不同有機肥種類配施化學氮肥對丘陵旱地小麥產量和籽粒蛋白質品質的影響

伍曉軒，楊洪坤，朱 杰，柳偉偉，普瓊達瓦，2，樊高瓊*

（1.四川農業大學農學院/農業部西南作物生理生態與耕作重點實驗室/作物生理生態及栽培四川省重點實驗室，成都 611130；2.西藏日喀則市第二中等職業技術學校，日喀則 857000，西藏自治區）

西南麥區是我國第三大小麥產區，又以四川為主。四川小麥主要分布于丘陵旱地，占比80%以上。土壤貧瘠、有機質含量低和缺氮[1]是限制丘陵旱地小麥產量提升的關鍵因素之一。生產上農民為提高產量盲目增加施氮量，導致氮肥利用效率和氮素轉運效率顯著降低[2-4]，土壤板結和養分淋溶效應嚴重[5]，限制了丘陵旱地的可持續發展。減少無機氮配施有機肥是實現四川丘陵旱地小麥生產可持續發展的一項重要技術途徑。

長期施氮研究表明，無機肥配施有機肥可增加表層土壤含氮量，減少養分流失[6]，提高土壤細菌多樣性、土壤微生物量碳氮和土壤酶活性[7-8]，增強土壤對氮肥的緩沖能力，協調土壤氮素固定、釋放與作物吸收的關系，提高氮肥利用率[9]。可延緩小麥生育后期根系衰老以及葉片光合速率的下降[10]，提高小麥營養與生殖器官的氮素積累[11]，促進旱地小麥籽粒高產穩產和品質的提高[12-13]。但傳統的農家糞肥等有機物料，長期施用會帶來重金屬與抗生素復合污染的生態風險[14]。商品有機肥作為新型肥料發展潛力大，相關研究卻較缺乏，關于丘陵旱地有機無機配施的合理比例也尚待明確。

鑒于此，本研究以成都蓋爾蓋司生物科技有限公司生產的普通有機肥和生物有機肥作為有機肥源，在兩個不同施氮量下，設置不同的有機無機配比，研究其對四川丘陵旱地小麥籽粒產量和蛋白質品質的影響，為四川丘陵旱地有機無機肥的合理配施提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料與試驗設計

田間試驗于2017年 11月—2018年 5月在仁壽縣珠嘉鄉踏水村進行。參試品種為中筋小麥川農30。兩種有機肥均由成都蓋爾蓋司生物科技有限公司提供，普通有機肥養分組成為：有機質≥45%，N 1.09%，P2051.11%，K2O 0.24%；生物有機肥養分組成為：有機質≥45%，N 1.22%，P2052.24%，K2O 1.47%，有效活菌數（枯草芽孢桿菌、側孢短芽孢桿菌）≥2×107·g-1。

試驗采取三因素裂區設計，主區為施氮量（N120為 120 kg/hm2、N180為 180 kg/hm2）；裂區為有機肥種類（T1生物有機肥，T2普通有機肥）；裂裂區為施肥配比（即在等氮條件下設置有機無機不同氮源配比，R0為100%尿素、R25為25%有機肥+75%尿素，R50為50%有機肥+50%尿素，R75為75%有機肥+25%尿素，R100為 100%有機肥），共計 20 個處理，設 3 次重復。

小麥采用人工開溝條播，行距20 cm，小區面積2 m×4 m，基本苗 225 萬株/hm2。生物有機肥、普通有機肥作基肥一次性施入；無機氮肥分兩次施入，基肥:拔節肥=6:4；磷肥 120 kg/hm2、鉀肥 75 kg/hm2，作為底肥施入。水分管理及病蟲草害防治等按照一般大田生產進行。

1.2 調查測定項目與方法

1.2.1 產量及產量構成

收獲前調查穗數，同時取連續的30 個穗考察穗粒數。每小區取中間6 行挖方測產，挖方面積4.8 m2，曬干后脫粒稱重。混合均勻后隨機數出2 個500 粒稱重計算千粒重，兩份樣品重量差數與平均數之比保持在5%以內。用1VFD#DD 型谷物水分測定儀測定籽粒含水率，根據實際含水率計算標準水分（13%）下的單位面積籽粒產量（kg/hm2）和千粒重，根據產量和施氮量計算氮肥偏生產力。

