氮素对小麦生长发育、产量和品质形成的影响

河南省农业广播电视学校 王公卿

河南省农业科技发展中心 郑志松 李萌

氮素对小麦生长发育、产量和品质形成的影响

河南省农业广播电视学校 王公卿

河南省农业科技发展中心 郑志松 李萌

氮素是小麦生长发育所必需的大量营养元素，约占植株干质量的1.0%～1.6%。氮在小麦体内有着多方面的营养作用，氮是冬小麦植株细胞原生质的重要组分，也是组成氨基酸、蛋白质的必需元素，是核酸、叶绿素、及多种酶、维生素、植物激素的组成成分。氮肥还是决定小麦籽粒产量和品质的重要因素，合理的氮肥运筹可以协调小麦产量与品质的关系，从而达到优质高产的生产目标。

一、氮素对小麦生长发育的影响

适量的氮素能促进小麦根、茎、叶等营养器官的生长发育，增加植株绿色面积，提高光合作用和营养物质积累，协调群体发展，优化群体结构，并可促进分蘖和幼穗分化发育，增加小花原基分化数和可孕花数，有利于花、籽粒等生殖器官的生长发育。

小麦越冬期和拔节期氮素亏缺明显减小根长、根条数和根体积 ，而且还减少根吸收总面积、活跃吸收面积以及根系活力。在冬小麦根系生长发育较为重要的苗期、越冬期和拔节期 ，前一生育期氮素亏缺，后一生育期补氮对根系可表现出一定的补偿效应，其中越冬期补偿效应更为显著。研究发现，合理施用氮肥可以促进小麦的生长发育，使小麦的株高、茎基宽、分蘖数、茎叶干质量等生长量提高0.05～1倍，但是其增长量并不与氮肥用量同步。同时，在分蘖期、拔节期，小麦茎基部硝态氮含量、叶片中叶绿素含量与氮肥施用量之间均有显著正相关性，小麦茎基部硝态氮含量、叶片中叶绿素的含量可以反映出土壤的供氮水平。通过设置N 30 kg/ hm2、120 kg/hm2、300 kg/hm23个氮肥处理试验，研究发现氮肥在整个生育期均影响冬小麦的生长发育和干物质的分配，其中，拔节期是冬小麦对氮肥的补偿有效期，拔节后表现株高、分蘖数、叶面积、根长、根表面积、根体积增大，总干物质量，茎、叶鞘、穗的干物质分配指数增加。试验表明，小麦幼苗期，株高、叶面积随着施氮量的增大而呈逐渐增高的趋势，叶片数、茎粗和最长根长都随氮素浓度增大而增大，小麦根的鲜质量、干质量也随着增加。

二、氮素对小麦光合特性

氮、磷都是小麦生长发育所必需的重要元素，它们在很大程度上决定了小麦的光合能力和产量。一般认为，追施氮肥可提高光合效率的原因主要有两个方面：一是间接影响，施用氮肥促进了叶面积增大、叶片数增多，光合面积增加，叶片延缓衰老，叶片功能期延长；二是直接影响，施用氮肥后叶片叶绿素含量增加，光化学反应加快，叶片内蛋白质含量增加，参与光合作用酶类的活性增强，使暗反应顺利进行，从而提高光合能力。

前人研究表明，氮、磷用量增加小麦旗叶净光合速率（Pn）、叶绿素含量和气孔导度均升高，光合功能期延长，叶源量增加。合理施用的氮肥、磷肥、钾肥，在一定程度上均可以改善作物的水分利用状况，提高作物的渗透调节能力和气孔导度调节能力，提高叶片净光合速率（Pn）。

小麦籽粒灌浆期，叶片开始衰老，旗叶叶面积减少，但此期是籽粒建成和干物质积累的重要时期，对光合产物的需求量很大，叶片同化物迅速向籽粒转移。因此，肥料施用水平直接影响着植物叶片营养状况、叶绿素合成、作物植株光合代谢过程和作物产量等。尹光华等研究表明，叶片的净光合速率（Pn）随着施氮量的增加迅速提高，随着施磷量的增加先下降后提高。氮、磷对叶片光合速率（Pn）的影响是氮大于磷。有研究表明，氮肥施用量过多（N＞300 kg/hm2）虽然光合速率较高，但群体郁闭严重，下部叶片衰老过快，降低了群体叶面积指数，最终导致小麦穗粒数和千粒质量下降，籽粒产量降低。

