朱倩 孟自力 倪雪峰 朱偉 閆向泉

摘要：為探究氮肥對小麥光合特性、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，確定小麥最佳施氮量，以輪選145（中筋）、輪選49（中強筋）、中麥578（強筋）、商麥167（中筋）為試驗材料，設(shè)置N0（0 kg/hm2）、N1（90 kg/hm2）、N2（180 kg/hm2）、N3（270 kg/hm2）、N4（360 kg/hm2）5個氮肥處理，研究施氮量對小麥葉綠素（SPAD值）、葉面積指數(shù)（LAI）、光合特性、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，隨著施氮量增加，輪選145葉片SPAD值、LAI、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）均呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，輪選49、中麥578、商麥167呈先增后降趨勢，其中輪選49、中麥578 峰值在N3處理，商麥167峰值在N2處理或N3處理，且施氮處理均高于N0處理；胞間CO2濃度（Ci）變化趨勢與Pn、Gs、Tr相反。增加施氮量能提高4個品種的蛋白含量、濕面筋含量和穩(wěn)定時間，輪選145和商麥167各指標在0～360 kg/hm2范圍內(nèi)隨施氮量的增加而增加，輪選49和中麥578在0～270 kg/hm2范圍內(nèi)隨施氮量增加而增加。輪選145籽粒產(chǎn)量在N4處理達到最高，輪選49和中麥578產(chǎn)量在N3處理達到最高，商麥167產(chǎn)量在N2處理達到最高，最大籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為商麥167＞輪選145＞輪選49＞中麥578，且同一氮肥處理下商麥167產(chǎn)量均高于其他品種，說明商麥167氮肥適應(yīng)力強，輪選145、中麥578、商麥167在低氮（N1）處理的籽粒產(chǎn)量較N0處理分別提升52.93%、84.03%、49.02%，說明這3個品種氮肥利用效率高；隨著施氮量增加，輪選145、商麥167穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量增加，輪選49、中麥578穗數(shù)、穗粒數(shù)增加，說明輪選145、商麥167產(chǎn)量提高主要依靠產(chǎn)量3因素協(xié)調(diào)，輪選49、中麥578產(chǎn)量提高主要依靠穗數(shù)和穗粒數(shù)。綜合考慮光合特性、品質(zhì)和產(chǎn)量等指標，輪選49、中麥578高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳施氮量為270 kg/hm2，輪選145最佳施氮量為 360 kg/hm2，商麥167最佳施氮量為180 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：施氮量；光合特性；品質(zhì)；產(chǎn)量；小麥

中圖分類號：S512.106? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）03-0131-07

小麥是我國三大糧食作物之一，在全國糧食生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，保障其高產(chǎn)對我國糧食安全具有重要意義［1］。近年來，隨著人們物質(zhì)生活水平的日益提高，我國小麥的供需結(jié)構(gòu)也由原來的數(shù)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)變，市場上對不同品質(zhì)優(yōu)質(zhì)專用小麥的需求不斷上升。因此，大力發(fā)展高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)并重的小麥生產(chǎn)對深化農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革意義重大［2-3］。小麥品質(zhì)和產(chǎn)量的形成除了受自身遺傳基因的控制，還受外界生長環(huán)境和栽培措施等諸多因素的影響［4-5］，在諸多栽培措施中，氮肥是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素［6-7］。近年來，小麥生產(chǎn)中氮肥施用量逐年上升，過量施氮造成小麥“貪青” “晚熟”等現(xiàn)象，同時也導(dǎo)致養(yǎng)分利用效率低、土壤污染、水體富營養(yǎng)化等問題［8］，因此生產(chǎn)中應(yīng)合理施用氮肥。

