不同类型肥料对稻茬弱筋小麦产量与品质的影响

王 犇,任开明,马尚宇,樊永惠,张文静,黄正来

(安徽农业大学 农学院,安徽 合肥 230036)

弱筋小麦因其蛋白质含量、湿面筋含量较低、面团稳定时间较短等原因,适合作为生产糕点、饼干等食品的原材料,目前,国内优质弱筋小麦市场缺口较大[1]。安徽省沿淮麦区及江淮丘陵地区,因其灌浆期多雨潮湿,光照不足,且前茬作物多为水稻等原因,小麦籽粒蛋白质的形成与积累较慢,比较适合弱筋小麦的生产[2-3]。弱筋小麦优质生产中如果增施氮肥与推迟追肥时期会使弱筋小麦蛋白质含量、湿面筋含量及沉降值等品质指标升高,造成品质的降低[4-6]。

缓释肥、控失肥及配方施肥作为新型环保肥料因其养分释放时间较长,能够更符合生育时期较长的小麦生长,因此,达到小麦增产的目的,腐殖酸肥料能降低土壤氮损失,提高肥料利用率,使小麦增产[7-8]。汪强等[9]研究发现,缓释肥料能使冬小麦产量提高3.4%～20.2%,肥料利用率提高7.65%～15.45%。缑培欣等[10]研究发现,一次性基施控失肥、有机无机配方肥和腐殖酸处理下小麦的氮肥农学效率分别较普通肥处理平均提高139.0%,67.5%,52.8%,产量增幅为22.5%～53.7%。有关新型肥料的报道较多,但肥料种类与制作工艺及生产实际情况的差异较大,导致实际生产上难以选择。因此,本研究在等量的氮、磷、钾养分供应的情况下,研究4种不同类型肥料(缓释掺混肥料、控失肥、腐殖酸肥料、小麦配方肥)一次性基施对稻茬弱筋小麦产量及品质的影响,分析对小麦干物质转运、灌浆、产量及品质的影响,为江淮稻茬麦区弱筋小麦高产优质生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料与设计

试验于2020—2022年在安徽省合肥市庐江县安徽农业大学皖中综合试验站(117.23°E,31.48°N)进行,前茬为水稻。播种前土壤pH值为5.45,有机质含量21.37 g/kg,碱解氮100.5 mg/kg,速效钾含量98 mg/kg,速效磷21.4 mg/kg。供试品种为宁麦13与皖西麦0638。

试验采用二因素裂区设计,每个处理小区长20 m,宽2.3 m。主区为肥料处理,副区为品种,肥料处理分别为:不施肥处理(CK)、常规高产施肥基施复合肥(17-17-17)652.94 kg/hm2,拔节期追施尿素150 kg/hm2(T1);基施44%(25-12-7)缓释掺混肥料(含缓释氮8%)720 kg/hm2(T2);基施43%(24-12-7)控释肥750 kg/hm2(T3);基施43%(23-13-7)含腐植酸肥料782.61 kg/hm2(T4);基施45%(25-13-7)小麦配方肥720 kg/hm2(T5),T1～T4处理P与K肥用P2O5、K2O补充至常规高产施肥模式CK用量,使所有处理养分一致,纯氮180 kg/hm2。除常规高产施肥T1处理外所有肥料一次性基施,其他管理措施同大田高产栽培管理。试验所用肥料均由中盐安徽红四方肥业股份有限公司提供。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 干物质积累与转运相关指标计算公式 于小麦开花期、成熟期每个处理取30单茎,3次重复,分为茎鞘+叶片、颖壳+穗轴以及籽粒3部分,80 ℃烘干至恒质量,用于干物质积累分配计算,干物质花前、花后干物质转运量与籽粒贡献率相关计算方法参考马尚宇等[11]计算方法。

1.2.2 灌浆动态测定 开花期挂牌标记同一天开花且长势相近的植株,开花后7 d开始取样,每处理取20穗,每7 d取样1次,80 ℃烘干脱粒后称取千粒质量。采用Logistic方程以千粒质量作为因变量,开花后天数为自变量,对冬小麦籽粒灌浆过程进行拟合,并计算相应的灌浆特征参数,分析籽粒灌浆特性,计算灌浆参数,具体计算公式参考江晓东等[12]试验方法。

