施氮量对不同品质类型小麦产量和加工品质的影响

徐凤娇，赵广才，田奇卓，常旭虹，杨玉双 ，王德梅，刘 鑫

(1中国农业科学院作物科学研究所，农业部作物生理生态与栽培重点开放实验室，北京100081;2山东农业大学，作物生物学国家重点实验室，山东泰安271018)

小麦产量和品质的形成与氮素营养密切相关。生产中，氮肥施入量大、利用率低等问题引起了很多相关科研人员的关注［1］。一些研究［2－4］表明，适量施用氮肥既能增加小麦子粒产量又能提高蛋白质含量和子粒湿面筋含量，延长面团形成时间、稳定时间和断裂时间，使子粒产量和蛋白质含量达到同步增加，氮素水平过高虽能提高子粒蛋白质含量，但子粒产量下降。另有研究［5－6］认为，施氮可以提高小麦产量和品质，但是小麦达到最高产量或最高品质时的施肥量在不同品种间存在明显差异。程国旺等［7］研究认为，拔节期适当的氮肥用量能提高产量，而品质表现主要受基因型和供氮背景的影响。杨延兵等［8］研究发现，施氮量对小麦产量的贡献率为20.69%，基因型为48.66%。不同基因型小麦达到最高产量时的施氮量不同。赵广才等［9］用7个强筋小麦品种，分别在6个省试验，研究认为，在施氮N 0～300 kg/hm2范围内，湿面筋、沉降值、吸水率、面团形成时间、稳定时间、延伸性、面包体积均随施氮量增加逐渐提高，其中面团形成时间、稳定时间、湿面筋、沉降值对氮肥反应敏感。不同品质类型小麦的产量性状和品质指标对施氮调控的反应不同，又因生态环境和栽培措施不同，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。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负面作用，已成为小麦生产中亟待解决的问题。本试验选用两个强筋小麦品种和两个中筋小麦品种，研究不同施氮量对不同品质类型小麦产量及加工品质的影响，以期为不同品质类型小麦优质高产栽培的氮肥运筹提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验于2009年10月2日在中国农业科学院作物科学研究所进行，试验地0—20 cm耕层土壤有机质含量25 g/kg、全氮1.0 g/kg、碱解氮114 mg/kg、速效磷37 mg/kg、速效钾125 mg/kg。

试验为裂区设计，主区为小麦全生育期的施氮处理，设五个水平，即施 N 0、90、180、270、360 kg/hm2，分别用N0、N90、N180、N270、N360表示，施肥方式为底肥和追肥各50%，于拔节中期随水追肥。副区为品种，强筋小麦济麦20、强筋小麦皖麦38、中筋小麦京冬8、中筋小麦中麦8。基本苗180万株/hm2，小区面积 7.2 m ×1.4 m=10.08 m2，试验设3次重复，共60个小区。在旗叶展开后0、7、14、21、28和35 d取样测定旗叶叶绿素含量和全氮含量。出苗后，每小区选2个固定样点，收获时拔取样点植株考种。其他管理同一般高产田。试验于2010年6月20日按小区收获测定子粒产量。

1.2 测定项目和方法

叶绿素测定参照丙酮－无水乙醇浸提法;叶片全氮含量采用FOSS公司的Kjeltec2300自动定氮仪测定;子粒蛋白质含量采用Kjeltec2300自动定氮仪测定子粒全氮含量，乘以5.7即为子粒蛋白质含量;千粒重用肖邦数粒仪数500粒称重，2次重复，(重复间相差小于0.5 g)，再换算成千粒重;容重用上海东方衡器厂产HGT－1000型容重器，按国家粮食标准(GB－1351－78)方法测定;面筋含量用瑞典Falling Number公司2200型面筋仪，参阅AACC38－2方法进行测定;沉降值用德国Brabender公司的沉降值仪，按AACC56－63ZELENY方法测定;面团流变学特性用德国 Brabender公司的粉质仪，按AACC56－21方法测定;面包烘烤试验按中华人民共和国国家标准AA－CC10－01方法测定。

试验数据用Excel和DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对不同小麦品种旗叶叶绿素含量的影响

不同施氮量比较，各施氮处理叶绿素含量明显高于对照(N0，不施氮肥)，最高值出现在旗叶展开后14 d，之后逐渐下降，表现为处理N360＞N270＞N180＞N90＞N0，成熟期表现为处理N270＞N360＞N180＞N90＞N0(图1)。表明在一定范围内，随施氮量的增加旗叶叶绿素含量提高，增加氮肥施用量可以有效缓解叶绿素降解，延长叶片功能期。

