強筋和中筋小麥氮肥適宜基追比例研究

張子旋，王艷群，甄怡銘，李 皓，宋利玲，甄文超，彭正萍,*

（1 河北農業大學資源與環境科學學院/河北省農田生態環境重點實驗室，河北保定 071001；2 平鄉縣農業農村局，河北邢臺 054000；3 華北作物改良與調控國家重點實驗室，河北保定 071001）

氮素是小麥生長必需的營養元素，合理施用氮肥是獲得小麥高產優質的關鍵[1]。施氮量和基追比均顯著影響著小麥的產量和品質[2–3]。張向前等[4]發現，施氮量相同時，增加返青期小麥的追施氮量可增加小麥籽粒蛋白質含量。馮金鳳等[5]指出，小麥籽粒的清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量均隨開花期追肥量增加而增加。

不同基因型小麥品種的籽粒產量、氮素利用效率和蛋白含量不同[6]，適宜的氮肥施用方法也有差異。張美微等[7]研究表明，周麥28在河南南陽和信陽均可獲得較高產量和氮肥偏生產力。馬瑞琦等[8]發現，在基施氮肥105 kg/hm2基礎上，中筋小麥品種在拔節期追氮105 kg/hm2，而強筋小麥品種在拔節期追氮135 kg/hm2，可獲得較高的籽粒產量和品質。金欣欣等[9]報道，強筋小麥品種的平均氮肥農學效率、利用效率和生理利用效率分別是中筋小麥品種的3.5、3.26和1.22倍。荊奇等[10]報道，南京試驗點籽粒中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量在不同小麥品種中變幅分別為1.84%～4.35%、0.69%～1.40%、2.06%～4.28%和1.57%～4.37%。因此，在河北黑龍港流域連續進行了2年田間試驗，研究不同氮肥基追比對強筋和中筋小麥品種籽粒蛋白組分、氮素利用和產量的影響，以期為該區域小麥合理施用氮肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2019年10月—2021年6月在河北省邢臺市寧晉縣賈家口鎮白木村 (37°36′51″N，115°07′23″E)進行。試驗區屬溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫12.8℃，年均降水量449.1 mm。試驗點土壤為黏壤質潮土，0—20 cm供試土壤基礎理化性狀為：pH 8.44、容重 1.59 g/cm3、全氮 1.35 g/kg、銨態氮 2.42 mg/kg、硝態氮 36.92 mg/kg、有效磷 17.20 mg/kg、速效鉀156.4 mg/kg。供試小麥品種為濟麥22 (中筋型)和藁優2018 (強筋型)。供試肥料為尿素(46%N)、過磷酸鈣(16% P2O5)、磷酸二銨(15% N、42%P2O5)和氯化鉀 (60% K2O)。

1.2 試驗設計

試驗選擇濟麥 22 (中筋型)和藁優 2018 (強筋型)兩個小麥品種，分別設置5個氮肥處理：不施氮肥(N0)、氮肥基追比3∶7 (N3:7)、氮肥基追比4∶6(N4:6)、氮肥基追比5∶5 (N5:5)和氮肥基追比6∶4(N6:4)，每個處理重復3次，隨機區組排列，小區面積48 m2，共30個小區。各施氮肥處理全生育期施純氮總量240 kg/hm2[11]。各處理除氮肥基追比不同外，均施用 P2O5135 kg/hm2和 K2O 105 kg/hm2。按照試驗設計的基肥氮肥和全部磷鉀肥均作為底肥一次性施入小區，底肥撒施于地表進行機械化淺旋耕，然后采用15 cm等行距播種兩個小麥品種，播量均為225 kg/hm2。兩葉一心時進行小區間苗，保證兩小麥品種的基本苗均在26萬株/hm2。來年拔節期各施氮肥處理按照設計比例一次性結合灌溉追施剩余氮肥，其他田間管理措施與當地高產田相同。本試驗為定位試驗，采用小麥/玉米輪作方式，小麥按照本試驗方案安排，各試驗小區小麥收獲后，玉米季各小區統一采用種肥同播方式進行施肥和播種，施用同一種摻混肥 900 kg/hm2。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株干物質、氮養分和產量 每個小麥生長季分別記錄小麥拔節、挑旗、灌漿和成熟期出現在播種后的天數，并于這4個時期分別在各小區選取代表性小麥10株分莖稈和籽粒分別取樣，清洗干凈后放于烘箱中105℃殺青30 min后，75℃烘至恒重，稱重后粉碎，采用常規農化分析方法[12]測定其中的全氮含量。成熟期，每小區收獲2 m 6行穗部進行脫粒，自然風干后稱籽粒重量并測定含水率，折算成12.5%標準含水率的籽粒產量。

