水氮耦和对春小麦产量、蛋白质含量及其组分含量的影响

戴相林，廖文华，高小丽，马瑞萍，王珊珊，张玉红

(1.西藏自治区农牧科学院农业研究所，西藏 拉萨 850000；2.西藏自治区农牧科学院资源与环境研究所，西藏 拉萨 850000；3.农业部作物基因资源与种质创制西藏科学观测实验站，西藏 拉萨 850000)

水氮耦和对春小麦产量、蛋白质含量及其组分含量的影响

戴相林1，3，廖文华1,3，高小丽1,3，马瑞萍2，王珊珊1,3，张玉红1,3

(1.西藏自治区农牧科学院农业研究所，西藏 拉萨 850000；2.西藏自治区农牧科学院资源与环境研究所，西藏 拉萨 850000；3.农业部作物基因资源与种质创制西藏科学观测实验站，西藏 拉萨 850000)

本文盆栽条件下研究了水氮配合对春小麦产量和蛋白质组分含量的影响。结果表明，在不同土壤相对含水量下，合理追施氮肥能够显著提高春小麦籽粒产量。中水或高水条件下，追氮时期对小麦籽粒产量影响不显著，建议在拔节期追施氮肥。推迟施氮时期及合理增加施氮量，有助于提高小麦籽粒蛋白质含量、蛋白质产量和蛋白质各组分含量，追氮时期应选择在抽穗期或灌浆期。增加土壤相对含水量，会降低籽粒蛋白质含量和蛋白质各组分含量。水分亏缺或过量均不利于小麦籽粒蛋白质产量的提高。在生产实践中，要根据不同的栽培目的确定灌水和施肥方案。

水氮耦合；施氮时期；施氮量；产量；蛋白质组分含量

小麦籽粒蛋白质是决定小麦品质的重要指标之一，并且籽粒蛋白质含量，尤其是蛋白质组分含量、比例及蛋白质亚基组成等，与小麦加工品质存在相关关系[1-2]。大量研究表明，小麦籽粒品质受遗传和环境条件的双重影响，且多数品质性状存在显著的基因型与环境的互作效应[3-6]。品种的遗传特性是小麦品质的基础，但环境条件及栽培措施也能够较大程度地改善小麦品质，协调产量与品质的关系[5-7]。水分和养分是限制旱地农业生产的两大主要因素，同时对小麦产量和品质的改善也具有重要影响[8]。一般认为降水量、灌溉量或灌水次数与小麦籽粒蛋白质含量呈负相关关系[9-11]。王月福则认为在控水条件下，适宜的土壤水分含量既可以提高产量，又能改善品质[12]。许振柱等研究表明，干旱能促进清蛋白和球蛋白含量在灌浆初期的积累，但至灌浆末期转为降低，土壤水分过多或严重亏缺均不利于贮藏蛋白的积累[13-14]。养分对小麦籽粒品质同样具有较大影响，其中氮素是影响小麦品质最活跃的因素，通常认为施氮时期对小麦籽粒蛋白质含量的影响比对籽粒产量的影响更大[13]。随施氮时期的推迟，蛋白质含量有增加趋势,且有利于提高小麦加工品质[14-15]。氮肥施用量和施用时期对小麦籽粒蛋白质组分同样具有显著影响[16]。目前水氮耦合对藏区春小麦产量、蛋白质含量和蛋白质组分含量的研究较为少见。

小麦是西藏自治区的主要粮食作物，面积和产量仅次于青稞，居第二位。全区小麦播种面积和产量分别约占粮食作物总播种面积和总产量的20 %和25 %。西藏小麦在4500 m 以下的海拔地区均有分布，其中春小麦主要种植在海拔3800～4500 m的地区。西藏小麦品质不好，“做馒头粘牙，做面条成段，包饺子露馅”[17]。因此，本文对高海拔地区水氮耦合对春小麦产量和蛋白质组分含量的变化进行研究，以期为该地区春小麦高产优质栽培提供理论基础和科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年3月至2015年7月，在西藏自治区农牧科学院原种场温室内(E:91°2′24.87″; N:29°38′30.74″)进行。供试作物品种为中筋春小麦-藏春951(Zang Chun 951)，于3月31日播种，7月12日收获。供试土壤采自西藏自治区农牧科学院5号试验田0～20 cm耕层土壤，土壤为轻壤土，土壤基础理化指标分别为：有机质17.5 g/kg，全氮0.78 g/kg，水解氮43.0 mg/kg，速效磷66.3 mg/kg，速效钾44.5 mg/kg，pH 7.85，田间持水量21.0 %。生育期内温室最高温度39.0 ℃，最低温度9.8 ℃，平均温度21.7 ℃；温室最高湿度88.1 %，最低湿度2.1 %，平均湿度31.9 %。采用盆栽方式种植，塑料瓷盆高25 cm，盆口直径30 cm，盆底直径20 cm。

