张永强,陈兴武,赛力汗·赛,薛丽华,梁玉超,雷钧杰
(1.新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830091;2.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052)
追氮比例对滴灌冬小麦籽粒蛋白质及其组分含量的影响
张永强1,陈兴武1,赛力汗·赛1,薛丽华1,梁玉超2,雷钧杰1
(1.新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830091;2.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052)
目的研究氮肥运筹对滴灌冬小麦产量、蛋白质含量及其组分的调节效应。方法以新冬18号为材料,在施氮量为300 kg/hm2条件下,研究5种不同追施氮肥方式对滴灌冬小麦籽粒含氮量、蛋白质含量及其组分含量和产量及其构成因素的影响。结果冬小麦起身期不施氮肥条件下,一次重施孕穗期(F1处理)或开花期(F2处理)或将肥料分2次均匀补给于孕穗期和开花期(F4处理),都会造成最终产量的降低及籽粒品质的下降;生育期全程施肥却降低拔节肥(F5处理)虽较以上追肥方法对冬小麦产量和品质有所提高,但却不及前期重施拔节肥、后期缺失孕穗肥(F3处理)的产量高、品质优。5种追肥处理中,产量、籽粒含氮量及蛋白质含量、球蛋白均表现为F3>F5>F4>F2>F1,其中F3产量最高为7 820.10 kg/hm2,较F1、F2、F4、F5处理依次增产14.94%、12.92%、7.84%和5.23% ;谷醇比F3最大为1.70,显著高于其它处理,清蛋白亦以F3最高,虽与F5、F4处理无显著差异,却显著高于F1、F2处理。结论在类似试验条件下的滴灌冬小麦产区,追肥时期以返青期、拔节期、开花期,追肥量为41.1、123.3和41.1 kg/hm2为宜。
冬小麦;氮肥运筹;滴灌;产量;蛋白质
【研究意义】新疆作为我国三大小麦主产区之一西北内陆的主要构成部分,其小麦生产对保证当地的粮食安全至关重要。随着人民生活水平的提高,对优质小麦的需求量越来越多,优质小麦是小麦形态品质、营养品质和加工品质的有机结合。而小麦籽粒蛋白质及其组分含量对小麦的营养品质及加工品质均有很大影响[1]。小麦籽粒品质不仅因遗传特性、土壤和种植区生态环境而异,而且与栽培措施密切相关[2-3]。在栽培技术中,氮肥的施用时期与施肥量是影响小麦产量和品质的重要因素之一[4]。【前人研究进展】李淑文等[5]研究表明,施用氮肥直接影响小麦体内的叶绿素、蛋白质、淀粉、可溶性糖等的含量,进而影响产量和品质。彭永欣等[6]、刘安勋等[7]和杨根海等[8]研究均指出,在一定范围内随施氮量提高,籽粒产量和蛋白质含量同时提高,籽粒的营养品质和加工品质得到改善。徐恒永等[9]和牛惠民等[10]均研究表明,小麦拔节至开花期施氮时间越晚,对籽粒蛋白质含量调节效应越大。朱新开等[1]和石培春等[11]研究认为,小麦籽粒的蛋白质组分中谷蛋白和醇蛋白的含量与加工品质密切相关。Ottman M J[12]和荆奇[13]研究表明,施用氮肥可以显著提高蛋白质含量,但对蛋白质各组分的影响不尽相同。石书兵等[14]研究认为孕穗期施氮可明显提高麦谷蛋白含量和麦谷/醇溶蛋白的比值。李健民等[15]和戴延波等[16]研究表明,提高中后期施氮比例的前氮后移,可以提高小麦产量和小麦籽粒蛋白质含量,改善品质;但刘学军等[17]研究认为,对强筋小麦,追氮后移可使蛋白质含量提高,品质改善;而且在施肥不足或肥力较低的情况下,减少前期追氮量,会导致减产及降低品质。【本研究切入点】前人的研究多集中在漫灌条件进行的研究,而在滴灌条件下的研究较少,尤其对滴灌冬小麦,关于氮肥运筹对小麦籽粒蛋白质及其组分含量的研究更是鲜有报道。研究氮肥运筹对滴灌冬小麦产量、蛋白质含量及其组分的调节效应。【拟解决的关键问题】在大田滴灌条件下,以新冬18号为材料,在施氮量为300 kg/hm2条件下,研究不同氮肥运筹对滴灌冬小麦籽粒含氮量、蛋白质含量及其组分含量和产量及其构成因素的影响,为提高滴灌冬小麦品质的栽培技术提供理论依据。
1.1 材 料
田间试验于2014年9月~2015年7月在新疆农业科学院玛纳斯试验站(N44°18′,E86°13′)进行。该试验站属暖温带大陆性干旱半干旱气候区,年均日照时数2 700~2 800 h,年均气温7.2 ℃。年均降雨量173.3 mm,蒸发量2 141 mm,极端最高气温39.6 ℃,极端最低气温-37.4 ℃,全年无霜期165~172 d。试验地土壤为沙壤土,播前0~20 cm土壤有机质16.8%,碱解氮62.3 mg/kg,速效磷14.5 mg/kg,速效钾164 mg/kg。
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
