弱筋小麥高產優質調控技術及氮高效利用機制研究

摘要：為探明種植密度和氮肥基追比對弱筋小麥產量和品質提升的氮高效利用機制，以弱筋小麥豫農526為試驗材料，采用裂區試驗設計，主區為種植密度（225萬、375萬、525萬株/hm2），裂區為氮肥基追比（5 ∶5、4 ∶6、3 ∶7），研究種植密度與氮肥基追比對弱筋小麥干物質形成、光合特性、產量和品質的影響。結果表明，在干物質累積方面，相同種植密度條件下，基追比從5 ∶5增加到3 ∶7，各處理干物質積累量之間差異均達到顯著水平（Plt;0.05）；相同基追比條件下，種植密度375萬株/hm2時，拔節期、開花期的干物質積累量均出現最大值；種植密度375萬株/hm2、氮肥基追比 3 ∶7 處理下，成熟期的干物質分配量、花前營養器官向籽粒的轉運量、花后干物質的積累量均顯著高于其他處理，可見干物質積累、分配、轉運量是反映弱筋小麥氮素高效利用的參考依據。相同種植密度條件下，隨氮肥基追比的增加，抽穗期、開花期的旗葉Pn、Tr、Gs呈逐漸增加的趨勢，氮肥基追比為3 ∶7時，上述各項指標最大，顯著高于其他處理，Ci則相反；相同氮肥基追比條件下，隨著種植密度的增加，抽穗期、開花期的旗葉Pn、Gs呈先增后降的趨勢，在種植密度為375萬株/hm2時上述指標數值最大，Ci則在基追比5 ∶5時數值最大。因此，旗葉光合特性指標可以作為判斷小麥氮高效利用機理的一項重要依據。在籽粒產量方面，基追比為3 ∶7、種植密度為375萬株/hm2時，產量最高；適當提高種植密度和增加基追比，雖然降低了千粒重，但相同面積下的穗數、穗粒數的提高遠大于千粒重的降低，最終提高了冬小麥的籽粒產量。在籽粒品質方面，種植密度為225萬、375萬株/hm2時均達到國家農作物區域試驗弱筋小麥審定標準，種植密度525萬株/hm2時不符合此標準。推薦氮肥基追比3 ∶7、種植密度375萬株/hm2，在此條件下能兼顧弱筋小麥的產量與品質。

關鍵詞：種植密度；氮肥基追比；弱筋小麥；干物質；凈光合速率；產量；品質

中圖分類號：S512.104" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）14-0114-06

收稿日期：2024-01-15

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2017YFD0201700）；河南省小麥產業技術體系項目（編號：HARS-22-01-Z5）。

作者簡介：孫淑芝（1973—），女，河南商丘人，高級農藝師，主要從事小麥栽培技術研究。E-mail：596389355@qq.com。

通信作者：任亞娟，高級農藝師，主要從事小麥栽培技術研究。E-mail：renyajuanzk@163.com。

隨著生活水平的提高，人們對優質弱筋專用小麥的需求量越來越大［1］。我國弱筋小麥的產量偏低，品質不穩定，受區域和栽培措施影響較大，在國際市場中不占優勢，每年需要購買大量的弱筋小麥或弱筋面粉才能滿足市場需求［2-4］。弱筋小麥急需配套高產優質調控技術來擴大生產。前人對中筋、強筋小麥的種植密度與氮肥基追比均有相關研究。劉萍等研究表明，通過改變小麥的種植密度，使小麥的行距、間距和光照面積發生改變，從而影響小麥所處的溫光水等生長環境，使小麥群體結構發生變化，最終影響籽粒產量和品質［5］。代新俊等認為，追施氮肥能提高小麥籽粒的濕面筋含量和總蛋白質量，使面團更穩定［6］。王晨陽等研究發現，提高小麥拔節期追氮比例并保持施氮量不變條件下，能保證植株氮素供應量，有利于植株生長，最終達到高產［7］。種植密度、氮肥基追比技術以及相關氮高效利用機制對弱筋小麥影響的相關研究尚未見報道。本試驗以弱筋小麥豫農526為材料，采用裂區試驗設計，探究弱筋小麥在不同種植密度和氮肥基追比下干物質形成和光合特性的變化，以期為弱筋小麥科學高效種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