1.3.2 小麥籽粒蛋白組分含量 兩季小麥收獲后的籽粒用連續提取法將清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白分別提取出來[13]，用全自動化學分析儀測定各蛋白質組分的全氮含量，乘以系數5.7得到各蛋白組分的含量。

1.3.3 計算指標

氮素積累量(kg/hm2)=干物質積累量×氮濃度；

氮肥偏生產力(kg/kg)=施氮區籽粒產量/施氮量；

氮肥回收率(%)=(施氮區氮素吸收量–不施氮區氮素吸收量)/施氮量×100；

氮肥農學效率(kg/kg)=(施氮區籽粒產量–不施氮區籽粒產量)/施氮量。

1.4 數據分析

采用 Microsoft Excel 2010 和 Origin 2021 進行數據處理和繪圖；采用SPSS 25.0進行顯著性檢驗，采用Duncan法進行多重比較，P<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 氮肥基追比對小麥植株干物質積累的影響

兩年結果(表1)表明，兩小麥品種的植株干物質積累速率隨生育期的推進呈先增后降變化，均在出苗—拔節期最低，拔節—挑旗期最高，說明拔節—挑旗期是小麥干物質積累的主要階段。藁優2018品種，在出苗—拔節期N4:6處理的植株干物質積累速率相對較高；拔節—成熟期小麥的植株干物質積累速率均以N4:6處理為最高，與N6:4處理差異顯著。濟麥22，在出苗—拔節期N5:5處理的植株干物質積累速率最高，與N3:7和N6:4處理差異顯著；拔節—成熟期的N5:5處理干物質積累速率相對較高。說明適宜的氮肥基追比有利于兩小麥品種保持相對較高的干物質積累速率，不同氮肥基追比處理顯著影響小麥植株的干物質積累速率。挑旗期之前，濟麥22的植株干物質積累速率高于藁優2018，挑旗期之后基本表現出藁優2018的植株干物質積累速率高于濟麥22。

表1 不同生育階段小麥植株干物質積累速率 [kg/(hm2·d)]Table 1 The dry matter accumulation rate of wheat at different growth stages

2019—2020年，藁優2018，拔節、挑旗期的N4:6、N5:5處理植株干物質積累量較N3:7、N6:4處理明顯增加；灌漿期的N4:6處理植株干物質積累量比N3:7和N6:4處理顯著增加16.66%～20.09%；成熟期的N4:6處理植株干物質積累量較其他氮肥處理顯著提高6.77%～23.33% (圖1a)。濟麥22，拔節、灌漿和成熟期的N5:5植株干物質積累量較其他氮肥處理顯著提高5.86%～45.34%；挑旗期N5:5處理植株干物質積累量較N3:7和N6:4處理明顯提升(圖1 b)。2020—2021年，藁優2018，N4:6處理在各生育時期的植株干物質積累量較其他氮肥處理顯著提高10.49%～36.54% (圖1c)。濟麥22，拔節期N5:5處理植株干物質積累量分別較N3:7和N6:4處理顯著增加17.67%和15.52%；挑旗期N5:5處理植株干物質積累量分別較其他氮肥處理顯著提升8.15%～12.76%；灌漿、成熟期的N5:5處理植株干物質積累量最高(圖1 d)。

圖1 不同氮肥處理下小麥地上部干物質在不同生育期的積累量(t/hm2)Fig.1 Dry matter accumulation of above-ground part at different growing stages of wheat under different N treatments

兩年結果表明，兩小麥品種各生育時期的植株干物質積累量隨著氮肥基追比的增加呈先增后降變化，藁優2018在N4:6處理獲得的干物質積累量相對較多，而濟麥22在N5:5處理獲得的干物質積累量相對較多。氮施用比例、氮施用比例×小麥品種互作均顯著影響植株干物質的積累(表2)。

表2 氮肥處理及小麥品種對植株干物質積累量影響的方差分析Table 2 ANOVA analysis of effects of N treatment and wheat cultivars on plant dry matter accumulation

