥38、濟麥20，中麥8。沉降值和濕面筋含量受氮素調(diào)控顯著;各加工品質(zhì)指標受小麥品種遺傳特性和氮肥×品種互作效應(yīng)影響顯著。生產(chǎn)中可以根據(jù)需要通過選良種和合理施肥的方式改善小麥加工品質(zhì)，同時節(jié)約肥料，減少環(huán)境污染。

在施氮0～360 kg/hm2的范圍內(nèi)，增加氮肥施用量可以減緩葉綠素降解，抑制旗葉全氮含量降低，有效緩解了葉片衰老。本試驗條件下，穗數(shù)、穗粒數(shù)、子粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量均隨施氮量的增加逐漸提高，在施氮N 270 kg/hm2時達到最高值，當施氮量增加到N 360 kg/hm2時開始下降。各品種間差異較大，京冬8的容重和蛋白質(zhì)含量最高，皖麥38出粉率最高，濟麥20硬度最大。高氮處理可以增加沉降值，施氮N 180 kg/hm2可以顯著延長面團形成時間和穩(wěn)定時間，降低吸水率，改善小麥加工品質(zhì)。面包體積在施氮量為N 360 kg/hm2達到最高值，而施氮量為N 180 kg/hm2時面包總體評分最高。施氮量控制在N180～270 kg/hm2的范圍內(nèi)，可以有效提高產(chǎn)量和改善小麥品質(zhì)。

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