表1 春小麦水氮耦合盆栽试验方案

1.2 试验方法

试验分别在低水(维持土壤相对含水量35 %～40 %)、中水((维持土壤相对含水量55 %～60 %)、高水(维持土壤相对含水量75 %～80 %)和施N(每公斤干土施N 0.05 g)配合条件下，按照春小麦的3个生育时期：拔节期(B)、抽穗期(C)和灌浆期(G)，设计完全组合试验，另加一个绝对对照(低水，不施氮)，共25个处理，重复5次(表1)。每盆装干土6.0 kg，氮肥用尿素(含N46 %)，按照方案规定用量和时期施入。磷肥用过磷酸钙作底肥，按每公斤干土施 P2O50.10 g 计算。每盆播种20粒，三叶期前保持土壤相对含水量75 %～80 %，保证出苗，进入三叶期定苗15株/盆，并采用称重法控制土壤含水量。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 产量测定和考种 各处理单打单收，随机选取有代表性的10株，测定小麦株高、穗长、穗粒数、结实小穗数、不孕小穗数、千粒重和产量。

1.3.2 品质指标 采用凯氏定氮法测定籽粒粗蛋白质含量；连续提取分离法测定蛋白质组分含量[18]；氨基酸自动分析仪测定氨基酸及其各组成成分含量；蛋白质产量=籽粒产量×籽粒蛋白质含量。

1.3.3 统计分析 采用Excel进行数据处理,运用SAS进行多重比较分析检验各处理差异。

2 结果与分析

2.1 不同水分含量下氮肥追施时期对春小麦产量的影响

由图1可以看出，各处理籽粒产量表现为B1>B1+G1>G1>B1+C1+G1>D1>C1>C1+G1>B1+C1>CK。低水处理下不同生育期追施N肥或增施N肥，产量并无明显规律性变化。B1处理产量最高，表明低水施N下，拔节期追施N肥可提高春小麦的产量。

中水施N下，各处理籽粒产量表现为B2+G2>C2>B2>B2+C2>C2+G2>B2+C2+G2>G2>D2。由图1可以发现，中水条件下追施N肥，可有效提高春小麦产量，但不同生育时期追施N肥或增加施N量，产量无明显差异。研究表明，B2+G2处理产量最高，说明中水施N下，拔节期和灌浆期各追施N肥，可有效提高春小麦产量。

高水施N下，各处理籽粒产量表现为B3+C3+G3>C3+G3>B3+G3>B3+C3>C3>B3>G3>D3。春小麦生育时期内追施2～3次N肥的产量，明显高于追施1次和底施N肥的产量。由此可见，高水条件下要维持春小麦高产，需要相应增施更多N肥。

将不同水分条件下施N的所有处理比较，以维持土壤相对含水量在55 %～60 %时，选择在春小麦拔节期或抽穗期追施N肥，可使春小麦获得高产。

2.2 不同水分含量下氮肥追施时期对春小麦籽粒蛋白质含量的影响

低水施N下，各处理籽粒蛋白质含量表现为C1+G1>G1>B1+C1+G1>C1>B1+C1>B1+G1>

图1 不同土壤相对含水量和施N时期下春小麦产量的变化Fig.1 Changes of spring wheat yield under different relative soil water content and applied N stage

图2 不同土壤相对含水量和施N时期下春小麦籽粒蛋白质含量和蛋白质产量的变化Fig.2 Changes of spring wheat grain protein content and protein yield under different relative soil water content and applied N stage

B1>CK>D1。显著性检验表明(a=0.05)，除B1+C1+G1和C1、CK和D1处理无显著性差异外，其余各处理均存在显著性差异。由图2可以发现，在追施1次N肥的情况下，晚期追肥籽粒蛋白质含量要比早期追施高；在追施大于1次N肥的情况下，除C1+G1处理外，籽粒蛋白质含量并未随施N量的增加而增加，甚至蛋白质含量要低于G1或C1处理。

