玉米秸稈還田與氮肥配施對小麥淀粉特性與加工品質的影響

王春曉，宋朝玉，朱凱麗，劉樹堂，宋希云，李軍

（1.青島農業大學農學院，山東 青島 266109；2.青島市農業科學研究院，山東 青島 266100；3.青島農業大學資源與環境學院，山東 青島 266109）

小麥是重要的糧食作物。改善和提高小麥籽粒品質，對提高人民的營養水平有重要作用。籽粒品質與自身的遺傳特性有關，施肥措施和環境條件也在很大程度上影響小麥的品質［1］。小麥品質主要分為營養品質和加工品質，營養品質主要指蛋白質含量及其氨基酸組成的平衡程度；加工品質是指籽粒和面粉對制粉和制作不同食品的適應性等，以籽粒容重、硬度及面粉吸水率、面筋含量等為主要指標，是評價籽粒和面粉品質的基本指標和重要依據。

氮肥是作物生長的主要元素之一，施加氮肥具有延緩作物衰老的作用，對小麥品質具有重要影響［2，3］。氮肥用量不足，會使植物生長緩慢，影響籽粒的發育；氮肥過剩時，會產生貪青晚熟而降低產量和品質，同時還會污染環境，浪費資源等［4］。我國每年產生玉米秸稈約4億噸，秸稈中含有多種養分如N、P、K等，還田后可以提供植物所需的多種養分，改善籽粒品質［5－9］。因此，探究玉米秸稈還田下最適施氮量對小麥籽粒品質的影響有重要意義。

小麥中淀粉占比大，而面條品質主要與淀粉品質和含量相關，面條等面食的組織結構和爽滑性主要與淀粉的糊化特性相關［10］。張美微等［11］研究表明施加一定量的氮肥對淀粉品質的改善有重要作用。大量研究表明，淀粉特性隨環境而變化，是影響面條特性的一個重要因素［10，12］；張亞麗等［13］研究發現，在施N、P肥的基礎上秸稈還田對春小麥產量和品質有一定的維持和促進作用。辛勵等［14］研究發現，在秸稈還田的基礎上配施氮肥能夠提高籽粒粗脂肪和蛋白質含量，改善籽粒品質。吳宏亞等［15］研究發現，增加拔節肥能顯著增加小麥籽粒蛋白質、濕面筋含量及沉降值，對籽粒品質有改善作用。

目前秸稈還田配施適量氮肥對小麥產量影響的報道有很多，而對小麥籽粒品質的影響鮮有報道。本研究基于連續11年的定位試驗，探討秸稈還田配施氮肥條件下小麥籽粒品質的變化，為實際生產中改善小麥品質的同時減少氮肥用量提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在青島市農業科學研究院作物試驗場（36°17′N，120°21′E）進行。該地從2009年開始進行定位試驗，實行冬小麥－夏玉米一年兩熟輪作制，旨在評估長期肥料試驗效率。試驗地為棕壤土，耕層基礎土壤有機質含量為16.9 g／kg、堿解氮88.6 mg／kg、速效磷62.9 mg／kg、速效鉀50.0 mg／kg。

1.2 試驗設計

試驗以玉米秸稈還田（straw return，SR）、秸稈不還田（non-straw return，NSR）為主因素，氮肥用量為副因素進行裂區設計。供試玉米品種為鄭單958，行距為0.6 m，種植密度為67500株／hm2。籽粒收獲后秸稈全量還田。氮肥用量設5個處理（表1）。小區面積28.8 m2（3.6 m×8.0 m），重復4次。氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O516%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）。冬小麥、夏玉米輪作，每季施肥量相同。供試小麥品種為青豐2號，播種行距為0.25 m，播量210 kg／hm2，50%氮肥和全部磷鉀肥基施，基肥撒施后旋耕2遍后播種，50%氮肥于拔節期開溝追施，追肥后澆水。

表1 每季田間施肥量 （kg／hm2）

1.3 樣品處理

將收獲的小麥籽粒自然干燥至含水率14%，用高速多功能粉碎機（YB－150型）磨樣，過100目篩，保存樣品備用。

1.4 測定項目及方法

小麥籽粒淀粉含量采用索萊寶淀粉含量測定試劑盒進行測定。小麥籽粒加工品質包括沉降值、延展性、濕面筋含量、吸水率、硬度和容重等，用傅立葉變換近紅外光譜品質分析儀（Antaris II）掃描近紅外光譜進行測定。

淀粉糊化特性用快速黏度分析儀（RVA）測定。稱3.50 g淀粉樣品，加25 mL蒸餾水，用攪拌器順時針旋轉20次左右，放入儀器轉頭上。根據AACC操作規程，用標準程序1進行測定，即在50℃保持1 min，以12℃／min速率升至95℃（3.75 min），保持2.5 min，以同樣速率降至50℃（3.75 min），保持2 min。前10 s以960 r／min速率進行攪拌，之后以160 r／min速率進行攪拌，測得糊化曲線，重復測定3次。用配套軟件TCW（thermal cycle for windows）分析記錄相關指標數據（谷值黏度、終值黏度、峰值黏度、崩解值、糊化溫度、峰值時間），黏度值用“厘泊（cP）”表示。

1.5 數據處理

試驗數據用Microsoft Excel 2003進行整理和圖表繪制，采用DPS軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥籽粒淀粉及蛋白質含量的影響

