氮肥运筹对豫南小麦生理特性、品质和产量性状的影响

陈金平 朱保磊 石守设 尹志刚 周国勤 李刚 张波 李昊然 毛瑞玲 李金笑

摘要：为研究不同氮肥施用比例对豫南地区小麦生理特性、品质和产量性状的调控效应，以偏弱筋品种信麦129为研究对象，设置不同施纯氮量N0（0 kg/hm2）、N1（97.5 kg/hm2）、N2（195 kg/hm2）、N3（292.5 kg/hm2）、N4（390 kg/hm2）和氮肥不同基追比例（基肥 ∶壯蘖肥 ∶拔节肥=7 ∶3 ∶0、6 ∶2 ∶2、5 ∶3 ∶2、4 ∶3 ∶3）试验。结果表明，增施氮肥能有效促进小麦冬前、返青和拔节末期的生长发育，随着施氮量的增加，小麦在越冬期、拔节期的分蘖数、次生根数显著增加（P<0.05）。而在相同施氮量下，基追比为7 ∶3 ∶0能有效促进小麦分蘖、次生根发育和株高增长。而在相同施氮量下，基追比为6 ∶2 ∶2能最大程度提高籽粒面粉蛋白含量。研究也表明，小麦产量与施氮量呈正相关关系，但同时也会增加肥料成本。综合分析，当施氮量为N2（195 kg/hm2）且基追比为7 ∶3 ∶0（基肥 ∶壮蘖肥 ∶拔节肥）时，粗蛋白含量、降落数值和湿面筋含量符合国家弱筋小麦标准，且能取得较高的产量，可作为豫南地区弱筋小麦适宜的氮肥运筹模式。

关键词：小麦;氮肥运筹;生长发育;面粉品质;产量;豫南地区

中图分类号：S512.106文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）12-0095-05

收稿日期：2021-07-22

基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项（编号：CARS-03-05B）;河南省小麦产业技术体系资助项目（编号：Z2010-01-01）。

作者简介：陈金平（1962—），男，河南信阳人，硕士，研究员，主要从事小麦育种栽培技术研究。E-mail：chenjinpingcls@163.com。

通信作者：朱保磊，硕士，助理研究员，主要从事小麦遗传育种研究。E-mail：1067354457@qq.com。

近年来，随着人们生活水平的不断提高，优质专用小麦的需求也不断加大。在农业供给侧结构性改革的影响下，优质强筋小麦在品种审定、推广种植以及产品销售等环节上均得到相应的政策鼓励和扶持，这大大加快了强筋小麦的产业发展。然而，弱筋小麦与强筋小麦相比，在种质资源、审定品种数量和栽培技术规程上均显滞后。弱筋小麦具有蛋白质和湿面筋含量低，面团形成时间和稳定时间短，在经过充分搅拌后不易形成完全的面筋网络等特点，是优质糕点、饼干、酿酒等食品的重要原材料。因此，加强对弱筋小麦产量和品质及在优势产区内的种植栽培的科学研究，保证国内市场上优质弱筋小麦的供应是一项亟待解决的重要课题。

豫南麦区作为国家优质弱筋小麦适宜区，在保障河南省粮食安全和农业供给侧结构性改革中发挥着举足轻重的作用。保证弱筋小麦产量的前提下，稳定弱筋小麦各项品质指标，满足粮食加工业的要求具有重要意义。较多的研究结果表明，不同施氮量以及在不同时期追施氮肥能够显著影响弱筋小麦的品质和产量[1]。在相同施氮量的前提下，在小麦生长前中期适量施用氮肥可以在保证弱筋小麦品质的同时提高小麦产量[2];而在小麦生长后期追施氮肥，虽然能够提高产量，但也会显著提高弱筋小麦蛋白质和湿面筋含量，从而影响其加工品质[3]。以上研究因受制于不同的弱筋小麦品种、氮肥运筹方式和试验环境等因素的影响，最终造成弱筋小麦优质高效生产技术规程并不统一。本研究通过设计不同施氮量和不同时期的氮肥追施比例试验，对豫南弱筋小麦生长发育、品质和产量性状进行分析，探讨豫南弱筋小麦的适宜氮肥运筹方式。