2.2 氮肥基追比對小麥植株氮素積累的影響

兩年結果(表3)表明，兩小麥品種的植株氮素積累速率隨生育期推進呈升—降—升趨勢變化，拔節―挑旗、灌漿—成熟期是氮素積累最快的時期。對藁優2018來說，出苗—拔節期的N4:6處理植株氮素積累速率相對較高，顯著高于N3:7處理；拔節—挑旗期的植株氮素積累速率以N4:6處理最高，明顯高于N3:7和N6:4處理；挑旗—成熟期以N4:6處理的植株平均氮素積累速率最高。濟麥22，出苗—拔節期的N5:5處理植株氮素積累速率顯著大于N3:7和N6:4處理；拔節—挑旗期的N5:5處理植株氮素積累速率較N6:4處理顯著提高；挑旗—成熟期N5:5處理植株平均氮素積累速率最高。說明不同小麥品種的氮素積累速率在適宜氮肥基追比下明顯加快。出苗—拔節期相同施肥處理的兩個小麥品種的植株氮素積累速率基本接近，拔節—挑旗期濟麥22的植株氮素積累速率高于藁優2018，挑旗期之后基本表現出藁優2018的植株氮素積累速率高于濟麥22。不同氮施用比例顯著影響氮素積累速率，小麥品種、氮施用比例×小麥品種互作均顯著影響拔節—挑旗、挑旗—灌漿期植株的氮素積累速率。

表3 不同生育階段小麥植株氮素積累速率 [kg/(hm2·d)]Table 3 The nitrogen accumulation rate in wheat at different growth stages

2019—2020年，藁優2018，拔節和挑旗期的植株氮素積累量以N5:5和N4:6處理最高，顯著高于N3:7和N6:4處理；灌漿和成熟期的植株氮素積累量以N4:6處理最高，顯著較其他氮肥基追比處理提升7.06%～24.77% (圖2 a)。濟麥 22，N5:5處理的各時期植株氮素積累量較其他氮肥基追比處理顯著提高8.02%～52.64% (圖2 b)。2020—2021 年，藁優2018，拔節期的植株氮素積累量以N4:6處理最高，顯著高于N3:7和N6:4處理；挑旗—成熟期N4:6處理植株氮素積累量較其他氮肥處理顯著增加8.45%～36.46%(圖2 c)。濟麥22拔節期植株氮素積累量以N5:5處理最高，較N3:7和N6:4處理明顯提升；挑旗—成熟期N5:5植株氮素積累量顯著高于其他氮肥基追比處理7.47%～30.64% (圖2 d)。

圖2 不同氮肥處理下小麥地上部氮素在不同生育期的積累量(kg/hm2)Fig.2 Nitrogen accumulation in the above-ground part at the different growing stages of wheat under different N treatments

兩年結果表明，兩小麥品種各生育期的植株氮素積累量隨氮肥基追比的增加呈先增后降趨勢變化。不同小麥品種對氮肥基追比的響應不同，藁優2018在氮肥基追比4∶6時具有相對較多的氮素積累量，而濟麥22在氮肥基追比5∶5時獲得的氮素積累量相對較多。氮施用比例顯著影響各時期小麥植株氮素積累，氮施用比例×小麥品種互作顯著影響挑旗和灌漿期的小麥植株氮素積累(表4)。

表4 氮肥處理及小麥品種對植株氮素積累量影響的方差分析Table 4 ANOVA analysis of effects of N treatment and wheat cultivars on N accumulation of wheat plant

2.3 氮肥基追比對小麥兩年平均籽粒蛋白質及蛋白組分含量的影響

圖3表明，藁優2018，與其他氮肥基追比處理相比，N4:6處理的籽粒清蛋白、球蛋白和谷蛋白含量最高；N4:6和N5:5處理的籽粒醇溶蛋白分別提高7.45%～8.02%和9.04%～9.63%；N4:6處理的籽粒總蛋白質含量顯著增加3.66%～10.76%。對濟麥22而言，與其他氮肥基追比處理相比，N5:5處理的籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白質含量分別提升2.55%～4.78%、4.11%～16.92%、3.42%～10.39%、1.35%～10.32%和2.95%～10.06%；且N5:5處理的籽粒清蛋白、醇溶蛋白和總蛋白質含量顯著高于N3:7處理，球蛋白顯著高于N3:7和N6:4處理，谷蛋白顯著高于N3:7和N4:6處理。兩個小麥品種比較，藁優2018的籽粒各蛋白組分含量相比濟麥22品種高出1.17%～5.72%。說明適宜的氮肥基追比有利于提高兩小麥品種籽粒的總蛋白質和各蛋白組分含量。

