化肥减施对小麦产量及品质的影响

张 晶,张定一,党建友,裴雪霞

(山西农业大学小麦研究所,临汾 041000)

施用化肥对提高作物产量、确保我国粮食安全具有重要意义[1]。 近年来,我国普遍存在施用化肥过量的现象,导致肥料利用率偏低,不仅没有促进作物增产,还造成了严重的环境污染,不利于农业可持续发展[2-5]。 据统计,我国每生产1.5 kg 粮食大约需要消耗化肥0.5 kg,是国际公认安全线的2 倍左右[6-7]。减量施肥是在保证作物产量稳定的前提下,减少肥料投入,以提高肥料利用率、降低环境污染。 研究表明,适当减量施肥能够实现产量稳定,提高肥料利用率和经济效益[8-10]。 而李世清等[11]研究认为,减量施肥会影响小麦籽粒灌浆过程和特性,进而影响籽粒重和小麦产量。 前人对不同小麦品种间氮素吸收和利用进行了相关研究,丁永刚等[12]认为,不同氮效率小麦品种或群体间产量和物质生产能力存在差异;徐晓峰等[13]认为,宽幅播种配合氮肥减施可以提高氮肥利用效率和小麦产量。 以往的研究多集中在小麦氮素吸收利用特性方面[14-17],而受气候条件、土壤肥力、品种及田间管理等因素的影响,化肥减施效果可能存在较大的区域性差异。 目前,关于晋南地区小麦化肥减施效果的研究未见报道。 为此,本试验研究减量施用化肥对晋南地区不同小麦品种产量及品质的影响,旨在明确化肥减施在晋南麦区的可行性,并筛选出适合当地种植的稳产提质的冬小麦品种,以期为该区域作物高效施肥及实现化肥零增长的目标提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020 年10 月9 日—2021 年6 月11 日在山西农业大学小麦研究所洪堡试验基地(36°13.2＇N、111°33.7＇E)进行。 试验区域为黄淮冬麦区北片,属温带大陆性半干旱气候,年平均气温13.1 ℃,年降水量450—550 mm。 试验地土壤属中壤石灰性褐土,连续多年为小麦-玉米一年两熟轮作制,0—20 cm 土层含有机质16.28 g∕kg、碱解氮65.33 mg∕kg、速效磷22.11 mg∕kg、速效钾130.5 mg∕kg。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计,以小麦品种为主区,设置‘济麦22’‘石农086’‘品育8012’‘烟农1212’4 个品种;以施肥模式为副区,设置(1)常规施肥(CF):总施纯N 270.0 kg∕hm2,其中基施纯N 189.0 kg∕hm2、P2O5120.0 kg∕hm2、K2O 67.5 kg∕hm2,拔节期追施纯N 81.0 kg∕hm2;(2) 化肥减施(FR):总施纯N 240.0 kg∕hm2,其中基施纯N 180.0 kg∕hm2、P2O5105.0 kg∕hm2、K2O 34.5 kg∕hm2,拔节期追施纯N 60.0 kg∕hm2;(3)不施肥(CK)。 肥料种类为尿素(含N 46.2%)、磷酸二铵(含N 18%、P2O546%)、氯化钾(含K2O 60%)。 主区面积2.5 m×51 m= 127.5 m2,副区为2.5 m×17 m=45.5 m2,重复3 次。 全生育期滴灌4 次(越冬水∕返青水∕拔节水∕灌浆期),总灌水量:(600 +300 +600 +300)m3∕hm2=1 800 m3∕hm2。10 月9 日播种,播量225.0 kg∕hm2,播种行距20 cm,其他管理措施同大田生产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量及穗粒结构

收获时每小区随机取长势均匀的2 行冬小麦,每行随机选取长20 cm 的区段作为样本,统计有效穗数、每穗粒数;各处理收获2 个未取样调查样方外,再随机取3 个1.0 m2样方,脱粒,风干后称重;数取500 粒称重,2 次重复(重复间相差≤0.5 g),80 ℃下烘至恒重,按13%含水率计算千粒重和产量。

1.3.2 蛋白质组分

采用连续提取法,称取1.0 g 样品,依次使用蒸馏水、10% NaCl、70%乙醇和0.2% NaOH 溶液提取籽粒中的清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白,采用凯式定氮法测定其含量。