氮肥偏生產力（partial factor productivity，PFP）=施氮處理小麥產量/施氮量

1.2.2 籽粒蛋白質品質測定

磨粉：收獲后脫粒晾曬，常溫儲存2 個月磨粉。按14%水分含量潤麥后，用Brabender Quadrumat Junior 實驗磨磨粉，面粉后熟一個月后用于測定品質性狀。

蛋白質含量：采用Fosskjeltec 8400 定氮儀測定蛋白質含量（籽粒蛋白質換算系數為5.7）。

Zeleny-沉降值：按 GB/T·21119-2007，采用中國農業大學研制CAU-B 型沉淀值測定儀測定。

濕面筋含量：按照國標GB/T14608-1993，采用瑞典Perten 儀器公司生產Glutomatic2100/2102 型面筋儀測定。

1.3 數據處理及分析

數據經Microsoft Excel 2010 整理匯總，運用DPS7.05 進行統計分析，用LSD 法進行多重比較及差異顯著性分析（P=0.05）。

2 結果與分析

2.1 施氮量、有機肥種類、施肥配比對小麥產量、蛋白質品質及氮肥偏生產力影響的方差分析

由表1可得，施氮量顯著影響氮肥偏生產力，有機肥種類顯著影響蛋白質含量和沉降值，施肥配比顯著影響產量、穗數、穗粒數、蛋白質含量、濕面筋含量和氮肥偏生產力。其中穗粒數與氮肥偏生產力受施氮量影響最大，分別為34.7%與98.3%；沉降值和蛋白質含量受有機肥種類影響最大，分別占52.8%和31%；產量與穗數的施肥配比效應最大，分別為65.5%、70.8%；而千粒重和濕面筋含量則受施氮量×施肥配比的互作效應影響最大，分別為54.1%和27.9%。此外，各因素互作效應顯著作用于蛋白質品質性狀，施氮量×有機肥種類（N×T）互作效應顯著影響了濕面筋含量，施氮量×施肥配比（N×R）顯著影響蛋白質含量和濕面筋含量、有機肥種類×施肥配比（T×R）、施氮量×有機肥種類×施肥配比（N×T×R）的互作則顯著影響了蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值。

2.2 施氮量與施肥配比對小麥籽粒產量、產量構成及氮肥偏生產力的影響

進一步分析表明（表2），與施氮120 kg/hm2相比，施氮180 kg/hm2并未顯著增加產量，反而顯著降低了氮肥偏生產力；不同施肥配比間，隨著有機肥占比的增加，產量與氮肥偏生產力均先增加后減少，兩個施氮量在有機氮比無機氮為1:1（R50處理）時，產量均最高，原因在于此時的穗數與穗粒數較高，氮肥偏生產力也在該處理下顯著高于其余各處理。

2.3 有機肥種類與施肥配比對小麥籽粒蛋白質品質的影響

有機肥種類與施肥配比顯著影響籽粒蛋白質品質（表1）。具體而言（表3），生物有機肥相較于普通有機肥蛋白質含量提高0.41 個百分點，差異顯著，但普通有機肥處理下沉降值和濕面筋含量更高，且沉降值差異顯著。不同施肥配比間表現為配施一定量的有機肥可提高蛋白質含量和品質，蛋白質含量分別在R50（生物有機肥）和R75（普通有機肥）處理下最高，濕面筋含量分別在R25（生物有機肥）和R50（普通有機肥）處理下最高，沉降值分別在R25（生物有機肥）和R100（普通有機肥）處理下最高。配施生物有機肥在有機肥占比0～75%范圍內，小麥籽粒蛋白質品質均達中強筋小麥標準（GB/T17329-2013），而配施普通有機肥時僅在有機肥占比為75%時，小麥籽粒蛋白質品質達到中強筋小麥標準。