品种间比较，各小麦品种叶绿素含量最高值均出现在旗叶展开后14 d，然后逐渐下降，之前表现为中筋品种(京冬8和中麦8)高于强筋品种(济麦20和皖麦38)，之后则表现为强筋品种(济麦20和皖麦38)高于中筋品种(京冬8和中麦8)。强筋小麦在旗叶展开14 d之前叶绿素含量较低，之后则下降缓慢，有利于后期产量的提高，中筋小麦则与此相反(图1)。

图1 施氮量对旗叶叶绿素含量的影响Fig.1 Effects of N-fertilizer rates on chlorophyll contents of flag leaves of wheat

2.2 施氮量对不同小麦品种旗叶氮素含量的影响

不同施氮量比较，旗叶展开后氮素含量逐渐下降，各处理旗叶氮素含量均明显高于对照，旗叶展开后7 d至35 d表现为N360＞N270＞N180＞N90＞N0(图2)。在一定范围内，随施氮量的增加氮素含量下降变慢，增加施氮量可以有效抑制旗叶氮素含量下降，延长叶片功能期。

品种间比较，不同品种旗叶氮素含量均表现为逐渐下降趋势。旗叶展开和展开后7 d中筋品种(京冬8和中麦8)旗叶氮素含量高于强筋品种(济麦20和皖麦38)，从旗叶展开14 d开始表现为强筋品种高于中筋品种，可见强筋小麦品种在旗叶展开初期氮素含量比中筋小麦低，但后期旗叶氮素含量下降缓慢，有效缓解了叶片衰老，延长了旗叶功能期，中筋品种与此相反。

图2 施氮量对旗叶全氮含量的影响Fig.2 Effects of N-fertilizer rates on total nitrogen contents of flag leaves of wheat

2.3 施氮量对不同小麦品种产量因素的影响

由表1可见，按照施氮因素的独立效应分析，各品种的穗数、穗粒数、子粒产量和蛋白质产量均高于对照，且随施氮量的增加逐渐提高，穗粒数在施氮N 180 kg/hm2时达到最高值，其他三项在施氮N 270 kg/hm2时达到最高值，当施氮量增加到N 360 kg/hm2时开始下降，表明施氮处理能有效增加小麦穗数、穗粒数，提高子粒产量和蛋白质产量，施氮N 270 kg/hm2是改善各产量因素的最适施氮量，施氮过量则不利于各产量因素的提高，还会造成肥料浪费和环境污染。品种间比较，不同氮肥用量对四个小麦品种各产量因素均有显著影响，济麦20蛋白质产量最高;皖麦38子粒产量最高;京冬8的穗数和千粒重最高;中麦8穗粒数最多。

表1 施氮量对小麦产量因素的影响Table 1 Effects of N-fertilizer rates on grain yield components of wheat

由表1还可以看出，不同氮肥处理对子粒产量和蛋白质产量的调控作用达到极显著水平，而对产量构成三因素的调控效果均不显著;品种间穗粒数和蛋白质产量差异显著，不同施氮量和品种的互作效应对千粒重、子粒产量均有显著影响。

2.4 施氮量对不同小麦品种一次加工品质的影响

由表2可见，各施氮处理的出粉率、硬度和子粒蛋白质含量均显著高于对照，N270处理的硬度和蛋白质含量最高;N360处理的出粉率最高;容重则表现为不施氮处理N0最高。品种间比较，济麦20硬度最大、蛋白质含量最高;皖麦38出粉率最高;京冬8的容重最高。

子粒蛋白质含量对氮肥调控反应敏感，其他一次加工品质指标受氮素调控不明显;品种间出粉率、硬度和蛋白质含量差异显著;氮肥和品种的互作效应对一次加工品质指标影响较大。

2.5 施氮量对不同小麦品种二次加工品质的影响

由表3可以看出，不同施氮量处理比较，施氮N180 kg/hm2可以显著延长面团形成时间和稳定时间，降低吸水率，改善小麦二次加工品质;随施氮量的增加沉降值增大，施氮N 360 kg/hm2处理最高(37.56)，面包体积达到最大值，而施氮量为180 kg/hm2时面包评分最高，可见在一定范围内增加施氮量可以增加面包体积，提高面包评分，但不施氮肥和施氮量过高(N 360 kg/hm2)均不利于改善面包烘焙品质。品种间比较，不同小麦品种的沉降值、面团形成时间和稳定时间、面包体积、面包评分由高到低依次为济麦20、皖麦38、京冬8、中麦8，并差异显著。湿面筋含量和吸水率则表现为由高到低依次是京冬8、皖麦38、济麦20、中麦8。