供試品種：弱筋小麥豫農526（河南農業大學提供）。

試驗于2022—2023年在河南省商丘市農林科學院試驗田進行，年平均氣溫為14.8 ℃，年平均降水量為700 mm，前茬作物為大豆。0～20 cm耕層土壤養分含量：有機質2.33%，全氮0.92 g/kg，水解氮112.0 mg/kg，有效磷47.9 mg/kg，速效鉀 95.4 mg/kg。試驗采用裂區試驗設計，主區為種植密度（225萬、375萬、525萬株/hm2），裂區為氮肥基追比（施N 量為200 kg/hm2，基追比分別為5 ∶5、4 ∶6、3 ∶7）。播種前，以150 kg/hm2 P2O5、120 kg/hm2 K2O施做底肥。每個小區面積為 13.5 m2（9.0 m×1.5 m），重復3次。2022年10月23日播種，2023年2月26日追肥，3葉期定樣段。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 干物質積累量測定

分別于越冬期、拔節期、開花期、成熟期4個關鍵時期，在樣段內隨機取樣5株，烘干，稱重，計算干物質積累量。

1.2.2 干物質運轉相關指標計算

開花前營養器官貯藏干物質轉運量=開花期干物質量-成熟期營養器官干物質量；

開花前營養器官貯藏干物質對籽粒貢獻率=開花前營養器官干物質轉運量/成熟期籽粒干重×100%；

開花后干物質在籽粒中的分配量=成熟期籽粒干重-開花前營養器官貯藏干物質轉運；

開花后干物質對籽粒貢獻率=開花后干物質在籽粒中的分配量/成熟期籽粒干重×100%。

1.2.3 旗葉光合特性測定

采用LI-6400光合儀（LI-6400，LI-COR，Lincoln，NE，美國），于4月18日抽穗期、4月28日開花期，挑無風晴朗天氣的 09：00—11：00時，選長向一致的旗葉測定光合特性。

1.2.4 產量及其構成因素測定

于成熟期測定產量。每個小區隨機取均勻地段，1 m雙行調查有效穗數用于計算每公頃穗數，然后連續取20株有代表性的植株進行室內考種，測定千粒重、穗粒數，計算產量。

1.2.5 籽粒品質測定

采用近紅外分析儀（DA7250型）測定小麥濕面筋含量、粗蛋白質含量、穩定時間、吸水率等指標。

1.3 數據分析

采用Excel 2007軟件進行數據處理，運用DPS 9.01進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同生育時期干物質積累量

由表1可知，在相同種植密度條件下，豫農526各個生育期不同基追比處理之間的干物質積累量差異均達到顯著水平（Plt;0.05）。在相同基追比條件下，拔節期、開花期不同種植密度處理之間的干物質積累量差異顯著（Plt;0.05）。越冬期，在相同種植密度條件下，隨著基追比從5 ∶5到 3 ∶7 的變化，各處理間的干物質積累量呈顯著減少趨勢，這是由于不同基肥用量對小麥分蘗數量的影響造成的，基肥多利于小麥分蘗和幼苗生長，從而增加苗期干物質量。越冬期基追比為4 ∶6、3 ∶7時，種植密度375萬、525萬株/hm2之間的干物質積累量差異不顯著，這是由于種植密度過大會影響小麥的長勢，種植密度375萬、525萬株/hm2處理下，分蘗數雖多但苗勢變弱。在拔節期、開花期，基追比相同條件下，隨種植密度的增加，各處理干物質積累量均呈先增后降的趨勢；種植密度375萬株/hm2時，2個時期干物質積累量均出現最大值。在成熟期，基追比3 ∶7條件下，種植密度225萬、525萬株/hm2處理之間的干物質積累量差異不顯著，在種植密度375萬株/hm2時出現最大值。以上結果表明，種植密度 375萬株/hm2、基追比3 ∶7處理，更有利于拔節以后小麥干物質的形成。

2.2 成熟期各個器官干物質的分配量

由表2可知，在成熟期，相同種植密度條件下，不同基追比處理的籽粒、葉片干物質積累量之間差異均達到顯著水平（Plt;0.05）。莖稈+葉鞘在種植密度525萬株/hm2、穗軸+穎殼在種植密度 225萬株/hm2 處理下，均出現基追比4 ∶6與3 ∶7處理間干物質積累量差異不顯著的情況。相同基追比條件下，隨種植密度的增加，各個器官干物質積累量均出現先增后降的趨勢。成熟期籽粒、葉片莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼干物質的分配量均表現為種植密度375萬株/hm2、基追比3 ∶7處理顯著高于其他處理。以上結果表明，種植密度 375萬株/hm2 和基追比3 ∶7處理下，成熟期干物質向各個器官中分配量均為最高，其中籽粒分配量顯著高于其他處理，有利于提高小麥產量。

