云南旱地小麦新品种产量和品质对减量施氮的响应

乔祥梅，王志龙，蒋欣彤，王志伟，高仕兰，程加省，李灶福，于亚雄，杨 红

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所/国家小麦改良中心云南分中心，昆明 650205；2.易门县农业技术推广中心，云南 玉溪 651100；3.云南省农业广播电视学校镇雄县分校，云南 镇雄 657200)

【研究意义】小麦产量的提高离不开氮肥，但氮肥过量使用不仅会影响小麦的产量和品质，而且会加剧环境污染、危害人体健康，而适当减量施氮是实现小麦高产优质高效生态安全的必要前提[1]。然而，近年来农民为了提高小麦产量，不断增加化肥用量，但是小麦产量与施肥量不能同步增长[2-3]，据国家统计局统计，1970—2018年，中国化肥用量增长率是粮食产量增长率的8.7倍[4]。氮是影响小麦产量和籽粒蛋白质含量的关键因素之一，然而产量的不断提升一定程度上稀释了籽粒的蛋白质含量，小麦高产和优质难以协同实现[5]。因此，研究减量施氮处理下小麦产量和品质的变化，探索小麦合理施氮水平对于实现农业高产、高效、持续健康的发展具有重要的意义。【前人研究进展】针对施氮量对小麦产量和品质的影响，前人做了大量的研究。有研究表明产量和品质达到最优时所需的氮肥用量不同，如代新俊等[6]研究表明，施氮量150 kg/hm2时产量最高，225 kg/hm2时品质最优；吴强等[7]研究表明，在施氮0～240 kg/hm2内，小麦产量随施氮量的增加呈先升高后降低的趋势，而一、二次加工品质则随着施氮量的增加呈线性增加趋势。张琨等[8]研究表明，在施氮量为225 kg/hm2的基础上，施氮量减少20%时，小麦产量及其构成因素变化不显著，但是蛋白质含量显著降低。还有研究表明，在同一施氮水平下，产量和品质均能达到最优，如周栋等[9]研究表明，施氮量超过180 kg/hm2，渭北地区旱地小麦产量穗粒数和籽粒产量则出现一定程度的降低，蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率、淀粉含量、沉降值和面团稳定时间均下降。赵广才等[10]对强筋小麦济麦20的研究表明，在施氮150～300 kg/hm2内，产量和籽粒蛋白质含量随施氮量的增加而增加，但超过300 kg/hm2反而导致籽粒产量与品质有一定程度下降。【本研究切入点】纵观以往的研究，小麦品种的产量性状和品质指标对氮素的响应因品种而异，又因地域和栽培措施不尽相同，关于施氮量对小麦产量和品质影响的研究结果存在很大差异。因此在“立体气候”明显的云南麦区，如何合理调整氮肥用量，使其在提高产量和改善品质的同时，最大限度地降低氮肥对环境的威胁，已成为该区小麦可持续生产中亟待解决的问题。但前人对云南麦区小麦品种品质和产量相结合的研究较少，最佳施氮量的选择还不够合理。【拟解决的关键问题】本研究以旱地小麦新品种云麦76和云麦77为材料，采用小区控制试验，分析减氮处理下小麦产量和品质的变化规律，寻找最佳施氮量，为当地小麦高产优质高效栽培体系构建提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地概况

试验所采用的材料云麦76和云麦77均由云南省农业科学院粮食作物研究所选育，2019年通过云南省农作物品种审定委员会审定。试验于2018年10月至2019年5月在保山市隆阳区金鸡乡东方村农推所试验基地(海拔1652 m，北纬25°08′28″，东经99°14′09″)进行，试验田前作水稻，土壤类型为黏土，全田平整，肥力均匀，排水方便。2018年10月至2019年5月小麦生育期内气象数据见表1。

表1 小麦生育期内气象数据Table 1 Meteorological data during wheat growth period

1.2 试验设计

试验采用2因素随机区组设计，以小麦新品种云麦76和云麦77为材料，设5个氮肥处理，分别是常规施氮300 kg/hm2(N1)，减量施氮240 kg/hm2(N2)、180 kg/hm2(N3)和120 kg/hm2(N4)和不施氮(N5)，试验于2018年10月30日播种，播种前每小区分别施180 kg/hm2磷肥(过磷酸钙，P2O5,16%) 和150 kg/hm2钾肥(硫酸钾，K2O5,50%)作为底肥。小区面积13.34 m2，基本苗240万株/hm2，行距23 cm，重复3次，共计30个小区，田间管理与当地高产栽培相同。

1.3 测定项目

产量及构成因素的测定每个小区错开边行，分别在第二行和倒数第二行选取1 m的样段，调查总穗数、穗粒数、千粒重，并全区收获测定籽粒产量。

品质测定小麦收获晾晒后储藏2个月，每处理小区取400 g籽粒，使用DA7200型近红外(NIR)谷物分析仪(瑞典Perten公司)测定小麦蛋白质含量、谷蛋白含量、沉降值、形成时间和稳定时间等指标。