1.2.3 氮肥农学效率及氮肥偏生产力计算 氮肥农学效率=(施氮区小麦产量-不施氮区作物产量)/施氮量

1.2.4 产量及其构成因素 收获前在每个小区中选取长势均匀的1 m2调查穗数,重复3次,从中随机选取30穗脱粒,然后计算平均穗粒数,取1 000粒称质量作为千粒质量。在试验区小麦达到黄熟末期后用收割机收获后称量每个小区的产量,在测定收获小麦的籽粒含水率后折算成含水率为13%的籽粒产量。

1.2.5 品质指标测定 使用Perten Instruments DA7200型近红外谷物分析仪测定小麦籽粒的含水量、蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间、Z-沉降值等参数。

1.3 统计分析

使用Microsoft Excel 2019对试验数据进行处理与作图,使用SPSS软件进行统计分析(Duncan新复极差法)。

2 结果与分析

2.1 不同肥料处理对稻茬弱筋小麦干物质分配的影响

由表1可知,不同类型肥料影响了小麦干物质在不同器官的分配量。干物质在各器官中表现为籽粒>茎+叶>颖壳+穗轴。小麦配方肥T5处理干物质在籽粒中的分配量及比例最大,显著高于常规施肥T1处理。缓释掺混肥料处理与小麦配方肥处理干物质在籽粒中的分配量显著高于常规施肥处理。宁麦13常规施肥T1处理干物质在茎+叶中分配量最大,显著高于其他处理。缓释掺混肥料及小麦配方肥处理干物质在茎+叶中的分配量显著低于常规处理,这说明2种肥料处理较常规施肥不同程度提高了营养器官中干物质向籽粒中转运的能力,减少了干物质在营养器官中的分配量。

2.2 不同肥料处理对弱筋小麦干物质转运的影响

由表2可知,5种肥料处理较不施肥处理均提高了花前、花后干物质的转运量及花后干物质对籽粒的贡献率。相对于常规施肥T1处理,其他4种肥料处理均提高了花后干物质的转运量及花后干物质对籽粒的贡献率。相对于常规施肥处理,宁麦13花后干物质对籽粒的贡献率,缓释掺混肥料、小麦配方肥处理分别提高了4.54,8.10百分点,皖西麦0638分别提高了11.34,11.83百分点。宁麦13的缓释掺混肥与小麦配方肥处理相较于常规施肥处理花前干物质转运量未产生显著差异(除T3处理外),而显著提高花后干物质的转运量。

2.3 不同肥料对弱筋小麦灌浆参数的影响

由表3可知,不同肥料处理均提高了小麦灌浆的理论最高粒质量(K)、平均灌浆速率(Va)、最大灌浆速率(Vmax)、最大灌浆速率出现时间(Tmax)及有效灌浆天数(T)。相对于常规施肥处理,宁麦13小麦配方肥T5处理平均灌浆速率提高最多,提高了12.28%,缓释掺混肥料处理灌浆有效天数延长最多,延长了4.02 d。皖西麦0638平均灌浆速率缓释掺混肥料处理提高了3.13%(仅次于腐殖酸复合肥),缓释掺混肥料处理下最大灌浆速率较常规施肥处理提高13.90%,小麦配方肥处理延长有效灌浆时间3.8 d。

表3 不同肥料处理下小麦的灌浆参数

2.4 不同肥料处理对弱筋小麦氮肥农学效率的影响

由图1可知,不同肥料处理对氮肥农学效率影响差异较大,品种间对同种肥料的响应存在差异。两品种2 a连续以缓释掺混肥料、小麦配方肥处理氮肥农学效率最高。相对于常规施肥处理,缓释掺混肥料处理宁麦13、皖西麦0638氮肥农学效率2 a内平均提高了23.14%,36.88%,小麦配方肥处理平均提高了36.31%,39.35%。小麦配方肥处理与缓释掺混肥料处理相比,仅在2021—2022年宁麦13达成显著差异。2020—2021年,宁麦13控失肥、腐殖酸配方肥处理均低于常规施肥,但未达到显著水平。