2.3 開花前后干物質量及對籽粒的貢獻率

由表3可知，基追比 3 ∶7、種植密度375萬株/hm2處理下，開花前營養器官貯藏的同化物向籽粒的轉運量顯著高于其他處理，比同樣基追比3 ∶7，種植密度525萬、225萬株/hm2處理分別高出6.33%、2.97%，且籽粒貢獻率也高于同一種植密度的其他處理。開花后干物質在籽粒中的積累量仍表現為基追比3 ∶7、種植密度375萬株/hm2處理最高，相同基追比條件下，種植密度225萬、525萬株/hm2 處理分別高出 7.45%、9.19%。上述結果表明，種植密度 375萬株/hm2、基追比3 ∶7處理下，花前營養器官向籽粒的轉運量、花后干物質在籽粒中的積累量均最高，有利于小麥增產。

2.4 抽穗期和開花期旗葉光合特性

由表4可知，不同種植密度與氮肥基追比，對小麥抽穗期、開花期的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度的影響顯著。相同種植密度條件下，隨氮肥基追比從5 ∶5到3 ∶7的變化，抽穗期、開花期的旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度呈逐漸增加的趨勢，氮肥基追比為3 ∶7時，上述各項指標最大，顯著高于其他處理；胞間CO2濃度則相反，說明在該處理下豫農526增產潛力最大。相同氮肥基追比條件下，隨著種植密度的增加，抽穗期、開花期的旗葉凈光合速率、氣孔導度呈先增后降的趨勢，在種植密度為375萬株/hm2時上述指標數值最大。胞間CO2濃度則在基追比為5 ∶5時數值最大。

2.5 產量及其構成因素

產量及其構成因素均受種植密度和氮肥基追比的影響較大。由表5可知，施N 基追比為5 ∶5、3 ∶7 時，隨著種植密度的增加，產量呈先增后降趨勢。施N基追比為3 ∶7時，種植密度為375萬株/hm2時，產量最高，為9 714.10 kg/hm2。相同種植密度條件下，隨著追氮比例的增加，產量呈增大趨勢，基追比為3 ∶7時產量最高。相同基追比條件下，隨種植密度增加，單位穗數增加，千粒重、穗粒數降低。相同種植密度下，隨著追氮比例的增加，穗數、穗粒數增大，千粒重減小。這表明，適當增加追氮比例，雖然千粒重降低，但單位穗數、穗粒數的增加遠大于千粒重的降低，從而提高了冬小麥的籽粒產量。綜上所述，基追比為3 ∶7、種植密度為375萬、525萬株/hm2 時，產量顯著高于其他處理。

2.6 籽粒品質

由表6可知，種植密度、氮肥基追比均對籽粒品質有顯著影響。在相同種植密度條件下，蛋白質含量隨追氮比例增加而增加；相同基追比條件下，隨種植密度的增加，蛋白質含量呈先增后降趨勢。種植密度由225萬株/hm2增加到375萬株/hm2時，濕面筋含量顯著增加；基追比為4 ∶6時，種植密度375萬、525萬株/hm2處理間濕面筋含量差異不顯著。追氮比例由5 ∶5增加到4 ∶6時，濕面筋含量顯著增加；種植密度225萬株/hm2條件下，基追比3 ∶7處理的濕面筋含量顯著低于基追比4 ∶6處理；當種植密度為375萬株/hm2、基追比為3 ∶7時，濕面筋含量最高。基追比3 ∶7、4 ∶6處理時，吸水率隨種植密度的增加先增加后略降。種植密度為225萬、375萬株/hm2 時，追氮比例從5 ∶5增加到4 ∶6時對吸水率影響不顯著；當種植密度為 525萬株/hm2、基追比為5 ∶5時，吸水率最高且顯著高于其他處理。當種植密度為375萬、525萬株/hm2 時，追氮比例從 5 ∶5 增加到4 ∶6處理可顯著提高穩定時間；種植密度為225萬株/hm2時，追氮比例從5 ∶5增加到 4 ∶6 時， 穩定時間增加不顯著；追氮比例由4 ∶6增加到3 ∶7時，穩定時間隨種植密度的增加而增加。依據國家農作物區域試驗弱筋小麥審定標準（即濕面筋含量lt;24%、粗蛋白質含量lt;12%、穩定時間lt;3.0 min、吸水率lt;55%），本試驗在種植密度525萬株/hm2條件下，基追比5 ∶5的吸水率、基追比4 ∶6的濕面筋含量、基追比3 ∶7的穩定時間，均不符合弱筋小麥的標準；種植密度為225萬、375萬株/hm2 時，均達到弱筋小麥標準。

