“津强7号”春小麦产量和品质对施氮水平响应的探究

陈兴喆 康洋 辛德财 葛均筑

摘要：为探究不同施氮水平对华北平原北部春小麦产量和品质的影响，文章以春小麦品种“津强7号”为试验材料，设置施氮量为0（N0）、120（N120）、180（N180）、240（N240）kg·hm-2的单因素试验，测定“津强7号”春小麦产量及产量构成因素、籽粒品质与面粉品质。结果表明，与不施氮肥处理（N0）相比，随着施氮量的增加，“津强7号”春小麦显著增产85.9%～128.9%，主要原因在于穗粒数显著增加17.4～24.2个，百粒质量显著提高0.9～1.1 g·100粒-1。与不施氮肥处理（N0）比较，施氮显著提高“津强7号”春小麦籽粒蛋白质含量和硬度，增幅分别达到28.9%～56.4%和24.4%～33.1%，容重增加3.3%～4.7%。施氮显著改善了“津强7号”春小麦面粉品质，湿面筋含量、沉降值、最大拉伸阻力、拉伸面积分别比不施氮肥处理（N0）显著增加了36.7%～57.9%、236.9%～398.5%、381.9%～745.4%、148.0%～293.3%，面团形成时间增加了2.2～3.7 min（P<0.05），且均在高氮水平（N240）下达到最优。因此，“津强7号”春小麦在试验范围内最优施氮量为240 kg·hm-2，穗粒数增加、穗粒质量提高、小麦产量最高达6.6×103 kg·hm-2，实现了“津强7号”春小麦增产和提质。

关键词：春小麦；“津强7号”；产量；品质；施氮量

收稿日期：2023-04-17

基金项目：天津市优秀农业科技特派员项目（22ZYCGSN00220）

主要作者简介：陈兴喆（1987—），男，在职硕士生，主要从事科技信息化系统方面研究。E-mail：buptcxz@qq.com

通讯作者简介：葛均筑（1982—），男，副教授，博士，主要從事作物栽培生理学研究工作。

小麦是我国重要的口粮作物，华北平原小麦产量占全国总产量的80%左右（国家统计局数据）。华北平原地处我国地下水限采区，小麦生长季降水量仅为174～261 mm，不能满足小麦所需450 mm以上的降水需求。小麦灌溉需水量因不稳定降水而呈上升趋势[1]，水资源紧缺成为小麦生产的重要限制性因素之一[2]。华北平原中北部热量资源紧张，夏玉米生理成熟后需在137.7 ℃～267.6 ℃温度条件下进行籽粒脱水才能满足机械粒收的含水量要求[3]，而冬小麦播期过晚会影响小麦安全越冬，成为制约夏玉米机械粒收技术推广应用的主要因素[4]。华北平原中北部是冬小麦和春小麦的种植交错区，研究表明提高春小麦群体数量，可实现小麦稳产[5]。天津市2010—2022年春小麦播种面积持续上升，2021年因秋汛导致冬小麦难以播种，冬小麦改种春小麦面积增加，春小麦最大种植面积达到2.6万hm2。春小麦可以节约冬前和返青期2次灌溉用水，同时使夏玉米籽粒灌浆脱水期延长30～50 d，实现籽粒机收，因此春小麦—粒收夏玉米周年种植制度成为华北平原北部地区稳产节水新型种植制度。氮素是提高作物生产力最重要的营养元素之一，为我国粮食安全生产发挥了不可替代的作用，但以产量为目标的农业生产长期存在大量施氮问题，导致粮食作物氮肥利用率仅为40.2%（农业农村部，2021）。华北平原高度集约化的周年种植制度导致过量施氮问题突出，农民传统施肥习惯下，小麦生长季总施氮量超过350 kg·hm-2，导致氮肥增产效率降低，同时引起一系列环境问题[6-7]。研究表明，华北平原冬小麦—夏玉米周年体系中当季约30%的氮素残留会被后茬作物利用，合理运筹氮肥能通过增加小麦有效穗数和穗粒数提高产量[8]；马尚宇等[9]研究表明，增施氮肥有利于提高小麦产量，且在高氮梯度时期小麦穗粒数和千粒质量较高。大量研究表明，适量施用氮肥可增强小麦光合作用，提高小麦籽粒产量与品质，显著提高籽粒蛋白质含量，改善小麦加工品质[10-11]；

