陳興喆 康洋 辛德財(cái) 葛均筑

摘要：為探究不同施氮水平對(duì)華北平原北部春小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，文章以春小麥品種“津強(qiáng)7號(hào)”為試驗(yàn)材料，設(shè)置施氮量為0（N0）、120（N120）、180（N180）、240（N240）kg·hm-2的單因素試驗(yàn)，測(cè)定“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素、籽粒品質(zhì)與面粉品質(zhì)。結(jié)果表明，與不施氮肥處理（N0）相比，隨著施氮量的增加，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥顯著增產(chǎn)85.9%～128.9%，主要原因在于穗粒數(shù)顯著增加17.4～24.2個(gè)，百粒質(zhì)量顯著提高0.9～1.1 g·100粒-1。與不施氮肥處理（N0）比較，施氮顯著提高“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥籽粒蛋白質(zhì)含量和硬度，增幅分別達(dá)到28.9%～56.4%和24.4%～33.1%，容重增加3.3%～4.7%。施氮顯著改善了“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥面粉品質(zhì)，濕面筋含量、沉降值、最大拉伸阻力、拉伸面積分別比不施氮肥處理（N0）顯著增加了36.7%～57.9%、236.9%～398.5%、381.9%～745.4%、148.0%～293.3%，面團(tuán)形成時(shí)間增加了2.2～3.7 min（P<0.05），且均在高氮水平（N240）下達(dá)到最優(yōu)。因此，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥在試驗(yàn)范圍內(nèi)最優(yōu)施氮量為240 kg·hm-2，穗粒數(shù)增加、穗粒質(zhì)量提高、小麥產(chǎn)量最高達(dá)6.6×103 kg·hm-2，實(shí)現(xiàn)了“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥增產(chǎn)和提質(zhì)。

關(guān)鍵詞：春小麥；“津強(qiáng)7號(hào)”；產(chǎn)量；品質(zhì)；施氮量

收稿日期：2023-04-17

基金項(xiàng)目：天津市優(yōu)秀農(nóng)業(yè)科技特派員項(xiàng)目（22ZYCGSN00220）

主要作者簡(jiǎn)介：陳興喆（1987—），男，在職碩士生，主要從事科技信息化系統(tǒng)方面研究。E-mail：buptcxz@qq.com

通訊作者簡(jiǎn)介：葛均筑（1982—），男，副教授，博士，主要從事作物栽培生理學(xué)研究工作。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的口糧作物，華北平原小麥產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的80%左右（國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)）。華北平原地處我國(guó)地下水限采區(qū)，小麥生長(zhǎng)季降水量?jī)H為174～261 mm，不能滿足小麥所需450 mm以上的降水需求。小麥灌溉需水量因不穩(wěn)定降水而呈上升趨勢(shì)[1]，水資源緊缺成為小麥生產(chǎn)的重要限制性因素之一[2]。華北平原中北部熱量資源緊張，夏玉米生理成熟后需在137.7 ℃～267.6 ℃溫度條件下進(jìn)行籽粒脫水才能滿足機(jī)械粒收的含水量要求[3]，而冬小麥播期過晚會(huì)影響小麥安全越冬，成為制約夏玉米機(jī)械粒收技術(shù)推廣應(yīng)用的主要因素[4]。華北平原中北部是冬小麥和春小麥的種植交錯(cuò)區(qū)，研究表明提高春小麥群體數(shù)量，可實(shí)現(xiàn)小麥穩(wěn)產(chǎn)[5]。天津市2010—2022年春小麥播種面積持續(xù)上升，2021年因秋汛導(dǎo)致冬小麥難以播種，冬小麥改種春小麥面積增加，春小麥最大種植面積達(dá)到2.6萬hm2。春小麥可以節(jié)約冬前和返青期2次灌溉用水，同時(shí)使夏玉米籽粒灌漿脫水期延長(zhǎng)30～50 d，實(shí)現(xiàn)籽粒機(jī)收，因此春小麥—粒收夏玉米周年種植制度成為華北平原北部地區(qū)穩(wěn)產(chǎn)節(jié)水新型種植制度。氮素是提高作物生產(chǎn)力最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一，為我國(guó)糧食安全生產(chǎn)發(fā)揮了不可替代的作用，但以產(chǎn)量為目標(biāo)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)期存在大量施氮問題，導(dǎo)致糧食作物氮肥利用率僅為40.2%（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部，2021）。華北平原高度集約化的周年種植制度導(dǎo)致過量施氮問題突出，農(nóng)民傳統(tǒng)施肥習(xí)慣下，小麥生長(zhǎng)季總施氮量超過350 kg·hm-2，導(dǎo)致氮肥增產(chǎn)效率降低，同時(shí)引起一系列環(huán)境問題[6-7]。研究表明，華北平原冬小麥—夏玉米周年體系中當(dāng)季約30%的氮素殘留會(huì)被后茬作物利用，合理運(yùn)籌氮肥能通過增加小麥有效穗數(shù)和穗粒數(shù)提高產(chǎn)量[8]；馬尚宇等[9]研究表明，增施氮肥有利于提高小麥產(chǎn)量，且在高氮梯度時(shí)期小麥穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量較高。大量研究表明，適量施用氮肥可增強(qiáng)小麥光合作用，提高小麥籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)，顯著提高籽粒蛋白質(zhì)含量，改善小麥加工品質(zhì)[10-11]；