3 結論與討論

地上干物質量和產量的形成，均受氮素利用效率的影響。馬新明等研究發現，在總施氮量不變、提高追氮比例的條件下，地上部氮素積累量可以增加，從而提高氮素利用率，籽粒氮素含量增加［8］。朱新開等研究表明，基追氮肥合理施用，能提高氮素利用效率［9］。在生產過程中，可以通過變化基追肥比例來調節植株不同時期的氮積累量，從而提高氮素利用率，達到小麥高產優質的目的。本試驗發現，在相同種植密度條件下，追氮比例從5 ∶5增加到3 ∶7，各處理干物質積累量之間差異均達到顯著水平（Plt;0.05）；豫農526在成熟期干物質的分配量均表現為基追比3 ∶7、種植密度375萬株/hm2處理顯著高于其他處理，追肥比例的增加有利于小麥增產。

種植密度和氮肥基追比對小麥光合速率均有顯著影響。郭雪云等研究表明，適宜的種植密度可以提高小麥凈光合速率，有利于旗葉功能期延長，促進光合產物向籽粒中轉運和積累，從而實現高產［10］。本試驗發現，相同氮肥基追比條件下，種植密度為375萬株/hm2時，豫農526小麥抽穗期、開花期旗葉凈光合速率最高，說明此時較利于小麥旗葉的光合作用，說明適宜的種植密度可以提高小麥的凈光合速率。隨氮肥追施比例的增加，滴灌中筋冬小麥魯原502、強筋小麥藁優 2018的旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度先增后降，胞間CO2濃度則先降后增；氮肥基追比4 ∶6時，可提高強筋、中筋小麥的光合效率和氮利用效率［11-12］。本研究發現，相同種植密度條件下，隨氮肥追施比例的增加，弱筋小麥豫農526抽穗期、開花期的旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度有逐漸增加的趨勢，氮肥基追比3 ∶7時出現峰值，與上述觀點不一致，可能與品種的選用有關，尚需進一步驗證。旗葉光合特性可以作為判斷弱筋小麥氮高效利用機制的一項關鍵指標。

曹倩等研究發現，隨著種植密度的提高，小麥籽粒產量呈先增后降的趨勢，在相同施氮量條件下，群體密度越大，千粒重越低［13］。郭偉等指出，當種植密度不斷增加時，小麥籽粒產量、氮素利用率先增后降［14-15］。本試驗中，隨種植密度的增加，產量和干物質積累量部分數據呈先增后降趨勢；隨著追氮比例的增加，拔節后各個生育期的干物質量和產量均顯著提高。當種植密度為375萬株/hm2、基追比為3 ∶7時，產量和干物質積累量最高。在生產中，種植密度為375萬株/hm2、基追比為3 ∶7時，能使產量、品質和干物質積累三者協同提高，達到高產優質高效的目的。本試驗結果與前人研究結論相一致。

有研究表明，小麥籽粒粗蛋白含量與種植密度呈明顯相關性［16-18］。郭瑞等發現，增加小麥種植密度，能夠在一定程度上增加濕面筋含量和籽粒粗蛋白含量［19］。姜麗娜等研究認為，增加種植密度會使小麥品質下降，其原因是高種植密度下，小麥籽粒蛋白質含量、濕面筋含量降低［20-22］。趙廣才等認為，在不同種植密度下測得的小麥吸水率不盡相同，低密度相比高密度處理下的小麥吸水率更高，面團形成、穩定時間則隨種植密度的增加而減少［23］。而于立河等則認為，小麥濕面筋含量、面團穩定性等受種植密度的影響較小［24］。本研究表明，相同氮肥基追比處理下，隨著種植密度的增加，濕面筋含量、吸水率均呈先增后降趨勢；而穩定時間隨種植密度的增加而顯著增加。有關種植密度與小麥品質的關系與前人觀點不盡相同，一方面可能與品種的選用有關，另一方面可能與土壤及氣候等條件有關，有待多點試驗作進一步驗證。

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