不同时期叶面追氮对小麦产量、蛋白质含量及氮素吸收利用的影响

张钧浩，付博阳，吴 伟，许华森，薛 澄

（河北农业大学 华北作物改良与调控国家重点实验室/资源与环境科学学院/河北省农田生态环境重点实验室，河北 保定 071000）

氮素合理运筹是保障小麦高产优质生产的重要调控手段［1］。除施氮量外，氮素供应时期对小麦产量和品质具有明显的调节作用［2-3］。在小麦生育后期追施氮肥被认为是提高氮肥利用率并提高小麦籽粒蛋白质含量及加工品质的重要途径［4］。然而，由于小麦生育后期植株根系衰老，氮素吸收能力下降，导致土施氮肥利用率低；此外，小麦生育后期土施氮肥操作困难，导致后期土壤氮肥追施在生产中不易推广应用［5］。相比于土壤施肥，叶面施肥易于操作且在作物生育后期优势明显［6］。在小麦生育后期进行叶面追氮可延长籽粒灌浆时间，有效促进干物质转运，提高粒重，同时还可促进籽粒蛋白质合成和累积［7］。

郭瑞等［5］发现，在小麦拔节期前后叶面喷肥可有效提高小麦产量及品质。而吕绪方［8］研究表明，开花期是小麦增产提质的最佳叶面追氮时期。也有研究认为在开花期至灌浆中期叶面追氮可显著提高小麦籽粒氮含量［9］。多数研究是以籽粒蛋白质含量作为品质评价的主要指标衡量氮素调控效应，而对小麦品质具有重要影响的蛋白质组成研究不足［10-11］。课题组前期研究结果表明，孕穗期为有效改善小麦加工品质的土施氮肥关键期［11-13］。由此推测叶面施氮对小麦品质调控的关键时期可能在孕穗期之后，然而相关研究未见报道，且不同叶面追氮时期对小麦氮素吸收利用及籽粒蛋白质组成的影响和规律尚未明确，有待进一步深入研究。

本研究以优质强筋小麦‘藁优2018’和‘师栾02-1’为供试作物，于小麦生育后期设置不同时期叶面追氮处理，研究不同时期叶面追氮对强筋小麦产量、蛋白质含量及氮素吸收利用的影响，以期明确强筋小麦叶面追氮调控品质的关键追氮期，为叶面氮素调控保障小麦高产优质生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2019 年10 月至2021 年6 月在河北省辛集市马庄乡河北农业大学试验站进行，该地年平均气温为12.5 ℃，年均日照时间2 738 h，无霜期190 d，年均降水量458.6 mm。2019 年小麦播种前0～100 cm 土壤基本理化性状见表1。2019—2021 年及2009—2018年该地月降水量和月平均气温见图 1。

图1 试验年份及2009—2018 年间该地月降水量和月平均气温Fig.1 The monthly precipitation and monthly average temperature in the experimental year and during 2009—2018

表1 小麦播种前0～100 cm 土壤基础理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of 0-100 cm soil before wheat sowing in 2019

1.2 试验设计

供试小麦品种为优质强筋小麦‘藁优2018’和‘师栾02-1’。共设置4 个氮肥调控处理（表2）。小麦播种前各处理基施N 90 kg /hm2、P2O5100 kg/hm2和K2O 60 kg/hm2。基肥为复合肥（N-P2O5-K2O 含量为18-20-5），拔节期施肥和叶面追肥为尿素（N≥46 %）。拔节期施肥方式为撒施，孕穗期、开花期和花后10 d 追肥方式为叶面喷施，叶面氮肥为2% 尿素溶液（为防止叶片灼伤，每次叶面施肥分两次喷施，间隔1 d）。各处理均设置4 次重复，采用完全随机区组设计，小区面积 60.5 m2（5.5 m×11 m）。

表 2 试验处理Table 2 Experimental treatment

2019—2020 季小麦于2019 年10 月14 日播种，播种量255 kg/hm2，行距0.15 m，2020 年6 月8 日收获；2020—2021 季小麦于2020 年10 月10 日播种，播种量225 kg/hm2，行距0.15 m，2021 年6 月8 日收获。其他田间管理均按当地小麦常规管理进行。

