施肥和不施肥条件下耕作方式对小麦品质的影响

聂胜委，张巧萍，许纪东，张玉亭，郑 念，潘秀燕

（1. 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2. 遂平县农业科学试验站，河南 遂平 463100）

农田耕作作为主要的农艺措施，可以快速协调土壤水、肥、气、热，改善耕层结构和通透性，增强土壤功能，优化水肥供应[1]。小麦、玉米两熟区连续多年浅旋耕、少免耕导致耕层变浅、犁底层增厚、耕层质量变差[2]。立式旋耕（耕深30～60 cm）[3]能深度打破犁底层，改善土壤结构，取得高产[4]。与常规旋耕、翻耕等相比，同等条件下的立式旋耕能促进根系生长，提高小麦[4-6]、玉米[7-8]、水稻[9]等作物产量，且能改善水稻品质[10]。此外，立式旋耕能有效降低小麦季农田0～20 cm 土层土壤紧实状况，提高养分效率[11]，实现减氮20%不减产[12]，且减施当季的小麦品质（如籽粒蛋白质、湿面筋含量等）受影响不大[13]。

小麦是我国主要的粮食作物，随着人们生活水平的提高，人们对小麦品质的要求越来越高。因此，提高小麦品质研究具有重要的现实意义。小麦品质受多种因素影响，其中农艺措施、遗传、加工及烘烤是其主要的影响因子[14-20]。目前，关于耕作措施（方式）对小麦影响的研究主要集中于生理生化特性[21-23]、产量[24-26]、土壤环境[27]等方面，对小麦品质的影响研究鲜有报道。为此，研究施肥和不施肥条件下立式旋耕（30±5 cm）、常规旋耕（12±5 cm）2 种耕作方式对小麦籽粒品质、面团流变特性的影响，为实现小麦高质量绿色生产提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于河南省遂平县农业科学试验站（33°15′N、113°98′E），该区属亚热带湿润大陆性季风气候，气候温和，雨量充沛，光照充足，四季分明，亚热带向暖温带过渡性气候特性比较明显，年平均气温、日照、降水量、无霜期分别为15.1 ℃、2 126 h、927 mm、226 d。土壤类型为砂姜黑土，重壤偏黏，中性偏弱酸性（pH 值5.9），土地肥沃，试验地基础土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为6.52 g/kg、18.6 mg/kg、110.40 mg/kg、139.10 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用双因素裂区设计，设立式旋耕（FL）、常规旋耕（XG）2 种耕作方式，不施肥（F0）、施肥（F）2 个施肥水平，每个处理重复3 次，共计12 个小区，小区面积0.2 hm2。立式旋耕：上茬作物青贮玉米收获后粉碎灭茬，然后用立式旋耕机深旋耕1遍，整地深度为（30±5）cm，再用常规旋耕机平整1 遍（深度5～10 cm），播种。常规旋耕：上茬作物青贮玉米收获后粉碎灭茬，然后用普通旋耕机旋耕2遍，整地深度为（12±5）cm，播种。小麦季施肥处理的施肥量：N 300 kg/hm2、P2O582.5 kg/hm2、K2O 82.5 kg/hm2。其中，70%的氮肥和全部磷、钾肥作基肥在整地时一次施入，剩余30%氮肥在拔节期作追肥施入。试验连续进行2 个小麦季，小麦品种为遂选101（豫审麦2015004），分别于2017 年、2018 年10 月下旬采用机播楼播种，播量150 kg/hm2，行距20 cm，分别于2018年、2019 年6 月上旬收获，其他田间管理措施等均保持一致。

1.3 测定项目及方法

成熟期，每个小区实收4 m2测产，同时预留晒干后的小麦籽粒2.5 kg，测定籽粒品质，包括含水量（GB 5009.3—2016）、蛋白质含量（ 干基，GB 5009.5—2016）、容重（GB/T 5498—2013）、出粉率（NY/T 1094.1-4—2006）；测定面团流变特性，包括湿面筋含量（GB/T 5506.2—2008）、吸水量（GB/T 14614—2006）、形成时间（GB/T 14614—2006）、稳定时间（GB/T 14614—2006）、弱化度（GB/T 14614—2006）、能量（GB/T 14615—2006）、恒定变形拉伸阻力（GB/T 14615—2006）、延伸性（GB/T 14615—2006）、最大拉伸阻力（GB/T 14615—2006）。

1.4 数据处理

数据用Excel 2003、SPSS 20.0等软件进行处理，用LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施肥和不施肥条件下耕作方式对小麦产量的影响

由图1 可以看出，F0 条件下，FL 处理小麦产量高于XG 处理，增产2.35%～34.13%，其中，2018 年达到显著水平。F 条件下，FL 处理小麦产量同样均高于XG 处理，增产6.03%～10.19%，但2 a 差异均不显著。综合来看，通过增加耕层厚度、改善土壤结构的立式旋耕较常规旋耕具有明显的产量优势。

图1 施肥和不施肥条件下耕作方式对小麦产量的影响Fig.1 Effect of tillage method on wheat yield under fertilization and non-fertilization conditions