圖3 兩年平均小麥籽粒總蛋白質及蛋白組分含量Fig.3 Average protein and protein component contents of wheat grain in two years

由表5可知，氮施用比例顯著影響小麥籽粒的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白質含量，小麥品種顯著影響籽粒的醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白質含量，氮施用比例×小麥品種互作顯著影響籽粒總蛋白質含量。

表5 氮肥處理及小麥品種對籽粒蛋白組分含量影響的方差分析Table 5 ANOVA analysis of effects of N treatment and wheat cultivars on grain protein components

2.4 氮肥基追比對小麥兩年平均籽粒產量和氮效率的影響

表6表明，氮肥基追比對小麥籽粒產量及氮效率均有顯著影響。藁優2018，N4:6處理的產量是其他氮肥處理的1.07～1.13倍，差異顯著；該處理的氮肥偏生產力、氮肥回收率和氮肥農學效率顯著高于其他氮肥處理。濟麥22，N5:5處理的籽粒產量是其他氮肥處理的1.03～1.08倍；氮肥偏生產力和氮肥農學效率顯著高于N3:7和N6:4處理，氮肥回收率顯著高于其他氮肥基追比處理。濟麥22各氮肥處理的籽粒產量比藁優2018增加5.4%～15.21%。氮施用比例、小麥品種均顯著影響籽粒產量、氮肥偏生產力、氮肥回收率，且氮施用比例顯著影響氮肥農學效率，氮施用比例×小麥品種互作顯著影響了氮肥回收率。

表6 兩年平均小麥籽粒產量及氮效率Table 6 Average grain yield and N efficiency of wheat in two years

3 討論

3.1 氮肥基追比對小麥植株干物質、氮素積累的影響

小麥品種的遺傳特性會影響各試驗區的小麥干物質和氮素積累[14]。張娟等[15]在山東的試驗表明，總施氮量270 kg/hm2氮肥基追比5∶5的處理可以提高開花后中筋小麥品種‘濟麥22’的干物質積累；姜麗娜等[16]在豫中的研究結果表明，總施氮量為270 kg/hm2氮肥基追比3∶7的處理可促進中筋小麥品種‘百農矮抗58’的干物質積累與轉運；荊奇等[17]發現，徐州試驗點的小麥開花前氮素積累量大于南京試驗點，徐州試驗點的小麥開花前干物質積累量卻小于南京試驗點；同在南京的試驗，不同小麥品種的植株干物質轉運量為110.47～603.7 g/m2，氮素轉運量為 7.12～15.25 g/m2。

本研究結果證明，氮施用比例顯著影響兩個小麥品種的植株干物質和氮素積累(表2、表4)，隨氮肥基追比的增加，兩小麥品種的植株干物質和氮素積累量呈先增后降趨勢(圖1、圖2)，這與前人研究[18–19]一致。隨生育期的推進，兩小麥品種的植株干物質積累速率(表1)與氮素積累速率趨勢存在不同(表3)，拔節—挑旗期是小麥植株干物質和氮素積累的主要階段。石祖梁等[18]發現，總施氮量225 kg/hm2時，‘寧麥9號’低于50%和‘豫麥34號’50%～70%的追肥比例可以促進后期植株干物質和氮素的積累及轉運；說明相同施氮量下由于小麥品種不同其養分吸收特征會存在差異。本試驗總氮施用量為240 kg/hm2時，成熟期‘藁優2018’在N4:6處理和‘濟麥22’在N5:5處理下的小麥植株干物質和氮素積累量最高，且挑旗—成熟期‘藁優2018’的養分積累速率高于‘濟麥22’。因此對于挑旗—成熟期有較高氮素積累速率的‘藁優2018’品種增加氮肥追施比例可以更好的滿足其后期氮素的需要；而對于挑旗—成熟期養分吸收速率相對較少的‘濟麥22’品種，氮肥基追比5∶5就能夠保證其獲得理想產量和氮素利用。