沉降值和湿面筋含量受氮素调控显著;二次加工品质各项指标受小麦品种遗传特性以及氮肥和品种互作效应影响显著。

表2 施氮量对小麦一次加工品质的影响Table 2 Effects of N-fertilizer rates on the fist processing quality of wheat

表3 施氮量对小麦二次加工品质的影响Table 3 Effects of N-fertilizer rates on the second processing quality of wheat

3 讨论

3.1 施氮量对不同小麦品种部分生理指标的影响

旗叶是小麦后期冠层的主要构成者，其对子粒产量的贡献可达41%～43%，而后期功能叶片的光合产物对子粒的贡献可达80%［10］。张定一等［11］研究认为，在一定范围内，施氮可以增加旗叶叶绿素相对含量，但是施氮量过大旗叶叶绿素相对含量会随之下降。本试验结果表明，在施氮量为N 0～360 kg/hm2的范围内，增加氮肥施用量可以有效缓解叶绿素降解，延长叶片功能期。强筋小麦旗叶展开后期叶绿素含量则下降缓慢，抑制了叶片衰老，中筋小麦则相反。这与张定一等的部分研究结果基本一致，并明确了施氮量对不同品质类型小麦旗叶叶绿素含量的影响，对指导生产具有应用价值。旗叶全氮含量变化规律是衡量小麦生育后期旗叶功能期长短的重要指标之一，有研究指出［12－13］，叶片养分含量明显受氮素的调控，叶片氮素含量随施氮量增加而提高。本研究认为，增加施氮量可以有效抑制旗叶氮素含量下降，延长叶片功能期。强筋小麦品种在旗叶展开初期氮素含量比中筋小麦低，但后期旗叶氮素含量下降缓慢，有效缓解了叶片衰老。

3.2 施氮量对不同小麦品种产量因素的影响

赵俊晔等［14］研究认为，施氮105～195 kg/hm2显著提高子粒产量，继续增施氮肥至285 kg/hm2，粒重和子粒产量均降低。赵广才等［15］则研究认为，在施氮N 0～300 kg/hm2范围内，随施氮量增加产量逐渐提高，处理间差异显著，但施氮N 300 kg/hm2仅比施N 225 kg/hm2的处理增产3.1%，因此，中产条件下施用氮素以N 225 kg/hm2左右较为适宜。在一定范围内，施氮量对小麦产量影响的变化规律基本一致，但因环境条件、供试品种特性等不同，试验结果存在很大差异。本试验条件下，施氮量对各产量因素均有影响，在施氮N 0～360 kg/hm2范围内，穗数、穗粒数、子粒产量和蛋白质产量随施氮量的增加逐渐提高，施氮N 270 kg/hm2时达到最高值，当增加到N 360 kg/hm2时均开始下降。品种间各产量因素的差异除受施氮调控以外，还与其品种自身的遗传特性有关。不同氮肥用量对4个小麦品种各产量因素有显著影响，济麦20蛋白质产量最高;皖麦38子粒产量最高;京冬8的穗数和千粒重最高;中麦8穗粒数最多。穗粒数、子粒产量和蛋白质产量对氮素调控反应敏感，品种间穗粒数和蛋白质产量差异显著，不同施氮量和品种的互作效应对千粒重、子粒产量均有显著影响。

3.3 施氮量对不同小麦品种加工品质的影响

加工品质分为一次加工品质和二次加工品质，其中一次加工品质包括出粉率、容重、子粒硬度、面粉白度和灰分含量等。二次加工品质主要包括面筋含量、面筋质量、吸水率、面团形成时间、稳定时间、沉降值、软化度、评价值等多项指标［16］。小麦品质性状受氮素调控差异显著，同时因小麦品质类型的差异表现不同。增施氮肥能够提高面粉的沉降值、湿面筋含量、提高面团吸水率、稳定时间、形成时间、面包体积和面包评分［17－18］。何萍等［19］研究认为，湿面筋、沉降值和稳定时间均表现出随氮肥用量的提高而增加的趋势。本试验研究明确了施氮处理对不同品质类型小麦一次加工品质和二次加工品质的影响，试验结果表明，施氮有利于子粒出粉率、硬度和蛋白质含量的提高，但不利于提高容重。济麦20硬度最大、蛋白质含量最高;皖麦38出粉率最高;京冬8的容重最高。子粒蛋白质含量对氮肥调控反应敏感;品种间出粉率、硬度和蛋白质含量差异显著;氮肥和品种的互作效应对各子粒品质指标影响较大。