長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥籽粒蛋白質和淀粉含量影響較大（表2），均隨著施氮量的增加呈現先增加后下降的趨勢，N2處理達到最大值。與SR－N0相比，SR－N2處理小麥淀粉和蛋白質含量分別增加8.2%和5.7%。同一施氮水平下（N4除外），小麥籽粒淀粉及蛋白質含量秸稈還田處理均高于秸稈不還田處理。

表2 秸稈還田配施氮肥對小麥籽粒蛋白質和淀粉含量的影響 （%）

2.2 長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥加工品質的影響

長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥沉降值、延展性、濕面筋含量和吸水率均有顯著影響（圖1），并隨著施氮量的增加而增加，且NSR處理高于SR處理，N4處理達最高值。SR－N4處理較SR－N0處理小麥的沉降值、延展性、濕面筋含量、吸水率分別提高89.2%、20.3%、27.7%、6.7%；NSRN4處理較NSR－N0處理分別提高93.6%、25.3%、30.2%、9.1%。

圖1 秸稈還田配施氮肥對小麥加工品質的影響

由圖2看出，小麥籽粒硬度和容重隨著施氮量的增加均呈現先增加后降低的趨勢，SR與NSR處理在相同施氮量條件下差異均不顯著，且均為N2處理達到最高值。SR－N2處理與SR－N0處理相比分別增加12.8%和1.3%，NSR－N2處理較NSR－N0處理分別增加9.6%和1.4%。

圖2 秸稈還田配施氮肥對小麥硬度和容重的影響

2.3 長期玉米秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉糊化特性的影響

由圖3可見，隨著施氮量的增加，峰值粘度、谷值粘度、終值粘度呈現先高后降的變化趨勢。其中SR－N2處理最高，三者比NSR－N0處理分別提高6.7%、10.0%、4.1%。同一施氮水平下，SR處理小麥淀粉粘度均高于NSR處理，其中SR－N2處理較NSR－N2處理分別提高2.6%、1.2%、0.4%。

圖3 秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉粘度的影響

由圖4可見，反彈值以SR－N2處理最高，較NSR－N0處理提高2.3%，其他處理間差異不顯著。同一施氮水平下，SR高于NSR，提高0.25%～0.60%。隨著施氮量的增加，小麥淀粉稀懈值呈下降趨勢。SR－N4處理與SR－N0處理相比，小麥淀粉稀懈值下降2.9%；NSR－N4處理較NSRN0處理下降3.8%。相同施氮量條件下，SR較NSR降低0.16%～1.00%，差異不顯著。

圖4 秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉反彈值和稀懈值的影響

秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉糊化溫度和峰值時間影響較?。▓D5）。各處理糊化溫度在75.0～78.5℃之間，處理間差異不顯著。隨著施氮量的增加，峰值時間表現出先升后降的趨勢，N2處理峰值時間達到最高值；SR－N2處理較NSR－N2處理提高0.95%；同一施氮水平下，SR處理較NSR處理提高0.16%～1.14%，差異未達顯著水平。

圖5 秸稈還田配施氮肥對小麥淀粉糊化溫度和峰值時間的影響

3 討論與結論

氮肥對小麥品質性狀影響很大，因此可以通過施加氮肥來改善小麥的營養品質及加工品質。小麥籽粒中淀粉含量占比較大，是胚乳的主要成分。淀粉糊化特性是反映面粉品質的重要指標，直接決定面條、饅頭等加工品質。趙宏偉等［16］研究發現，在一定范圍內隨著施氮量的增加，淀粉含量表現升高趨勢。研究表明籽粒容重與氮肥施用量有關，硬度隨著施氮量的增加略增［17］。徐恒永等［18］研究發現，氮肥顯著影響小麥濕面筋含量和沉降值。本研究表明，秸稈還田配施氮肥增加小麥沉降值、延展性、濕面筋含量和吸水率，N4處理達最大值；而小麥硬度和容重及淀粉含量隨著施氮量的增加先增后降，N2處理達最大值。這與前人研究結果一致。

王晨陽等［19］研究發現，淀粉的峰值黏度與面條的韌性、彈性和食用品質以及面條的評價值均呈極顯著正相關，而面條的滑爽性與稀懈值呈極顯著正相關。多數研究認為秸稈還田可增加作物產量提升作物品質，僅少數研究認為秸稈還田對作物產量和品質變化無影響［20，21］。增施氮肥可提高小麥淀粉粘度參數，且高肥力土壤的效果優于低肥力土壤［20］。馮偉等［21］研究認為，在施氮量從零增加至225 kg／hm2時淀粉粘度參數亦逐漸增大。本研究表明，無論是秸稈還田還是秸稈不還田條件下小麥淀粉的峰值粘度、谷值粘度、終值粘度等均隨著施氮量的增加呈現先增后降的變化趨勢，說明合理的氮肥用量能夠改善小麥品質，超量施氮會導致品質下降。這與前人研究結果一致［19－21］。

長期玉米秸稈還田配施適量氮肥（180 kg／hm2）不僅提高小麥籽粒淀粉和蛋白質含量，而且還顯著改善小麥的加工品質。這可為秸稈還田條件下達到“減施氮肥和改善品質”的雙重目標提供借鑒和參考。