在大田滴灌条件下,施氮量为300 kg/hm2,设置5种氮肥运筹模式,分别用F1、F2、F3、F4、F5表示,列出具体施氮量及施氮时期,小区面积18 m2(3.6 m×5 m),每处理重复3次,于2014年9月25日采用人工播种,行距20 cm,播种量270 kg/hm2,播前结合翻地,基施磷肥(P2O5)172.5 kg/hm2,钾肥(K2O)52.5 kg/hm2,全生育期氮肥施用总量300 kg/hm2,其中基施94.5 kg/hm2,追施205.5 kg/hm2,列出追施氮肥各生育时期分配比例,在冬小麦开花期、灌浆前期、灌浆中期,结合滴灌每次滴施磷酸二氢钾(98%)22.5 kg/hm2全生育时期滴水8次,滴水总量为4 650 m3/hm2,列出滴水时期及滴水量。表1,表2
表1滴灌小麦不同时期追氮量分配(kg/hm2)
Table Table 1 The proportion of topdressing nitrogen at different growth stages of wheat under drip irrigation
处理Treatments基肥Basefertilizer追氮时期及追氮量起身期Setting拔节期Jointing孕穗期Booting开花期Flowering总追氮量Topdressingnitrogenquantity施氮总量TotalnitrogenquantityF194 5-123 382 2-205 5300F294 5-123 3-82 2205 5300F394 541 1123 3-41 1205 5300F494 5-123 341 141 1205 5300F594 541 182 241 141 1205 5300
表2滴灌小麦不同生育时期灌水量分配(m3/hm2)
Table Table 2 The distribution ratio of drip irrigation quantity at different growth stages of wheat
冬前Beforethewinter春季灌水时期及分配比例拔节期Jointing孕穗期Booting抽穗期Heading开花期Flowering灌浆期(前期)Earlyfillingphase灌浆期(中期)Middlefillingstage总灌水量Totalirrigationquantity9001350(30%)1125(25%)450(10%)675(15%)450(10%)450(10%)4650
1.2.2 测定项目
1.2.2.1 测产与考种
在小麦成熟期,分别从各小区选取具有代表性的样点4 m2(2 m×2 m),人工全部收割,自然风干后,称量总生物量重,脱粒称重。同时选取20株,用于调查单株生物重、穗粒数和千粒重。
1.2.2.2 籽粒蛋白质含量及其组分的测定
利用瑞典 FOSS(福斯)分析公司生产的 Kjeltec2300 全自动凯氏定氮仪测定全氮含量,蛋白质含量与全氮含量的换算系数为5.7。
参照《粮油籽粒品质及其分析技术》(何照范,1985)。用蛋白组分的连续提取法进行提取,顺序依次为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白。提取方法如下:
清蛋白:称取小麦全粉1.000 g,置于10 mL离心管中,加入6 mL蒸馏水,摇匀后在振荡器上提取30 min;然后4 000 r/min 离心5 min,将上清液倒入消化管。依次重复提取3次,合并上清液于消化管中,然后消化、定氮。
球蛋白:操作方法同清蛋白,所用试剂为2%的NaCl溶液。
醇溶蛋白:操作方法同清蛋白,但在第一次振荡30 min后,重复提取2 次,每次振荡20 min。所用试剂为75%乙醇。
麦谷蛋白:操作方法同清蛋白,所用试剂为0.5% KOH溶液。
1.3 数据处理
采用SPSS 19.0和Excel 2010软件进行处理数据和统计分析。
2.1氮肥运筹对滴灌冬小麦产量及产量构成因素的影响
研究表明,氮肥运筹对滴灌冬小麦产量及其构成因素存在显著影响。处理间有效穗数差异明显,最多的为847.80×104穗/hm2(F3处理),最少的为731.10×104穗/hm2(F2处理)。穗粒数以F2处理最少,显著低于其它处理,平均为30.03粒/穗,其余处理间无显著差异(P>0.05)。千粒重在36.50~39.52 g变化,处理间规律不明显。籽粒产量呈F3>F5>F4>F2>F1的变化规律,最高为7 820.10 kg/hm2,分别较F1、F2、F4、F5处理增产14.94%、12.92%、7.84%和5.23%,均达到了显著差异(P<0.05),其中与F1、F2处理达到了极显著差异(P<0.01)。各处理滴灌冬小麦地上部分生物总量与籽粒产量的变化趋势一致,F3处理地上部分生物总量最高为19 526.25 kg/hm2,较最低的F1处理(17 363.60 kg/hm2)增加了12.46%,达极显著差异水平(P<0.01)。处理间收获指数差异不大。表3
表3 不同处理下滴灌冬小麦产量构成及收获指数变化
Table 3 Effects of different treatments on yield components and harvest index of Winter Wheat under drip irrigation