在本试验条件下，高氮处理可以增加沉降值，施氮N 180 kg/hm2可以显著延长面团形成时间和稳定时间，降低吸水率，提高小麦加工品质。面包体积在施氮量为N 360 kg/hm2时达到最高值，而施氮量为180 kg/hm2时面包总体评分最高，可见在一定范围内增加施氮量可以增加面包体积，提高面包评分，但不施氮肥和施氮量过高(N 360 kg/hm2)均不利于提高面包烘焙品质。这一研究结果(适宜施氮量N 180～360 kg/hm2)与何萍等［19］在施氮量上的结果差异较大，他们的研究认为全部处理中以N 112.5 kg/hm2处理获得了较高的沉降值、粗蛋白和湿面筋含量及较长的稳定时间，分析认为这与供试品种和试验条件有关。试验品种间比较，沉降值、面团形成时间和稳定时间、面包体积、面包评分存在很大差异，由高到低依次为济麦20、皖麦38、京冬8、中麦8，且差异显著。湿面筋含量和吸水率则表现为由高到低依次是京冬8、皖麦38、济麦20，中麦8。沉降值和湿面筋含量受氮素调控显著;各加工品质指标受小麦品种遗传特性和氮肥×品种互作效应影响显著。生产中可以根据需要通过选良种和合理施肥的方式改善小麦加工品质，同时节约肥料，减少环境污染。

在施氮0～360 kg/hm2的范围内，增加氮肥施用量可以减缓叶绿素降解，抑制旗叶全氮含量降低，有效缓解了叶片衰老。本试验条件下，穗数、穗粒数、子粒产量和蛋白质产量均随施氮量的增加逐渐提高，在施氮N 270 kg/hm2时达到最高值，当施氮量增加到N 360 kg/hm2时开始下降。各品种间差异较大，京冬8的容重和蛋白质含量最高，皖麦38出粉率最高，济麦20硬度最大。高氮处理可以增加沉降值，施氮N 180 kg/hm2可以显著延长面团形成时间和稳定时间，降低吸水率，改善小麦加工品质。面包体积在施氮量为N 360 kg/hm2达到最高值，而施氮量为N 180 kg/hm2时面包总体评分最高。施氮量控制在N180～270 kg/hm2的范围内，可以有效提高产量和改善小麦品质。

［1］韩晓增，王守宇，宋春雨，等.黑土区水田化肥氮去向的研究［J］.应用生态学报，2003，14(11):1859－1862.Han X Z，Wang S Y，Song C Y et al.Fate of fertilizer nitrogen in paddy field of black soil region［J］.Chin.J.Appl.Ecol.，2003，14(11):1859－1862.

［2］王月福，姜东，于振文，等.氮素水平对小麦子粒产量和蛋白质含量的影响及其生理基础［J］.中国农业科学，2003，36(5):513－520.Wang Y F，Jiang D，Yu Z W et al.Effects of nitrogen rates on grain yield and protein content of wheat and its physiological basis［J］.Sci.Agric.Sin.2003，36(5):513 －520.

［3］Abad A，L loveras J，Michelena A.Nitrogen fertilization and foliature effects on durum wheat yield and quality and on residual soil nitrate in irrigated Mediterranean conditions［J］.Field Crops Res.，2004，87(2－3):257－269.

［4］刘霞，李青常，王振林，等.施氮水平对小麦子粒蛋白质组分和加工品质的影响［J］.植物营养与肥料学报，2007，13(1):70－76.Liu X，Li C Q，Wang Z L et al.Effects of nitrogen rates on grain protein components and processing quality of wheat［J］.P1ant Nutr.Fert.Sci.2007，13(1):70 －76.

［5］曹承富，孔令聪，汪建来，等.施氮量对强筋和中筋小麦产量和品质及养分吸收的影响［J］.植物营养与肥料学报，2005，11(1):462－470.Cao C F，Kong L C，Wang J L et al.Effects of nitrogen on yield，quality and nutritive absorption of middle and strong gluten wheat［J］.Plant Nutr.Fert.Sci.，2005，11(1):462 －470.

［6］Hussain M L，Shan S H，Sajjad H，Khalid I.Growth，yield and quality response of three wheat(Triticum aestivum L.)varieties to different levels of N，P and K［J］.Int.J.Agric.Biol.2002，4(3):362－364.