中水施N下，各处理籽粒蛋白质含量表现为B2+C2+G2>C2+G2>G2>B2+C2>B2+G2>C2>B2>D2。显著性检验表明(a=0.05)，除B2+C2和G2处理无显著性差异外，其余各处理间均存在显著性差异。说明中水施N下，增加施N量或推迟施N时期，有利于蛋白质含量的增加。

高水施N下，各处理籽粒蛋白质含量表现为C3>B3+C3+G3>C3+G3>B2+G3>B3+C3>G3>D3>B3。显著性检验表明(a=0.05)，各处理间均存在显著性差异。在追施1次N肥的情况下，以C3处理蛋白质含量最高；追施大于1次N肥的情况下，随施N量的增加及施N时期的推迟，蛋白质含量逐渐增加，但蛋白质含量仍以C3处理最高。因此，高水施N下，在抽穗期追施N肥能够显著提高籽粒蛋白质含量。

将不同水分条件下施N的所有处理比较发现，C1+G1处理蛋白质含量最高，且与其他处理存在显著性差异(a=0.05)。推迟施N时期有利于籽粒蛋白质含量的提高，以抽穗期和灌浆期各追施1次N肥效果最好；增加土壤相对含水量反而会降低籽粒蛋白质含量。

2.3 不同水分含量下氮肥追施时期对春小麦籽粒蛋白质产量的影响

由图2可以看出，低水施N下，各处理籽粒蛋白质产量表现为G1>B1+G1>B1+C1+G1>C1>B1>C1+G1>D1>B1+C1>CK。显著性检验表明(a=0.05)，除C1、B1和B1+C1+G1及D1和B1+C1处理间无显著性差异外，其余各处理间均存在显著性差异。在灌浆期追施1次N肥，蛋白质产量最高，在其它时期追施N或增加施N量不能继续提高蛋白质产量，甚至会导致蛋白质产量下降。

中水施N下，各处理籽粒蛋白质产量表现为B2+C2+G2>C2+G2>B2+G2>B2+C2>G2>C2>B2>D2。各处理间均达到显著性差异(a=0.05)。中水条件下增加施N量和推迟追N时期均能显著提高蛋白质产量。

高水施N下，各处理籽粒蛋白质产量表现为B3+C3+G3>C3+G3>B3+C3>C3>B3+G3>G3>D3>B3。各处理间均达到了显著性差异(a=0.05)。在追施1次N肥的情况下，以抽穗期追施N，蛋白质产量最高；追施大于1次N肥的情况下，以B3+C3+G3处理蛋白质产量最高。增加施N量和推迟施N时期，有利于蛋白质产量的增加。

将不同水分条件下施N的所有处理比较发现，B2+C2+G2处理蛋白质产量最高，且与其他处理存在显著性差异(a=0.05)。表明不同土壤相对含水量下，维持土壤相对含水量在55 %～60 %时施N效果最好，但考虑到过多施N带来的环境影响，施N时期应选择在抽穗期和灌浆期各追施1次为好。

2.4 不同水分含量下氮肥追施时期对春小麦籽粒蛋白质组分含量的影响

由表2分析发现，低水施N下，春小麦籽粒清蛋白含量表现为B1+C1+G1>G1>C1>B1+C1>C1+G1>B1+G1>B1>CK>D1，在追施1次N肥的情况下，随施N时期的推迟，清蛋白含量呈上升趋势，以灌浆期追施N效果最好，并且其含量要高于追施2次N，如若继续提高清蛋白含量则必须增加施N量；球蛋白含量表现为B1+C1>G1>C1+G1>C1>B1+C1+G1>B1+G1>B1>D1>CK，在追施1次N肥的情况下，随施N时期的推迟，球蛋白含量呈上升趋势，以灌浆期追施N效果最好，且与追施2次N差异不显著，继续增加施N量反而会导致球蛋白含量下降；醇溶蛋白含量表现为C1+G1>G1>C1>B1+C1>B1+C1+G1>B1+G1>B1>D1>CK，在追施1次N肥的情况下，随施N时期的推迟，醇溶蛋白含量呈上升趋势，以灌浆期追施N效果最好。在追施2次N的情况下以抽穗期和灌浆期，各追施1次N醇溶蛋白含量最高，继续增加施N量反而会降低醇溶蛋白含量；谷蛋白含量表现为C1+G1>G1>B1+G1>B1+C1+G1>C1>B1+C1>B1>CK>D1，在追施1次N肥的情况下，随施N时期的推迟，醇溶蛋白含量呈上升趋势，以灌浆期追施N效果最好。在追施2次N的情况下以抽穗期和灌浆期，各追施1次N谷蛋白含量最高，继续增加施N量反而会降低其含量。