根據(jù)品質(zhì)不同，可以將小麥分為強筋、中強筋、中筋、弱筋4種類型，不同筋型小麥光合特性、品質(zhì)和產(chǎn)量對氮肥調(diào)控的響應(yīng)不同。研究表明，施氮量在180 kg/hm2時，弱筋小麥品質(zhì)、產(chǎn)量最優(yōu)；施氮量在210～270 kg/hm2范圍時，強筋小麥品質(zhì)、產(chǎn)量最優(yōu)［9-10］。徐鳳嬌等的研究表明，0～300 kg/hm2范圍內(nèi)增施氮肥能有效緩解葉綠素降解，0～270 kg/hm2 范圍內(nèi)增施氮肥能提高強筋、中筋小麥蛋白質(zhì)產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，0～180 kg/hm2范圍內(nèi)增施氮肥能有效延長面團形成時間和穩(wěn)定時間［11］。孫夢等研究了強筋、中筋小麥在高肥力、中肥力、低肥力條件下產(chǎn)量和品質(zhì)對氮肥的響應(yīng)，認為施氮量在180 kg/hm2時高肥力田產(chǎn)量最高，施氮量在 240 kg/hm2 時，中肥力、低肥力田產(chǎn)量最高，施氮量在240 kg/hm2時不同筋型小麥在3種肥力條件下品質(zhì)均最優(yōu)［12］。姚艷榮等對河北省長期定位施氮條件下中筋、強筋、超強筋小麥適宜施氮量進行研究，認為施氮180 kg/hm2為最優(yōu)施氮處理，能實現(xiàn)小麥高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)和生態(tài)安全的統(tǒng)一［12］。前人對優(yōu)質(zhì)小麥適宜施氮量有了一定的研究，但不同地區(qū)、不同品種間差異較大，本試驗以商丘市大面積種植的強筋、中強筋、中筋小麥為試驗材料，研究施氮量對小麥光合特性、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，以期為商丘市小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地與供試材料

試驗于2021—2022在商丘市農(nóng)林科學院薛莊試驗基地（海拔50.1 m，34°31′N，115°42′E）進行。其土質(zhì)為兩合土，0～20 cm耕層土壤有機質(zhì)含量2.44%，速效氮含量53.38 mg/kg，速效磷含量42.37 mg/kg和速效鉀含量174 mg/kg。2021年10月至2022年6月小麥生育期間試驗地降水量及氣溫如圖1所示。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用2因素裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)設(shè)5個氮素水平，分別為N0（0 kg/hm2）、N1（90 kg/hm2）、N2（180 kg/hm2）、N3（270 kg/hm2）、N4（360 kg/hm2），氮肥（尿素，N含量46%）分2次施入，基肥 ∶追肥為 5 ∶5，追肥時期在拔節(jié)期；磷肥（過磷酸鈣，P2O5含量12%）、鉀肥（硫酸鉀，K2O含量50%）、有機肥（雞糞）均在播前一次性基施，施用量分別為90、90、1 200 kg/hm2。副區(qū)設(shè)4個品種，分別為輪選145（中筋）、輪選49（中強筋）、中麥578（強筋）、商麥167（中筋）?；久鐬?70萬株/hm2，小區(qū)面積為13.5 m2（1.5 m×9.0 m），3次重復(fù)，共60（5×4×3）個小區(qū)。出苗后每小區(qū)選取1個1 m雙行固定樣點，供各生育期調(diào)查及成熟期取樣考種。其他管理同一般高產(chǎn)田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)（LAI）

分別于拔節(jié)期、開花期、成熟期選取生育進程相同的小麥，用CY-G10葉面積儀測定植株葉面積指數(shù)。

1.3.2 葉綠素含量（SPAD值）

分別于拔節(jié)期、開花期、成熟期選取20株生育進程相同的小麥，用便攜式SPAD-502Plus葉綠素儀進行測定，以SPAD值表示葉綠素相對含量，拔節(jié)期測量倒2葉，開花期、成熟期測量旗葉，取平均值作為葉片的SPAD值。

1.3.3 光合特性參數(shù)

采用Li-6400便攜式光合測定儀測定開花期、灌漿后期小麥旗葉的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。每小區(qū)選取同一花期的10張葉片進行測定，于晴朗天氣09：00—11：00在外加光源為紅藍光下進行測定。

1.3.4 籽粒品質(zhì)指標

采用近紅外谷物分析儀（Perten、IM7400型、瑞典）測定小麥籽粒粗蛋白（干基）含量、濕面筋（濕基）含量、吸水率、穩(wěn)定時間。

1.3.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

成熟期調(diào)查1 m雙行樣段內(nèi)的穗數(shù)，計算出單位面積穗數(shù)。各處理選取長勢均勻區(qū)域隨機取樣20株，進行室內(nèi)考種。小區(qū)全部收割計產(chǎn)，折算出產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2017進行數(shù)據(jù)整理、計算、繪圖，用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用LSD法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對不同筋型小麥葉片SPAD值的影響