1 材料和方法

1.1 试验材料

小麦试验材料为信阳市农业科学院选育的国审偏弱筋品种信麦129，供施氮肥为含纯氮素46%的心连心牌尿素。

1.2 试验地概况

试验点位于信阳市农业科学院试验园区，试验地土壤为当地典型的黏质土，地势平坦，灌排方便。前茬作物为水稻，平均产量9 000 kg/hm2 。2017—2019年经河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所进行测定，试验实施前0～20 cm土层平均有机质含量为19.0 g/kg，碱解氮含量为1.6 g/kg，速效氮含量为176.2 mg/kg，速效钾含量为57.6 mg/kg，速效磷含量为4.4 mg/kg，pH值=6.0。

1.3 试验设计

试验于2017—2019年进行，采用双因素裂区试验设计，主区为施氮量，副区为基追比，施氮量设N2（195 kg/hm2）、N3（292.5 kg/hm2）、N4（390 kg/hm2）3个水平，基肥 ∶壮蘖肥 ∶拔节肥分别为7 ∶3 ∶0、6 ∶2 ∶2、5 ∶3 ∶2、4 ∶3 ∶3共4个水平，以全生育期不施氮肥处理（N0）和只施氮肥处理N1（97.5 kg/hm2）作为对照，共14个处理，每个处理随机排列，3次重复，共42个小区，小区行长5 m，行距0.22 m，18行，小区宽4 m，面积20 m2。机条播，有效播量300万粒/hm2。在耕地前施磷肥（加乐富牌过磷酸钙，P2O5含量12%）和钾肥（加拿大产氯化钾，K2O 含量60%），均为基施，其中P2O5、K2O 施用量分别为120、135 kg/hm2（折纯量）。播种期均为10月20日。田间管理同当地大田。

1.4 测定项目和方法

1.4.1 分蘖、次生根和株高的测定

在越冬期（1月10日）、拔节期（3月10日）和孕穗期从每个小区随机选取10株完整植株，装入试验纸袋，并在纸袋上做好标记，取回后用清水将根部清洗干净，调查采集植株的分蘖数、次生根数和株高。

1.4.2 小麦籽粒品质的测定 用法国肖邦Infraneo型近红外仪测定籽粒水分含量和粗蛋白含量;用SKC4100单籽粒谷物测试系统进行籽粒硬度的检测。

1.4.3 面粉品质的测定 参照AACC26-20《实验制粉——布勒氏法》的方法，用BUHLER通用型试验磨磨粉，测定各小区籽粒硬度，然后确定加水量。由于各小区籽粒硬度差别不大，均属于中等硬度类型，因此统一加水标准为15.5%，润麦时间为24 h。面粉水分含量的测定参考AACC-4-15A;面粉粗蛋白含量用Infraneo型近红外仪（法国肖邦）测定;面筋指数用2200型面筋指数测定仪（瑞典Perten）检测，同时按GB/T 14608—1993《小麦粉湿面筋测定法》测定小麦粉湿面筋含量及面筋指数;降落数值用FN降落数值测定仪（托普云农）按照GB/T 10361—2008《小麦、黑麦及其面粉，杜伦麦及其粗粉粒 降落数值的测定 Hagberg-Perten法》进行测定;十二烷基磺酸钠（SDS）-沉淀值的测定参考 GB/T 15685—1995《小麦粉沉淀值测定法》，用Sun等的方法[4]进行检测。

1.4.4 面粉面团流变学特性的测定 用H型粉质仪（德国Brabender）测定粉质参数，同时参照GB/T 14614—2006《小麦粉 面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定 粉质仪法》，用500 g面钵进行吸水率、形成时间、稳定时间的测定;用Extensograph-E型拉伸仪（德国Brabender）测定面团在45、90、135 min 的拉伸面积和拉伸阻力参数。

1.4.5 产量性状的测定 在各小区小麦成熟后适时收获，按小区单收、称质量测产。千粒质量测定方法：从每个小区收获的籽粒中随机数出3组1 000粒小麦籽粒，分别称质量（m1、m2、m3），取平均值 m=（m1+m2+m3）/3;使用HGT-1000B型容重计（上海东方衡器有限公司）测定各小区籽粒容重。

1.5 数据处理和统计分析

采用Microsoft Excel 013和SPSS Statistics 1软件进行数据分析和制表，用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥运筹方式对小麦不同生育时期生长发育的影响