1.4 数据统计与分析

所得试验数据用Microsoft Excel 2010 处理并作图，用DPS 7.05软件对数据进行统计分析，LSD法检验处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 减量施氮对小麦产量及构成因素的影响

从表2可以看出，品种因素对产量的影响较小，氮肥处理和品种与氮肥处理互作对产量的影响分别达极显著和显著水平。2个品种的产量均是随着施氮量的降低而下降，施氮量由N1(300 kg/hm2)减至N2(240 kg/hm2)时，减产不显著，云麦76减幅1.38%，云麦77减幅仅0.3%；随后随着施氮量的减少，产量显著降低。在同一施氮水平下，云麦77产量较云麦76高，而且随着施氮量的减少，云麦77较云麦76产量增幅逐渐升高，在N4、N5处理下，云麦77的产量较云麦76增幅分别达10.67%、24.87%，说明云麦77较云麦76耐低氮。与常规施氮量N1相比，云麦76产量的降幅为1.38%～42.34%，云麦77的则为0.3%～28.21%，相同减氮处理，云麦77产量降幅小，再次说明云麦77对低氮胁迫的耐受性较强。产量构成因素上，施氮处理对穗数的影响达显著水平，对千粒重和穗粒数的影响不显著。穗数在各处理下的变化趋势与产量一致，N1、N2处理间差异不显著，但二者高于或显著高于其他处理；除云麦76的N5处理千粒重显著低于其他处理外，千粒重和穗粒数在各处理间差异不显著，说明千粒重和穗粒数对减氮处理不敏感。可见，减氮处理主要是通过降低有效穗而导致减产的。

表2 不同施氮量对小麦产量及构成因素的影响Table 2 Effects of different nitrogen rates on wheat yield and yield components

2.2 产量与构成因素间的相关性分析

由表3可见，在产量构成三因素中，穗数与产量的相关程度最大(相关系数为0.92，达极显著水平)，穗粒数与产量的相关程度次之(0.17)，千粒重与产量呈显著负相关。说明在进行不同氮处理时应以提高穗数为主要途径，其次考虑如何通过栽培技术来增加穗粒数，从而实现高产更高产的目的。穗数与千粒重呈显著负相关(-0.7)，与穗粒数呈不显著正相关(0.05)；穗粒数与千粒重呈不显著负相关(-0.11)，表明产量构成三因素之间存在既相互促进又相互制约的复杂关系。因此在增加穗数的同时，应注意其它两因素在新的水平上的协调平衡。

表3 产量构成因素与产量间的相关系数Table 3 Correlation coefficient between yield components and yield

2.3 减量施氮对小麦品质的影响

2.3.1 减量施氮对小麦蛋白质含量的影响 由图1可知，2个品种蛋白质含量均是N1处理最高，然后随着施氮量的减少总体呈下降趋势，但是2个品种对氮处理的敏感度存在差异。云麦76在各处理下蛋白质降低2.92%～8.85%，云麦77降低3.96%～8.83%。云麦76的N1与N2处理差异不显著，N3、N4和N5处理三者之间差异不显著，说明对于该品种，施氮量降低到180 kg/hm2以下时，对蛋白质含量的影响较小。云麦77的N1与N3处理差异不显著，但二者显著高于N4、N5处理，说明在低氮条件下，蛋白质含量急剧下降。

同一品种不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同Different lowercase letters of the same variety indicate significant difference (P<0.05). The same as below图1 不同施氮量对小麦籽粒蛋白质含量的影响Fig.1 Effects of different nitrogen rates on grain protein content of wheat

2.3.2 减量施氮对小麦湿面筋含量的影响 由图2可知，就不同施氮处理而言，2个品种湿面筋含量对氮处理的响应与蛋白质含量对氮处理的响应基本一致，均是随着施氮量的减少总体呈下降的趋势。云麦76的平均湿面筋含量高于云麦77，这是由品种的遗传特性决定的。与N1处理相比，2个品种其他处理的湿面筋含量显著减少，其中，云麦76降低3.53%～8.86%，云麦77降低4.35%～8.42%。

图2 不同施氮量对小麦湿面筋含量的影响Fig.2 Effects of different nitrogen rates on wet gluten content of wheat

2.3.3 减量施氮对小麦沉降值的影响 小麦沉降值是反映小麦种颗粒蛋白含量多少以及小麦质量的一个重要指标。由图3可知，2个品种的沉降值对施氮量的响应不一致，云麦76沉降值随着施氮量的降低呈“先降后增”的趋势，施氮量由300 kg/hm2减至180 kg/hm2时，沉降值逐渐降低，施氮量由180 kg/hm2减至0 kg/hm2时，沉降值逐渐升高。云麦77的沉降值表现为：N1>N3>N4>N2>N5，N1、N2、N3和N4处理之间差异不显著，但均显著高于N5处理，可见，不施氮显著降低该品种的沉降值，但在常规施氮量的基础上减少施氮量，对沉降值的影响不大。