也有研究表明小麥產(chǎn)量與籽粒蛋白質(zhì)含量之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，施用氮肥可提高小麥產(chǎn)量，但會(huì)降低籽粒蛋白質(zhì)含量以及小麥加工品質(zhì)，原因在于小麥植株對(duì)氮素的吸收、同化和轉(zhuǎn)運(yùn)會(huì)直接影響小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量[12]。研究表明，氮肥施用量由180 kg·hm-2增加至240 kg·hm-2時(shí)，小麥面粉沉淀指數(shù)、面團(tuán)形成時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間等均顯著提高，而進(jìn)一步增施氮肥，小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)均顯著下降[13]。已有學(xué)者對(duì)冬小麥合理施用氮肥的增產(chǎn)提質(zhì)效應(yīng)做了較多研究，但春小麥的相關(guān)研究較少。本研究通過試驗(yàn)分析“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)對(duì)施氮量的響應(yīng)，明確華北平原北部地區(qū)春小麥優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)適宜施氮量，為挖掘春小麥增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、實(shí)現(xiàn)豐產(chǎn)增效提供支撐。

1? 材料和方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

春小麥品種為“津強(qiáng)7號(hào)”。

1.2? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)4個(gè)施氮量水平，分別為0、120、180、240 kg·hm-2，分別記為N0、N120、N180、N240，施肥時(shí)期分別為種肥（40%N）、拔節(jié)肥（30%N）、抽穗肥（30%N）。磷鉀肥均為90 kg·hm-2，作為種肥一次性施入。

1.3? ?試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2022年2—6月在天津市靜海區(qū)獨(dú)流鎮(zhèn)肖家樓村基地進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬作物為春玉米，0～20 cm土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)14.1 g·kg-1、全氮0.93 g·kg-1、水解性氮44.2 mg·kg-1、速效磷54.2 mg·kg-1、速效鉀204 mg·kg-1。“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥播種量為450 kg·hm-2，行距為20 cm。全部采用大區(qū)播種，每個(gè)處理面積667 m2，不設(shè)重復(fù)。田間管理措施同普通大田。

1.4? ?測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀 成熟期每個(gè)處理選5個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)選取100株，測(cè)量小麥株高和穗長(zhǎng)。

1.4.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素 成熟期每個(gè)處理選5個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)取5行1 m長(zhǎng)，面積共計(jì)1 m2，數(shù)取小麥所有穗數(shù)，計(jì)算每667 m2的小麥總穗數(shù)。將之前進(jìn)行農(nóng)藝性狀考察的小麥植株單穗脫粒，測(cè)定小麥單穗質(zhì)量、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量。

1.4.3 產(chǎn)量 將每個(gè)處理分成3塊樣田，分別進(jìn)行機(jī)械收獲，測(cè)定其收獲面積，并稱取小麥質(zhì)量，測(cè)定水分后按照13%安全含水率折算出小麥產(chǎn)量。

1.4.4 品質(zhì) 測(cè)產(chǎn)后每個(gè)處理隨機(jī)取3份1 000 g的小麥籽粒樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室用傅里葉變換近紅外光譜品質(zhì)分析儀測(cè)定小麥品質(zhì)。

1.5? ?數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要包括方差分析、相關(guān)分析及逐步回歸統(tǒng)計(jì)分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? ?“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)施氮量的響應(yīng)

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈增加趨勢(shì)（圖1），與N0處理相比，施氮處理的小麥產(chǎn)量顯著增加85.9%～128.9%，產(chǎn)量為5.4～6.6×103 kg·hm-2，以N240處理的小麥產(chǎn)量最高。與N120處理相比，N180處理的小麥增產(chǎn)9.6%，N240處理的小麥增產(chǎn)22.8%；N240處理的小麥產(chǎn)量比N180處理增產(chǎn)0.7×103 kg·hm-2。但不同施氮量水平之間，小麥產(chǎn)量差異不顯著。