2.2 施肥和不施肥条件下耕作方式对小麦品质的影响

2.2.1 籽粒品质 由表1可以看出，不施肥条件下，2018年、2019年小麦成熟期的籽粒含水量分别表现为 FL-F0（10.10%）＞XG-F0（9.21%）和 FL-F0（9.03%）＜XG-F0（9.63%），差异均显著；立式旋耕增加了籽粒蛋白质含量和容重，2019 年达到显著水平，分别增加17.51%和0.87%；FL-F0 处理出粉率较XG-F0 处理显著降低，2018 年、2019 年分别降低1.52%、3.35%。施肥条件下，FL-F 处理籽粒含水量、蛋白质含量、容重均高于XG-F 处理，差异不显著；FL-F 处理出粉率与XG-F 处理相近，差异不显著。综上，无论施肥与否，加深耕层的立式旋耕方式均能够增加小麦成熟期籽粒蛋白质含量和容重，但是应注意控制成熟期籽粒的含水量。此外，施肥条件下，立式旋耕对籽粒的出粉率影响不大；不施肥条件下，导致出粉率下降。

表1 施肥和不施肥条件下耕作方式对小麦籽粒品质的影响Tab.1 Effects of tillage method on wheat grain quality under fetilization and non-fertilization conditions

续表1 施肥和不施肥条件下耕作方式对小麦籽粒品质的影响Tab.1（Continued） Effects of tillage method on wheat grain quality under fetilization and non-fertilization conditions

2.2.2 面团流变特性 由表2 可以看出，不施肥条件下，与XG-F0 处理相比，FL-F0 处理面粉的湿面筋含量、吸水量均表现为2018 年增加、2019 年降低，除2018年湿面筋含量外，均达到显著水平；形成时间缩短，2018 年显著缩短17.86%；稳定时间2018年显著增加41.18%，2019 年减少；弱化度2018 年降低，2019年显著增加67.36%。施肥条件下，与XG-F处理相比，FL-F 处理面粉的湿面筋含量2018 年降低，2019 年增加，差异均不显著；面粉吸水量下降，差异不显著；形成时间缩短，2018年达到显著水平；稳定时间增加，差异不显著；弱化度2018 年下降，2019年持平，差异均不显著。

表2 施肥和不施肥条件下耕作方式对小麦面团流变特性的影响Tab.2 Effects of tillage method on rheological properties of dough under fetilization and non-fertilization conditions

由表2 可以看出，不施肥条件下，与XG-F0 处理相比，FL-F0 处理面粉能量、恒定变形拉伸阻力、延伸性、最大拉伸阻力均表现为2018 年增加，2019年降低。其中，面粉能量、恒定变形拉伸阻力2019年达到显著水平，分别降低29.44%、15.27%。施肥条件下，与XG-F 处理相比，FL-F 处理面粉能量、恒定变形拉伸阻力、最大拉伸阻力均降低，差异均不显著；延伸性2018 年降低，2019 年增加，差异均不显著。

3 结论与讨论

我国小麦季化肥投入量总体偏高，施氮过量农户占调查总农户数的63.7%[28]；农户施氮量平均为188 kg/hm2[29]，施氮量最高达526.5 kg/hm2[30]。过量施肥虽然暂时获得了较高产量，但是增加了氮淋失、水污染、土壤板结及环境恶化等风险[31-32]。研究发现，在过量施肥条件下，立式旋耕和常规旋耕均可实现减氮20%而不显著影响产量[12，33]，而且立式旋耕较常规旋耕平均增产255.5 kg/hm2，纯收入增加217.7 元/hm2[34]，说明立式旋耕既有产量优势又有经济优势。本研究也得出相似的结论，同时发现立式旋耕在不施肥条件下的优势更明显，增产156.6～1 784.4 kg/hm2，平均为970.5 kg/hm2，高于施肥条件（增产540.7～725.6 kg/hm2，平均为633.15 kg/hm2），说明立式旋耕的产量优势好于常规旋耕，但是应注意施肥可能会带来增产效应的下降。

研究发现，常规旋耕方式下，减氮10%、20%显著增加了小麦籽粒容重，缩短了面团稳定时间，但对小麦籽粒水分、蛋白质、湿面筋、弱化度、面粉能量、延伸性和最大拉伸阻力都无显著影响[35]。立式旋耕方式下，当季减施10%、20%的氮肥对小麦品质影响（如籽粒蛋白质、湿面筋含量等）不大，连续减施则影响面团形成时间和稳定时间等[13]。本研究对2 种耕作方式进行对比，发现立式旋耕有助于提高小麦籽粒蛋白质含量、籽粒容重。其中，在不施肥条件下，第2 季（2019 年）达到显著水平，籽粒蛋白质、容重分别提高17.51%、0.87%。

综合来看，立式旋耕较常规旋耕具有较好的产量优势，能提高籽粒的蛋白质含量和容重等，而且在第1季不施肥条件下改善或提高面团的一些流变特性，但是第2 季降低；施肥条件下，对面团流变特性的影响没有明显的规律。在生产实践中应注意养分的科学合理供给，保证产量、品质和效益的协同性和连续性。