1.3 样品采集

于小麦成熟期各小区随机采集4 个沿小麦种植行0.5 m 长度的地上部植株样品，分为茎、叶、籽粒和颖壳。分别称鲜重后，70 ℃烘干至恒重，测定各器官干重。各器官样品粉碎后，测定全氮含量。同时，每小区随机采集6 个沿小麦种植行2 m 长度的穗，脱粒后用于测产。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 小麦产量及构成要素 记录成熟期小麦千粒重、穗粒数和穗数。根据已有测产使用的全部籽粒干重和含水量，按面积计算各小区小麦籽粒产量，产量折算为小麦籽粒标准含水率（12.5%）表示。

1.4.2 小麦地上部各器官含氮量测定及数据计算将小麦地上部各器官用 FW100 高速万能粉碎机（泰斯特，天津）粉碎后，用H2SO4-H2O2消煮凯氏定氮法测定各器官全氮含量。

各器官吸氮量（kg/hm2）=地上部各器官全氮含量（%）×地上部各器官干重（kg/hm2）

氮素吸收效率（kg/kg）=成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）

氮素收获指数（%）=成熟期籽粒吸氮量（kg/hm2）/成熟期地上部吸氮量（kg/hm2）×100%

1.4.3 小麦品质指标测定 蛋白质含量（%）=籽粒全氮含量（%）×5.7［14］。用LM120 锤式实验粉碎磨（Perten，Sweden）对小麦籽粒磨粉，之后用连续提取法［15］依次提取籽粒中清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，用凯氏定氮法测定各蛋白组分全氮含量。

各蛋白组分含量（%） =各蛋白组分全氮含量（%）×5.7［14］。

1.5 数据统计分析

采用Excel 2019 软件进行数据整理，SigmaPlot14.0 软件进行作图。采用SPSS 25 软件一般线性模型进行方差分析，LSD 法进行多重比较（P＜ 0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同时期叶面追氮对小麦籽粒产量、产量构成因素及收获指数的影响

2 个小麦品种均以无叶面追氮处理（NE）产量最高（表3）。与NE处理相比，‘藁优2018’的FNB、FNA处理显著降低小麦产量。然而随叶面追氮时期后移，FN10DAA处理产量恢复至无叶面追氮处理水平。‘师栾02-1’不同时期叶面追氮处理（FNB、FNA和FN10DAA）较NE 处理产量分别显著降低6.9%、8.2%和8.4%。

从产量构成分析（表3），叶面追氮不利于小麦穗数和穗粒数的提高。‘师栾02-1’FNA、FN10DAA处理较NE处理穗数显著降低10.3%和11.1%。叶面追氮处理，藁优2018 穗粒数较NE处理显著降低6.7%～16.7%。叶面追氮可提高小麦千粒重，‘藁优2018 ’FNB处理对千粒重的提高最为显著。各处理间小麦收获指数无显著差异。

表3 不同时期叶面追氮对小麦产量、产量构成因素及收获指数的影响Table 3 Effects of foliar N topdressing timing on yield, yield components and harvest index of wheat

2.2 不同时期叶面追氮对小麦籽粒蛋白质及各组分含量的影响

不同叶面追氮处理中，‘藁优2018’和‘师栾02-1’均为FN10DAA 处理小麦籽粒蛋白质含量最高，较其他时期叶面追氮处理最大增幅分别为9.6%和9.9%。2 小麦品种籽粒蛋白质含量差异显著，‘藁优2018’小麦籽粒蛋白质含量为11.2%～12.5%；‘师栾02-1’小麦籽粒蛋白质含量为13.1%～14.4%（图2）。

图2 不同时期叶面追氮对小麦籽粒蛋白质含量的影响Fig.2 Effects of foliar N topdressing timing on grain protein content of wheat

不同时期叶面追氮对小麦籽粒蛋白质组成影响显著（图3）。各处理结构蛋白（清蛋白、球蛋白）含量均无显著差异（图3A 和3B）。‘师栾02-1’籽粒结构蛋白含量均显著高于‘藁优2018’。