分析“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)施氮量的響應(yīng)（表1）可以看出，小麥穗數(shù)主要受品種特性和出苗率的影響，對(duì)施氮量無顯著響應(yīng)。與N0處理相比，施氮處理的小麥穗粒數(shù)顯著增加17.4～24.2個(gè)，穗粒質(zhì)量顯著提高0.8～1.1 g，百粒質(zhì)量顯著提高0.9～1.1 g。不同施氮量水平下，N120和N180處理的小麥穗粒數(shù)比N240處理顯著減少6.0～6.8個(gè)，穗粒質(zhì)量顯著降低0.3 g。N180處理的百粒質(zhì)量比N240處理顯著降低0.2 g。

2.2? ?“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥農(nóng)藝性狀對(duì)施氮量的響應(yīng)

隨著施氮量的增加，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥株高和穗長(zhǎng)均呈增加趨勢(shì)（表2），以N240處理最高，株高和穗長(zhǎng)分別為79.5 cm和8.1 cm。與N0處理相比，不同施氮量水平下，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥株高顯著增高26.1～32.8 cm，穗長(zhǎng)顯著增長(zhǎng)2.0～2.9 cm。N240處理的株高與N180處理差異顯著，增加9.2個(gè)百分點(diǎn)；穗長(zhǎng)與N120處理差異顯著，增長(zhǎng)0.9 cm。

2.3? ?“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥籽粒品質(zhì)對(duì)施氮量的響應(yīng)

分析“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥籽粒蛋白質(zhì)含量對(duì)施氮量的響應(yīng)（圖2）可以看出，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量隨著施氮量的增加呈大幅上升趨勢(shì)。與N0處理相比，施氮處理的小麥籽粒蛋白質(zhì)含量顯著提高28.9%～56.4%，達(dá)到17.3%～20.9%。

與N120處理相比，N180處理的小麥籽粒蛋白質(zhì)含量提高7.8%（P>0.05），N240處理的小麥籽粒蛋白質(zhì)含量提高14.4%（P<0.05）；N240處理的小麥籽粒蛋白質(zhì)含量比N180處理提高了6.1個(gè)百分點(diǎn)，差異未達(dá)到顯著水平。

由圖3可見，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥籽粒容重隨著施氮量的增加呈上升趨勢(shì)。與N0處理（小麥籽粒容重776.9 g·L-1）相比，施氮后小麥籽粒容重顯著提高3.3%～4.7%，達(dá)到802.8～814.1 g·L-1，以N240處理最高。與N120處理相比，N180和N240處理的小麥籽粒容重提高1.2%～1.4%（P>0.05），但差異未達(dá)到顯著水平。

分析“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥籽粒硬度對(duì)施氮量的響應(yīng)（圖4）可以看出，小麥籽粒硬度隨著施氮量的增加而顯著上升。與N0處理（小麥籽粒硬度38.5）相比，施氮后小麥籽粒硬度顯著提高24.4%～33.1%，達(dá)到47.9～51.2，以N240處理最高。與N120處理相比，N180處理的小麥籽粒硬度提高5.5個(gè)百分點(diǎn)（P>0.05），N240處理的小麥籽粒硬度提高6.9個(gè)百分點(diǎn)（P<0.05）；N240處理的小麥籽粒硬度比N180處理提高1.4個(gè)百分點(diǎn)，但差異未達(dá)到顯著水平。

2.4? ?“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥面粉品質(zhì)對(duì)施氮量的響應(yīng)

分析“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥面粉品質(zhì)對(duì)施氮量的響應(yīng)（表3）可以看出，小麥面粉品質(zhì)隨著施氮量的增加均呈顯著上升趨勢(shì)。與N0處理相比，施氮后小麥面粉濕面筋含量、沉降值、最大拉伸阻力、拉伸面積顯著增加，分別增加36.7%～57.9%、236.9%～398.5%、381.9%～745.4%、148.0%～293.3%，面團(tuán)形成時(shí)間增加2.2～3.7 min（P<0.05）。N240處理的小麥面粉吸水率顯著增加12.0個(gè)百分點(diǎn)；N180和N240處理的小麥面粉面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間增加0.7～1.1 min（P<0.05）。比較施氮量對(duì)“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥面粉品質(zhì)影響可知，與N120處理相比，N180處理的小麥面粉濕面筋含量、吸水率、最大拉伸阻力、拉伸面積、面團(tuán)形成時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間均無顯著差異，沉降值增加5.8 mL（P<0.05）；而N240處理的小麥面粉品質(zhì)與N120處理之間差異均達(dá)到顯著水平；N240與N180處理之間除面粉沉降值顯著增加4.7 mL外，其他面粉品質(zhì)指標(biāo)差異未達(dá)到顯著水平。

