缓释肥配比与密度互作对冬小麦产量及品质的影响

刘虹丹，刘文成，顾颖慧，朱 敏,2，李天兵，朱新开,2

(1.扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室，江苏扬州 225009；2.粮食作物现代产业技术协同创新中心/教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室，江苏扬州 225009；3.汉枫缓释肥料(江苏)有限公司，江苏姜堰 225510)

小麦是我国主要的粮食作物之一，其产量和品质对于保证人民健康、促进经济发展、保障国家粮食安全具有重要意义。在实际生产中,人们为追求高产不断增大氮肥施用量，忽略氮、磷、钾平衡和过量施肥等栽培措施，不仅导致土壤养分失调，氮肥利用率降低，甚至会引发氮素污染[1-3]。针对氮素浪费现象，近年来相关学者已展开缓控释肥研究[4]，发现缓释肥相比普通尿素和复合肥可以明显延长肥效期，满足作物生育后期对养分的需求，在氮、磷、钾利用率方面，缓释肥比普通复合肥分别提高9.14%、17.52%及8.35%，籽粒增产幅度达10%以上，蛋白质、湿面筋、沉降值等品质指标均有所改善[5-6]，一次性基施含腐殖酸的控释肥或树脂包膜尿素可以达到传统小麦高产施肥处理产量水平[7]，且减少了人工费。但也有学者指出，缓释肥养分释放速率与小麦生育期内吸收氮素特性不协调，阻碍作物正常生长发育[8]，此外，由于缓释肥价格偏高，单独大量施用会导致成本增加，降低经济效益[9]。因此，出现较多缓释肥减量与尿素配施的大量研究[9-10]。李 敏等[9]研究认为，70%控释尿素与30%普通尿素配施较全量基施控释尿素小麦增产3.4%，并显著提高氮肥利用率；胡迎春等[10]研究证实，氮肥减量20%条件下，缓释肥与尿素7∶3配施可以获得小麦高产。适量减氮有益于作物增产，超过常规施氮量1/2不利于保持作物产量[11]。生产中可以通过增大播种量提高群体密度，改善部分产量构成因素[12]，调节氮密比例[13]等措施，在提高氮素利用率的同时获得高产。

目前，大多数学者主要针对缓释肥与尿素配施、肥料与密度互作方面展开研究[13-15]，有关尿素与密度互作、缓释肥与密度互作研究较多，但缓释肥与尿素不同配比与密度互作对小麦产量和品质的影响方面报道较少。本研究在前人研究的基础上，设计不同的缓释肥与尿素配比与种植密度组合，以小麦产量和品质为目标确定最佳尿素与缓释肥配比和密度、施氮量组合，为制定合理的小麦栽培措施、提高氮肥利用率、实现高产高效目标提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试点概况与试验材料

试验于2019-2020年在江苏省仪征市新集镇试验田进行。前茬为水稻，土质为黏土，0～20 cm土层有机质含量30.41 g·kg-1，全氮含量 1.74 mg·g-1，速效磷含量8.21mg·kg-1，速效钾含量117.08 mg·kg-1。供试小麦品种为中筋小麦扬麦25。试验所用肥料：氮肥为普通尿素(含N46%)，硫包膜缓释肥(N∶P2O5∶K2O=26∶12∶12，汉枫缓释肥料(江苏)有限公司生产)；磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)；钾肥为氯化钾(含K2O 60%)。

1.2 试验设计

试验采用二因素随机区组设计，以氮肥种类为主区(S)，设100%普通尿素(S1)、50%缓释肥与50%尿素(S2)配施、100%缓释肥(S3)3种处理；以氮密模式为副区，设施氮量225 kg·hm-2、种植密度225×104株·hm-2(A1)；施氮量 191.25 kg·hm-2、种植密度258.75×104株·hm-2(A2)；施氮量157.5 kg·hm-2、种植密度292.5×104株·hm-2(A3)；施氮量123.75 kg·hm-2、种植密度326.25×104株·hm-2(A4)，共4种氮密模式[即在施氮量225 kg·hm-2+基本苗225×104株·hm-2(A1)基础上分别减氮15%+增密15%(A2)、减氮30%+增密30%(A3)、减氮45%+增密45%(A4)]，肥料基追比均为6∶4，追肥中缓释肥于返青期追施，尿素于拔节期追施，另设置不施氮肥处理以计算氮素农学效率。各小区磷、钾肥用量相同，均为120 kg·hm-2，50%基肥和50%拔节肥。2019年11月4日播种，2020年5月28日收获，三叶期间苗，小区面积18 m2，重复3次。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量及其构成因素测定

成熟期选取1 m 3行数穗数，5粒以上算有效穗；连续取40～60个穗，统计穗粒数。人工计数测定千粒重，测定水分后以13%水分计算千粒重。每个小区收割1 m2测产。重复3次。