由圖2可知，隨著生育進程的推進，不同品種小麥SPAD值均表現(xiàn)出先升后降的趨勢，且均在開花期達到最大值。同一品種同一生育期下，增施氮肥能顯著提高葉片SPAD值（P<0.05），但是不同品種對施氮量的響應(yīng)不同，輪選145葉片SPAD值隨施氮量的增加而升高，以N4處理最大，且顯著高于N0、N1、N2處理；輪選49、中麥578、商麥167葉片SPAD值隨施氮量的增加呈先增后降的趨勢，其中輪選49、中麥578在N3處理達到最大值，表現(xiàn)為N3處理＞N4處理＞N2處理＞N1處理＞N0處理，商麥167在N2處理達到最大值，且顯著高于N0處理。成熟期各品種葉片SPAD值均大幅下降，輪選145、輪選49、中麥578、商麥167成熟期平均SPAD值分別為16.23、17.12、15.41、17.48，開花期平均SPAD值分別為64.57、62.50、66.50、68.84，其中商麥167在開花期和成熟期SPAD期較高，為籽粒產(chǎn)量的形成奠定了基礎(chǔ)。不同施氮量相比較，成熟期N1、N2、N3、N4處理的SPAD值分別較N0處理增加26.60%、61.65%、66.30%、63.60%，除N1處理與N0處理差異不顯著外，其他處理差異均達顯著水平，說明增施氮肥能使小麥生育后期SPAD值維持在較高水平，從而延緩葉片衰老。

2.2 施氮量對不同筋型小麥LAI的影響

由圖3可知，拔節(jié)期到開花期小麥LAI呈升高趨勢，開花期到成熟期LAI則大幅下降，不同品種、不同施氮量對小麥LAI存在顯著影響。不同品種間比較，拔節(jié)期和開花期LAI均表現(xiàn)為商麥167＞輪選145＞中麥578＞輪選49，成熟期LAI較開花期分別下降30.13%、38.64%、33.85%、27.01%，說明中麥578、輪選145在生育后期LAI下降較快；整個生育期的LAI表現(xiàn)為商麥167＞輪選145＞輪選 49＞中麥578，商麥167的LAI在整個生育期都處在較高水平 可能為后期產(chǎn)量形成奠定了基礎(chǔ)。不同施氮量相比較，輪選145在各生育期LAI均表現(xiàn)為隨施氮量的增加而增加的趨勢，輪選49、中麥578、商麥167隨施氮量的增加表現(xiàn)出先增后降的趨勢，其中輪選49、中麥578在N3處理達到最大值，商麥167在N2或N3處理達到最大值；在成熟期，N1、N2、N3、N4處理的4個品種小麥平均LAI分別較N0處理增加22.24%、77.16%、99.66%、75.58%，說明增施氮肥能顯著提高LAI，延長光合作用時間。

2.3 施氮量對不同筋型小麥光合特性的影響

由表1可知，施氮量對不同品種小麥開花期和灌漿后期旗葉光合特性的影響趨勢一致，但品種間存在差異。同一品種不同生育期，Pn、Gs、Tr變化趨勢相同。其中，隨著施氮量增加，輪選145旗葉Pn、Gs、Tr均呈增加趨勢，施氮處理明顯高于N0處理；輪選49、中麥578呈先升后降的趨勢，N3處理最高，且顯著高于N0和N1處理；商麥167也呈先升后降的趨勢，N2處理最高，且顯著高于N0處理。隨著施氮量的增加，各品種Ci的變化趨勢與Pn、Gs、Tr相反。

與開花期相比，灌漿后期Pn、Gs、Tr均下降，Ci有所增加。其中，N0、N1、N2、N3、N4處理的平均Pn分別下降71.43%、67.38%、59.26%、57.61%、58.45%，平均Gs分別下降75.13%、72.17%、67.37%、66.94%、68.27%，平均Tr分別下降57.30%、47.59%、19.98%、15.59%、23.71%，平均Ci則分別較開花期上升18.13%、13.05%、3.03%、2.37%、1.29%。說明增施氮肥能夠延緩葉片衰老，延長光合作用持續(xù)時間。