叶面追氮显著提高小麦醇溶蛋白含量（图3C）。随叶面追氮时期后移，‘藁优2018’FN10DAA处理醇溶蛋白含量较FNB、FNA处理分别显著提高13.8%、6.5%。‘师栾02-1’FNA和FN10DAA处理较FNB处理醇溶蛋白含量分别显著提高13.3%和10.0%。‘藁优2018’籽粒醇溶蛋白含量为2.7%～3.3%，‘师栾02-1’为3.0%～3.4%。叶面追氮同样显著提高小麦谷蛋白含量（图3D）。随叶面追氮时期后移，谷蛋白含量显著上升，叶面追氮时期后移至花后10 d时，‘藁优2018’和‘师栾02-1’FN10DAA处理谷蛋白含量变化趋势不一致。整体分析面筋蛋白（醇溶蛋白和谷蛋白）含量，不同后期叶面追氮处理中面筋蛋白含量变化与醇溶蛋白含量变化趋势一致。

图3 不同时期叶面追氮对小麦籽粒各蛋白组分含量的影响Fig.3 Effects of foliar N topdressing timing on content of protein components wheat grain

2.3 不同时期叶面追氮对小麦氮素吸收影响

‘藁优2018’地上部总吸氮量为178.1～211.8 kg/hm2，‘师栾02-1’地上部总吸氮量为230.6～260.9 kg/hm2（图4）。‘藁优2018’在FN10DAA处理地上部吸氮量最高，较FNA和FNB处理分别显著增加28.4 kg/hm2和33.7 kg/hm2，增幅为15.5%和18.9%；‘师栾02-1’各施肥处理小麦地上部吸氮量无显著差异。

图4 不同时期叶面追氮对成熟期小麦地上部及各器官吸氮量的影响Fig.4 Effects of foliar N topdressing timing on N uptake in aboveground organs of wheat at mature stage

‘藁优2018’籽粒吸氮量为146.4～170.3 kg/hm2，‘师栾02-1’籽粒吸氮量为188.2 ～207.3 kg/hm2。

不同时期叶面追氮对2 品种各处理影响不一致（图4）。不同时期叶面追氮处理中，‘藁优2018’FN10DAA处理较FNA和FNB处理籽粒吸氮量显著提高14.3% 和16.3%；而‘师栾02-1’各施肥处理籽粒吸氮量无显著差异。2 个小麦品种茎叶和颖壳吸氮量处理间差异与籽粒吸氮量相似。

2.4 不同时期叶面追氮处理对小麦氮素利用的影响

不同后期叶面追氮处理中，‘藁优2018’FN10DAA处理较FNA和FNB处理氮素吸收效率显著提高16.1%和18.8%；‘师栾02-1’FNA和FN10DAA处理较FNB处理氮素吸收效率有上升趋势，但未超过无叶面追氮处理（图5）。

图5 不同时期叶面追氮对成熟期小麦氮素吸收效率的影响Fig.5 Effects of foliar N topdressing timing on the nitrogen uptake efficiency of wheat at mature stage

与NE处理相比，叶面追氮对小麦氮素收获指数无显著影响，且不同时期叶面追氮处理间氮素收获指数亦无显著差异（图6）。

图6 不同时期叶面追氮对成熟期小麦氮素收获指数的影响Fig.6 Effects of foliar N topdressing timing on the nitrogen harvest index of wheat at mature stage

3 讨论

本研究中不同时期叶面追氮处理小麦籽粒产量均未超过无后期叶面施氮处理，表明将总施氮量的一部分于小麦生育后期叶面追施不利于小麦高产。有研究表明于小麦生育后期叶面追氮增产效果小于生育前期追氮增产效果［7］，与本研究结果一致，其原因主要为相比于无叶面追氮处理，叶面施氮处理对千粒重的增加幅度小于对穗粒数和公顷穗数的降低幅度。此外‘藁优2018’随叶面追氮时期推后至花后10 d 时，产量可恢复至无后期施氮处理的水平；而‘师栾02-1’籽粒产量无此响应。可能对于‘师栾02-1’，其产量形成主要依赖较高的公顷穗数和穗粒数，因此生育前期氮素供应对其产量形成相对更为重要。