1.3.2 蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值测定

采用近红外谷物快速分析仪(Infratec 1241,Foss公司，USA)测定籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值。

1.3.3 硬度和容重测定

采用浙江伯利恒公司JYDB100X40型硬度仪测定籽粒硬度；采用上海东方衡器有限公司HGT-1000型容重仪测定籽粒容重。

1.3.4 出粉率和粉质参数测定

使用德国Brabender公司880101.003型试验磨磨粉，计算出粉率。

出粉率(%)=面粉重量/籽粒重量×100%。

按照GB/T 14614-1993方法，使用德国Brabender公司880101.003型粉质仪测定粉质参数稳定时间、形成时间、吸水率、弱化度等。

1.4 数据分析

试验数据用Excel 2016和DPS 7.05进行统计分析和绘图。相关指标计算公式为：

氮肥利用率(NUR)=(施肥处理氮素吸收 量-不施肥处理氮素吸收量)/施氮量×100%

氮素农学效率(NAE)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/施氮量

2 结果与分析

2.1 不同处理对冬小麦产量及构成因素的影响

由表1可知，氮密模式对穗粒数、千粒重、产量均有极显著影响(P<0.01)，对穗数影响不显著。随着种植密度增大、施氮量减少，穗数呈先上升后下降的趋势，A2、A3与A4均高于 A1模式，但处理间差异均不显著；穗粒数也呈先升后降趋势，以A2模式最高，具体表现为A2> A1>A3>A4，A2与 A1间差异不显著，二者显著高于A3和A4处理；千粒重产量呈持续下降趋势，且各处理间差异显著， A1与A2模式较A4模式分别增产14.19%、12.38%。

缓释肥配比对穗数、穗粒数、千粒重及产量均有显著(P<0.05)或极显著影响。随缓释肥用量增加，穗数呈先增后减趋势，S2与S3处理均高于S1处理，其中S2与S1处理间差异显著，较S1处理提高5.51%；穗粒数持续增加，且各处理间差异显著，S2与S3处理较S1处理分别提高 1.06%、4.23%；千粒重以S1处理最高，显著高于S2、S3处理；产量以S2处理最高，S3处理次之，二者较S1处理分别增产6.48%与3.39%，各处理间差异显著(表1)。说明相同施氮水平下，施用缓释肥有利于实现增产。

表1 氮密模式和缓释肥配比对冬小麦产量及构成因素的影响Table 1 Effect of nitrogen-planting density modes and ratio of slow-release fertilizer on yield and its components of winter wheat

分析12个氮密模式与缓释肥配比组合的结果(表2)可知，氮密模式与缓释肥配比的交互作用对穗粒数、千粒重及产量均具有极显著影响。 A1S2组合产量最高，其次是A2S3与A2S2组合，三者差异不大表明增密+施用缓释肥减氮可以获得与常规施氮量同样产量。组合A3S3、A4S1与A4S3的穗粒数与千粒重偏低，导致产量明显下降，说明过高种植密度不利于小麦高产。

表2 氮密模式(A)和不同缓释肥配比(S)互作对冬小麦产量及构成因素的影响Table 2 Effect of nitrogen-planting density modes(A) and different ratio of slow-release fertilizer(S) interaction on yield and its components of winter wheat

2.2 不同处理对冬小麦氮效率的影响

由图1可知，氮密模式和缓释肥配比对氮肥利用率有显著影响。随着缓释肥比例增加， A1与A3模式氮肥利用率呈先降后增趋势，A2与A4模式呈连续上升趋势。相同缓释肥配比处理下，A2、A3与A4模式较 A1模式氮肥利用率平均值高，A3B3模式达最高值，处理间差异不显著，说明增密减氮15%～30%可提高氮肥利用率。相同氮密模式下，S2和S3处理的氮肥利用率均高于S1处理，说明施用缓释肥可以提高氮肥利用率。

氮密模式和缓释肥配比均对氮素农学效率有显著影响(图1B)。随减氮增密的持续，氮素农学效率显著增加，以A4模式最高，较A1、A2模式分别提高35.07%、15.63%，差异显著；其中在S1处理下呈先升后降趋势，在S2与S3处理下持续上升。相同氮密模式下，以S2处理的氮素农学效率最高，且显著高于其他两个处理(A2处理除外)，在A4模式下，S2、S3处理较S1处理提高了32.26%、21.70%。说明增密减氮可显著提高氮素农学效率；增密减氮15%～45%条件下，缓释肥与尿素配施更有利于提高氮素农学效率。结合氮肥利用率分析，本试验条件下，推荐缓释肥配比为S2、S3处理，氮密模式为A2、A3模式，即增密减氮15%～30%。