处理Treatments有效穗数Spikenumber(104spilks/hm2)穗粒数Grainsperspike千粒重1000-grainweight(g)实收产量Yield(kg/hm2)地上部分生物总量Totalbiomass(kg/hm2)收获指数HarvestindexF1775 65bAB33 10aA37 96abA6803 85dB17364 60bB0 392aAF2731 10cB30 03bB39 50aA6925 50cdB17792 55bB0 389aAF3847 80aA33 30aA36 50bA7820 10aA19526 25aA0 400aAF4738 90cB34 13aA39 52aA7251 30bcAB18072 45bbAB0 401aAF5789 00bAB33 57aA38 93aA7431 75bAB19197 45aAB0 387aA
注:大小写字母分别表示差异达到0.01和0.05显著水平,下同
Note:The capital lowercase letters indicate significant difference at 0.01 and 0.05 level, respectively, the same as below
2.2氮肥运筹对滴灌冬小麦籽粒粗蛋白含量和含量氮量的影响
研究表明,氮肥运筹对滴灌冬小麦籽粒含氮量及蛋白质含量均有显著影响,各处理间滴灌冬小麦成熟期籽粒中含氮量及蛋白质含量均表现为:F3>F5>F4>F2>F1的变化规律,其中籽粒中的含氮量F3处理最高为2.42%,分别较F1、F2、F4、F5处理提高了4.76%、3.86%、1.26%和0.83%,处理间差异均未达到显著水平。籽粒中蛋白质含量F3处理最高为 13.77%,分别较F1、F2、F4、F5处理籽粒中蛋白质含量提高了4.54%、3.53%、1.18%和0.66%,处理间差异均未达到显著水平。图1
图1 不同处理下滴灌冬小麦籽粒含氮量和蛋白质含量变化
Fig.1 Effect of different treatments on nitrogen content of grain and protein content of winter wheat
2.3氮肥运筹对滴灌冬小麦籽粒重蛋白质组分的影响
研究表明,氮肥运筹对滴灌冬小麦籽粒蛋白质组分含量存在明显影响,但对各组分含量的影响程度存在差异。各处理籽粒中清蛋白和球蛋白的变化规律为F3>F5>F4>F1>F2,其中F3处理清蛋白和球蛋白最高分别为2.56%和1.94%,较F1、F2、F4、F5各处理的清蛋白分别提高了5.78%、12.28%、3.64%、0.39%,其与F1处理差异达显著水平(P<0.05),与F2处理达极显著差异水平(P<0.01),与F4、F5处理间差异不显著;球蛋白分别提高了25.16%、24.36%、17.58%、15.48%,均达到了极显著差异水平(P<0.01)。各处理间醇蛋白表现为F1>F2>F4>F5>F3,其中F1处理醇蛋白最为3.79%,分别较F2、F3、F4、F5处理提高了5.28%、28.91%、14.16%、27.18%,与各处理间均达极显著差异水平(P<0.01),但F3处理与F5处理间差异不显著。各处理麦谷蛋白表现为F3>F4>F1>F2>F5,以F3处理最高为5.00%,F5处理最低为4.21%,二者差异达极显著水平(P<0.01)。谷醇比(麦谷蛋白与醇溶蛋白的比值)由F1至F5处理呈现出先升后降的变化趋势,以F3处理达到峰值,为1.70,与其它处理均达极显著性差异水平,F4、F5处理次之(P<0.05),F2、F1两处理基本无异。表4
表4 不同处理下滴灌冬小麦蛋白质组分含量变化
Table 4 Changes of protein components in winter wheat under different treatments
处理Treatments清蛋白Albumins(%)球蛋白Globulins(%)醇蛋白Prolamins(%)麦谷蛋白Glutenins(%)谷醇比Glutenins/ProlaminsF12 42bA1 55cB3 79aA4 62bB1 16dCF22 28cB1 56cB3 60bBC4 22cC1 17dCF32 56aA1 94aA2 94dD5 00aA1 70aAF42 47aA1 65bB3 32cC4 93aAB1 48bBF52 55aA1 68bB2 98dD4 21cC1 41cB
2.4 蛋白质及其组分含量与粒重的相关性
研究表明,籽粒中蛋白质组分与千粒重的相关性差异较大,其中麦谷蛋白与千粒重间呈显著负相关关系,相关系数为-0.75,粗蛋白、清蛋白与千粒重间虽具有负相关关系,但差异不显著,而球蛋白、醇蛋白与千粒重间呈正相关关系。分析各蛋白组分间相关性可知,粗蛋白与麦谷蛋白间呈显著正相关性,球蛋白与醇蛋白间亦呈显著正相关关系;但粗蛋白、清蛋白、麦谷蛋含量与球蛋白、醇蛋白间均呈负相关关系,且清蛋白与球蛋白、醇蛋白呈显著负相关关系,相关系数分别为-0.96和-0.81。表5
表5 蛋白质及其组分与粒重的相关性