2.4 施氮量對不同筋型小麥籽粒品質(zhì)的影響

由表2可知，施氮量對不同筋型小麥蛋白含量、濕面筋含量、吸水率、穩(wěn)定時間存在顯著影響。隨著施氮量增加，4個品種穩(wěn)定時間均有所增加，且施氮處理顯著大于N0處理（中麥578的N1、N2處理除外），吸水率呈先增后降的趨勢；蛋白含量和濕面筋含量的變化趨勢一致，其中輪選145（中筋）、商麥167（中筋）總體呈增加趨勢，輪選49（中強筋）、中麥578（強筋）呈先增后降趨勢。輪選145、輪選49、中麥578、商麥167這4個品種N1、N2、N3、N4處理的蛋白含量分別較N0處理增加19.22%、16.90%、22.42%、23.49%，2.91%、5.30%、11.79%、8.51%，2.47%、3.90%、12.14%、9.82%，15.80%、21.16%、25.07%、25.61%，濕面筋含量分別較N0增加20.33%、17.76%、24.42%、25.02%，3.15%、4.02%、10.49%、6.41%，3.87%、4.41%、13.89%、11.18%，17.60%、18.54%、26.42%、26.46%。說明隨著施氮量增加，強筋、中強筋小麥品質(zhì)提升較慢，中筋小麥品質(zhì)提升快，但總體來看中筋小麥在各氮肥水平下品質(zhì)均低于強筋、中強筋小麥，且在 0～270 kg/hm2范圍內(nèi)，強筋、中強筋小麥品質(zhì)與施氮量呈正相關(guān)。從不同筋型小麥品質(zhì)性狀對氮肥的響應(yīng)來看，強筋、中強筋小麥蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和面團穩(wěn)定時間受氮肥調(diào)控效應(yīng)大，中筋小麥較小，氮肥對不同筋型小麥的吸水率調(diào)控效應(yīng)無明顯規(guī)律。

2.5 施氮量對不同筋型小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

由表3可知，隨著施氮量增加，輪選49、中麥578、商麥167籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)出先增后降的趨勢，其中輪選49、中麥578的產(chǎn)量最大值出現(xiàn)在N3處理（270 kg/hm2），商麥167最大值出現(xiàn)在N2處理（180 kg/hm2） 輪選145產(chǎn)量則隨施氮量的增加而不斷升高，最大值出現(xiàn)在N4處理（360 kg/hm2），且4個品種施氮處理的籽粒產(chǎn)量均顯著高于不施氮處理。從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，輪選145、 商麥167這2個品種穗粒數(shù)和穗數(shù)總體表現(xiàn)為隨施氮量的增加而增加，千粒質(zhì)量表現(xiàn)為先升后降的趨勢，說明輪選145、商麥167產(chǎn)量提高主要依靠穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量3因素協(xié)調(diào)作用；輪選49、中麥578這2個品種穗粒數(shù)和穗數(shù)隨施氮量的增加呈增加趨勢，千粒質(zhì)量則隨施氮量的增加而降低，說明輪選49、中麥578產(chǎn)量提高主要依靠穗粒數(shù)和穗數(shù)，提高千粒質(zhì)量是進一步提高產(chǎn)量的潛在因素。不同品種間相比較，最大籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為商麥167（中筋）＞輪選145（中筋）＞輪選49（中強筋）＞中麥578（強筋），分別為 8 349.93、8 102.02、7 927.31、7 606.92 kg/hm2，說明優(yōu)質(zhì)強筋、中強筋小麥品種產(chǎn)量水平低于中筋小麥。此外，在同一氮肥處理下，商麥167籽粒產(chǎn)量均高于同其他3個品種，說明商麥167氮肥適應(yīng)能力較強；輪選145、中麥578、商麥167在低氮肥N1處理下的產(chǎn)量較N0處理分別增加52.93%、84.03%、49.02%，說明輪選145、中麥578、商麥167對氮肥較敏感。

3 結(jié)論與討論

氮素是小麥生長的必需營養(yǎng)元素，直接影響小麥體內(nèi)的可溶性蛋白水平、光合酶類的合成與活性、葉綠素的合成等，進而影響光合作用［13］。大量研究表明，在一定范圍內(nèi)增施氮肥能提高葉面積指數(shù)、葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，降低胞間CO2濃度，從而促進作物營養(yǎng)生長，但不同地區(qū)、不同品種間最佳施氮量存在差異［14-16］。本研究結(jié)果表明，施氮能顯著提高植株LAI、SPAD值、Pn、Gs、Tr，降低Ci，這與前人研究結(jié)果［13-15］基本一致。輪選145植株的LAI、SPAD值、Pn、Gs、Tr隨施氮量的增加而升高，在N4處理達到最大值，表現(xiàn)為N4處理＞N3處理＞N2處理＞N1處理＞N0處理；輪選49、中麥578、商麥167上述指標隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，輪選49、中麥578在N3處理達到最大值，商麥167在N2處達最大值；4個品種旗葉Ci值變化趨勢與Pn、Gs、Tr相反。