表2 不同土壤相对含水量和施N时期下春小麦籽粒蛋白质组分含量差异

注：小写字符表示在(P<0.05)达显著差异。

Note：Different small letters mean significance at 0.05 level.

中水施N下，春小麦籽粒清蛋白含量表现为B2+C2+G2>G2>B2+G2>C2+G2>C2>B2+C2>B2>D2，在追施1次N肥的情况下，随施N时期的推迟，清蛋白含量呈上升趋势，以灌浆期追施N效果最好，并且其含量要显著高于追施2次N的处理，继续增加施N量，清蛋白含量无明显增加；球蛋白含量表现为B2+C2+G2>C2+G2>B2+C2>G2>B2+G2>C2>D2>B2，在追施1次N肥的情况下，以灌浆期追施N效果最好，随施N量的增加，球蛋白含量呈增加趋势；醇溶蛋白含量表现为B2+C2+G2>G2>B2+C2>C2+G2>B2+G2>C2>B2>D2，在追施1次N肥的情况下，随施N时期的推迟，醇溶蛋白含量呈上升趋势，以灌浆期追施N效果最好，并且其含量要显著高于追施2次N的处理，如若继续增加醇溶蛋白含量，则必须增加施N量；谷蛋白含量表现为C2+G2>B2+C2+G2>G2>B2+C2>B2+G2>C2>B2>D2，在追施1次N肥的情况下，随施N时期的推迟，醇溶蛋白含量呈上升趋势，以灌浆期追施N效果最好。在追施2次N的情况下以抽穗期和灌浆期，各追施1次N谷蛋白含量最高，但继续增加施N量并未显著提高谷蛋白含量。

高水施N下，春小麦籽粒清蛋白含量表现为C3>B3+C3+G3>C3+G3>B3+G3>B3+C3>G3>D3>B3，以抽穗期追施N效果最好，其含量显著高于其他处理，增加施N量有助于清蛋白含量的增加；球蛋白含量表现为B3+C3+G3>C3+G3>C3>B3+C3>B3+G3>G3>D3>B3，在追施1次N肥的情况下，以抽穗期追施N，球蛋白含量最高，并且随施N量的增加，球蛋白含量呈增加趋势；醇溶蛋白含量表现为C3>B3+C3+G3>C3+G3>B3+G3>B3+C3>G3>D3>B3，以抽穗期追施N效果最好，其含量显著高于其他处理，增加施N量有助于醇溶蛋白含量的增加；谷蛋白含量同样表现为C3>B3+C3+G3>C3+G3>B3+G3>B3+C3>G3>D3>B3，以抽穗期追施N效果最好，其含量显著高于其他处理，增加施N量有助于醇溶蛋白含量的增加。

将不同水分条件下施N的所有处理比较发现，随土壤相对含水量的增加，蛋白质各组分含量呈降低趋势，增加施N量有助于蛋白质各组分含量的增加，且蛋白质各组分含量随追N时期的推迟表现出增加的趋势，通常以灌浆期或灌浆期和抽穗期各追施1次N效果最好。

3 讨 论

本研究表明，不同土壤相对含水量和追N时期，对春小麦籽粒产量影响较大。当土壤相对含水量在35 %～40 %时，以拔节期每盆追施N 0.30 g产量最高，继续增加施N量或追施次数，春小麦籽粒产量无明显提高，甚至会出现产量下降的现象。这可能与低水情况下，N肥肥效不能充分发挥，过量N肥导致土壤局部溶液浓度过大有关[19]；土壤相对含水量在55 %～60 %时，追施N肥能够显著提高春小麦籽粒产量，但不同的追施时期对春小麦籽粒产量影响并不显著，增加追施次数或施N量籽粒产量也未发生明显变化，这与沈建辉等的研究结果类似[20]；土壤相对含水量在75 %～80 %时，不同时期追施N对春小麦籽粒产量并无显著影响，但增加施N量或追施次数能够显著提高春小麦籽粒产量，说明高水条件下要获得春小麦高产必须要增加施肥量。这可能是因为，高水条件下土壤中的N素被淋溶到了底部，加之盆栽条件下春小麦根系不发达，无法高效吸收N素所致。