也有研究表明小麦产量与籽粒蛋白质含量之间呈显著负相关关系，施用氮肥可提高小麦产量，但会降低籽粒蛋白质含量以及小麦加工品质，原因在于小麦植株对氮素的吸收、同化和转运会直接影响小麦籽粒产量和蛋白质含量[12]。研究表明，氮肥施用量由180 kg·hm-2增加至240 kg·hm-2时，小麦面粉沉淀指数、面团形成时间及稳定时间等均显著提高，而进一步增施氮肥，小麦籽粒产量和品质均显著下降[13]。已有学者对冬小麦合理施用氮肥的增产提质效应做了较多研究，但春小麦的相关研究较少。本研究通过试验分析“津强7号”春小麦的产量和品质对施氮量的响应，明确华北平原北部地区春小麦优质稳产适宜施氮量，为挖掘春小麦增产优质、实现丰产增效提供支撑。

1  材料和方法

1.1   试验材料

春小麦品种为“津强7号”。

1.2   试验设计

采用单因素试验设计，设4个施氮量水平，分别为0、120、180、240 kg·hm-2，分别记为N0、N120、N180、N240，施肥时期分别为种肥（40%N）、拔节肥（30%N）、抽穗肥（30%N）。磷钾肥均为90 kg·hm-2，作为种肥一次性施入。

1.3   试验概况

试验于2022年2—6月在天津市静海区独流镇肖家楼村基地进行。试验地前茬作物为春玉米，0～20 cm土壤基础养分含量为：有机质14.1 g·kg-1、全氮0.93 g·kg-1、水解性氮44.2 mg·kg-1、速效磷54.2 mg·kg-1、速效钾204 mg·kg-1。“津强7号”春小麦播种量为450 kg·hm-2，行距为20 cm。全部采用大区播种，每个处理面积667 m2，不设重复。田间管理措施同普通大田。

1.4   测定指标与方法

1.4.1 农艺性状 成熟期每个处理选5个样点，每个样点选取100株，测量小麦株高和穗长。

1.4.2 产量构成因素 成熟期每个处理选5个样点，每个样点取5行1 m长，面积共计1 m2，数取小麦所有穗数，计算每667 m2的小麦总穗数。将之前进行农艺性状考察的小麦植株单穗脱粒，测定小麦单穗质量、穗粒数、百粒质量。

1.4.3 产量 将每个处理分成3块样田，分别进行机械收获，测定其收获面积，并称取小麦质量，测定水分后按照13%安全含水率折算出小麦产量。

1.4.4 品质 测产后每个处理随机取3份1 000 g的小麦籽粒样品，带回实验室用傅里叶变换近红外光谱品质分析仪测定小麦品质。

1.5   数据分析

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0对试验数据进行处理，主要包括方差分析、相关分析及逐步回归统计分析。

2  结果与分析

2.1   “津强7号”春小麦产量及产量构成因素对施氮量的响应

在试验范围内，“津强7号”春小麦产量随着施氮量的增加呈增加趋势（图1），与N0处理相比，施氮处理的小麦产量显著增加85.9%～128.9%，产量为5.4～6.6×103 kg·hm-2，以N240处理的小麦产量最高。与N120处理相比，N180处理的小麦增产9.6%，N240处理的小麦增产22.8%；N240处理的小麦产量比N180处理增产0.7×103 kg·hm-2。但不同施氮量水平之间，小麦产量差异不显著。

分析“津强7号”春小麦产量构成因素对施氮量的响应（表1）可以看出，小麦穗数主要受品种特性和出苗率的影响，对施氮量无显著响应。与N0处理相比，施氮处理的小麦穗粒数显著增加17.4～24.2个，穗粒质量显著提高0.8～1.1 g，百粒质量显著提高0.9～1.1 g。不同施氮量水平下，N120和N180处理的小麦穗粒数比N240处理显著减少6.0～6.8个，穗粒质量显著降低0.3 g。N180处理的百粒质量比N240处理显著降低0.2 g。