小麥品質(zhì)除受自身遺傳因素的影響，氮肥亦起著重要作用。多數(shù)研究認為，施氮能顯著提高籽粒蛋白含量、濕面筋含量和沉降值，延長面團的形成時間和穩(wěn)定時間［17-18］，但是施氮量對不同筋型小麥的品質(zhì)性狀調(diào)控效應(yīng)的研究結(jié)果不盡相同。曹承富等研究發(fā)現(xiàn)，施氮量對不同筋型小麥的品質(zhì)性狀調(diào)控效應(yīng)無明顯規(guī)律［19］。朱新開等的研究表明，氮肥對不同品質(zhì)類型小麥的調(diào)節(jié)幅度不同，強筋小麥品質(zhì)指標受氮肥調(diào)節(jié)幅度較大，弱筋小麥則較小［20］。本研究結(jié)果表明，適當增施氮肥能提高強筋、中強筋、中筋小麥的蛋白含量、濕面筋含量、吸水率和面團穩(wěn)定時間，強筋、中強筋小麥品質(zhì)達到最優(yōu)的適宜施氮量是270 kg/hm2；從不同筋型小麥品質(zhì)性狀對氮肥的響應(yīng)來看，強筋、中強筋小麥蛋白含量、濕面筋含量和面團穩(wěn)定時間受氮肥調(diào)控效應(yīng)大，中筋小麥較小，氮肥對不同筋型小麥的吸水率調(diào)控效應(yīng)無明顯規(guī)律。

氮肥對小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量3因素均有顯著的調(diào)控效應(yīng)，不同筋型小麥對氮肥的響應(yīng)不同［21-22］，曹承富等研究發(fā)現(xiàn)，強筋、中筋小麥達到最高產(chǎn)量的施氮量分別為224.6、207.5 kg/hm2［19］。朱新開等研究發(fā)現(xiàn)，施氮量為180 kg/hm2時，弱筋小麥產(chǎn)量最大，施氮量為180～240 kg/hm2時，強筋和中筋小麥產(chǎn)量最佳［20］。本試驗結(jié)果表明，中麥578（強筋）、輪選49（中強筋）的最佳施氮量為270 kg/hm2，2個中筋小麥品種的適宜施氮量不同，其中輪選145施氮量在360 kg/hm2時產(chǎn)量達最大值，商麥167在180 kg/hm2時產(chǎn)量達最大值，這可能與品種自身氮素利用效率有關(guān)，有待進一步研究。另外，本研究中因未施氮（N0）處理會導(dǎo)致品種早衰，提早成熟，造成麥粒脫落，此外收割時也容易造成小麥脫穗掉粒，實際產(chǎn)量偏低，與理論產(chǎn)量差值偏大。籽粒產(chǎn)量受有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量3個因素影響［23-24］。本研究結(jié)果表明，隨施氮量增加，輪選49（中強筋）和中麥578（強筋）穗粒數(shù)、穗數(shù)增加趨勢，千粒質(zhì)量呈下降趨勢；輪選145（中筋）和商麥167（中筋）穗粒數(shù)、穗數(shù)呈增加趨勢，千粒質(zhì)量呈先升后降趨勢。說明輪選49和中麥578籽粒產(chǎn)量的提高主要依靠穗粒數(shù)和穗數(shù)，輪選145和商麥167籽粒產(chǎn)量的提高主要依靠穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量3因素協(xié)調(diào)作用。

適量增施氮肥能增加不同筋型小麥葉綠素含量，促進植株光合作用，延緩葉片光合作用時間，提高小麥品質(zhì)和產(chǎn)量。綜合考慮光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)，輪選49、中麥578高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳施氮量為 270 kg/hm2，輪選145最佳施氮量為360 kg/hm2，商麥167最佳施氮量為180 kg/hm2。

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