小麦籽粒蛋白质含量，随施N时期的推迟和施N量的增加表现出增加的趋势，随土壤相对含水量的增加，表现出降低的趋势，这与大多数研究结果类似[9-11,14-15]。研究显示，3种土壤相对含水量下，追施N肥的最佳时期为抽穗期或灌浆期，或抽穗期和灌浆期各追施1次，以每盆追施N 0.30～0.60 g最佳；小麦籽粒蛋白质产量，同样随施N时期的推迟和施N量的增加，表现出增加的趋势。但以土壤相对含水量在55 %～60 %时，抽穗期和灌浆期各追施1次，每盆追施N 0.60 g最佳。

本研究同时发现，增加施N量或推迟施氮时期，同样有助于蛋白质各组分含量的增加，但提高土壤相对含水量，蛋白质各组分含量则会降低。这与前人的研究结果类似[9-11,14]。3种土壤相对含水量下，以抽穗期或灌浆期追施N效果最好，施氮量以每盆追施N 0.30～0.60 g最佳。

4 结 论

从单纯追求春小麦产量而言，不同土壤相对含水量下，追施N肥能够显著提高春小麦籽粒产量，但要合理控制施N量。中水或高水条件下，追N时期对小麦籽粒产量影响并不显著，但为保障春小麦生长前期N素的供应，应选择在拔节期追肥。

不同土壤相对含水量和追N时期，对春小麦籽粒蛋白质含量、蛋白质产量和蛋白质各组分含量有显著影响。推迟施N时期及合理增加施N量，有助于提高小麦籽粒蛋白质含量、蛋白质产量和蛋白质各组分含量，追N时期应选择在抽穗期或灌浆期。增加土壤相对含水量，会降低籽粒蛋白质含量和蛋白质各组分含量。水分亏缺或过量均不利于小麦籽粒蛋白质产量的提高。

在生产实践中，要根据不同的栽培目的确定灌水和施肥方案。若以追求春小麦籽粒产量为目的，应在中水条件下拔节期合理追施N肥；若以提高籽粒营养品质为目的，应在低水条件下抽穗期或灌浆期合理追施N肥；若以蛋白质产量为目的，则应在中水条件下抽穗期或灌浆期合理追施N肥。

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(责任编辑 陈 虹)

Effect of Water and Nitrogen Cooperation on Spring Wheat Yield, Protein Content and Its Components Content

DAI Xiang-lin1,3, LIAO Wen-hua1,3, GAO Xiao-li1,3, MA Rui-ping2, WANG Shan-shan1,3, ZHANG Yu-hong1,3

(1.Institute of Agriculture Research, Tibet Academy of Agriculture and Animal Husbandry Science, Tibet Lhasa 850000, China; 2.Institute of Resources and Environment, Tibet Academy of Agriculture and Animal Husbandry Science, Tibet Lhasa 850000, China; 3.Tibet Research Station of Crop Gene Resource & Germplasm Enhancement, Ministry of Agriculture, Tibet Lhasa 850000, China)

The pot experiments were conducted to study the effect of water and nitrogen cooperation on spring wheat yield and protein components content. The results showed that under different relative soil water contents, reasonable topdressing N fertilizer could significantly improve the spring wheat yield. Under the conditions of high water or middle water, N topdressing stage had no significant effects on wheat yield, recommending topdressing N at jointing stage. Delaying the stage of N and reasonably increasing N application rate could improve the grain protein content, protein yield and protein components content, recommending topdressing N at heading or filling stage. Increasing the relative soil water content could reduce the grain protein content and protein components content. Water deficit or excessive were not conducive to improve grain protein yield. In the production practice, the irrigation and fertilization should be determined according to the different cultivated purpose.

Water-nitrogen coupling; N application stage; Nitrogen rate; Yield; Protein components content

1001-4829(2016)12-2883-07

10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.021

2015-11-08

西藏自治区科技厅青年基金项目资助(13-41)

戴相林(1986-)，男，河北唐山人，硕士，助理研究员，主要从事植物营养与施肥研究，E-mail: 466161736@qq.com，Tel:13308907699。

S512.1

A