图中柱上不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。Different letters above the bars indicate significant difference at 0.05 level.图1 不同处理对小麦氮肥利用率和氮素农学效率的影响Fig.1 Effect of different treatments on nitrogen use efficiency and agronomic nitrogen utilization of wheat

2.3 不同处理对小麦籽粒加工品质的影响

2.3.1 对一次加工品质的影响

由表3可知，缓释肥配比和氮密模式均对小麦出粉率、硬度、容重、蛋白质含量有显著效应。氮密模式间比较，出粉率以A1模式最高，表现为A1>A3>A4>A2；容重以A3模式最低，与其他处理均差异显著，A1、A2、A4模式间差异不显著，较A3模式分别提高1.79%、2.07%、1.89%；硬度A1模式最高，各处理间差异显著，较A2、A3、A4模式分别提高4.91%、2.60%、10.91%；蛋白质含量以A3模式含量最高，达到13.4%，A1模式最低，二者差异显著。缓释肥配比间比较，出粉率和蛋白质含量均以S3处理最高，较S2处理提高5.98%和3.10%，S1与S3处理间差异不显著；容重与硬度均表现为S1>S3>S2，前两者间差异不显著，二者显著高于S2处理。

表3 不同处理对冬小麦一次加工品质的影响Table 3 Effect of different treatmentson primaryprocessing quality of winter wheat

A1S2组合出粉率最高，较最低组合A4S2提高21.58%，说明增密减氮45%不利于提高出粉率；容重以A2S1处理最高，以A3S1、A3S2及A3S3处理较低，且与其他组合差异显著；硬度以A1S3组合最高，其次是A3S3、A3S1组合，三种组合硬度均达到61.0以上；蛋白质含量以A1S1、A1S2及A1S3组合偏低，以A4S3、A3S3组合为较优，说明氮密模式对蛋白质含量影响大于缓释肥配比效应，施用全量缓释肥，减氮增密度30%～45%，可以有效提高蛋白质含量。

2.3.2 对二次加工品质的影响

由表4可知，氮密模式对湿面筋含量、沉降值、稳定时间、形成时间及吸水率有显著效应。随着种植密度的增加、氮肥施用量减少，除弱化度以外，其他被测品质指标均呈先增后降的趋势，湿面筋含量以A2模式最高，显著高于A1和A4模式，较之分别提高9.25%、10.83%，与A3模式无显著差异；沉降值以A2与A3模式较高，两模式间无显著差异，均显著高于A1和A4模式；稳定时间与形成时间均在A3模式下达到最高值，较A4模式分别提高30%、29.17%；吸水率以A3模式最高，与其他处理间差异显著，氮密模式对弱化度无显著效应。说明减氮氮肥增密度30%，有利于改善小麦籽粒二次加工品质。

表4 不同处理对冬小麦二次加工品质的影响Table 4 Effect of different treatments on the secondary processing quality of winter wheat

缓释肥配比对沉降值、吸水率、弱化度有显著效应，对湿面筋含量、稳定时间和形成时间无显著效应。沉降值以S2处理最高，较S1、S3处理分别提高4.91%、2.40%，处理间差异均显著；S1处理的吸水率最高，其次为S3处理，各处理间差异均显著；弱化度以S2处理最高，与其他处理差异显著，较S1、S3处理分别提高22.14%、31.71%。说明缓释肥和尿素配施有利于改善小麦部分二次加工品质。

氮密模式与缓释肥配比对湿面筋、沉降值、稳定时间、形成时间、吸水率与弱化度的交互作用不尽相同。湿面筋含量以A2S2组合含量最高，其次是A3S3组合，两个组合较最低A4S1组合分别提高22.01%、15.30%，差异显著；沉降值以A3S2组合最高，为34.8 mL,与A1S1、A1S2、A1S3、A2S1、A4S1、A4S3组合均差异显著，并较A4S1组合提高14.9%；稳定时间与形成时间均以A3S3组合最高，说明全量施用缓释肥基础上增密减氮30%，可以显著改善面团品质；吸水率以A4S1组合最高，与其他组合间差异显著；弱化度以A2S2、A3S2组合较高。总体来看，缓释肥与尿素配施或全量缓释肥处理下，减氮增密15%～30%组合有利于改善小麦二次加工品质。

3 讨 论

氮是植物生长所必需的营养元素，合理施用氮肥可以协调小麦产量构成因素，有效提高产量[16]，缓释肥与尿素配施处理通过协调小麦群体与个体生长的矛盾，构建合理群体，进而实现小麦增产[15]。郭熙盛[9]研究认为，相比普通尿素与控释尿素全量底施，70%控释尿素与30%普通尿素配施使小麦产量显著增加。孙克刚等[17]研究结果显示，施用100%控释尿素小麦产量最高，相比100%尿素处理，两试验点分别增产10.2%和 8.9%。在同等施氮量条件下，与常规尿素处理相比，缓释肥处理可以显著增加小麦穗数，协调产量构成因素，进而实现增产[18]。本试验研究表明，50%缓释肥配施50%尿素处理(S2)与100%缓释肥处理(S3)的产量较高，主要通过提高穗数与穗粒数来实现，相比100%尿素处理(S1)分别增产6.48%与3.39%，与Zheng等[18]研究结果一致，生产上可以优先考虑这两种模式。