图柱上不同小写字母表示同一品种间不同处理在0.05水平具有差异显著性;图柱上垂直线表示标准误。

2.5 不同肥料处理对弱筋小麦产量及构成因素的影响

由表4可知,5种肥料较不施肥处理均能提高小麦籽粒产量。宁麦13 CK、T1、T2、T3、T4、T5处理2 a平均产量为2 496.13,4 557.33,4 966.21,4 243.67,4 580.86,5 208.43 kg/hm2。皖西麦0638产量平均为2 270.62,4 501.55,5 413.50,4 647.14,4 501.55,5 377.32 kg/hm2,以缓释掺混肥料和小麦配方肥处理产量最高。缓释掺混肥料较常规施肥处理相比2 a平均增产9.27%～24.30%,小麦配方肥增产11.64%～22.98%。相较于常规施肥处理,2020—2021年缓释掺混肥料处理下,宁麦13与皖西麦0638分别较常规施处理增产3.40%,16.30%,小麦配方肥2个品种增产6.54%,18.74%。2021-2022年两品种缓释掺混肥处理分别较常规施肥增产15.14%,24.23%与22.86%,20.17%。缓释掺混肥料、小麦配方肥对比,仅2021—2022产量差异显著,宁麦13小麦配方肥处理显著高于缓释掺混肥料处理,而皖西麦0638相反,缓释掺混肥料处理显著高于小麦配方肥处理。进一步分析产量构成因素,与不施肥处理相比5种施肥处理均能提高有效穗数与千粒质量。而相较于常规施肥处理,2021—2022年缓释掺混肥料、小麦配方肥均能稳定提高穗数。穗粒数缓释掺混肥料、小麦配方肥优于常规施肥处理,缓释掺混肥料、小麦配方肥相比无显著差异。相比于常规施肥处理,缓释掺混肥料、小麦配方肥其他处理在千粒质量上均有不同程度的提高,千粒质量缓释掺混肥料、小麦配方肥处理均显著高于常规施肥处理。

表4 不同肥料处理下小麦籽粒产量及其构成因素

2.6 不同肥料处理对小麦品质的影响

由表5可知,施肥处理均可显著提高小麦籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间及沉淀值。宁麦13常规施肥处理品质性状最高,皖西麦0638常规施肥处理同样处于较高水平,均高于小麦配方肥处理,蛋白质含量与稳定时间显著高于小麦配方肥处理,这表明常规施肥处理分次施肥相较于其他施肥处理能大幅度提高小麦籽粒的蛋白质含量、湿面筋含量。小麦配方肥品质数值全部低于控失肥处理与常规施肥处理,但部分未达显著。对照国家弱筋小麦品质标准(GB/T 17320-2013),蛋白质含量小于12.5%,湿面筋含量小于26%,稳定时间小于3 min,沉降值小于30 mL。宁麦13仅CK和小麦配方肥处理达到标准,而皖西麦0638所有处理全部达到国家弱筋小麦标准。

表5 不同肥料处理对弱筋小麦品质的影响

3 结论与讨论

3.1 不同肥料处理对稻茬弱筋小麦干物质分配及转运的影响

小麦籽粒产量来源于花前、花后干物质积累与转运的两部分,有部分研究认为花前同化物大部分用于器官的构建,花后干物质积累与对籽粒的贡献率与产量呈正相关[13-15]。研究发现提高基追比,增加追肥比例可以提高小麦花后干物质积累量与对籽粒的贡献率[16]。本试验研究发现,两品种缓释掺混肥料、小麦配方肥处理的小麦花后干物质转运量及对籽粒的贡献率相较于常规施肥处理均显著提高,且宁麦13缓释掺混肥料、小麦配方肥处理的花前干物质转运量同样高于其他处理,这表明含有缓释掺混肥料与小麦配方肥养分释放周期更加适合小麦生长利用。叶片和茎鞘是小麦光合作用的主要器官,前期干物质生产量高使植物营养器官发育充分,提高叶片的光合面积及光合能力,同时花后较其他处理仍有较高的肥力供应,使小麦花后干物质生产量增加,同化物向籽粒的转运能力提高,提高了小麦干物质在籽粒中的分配量与比例[17]。

3.2 不同肥料处理对稻茬弱筋小麦灌浆速率的影响

灌浆期是籽粒形成的重要时期,通过籽粒花后干物质质量拟合出的灌浆参数是衡量籽粒灌浆的重要指标[18-19]。研究指出,灌浆速率与有效灌浆天数是影响粒质量的关键因素[19]。小麦的灌浆速率与天数受遗传因素、栽培技术及生长环境多方面因素影响[20-21]。而灌浆期肥力的供应对小麦灌浆影响显著,氮肥后移能明显提高小麦的灌浆速率[22]。马新明等[23]研究发现,在一定施氮范围内,较高的供氮水平可以提高小麦的关键速率与有效灌浆天数。本试验研究发现,施氮处理较不施肥处理均提高了灌浆参数,缓释掺混肥料、小麦配方肥处理灌浆速率及有效灌浆天数等处于较高数值,这表明缓释掺混肥料、小麦配方肥2种肥料在花后较其他肥力有较高的供氮能力,小麦叶片的叶绿素含量与光合速率较高,故提高了籽粒灌浆速率的同时,延长了籽粒有效灌浆天数,使籽粒灌浆充分,提高粒质量。