2.2   “津强7号”春小麦农艺性状对施氮量的响应

随着施氮量的增加，“津强7号”春小麦株高和穗长均呈增加趋势（表2），以N240处理最高，株高和穗长分别为79.5 cm和8.1 cm。与N0处理相比，不同施氮量水平下，“津强7号”春小麦株高显著增高26.1～32.8 cm，穗长显著增长2.0～2.9 cm。N240处理的株高与N180处理差异显著，增加9.2个百分点；穗长与N120处理差异显著，增长0.9 cm。

2.3   “津强7号”春小麦籽粒品质对施氮量的响应

分析“津强7号”春小麦籽粒蛋白质含量对施氮量的响应（图2）可以看出，小麦籽粒蛋白质含量随着施氮量的增加呈大幅上升趋势。与N0处理相比，施氮处理的小麦籽粒蛋白质含量显著提高28.9%～56.4%，达到17.3%～20.9%。

与N120处理相比，N180处理的小麦籽粒蛋白质含量提高7.8%（P>0.05），N240处理的小麦籽粒蛋白质含量提高14.4%（P<0.05）；N240处理的小麦籽粒蛋白质含量比N180处理提高了6.1个百分点，差异未达到显著水平。

由图3可见，“津强7号”春小麦籽粒容重随着施氮量的增加呈上升趋势。与N0处理（小麦籽粒容重776.9 g·L-1）相比，施氮后小麥籽粒容重显著提高3.3%～4.7%，达到802.8～814.1 g·L-1，以N240处理最高。与N120处理相比，N180和N240处理的小麦籽粒容重提高1.2%～1.4%（P>0.05），但差异未达到显著水平。

分析“津强7号”春小麦籽粒硬度对施氮量的响应（图4）可以看出，小麦籽粒硬度随着施氮量的增加而显著上升。与N0处理（小麦籽粒硬度38.5）相比，施氮后小麦籽粒硬度显著提高24.4%～33.1%，达到47.9～51.2，以N240处理最高。与N120处理相比，N180处理的小麦籽粒硬度提高5.5个百分点（P>0.05），N240处理的小麦籽粒硬度提高6.9个百分点（P<0.05）；N240处理的小麦籽粒硬度比N180处理提高1.4个百分点，但差异未达到显著水平。

2.4   “津强7号”春小麦面粉品质对施氮量的响应

分析“津强7号”春小麦面粉品质对施氮量的响应（表3）可以看出，小麦面粉品质随着施氮量的增加均呈显著上升趋势。与N0处理相比，施氮后小麦面粉湿面筋含量、沉降值、最大拉伸阻力、拉伸面积显著增加，分别增加36.7%～57.9%、236.9%～398.5%、381.9%～745.4%、148.0%～293.3%，面团形成时间增加2.2～3.7 min（P<0.05）。N240处理的小麦面粉吸水率显著增加12.0个百分点；N180和N240处理的小麦面粉面团稳定时间增加0.7～1.1 min（P<0.05）。比较施氮量对“津强7号”春小麦面粉品质影响可知，与N120处理相比，N180处理的小麦面粉湿面筋含量、吸水率、最大拉伸阻力、拉伸面积、面团形成时间及稳定时间均无显著差异，沉降值增加5.8 mL（P<0.05）；而N240处理的小麦面粉品质与N120处理之间差异均达到显著水平；N240与N180处理之间除面粉沉降值显著增加4.7 mL外，其他面粉品质指标差异未达到显著水平。