1.3.3 品质指标

籽粒样品风干后使用德国Brabender 公司Quadrumat Junior 实验磨磨粉进行品质测定,水分调至14%。 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》,用德国Brabender 公司的粉质仪测定面团吸水率、形成时间、稳定时间和弱化度。 参照GB∕T 21119—2007《小麦 沉降指数测定法Zeleny 试验》,用德国Brabender 公司的沉降值测定仪测定小麦的Zeleny 沉降值。 参照GB∕T 5506.2—2008《小麦和小麦粉 面筋含量 第2 部分:仪器法测定湿面筋》,用瑞典Perton 公司的2200 型面筋仪测定湿面筋含量。 参照GB∕T 14615—2006《小麦粉 面团的物理特性 流变学特性的测定拉伸仪法》,用德国Brabender 公司的拉伸仪测定拉伸参数,主要指标包括拉伸面积、拉伸阻力、延展性、最大阻力和拉伸比例。

1.4 数据分析

采用Excel 2016 和DPS 15.10 软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 施肥模式对小麦产量及其构成因素的影响

由表1 知,品种和施肥处理均对产量及其构成因素的影响达极显著水平,其互作对产量和千粒重的影响达极显著水平,对成穗数和穗粒数的影响达显著水平。 品种及施肥处理交互作用主要通过影响千粒重影响产量,4 个小麦品种产量均表现为:常规施肥(CF) ＞化肥减施(FR) ＞CK。 其中,‘济麦22’处理间差异显著,‘品育8012’FR 处理与CK 间、‘烟农1212’CF 与FR 处理间差异均不显著。 CF 处理中,‘品育8012’产量最高且与其他3 个品种差异显著,‘品育8012’增产主要与成穗数和千粒重增加有关。 FR处理中,‘济麦22’和‘烟农1212’产量较高,二者差异不显著,‘济麦22’增产主要与成穗数和千粒重增加有关,‘烟农1212’增产主要与成穗数增加有关。

表1 不同施肥模式小麦产量及其构成要素Table 1 Wheat yield and yield component under different fertilization modes

2.2 施肥模式对小麦蛋白质组分含量的影响

小麦蛋白组分含量分析结果表明(表2),小麦清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量在品种间存在极显著差异,施肥、品种与施肥互作对蛋白质组分的影响均达极显著水平。 从4 个品种看,‘济麦22’清蛋白含量处理间无显著差异,谷蛋白含量处理间存在显著差异,醇溶蛋白含量以FR 处理最高,且与其他处理差异显著,球蛋白含量FR 处理与CK 间差异不显著;‘品育8012’以FR 处理的谷蛋白含量最高,与其他处理差异显著;‘石农086’谷蛋白含量处理间无显著差异,FR 处理清蛋白和醇溶蛋白含量最高,且与其他两个处理差异显著;‘烟农1212’醇溶蛋白含量处理间无显著差异,FR 处理清蛋白含量最高,且与其他处理差异显著,球蛋白和醇溶蛋白含量均以CF 处理最高。 4 个品种中,除‘石农086’谷蛋白含量处理间差异不显著外,其他3 个品种均表现为CK 谷蛋白含量最低,且差异显著。

表2 不同施肥模式小麦成熟期蛋白质组分含量Table 2 Content of protein components in wheat at maturity under different fertilization modes

2.3 施肥模式对小麦粉质参数的影响

由表3 知,品种对小麦粉质参数的吸水率、稳定时间和湿面筋影响极显著,施肥对吸水率、稳定时间、沉降值和湿面筋的影响达极显著水平,对弱化度影响显著;品种和施肥交互作用对吸水率、稳定时间和湿面筋影响达极显著水平,对沉降值及弱化度影响达显著水平,说明除品种本身特性外,施肥处理是影响小麦粉质参数的重要因素。 其中,‘济麦22’吸水率、形成时间、稳定时间、沉降值和湿面筋施肥处理间均没有显著差异,弱化度CF 处理最高,显著高于FR 处理,但两者与CK 差异不显著;‘品育8012’吸水率、形成时间、沉降值和湿面筋处理间无显著差异,CK 稳定时间最长,弱化度最低;‘石农086’吸水率、沉降值和湿面筋处理间无显著差异,CK 形成时间、稳定时间最长,FR 和CF 处理间差异不显著,弱化度CK 和FR 处理间差异不显著;‘烟农1212’粉质参数处理间差异较大,稳定时间处理间差异达显著水平,弱化度表现为FR 和CF 处理间差异显著。

表3 不同施肥模式小麦粉质参数Table 3 Wheat flour quality parameters of different fertilization modes