3.2 氮肥基追比對小麥籽粒蛋白形成的影響

大量研究表明，氮肥運籌對籽粒蛋白質影響顯著，作物籽粒蛋白質含量與生育后期氮吸收量之間存在顯著的正相關關系[20]。戴廷波等[21]提出，增施氮肥和提高后期追施比例顯著增加籽粒的蛋白質含量，提升籽粒的清蛋白和谷蛋白占總蛋白的比例，降低醇溶蛋白比例。王曉英等[22]報道，在拔節期追肥，追氮比例過高導致強筋小麥品種‘濟麥20’的籽粒蛋白質含量顯著降低，谷蛋白增高，醇溶蛋白和清蛋白含量下降。杜世州等[23]表明，施氮量270 kg/hm2時，增加拔節期施氮比例在4∶6～5∶5之間，可提高強筋小麥品種‘煙農19’、‘濟麥20’和中筋小麥品種‘皖麥50’的籽粒產量，改善蛋白質、濕面筋、沉降值等品質。說明小麥的籽粒產量和品質明顯受地域和氮肥基追比影響，土壤氮素狀況、通氣狀況、溫濕度、有機質含量等均會影響植株氮素吸收與轉化，從而影響后期籽粒蛋白組分的形成[24]；施氮量相同時，追氮量增加促進小麥中后期營養生長，改善籽粒品質，這是因為追氮比例增加抑制后期旗葉葉綠素的降解，延長了葉片的功能期，提升植物體中后期氮素含量，滿足中后期植株對氮素高強度的利用，加快籽粒醇溶蛋白和谷蛋白的合成速率，調節了各蛋白組分的含量[5]。

本研究結果表明，相同施氮量和施氮時期下由于氮肥基追比不同顯著影響了小麥籽粒的蛋白組分含量，‘藁優2018’和‘濟麥22’分別在N4:6和N5:5處理下的籽粒蛋白組分及總蛋白質含量相對較高(圖3)，‘藁優2018’在后期的氮素積累速率相對較高，追施氮比例到60%可以更好地提高其蛋白質含量。‘藁優2018’的籽粒各蛋白組分含量比‘濟麥22’高，小麥品種顯著影響籽粒中的醇溶蛋白、谷蛋白和總蛋白質含量，不同氮肥基追比與小麥品種互作顯著影響了籽粒的總蛋白質含量(表5)。說明不同小麥品種對氮肥施用方式的響應存在明顯差異，同一小麥品種也會因種植區域養分供應能力、施肥量[25]、施肥時期的差異，具有不同的養分吸收利用能力，形成不同的產量水平和品質特性。

3.3 氮肥基追比對小麥氮效率和籽粒產量的影響

兩小麥品種的氮效率由于氮肥基追比不同而出現差異。藁優2018以N4:6處理的氮肥偏生產力、回收率和農學效率最高，而濟麥22則以N5:5處理的氮肥偏生產力、回收率和農學效率最高。氮肥基追比與小麥品種互作也顯著影響了兩小麥品種的氮肥回收率(表6)，這與前人結果[3]不同，可能與試驗的施氮總量、土壤養分供應能力和小麥品種遺傳特性等有關。土壤無機氮在一定程度上反映土壤的供氮能力，并非土壤基礎氮低前期投入的氮肥比例就高，張娟等[15]和姜麗娜等[16]分別在堿解氮為112.9和81.2 mg/kg的基礎土壤上研究發現，總施氮量270 kg/hm2條件下，氮肥基追比分別為5∶5和3∶7時小麥產量最佳，說明在考慮土壤供氮能力的同時也存在土壤其他性能、作物本身吸收利用能力以及前茬作物等影響。張杰等[3]指出，隨總施氮量增加提高追氮比例有利于小麥產量的提高；表明施氮量也影響最適氮肥基追比的確定。本研究在施純氮量240 kg/hm2條件下，‘藁優2018’和‘濟麥22’的產量隨氮肥基追比的增加呈先增后降的趨勢，分別在N4:6、N5:5處理時獲得最高籽粒產量，‘濟麥22’各處理的籽粒產量比‘藁優2018’高出5.4%～15.21%，小麥品種、氮肥基追比顯著影響籽粒產量，不同小麥品種產量對氮肥基追比響應不同，在生產上需要根據小麥品種的需氮特性，采用合理的氮肥基追比方式，使施氮量在時間上與作物需求同步，提高氮肥效率以達到高產高效優質的目的。

4 結論

強筋小麥挑旗期之后的植株干物質和氮素積累速率相對較高，氮肥基追比為4∶6時氮肥效率、籽粒產量和蛋白組成最優。中筋小麥在挑旗期之前的植株干物質和氮素積累速率較高，挑旗期之后相對較低，氮肥基追比為5∶5可促進小麥生長、籽粒產量和總蛋白質含量的提升。