3  结论与讨论

已有研究表明，合理施用氮肥能够提高小麦叶片光合性能，促进植株干物质积累，表现为穗数和穗粒数增加、穗粒质量降低，但可协同实现小麦增产[8，10，14]；随着施氮量的增加，小麦籽粒产量呈抛物线趋势，即先上升后趋平缓直至降低，过量施用氮肥导致小麦显著减产[9，15]。强筋小麦在0～240 kg·hm-2施氮量范围内显著增产；在240～360 kg·hm-2施氮量范围内产量无差异；在360～480 kg·hm-2施氮量范围内显著减产；且在0～360 kg·hm-2施氮量范围有利于小麦穗数和穗粒数增加，但不利于小麦穗粒质量提高[16]。本研究结果表明，与不施氮（N0）相比，施氮后“津强7号”春小麦显著增产85.9%～128.9%，中高施氮水平（N180和N240）的小麦产量比低施氮水平（N120）增产9.6%～22.8%，且中高施氮水平之间的小麦增产趋势变缓，主要原因在于施氮后小麦穗粒数增加、穗粒质量提高，在同等群体下通过增加穗粒质量实现增产。本研究在试验范围内尚未发现最高施氮水平，但根据小麦产量增长趋势模拟分析得出，春小麦最佳施氮量应该为220～250 kg·hm-2，不宜过高。本试验结果的施氮量基本与马瑞琦等[16-17]研究结果一致，强、弱筋小麦在180～240 kg·hm-2施氮量范围内，小麦产量及产量构成因素最优，可实现高产稳产。

郭伟等[18]研究表明，随着施肥量的增加小麦籽粒蛋白质含量升高，在180～240 kg·hm-2施氮量范围内，小麦籽粒蛋白质含量及其组分含量均随着施氮量的增加而提高，其中醇溶蛋白和谷蛋白的增加幅度高于清蛋白和球蛋白[17]。雷钧杰等[19]研究表明，冬小麦籽粒容重和面粉湿面筋含量随着施氮量的增加呈先上升后下降的变化趋势，但马瑞奇等[17]研究表明随着施氮量的增加小麦籽粒容重逐渐降低，硬度则逐渐增加。本研究结果表明，春小麦施氮比不施氮的小麦籽粒蛋白质含量和容重呈大幅度上升趋势，分别提高28.9%～56.4%和3.3%～4.7%，硬度提高24.4%～33.1%（P<0.05）。不同施氮量水平之间，小麦籽粒蛋白质含量、容重、硬度均随着施氮量的增加呈上升趋势，且高施氮水平的小麦籽粒蛋白质含量和硬度与低施氮水平的差异达到显著水平，分别提高14.4%和6.9%。

曹承富等[20]研究表明，在0～225 kg·hm-2施氮量范围内，增施氮肥显著提高强筋、中筋、弱筋不同类型小麦面粉的沉淀值，延长面团的形成时间及稳定时间。在180～240 kg·hm-2施氮量范围内，小麦面粉的沉淀值、湿面筋含量、吸水率、沉淀指数、面团形成时间及稳定时间等均随着施氮量的增加而显著提高，但进一步增施氮肥小麦品质显著下降[13，17]，小麦面粉沉淀值和面团稳定时间在225 kg·hm-2施氮量下最大[21]。本研究结果表明，与不施氮相比，施氮后“津强7号”春小麦面粉的湿面筋含量、沉降值、最大拉伸阻力、拉伸面积分别显著增加36.7%～57.9%、236.9%～398.5%、381.9%～745.4%、148.0%～293.3%，面团形成时间显著增加2.2～3.7 min。不同施氮量水平之间，“津强7号”春小麦面粉品质指标均呈上升趋势，且均在高氮水平（N240）下达到最高值，中高施氮水平之间差异不显著，说明在本研究的施氮量水平范围内，“津强7号”春小麦的品质指标与已有的研究结论一致，且春小麦面粉品质对施氮量响应的变化趋势已经趋于平缓。

本研究条件下，“津强7号”春小麦穗粒数和穗粒质量随着施氮量的增加而显著增加，进而实现小麦显著增产，同时通过提高小麦籽粒容重和蛋白质含量，可显著改善面粉品质。本研究结论为：天津市春小麦适宜施氮量为240 kg·hm-2，

可实现产量6.0×103 kg·hm-2以上，同时能保证春小麦籽粒品质和面粉品质最优。

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