［7］程国旺，王浩波，戚艺军，等.氮肥用量对面包小麦品种产量和品质的影响［J］.安徽农业科学，2002，30(3):337－338.Cheng G W，Wang H B，Qi Y J et al.Effects of nitrogen fertilizer on yield and quality of bread wheat variety［J］.J.Anhui Agric.Sci.，2002，30(3):337 －338.

［8］杨延兵，高荣岐，尹燕枰，等.氮素与品种对小麦产量和品质性状的效应［J］.麦类作物学报，2005，25(6):78－81.Yang Y B，Gao R Q，Yin Y P et al.Effects of nitrogen and variety on yield and quality traits of winter wheat［J］.Acta Trit.Crops，2005，25(6):78 －81.

［9］赵广才，万富世，常旭虹，等.不同试点氮肥水平对强筋小麦加工品质性状及其稳定性的影响［J］.作物学报，2006，32(10):1498－1502.Zhao G C，Wan F S，Chang X H et al.Efects of nitrogen levels and experimental sites on processing quality characteristics and stability in strong gluten wheat［J］.Acta Agron.Sin.，2006，32(10):1498－1502.

［10］郑丕尧.作物生理学导论［M］.北京:北京农业大学出版社，1992:121－127.Zheng P Y.Introduction of crop physiology［M］.Beijing:Pubilishing House of Beijing Agriculture University，1992.121－127.

［11］张定一，党建友，王姣爱，等.施氮量对不同品质类型小麦产量、品质和旗叶光合作用的调节效应［J］.植物营养与肥料学报，2007，13(4):535－542.Zhang D Y，Dang J Y，Wang J A et al.Regulative effect of nitrogen fertilization on grain yield，quality and photosynthesis of flag leaves in different wheat varieties［J］.Plant Nutr.Fert.Sci.，2007，13(4):535 －542.

［12］郭天财，冯伟，赵会杰，等.水氮运筹对干旱年型冬小麦旗叶生理性状及产量的交互效应［J］.应用生态学报，2004，15(3):453－457.Guo T C，Feng W，Zhao H J et al.Interactive effect of irrigation and nitrogen application on physiological characteristics of flag leaf and grain yield of winter wheat in dry years［J］.Chin.J.App.Ecol.，2004，15(3):453 －457.

［13］Xu Z Z，Yu Z W.Nitrogen metabolism in flag leaf and grain of wheat in response to irrigation regimes［J］.J.Plant Nutr.Soil Sci.，2006，169:118 －126.

［14］赵俊晔，于振文.施氮量对小麦旗叶光合速率和光化学效率、子粒产量与蛋白质含量的影响［J］.麦类作物学报，2006，26(5):92－96.Zhao J Y，Yu Z W.Effect of nitrogen fertilizer rate on photosynthetic rate and photochemical efficiency of flag leaf，grain yield and protein content of winter wheat［J］.Acta Trit.Crops，2006，26(5):92－96.

［15］赵广才，常旭虹，刘利华，等.施氮量对不同强筋小麦产量和加工品质的影响［J］.作物学报，2006，32(5):723－727.Zhao G C，Chang X H，Liu L H et al.Effect of nitrogen application on grain yield and processing quality in different strong gluten wheats［J］.Acta Agron.Sin.，2006，32(5):723 －727.

［16］赵广才，优质专用小麦生产关键技术［M］.北京:中国农业出版社，2009.5－60.Zhao G C，Key technology of quality wheat production［M］.Beijing:China Agriculture Press，2009，3(2):56－57.

［17］池忠志，赵广才，郑家国，等.施氮量对不同品种小麦子粒蛋白组分和加工品质的影响［J］.西南农业学报，2010，23(2):427－431.Chi Z Z，Zhao G C，Zheng J G et al.Effects of nitrogen application amount on protein components in grain of different varieties wheat［J］.Southwest China J.Agri.Sci.，2010，23(2):427－431.

［18］林琪，侯立自，韩伟.不同肥力土壤下施氮量对小麦子粒产量和品质的影响［J］.植物营养与肥料学报，2004，10(6):561－567.Lin Q，Hou L Z，Han W et al.Effects of nitrogen rates on grain yield and quality of wheat in different soil fertility［J］.P1ant Nutr.Fert.Sci.，2004，10(6):561 －567.

［19］何萍，李玉影，金继运，等.氮钾营养对面包强筋小麦产量和品质的影响［J］.植物营养与肥料学报，2002，8(4):395－398.He P，Li Y Y，Jin J Y et al.Effects of N and K nutrition on yield and qualities of bread wheat［J］.P1ant Nutr.Fert.Sci.，2002，8(4):395－398.