3? 結(jié)論與討論

已有研究表明，合理施用氮肥能夠提高小麥葉片光合性能，促進(jìn)植株干物質(zhì)積累，表現(xiàn)為穗數(shù)和穗粒數(shù)增加、穗粒質(zhì)量降低，但可協(xié)同實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)[8，10，14]；隨著施氮量的增加，小麥籽粒產(chǎn)量呈拋物線趨勢(shì)，即先上升后趨平緩直至降低，過量施用氮肥導(dǎo)致小麥顯著減產(chǎn)[9，15]。強(qiáng)筋小麥在0～240 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)顯著增產(chǎn)；在240～360 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)產(chǎn)量無差異；在360～480 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)顯著減產(chǎn)；且在0～360 kg·hm-2施氮量范圍有利于小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)增加，但不利于小麥穗粒質(zhì)量提高[16]。本研究結(jié)果表明，與不施氮（N0）相比，施氮后“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥顯著增產(chǎn)85.9%～128.9%，中高施氮水平（N180和N240）的小麥產(chǎn)量比低施氮水平（N120）增產(chǎn)9.6%～22.8%，且中高施氮水平之間的小麥增產(chǎn)趨勢(shì)變緩，主要原因在于施氮后小麥穗粒數(shù)增加、穗粒質(zhì)量提高，在同等群體下通過增加穗粒質(zhì)量實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。本研究在試驗(yàn)范圍內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)最高施氮水平，但根據(jù)小麥產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)模擬分析得出，春小麥最佳施氮量應(yīng)該為220～250 kg·hm-2，不宜過高。本試驗(yàn)結(jié)果的施氮量基本與馬瑞琦等[16-17]研究結(jié)果一致，強(qiáng)、弱筋小麥在180～240 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)，小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素最優(yōu)，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

郭偉等[18]研究表明，隨著施肥量的增加小麥籽粒蛋白質(zhì)含量升高，在180～240 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量及其組分含量均隨著施氮量的增加而提高，其中醇溶蛋白和谷蛋白的增加幅度高于清蛋白和球蛋白[17]。雷鈞杰等[19]研究表明，冬小麥籽粒容重和面粉濕面筋含量隨著施氮量的增加呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，但馬瑞奇等[17]研究表明隨著施氮量的增加小麥籽粒容重逐漸降低，硬度則逐漸增加。本研究結(jié)果表明，春小麥?zhǔn)┑炔皇┑男←溩蚜５鞍踪|(zhì)含量和容重呈大幅度上升趨勢(shì)，分別提高28.9%～56.4%和3.3%～4.7%，硬度提高24.4%～33.1%（P<0.05）。不同施氮量水平之間，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、容重、硬度均隨著施氮量的增加呈上升趨勢(shì)，且高施氮水平的小麥籽粒蛋白質(zhì)含量和硬度與低施氮水平的差異達(dá)到顯著水平，分別提高14.4%和6.9%。

曹承富等[20]研究表明，在0～225 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)，增施氮肥顯著提高強(qiáng)筋、中筋、弱筋不同類型小麥面粉的沉淀值，延長(zhǎng)面團(tuán)的形成時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間。在180～240 kg·hm-2施氮量范圍內(nèi)，小麥面粉的沉淀值、濕面筋含量、吸水率、沉淀指數(shù)、面團(tuán)形成時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間等均隨著施氮量的增加而顯著提高，但進(jìn)一步增施氮肥小麥品質(zhì)顯著下降[13，17]，小麥面粉沉淀值和面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間在225 kg·hm-2施氮量下最大[21]。本研究結(jié)果表明，與不施氮相比，施氮后“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥面粉的濕面筋含量、沉降值、最大拉伸阻力、拉伸面積分別顯著增加36.7%～57.9%、236.9%～398.5%、381.9%～745.4%、148.0%～293.3%，面團(tuán)形成時(shí)間顯著增加2.2～3.7 min。不同施氮量水平之間，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥面粉品質(zhì)指標(biāo)均呈上升趨勢(shì)，且均在高氮水平（N240）下達(dá)到最高值，中高施氮水平之間差異不顯著，說明在本研究的施氮量水平范圍內(nèi)，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥的品質(zhì)指標(biāo)與已有的研究結(jié)論一致，且春小麥面粉品質(zhì)對(duì)施氮量響應(yīng)的變化趨勢(shì)已經(jīng)趨于平緩。

本研究條件下，“津強(qiáng)7號(hào)”春小麥穗粒數(shù)和穗粒質(zhì)量隨著施氮量的增加而顯著增加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小麥顯著增產(chǎn)，同時(shí)通過提高小麥籽粒容重和蛋白質(zhì)含量，可顯著改善面粉品質(zhì)。本研究結(jié)論為：天津市春小麥適宜施氮量為240 kg·hm-2，

可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量6.0×103 kg·hm-2以上，同時(shí)能保證春小麥籽粒品質(zhì)和面粉品質(zhì)最優(yōu)。

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