前人研究认为，种植密度与施氮量互作对于小麦产量有显著影响，通常增加种植密度会使穗数增加，穗粒数下降，种植密度增加时可减少施氮量，当种植密度与施氮量均过高时会导致穗数降低，产量下降[19-20]。宁麦24种植密度270×104株·hm-2配合施氮量270 kg·hm-2的组合产量最高[21]；糯小麦以密度240×104株·hm-2配施纯氮270 kg·hm-2的模式产量最高[20]。邹东月等[22]研究则认为，小麦纯N 97.5 kg·hm-2和650×104株·hm-2)组合下产量最高。本研究认为，随着种植密度增加、氮肥施用量减少，小麦穗数与穗粒数呈先升后降趋势，千粒重显著下降，以施氮量225 kg·hm-2、种植密度225×104株·hm-2(A1)与施氮量191.25 kg·hm-2、种植密度258.75×104株·hm-2(A2)的模式产量较高。

施用氮肥可以改变土壤的供肥能力,影响小麦植株体的C、N代谢与土壤中的矿质离子,进而调控蛋白质合成[23]；种植密度会影响小麦群体结构进而造成温光等生态条件的差异，对小麦品质产生调控作用[24]。于立河等[24]研究认为， 450×104株·hm-2与600×104株·hm-2的中等密度配施180 kg·hm-2的中等施肥水平有利于籽粒蛋白质积累，改善降落值，提高沉淀值，明显延长面团形成时间，提高吸水率，随着种植密度的增加，适量增施氮肥有利于改善湿面筋、面团形成时间、稳定时间等品质。姚金保等[21]研究则认为，种植密度对宁麦24的蛋白质含量、湿面筋含量、面团稳定时间影响不显著，增施氮肥可以显著改善这些指标，两者间互作作用不显著。本研究表明，施氮量225 kg·hm-2、种植密度225×104株·hm-2(A1)模式有利于保证出粉率、容重与硬度，施氮量157.5 kg·hm-2、种植密度292.5×104株·hm-2(A3)模式在湿面筋、沉降值与粉质参数方面表现最优，说明增密减氮可以在一定程度上改善小麦品质，但结合产量来看仍推荐A1与A2模式。

合理施用氮肥可以提高籽粒和茎叶中转氨酶、硝酸还原酶活性，促进花前营养器官氮素积累与后期根系活力，进而改善品质[25]。有研究表明，较相同施氮量的尿素与树脂膜控释肥，尿素与树脂膜控释肥配施可以显著改善小麦蛋白质含量、硬度、湿面筋含量与沉降值[9]，掺混型缓释肥较等量N、P、K养分处理的小麦蛋白质含量高出3.49%，湿面筋提高4.58%，沉降值增加 10.73%[26]。本试验研究表明，100%缓释肥处理(S3)的蛋白质含量、出粉率、湿面筋含量、面团形成时间与面团稳定时间均优于100%普通尿素处理(S1)和50%缓释肥配施50%尿素处理(S2)，S2处理沉降值最高，除沉降值、吸水率与弱化度之间差异显著，其余二次加工品质指标在三种氮肥处理下差异不显著，与前人研究不完全一致。这种情况可能是由于不同试验所使用的品种、缓释肥中养分含量、试验区域土壤地力、气象条件等存在差异所导致。此外，本研究仅综合了小麦产量与品质，有关缓释肥与尿素配施的经济效益仍需进一步进行研究。

4 结 论

本试验条件下，施氮量225 kg·hm-2、种植密度225×104株·hm-2模式与施氮量191.25 kg·hm-2、种植密度258.75×104株·hm-2模式均可实现高产；50%缓释肥与50%尿素配施处理和100%缓释肥处理在产量、氮肥利用率与氮素农学效率方面优于100%普通尿素处理；品质以施氮量225 kg·hm-2、种植密度225×104株·hm-2模式和施氮量157.5 kg·hm-2、种植密度292.5×104株·hm-2模式，50%缓释肥与50%尿素配施和100%缓释肥处理下较好，但处理间差异不显著，氮密模式与缓释肥配比对产量、二次加工品质具有显著互作效应，从减氮目的出发综合考虑，推荐施氮量191.25 kg·hm-2、种植密度258.75×104株·hm-2模式下的50%缓释肥与50%尿素配施和100%缓释肥方式，分基肥与返青肥二次施用。