2.1.1 对越冬期小麦生长发育的影响

由表1可知，越冬期（1月10日）N0处理的分蘖数显著低于其他处理（P<0.05），次生根数和株高也低于其他处理，但差异不显著，而N1处理的分蘖数和次生根数与其他施氮处理无显著差异（N4施氮量下基追比为7 ∶3 ∶0处理除外），说明底肥对豫南小麦在越冬期之前的生长发育起到明显的促进作用。此外，增加施氮量能够明显加快小麦越冬期前的生长发育。相同施氮量下，以基追比 7 ∶3 ∶0 处理的分蘖数、次生根数和株高最高。

2.1.2 对拔节期小麦生长发育的影响

由表2可知，N4处理对拔节期（3月10日）弱筋小麦的分蘖数、次生根数和株高的调控作用最大，而N0处理的各项生理指标均为最低。N1施氮量处理的分蘖数与其他施氮处理无显著差异，但是在次生根数和株高性状上显著低于N4施氮量下的大部分处理。N4施氮量下，基追比为7 ∶3 ∶0对分蘖数和次生根数的影响最大。基追比对株高的影响表现为：N2、N3施氮量下7 ∶3 ∶0最高，N4施氮量下6 ∶2 ∶2影响最大。

2.2 不同氮肥运筹对弱筋小麦品质的影响效应

2.2.1 对籽粒品质的影响

由表3可知，随着施氮量的增加，不完善籽粒数显著下降。N0处理的不完善籽粒最多，平均比例为1.7%;N2施氮量处理最低，平均比例为1.1%，N1、N2、N3和N4处理间无显著差异。籽粒硬度整体的变化范围在33.0%～36.1%之间，N4施氮量处理的平均籽粒硬度最大，N0处理的籽粒硬度最小，且N4施氮量下基追比为 6 ∶2 ∶2 和4 ∶3 ∶3处理的籽粒硬度均为36.1%，显著高于N0处理。分析不同氮肥运筹方式对千粒质量和容重的影响可知，N2、N3和N4处理显著高于N1和N0处理，N1处理显著高于N0处理，N2、N3和N4处理的千粒质量和容重无显著差异。

2.2.2 对面粉品质的影响

由表4可知，不同氮肥运筹方式对粗蛋白含量具有显著的调节效应，其中N0、N1处理的粗蛋白含量显著低于其他处理组合。相同施氮量下，基追比为4 ∶3 ∶3处理的粗蛋白含量最高，可见在弱筋小麦生育后期增施氮肥有助于蛋白的积累。降落数值在N0、N1和N2（基追比为 7 ∶3 ∶0 和6 ∶2 ∶2）处理间无显著差异。N4（基追比为4 ∶3 ∶3）处理的降落数值显著高于其他处理组合。在相同氮肥施用量下，N3、N4处理中以基追比为4 ∶3 ∶3处理的降落数值最高。湿面筋含量随着施氮量的增加呈增长趋势，相同施氮量下，基追比为7 ∶3 ∶0处理组的湿面筋含量最低，而基追比为 4 ∶3 ∶3 处理的湿面筋含量最高。沉淀值的变化范围在14.5～25.5 mL之间，其中N0和N1处理的沉淀值显著低于N2、N3和N4处理，而N2、N3和N4处理间无显著差异。

2.2.3 对面团流变学特性的影响

由表5可知，面团流变学特性中吸水率、形成时间、稳定时间、拉伸面积和拉伸阻力均随着施氮量的增加而提高。相同施氮量下，吸水率、形成时间、稳定时间和拉伸面积均以基追比4 ∶3 ∶3处理最高，以基追比为7 ∶3 ∶0处理最低。吸水率受施氮量的调控影响较大，整体变化范围为55.5%～60.4%;形成時间的变化范围较小，变化范围在1.3～2.3 min之间;N0、N1和N2（基追比7 ∶3 ∶0）处理的稳定时间均小于2.0 min，而在其他氮肥运筹方式下，稳定时间变化范围为8.8～11.9 min，达到强筋小麦水平（GB/T 17320—2013《小麦品种品质分类》），已不符合国家弱筋小麦标准。在拉伸面积性状上，N2施氮量下各基追比处理显著低于N4处理，N3施氮量下基追比 4 ∶3 ∶3 处理的拉伸面积显著高于其他处理。不施氮处理（N0）的拉伸阻力低于其他施氮组合，N4施氮量下基追比为5 ∶3 ∶2和 4 ∶3 ∶3 处理的拉伸阻力显著大于其他处理（N3施氮量下基追比4 ∶3 ∶3处理、N4施氮量基追比 7 ∶3 ∶0 和6 ∶2 ∶2处理除外）。