表3 有機肥種類與施肥配比對小麥籽粒蛋白質品質的影響Table 3 Effects of organic fertilizer type and fertilization ratio on wheat grain protein quality

3 討論與結論

前人研究表明，增施氮肥可維持土壤氮素水平，是促進中強筋小麥高產優質的關鍵栽培措施[2-4]，但高施氮量會增加氮素在土壤中的固定量，增加小麥一生的土壤氮素表觀盈虧和氮素淋溶[5]，影響土壤供氮和植株吸收，氮素利用效率顯著下降，進而影響植株產量和品質的形成。本試驗中，增施氮肥（180 kg/hm2）未顯著提高籽粒產量、蛋白質含量與濕面筋含量，氮肥偏生產力卻顯著降低。同時，單施尿素增產效果有限，搭配施用50%的有機氮肥可顯著增產，且隨施氮量增加有機肥的增產作用增強，如本試驗中有機無機氮1:1 時，在施氮量120 kg/hm2時增產4%，施氮180 kg/hm2時增產13%。

曹承富等[15]提出淮北中強筋品種高產優質的最佳施氮量為225 kg/hm2。本試驗中，施氮120 kg/hm2與180 kg/hm2產量差異不顯著，且產量水平較低（5 000 kg/hm2左右），遠遠落后于全國平均水平，反映了丘陵旱地土壤貧瘠的現狀。也說明當基礎地力較差時，增加施氮量難以提升籽粒產量，改良土壤培肥地力尤為重要。大量研究表明，有機無機配施可增加土壤氮素殘留[16]，穩定土壤礦質態氮釋放[17]，保障土壤養分持續供應，并改善土壤團聚體結構[18]，促進根系發育，促進小麥灌漿期莖、葉、鞘、穗吸收，累積氮素[11]，減緩生育后期的根系衰老和光合速率下降[10，19]，維持灌漿期物質的積累轉運，通過提高穗粒數而提高產量[19]，并改善蛋白質品質[12-13]，增加土壤-作物系統氮素回收，提高氮素利用效率[20]。本試驗中，施氮120 kg/hm2、有機無機氮1:1 時，穗數和穗粒數顯著提高而增產，可較好地同步實現高產優質，同時氮肥偏生產力大幅提升。這不同于前人的3.3:6.7[21]或（5～10）:16[22]或 1:3[23]的有機氮與無機氮的比例，也反映了不同區域因土壤、地力不同需要有不同的有機無機肥配比。

關于有機無機肥配比對籽粒蛋白質品質的影響，前人研究認為，無機肥占比相對較高時，更有利于品質的提升[11，24]，本試驗中有機肥占比50%為臨界值，該配比下顯著提高了產量與氮肥偏生產力，同時提高了蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值，其中有機肥占比≤50%的處理比占比＞50%的處理更能促進產量提高和品質改善，這應與各配比在小麥生育時期提供的速效氮水平有關，與前人研究較一致[25-26]。同時，本研究中，生物有機肥下的蛋白質含量顯著高于普通有機肥，原因可能在于兩種有機肥成分的不同和供氮能力的差異。生物有機肥中具有豐富的微生物，相當于直接向土壤中接種微生物，章家恩等[27]指出提高土壤微生物數可改善土壤結構，協調土壤-微生物-植物根系的關系，促進養分的積累與轉運。長期施用生物有機肥提高土壤中各形態氮素含量和酶活性[28]，促進作物根系生長，增強水肥吸收能力，提高光合速率[29]，增加小麥花前花后干物質積累量與灌漿速率，提高小麥籽粒產量、蛋白質含量及氮素利用效率[30]。本試驗中盡管產量上兩種有機肥差異不顯著，但在品質上卻差異顯著，因而生物有機肥是值得推薦的。

有機無機配施有利于丘陵旱地中強筋小麥產量和品質提升，在施氮120 kg/hm2時，無機氮:有機氮=1:1 處理，有機氮源為生物有機肥，可顯著增加穗數和穗粒數而增產，同時對蛋白質含量和質量無不良影響，氮肥偏生產力高，是適宜于四川丘陵旱地的有機無機配比模式。