Table 5 Correlation analysis between protein and its components and grain weight
项目Project千粒重1000-grainWeight粗蛋白CrudeProtein清蛋白Albumin球蛋白Globulin醇蛋白Prolamin麦谷蛋白Glutenin千粒重1000-grainweight1粗蛋白CrudeProtein-0 381清蛋白Albumin-0 460 301球蛋白Globulin0 49-0 07-0 96∗∗1醇蛋白Prolamin0 42-0 59-0 81∗∗0 63∗1麦谷蛋白Glutenin-0 75∗0 63∗0 44-0 41-0 211
注:*5%显著水平,**1%显著水平
Note:*and**significant at 5% and 1% levels respectively
小麦籽粒蛋白质主要由清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白及残留蛋白组成,各成分的变化不仅影响蛋白质含量,而且导致蛋白质质量的改变,从而影响籽粒品质[18-19 ]。氮素是小麦生长发育必需的营养元素,是蛋白质的主要成分,氮肥的用量及施氮时期对小麦籽粒品质均有明显影响。戴延波[16]和王立秋等[20]研究均表明,提高中后期施氮比例,可有效提高小麦产量和强筋小麦籽粒蛋白质含量,改善品质。张建[21]研究指出,从小麦播种至开花随施氮时期的后移,氮肥的增产作用减小,提高蛋白质含量的作用增大,以开花期施氮量增加蛋白质含量的作用最大,开花后施氮对蛋白质含量的影响又逐渐减少。于振文等[22]的研究认为,拔节期或挑旗期追氮可显著提高小麦籽粒蛋白质含量。蒋家慧等[23]研究表明,随追氮时期推迟或追氮比例增大各品质性状呈上升趋势,但挑旗期之后追氮或追氮比例过大(1∶2)对提高强筋小麦各品质性状的幅度降低。研究结果表明,追肥总量一定的前提下,冬小麦起身期不施氮肥,后期重施孕穗肥(F1处理)或开花肥(F2处理),不仅无法弥补由于前期氮肥缺失造成的产量损失,而且小麦籽粒品质也整体处于最低水平,这与张建[19]等的研究结果不尽一致,这可能是由于滴灌小麦与漫灌小麦肥水利用效率差异所致。此外,在前期同样不施起身肥的情况下,后期将肥料均分施在孕穗期及开花期(F4处理)对小麦产量及品质起到的提升作用优于单次重施孕穗肥或开花肥,前者产量为7 251.30 kg/hm2,较后两者分别增产6.58%和4.70%,而冬小麦全生育期仅缺失孕穗肥(F3处理)相比于生育期全程施肥却大量减施拔节肥(F5处理)对冬小麦增产提质的作用更为明显,产量达7 820.10 kg/hm2,与面筋粘弹性关系密切的谷醇比为1.70,产量及品质均处于所有处理中的最优水平。
总施氮量固定条件下,冬小麦起身期不施氮肥,在孕穗期或开花期一次重施或将肥料分2次均匀补给于孕穗期和开花期,都会造成最终产量的降低及籽粒品质的下降;生育期全程施肥却降低拔节肥虽较以上追肥方法对冬小麦产量和品质上虽有所提高,但却不及前期重施拔节肥、后期缺失孕穗肥的产量高、品质优。综合考虑产量及品质性状表现,建议在类似试验条件下的滴灌冬小麦产区,追肥时期以返青期、拔节期、开花期,追肥量为41.1、123.3和41.1 kg/hm2为宜。
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Abstract:【Objective】 To reveal the regulation effects of nitrogen application on yield, protein content and its components of winter wheat under drip irrigation.【Method】Using Xindong 18 as the test material, influences of top dressed nitrogen by five methods on nitrogen content of grain, protein content and its component and yield of winter wheat under drip irrigation were studied in the conditions of nitrogen application rate of 300 kg/hm2.