2.4 施肥模式对小麦面粉拉伸参数的影响

由表4 知,品种和施肥处理对小麦拉伸参数影响均达极显著水平,二者互作除对延展性无显著影响外,对其余指标影响均达极显著水平。 不同处理对‘济麦22’拉伸阻力和延展性影响较小,FR 处理拉伸面积和最大阻力最大,其拉伸面积显著高于CK 和CF 处理,最大阻力显著高于CK,拉伸比例CK 最高,显著高于CF 处理,但FR 处理与CK 和CF 处理间差异不显著;‘品育8012’各项拉伸参数比较,CF 和FR 处理间差异不显著,其拉伸阻力和拉伸比例显著低于CK;‘石农086’拉伸面积处理间无显著差异,CF 和FR 处理延展性显著高于CK,CK 拉伸阻力、最大阻力及拉伸比例最高,FR 处理次之;‘烟农1212’拉伸面积、拉伸阻力及延展性处理间无显著差异,FR 处理最大阻力最高,与CF 处理差异显著,拉伸比例以CK 最高,CF 和FR 处理差异不显著。

表4 不同施肥模式小麦拉伸参数Table 4 Tensile parameters of wheat under different fertilization modes

3 讨论

3.1 化肥减施对不同小麦品种产量及其构成因素的影响

赵亚南等[18]研究表明,与常规施肥相比,减量施肥对小麦产量没有显著影响,产量构成因子中仅千粒重有增加趋势,其他指标均没有显著变化。 郑景瑞等[19]研究认为,不同小麦品种产量在推荐养分施肥条件下差异显著。 本研究表明,化肥减施对不同品种小麦产量及其构成因素影响不同。 从品种角度来看,主要是小麦群体数量和千粒重限制产量。 从产量角度看,4 个小麦品种化肥减施潜力依次为‘烟农1212’ ＞‘济麦22’ ＞‘石农086’ ＞‘品育8012’。 梁鹏等[20]研究认为,‘烟农1212’产量潜力高是由于灌浆中后期保持了较高的光合速率,延缓了旗叶衰老。 本研究表明,‘烟农1212’增产主要是成穗数增加,产量构成因素协调。

3.2 化肥减施对小麦成熟期蛋白质组分的影响

有研究表明,随着施氮量的增加,小麦清蛋白和谷蛋白含量有减少的趋势,球蛋白和醇溶蛋白含量增加[21]。 磷肥也能影响小麦籽粒蛋白质组分的积累,王旭东等[22]研究表明,105 kg∕hm2的低磷水平处理提高了中筋小麦品种清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量,降低了球蛋白的含量。 适当施用钾肥对小麦籽粒中4 种蛋白组分的含量有显著提高的作用。 陆强等[23]指出,增施钾肥,可促进小麦籽粒产量、千粒重和蛋白质含量的增加。 本研究中不同品种小麦蛋白质组分含量对化肥减施的响应不同,施肥对‘济麦22’清蛋白和球蛋白含量的调控作用较小,而对谷蛋白和醇溶蛋白含量的调节作用较大;适量减施化肥对提高‘品育8012’谷蛋白含量具有重要作用,而对‘石农086’谷蛋白含量却无显著影响;化肥减施对‘烟农1212’醇溶蛋白含量影响较小。 由此说明,施肥量对小麦蛋白质组分的影响因品种而异,这与石玉等[24]研究结果一致。

3.3 化肥减施对小麦加工品质的影响

小麦籽粒品质除受遗传因素和生态条件的影响外,栽培措施和生态环境对籽粒品质有明显的调控效应,其中以肥料的效应最为显著[25-26]。 陈莉等[27]研究表明,氮、磷、钾肥对小麦的加工品质具有明显的互作效应,小麦籽粒容重、沉淀值、湿面筋、吸水量、形成时间、稳定时间随氮、磷、钾的适当用量增加显著增加。 本研究表明,不同小麦品种加工品质指标对施肥的响应不同,除品种本身特性外,施肥处理是影响小麦粉质参数和拉伸参数的重要因素。 与常规施肥相比,化肥减施处理‘济麦22’弱化度显著降低,拉伸面积显著提高,‘品育8012’则各项参数差异均不显著,‘石农086’弱化度显著降低,最大阻力和拉伸比例显著提高,‘烟农1212’弱化度显著降低,稳定时间和最大阻力显著提高。 可见,除‘品育8012’外,适量减施化肥有利于提高其他3 个品种的面团流变学特性,进而改善小麦的加工品质。

4 结论

晋南地区冬小麦在滴灌灌水总量1 800 m3∕hm2,生育期灌水4 次,越冬前和拔节期增量灌水条件下,总施纯N 240.0 kg∕hm2,其中基施纯N 180.0 kg∕hm2、P2O5105.0 kg∕hm2、K2O 34.5 kg∕hm2,拔节期追施纯N 60.0 kg∕hm2时,‘烟农1212’和‘济麦22’能够实现稳产提质和化肥减施增效。