三、氮素对小麦氮代谢的影响

小麦植株一生氮素的积累呈“S”型曲线。赵广才等认为，植株茎叶的氮素积累在冬前分蘖盛期和拔节期至孕穗期强度较大，开花期至成熟期则是小麦植株对氮素吸收运转及分配的重要时期。还有许多研究认为，小麦籽粒蛋白质的氮素主要来源于营养器官的再运转的氮素，约为80%左右，而来源于开花后光合同化的氮素只占20%左右。换言之，籽粒的氮素绝大部分是从开花前植株各器官储存氮素再运转而来，只有一少部分是开花后吸收的。有研究认为，不同的施氮量对小麦氮素吸收和利用的影响不同，适宜的施氮量能够增加小麦氮素积累量，提高籽粒产量和蛋白质含量，改善籽粒品质。研究表明，增施氮肥可以提高小麦各生育阶段、特别是生育后期氮素吸收强度，这是提高小麦籽粒产量和蛋白质含量的基础；但增施氮肥延缓旗叶蛋白质的降解，不利于开花后氮素的再转运，因而氮素转移量占籽粒氮的比例随施氮量的增加而降低，每株氮素转移的绝对量随施氮量增加而升高。小麦开花前氮素积累量与施氮量呈极显著线性正相关，开花后氮素积累量及营养器官氮素输出量与施氮量呈二次曲线关系。随施氮量增加，小麦生育前期植株氮素积累量占全生育期氮素积累量的比例增加，开花后植株氮素积累量所占比例下降；过量施氮不利于小麦开花后植株氮素吸收与营养器官氮素向籽粒的运转。与一般小麦高产群体相比，超高产群体吸氮量增加，其中主要增加了生育中期、后期的氮素吸收量。在施氮量相同条件下，底追比例不同开花后氮素同化量和营养器官氮素转运量的关系也不同，追肥氮比例的适当增加，促使花后营养器官氮素向籽粒转运，提高开花后氮素同化量和对籽粒的贡献率，增加氮收获指数、籽粒产量以及蛋白质含量。氮肥施用量过大则使植株体内氮代谢过于旺盛，同时也加重田间的郁蔽程度，均不利于碳素的同化，使氮、碳代谢失衡，从而降低产量。

四、氮素对小麦产量的影响

氮素作为生命元素之一，在冬小麦获得高产、再高产过程中具有重要作用。一般认为，冬小麦籽粒产量随着施氮量增加而增加，但达到一定施氮量后，继续增加氮肥用量，冬小麦籽粒产量不但不再增加，反而有下降的趋势。

经研究认为，施氮量0～266.55 kg/hm2是氮素调节区，随施氮量增加，籽粒产量、蛋白质含量和蛋白质产量均提高；266.55～ 309.08 kg/ hm2则是产量品质平衡区， 随施氮量增加，籽粒产量开始降低，蛋白质含量和蛋白质产量提高，容易实现小麦优质、高产；超过309.08 kg/hm2则是过量施氮区， 施氮量继续增加，籽粒产量降低幅度较大，蛋白质含量虽提高，但蛋白质产量开始降低。施氮量105～195 kg/hm2比不施氮处理显著提高籽粒产量，施氮量105～240 kg/hm2处理则显著提高籽粒蛋白质含量；施氮量285 kg/hm2时籽粒蛋白质含量、粒质量以及籽粒产量均降低。

五、氮素对小麦品质的影响

氮素是小麦生长发育所必需的营养元素，是蛋白质的主要成分。施用氮肥可使小麦籽粒蛋白质的含量显著提高，但构成总蛋白的各种组分的增长并不成比例。试验表明，施用氮肥小麦籽粒的清蛋白、球蛋白、谷蛋白以及醇蛋白含量均提高，谷蛋白和醇蛋白在总蛋白质中的比例也有提高，而清蛋白和球蛋白则降低。研究表明，氮肥施用量增加，籽粒蛋白质和氨基酸含量增加，特别是赖氨酸、苏氨酸等必需氨基酸的含量也增加，但蛋白质的各种氨基酸比例则升降不一，其中氨基酸、赖氨酸的含量增加较多。

淀粉是小麦籽粒的主要成分，约占籽粒干质量的65%，面粉质量的70%～80%，如此大量的淀粉对面粉的品质性状有较大的影响。淀粉由直链淀粉和支链淀粉两部分组成，一般来说，面粉中的直链淀粉含量仅占20%～25%，且品种间变异较小，但直链淀粉含量的微弱变化即可导致面条等食品品质很大变化。试验结果表明，水氮运筹淀粉含量及组成有显著影响，直链淀粉含量和直/支比随着施氮量增加均呈降低趋势，表明氮肥施用量改善了中筋和强筋冬小麦面粉的面条加工品质；同时，不同的追氮量影响淀粉的糊化特性，表现为随着施氮量的增加，淀粉峰值黏度（Peak Viscosity，PV）、低谷黏度（Hold Through，HT）、终结黏度（Final Viscosity，FV）、稀懈值（Breakdown，BD）呈逐渐增大趋势，但追氮量过大也将导致淀粉特性变劣。