【Result】The results showed that, with no nitrogen application at the setting stage, the yield and quality of grain were all decreased under the circumstance of heavy nitrogen application at the booting stage (F1 treatment) or flowering (F2 treatment) once, or equipartition of nitrogen at booting and flowering (F4 treatment). Although the yield and quality of winter wheat under the whole course fertilization, by reducing the nitrogen application at the jointing stage (F5 treatment) was superior to that of the above-mentioned fertilization methods, it still inferior to the treatment which with heavy nitrogen application at jointing while no fertilization at booting (F5 treatment). Besides, the yield, nitrogen content and protein content of grain and globulin all presented a trend of F3>F5>F4>F2>F1, with the highest yield of 7,820.10 kg/hm2, F3 treatment was higher 14.94%, 12.92%, 7.84% and 5.23% than treatments F1, F2, F4 and F5. Both the value of glutenin /prolamin and albumin were also highest at F3 treatment, the grain alcohol ratio was 1.70, which was significantly higher than other treatments. Although there was no significant difference in albumin compared with F5 and F4, but it was significantly higher than F1 and F2 treatment.【Conclusion】ll indexes comprehensively considered, it is suggested that the topdressing period and amount of nitrogen should be 41.1 kg/hm2at the setting stage, 123.3 kg/hm2at the jointing stage and 41.1 kg/hm2at the anthesis stage of drip irrigation winter wheat that had similar circumstance with our experimental plot.
Keywords: winter wheat;nitrogen application;drip irrigation;yield;protein
EffectsofNitrogenDressingRateontheYieldandGrainProteinContentofWinterWheatunderDripIrrigation
ZHANG Yong-qiang1, CHENG Xing-wu1, Sailihan Sai1, XUE Li-hua1,LIANG Yu-chao2, LEI Jun-jie1
(1.ResearchInstituteofGrainCrops,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China;2.CollegeofAgronomy,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)
10.6048/j.issn.1001-4330.2017.09.003
S512
A
1001-4330(2017)09-1587-08
2017-06-15
新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目(2014211A028)
张永强(1988-),男,河南平舆人,硕士,助理研究员,研究方向为小麦高产栽培生理,(E-mail)zyq988@yeah.net
雷钧杰(1972-),男,甘肃古浪人,研究员,博士,研究方向为小麦高产栽培生理, (E-mail)leijunjie@sohu.com
Supported by: The Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region (2014211A028)
Corresponding author:LEI Jun-jie (1972-),male, Gansu Gulang County, Doctor, Researcher, Research direction: crop yield cultivation,(E-mail)leijunjie@sohu.com