2.3 不同氮肥运筹方式对产量性状的影响

由表6可知，成熟期（5月27日）N0和N1施氮处理的穗长、小穗最高结实数、每穗小穗数明显低于其他处理。相同施氮量下，各基追比处理间在穗长、小穗最高结实数、每穗小穗数性状上无显著差异，且均以追施比为4 ∶3 ∶3处理最高。氮肥运筹方式为N2（基追比为7 ∶3 ∶0除外）、N3和N4处理的不孕小穗数显著低于N0和N1处理，N4处理的均值相较于N0和N1处理分别降低了55.95%和53.75%。增施氮肥能够正向调控弱筋小麦的产量，N4施氮量处理平均产量最高，N0处理产量最低，仅为4 452.2 kg/km2。相同施氮量下，基追比为 4 ∶3 ∶3 处理的产量最高，相同基追比下，施氮量每增加60 kg/hm2，产量平均增加287.7kg。N2、N3和N4处理之间无显著差异，但均显著高于N0和N1处理，而N1处理显著高于N0处理，说明相较于基追比，总施氮量对产量的影响更直接。

3 结论与讨论

前人研究表明，在拔节期追施一定量的氮肥能够提高弱筋小麦的产量、蛋白含量以及湿面筋指数[5]。当施氮量不超过240 kg/hm2时，通过合理的氮肥运筹能够在保证品质的前提下使产量最大化。这与本研究的结论（增施越冬肥和拔节肥能够提高产量和调控蛋白含量、湿面筋含量、形成时间、稳定时间）相一致。有关氮肥运筹对弱筋小麦品质调节作用的研究较多[6-15]，但大多研究时期局限在拔节期以前，拔节期以后各生育时期追施氮肥的研究鲜有报道。并且以往研究者设置的处理较少，因此研究结果在实际应用上会受到很大限制。吴宏亚等研究发现，不同氮肥追施時期对扬麦15籽粒蛋白含量有一定的调节作用，尤其是拔节期增施氮肥能够显著提高籽粒蛋白含量;但不同氮肥追施时期对千粒质量、容重、籽粒硬度、形成时间等参数没有显著影响[3]，这与本研究结果基本一致。本研究表明，施氮量和基追比都对稳定时间参数具有显著调节作用。尤其是在施氮量为195 kg/hm2条件下，不同氮肥基追比会造成稳定时间参数的显著差异。此外，本研究中测定的籽粒硬度值与吴宏亚等测定的籽粒硬度值[3]有较大差异，可能是由于测试方法和生态环境条件的不同造成的。

关于氮肥运筹对弱筋小麦调优栽培的研究较多，但研究结果并不统一。李春燕等的研究表明，扬麦9号在180、240 kg/hm2施氮水平下，基肥 ∶壮蘖肥 ∶拔节肥为7 ∶1 ∶2时表现最佳[16]。朱新开等研究发现，宁麦9号在施氮量180、200、225 kg/hm2 水平下，基肥 ∶平衡肥 ∶拔节肥为 7 ∶1 ∶2、7 ∶2 ∶1和基肥 ∶拔节肥为6 ∶4，比较容易实现高产与优质的协调[17]。吴宏亚等的研究表明，扬麦15在施氮量210 kg/hm2条件下，以追施模式为基肥 ∶壮蘖肥 ∶拔节肥5 ∶1 ∶4情况下，能够实现高产与优质的协调[3]。本研究表明，形成时间参数对不同氮肥运筹方式不敏感;而蛋白含量、湿面筋含量和拉伸面积参数主要受施氮量的影响，其受基追比的影响较小;稳定时间参数显著受到不同施氮量和不同氮肥基追比的影响。当施氮量超过195 kg/hm2时，不同处理组的稳定时间均大于 8 min，这远远大于优质弱筋小麦稳定时间小于 .5 min 的标准（GB/T 17893—1999《优质小麦 弱筋小麦》）。当施氮量为195 kg/hm2，通过氮肥前移的方法可以控制稳定时间小于2.5 min。综合本试验产量和品质的分析结果可知，施氮量为N2（195 kg/hm2）且氮肥追施比例为7 ∶3 ∶0（基肥 ∶壮蘖肥 ∶拔节肥）是豫南地区弱筋小麦最佳的氮肥运筹方式。

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