3.3 不同肥料处理对稻茬弱筋小麦产量及品质的影响

控失肥、缓释肥作为新型肥料,较长的肥力供应时间能满足作物生长中后期对养分的需求[24-25]。一次性基施控缓释肥既能节省经济与劳动力成本,同时又能达到作物增产的效果[26]。马富亮等[27]研究发现,控释尿素相较于普通尿素能提高小麦的有效穗数、穗粒数及千粒质量,产量能增加10.4%～16.5%。本试验发现,几种肥料相对于常规高产施肥穗粒数的增加并不明显,这可能是由于常规高产施肥在拔节期的追肥,拔节期—抽穗期是穗形成的关键时期,小麦植株获得氮素的补充促进了小麦穗的分化。邓先亮等[28]研究发现,一次性基施含腐殖酸的控释掺混肥料相对于传统高产施肥(基肥+苗肥+拔节肥+剑叶肥)产量能提高2.21%。本试验研究发现,缓释掺混肥料、控失肥、腐殖酸复合肥、小麦配方肥4种肥料相对于常规施肥均能提高小麦产量,缓释掺混肥料与小麦配方肥处理连续2 a均有较高的产量。相对于常规高产施肥T1处理,缓释掺混肥料、小麦配方肥处理对冬小麦的有效穗数与千粒质量提高比较明显,这应该是由于缓释掺混肥料与小麦配方肥的肥效较长,前期释放缓慢,减少肥料养分的流失,避免了小麦群体的过度生长,提高了小麦的成穗率,使有效穗数增多。花后仍有较多的氮素供应,使小麦灌浆更加充分,避免小麦早衰,延长灌浆时间,使籽粒更加饱满增加粒质量。提高氮素利用效率是提高作物产量的重要途径之一。白珊珊等[29]研究发现,控失肥一次性基施相较于常规施肥能显著提高氮肥农学效率。侯红乾等[30]研究发现,与常规普通肥料相比,70%普通肥+30%有机肥处理能明显提高小麦的氮肥农学效率。本试验研究发现,缓释掺混肥料、小麦配方肥处理连续2 a能稳定提高小麦氮肥农学利用效率。2020—2021年宁麦13控失肥、腐殖酸复合肥处理氮肥农学效率显著低于常规高产施肥,这可能是由于此期间试验地降雨量较大,部分小区发生渍害导致氮素流失严重造成的。

小麦品质与小麦遗传因素与栽培环境密切相关[31]。有研究发现,一定程度上的前氮后移和增加氮肥的使用量能提高强筋小麦籽粒产量与蛋白质含量,而弱筋小麦不需要较高的蛋白质含量,众多研究发现,弱筋小麦施氮量超过一定范围,则会使蛋白质含量升高,造成品质下降[32]。有研究表明,追肥的时间与小麦籽粒品质形成关系密切,在180 kg/hm2,基追比为6∶4时,小麦籽粒产量最高,且籽粒蛋白质与湿面筋含量符合国家弱筋小麦标准[33]。而本试验条件下,宁麦13在180 kg/hm2氮素施用量下仅小麦配方肥处理籽粒品质达成国家弱筋小麦标准,皖西麦0638全部符合国家弱筋小麦标准。这可能是由于栽培环境、试验地点及不同品种对氮素的敏感程度不同导致的。生产中,为了实现弱筋小麦品质的达标,往往使用减少后期追氮比例的方式。本试验所使用的缓释掺混肥料由于养分释放时间偏后,造成蛋白质含量较高,品质下降。

本试验研究表明,总施氮量180 kg/hm2前提下,4种肥料类型一次性基施,相较于常规高产施肥模式,小麦配方肥能显著提高小麦干物质生产量与干物质在籽粒中的分配量。提高小麦灌浆速率、延长有效灌浆时间,显著增加籽粒粒质量,提高成穗率,实现小麦高产的同时籽粒品质符合国家弱筋小麦标准。综合分析产量与品质,小麦配方肥一次性基施可作为江淮稻茬弱筋小麦高产优质生产施肥模式之一。本试验中缓释掺混肥料处理的小麦产量表现较优,但宁麦13籽粒品质不符合国家弱筋小麦标准,后续可继续研究适当降低缓释掺混肥料的施用量对不同品种弱筋小麦产量与品质的影响。