研究表明，后期叶面追氮可提高籽粒蛋白质含量从而提高小麦品质［7-8］。本研究中2 个小麦品种籽粒蛋白质含量均在花后10 d 叶面追氮时最高，这与前人的观点较为一致［9］。其原因可能为小麦生育后期（尤其是花后）叶片较根系仍保持较高的活力，因此花后叶面施氮可提高植株氮素吸收，进而促进籽粒蛋白质合成和累积［9,16］。本研究不同时期叶面追氮处理对2 个品种小麦氮素吸收利用的影响也佐证了这一观点。此外，由于后期叶面追氮使‘师栾02-1’减产所导致的“浓缩”效应可能是其籽粒蛋白质含量提高的另一因素。除蛋白质含量，籽粒蛋白质组成对于加工品质也具有重要影响，尤其是面筋蛋白组分醇溶蛋白和谷蛋白，主要影响面团的延展性和粘弹性［17-18］。本研究结果表明，后期叶面追氮显著提高了醇溶蛋白和谷蛋白含量，且‘藁优2018’和‘师栾02-1’分别在花后10 d 和开花期叶面追氮效果显著优于孕穗期（图3）。可能原因为后期施氮通过改变氮素在籽粒不同蛋白质组分中分配进而提高面筋蛋白比例［10-11］。此外，开花期至花后10 d 叶面追氮可能通过提高氮素的“源”供应促进面筋蛋白合成和累积［19-20］。这对于改善小麦籽粒加工品质至关重要。综上，本研究进一步从各蛋白质组分含量，尤其是面筋蛋白含量角度明确了最佳叶面追氮时期；课题组推测叶面追氮关键期可能晚于孕穗期的假设也得到验证。‘藁优2018’在花后10 d 叶面追氮处理时地上部吸氮量（尤其是籽粒吸氮量）及氮素吸收效率显著高于其他处理， 但各施肥处理间氮素收获指数却无显著差异。研究表明，花前氮素的再转移和花后氮素吸收分别占小麦籽粒氮素的60%～95%和5%～40%［21］。由于花后叶面追氮促进了叶片对氮素的吸收和对籽粒氮的贡献率，可能抑制了营养器官中氮素向籽粒的再转移［22］。‘师栾02-1’相比‘藁优2018’具有较强的氮素吸收累积能力，其形成最高产量和蛋白质含量的适宜施氮量高于‘藁优2018’。这与2 个品种特性相一致［23］。在生产中，对于产量形成更加依赖于公顷穗数和穗粒数、品质形成相对依赖于较高氮素吸收且蛋白质含量较高的小麦品种，如‘师栾02-1’，其生育前期的氮肥供应尤为重要，不建议将部分氮肥于后期叶面追施以提高其品质特性；而对于花后氮素吸收利用能力较强的品种，其千粒重相对较高，籽粒蛋白质合成和累积对花后氮肥供应更为敏感的小麦品种，如‘藁优2018’，将部分氮肥于后期叶面追施（尤其是花后10 d）可在稳产基础上，显著提高其氮素吸收利用，进而促进蛋白质合成与累积，且优化其蛋白质组成，针对此类品种后期叶面追氮的应用对改善优质小麦加工品质具有重要意义。

4 结论

与无叶面追氮相比，将部分氮肥于小麦生育后期叶面追施对强筋小麦产量、蛋白质含量及氮素吸收利用影响显著。对于‘藁优2018’，叶面追氮可在其不减产的前提下提高氮素吸收效率和地上部吸氮量，进而提高籽粒蛋白质含量，同时优化蛋白质组成。此外，‘藁优2018’对花后的氮素吸收能力较强，其适宜叶面追氮时期可适当推后至花后10 d。对于‘师栾02-1’，后期叶面追氮降低公顷穗数和穗粒数导致减产，但却有效提高了籽粒蛋白质含量，优化蛋白质组成，其最佳叶面追氮时期可能不宜超过开花期。