图3 不同施氮量对小麦沉降值的影响Fig.3 Effects of different nitrogen rates on zeleny sedimentation of wheat

2.3.4 减量施氮对小麦形成时间和稳定时间的影响 由表4可知，云麦77平均形成时间高于云麦76，云麦76平均稳定时间略高于云麦77。就不同氮处理而言，N1处理2个品种的形成时间和稳定时间均最高，随着施氮量的降低，形成时间和稳定时间因品种和施氮量而异。云麦76的形成时间表现为N1、N2和N3处理显著高于N4、N5处理；云麦77则是N1处理显著高于N2、N4、N5处理，N1与N3处理二者之间无显著差异。云麦76的稳定时间表现为N1处理显著高于N3、N4、N5处理，N2处理显著高于N3、N4处理，但与N1和N5处理差异不显著；云麦77表现为N1处理显著高于N2、N4、N5处理，N3处理显著高于N4、N5处理，N2、N4和N5三者之间差异不显著。

表4 不同施氮量对小麦形成时间和稳定时间的影响Table 4 Effects of different nitrogen rates on the development time dough stability time of wheat

3 讨 论

3.1 施氮量对小麦产量及构成因素的影响

施氮量通过提高小麦产量构成因素进而提高籽粒产量，但是产量三要素对施氮量的响应程度并不一致。马瑞琦等[11]和张旭等[12]研究表明，适宜的施氮量可以协同提高穗数、穗粒数与千粒重，进而显著提高小麦籽粒产量。乔祥梅等[13]研究表明，产量、有效穗和穗粒数随着施氮量的增加而增加，千粒重则因生态点而异。吴强等[7]研究发现，适宜的施氮量通过提高穗数和穗粒数，使得产量显著增加。本研究显示，减氮处理主要是通过降低穗数而导致减产，穗数与产量呈极显著正相关，穗粒数和千粒重对减氮处理不敏感，这与前人的研究结果存在一定差异，这主要是品种因素和所处地域的差别而导致的。本研究所处的地域属云南西南部，小麦孕穗至灌浆期(2—5月)，气候温和、日照充足，加上合理的灌溉，为获得大穗大粒创造了条件[14]。

小麦产量和氮肥利用效率存在显著的基因型差异[15]，选育低氮条件下具有较高产量潜能的作物新品种是降低氮肥施用量、提高氮素利用效率、减少环境污染的有效举措[16-18]。本研究中，在同一施氮水平下，云麦77较云麦76增产，而且随着施氮量的减少，云麦77较云麦76增产幅度逐渐升高，特别是在施氮量120 kg/hm2和不施氮处理下，云麦77的产量较云麦76增幅分别达10.67%、24.87%，说明云麦77比云麦76耐低氮。与常规施氮量300 kg/hm2相比，在相同减氮处理下，云麦77产量的降幅远低于云麦76，再次说明云麦77对低氮胁迫的耐受性较强。因此云麦77可作为耐低氮小麦品种，在生产上加大推广力度，对减少氮肥投入量，维持作物产量稳定，发展节约高效、环境友好型农业具有重要意义[19]。

3.2 施氮量对小麦品质的影响

已有研究表明，小麦取得高产优质的适宜施氮量是180～240 kg/hm2[20]，本研究显示，云麦76和云麦77这2个品种的产量均是在施氮量300 kg/hm2时最高，然后随着施氮量的减少而降低，当施氮量减至240 kg/hm2时，减产不显著，减幅分别为1.38%和0.30%，蛋白质含量和湿面筋含量显著降低，因此，本试验条件下，实现小麦高产优质的最佳施氮量300 kg/hm2，与祁静玉等[21]、孙文彦等[22]、田兴帅等[23]研究结果存在一定差异，这可能与试验地的基础肥力有关。研究表明，在一定范围内，小麦主要品质性状会随施氮量的增加而改善，但过量施氮则品质降低[24-25]。本研究中，蛋白质含量和湿面筋含量随着施氮量的增加而提高，并未出现降低趋势，这一点与前人研究结果并不一致，主要原因是设计的施肥量是农户常规施肥量，可能低于品质最佳时的施氮量，实现小麦最佳品质的施氮量有待进一步研究。

4 结 论

云麦77对低氮胁迫的耐受性较强，因此该品种可作为耐低氮小麦种质。本试验条件下，施氮量为300 kg/hm2时，云麦76和云麦77产量均最高，品质最佳，当施氮量减至240 kg/hm2时，减产不显著，2个品种减幅分别为1.38%和0.30%；但是蛋白质含量和湿面筋含量显著降低，因此，该地区常规施氮量为300 kg/hm2时，能实现小麦产量和品质的协同提高。